碳水化合物讲义第一章

碳水化合物

应用功能与加工技术主讲：刘雄2011.9.15课程主要内容第一章绪论第二章碳水化合物的理化性质与检测方法第三章碳水化合物的营养功能第四章碳水化合物功能材料的制备技术参考资料教材何小维.《碳水化合物功能材料》中国轻工业出版社.2007张燕萍.《变性淀粉制造与应用》（第二版）中国轻工业出版社.2007阚建全.《食品化学》中国农业大学出版社.2002刘志皋.《食品营养学》(第二版)中国轻工业出版社.2006期刊淀粉与淀粉糖中国粮油学报StarchCarbohydratePolymers第一章绪论一、碳水化合物的存在和分类二、碳水化合物的重要功能作用一、碳水化合物的存在和分类（一）碳水化合物定义碳水化合物也叫糖,是由C、H、O组成的多羟基醛酮或多羟基醛酮的缩聚物.通式：CH3COOHC2(H2O)2C3(H2O)3乙酸：乳酸：符合上述通式却不是糖类鼠李糖：不符合上述通式却是糖类（二）来源每固定１mol的CO2就储存了476.9kj/mol的能量．一、碳水化合物的存在和分类（三）分布植物界占其干重的50%-60%。人和动物的器官组织中含糖量不超过体内干重的2%；主要在细胞内和血液中。微生物体内含糖量占菌体干重的10%-30%。（四）存在形式游离糖：单糖、寡糖、多糖复合糖：脂多糖、蛋白多糖一、碳水化合物的存在和分类

丙醛糖 醛糖 丁醛糖 单糖 戊醛糖糖 寡糖 酮糖 己醛糖 多糖一、碳水化合物的存在和分类（五）分类根据水解产物可分为:一、碳水化合物的存在和分类（五）分类根据水解产物可分为:单糖:不能够再进行水解的多羟基醛酮.低聚糖:水解后生成2-10分子的单糖化合物.多糖：水解后能够生成10个以上单糖的化合物。均多糖、杂多糖其它糖：糖醛酸（果胶、树胶）、氨基（甲壳素、硫酸软骨素、肝素）、糖蛋白、木质素一、碳水化合物的存在和分类（五）分类根据能否被多伦或菲林试剂所氧化可分为:还原性糖和非还原性糖.根据分子中的碳原子个数可分为:三碳糖四碳糖,五碳糖,六碳糖,………根据所含官能团可分为:醛糖和酮糖.（一）生理作用1、能量来源它是人类最廉价的能量来源，也是人类生存的最基本物质和最重要的食物能源。供能

4kcal/g二、碳水化合物的重要作用（一）生理作用2、决定人的血型1900年ABO式血型的发现（兰德斯坦纳）1960年ABO（H）抗原决定基的糖链结构的确定（瓦特金）。二、碳水化合物的重要作用N-乙酰葡萄糖胺α-岩藻糖α-半乳糖N-乙酰葡萄糖胺HⅠ型HⅡ型B型糖抗原A型糖抗原α-N-乙酰半乳糖胺糖蛋白中寡糖链末端糖基组成的不同决定人体血型

（三）决定人体的血型O型：Fuc（岩藻糖）A型：Fuc和GNAc（乙酰半乳糖胺）B型：Fuc和Gal（半乳糖）乙酰葡萄糖胺透明质酸具有高度黏性，能润滑关节，缓冲强烈振动。硫酸软骨素在软骨中起支撑作用；甲壳素动物外壳的重要成分；糖蛋白强吸水性，对机体有保护和润滑作用；糖脂是构成生物膜的脂质双分子层结构的基本物质，也是神经细胞的组成成分。蛋白聚糖糖脂糖蛋白细胞膜3.参与机体结构二、碳水化合物的重要作用（一）生理作用4、寡糖的介导作用不同微生物通过特异性识别作用，只能选择性定植于某一特定器官或部位。微生物表面的凝集素宿主细胞表面某些寡糖肠道微生物表面的糖蛋白肠膜上皮的寡糖受体识别介导二、碳水化合物的重要作用（一）生理作用5、肠道菌发酵底物的作用一些碳水化合物不被消化道的消化酶消化，但可被肠道细菌选择性发酵。低聚糖（寡糖）作为乳酸杆菌、双歧杆菌生长底物；膳食纤维、抗消化淀粉也能作为肠道菌发酵底物。促进有益菌生长增殖、调节肠道菌群抑制内毒素、保护肝脏功能调节胃肠功能、防治便秘和腹泻激活免疫、抗衰老和抗肿瘤降低血清胆固醇合成短链脂肪酸发酵的生理功效二、碳水化合物的重要作用（一）生理作用6、糖苷的解毒功效糖苷是指具有环状结构的醛糖或酮糖的半缩醛羟基上的氢被烷基或芳香基团所取代的缩醛衍生物。哺乳动物、鱼类及一些两牺类动物的许多毒素、药物或废物可能是通过与正葡萄糖醛酸形成的葡萄糖苷酸而排除体外。（二）碳水化合物的材料功能高分子碳水化合物是可再生资源，是许多化工材料的重要来源。高分子碳水化合物：纤维素、淀粉、甲壳素、葡甘聚糖等二、碳水化合物的重要作用1、纤维素应用功能纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。纤维素是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。此外，麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等，都是纤维素的丰富来源。纤维素是重要的造纸原料。此外，以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。二、碳水化合物的重要作用二、碳水化合物的重要作用1、生物降解材料

是在特定的环境条件下，其化学结构发生显著变化并造成某些性能下降能被生物体侵蚀或代谢而降解的材料。高分子降解生物降解化学降解物理化学降解环境降解微生物酶作用降解氧化降解臭氧降解加水降解热降解光降解放射线降解超声波降解机械降解以上三大降解的综合1、生物降解材料纤维材料：纤维素通过化学改性后制备纤维素膜，最常用的两种方法是粘胶法和铜氨法。另外，利用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)工艺制造纤维素保鲜包装膜：NMMO是一种脂肪族环状叔胺氧化物。由于N一0键能量较高，易于断裂，所以NMMO是一种强氧化剂，且具有热不稳定性，在催化剂作用下极易导致N一0键的断裂。N一0基团进攻纤维素上的羟基，使纤维素与NMMO溶剂间形成了新的氢键，切断了纤维素分子间的氢键，最终使纤维素以分子的形式溶解在NMMO中，形成分散均匀的均相溶液。二、碳水化合物的重要作用1、生物降解材料淀粉材料：填充型：在通用塑料中加入一定量的淀粉和其他少量添加剂,然后加工成型,淀粉含量不超过30%。必须对天然淀粉进行表面处理,以提高疏水性和其与高聚物的相容性。目前主要采用物理改性和化学改性两种方法。把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起，生产可降解性塑料的技术也已经研究成功。在欧美国家，淀粉和脂肪族聚酯的共混物被广泛用来生产垃圾袋等产品。国际上规模最大、销售最好的是意大利的Novamont公司，其商品名为Mater-bi，公司的产品在欧洲和美国有较大量的应用。共混型：淀粉共混塑料是淀粉与合成树脂或其他天然高分子共混而成的淀粉塑料,主要成分为淀粉(30%～60%),少量的ＰＥ的合成树脂,乙烯/丙烯酸共聚物,乙烯/乙烯醇共聚物,聚乙烯醇纤维素,木质素等,其特点是淀粉含量高,部分产品可完全降解。全淀粉型：将淀粉分子变构而无序化,形成具有热塑性的淀粉树脂,再加入极少量的增塑剂等助剂,就是所谓的全淀粉塑料。其中淀粉含量在90%以上,而加入的少量其他物质也是无毒且可以完全降解的,所以全淀粉是真正的完全降解塑料。二、碳水化合物的重要作用1、生物降解材料

发酵产物——聚乳酸（PLA）

聚乳酸是由生物发酵生产的乳酸经人工化学合成而得的聚合物，但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性。日本UNITIKA公司，研发和生产了许多种制品，其中帆布、托盘、餐具等在日本爱知世博会被广泛使用。目前国际市场上出售的PLA有5种:

(1)(ECOPLA)美国CargillDow公司产品，1998年建成3600t/年的半工业化装置，当年底生产能力扩大一倍。(2)LACEA日本三井化学公司产品，生产能力500t/年。

(3)LACTY日本岛津制作所产品，主要生产聚乳酸薄膜。生产能力1000t/年。

(4)CPLA大日本油墨与化学工业公司产品，生产能力1000t/年，在今后几年内，该公司将建成几千吨的CPLA装置。

(5)

HEPLON

美国Chronopol公司产品，2000t/年，计划建成一套世界级的生产线。

我国目前产业化的有浙江海生生物降解塑料股份有限公司（规模5000千吨/年生产线），正在中试的单位有上海同杰良生物材料有限公司、江苏九鼎集团等。

二、碳水化合物的重要作用二、碳水