化学与生活糖

关于化学与生活糖一、糖类的结构与功能最初，糖类化合物用Cn(H2O)m表示，统称碳水化合物。鼠李糖及岩藻糖（C6H12O5)、脱氧核糖（C5H10O4)定义：糖类是多羟基的醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。糖类的生物学意义：1.是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源；2.是生物体合成其它化合物的基本原料；2.充当结构性物质；4.糖链是高密度的信息载体，是参与神经活动的基本物质；5.糖类是细胞膜上受体分子的重要组成成分，是细胞识别和信息传递等功能的参与者。第2页,共51页，2024年2月25日，星期天糖的分类：糖类化合物单糖寡糖多糖：不能水解的最简单糖类，是多羟基的醛或酮的衍生物（醛糖或酮糖）。如：核糖、脱氧核糖，葡萄糖、果糖。：有2~10个分子单糖缩合而成，水解后产生单糖。如：蔗糖、麦芽糖和乳糖。：由多分子单糖或其衍生物所组成，水解后产生原来的单糖或其衍生物。如：淀粉、糖原、纤维素、琼脂、果胶。同多糖杂多糖糖缀合物第3页,共51页，2024年2月25日，星期天二、单糖的构型、结构、构象单糖有D-及L-两种异构体。凡在理论上可由D-甘油醛衍生出来的单糖皆为D-型糖。单糖具有旋光性：[α]D=—————×100tαDtc×L第4页,共51页，2024年2月25日，星期天葡萄糖的结构多羟基醛的开环形式CHOHCOHHOCHHCOHHCOHCH2OH半缩醛吡喃糖OCH2OHOHOHOHOH15呋喃糖OCH2OHHO-CHOHOHOH14OCH2OHOHOHOH15OHOCH2OHHO-CHOHOH14OH第5页,共51页，2024年2月25日，星期天葡萄糖的构象船式椅式OCH2OHHOHOOHOHOCH2OHHOHOOHOHOCH2OHOHOHOHOH第6页,共51页，2024年2月25日，星期天三、自然界存在的重要单糖及其衍生物单糖的重要衍生物：糖醇：较稳定，有甜味。甘露醇、山梨醇糖醛酸：由单糖的伯醇基氧化而得。葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸氨基糖：糖中的羟基为氨基所取代。D-氨基葡萄糖糖苷：单糖的半缩醛上羟基与非糖物质（醇、酚等）的羟基形成的缩醛。洋地黄苷、皂角苷第7页,共51页，2024年2月25日，星期天糖的相对甜度（100%)蔗糖：100D-果糖：115-175α-D-果糖：60β-D-果糖：180D-葡萄糖：64-74α-D-葡萄糖：74β-D-葡萄糖：48α-D-半乳糖：32β-D-半乳糖：21L-鼠李糖：32α-L-鼠李糖：40β-L-鼠李糖：100α-D-甘露糖：32β-D-甘露糖：苦味β-D-麦芽糖：30α-D-乳糖：10β-D-乳糖：32蜜三糖：23D-木糖：40第8页,共51页，2024年2月25日，星期天葡萄糖在食品工业中的应用葡萄糖的甜度仅次于果糖和蔗糖，是重要的甜味剂之一；无水α一D一葡萄糖晶体具有较强的吸湿性，可以作为吸水剂用于香料工业；葡萄糖的水溶液有较高的渗透压，能抑制微生物的生长，可作食品防腐剂。在食品工业中还可以利用葡萄糖受热分解后产生有色物质这一特性来制备食品着色剂焦糖。焦糖不仅有颜色，而且有特殊风味，常用在烘烤面包、糕点等。葡萄糖还常用于临床，如作为能源直接注入人体，以补充病人所需的能量。最近的实验表明，葡萄糖的水溶液对新生儿还有镇痛作用。第9页,共51页，2024年2月25日，星期天四、寡糖寡糖是少数单糖（2~10个）缩合的聚合物。自然界中最常见的寡糖是双糖。麦芽糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖第10页,共51页，2024年2月25日，星期天麦芽糖1．存在：各种谷物发芽的种子中含有麦芽糖，淀粉水解后大多也得到麦芽糖。2．结构：麦芽糖为两分子葡萄糖失水缩合而成的，其连接方式是：一分子葡萄糖半缩醛羟基与另一个葡萄糖C4位上的羟基发生缩合，生成α—1，4—糖苷键。第11页,共51页，2024年2月25日，星期天麦芽糖的结构半缩醛羟基α—1，4—糖苷键α葡萄糖α葡萄糖第12页,共51页，2024年2月25日，星期天3.麦芽糖的性质：麦芽糖分子中存在一个半缩醛羟基，可转变成自由羟基（醛式麦芽糖），因此有还原性，也能与苯阱作用成脎。麦芽糖有旋光性和变旋性，[α]D20=136°。如果两个葡萄糖分子以β—1，4—糖苷键连接，所生成的二糖称为纤维二糖，它是纤维素的水解产物。第13页,共51页，2024年2月25日，星期天还原性单糖含有游离醛基，因此具有还原性。1．单糖能够在OH-溶液中使两价的Cu2+还原成Cu+而沉淀，这是定性定量测定糖的基础之一（费林氏定糖法）。第14页,共51页，2024年2月25日，星期天2．在H+条件下，醛基、羟基都能被氧化，但氧化的条件不同，氧化产物不同。氧化可以从醛基开始，也可以从羟基开始，醛基和羟基还可以同时被氧化，最后产物都是酸。如果用弱氧化剂（如溴水），则醛基被氧化成糖酸；如果用强氧化剂（如浓硝酸），则糖分子的醛基与另一端的醇羟基同时被氧化，生成糖二酸；有时只有伯醇基被氧化，生成糖醛酸。第15页,共51页，2024年2月25日，星期天加合性

醛基和酮基都能与苯阱起加合作用，最后得到结晶的糖脎。够型不同的糖类所产生的糖脎的晶型与熔点都不相同，利用此反应作为糖的种类的鉴别反应。第16页,共51页，2024年2月25日，星期天葡萄糖苯阱葡萄糖苯腙苯阱葡萄糖酮苯腙苯阱葡萄糖脎第17页,共51页，2024年2月25日，星期天蔗糖1．存在：蔗糖广泛地存在于植物体内，尤以甘蔗和甜菜中含量最高。2．结构：蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖脱水缩合而成，即α—葡萄糖（吡喃型）C1上的羟基与β—果糖（呋喃型）C2上的羟基相互作用（称为1，2—糖苷键）形成的。第18页,共51页，2024年2月25日，星期天蔗糖的结构（α）

1，2—糖苷键（β）α葡萄糖β果糖第19页,共51页，2024年2月25日，星期天3．蔗糖的性质蔗糖具右旋性，比旋光度为+66.5°；蔗糖受稀酸或转化酶作用时，可以水解成等量的葡萄糖及果糖的混合物；果糖的左旋性（比旋光度-92.4°）比葡萄糖的右旋性（比旋光度+52.5°）强，因此蔗糖水解后所得的等量的葡萄糖和果糖的混合物具有左旋光性。在水解过程中蔗糖这种由右旋变为左旋的过程，称为转化，转化作用所生成的等量葡萄糖和果糖的混合物叫转化糖。葡萄糖与果糖结合成蔗糖后其醛基与酮基都完全丧失，因此蔗糖没有还原性，不能生成糖脎，也没有变旋性。第20页,共51页，2024年2月25日，星期天乳糖1．存在：主要存在于各种动物的乳汁中。人乳含乳糖6-7%，牛乳、羊乳含4-5%。2．结构：乳糖是一分子葡萄糖与一分子半乳糖缩合而成的。其连接方式为半乳糖C1上的半缩醛羟基与葡萄糖C4上的羟基以β方式连接。3．性质：不易溶于水，不太甜。从结构上看，乳糖分子中葡萄糖残基的半缩醛羟基仍存在，因此具有还原性，能生成糖脎；水解后产生葡萄糖与半乳糖。乳糖有旋光及变旋作用，[α]D20=+55.4°。第21页,共51页，2024年2月25日，星期天乳糖的结构β

－1,4－糖苷键α葡萄糖β半乳糖半缩醛羟基第22页,共51页，2024年2月25日，星期天纤维二糖第23页,共51页，2024年2月25日，星期天五、多糖多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。多糖的功能：1.贮藏和结构支持物质。2.抗原性（荚膜多糖）。3.抗凝血作用（肝素）。4.为细胞间粘合剂（透明质酸）。5.携带生物信息（糖链）。第24页,共51页，2024年2月25日，星期天六、多糖代表物（一）淀粉与糖原天然淀粉由直链淀粉（以α-(1,4)糖苷键连接）与支链淀粉（分支点为α-(1,6)糖苷键）组成。淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关：链长小于6个葡萄糖基，不能呈色。链长为20个葡萄糖基，呈红色。链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。糖原又称动物淀粉，与支链淀粉相似，与碘反应呈红紫色。第25页,共51页，2024年2月25日，星期天第26页,共51页，2024年2月25日，星期天第27页,共51页，2024年2月25日，星期天支链淀粉第28页,共51页，2024年2月25日，星期天某些食物中淀粉的含量（％）葛粉：94；薯蓣：31；马铃薯：20.3；木薯粉：25；大麦、紫草：84；粗燕麦片：73；稻子：87；豌豆：66；玉米：63；车前草：27；小麦：63；红蚕豆：42；大豆粉：12；小扁豆：51；甜马铃薯：12。第29页,共51页，2024年2月25日，星期天淀粉的消化哺乳动物有两种α-淀粉酶，即唾液淀粉酶和胰淀粉酶，使淀粉分解成葡萄糖、麦芽糖、异麦芽糖及麦芽寡糖等，小肠粘膜内的多种糖酶分别作用于不同的二糖和寡糖，使它们彻底水解成单糖。第30页,共51页，2024年2月25日，星期天唾液α-淀粉酶能被氯离子激活，在最适pH为6.9时，对α-（1→4）-糖苷键具有专一性，能将淀粉分解成糊精，由于食物在口腔中停留的时间较短，淀粉不能被完全分解。唾液α-淀粉酶在胃中继续起作用，直到食糜中渗进盐酸使之失活为止。此时约有50-60%的淀粉已被分解。胰液中的α-淀粉酶，催化淀粉的进一步水解，产生寡糖和α-极限糊精。肠液中的另一种淀粉酶，水解α-极限糊精分子的1，6-糖苷键及1，4-糖苷键，把糊精分解成麦芽糖。麦芽糖又被麦芽糖酶水解成葡萄糖，最后全部低聚糖（包括双糖）都被水解成单糖。食物中的淀粉和糖经过消化系统后，约98%被消化。第31页,共51页，2024年2月25日，星期天（二）纤维素与半纤维素纤维素是自然界最丰富的有机化合物，是一种线性的由D-吡喃葡萄糖基借β-(1,4)糖苷键连接的没有分支的同多糖。微晶束相当牢固。半纤维素是指除纤维素以外的全部糖类（果胶质与淀粉除外）。（三）壳多糖（几丁质）由N-乙酰-D-氨基葡萄糖以β-(1,4)糖苷键缩合成的同多糖。比较坚硬，为甲壳动物等的机构材料。第32页,共51页，2024年2月25日，星期天纤维素的结构特点纤维素是由许多β—D—葡萄糖分子脱水缩合而成的，分子量约为5万至40万甚至更大。β—葡萄糖分子借β—1，4—糖苷键连接。结构类似于直链淀粉，不分枝，纤维素的分子是一条螺旋状的长链，由100—200条这样的彼此平行的长链通过氢键结合成纤维束。氢键是纤维素分子的羟基与纤维素所吸附的水分子形成的。纤维素的化学稳定性和机械性能取决于这种纤维束的结构。第33页,共51页，2024年2月25日，星期天第34页,共51页，2024年2月25日，星期天纤维素的性质在大部分普遍溶剂中极难溶解。能与酸生成酯。如果将纤维素加入浓硝酸和浓硫酸的消化剂中，由于所用酸的浓度和消化的时间不同，可以将其中的三个羟基逐步酯化。第35页,共51页，2024年2月25日，星期天[C6H7O2（OH）3]n+nHNO3→[C6H7O2（OH）2（O-NO2）]n+nH2O

纤维素一硝酸酯

[C6H7O2（OH）3]n+2nHNO3→[C6H7O2（OH）（O-NO2）2]n+2nH2O

纤维素二硝酸酯[C6H7O2（OH）3]n+3nHNO3→[C6H7O2（O-NO2）3]n+3nH2O

纤维素三硝酸酯

第36页,共51页，2024年2月25日，星期天某些常见食物中纤维的含量

（g/100g食物）苹果浆：10.0；菜豆：31.9；柑橘属果胶：93.5；韭菜：36；马铃薯粉：17.6；菠萝：40.8；覆盆子：55.0；黑麦饼干：19.8，20.3；大豆粉：11.1；黑麦面粉：24.7，23.4；西红柿：31.0；麦麸：39.8第37页,共51页，2024年2月25日，星期天（四）葡聚糖是D-葡萄糖以α-(1,6)糖苷键缩合为主链骨架，以α-(1,3)和α-(1,4)糖苷键构成支链，整个分子形成网状。其凝胶可用作分子筛。（五）糖胺聚糖含有氨基己糖或乙酰氨基糖，也称为粘多糖。肝素、透明质酸和硫酸软骨素。第38页,共51页，2024年2月25日，星期天七、糖复合物——是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的产物。（一）糖蛋白与蛋白多糖两种不同类型苷键：N-糖苷键（肽链上的天冬酰胺Asn的氨基与糖基上的半缩醛羟基形成）；O-糖苷键（肽链上的丝氨酸Ser或苏氨酸Thr的羟基与糖基上的半缩醛羟基形成）糖蛋白中寡糖链末端糖基组成的不同决定人体的血型。

O型：Fuc（岩藻糖）

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