第一章-碳水化合物(單糖的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì))課件

1、第一章碳水化合物Carbohydrates第一章碳水化合物Carbohydrates本章主要內(nèi)容一、概述（定義、分類及功能）二、單糖（重點(diǎn)講述） （一）結(jié)構(gòu)（構(gòu)型和構(gòu)象） （二）化學(xué)性質(zhì)三、糖苷四、二糖（簡(jiǎn)述）五、多糖（簡(jiǎn)述）本章主要內(nèi)容一、概述（定義、分類及功能）Cn(H2O)m 碳水化合物（Carbohydrates） 并非所有的糖的組成都符合上述通式一、糖的化學(xué)組成與定義 糖類化合物多羥基的醛或多羥基酮及其縮聚物、衍生物的總稱。Cn(H2O)m 碳水化合物（Carbohydrate二、糖的分類（Classifications） 1. 單糖（monosaccharide）及其衍生物：所謂單

2、糖，即不能再被簡(jiǎn)單地水解成為更小的糖分子的糖。 2. 寡糖（oligosaccharide） 也稱低聚糖，一般可看作是由兩個(gè)到十個(gè)左右的單糖失水而成的糖類。如蔗糖是一個(gè)寡糖（雙糖），水解后，得到一分子果糖和一分子葡萄糖。 3. 多糖（polysaccharide）：多糖可以看作是十個(gè)以上甚至幾百、幾千個(gè)單糖失水而成的糖類。如淀粉水解，得到幾百或幾千個(gè)葡萄糖分子。 二、糖的分類（Classifications） 三、糖類的生物學(xué)意義 1、分布：糖原、葡萄糖、含糖生物分子 2、功能：構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)藏物質(zhì) 1）作為能源物質(zhì)：提供的能量占總能量的65 %，分為快速釋放型和緩慢釋放型 2）作為結(jié)構(gòu)成分

3、 3）參與構(gòu)成活性物質(zhì) 4）作為合成其他生物分子的碳源 三、糖類的生物學(xué)意義 1、分布：糖原、葡萄糖、含糖生物分子四、食品原料中的碳水化合物 1、食品原料中的碳水化合物根據(jù)是否可溶于水，分為水溶性和水不溶性的。一般來(lái)說，游離的單糖和寡糖是水溶性的，而多糖水溶性較差，甚至不溶。2、淀粉在水溶液中的溶解性很小，它對(duì)食品的甜味沒有貢獻(xiàn)，只有水解成低聚糖或葡萄糖才對(duì)食品的甜味有貢獻(xiàn)。 四、食品原料中的碳水化合物 1、食品原料中的碳水化合物根據(jù)是 糖 淀粉的轉(zhuǎn)化 水果這種后熟現(xiàn)象和谷粒、塊莖及根中的糖轉(zhuǎn)化成淀粉的過程正好相反。 糖 淀粉的轉(zhuǎn)化 大多數(shù)植物源食物中只含有少量的游離糖，通常食用的谷物也只含有

4、少量的游離糖，大部分游離糖輸送至種子中并轉(zhuǎn)變?yōu)榈矸邸?大多數(shù)植物源食物中只含有少量的游離糖，通常食用的五、碳水化合物和食品質(zhì)量 1、碳水化合物是人類營(yíng)養(yǎng)的基本物質(zhì)之一。2、具有游離的醛基或酮基的還原糖在熱作用下可與食品中的其他成分形成一定的色澤。3、游離糖本身有甜度，對(duì)食品的口感有重要作用。4、食品的黏彈性也與碳水化合物有很大關(guān)系5、食品中含有膳食纖維6、某些多糖或寡糖具有特定的生理功能，是保健食品的主要活性成分 五、碳水化合物和食品質(zhì)量 1、碳水化合物是人類營(yíng)養(yǎng)的基本物質(zhì)1. 單糖的開鏈結(jié)構(gòu)六、單糖的結(jié)構(gòu)1. 單糖的開鏈結(jié)構(gòu)六、單糖的結(jié)構(gòu)單糖的結(jié)構(gòu)1. 在同一分子中含有羥基和羰基是糖的基本結(jié)

5、構(gòu)特征，這是糖的物理性質(zhì)以及化學(xué)性質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 比如：糖可以發(fā)生氧化還原反應(yīng) 親核加成反應(yīng) 成醚和酯化反應(yīng) 等2. 絕大多數(shù)具有一個(gè)或一個(gè)以上的手性中心，這也是糖的生命功能的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 單糖的結(jié)構(gòu)1. 在同一分子中含有羥基和羰基是糖的基本結(jié)構(gòu)特征手性碳原子：人們將連有四個(gè)不同基團(tuán)的碳原子形象地稱為手性碳原子。判定方法：1、手性碳原子一定是飽和碳原子；2、手性碳原子所連接的四個(gè)基團(tuán)要是不同的。手性碳原子：人們將連有四個(gè)不同基團(tuán)的碳原子形象地稱為手性碳原第一章-碳水化合物(單糖的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì))構(gòu)型：是指一個(gè)分子由于分子內(nèi)各原子特有的固定空間排列順序，而是該分子具有的特定的立體化學(xué)形式，任何分子

6、的構(gòu)型發(fā)生改變，都必須通過共價(jià)鍵的斷裂和再形成而實(shí)現(xiàn)。單糖的構(gòu)型構(gòu)型的劃分：D型，L型D 相距醛(酮)基最遠(yuǎn)的手性碳上的羥基處在右邊L 相距醛(酮)基最遠(yuǎn)的手性碳上的羥基處在左邊構(gòu)型：是指一個(gè)分子由于分子內(nèi)各原子特有的固定空間排列順序，而單糖的構(gòu)型單糖的構(gòu)型常用Fischer投影式表示糖的結(jié)構(gòu)： L-甘油醛D-甘油醛二羥基丙酮糖一般使用俗名，采用D- 和 L- 表示構(gòu)型異構(gòu)。常用Fischer投影式表示糖的結(jié)構(gòu)： L-糖?？捎孟铝袔追N方法表示，(i)為糖的 Fischer 投影式，(ii)將手性碳上的氫省略(iii)將手性碳上的氫與羥基均省略 糖?？捎孟铝袔追N方法表示，(i)為糖的 Fisch

7、er 投影復(fù)習(xí)：醛與醇、亞硫酸鈉的加成(無(wú)水)(無(wú)水)不穩(wěn)定 穩(wěn) 定復(fù)習(xí)：醛與醇、亞硫酸鈉的加成(無(wú)水)(無(wú)水)不穩(wěn)定 穩(wěn) 2. 糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和變旋現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)事實(shí)：（1）葡萄糖不能發(fā)生醛的NaHSO3加成反應(yīng)；（2）葡萄糖不能和醛一樣與兩分子的醇形成縮醛，只能與一分子的醇反應(yīng)；（3）變旋現(xiàn)象用糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以解釋上述事實(shí)。 2. 糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和變旋現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)事實(shí)：用糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以解釋環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成Haworth 式的書寫規(guī)律標(biāo)記碳號(hào)，C鏈按順時(shí)針排列。Fischer式中在垂直碳鏈右邊的羥基，在Haworth式中則向下；Fischer 式中在垂直碳鏈左邊的羥基，在 Haworth 式

8、中則向上；碳鏈卷曲，C5旋轉(zhuǎn)120a - forms 半縮醛羥基與決定糖構(gòu)型的碳原子（C5）上的CH2OH處在碳鏈的異側(cè) b - forms 半縮醛羥基與決定糖構(gòu)型的碳原子（C5）上的CH2OH處在碳鏈的同側(cè)。 Haworth 式的書寫規(guī)律 環(huán)狀結(jié)構(gòu)的表示方法（例子）環(huán)狀結(jié)構(gòu)的表示方法（例子）第一章-碳水化合物(單糖的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì))變旋現(xiàn)象 一種構(gòu)型的糖其旋光度在溶液中會(huì)發(fā)生改變，最終達(dá)到一恒定值的現(xiàn)象。其化學(xué)本質(zhì)是 一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)可通過開鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N環(huán)狀結(jié)構(gòu)。變旋現(xiàn)象 一種構(gòu)型的糖其旋光度在溶液中會(huì)發(fā)生改變，最終3. 構(gòu)象（Conformation） 在葡萄糖的變旋現(xiàn)象中，為什么最終得

9、到的平衡產(chǎn)物中，-構(gòu)型為主要成分呢？ 吡喃糖椅式構(gòu)象中，取代基(OH, CH2OH等)占平鍵位置越多，其構(gòu)象越穩(wěn)定。3. 構(gòu)象（Conformation） 在葡萄糖1、與酸反應(yīng)戊糖與強(qiáng)酸共熱，可脫水生成糠醛。莫利西試驗(yàn)：鑒定糖的存在。西利萬(wàn)諾夫試驗(yàn)：鑒別酮糖和醛糖七、單糖的化學(xué)性質(zhì)1、與酸反應(yīng)七、單糖的化學(xué)性質(zhì)2、酯化反應(yīng)單糖可以看作多元醇，可與酸作用生成酯。2、酯化反應(yīng)單糖可以看作多元醇，可與酸作用生成酯。3、在堿性條件下異構(gòu)3、在堿性條件下異構(gòu)第一章-碳水化合物(單糖的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì))4、氧化反應(yīng)(Oxidation)斐林試劑、土倫試劑 反應(yīng)對(duì)象：醛糖和酮糖都可以發(fā)生斐林試劑: Cu2O

10、,測(cè)定單糖的含量 土倫試劑: Ag 應(yīng)用鑒定糖的還 原性；血液及尿液中葡萄糖含量測(cè)定。4、氧化反應(yīng)(Oxidation)斐林試劑: Cu2O ,還原糖與非還原糖還原糖 是指任何一種分子中含醛基或在溶液中能通過異構(gòu)化產(chǎn)生醛基的糖。 非還原糖不能還原斐林試劑或托倫斯試劑的糖。蔗糖是非還原糖。 還原糖與非還原糖還原糖 是指任何一種分子中含醛基或在溶2）Br2-H2O（弱氧化劑） 在弱氧化劑的作用下形成糖酸，若氧化劑Br2-H2O不能使酮糖氧化，因此，可將酮糖和醛糖區(qū)分開來(lái)。2）Br2-H2O（弱氧化劑） 在弱氧化劑的作用下形3）HNO3 （強(qiáng)氧化劑） 在較強(qiáng)氧化劑的作用下，除醛基被氧化外，伯醇基也被

11、氧化成羧酸，生成葡萄糖二酸。3）HNO3 （強(qiáng)氧化劑） 在較強(qiáng)氧化劑的作用下，除4）生物氧化劑 某些醛糖在特定的脫氫酶的作用下可以只氧化它的伯醇基成羧基，形成糖醛酸。4）生物氧化劑 某些醛糖在特定的脫氫酶的作用下可以只氧注：1）斐林試劑（弱氧化劑）用于測(cè)定單糖的含量2）斐林試劑和土倫試劑用于鑒定還原糖3）溴水、西里萬(wàn)諾夫?qū)嶒?yàn)用于鑒別醛糖和酮糖4）莫利西實(shí)驗(yàn)鑒定糖的存在5）糖脎鑒定各種不同的糖注： 反應(yīng)條件: H2 / Ni NaBH4 (硼氫化鈉)5、 還原反應(yīng)(Reduction)葡萄糖果糖 甘露糖醇葡萄糖醇注：酮糖被還原成兩個(gè)同分異構(gòu)體的羥基醇 反應(yīng)條件: H2 / Ni5、 還原反應(yīng)(R

12、educt6、脎的形成(Osazone Formation)應(yīng)用：1）分離提純的好方法（晶形好，易提純）。 2）鑒別糖的類型（有特定的熔點(diǎn)）。 3）研究糖的構(gòu)型（C-2差向異構(gòu)體及互變異 構(gòu)體形成相同的脎）。6、脎的形成(Osazone Formation)應(yīng)用：1） 醛可以與二分子醇在酸如HCl作用下形成縮醛，單糖的環(huán)狀半縮醛結(jié)構(gòu)也能與一分子醇形成縮醛，稱糖苷。 環(huán)狀半縮醛結(jié)構(gòu)有-和-兩種異構(gòu)體，故糖苷也有相應(yīng)的異構(gòu)體，如D-葡萄糖與甲醇反應(yīng)生成甲基糖苷:7、 糖苷的形成（ Formation of Glycoside ）半縮醛羥基配糖體糖苷苷鍵 醛可以與二分子醇在酸如HCl作用下形成縮醛，

13、還原糖與非還原糖還原糖 是指任何一種分子中含醛基或在溶液中能通過異構(gòu)化產(chǎn)生醛基的糖。非還原糖不能還原斐林試劑或托倫斯試劑的糖。蔗糖是非還原糖。 還原糖與非還原糖1、配糖體為單糖，就形成二糖。2、苷是縮醛，水解后分解為糖和配糖體。3、苷很穩(wěn)定，不易被氧化，也無(wú)變旋現(xiàn)象，對(duì)堿穩(wěn)定，遇酸易水解。4、糖苷不與苯肼反應(yīng)。5、所有的單糖，不論醛糖、酮糖都是還原糖。大部分雙糖也是還原糖，判斷依據(jù)是看羰基碳（半縮醛羥基）有沒有全部參與形成糖苷鍵，如果沒有全部參與則屬于還原糖。 1、配糖體為單糖，就形成二糖。糖苷的物理化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)單糖糖苷穩(wěn)定性穩(wěn)定更穩(wěn)定變旋現(xiàn)象有無(wú)還原性有無(wú)成脎有無(wú)酸或酶水解無(wú)單糖 + 苷元糖

14、苷的物理化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)單糖糖苷穩(wěn)定性穩(wěn)定更穩(wěn)定變旋現(xiàn)象有無(wú)還糖苷水解:糖苷元糖苷水解:糖苷元練習(xí)思考題練習(xí)：1、2分子-D-葡萄糖通過1,4糖苷鍵形成麥芽糖2、1分子-D-葡萄糖與1分子-D-果糖通過1,2糖苷鍵形成蔗糖思考題：麥芽糖和蔗糖是否有還原性，原因？練習(xí)思考題練習(xí)：8、非酶褐變 主要是碳水化合物在熱的作用下發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了大量的有色成分和無(wú)色成分、揮發(fā)性和非揮發(fā)性成分。因反應(yīng)的結(jié)果使食品產(chǎn)生了褐色，故將這類反應(yīng)系統(tǒng)稱為非酶褐變反應(yīng)8、非酶褐變 主要是碳水化合物在熱的作用下(一)非酶褐變的類型及歷程美拉德反應(yīng)在食品中是產(chǎn)生色澤和香氣的重要來(lái)源。焙烤食品的紅褐色、烤肉的棕紅色、

15、松花蛋的褐色、啤酒的黃色、醬類的褐色等均來(lái)自美拉德反應(yīng)。(一)非酶褐變的類型及歷程美拉德反應(yīng)在食品中是產(chǎn)生色澤和香氣1.美拉德反應(yīng)及其反應(yīng)歷程 美拉德反應(yīng)（羰氨反應(yīng)）概念：指羰基與氨基經(jīng)縮合、聚合反應(yīng)生成類黑色素和某些風(fēng)味物質(zhì)的非酶褐變反應(yīng)1.美拉德反應(yīng)及其反應(yīng)歷程 美拉德反應(yīng)（羰氨反應(yīng)）概念概念：糖類在沒有含氨基化合物存在時(shí)加熱到熔點(diǎn)以上，也會(huì)變?yōu)楹诤值纳匚镔|(zhì)，這種作用稱為焦糖化作用產(chǎn)物包括焦糖(caramel)和聚合產(chǎn)生的黑色素即焦糖色素。2.焦糖化褐變及其反應(yīng)歷程概念：糖類在沒有含氨基化合物存在時(shí)加熱到熔點(diǎn)以上，也會(huì)變?yōu)檎崽切纬山固堑倪^程 蔗糖 異蔗糖酐 焦糖酐 焦糖稀 焦糖素（無(wú)甜味

16、而具有溫和的苦味）（熔點(diǎn)為 138，可溶于水 及乙醇，味苦）（熔點(diǎn)為154，可溶于水）（高分子量的深色物質(zhì) ）200，約 35 min起泡 持續(xù)失水(二次起泡55 min) 繼續(xù)加熱 進(jìn)一步脫水焦糖色素是一種結(jié)構(gòu)不明確的大的聚合物分子，這些聚合物形成了膠體粒子，形成膠體粒子的速度隨溫度和pH的增加而增加。 2.焦糖化褐變及其反應(yīng)歷程蔗糖形成焦糖的過程 蔗糖 （無(wú)甜味而(二)非酶褐變對(duì)食品的影響1、對(duì)食品色澤的影響：其反應(yīng)中可產(chǎn)生兩大類對(duì)食品色澤有影響的成分：低分子量的有色物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量低于1000的水可溶的小分子分子量可達(dá)10萬(wàn)的水不可溶的大分子高聚物(具體情況如書)2、對(duì)食品風(fēng)味的影響：

17、其反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物及終產(chǎn)物對(duì)食品的風(fēng)味有重要作用。高溫條件下，糖類脫水后，碳鏈裂解、異構(gòu)及氧化還原反應(yīng)可產(chǎn)生一些化學(xué)物質(zhì)，如乙酰丙酸、甲酸等；反應(yīng)過程中產(chǎn)生的二羰基化合物，可促進(jìn)很多成分的變化，如氨基酸在二羰基化合物作用下脫氨脫羧，產(chǎn)生大量的醛類；非酶褐變反應(yīng)可產(chǎn)生需宜或非需宜的風(fēng)味(二)非酶褐變對(duì)食品的影響1、對(duì)食品色澤的影響：其反應(yīng)中可產(chǎn)3、非酶褐變產(chǎn)物的抗氧化作用：食品褐變反應(yīng)過程中生成醛、酮等還原物質(zhì)，它們有一定的抗氧化能力，尤其是防止食品中油脂的氧化作用較為顯著4、降低了食品的營(yíng)養(yǎng)性：有些營(yíng)養(yǎng)損失；有些營(yíng)養(yǎng)成分變得不易消化。其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值下降的主要表現(xiàn)有氨基酸的損失糖及Vc等損失食品中礦質(zhì)元素的生物有效性下降5、非酶褐變產(chǎn)生有害成分：其中雜環(huán)胺物質(zhì)能引起突變和致畸；D-糖胺可以損傷DNA；美拉德反應(yīng)對(duì)膠原蛋白的結(jié)構(gòu)有負(fù)面作用，這將影響到人體的老化和糖尿病的形成 3、非酶褐變產(chǎn)物的抗氧化作用：食品褐變反應(yīng)過程中生成醛、酮等(三)影響非酶褐變反應(yīng)的因素及控制方法1、羰基化合物的影響：戊糖己糖，己糖中半乳糖甘露糖葡萄糖。Vc易褐變。氨基化合物的影響：胺類氨基酸蛋白質(zhì)，堿性氨基酸其他氨