第7章基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

第7章基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)糖類7.1蛋白質(zhì)7.2糖類主要由碳、氫、氧三種元素組成，由于絕大多數(shù)糖的化學(xué)式中氫、氧元素的個(gè)數(shù)比為2∶1，與水的組成一樣，所以人們習(xí)慣將其稱為碳水化合物，以通式Cm（H2O）n表示。但是后來隨著科學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)許多糖類并不合乎上述通式，如鼠李糖（C6H12O5）；而有些物質(zhì)符合上述分子式但不是糖類，如甲醛（CH2O），所以碳水化合物這一名稱并不準(zhǔn)確。從分子結(jié)構(gòu)上看，糖類一般都含有多個(gè)烴基，包括多烴基醛和多烴基酮。另外，蔗糖、淀粉和纖維素等水解后也能生成葡萄糖、果糖等。所以糖類可以定義為多烴基醛或多烴基酮以及它們的脫水縮合物。7.1糖類7.1.1糖類的組成和分類根據(jù)能否水解及水解生成的產(chǎn)物，糖類化合物可以分為單糖、低聚糖和多糖。單糖是不能被水解的糖類，主要包括葡萄糖、果糖、核糖和脫氧核糖等；低聚糖是由2～10個(gè)單糖分子縮合而成的化合物，能水解生成單糖。按照水解后生成單糖的數(shù)目，低聚糖可分為雙糖、三糖和四糖等。麥芽糖、蔗糖和乳糖都是雙糖。多糖是由多個(gè)單糖分子縮合失水而成的化合物，能水解生成許多個(gè)單糖分子，主要包括淀粉、纖維素等。7.1.2葡萄糖果糖葡萄糖和果糖都是單糖，二者互為同分異構(gòu)體。它們的分子式為C6H12O6。1．葡萄糖葡萄糖又稱為玉米葡糖、玉蜀黍糖，甚至簡(jiǎn)稱為葡糖，是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖。它是一種多羥基醛。純凈的葡萄糖為無色晶體，有甜味但甜味不如蔗糖，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。葡萄糖廣泛存在于生物體內(nèi)，如葡萄、無花果等甜果及蜂蜜中。葡萄糖分子中含有醛基，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如下：

CH2OH―CHOH―CHOH―CHOH―CHOH―CHO跟其他醛一樣，葡萄糖具有還原性，能與銀氨溶液和新制的氫氧化銅溶液發(fā)生反應(yīng)。因此，葡萄糖又稱為還原糖。淀粉等食用糖類在人體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為葡萄糖。由于葡萄糖可以不經(jīng)消化而直接被人體吸收和利用，醫(yī)學(xué)上往往通過靜脈注射葡萄糖溶液的方法來迅速補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)。葡萄糖在工業(yè)上廣泛用于制鏡業(yè)、糖果制造業(yè)和醫(yī)藥業(yè)等。2．果糖純凈的果糖為白色晶體，不易結(jié)晶，通常為黏稠性液體，易溶于水、乙醇和乙醚。果糖存在于蜂蜜和水果中，和葡萄糖結(jié)合構(gòu)成日常食用的蔗糖。果糖是最甜的單糖，具有供給熱能、補(bǔ)充體液及營(yíng)養(yǎng)全身的作用。果糖的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：果糖是一種多烴基酮，分子中有酮基，沒有醛基，但在堿性條件下可以轉(zhuǎn)變成醛基，具有還原性，能夠發(fā)生銀鏡反應(yīng)。7.1.3蔗糖麥芽糖蔗糖和麥芽糖都是雙糖，二者互為同分異構(gòu)體，它們的分子式為C12H22O11。1．蔗糖蔗糖為白色晶體，易溶于水，有甜味。蔗糖分子是由1分子葡萄糖和1分子果糖脫水形成的。蔗糖是光合作用的主要產(chǎn)物，廣泛分布于植物體內(nèi)，特別是甜菜、甘蔗和水果中含量極高。我們平時(shí)食用的白糖、紅糖的主要成分都是蔗糖。蔗糖分子中不含有醛基，沒有還原性，不能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，但其水解后生成葡萄糖和果糖，水解產(chǎn)物能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。蔗糖是重要的食品調(diào)味劑，醫(yī)藥上常用其制造糖漿。2．麥芽糖麥芽糖是白色晶體，易溶于水，有甜味，但沒有蔗糖甜；因其主要存在于發(fā)芽的谷粒，特別是麥芽中而得名。飴糖就是麥芽糖的粗制品。麥芽糖由2分子葡萄糖脫水縮合而成，具有還原性，能與銀氨溶液和新制的氫氧化銅溶液反應(yīng)。在稀酸或酶的作用下，麥芽糖可水解生成2分子葡萄糖。麥芽糖可用作營(yíng)養(yǎng)劑和某些細(xì)菌的培養(yǎng)基等。7.1.4淀粉

纖維素淀粉和纖維素是最重要的多糖，它們的通式都是（C6H10O5）n，但分子中所含單糖單元的數(shù)目不同，結(jié)構(gòu)也不相同。1．淀粉淀粉是綠色植物進(jìn)行光合作用的產(chǎn)物，是人類的主要食物。各類植物中的淀粉含量都較高主要貯存在種子和塊莖中。例如，大米中含淀粉62%～86%，麥子中含淀粉57%～75%，馬鈴薯中含淀粉9%～20%。淀粉是食物的重要組成部分。我們?cè)诰捉烂罪埢蝠z頭時(shí)會(huì)感到有些甜味，是因?yàn)橥僖褐械牡矸勖笇⒌矸鬯獬闪穗p糖——麥芽糖。淀粉是白色、無味的粉末狀物質(zhì)，不溶于冷水，也不溶于一般有機(jī)溶劑，性質(zhì)比較穩(wěn)定。在適當(dāng)溫度下（各種來源的淀粉所需溫度不同，一般為60～80℃），淀粉顆粒會(huì)在水中膨脹分裂，有一部分淀粉溶解在水里，另一部分懸浮在水中，形成膠狀淀粉糊，這一過程稱為糊化。糊化是淀粉食品加熱烹制時(shí)的基本變化，也就是食物由生到熟的過程。淀粉中含有幾百到幾千個(gè)單糖單元，其相對(duì)分子質(zhì)量很大，從幾萬到幾十萬，屬于天然有機(jī)高分子化合物。淀粉是非還原性糖，但在催化劑（酸或酶）作用下容易發(fā)生水解，水解的最終產(chǎn)物是葡萄糖。實(shí)驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)可以看到，淀粉溶液和馬鈴薯片上與碘液接觸的地方都呈現(xiàn)藍(lán)色，這說明淀粉和碘發(fā)生了反應(yīng)。化學(xué)上常用該反應(yīng)來檢驗(yàn)淀粉，或用淀粉檢驗(yàn)碘的存在。淀粉除食用外，工業(yè)上常用于生產(chǎn)糊精、麥芽糖、葡萄糖和酒精等。在試管中加入少量新制的淀粉溶液，然后向該試管中滴入幾滴稀碘液，觀察現(xiàn)象。再在切開的馬鈴薯上滴1滴碘液，觀察現(xiàn)象。2．纖維素纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上，不溶于水及一般的有機(jī)溶劑。它存在于一切植物體內(nèi)，是植物細(xì)胞壁的主要成分。棉花的纖維素含量接近100%，為天然的最純纖維素來源；一般木材中，纖維素占40%～50%，還有10%～30%的半纖維素和20%～30%的木質(zhì)素；蔬菜中也含有較多的纖維素。纖維素是白色、無味且具有纖維狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，不溶于水，也不溶于一般的有機(jī)溶劑，性質(zhì)比較穩(wěn)定。纖維素是由多個(gè)葡萄糖單元連接而成的沒有分支的長(zhǎng)鏈分子，分子式為（C6H10O5）n，相對(duì)分子質(zhì)量約為幾十萬至幾百萬，也是一種天然有機(jī)高分子化合物。纖維素雖可以發(fā)生水解，但比淀粉要困難得多；所以纖維素雖由葡萄糖單元組成，但不能作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被吸收。相對(duì)于其他糖類，纖維素可以大量食用，雖然它在人體內(nèi)無法水解，但有助于消化，刺激腸道蠕動(dòng)和消化液分泌，有助于食物的消化和排泄。纖維素的用途非常廣泛，棉麻纖維大量用于紡織工業(yè)；一些富含纖維素的物質(zhì)，如木材、稻草、麥稈、蘆葦和甘蔗渣等都可用來造紙。此外，纖維素還可用于制造纖維素硝酸酯、纖維素乙酸酯和黏膠纖維。

7.2蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是一切生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，是機(jī)體細(xì)胞的重要組成部分，是人體組織更新和修補(bǔ)的主要原料。人體的每個(gè)組織：毛發(fā)、皮膚、肌肉、骨骼、內(nèi)臟、大腦、血液、神經(jīng)和內(nèi)分泌等系統(tǒng)都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的。植物體中的葉綠素、根莖、種子和果實(shí)等也含有一定量的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)與生命及各種形式的生命活動(dòng)緊密聯(lián)系在一起，機(jī)體中的每一個(gè)細(xì)胞和所有重要組成部分都有其參與，可以說，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。蛋白質(zhì)是一種非常復(fù)雜的有機(jī)化合物，主要由碳、氫、氧和氮等元素組成，有些蛋白質(zhì)中還含有硫、磷、鐵、銅、錳、鋅和碘等元素，其中氮元素是蛋白質(zhì)的特征元素。各種蛋白質(zhì)的含氮量都差不多，一般為15%～17%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），平均為16%。蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量很大，從幾萬到幾千萬，因此，蛋白質(zhì)屬于天然有機(jī)高分子化合物。蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下能夠發(fā)生水解，最終產(chǎn)物為α-氨基酸?？梢哉f，氨基酸是組成蛋白質(zhì)分子的基本單位。一般的氨基酸，則是指構(gòu)成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位。在生物界，構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸具有其特定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即其氨基直接連接在α-碳原子上，這種氨基酸被稱為α-氨基酸。在自然界中共有300多種氨基酸，其中α-氨基酸約21種。α-氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可表示為：氨基酸是無色晶體，熔點(diǎn)極高，一般在200℃以上。不同的氨基酸味道不同，有的無味，有的味甜，有的味苦。谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶于有機(jī)溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。7.2.1氨基酸1．氨基酸的命名氨基酸的系統(tǒng)命名法與烴基酸一樣，但天然氨基酸常根據(jù)其來源或性質(zhì)命名。例如，天冬氨酸和谷氨酸是根據(jù)最初分別來源于天門冬的幼苗和谷物而得名；甘氨酸是由于具有甜味而得名。2．氨基酸的分類組成蛋白質(zhì)的氨基酸，根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，可分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸三大類；根據(jù)側(cè)鏈基團(tuán)的極性，可分為非極性氨基酸（疏水氨基酸）和極性氨基酸（親水氨基酸）；從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度來看，氨基酸又可分為必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸。必需指人體（或其它脊椎動(dòng)物）不能合成或合成速度遠(yuǎn)不能適應(yīng)機(jī)體需要，必需由食物蛋白供給的氨基酸。例如，賴氨酸、亮氨酸等。半必需指人體雖能夠合成，但通常不能滿足正常需要的氨基酸，又稱條件必需氨基酸。例如，半胱氨酸和酪氨酸等。非必需指人（或其它脊椎動(dòng)物）自己能由簡(jiǎn)單的前體合成，不需要從食物中獲得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等。3．氨基酸的兩性大多數(shù)氨基酸因含羧基和氨基數(shù)目的不同而呈現(xiàn)不同程度的酸性或堿性，呈中性的較少，所以其既能與酸反應(yīng)生成鹽，又能與堿反應(yīng)生成鹽，表現(xiàn)出兩性性質(zhì)。氨基酸可以通過蛋白質(zhì)水解或人工合成得到，大量應(yīng)用于有機(jī)合成、石油化工和醫(yī)療等方面。氨基酸及其衍生物品種很多，大多性質(zhì)穩(wěn)定但需要避光、干燥儲(chǔ)存。7.2.2蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是由一條或多條多肽鏈組成的生物大分子，每一條多肽鏈有幾十至數(shù)百個(gè)氨基酸不等，各種氨基酸按一定順序排列。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)四個(gè)層次，一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)，由基因上遺傳密碼的排列順序所決定的。二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為空間結(jié)構(gòu)，下圖為蛋白質(zhì)的兩種分子結(jié)構(gòu)圖。蛋白質(zhì)的四級(jí)和二級(jí)分子結(jié)構(gòu)圖完全這是一類優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，它們所含的必需氨基酸種類齊全，數(shù)量充足，彼此比例適當(dāng)。它們不但可以維持人體健康，還可以促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育。半完全這類蛋白質(zhì)所含氨基酸雖然種類齊全，但其中某些氨基酸的數(shù)量不能滿足人體需要。它們可以維持生命，但不能促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育。不完全這類蛋白質(zhì)不能提供人體所需的全部必需氨基酸，單純靠它們既不能促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，也不能維持生命。營(yíng)養(yǎng)學(xué)上根據(jù)食物蛋白質(zhì)所含氨基酸的種類和數(shù)量將其分為完全蛋白質(zhì)、半完全蛋白質(zhì)和不完全蛋白質(zhì)三類。另外根據(jù)蛋白質(zhì)分子的外形，也可以將其分為球狀蛋白質(zhì)、纖維狀蛋白質(zhì)和膜蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)含有多種氨基酸分子，所以它具有一些與氨基酸相似的性質(zhì)，如具有兩性性質(zhì)等。同時(shí)它與氨基酸也有本質(zhì)的區(qū)別，如可以發(fā)生鹽析、變性和顏色反應(yīng)等。1．蛋白質(zhì)的鹽析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)表明，向蛋白質(zhì)水溶液中加入足量鹽類（中性鹽如硫酸鈉、硫酸銨等），可析出沉淀，這種現(xiàn)象叫做鹽析。鹽析是個(gè)可逆過程，是物理變化，鹽析出的蛋白質(zhì)仍能溶解并保持原來的性質(zhì)。所以，采用多次鹽析和溶解的方法，可以分離和提純蛋白質(zhì)。取3mL30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的雞蛋清溶液于試管中，緩慢加入4mL飽和Na2SO4溶液，觀察有無沉淀析出。取上述反應(yīng)液1mL置于另一支試管中，加入4～5mL水，輕輕震蕩，觀察沉淀是否溶解。2．蛋白質(zhì)的變性在熱、酸、堿、重金屬鹽、紫外線或高壓等作用下，蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生性質(zhì)上的改變而凝結(jié)起來。這種凝結(jié)是不可逆的，不能再使它們恢復(fù)成原來的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的這種變化叫做變性。蛋白質(zhì)變性之后，紫外吸收，化學(xué)活性以及粘度都會(huì)上升，變得容易水解，但溶解度會(huì)下降。蛋白質(zhì)的變性原理已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)實(shí)踐當(dāng)中。例如，用酒精、高溫和紫外