1、第一章碳水化合物Carbohydrates第一章碳水化合物Carbohydrates本章主要內容一、概述（定義、分類及功能）二、單糖（重點講述） （一）結構（構型和構象） （二）化學性質三、糖苷四、二糖（簡述）五、多糖（簡述）本章主要內容一、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到十個左右的單糖失水而成的糖類。如蔗糖是一個寡糖（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以上甚至幾百、幾千個單糖失水而成的糖類。如淀粉水解，得到幾百或幾千個葡萄糖分子。 二、糖的分類（Classifications） 三、糖類的生物學意義 1、分布：糖原、葡萄糖、含糖生物分子 2、功能：構成細胞結構和儲藏物質 1）作為能源物質：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）作為結構成分

3、 3）參與構成活性物質 4）作為合成其他生物分子的碳源 三、糖類的生物學意義 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是否可溶于水，分為水溶性和水不溶性的。一般來說，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，它對食品的甜味沒有貢獻，只有水解成低聚糖或葡萄糖才對食品的甜味有貢獻。 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是 糖 淀粉的轉化 水果這種后熟現象和谷粒、塊莖及根中的糖轉化成淀粉的過程正好相反。 糖 淀粉的轉化 大多數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變為淀粉。 大多數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量 1、碳水化合物是人類營養的基本物質之一。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量 1、碳水化合物是人類營養的基本物質1. 單糖的開鏈結構六、單糖的結構1. 單糖的開鏈結構六、單糖的結構單糖的結構1. 在同一分子中含有羥基和羰基是糖的基本結

5、構特征，這是糖的物理性質以及化學性質的結構基礎 比如：糖可以發生氧化還原反應 親核加成反應 成醚和酯化反應 等2. 絕大多數具有一個或一個以上的手性中心，這也是糖的生命功能的重要結構基礎 單糖的結構1. 在同一分子中含有羥基和羰基是糖的基本結構特征手性碳原子：人們將連有四個不同基團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基團要是不同的。手性碳原子：人們將連有四個不同基團的碳原子形象地稱為手性碳原第一章-碳水化合物(單糖的結構和化學性質)構型：是指一個分子由于分子內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形式，任何分子

6、的構型發生改變，都必須通過共價鍵的斷裂和再形成而實現。單糖的構型構型的劃分：D型，L型D 相距醛(酮)基最遠的手性碳上的羥基處在右邊L 相距醛(酮)基最遠的手性碳上的羥基處在左邊構型：是指一個分子由于分子內各原子特有的固定空間排列順序，而單糖的構型單糖的構型常用Fischer投影式表示糖的結構： 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- 表示構型異構。常用Fischer投影式表示糖的結構： L-糖常可用下列幾種方法表示，(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 糖常可用下列幾種方法表示，(i)為糖的 Fisch

7、er 投影復習：醛與醇、亞硫酸鈉的加成(無水)(無水)不穩定 穩 定復習：醛與醇、亞硫酸鈉的加成(無水)(無水)不穩定 穩 2. 糖的環狀結構和變旋現象實驗事實：（1）葡萄糖不能發生醛的NaHSO3加成反應；（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；（3）變旋現象用糖的環狀結構可以解釋上述事實。 2. 糖的環狀結構和變旋現象實驗事實：用糖的環狀結構可以解釋環狀結構的形成環狀結構的形成Haworth 式的書寫規律標記碳號，C鏈按順時針排列。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120a - forms 半縮醛羥基與決定糖構型的碳原子（C5）上的CH2OH處在碳鏈的異側 b - forms 半縮醛羥基與決定糖構型的碳原子（C5）上的CH2OH處在碳鏈的同側。 Haworth 式的書寫規律 環狀結構的表示方法（例子）環狀結構的表示方法（例子）第一章-碳水化合物(單糖的結構和化學性質)變旋現象 一種構型的糖其旋光度在溶液中會發生改變，最終達到一恒定值的現象。其化學本質是 一種環狀結構可通過開鏈結構轉變為另一種環狀結構。變旋現象 一種構型的糖其旋光度在溶液中會發生改變，最終3. 構象（Conformation） 在葡萄糖的變旋現象中，為什么最終得

9、到的平衡產物中，-構型為主要成分呢？ 吡喃糖椅式構象中，取代基(OH, CH2OH等)占平鍵位置越多，其構象越穩定。3. 構象（Conformation） 在葡萄糖1、與酸反應戊糖與強酸共熱，可脫水生成糠醛。莫利西試驗：鑒定糖的存在。西利萬諾夫試驗：鑒別酮糖和醛糖七、單糖的化學性質1、與酸反應七、單糖的化學性質2、酯化反應單糖可以看作多元醇，可與酸作用生成酯。2、酯化反應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3、在堿性條件下異構第一章-碳水化合物(單糖的結構和化學性質)4、氧化反應(Oxidation)斐林試劑、土倫試劑 反應對象：醛糖和酮糖都可以發生斐林試劑: Cu2O

10、,測定單糖的含量 土倫試劑: Ag 應用鑒定糖的還 原性；血液及尿液中葡萄糖含量測定。4、氧化反應(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化產生醛基的糖。 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，可將酮糖和醛糖區分開來。2）Br2-H2O（弱氧化劑） 在弱氧化劑的作用下形3）HNO3 （強氧化劑） 在較強氧化劑的作用下，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 （強氧化劑） 在較強氧化劑的作用下，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、西里萬諾夫實驗用于鑒別醛糖和酮糖4）莫利西實驗鑒定糖的存在5）糖脎鑒定各種不同的糖注： 反應條件: H2 / Ni NaBH4 (硼氫化鈉)5、 還原反應(Reduction)葡萄糖果糖 甘露糖醇葡萄糖醇注：酮糖被還原成兩個同分異構體的羥基醇 反應條件: H2 / Ni5、 還原反應(R

12、educt6、脎的形成(Osazone Formation)應用：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）。 3）研究糖的構型（C-2差向異構體及互變異 構體形成相同的脎）。6、脎的形成(Osazone Formation)應用：1） 醛可以與二分子醇在酸如HCl作用下形成縮醛，單糖的環狀半縮醛結構也能與一分子醇形成縮醛，稱糖苷。 環狀半縮醛結構有-和-兩種異構體，故糖苷也有相應的異構體，如D-葡萄糖與甲醇反應生成甲基糖苷: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化產生醛基的糖。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、苷很穩定，不易被氧化，也無變旋現象，對堿穩定，遇酸易水解。4、糖苷不與苯肼反應。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。糖苷的物理化學性質性質單糖糖苷穩定性穩定更穩定變旋現象有無還原性有無成脎有無酸或酶水解無單糖 + 苷元糖

14、苷的物理化學性質性質單糖糖苷穩定性穩定更穩定變旋現象有無還糖苷水解:糖苷元糖苷水解:糖苷元練習思考題練習：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？練習思考題練習：8、非酶褐變 主要是碳水化合物在熱的作用下發生的一系列化學反應，產生了大量的有色成分和無色成分、揮發性和非揮發性成分。因反應的結果使食品產生了褐色，故將這類反應系統稱為非酶褐變反應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在食品中是產生色澤和香氣的重要來源。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、醬類的褐色等均來自美拉德反應。(一)非酶褐變的類型及歷程美拉德反應在食品中是產生色澤和香氣1.美拉德反應及其反應歷程 美拉德反應（羰氨反應）概念：指羰基與氨基經縮合、聚合反應生成類黑色素和某些風味物質的非酶褐變反應1.美拉德反應及其反應歷程 美拉德反應（羰氨反應）概念概念：糖類在沒有含氨基化合物存在時加熱到熔點以上，也會變為黑褐的色素物質，這種作用稱為焦糖化作用產物包括焦糖(caramel)和聚合產生的黑色素即焦糖色素。2.焦糖化褐變及其反應歷程概念：糖類在沒有含氨基化合物存在時加熱到熔點以上，也會變為蔗糖形成焦糖的過程 蔗糖 異蔗糖酐 焦糖酐 焦糖稀 焦糖素（無甜味

16、而具有溫和的苦味）（熔點為 138，可溶于水 及乙醇，味苦）（熔點為154，可溶于水）（高分子量的深色物質 ）200，約 35 min起泡 持續失水(二次起泡55 min) 繼續加熱 進一步脫水焦糖色素是一種結構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歷程蔗糖形成焦糖的過程 蔗糖 （無甜味而(二)非酶褐變對食品的影響1、對食品色澤的影響：其反應中可產生兩大類對食品色澤有影響的成分：低分子量的有色物質，相對分子質量低于1000的水可溶的小分子分子量可達10萬的水不可溶的大分子高聚物(具體情況如書)2、對食品風味的影響：

17、其反應過程中的中間產物及終產物對食品的風味有重要作用。高溫條件下，糖類脫水后，碳鏈裂解、異構及氧化還原反應可產生一些化學物質，如乙酰丙酸、甲酸等；反應過程中產生的二羰基化合物，可促進很多成分的變化，如氨基酸在二羰基化合物作用下脫氨脫羧，產生大量的醛類；非酶褐變反應可產生需宜或非需宜的風味(二)非酶褐變對食品的影響1、對食品色澤的影響：其反應中可產3、非酶褐變產物的抗氧化作用：食品褐變反應過程中生成醛、酮等還原物質，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、降低了食品的營養性：有些營養損失；有些營養成分變得不易消化。其營養價值下降的主要表現有氨基酸的損失糖及Vc等損失食品中礦質元素的生物有效性下降5、非酶褐變產生有害成分：其中雜環胺物質能引起突變和致畸；D-糖胺可以損傷DNA；美拉德反應對膠原蛋白的結構有負面作用，這將影響到人體的老化和糖尿病的形成 3、非酶褐變產物的抗氧化作用：食品褐變反應過程中生成醛、酮等(三)影響非酶褐變反應的因素及控制方法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，堿性氨基酸其他氨