化学与营养保健(1)课件

化学与营养保健张湛赋主讲HUAXUEYUYINGYANGBAOJIANNANTONGDAXUEHUAXUEHUAGONGXUEYUANHUAXUEXI本课程考核标准：课堂笔记50分考试或撰写论文50分每旷课一次从总分中扣出20分营养是维持人体健康的最重要因素之一，食物好比身体的燃料，它为我们提供热量，以维持我们的体温，使我们有能力进行生产劳动、体育活动和其他正常的活动，它也是我们身体的各种组织能够生长和得到修复所不可缺少的物质。食物中三大主要营养要素：糖、脂肪和蛋白质。

脂肪是组成人体的重要成分，脂肪的功能是供给人体热量以维持体温，使我们进行各种活动。

蛋白质是对生命具有重要意义的分子，它是人类细胞原生质的组成部分，人体组织的生长和修补都不能缺少蛋白质，人体每天还要排泄出不少蛋白质，因此我们每天必须进食含蛋白质丰富的食物。除了糖、脂肪和蛋白质三大主要营养素之外，食物中还有人体必不可少的维生素、矿物质（又称无机盐）和纤维素。维生素的功能是使人体得到均衡发展，增强抵抗力，抵御各种传染病。

维生素的功能是使人体得到均衡发展，增强抵抗力，抵御各种传染病。如果缺乏某种维生素，就会引起人体内新陈代谢的紊乱，使人处于病态。

纤维素并不是营养物质，它也不能为人体所消化和吸收，但是它进入人体后，在大肠内可以促使肠子蠕动，使大便畅通，对于健康很有帮助。多吃含维生素的食物还可以预防大肠癌，所以维生素对人体是有益的。

单糖：不能水解成更简单的多羟基醛或多羟基酮的糖，如葡萄糖和果糖。

双糖：能水解成两个相同或不相同单糖的糖，或由两分子单糖缩合而成的糖，如蔗糖和麦芽糖。

三糖：能水解成三个相同或不相同单糖的糖，或由三分子单糖缩合而成的糖。二糖至十糖统称为低聚糖或寡糖。

多糖：完全水解后产生10个以上单糖的糖，如淀粉和纤维素。2、糖的分类

葡萄糖是生命活动不可缺少的物质，葡萄糖在人体内能直接进入新陈代谢过程，在消化道中，葡萄糖比任何其他单糖都容易被吸收，而且被吸收后能直接为人体组织利用。人体摄取的低聚糖(如蔗糖)和多糖(如淀粉)也都必须先转化为葡萄糖，再被人体组织吸收和利用。葡萄糖在有机体内能被氧气氧化为二氧化碳和水，这一反应放出一定的热量，每克葡萄糖被氧化为二氧化碳和水时，释放出17．1千焦热量，人和动物所需要的能量的50％来自葡萄糖。

葡萄糖又是重要的工业原料，它的甜味约为蔗糖的3／4，主要用于食品工业，如用于生产面包、糖果、糕点、饮料等。在医疗上，葡萄糖被大量用于病人输液，因为葡萄糖非常容易直接被吸收，可作为病人的养料。葡萄糖被氧化时还能生成葡萄糖酸，葡萄糖酸钙是能有效提供钙离子的药物。工业上大规模生产果糖的原料是蔗糖，用稀盐酸或转化酶都可以使蔗糖发生水解反应，产物是果糖和葡萄糖的混合溶液。另一种生产果糖的工艺是用淀粉为原料，淀粉水解后经固定化葡萄糖异构酶转化为转化糖，其中含有42％的果糖和58％的葡萄糖，这种商品称为果葡糖浆或高果糖浆。和葡萄糖一样，果糖也具有环状的分子结构：

核糖也是一种单糖，它是核糖核酸的一个组成部分，是生命现象中非常重要的一种糖。核糖的化学式是C4H9O4CHO，它是一种醛糖，又是一种戊糖，所以是戊醛糖。它的开链结构和环状结构为：

D－核糖为片状晶体，熔点为87℃，可用化学合成方法，由D－赤藓糖或D—阿卓糖或D－阿拉伯糖制备。D－核糖和D－2－脱氧核糖是核酸的组分，广泛存在于植物和动物细胞中，也是多种维生素、辅酶、某些抗生素(如新霉素、巴龙霉素)的成分。

双糖是单糖分子中的半缩醛的羟基和另一个单糖分子的羟基共同失去一分子水而形成的化合物。失水的方式可以有两种。（2）双糖的结构

（A）一个葡萄糖分子上的羟基和一个果糖分子上的羟基共同失水，形成蔗糖：（B）两个葡萄糖分子上的羟基共同失水，形成麦芽糖：

蔗糖是最普通的食用糖，也是世界上生产数量最大的一种有机化合物。甘蔗中含蔗糖15％～20％，甜菜中含蔗糖10％一17％，其他植物的果实、种子、叶、花、根中也有不同含量的蔗糖。蔗糖的化学式是C12H22O11。

蔗糖很甜，容易溶于水，并且很容易从水溶液中结晶，较难溶于乙醇和其它有机溶剂。高浓度的蔗糖能抑制细菌的生长，在医药上用作防腐剂和抗氧化剂。蔗糖广泛用于食品工业。

麦芽糖主要存在于发芽的谷粒，特别是麦芽中，故得此名。在淀粉酶作用下，淀粉发生水解反应，生成的主要产物就是麦芽糖。麦芽糖的化学式是C12H22O11。

麦芽糖发生水解反应后，生成两分子葡萄糖，可用作甜味剂，甜味是蔗糖的1/3。麦芽糖还是一种廉价的营养食品，容易消化和吸收，也可作为糖尿病病人的糖分补充剂。

乳糖为哺乳动物乳汁中主要的糖，也是一种双糖。人乳含乳糖5％～7％，牛乳中含乳糖4％，它们是乳婴食物中唯一的糖。乳糖的化学式是C12H22O11，结构式是：（3）多糖的结构多个单糖分子发生缩合反应，失去水便形成多糖。

淀粉是植物界中存在的极为丰富的有机化合物，大量存在于植物的种子、块茎等部位，淀粉以球状颗粒贮藏在植物中，颗粒的直径为3～100微米，是植物贮存营养的一种形式。

天然的淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，大多数淀粉含直链淀粉10％～12％，含支链淀粉80％～90％。玉米淀粉含27％直链淀粉，马铃薯淀粉含20％直链淀粉(两者的其余部分均为支链淀粉)，糯米淀粉几乎全部是支链淀粉，有些豆类的淀粉则全是直链淀粉。

直链淀粉又称可溶性淀粉，溶于热水后成胶体溶液，容易被人体消化。直链淀粉是一种没有分支的长链线形分子，其分子由3800个以上的葡萄吡喃糖单元组成,化学式是(C6H10O5)n，结构式是：直链淀粉与碘发生作用后，生成深蓝色物质，一个碘分子能与7～8个葡萄糖单元结合。直链淀粉

支链淀粉是一种具有支链结构的多糖，它不溶于热水中，式量约为1000000～6000000。支链淀粉也能与碘分子作用，生成蓝紫色物质

纤维素是由D-吡喃型葡萄糖基连接而成的一种多糖，是法国化学家帕扬于1837～1842年研究植物细胞壁的成分时发现的。绿色植物通过光合作用合成纤维素，某些细菌和真菌也能合成纤维素，它在植物体中构成细胞壁网络，在网络之间填充着半纤维素和木素等，共同担负着支撑躯干的作用。

纤维素的化学式是(C6H10O5)x，结构式是：由于纤维素的羟基有极性，水可以进入纤维素分子内，使它发生溶胀。碱和盐的水溶液也可渗入纤维素中，发生溶胀。纤维素主要来源于木材，但棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮、甘蔗渣中也含有纤维素，工业上用于造纸和制作粘胶纤维以及硝酸纤维素、醋酸纤维素的原料。在大部分含油脂丰富的食物中，有一半左右的热量是由脂肪和油类提供的。天然的脂肪和油类通常是由一种以上的脂肪酸与甘油形成的各种酯的混合物。这些脂肪酸的功能有三种：（1）当脂肪酸在人体内被氧化生成二氧化碳和水，并放出一定的热量时，脂肪酸是一种能源。（2）脂肪酸贮存在脂肪细胞中，以备人体不时之需。二、脂肪（3）作为合成人体所需要的其他化合物的原料。当脂肪燃烧时，它所能够提供的热量大约为37620千焦／克。因此，在我们的饮食中，脂肪是最集中的食物能源。在室温下呈液态者称为油，呈固态者称为脂肪。从植物种子中得到的大多数为油，而来自动物的大多为脂肪。脂肪酸可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，前者如硬脂酸、软脂酸，后者如油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈油酸。某些油脂中含有一些特殊的脂肪酸，如菜油中的油菜酸，椰子油中的橘酸等。在这些脂肪酸中，某些种类是人体所必需的，称为必需脂肪酸，它们是亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。在食物中，如果含有这三种必需脂肪酸中的任何一种，人体就能合成一组非常重要的化合物—前列腺素，它是一组十多个相关的化合物，它们对于血压、平滑肌的松弛和收缩、胃酸的分泌、体温、进食量、血小板凝聚等生理活动有着非常强烈的影响。在这三种必需脂肪酸中，亚油酸是关键化合物，如果有了亚油酸，人体就能够合成亚麻酸和花生四烯酸。

亚油酸的学名是顺－9,12－十八(碳)烯酸，结构式是：

亚油酸以甘油酯的形式存在于动植物脂肪中，在植物油中，亚油酸的含量比较高，如花生油含26％，豆油含57.5％，菜油含15.8％。动物脂肪中亚油酸含量比较少，如牛油含1.8％，猪油含6％。

亚油酸是人和动物营养中必需的脂肪酸，缺乏亚油酸，会使动物发育不良，皮肤和肾损伤，以及产生不育症。亚油酸在医药上用于治疗血脂过高和动脉硬化。

油酸的学名是顺－9－十八(碳)烯酸，结构式是：

油酸以甘油酯的形式存在于一切动植物油脂中，在动物脂肪中含40％～50％，茶油中含83％，花生油中含54％，椰子油中含5％～6％。由于油酸中含有双键，在空气中长期放置能被氧化，局部转变为含羰基的物质，而使油脂具有腐败的哈喇味，这也是油脂变质的原因之一。

软脂酸的化学式是CH3(CH2)14COOH,几乎所有的油脂中都有含量不等的软脂酸，棕榈油中含量约40％，菜油中含量为2％。

硬脂酸的化学式是CH3(CH2)16COOH,几乎所有油脂中都有含量不等的硬脂酸，在动物脂肪中含量较高，牛油中可达24％。植物油中硬脂酸含量较少，菜油为0.8％，棕桐油为6％，但可可脂中的含量可高达34％。

硬脂酸的钠盐或钾盐是肥皂的组成部分，还可用于生产雪花膏等日用化妆品。在各种食用油脂中，饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸的含量是不同的，最重要的不饱和脂肪酸是亚油酸，它也是三种必需脂肪酸中最重要的一种。因此一般认为，不饱和脂肪酸含量比较高的食用油脂的质量较高。油脂椰子油玉米油棉子油猪油橄榄油棕榈油花生油红花油豆油向日葵油饱和脂肪酸（％）93142644155721101411不饱和脂肪酸（％）6292246733649142419多不饱和脂肪酸（％）157521012730766270常见油脂中各种脂肪酸的百分比如下表：三、蛋白质1、生物体的基本组成——蛋白质

蛋白质在过去称为朊，是由碳、氢、氧、氮四种元素构成的有机化合物（高分子化合物），有的蛋白质分子中还含有硫或磷。

蛋白质的式量一般为6000～1000000，有的蛋白质的式量比这个更大。

蛋白质是主要的生命基础物质之一，具有催化作用的各种酶和调节生理机能的某些激素都是蛋白质。如果没有蛋白质的作用，脱氧核糖核酸和核糖核酸的复制、信息的转录、遗传密码的翻译、高等动物的自身免疫、人体内氧气的传输等过程都是无法进行的。此外，皮肤、毛发等也都是由蛋白质组成的，蛋白质还是动物界重要的营养物质。

蛋白质是生物体内一切组织的基本组成部分，细胞内除了水之外，其他80％的物质是蛋白质。

蛋白质在生命现象和生命过程（包括有机体的运动，抵抗外来物质的防御功能，细胞的代谢调节）中起着决定性的作用。

蛋白质中的色蛋白负责输送氧气。

激素是一种蛋白质，它负责在新陈代谢中起调节作用。人体内到处存在的酶也是一种蛋白质，它对人体中的各种化学反应起着催化作用。

抗体这种蛋白质能够预防疾病的发生，而核蛋白则与生物的遗传有密切关系。德国有机化学家李比希认为，对于生命来说，蛋白质甚至比糖和脂肪更为重要。糖和脂肪为人体提供碳、氢、氧三种元素，蛋白质不但提供碳、氢、氧，而且还含有糖和脂肪所没有的氮和硫，还常常提供磷。荷兰化学家马尔德从蛋白质与生命之间具有紧密的关系出发，用希腊文proteios来命名蛋白质，这个字的含义是“第一”，并指出这是生命化学知识的起点。

1820年，布拉孔诺用酸处理明胶，得到一种晶体，它就是甘氨酸。不久，他又用酸处理肌肉组织，得到一种白色晶体，它就是亮氨酸。李比希又从酪蛋白分离出酪氨酸。明胶、肌肉、酪蛋白都是含蛋白质的物质，而甘氨酸、亮氨酸、酪氨酸都是氨基酸，这说明蛋白质和氨基酸之间有必然的联系。蛋白质在水解时都生成各种氨基酸，这一点也说明了氨基酸是组成蛋白质的基石。

氨基酸是兼含氨基和羧基的有机化合物，根据氨基和羧基的相对位置不同，氨基酸可分为α－、β－、γ－、δ－……氨基酸，氨基连接在羧基的。碳原子上的氨基酸称为α－氨基酸，如甘氨酸：2、构筑蛋白质的基石——氨基酸

氨基酸主要存在于蛋白质中，它是蛋白质的结构单位，一般蛋白质是由20种氨基酸（甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷胺酰胺、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸）组成的，约占生物界中所有氨基酸的绝大部分。在这20种组成蛋白质的氨基酸中，人体不能合成赖氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸和色氨酸。人体虽能合成精氨酸和组氨酸，但合成的能力差，所合成的精氨酸和组氨酸不能满足人体的需要。上述这些人体不能合成的、必须由外界供给(即必须从食物中摄取)的以满足人体代谢需要的氨基酸称为必需氨基酸，共有八种，精氨酸和组氨酸也必须由外界供给，称为半必需氨基酸。除了必需和半必需氨基酸以外，其他的都称为非必需氨基酸。除了上述常见的20种氨基酸之外，到目前为止，已发现的天然氨基酸有700多种，其中约240多种以游离状态存在。氨基酸主要存在于蛋白质中，同时也是生物活性肽、酶和其他一些生物活性分子的重要组分，一些抗生素和细菌细胞壁也含有氨基酸。在植物和动物等生物体内合成氨基酸的过程大致为：①植物细胞和微生物中的硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶具有催化作用，将生物体内的硝酸盐和亚硝酸盐还原，转化成氨。

3、氨基酸的合成过程③植物细胞和微生物把这些氨与体内代谢作用产生的α－酮戊二酸进行合成，在谷氨酸脱氢酶的催化作用下便生成了谷氨酸。在某些微生物体内存在天冬氨酸酶，它能催化氨和延胡索酸的反应，生成天冬氨酸。在植物和微生物体内产生谷氨酸和天冬氨酸之后，就可通过脱羧、转氨等作用，制造出合成蛋白质所需的全部氨基酸。在动物体内，在谷氨酸脱氢酶的催化作用下，也能由氨和α－酮戊二酸合成谷氨酸。但动物和植物不同，它在进行过程中，机体会丧失合成某些。酮酸的能力，也即丧失了合成某些氨基酸的能力。因此，动物机体内只能合成一部分氨基酸，还必须由外界供给(由食物供给)另一部分氨基酸（即必需和牛必需氨基酸），才有可能合成动物机体所需的蛋白质。4、氨基酸的应用氨基酸的功能并非仅仅在于在生物体内合成蛋白质，供动、植物生存的需要，在工业生产中也大有发展前途。其中：

谷氨酸的钠盐即市售的味精，是一种广泛使用的调味品。蛋氨酸用作饲料添加剂。赖氨酸作为食品，特别是儿童食品的营养强化剂，已生产的有添加赖氨酸的面包、饼干等。赖氨酸添加到面粉和大米中，弥补了植物蛋白缺少赖氨酸的弱点，可提高面粉和大米的营养价值和增进人体健康。在食品工业中用量较大的氨基酸是半胱氨酸，它可作天然果汁的抗氧剂，使果汁不易变质。半胱氨酚还能改善面包的风味和延长面包的保鲜期。在植物蛋白人造肉中，加入半胱氨酸等含硫的氨基酸，可以使人造肉具有牛肉和鸡肉的风味。色氨酸也是一种重要的营养强化剂。用20种常见氨基酸可以配制各种氨基酸输液，为病人提供丰富的营养。以氨基酸为原料合成的生物活性肽——激素则是一种重要的药物。甘氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸都可用来生产食品工业中的甜味剂。5、蛋白质的分类一般根据蛋白质分子的形状、化学组成、功能等对蛋白质进行分类。

按形状分类，可分为：①纤维蛋白，它的分子为细长形，不溶于水，丝、羊毛、皮肤、头发、角、爪甲、蹄、羽毛、结缔组织等都是纤维蛋白。②球蛋白，它的分子呈球形或椭球形，一般能溶于水或含有酸、碱、盐、乙醇的水溶液，酶和激素蛋白都是球蛋白。

按化学组成分类，可分为：①简单蛋白