通识课 第二章 糖类课件

第二章糖类一、糖类化合物的定义及分类二、单糖三、低聚糖四、多聚糖五、糖类在食品加工和贮藏中的变化

第一节糖类的定义及分类一、糖类定义碳水化合物Cn(H2O)m

鼠李糖C6H12O5脱氧核糖C5H10O4N,S,P乙酸C2H4O2，符合Cn(H2O)m二、糖的分类聚合度单糖（monosaccharide):：不能被水解变成更简单更小分子的糖类低聚糖（oligosaccharide)：由2-10个单糖聚合成的糖多糖（polysaccharide)：水解时产生10个以上单糖分子的糖类葡萄糖醛糖果糖酮糖醛基酮基分子式相同多糖也是单糖的聚合物，有很长的链，其结构为线型或分支型。按照它们的结构可分为两大类。均一多糖（同多糖）：一种单糖聚合而成,如淀粉、糖原、纤维素、几丁质等。非均一多糖（杂多糖）：两种或两种以上的单糖聚合而成，如透明质酸，半纤维素等。同多糖杂多糖三、糖类化合物的功能糖类化合物是生物体维持生命活动所需能量的主要来源功能：1.是营养的基本物质之一

2.形成一定色泽和风味

3.游离糖本身有甜度，食品口感

4.食品的黏弹性果胶

卡拉胶

5.食品的质构，膳食纤维的构成成分纤维素、果胶

6.保健食品多糖或寡糖能源物质：淀粉能源物质：糖原糖是世界上存在最多的一类有机化合物，也是人类所需要的最基础的物质。CO2光合作用糖一切含碳物质分解代谢合成代谢糖是自然界分布很广的一类化合物，几乎所有的动物、植物和微生物体内都含有糖类。贮藏性糖：低聚糖，淀粉，糖原结构性糖：纤维素，木质素，壳多糖，肽聚糖第二节单糖一、单糖的结构和构象单糖：糖类化合物中最简单、不能再水解为更小单位的糖类分子结构：单糖是含有一个自由醛基或酮基的多羟基的醛类或多羟基的酮类化合物，具有开链式和环式结构。碳原子数目：丙糖（三碳糖）；丁糖（四碳糖）；戊糖（五碳糖）；己糖（六碳糖）等。羰基特点：醛糖和酮糖自然界最简单的单糖是丙醛糖（甘油醛）和丙酮糖；自然界最重要也最常见的单糖是葡萄糖和果糖D-葡萄糖D-甘露糖D-葡萄糖D-果糖旋光性(opticalactivity)：旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力自然光尼科尔棱镜偏光αα右旋(+)左旋(-)检偏振器盛液管旋光物质含有n个C*的化合物，旋光异构体的数目为2n。旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力称旋光性、光学活性或旋光度。

[α]-为比旋光度，即单位浓度和单位长度下的旋光度，是特征物理常数。L--旋光管的长度，以分米表示；C--浓度，即在100ml溶液中所含溶质的克数；α--是在钠光灯（λ=589.0nm）为光源，温度为t，管长为L，浓度为ｃ时所测得的旋光度。λλ甘油醛：

分子式C3H6O3

结构式CH2OH-CHOH-C-H球棍模型透视式Fischer投影式O碳水化合物具有大量光学异构体，需要一个最简单的具有手性碳原子的单糖作为参考标准，这就是甘油醛，它有一个手性中心，有一对光学对映体。1906年人为规定右旋甘油醛为D型，左旋甘油醛为L型。卢森诺夫(Rosanoff)规定，凡单糖中直链分子式最末的一个不对称碳原子的构型与D-甘油醛一致的就称其为D型糖，不一致的就是L型糖（DL要大写）。任何糖都可以看作是由甘油醛或二羟丙酮派生出来的。离醛基或离酮基最远的手性碳的羟基的方向来确定糖的DL构型。DL仅指一种构型，指以甘油醛为标准而确定的相对构型，不表示旋光方向。旋光方向是以（+）、（–）来加以表示的。确定链状结构的方法（葡萄糖）：

a.与Fehling试剂或其它醛试剂反应，含有醛基，是糖的一种氧化反应

b.与乙酸酐反应，产生具有五个乙酰基的衍生物。

c.用钠汞齐作用，生成直链的山梨醇。单糖的链状结构葡萄糖葡萄糖简写链状结构用Fisher投影式表示：碳骨架、竖直写；氧化程度最高的碳原子在上方单糖从丙糖到庚糖，除二羟丙酮外，都含有手性碳原子（C*）。所有的醛糖都可以看成是甘油醛的醛基碳下端逐个插入C*延伸而成。D-甘油醛衍生而来的称D系醛糖，由L-甘油醛衍生而来的称L系醛糖。天然存在的已醛糖都是D型的。含有n个C*的化合物，旋光异构体的数目为2n，组成2n/2对对映体。D系单糖和L系单糖D(+)甘油醛D(-)赤藓糖D(-)苏糖D(-)核糖D(-)阿位伯糖D(+)木糖D(+)甘露糖D(-)来苏糖D(+)半乳糖D(+)葡萄糖dihydroxyacetone二羟丙酮erythruloseD(-)-赤藓糖ribuloseD(-)-核酮糖xyluloseD(+)-木酮糖Psicose,alluloseD(+)-阿洛酮糖fructoseD(-)-果糖sorboseD(+)-山梨糖tagaloseD(-)-塔格酮糖含有多个手性碳原子的两种化合物彼此之间的差别只在于单一不对称碳原子的构型，也叫表异构体。差向异构体（epimer)D(+)甘露糖D(+)半乳糖D(+)葡萄糖（1）、不象醛类那样形成缩醛，而是只和一分子的醇形成半缩醛（Hemiacetals)单糖的环状结构1、单糖的环状结构的证据（2）、葡萄糖的醛基不能象一般醛类那样与Schiff试剂(品红-亚硫酸）起反应发生紫红色反应，即不能使被亚硫酸漂白了的品红呈现红色。葡萄糖也不能与亚硫酸氢钠起加成反应。（3）、变旋现象(mutarotation):一般醛类在水溶液中只有一个比旋度，但新配制的葡萄糖水溶液的比旋随时间而变化。

[α]=+112°称α-D-(+)葡萄糖

[α]=+18.7°称β-D-(+)葡萄糖

变旋现象将这两种葡萄糖分别溶于水后,其旋光率都逐渐变为+52.7°,这一现象称变旋现象。变旋是由于分子立体结构发生某种变化的结果。半缩醛羟基与决定构型的羟基（C5上的羟基）在同一侧的为α-型，不在同一侧的为β-型。1893年Fisher提出环状结构说。半缩醛羟基异头碳单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳原子成为新的手性中心，导致C1差向异构化，产生两个非对映异构体（α-D-葡萄糖，β-D-葡萄糖），由于差向的位置是第一位C，因此也叫

异头体（物）（anomer）。因此糖实际上应当称之为多羟基半缩醛和半缩酮。Haworth投影式异头碳羟基与末端羟甲基是反式的为α异头物，顺式为β异头物开链的单糖形成环状半缩醛时，最容易出现五元环(呋喃）和六元环（吡喃）。D-葡萄糖C5上的羟基与C1的醛基加成生成六元环的为吡喃（型）葡萄糖（glucopyranose）。D-果糖C5上的羟基与C2的酮基加成形成五元环的为呋喃（型）果糖（Fructofuranose）吡喃糖和呋喃糖38%62%0.02%<0.5%<0.5%

D-葡萄糖在水溶液中主要以吡喃糖(pyranose)存在，呋喃糖(furanose)次之。D-果糖在水溶液中主要以呋喃糖存在，吡喃糖次之。56单糖的构象乙烷的构象交叉式重叠式环已烷的构象根据原子模型的研究，有两种类型的空间排布的构象：椅式（chair)和船式(boat)。碳原子的四个键的键角是109.28，葡萄糖环是褶曲的，6个成环原子并不在一个平面上。直立键（a键），交替地垂直伸向平面的上方或下方。平伏键（e键），交替地伸向两平面的上方或下方。b-D-Glucose更稳定β-D(+)-葡萄糖两种椅式构象中，较大的基团都处于平伏键上的构象是稳定的优势构象二、

单糖的物理性质一、单糖的结构三、

单糖的化学性质四、重要的单糖及其衍生物1、旋光性和变旋性：是鉴定糖（所有）的一个重要指标。变旋现象：伴随着这种异构体间的转变，糖溶液的旋光度也随着转变，这种现象称为变旋现象2、甜度：以蔗糖的甜度为标准物理性质3、溶解性：易溶于水而不溶于乙醚、丙酮等有有溶剂溶解性：果糖>葡萄糖20度时，溶解度：果糖（374.78g/100g水）；葡萄糖（87.67g/100g水）；40度时，溶解度：果糖（538.63g/100g水）；葡萄糖（162.38g/100g水）；温度影响：糖的溶解度大小能改变水溶液的渗透压，可以抑制微生物的活性，从而达到延长食品保质期吸湿性：果糖和转化糖>葡萄糖、麦芽糖>蔗糖果糖制备面包、糕点、软糖等效果较好化学性质化学性质由醛基或酮基、醇基决定（2）氧化成醛糖二酸（强氧化剂，如HNO3）D-葡萄糖二酸醛糖二酸3、单糖的还原D-葡萄糖醇（山梨醇）L-古洛醇L-古洛糖NaBH4NaBH4凡从3位碳以后构型不同的糖，其产生的糖脎不同，可以用来鉴别糖的种类。苯肼已醛糖苯脎4、形成糖脎（Osazone）果糖脎葡萄糖脎麦芽糖脎乳糖脎用作糖的定性鉴定由于单糖是多元醇，当与酸作用时可以生成酯。在生物体内最常见的一类碳水化合物就是糖的磷酸酯。它是糖在酶的作用下与ATP反应生成的。这是糖代谢的必须步骤。表示方法：G-1-P5、成酯反应6、缩醛反应——成苷反应半缩醛的羟基很活泼，易与其它的醇或酚上的羟基发生反应，失水而成为缩醛——糖苷，非糖部分叫配糖体7、脱水反应

单糖在稀的无机酸中是稳定的，与强酸（如H2SO4，HCl）作用，单糖脱水生成糠醛或糠醛的衍生物。糠醛5-羟甲糠醛乙酰丙酸8、糖的高碘酸氧化

确定糖苷的类型直链多糖的平均相对分子质量多糖分支数目多糖结构测定9.糖精酸的生成糖在碱的浓度高、加热或作用时间长的条件下，发生分子内氧化还原反应与重排作用，生成糖精酸类化合物。邻苯甲酰磺酰亚胺

2公斤糖精的甜度可相当于1000公斤的糖1879年，约翰霍普金斯大学研究生ConstantinFahlberg正在继续其甲苯系列衍生物合成研究。一天午餐时候，他发现手中的面包格外的甜，于是边对合成的系列甲苯化合物进行分析，最后发现了糖精。

这个偶然的发现给法利德别尔格开辟了一条通向新的发明的道路。从此，他集中全部精力，一心去研究这个煤焦油中提取出来的物质。他从又黑、又粘、又臭的煤焦油中提炼出甲苯，经过硫酸磺化、五氯化磷和氨处理后，再用高锰酸钾氧化，最后经过结晶、脱水而得到了一种特别甜的白色结晶体。他把它叫做“糖精”，并测出它比蔗糖要甜300~500倍。法利德别尔格立即宣布了他的发明，并在美国获得了专利。1886年，这位化学家迁居德国，并在那里建立了世界上第一个从煤焦油中提炼糖精的工厂。糖精就此开始闯入了人们的生活之中。双糖（Disaccharides)

双糖也是一种糖苷，只不过配体部分也是糖；天然存在的双糖多数以双已糖为主。按照糖化学的常规检验标准，根据与裴林试剂的反应性，可以把双糖区分为还原性双糖和非还原性双糖。非还原性双糖蔗糖（sucrose，食糖）是最常见的双糖，是一种非还原性的糖。由一分子的葡萄糖与一分子的果糖通过α,β-1,2糖苷键连接而成的。无变旋现象；无还原性；不能成脎

乳糖（Lactose）两个不同的亚单元（D-半乳糖和D-葡萄糖）通过β-1,4糖苷键连接的，是还原性糖（reducingsugar)变旋现象；具有还原性；能成脎还原性双糖

麦芽糖（Maltose）是两个葡萄糖分子通过α-1,4糖苷键连接的，是还原性糖（reducingsugar)变旋现象；具有还原性；能成脎

纤维二糖（Cellobiose）是二个D-葡萄糖分子通过β-1,4糖苷键连接的，是还原性糖（reducingsugar)变旋现象；具有还原性；能成脎二、环糊精是软化芽孢杆菌作用于淀粉的产物，由6-8个葡萄糖分子以α-1,4糖苷键连接成环状结构。是一种非还原糖。常被用做稳定剂和乳化剂。多糖（polysaccharide）

多糖的共同特性

1．分子量一般很大，在几万以上。在水中不能形成真溶液，有的根本不溶于水，如纤维素。2．物理性质：有旋光性，但无变旋现象。无甜味。3．化学性质：无还原性。同多糖（Homopolysacccharides)淀粉（amylose)：植物体内存在的贮藏糖中，最多而最重要的是淀粉。直链淀粉：长而紧密的螺旋管形，遇碘显兰色α-1,4糖苷键连接的，重复单元麦芽糖

α-1,4,α-1,6糖苷键连接的，重复单元麦芽糖，异麦芽糖

支链淀粉：不能形成螺旋管，遇碘显紫色β–淀粉：具有胶束结构的生淀粉α–淀粉：β–淀粉在水中经加热后，一部分胶束被溶解而形成空隙，于是水分子侵入其内部，与余下的部分淀粉分子结合，胶束逐渐扩大，淀粉体积膨胀，生淀粉的胶束消失，这种现象称为膨润现象。继续加热，胶束则全部崩溃，形成淀粉单分子，被水包围后形成溶液状态。这种现象称为糊化，处于进入这种状态的淀粉为α–淀粉。淀粉与蛋白质之间相互作用能形成发面筋，在有水存在的情况下加热，淀粉糊化而蛋白质变性，使得焙烤食品具有一定的结构。糖原（glycogen）：是动物的贮存多糖，在肝脏中多。遇碘显红紫色。其结构与支链淀粉相似，主要是α-吡喃葡萄糖，按α-1,4糖苷键综合而成的，糖原的分支程度比支链淀粉还高。另一部分分支可能是通过α-1,6糖苷键连结。平均每8-12个葡萄糖残基便有一个分支。含有大量的非还原端。

纤维素（cellulose)绿色植物体内约有50%碳以纤维素的形式存在。β-D-葡萄糖分子以β-1，4糖苷键相连而成直链。在纤维素中，纤维素结构单位是平行排列的，分子链间存在大量的H键。纤维素与碘不呈顔色反应。几种同多糖的比较

几丁质（chitin,壳多糖），大量存在于昆虫和甲壳类动物的甲壳中，也是许多真菌细胞壁常见的组成成分。N-乙酰-β-D葡萄糖胺以β-1，4糖苷键相连成直链；在天然聚合物中，除纤维素外，几丁质的贮量占第二位。

其它同多糖菊粉（inulin），是由果糖通过β-2,1糖苷键连接的果聚糖，线状结构。右旋糖苷（dextran）主链是α-1，6连葡聚糖，分支以α-1，3键连接的。杂多糖(Heteropolysaccharides)不均一性多糖杂多糖在动植物中广泛存在，在水解时产生含许多种单糖的混合物及其衍生物。简单的杂多糖由重复的混合双糖所构成。按不同的生物分成：植物杂多糖；动物杂多糖；微生物杂多糖

植物杂多糖——琼脂两个组分：琼脂糖（D－半乳糖和3,6脱水L－半乳糖）琼脂胶（琼脂糖的衍生物）：含丙酮酸和硫酸酯琼脂糖溶液冷却时形成刚性的交联凝胶网。珠状的琼脂糖凝胶商品名为Sepharose琼脂糖也可与交联剂如二溴丙醇制成交联琼脂糖凝胶，珠状的琼脂糖凝胶商品名为SepharoseCL。

构成微生物的细胞壁，以及分泌的一些胞外多糖肽聚糖（peptideglycan）肽聚糖的基本结构单位是二糖四肽.

二糖：NAG(N-乙酰葡糖胺）和NAM（Ｎ－乙酰胞壁酸），NAG和NAM都是单糖的衍生物。四肽：4个氨基酸连接成的短肽多个二糖四肽聚合成肽聚糖，每2个二糖四肽之间由5个甘氨酸（Gly）连接起来。微生物杂多糖Cellwall（G–）Cellwall（G+)肽聚糖脂多糖磷壁酸

主要是一类称为粘多糖（mucopolysaccharide）的多糖聚合物，广泛存在于动物的组织中，是结缔组织和细胞间质的特有成分。是细胞组织间的天然粘合剂。粘多糖通常含有两类交替出现的单糖单位，一是D-已糖胺，二是D-已糖醛酸；糖胺聚糖链长而不分支，呈现重复双糖系列结构。动物杂多糖（糖胺聚糖）

透明质酸(hyaluronicacidHA)眼球玻璃体、角膜、脐带中。在溶液中采取高度伸展的无规卷曲构象，外形