章糖类化学件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章第一章 糖类（糖类（Carbohydrate）化学）化学第1页本章学习目标掌握掌握糖概念、生物学功效糖概念、生物学功效经典典单糖（葡萄糖）糖（葡萄糖）结构和性构和性质熟悉熟悉低聚糖、多糖低聚糖、多糖结构和性构和性质了解了解其它糖及糖衍生物其它糖及糖衍生物结构、用途构、用途第2页1.1 糖概念1.1.1 糖类分布及其重要性分布 植物：约占其干重85-90%动物：低于2%微生物：10-30%根原来源：绿色细胞光合作用 第3页主要能源物主要能源物质：淀粉、糖原：淀粉、糖原 1.1.2 糖类生物学作用 生物体生物体结组成份成份在生物体内在生物体内转变成其它物成其它物质作作为细胞胞识别信息分子信息分子第4页1.1.3 糖化学概念 化学本化学本质：元素元素组成：成：多数糖由多数糖由C、H、O组成，成，试验式式Cn（H2O）m。少数含。少数含N、P、S糖类是多多羟基基醛、多、多羟基基酮及其缩聚物聚物和衍生物衍生物总称。例：葡萄糖、果糖、果糖-1，6-二磷酸、淀粉、纤维素等D-葡萄糖葡萄糖 D-果糖果糖第5页1.1.4 糖分类按糖聚合度分按糖聚合度分类 单糖糖（monosaccharide）：不不能能被被水水解解成成更更小小分子糖分子糖(含碳数含碳数3-7个个),分分为醛糖、糖、酮糖糖 寡寡糖糖（oligosaccharide）：由由2-10个个单糖糖分分子子缩合而成（二糖、三糖、四糖、五糖等）合而成（二糖、三糖、四糖、五糖等）多多糖糖（polysaccharide）：同同多多糖糖（淀淀粉粉、糖糖原原）、杂多糖（透明多糖（透明质酸、半酸、半纤维素）素）结合合糖糖(复复合合糖糖，糖糖缀合合物物)：糖糖脂脂、糖糖蛋蛋白白(蛋蛋白白聚糖聚糖)、糖、糖-核苷酸等核苷酸等 第6页1.2.1 单糖链状结构1、链状状结构构验证能和能和费林林试剂或其它或其它醛试剂反反应，说明有明有醛基基能能与与乙乙酸酸酐结合合，产生生具具5个个乙乙酰基基衍衍生生物物，证实有有5个个羟基基分子式确分子式确实定（定（CH2O）6经钠汞汞齐(钠汞汞合合金金)作作用用，被被还原原成成具具6个个羟基基山山梨梨醇醇，证实葡葡萄糖六个碳萄糖六个碳连成一条直成一条直链链状状结构式写法构式写法1.2 单糖第7页2、单糖糖D系和系和L系系醛糖：糖：醛糖可看成是由糖可看成是由甘油甘油醛醛基碳下端逐一基碳下端逐一插入插入C*延伸而成。延伸而成。D系系醛糖（由糖（由D-甘油甘油醛衍生）衍生）、L系系醛糖（由糖（由L-甘油甘油醛衍生）衍生）酮糖：由二糖：由二羟丙丙酮衍生衍生第8页CH2OHOHOHOHOHOH含含n个个C*化合物，旋光异构体数目化合物，旋光异构体数目2n，组成成对映体映体2n/2对单糖构型（糖构型（configuration）：分子中离）：分子中离羰基碳最基碳最远C*构型构型第9页1.2.2 单糖环状结构1、不能用、不能用单糖开糖开链结构解构解释性性质葡萄糖葡萄糖醛基不如普通基不如普通醛类醛基活基活泼变旋旋现象：象：单糖新配制溶液旋光度会糖新配制溶液旋光度会发生改生改变。根本原因：糖根本原因：糖羟基和基和酮基基发生分子内生分子内亲核核加成反加成反应，形，形成成环状半状半缩醛第10页2、异、异头物物概念：概念：羰基碳上形成差向异构体。基碳上形成差向异构体。/异异头物判断：异物判断：异头碳碳羟基与最末基与最末C*羟基取向。基取向。同：同：不一不一样：第11页3、吡喃糖和、吡喃糖和呋喃糖喃糖开开链单糖形成糖形成环状半状半缩醛时，轻易出易出现五元五元环和和六元六元环结构。构。D-葡萄糖主要以吡葡萄糖主要以吡喃糖（喃糖（稳定）形式定）形式存在，存在，呋喃糖次之；喃糖次之；D-果糖以果糖以2种形式种形式存在存在第12页将吡喃糖写成六角平面，将将吡喃糖写成六角平面，将呋喃糖写成五角平面喃糖写成五角平面书写写标准准：顺时针画画平平面面，左左上上右右下下;氧氧桥一一端端反反向向;D-型型糖糖末末端端-CH20H写写在在环平平面面上上，L-型型糖糖末末端端-CH20H写写在在环平平面面下下;异异头碳碳羟基基与与末末端端羟甲甲基基反反式式为，顺式式为4、单糖糖Haworth式式书写写D-葡萄糖葡萄糖Fischer投影式投影式第13页单糖链、环结构关系单糖糖链状状结构构、环状状结构构以以及及吡吡喃喃、呋喃喃式式彼彼此此并并非非孤孤立立存存在在，而而是是相相互互转变。-与与-型型互互变是是经过醛式式或水化或水化醛式来完成。式来完成。链式链式链式链式葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-D-吡喃葡萄糖-D-呋喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖-D-呋喃葡萄糖第14页链状状单糖糖分分子子：C-C键可可自自由由旋旋转，可可有有各各种种构构象象环状状单糖分子糖分子吡喃糖：船式构象，椅式构象（吡喃糖：船式构象，椅式构象（稳定）定）呋喃糖：信封式构象（柔性大）喃糖：信封式构象（柔性大）1.2.3 单糖构象（conformation）第15页1.2.4 单糖物理性质1、旋光性、旋光性（opticity）：旋光物：旋光物质使偏振光偏振面使偏振光偏振面发生旋生旋转能力，也称旋光度或光学活性。右旋能力，也称旋光度或光学活性。右旋（+），左旋（），左旋（-）除二除二羟丙丙酮外，几乎全部外，几乎全部单糖及其衍生物都有旋糖及其衍生物都有旋光性。旋光性是判定糖一个主要指光性。旋光性是判定糖一个主要指标。比旋光度比旋光度:表示旋光性大小。某一温度下，某物表示旋光性大小。某一温度下，某物质一定一定浓度溶液在度溶液在1dm长旋光管内旋光管内钠光下旋光光下旋光读数数100第16页2、变旋性旋性（mutarotation）许多多单糖糖新新配配制制溶溶液液会会发生生旋旋光光度度改改变，这种种现象称象称变旋。旋。变旋旋原原因因：-型型分分子子与与-型分子互型分子互变-型型与与-型型互互变到到达达平平衡衡时，旋旋光光度度不不再再发生改生改变第17页3、甜度（、甜度（sweetness）以蔗糖以蔗糖为参考物，要求参考物，要求为100。糖糖甜度甜度糖糖甜度甜度果糖果糖173.3鼠李糖鼠李糖 32.5转化糖化糖 130麦芽糖麦芽糖 32.5蔗糖蔗糖 100半乳糖半乳糖 32.1葡萄糖葡萄糖 74.3棉子糖棉子糖 22.6木糖木糖 40乳糖乳糖 16.1第18页4、溶解度、溶解度水溶性：水溶性：单糖分子中有多个糖分子中有多个羟基，增加了水溶性，基，增加了水溶性，热水中溶解度极大。水中溶解度极大。单糖微溶于乙醇，不溶于乙糖微溶于乙醇，不溶于乙醚、丙、丙酮等非极性有等非极性有机溶机溶剂。第19页1.2.5 单糖化学性质由由醛、酮基基产生性生性质单糖氧化糖氧化单糖糖还原原单糖成糖成脎单糖异构化糖异构化发酵酵由由羟基基产生性生性质成成酯作用作用成苷作用成苷作用脱水作用脱水作用氨基化作用氨基化作用脱氧脱氧第20页由由醛、酮基基产生性生性质1、单糖氧化糖氧化氧化成氧化成醛糖酸糖酸(氧化氧化醛基基)Feiling试剂:CuSO4、NaOH、酒石酸、酒石酸钾钠 Benedict试剂:CuSO4、Na2CO3、柠檬酸檬酸钠 定性定量定性定量检测还原糖原糖第21页氧化成氧化成醛糖二酸（氧化糖二酸（氧化醛基和伯醇基）基和伯醇基）氧化成糖氧化成糖醛酸（氧化伯醇基，保留酸（氧化伯醇基，保留醛基）基）Br2H2O浓浓HNO3（生物体内）（生物体内）糖酸糖酸醛糖醛糖糖二酸糖二酸糖醛酸糖醛酸第22页2、单糖糖还原原第23页3、单糖成糖成脎作用作用因因因因为为糖糖糖糖脎脎分分分分子子子子借借借借氢氢键键形形形形成成成成稳稳定定定定鳌鳌环环结结构构构构，所所所所以以以以单单糖糖糖糖醛醛基基基基或或或或酮酮基基基基与与与与苯苯苯苯肼肼反反反反应应，只只只只发发生生生生在在在在C1C1和和和和C2C2上上上上，不不不不再再再再继续继续下去。下去。下去。下去。成成脎脎作用：作用：作用：作用：单单糖第糖第糖第糖第1 1、2 2碳与苯碳与苯碳与苯碳与苯肼肼(氰氰化化化化氢氢或或或或羟羟胺胺胺胺)结结合后形成晶合后形成晶合后形成晶合后形成晶体糖体糖体糖体糖脎过脎过程程程程第24页糖糖脎为黄色晶体，不溶于水黄色晶体，不溶于水成成脎作用可用来判作用可用来判别一些一些单糖糖D-葡萄糖、葡萄糖、D-果糖和果糖和D-甘露糖生成同一个糖甘露糖生成同一个糖脎，从第三位碳原子起构型不一从第三位碳原子起构型不一样单糖糖产生不一生不一样糖糖脎CH2OH第25页4、单糖异构化糖异构化弱碱或稀弱碱或稀强碱可引碱可引发单糖分子重排糖分子重排强碱使碱使单糖分裂糖分裂产生各种生各种产物物第26页由由羟基基产生性生性质 单糖各个糖各个-OH活活泼性不一致性不一致C1-OH最活最活泼其次其次为碳碳链末端一末端一级醇醇-OH其它二其它二级醇醇-OH活活泼性普通性普通较低且不相等低且不相等第27页1、成、成酯作用作用单糖一切糖一切-OH都可与酸都可与酸结合成合成酯单糖与无机磷酸、糖与无机磷酸、ATP中磷酸分子中磷酸分子第28页有干燥有干燥HCl气催化下，半气催化下，半缩醛羟基可与醇化合，基可与醇化合，羟基基氢被甲基取代形成糖苷。被甲基取代形成糖苷。糖苷糖苷键种种类：O-苷（常苷（常见）、）、N-苷、苷、S-苷、苷、C-苷苷2、成苷作用、成苷作用第29页3、脱水作用、脱水作用戊糖戊糖:与与12%盐酸作用，酸作用，经一系列消去反一系列消去反应和和环化作用化作用产生糠生糠醛己糖己糖:与酸共与酸共热，生成，生成5-羟甲糠甲糠醛第30页糠糠醛反反应应用用判定判定酮糖：糖：羟甲糠甲糠醛与与间苯二酚反苯二酚反应生成生成红色色缩合物合物判判别戊糖：糠戊糖：糠醛与与间苯三酚或根皮酚苯三酚或根皮酚缩合生成合生成朱朱红色色物物质；糠糠醛与甲基与甲基间苯二酚或地衣酚苯二酚或地衣酚缩合生成合生成蓝绿色色或或橄橄榄绿色色物物质验证糖存在：糠糖存在：糠醛及其衍生物能与及其衍生物能与-萘酚反酚反应生成生成红紫色紫色缩合物合物总糖定量：糖脱水与蒽糖定量：糖脱水与蒽酮缩合生成合生成蓝绿色色复合物复合物第31页4、氨基化反、氨基化反应单糖分子中糖分子中-OH（主要是（主要是C2和和C3上）可被上）可被-NH2基基取代，取代，产生氨基糖，也称糖胺。自然界中多以乙生氨基糖，也称糖胺。自然界中多以乙酰氨基糖形式存在。氨基糖形式存在。第32页5、脱氧、脱氧单糖糖羟基之一失去氧即成脱氧糖基之一失去氧即成脱氧糖2-2-脱氧脱氧-D-D-核糖核糖 L-L-鼠李糖鼠李糖（6-6-脱氧脱氧-L-L-甘露糖）甘露糖）L-L-岩藻糖岩藻糖（6-6-脱氧脱氧-L-L-半乳糖）半乳糖）第33页1.3 1.3 二糖和三糖二糖和三糖1.3.1 蔗糖（sucrose）起源：甘蔗、甜菜和糖起源：甘蔗、甜菜和糖枫结构构物理性物理性质：白色：白色结晶，易溶晶，易溶于水，有甜味，有旋光性，于水，有甜味，有旋光性，无无变旋作用旋作用化学性化学性质：无：无还原作用，不原作用，不能成能成脎，可被，可被强碱破坏，能碱破坏，能被稀酸或被稀酸或转化化酶水解水解产生生转化作用化作用C12H22O11+H2O C6H12O6+C6H12O6 蔗糖蔗糖D-GlcD-FruD+66.4+52.5-92 -20 右旋右旋 左旋左旋第34页1.3.2 麦芽糖（maltose）起源：谷起源：谷类种子种子发芽或淀粉水解芽或淀粉水解结构构物理性物理性质：白色：白色结晶，易溶于水，甜度晶，易溶于水，甜度仅次于蔗糖，次于蔗糖，有旋光性和有旋光性和变旋作用旋作用化学性化学性质：有：有还原性，可成原性，可成脎，可被酵母菌，可被酵母菌发酵酵第35页1.3.3 乳糖（lactose）起源：人及起源：人及动物乳汁中物乳汁中结构构物理性物理性质：白色晶体，溶于水，：白色晶体，溶于水，微甜，有旋光性且有微甜，有旋光性且有变旋作用旋作用化学性化学性质：有：有还原性，能成原性，能成脎，与硝酸同煮与硝酸同煮产生黏酸生黏酸第36页1.3.4 三糖（trisaccharide）棉子糖（葡萄糖、果糖、半乳糖）棉子糖（葡萄糖、果糖、半乳糖）第37页第38页1.4 多糖（polysaccharide）多糖共同特征多糖共同特征 分子量普通很大，在几万以上。在水中分子量普通很大，在几万以上。在水中不能形成真溶液，有根本不溶于水，如不能形成真溶液，有根本不溶于水，如纤维素。素。物理性物理性质：有旋光性，但无：有旋光性，但无变旋旋现象。象。无甜味。无甜味。化学性化学性质：无：无还原性，不能成原性，不能成脎。第39页1.4.1 淀粉（starch）1、结构：天然淀粉呈构：天然淀粉呈颗粒状，其外粒状，其外层为支支链淀粉，淀粉，约占占8090%；内；内层为直直链淀粉，淀粉，约占占1020%。由。由D-G以以-糖苷糖苷键连接多聚体接多聚体直直链淀粉（淀粉（amylose）链长约250-300个葡萄糖个葡萄糖单位位 每圈螺旋每圈螺旋6个葡萄糖残基个葡萄糖残基第40页支支链淀粉（淀粉（amylopectin）主主链中每隔中每隔8-9个葡萄糖个葡萄糖单位即有一个分支位即有一个分支 每个分支每个分支长度度约20-30个葡萄糖残基个葡萄糖残基第41页2、性、性质性性质直直链淀粉淀粉支支链淀粉淀粉分子量分子量4000-400000500000-1000000溶解性溶解性冷水中不溶，略溶于冷水中不溶，略溶于热水水吸水后膨吸水后膨胀成糊状成糊状与磷酸与磷酸结合情况合情况不不结合合结合合水解水解酸水解成葡萄糖，淀粉酶水解成麦芽糖水解过程有不一样大小糊精产生与碘与碘显色色蓝色色紫色紫色水解过程：水解过程：淀粉淀粉红色糊精红色糊精无色糊精无色糊精麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖 与碘与碘呈色反应呈色反应 蓝蓝（紫紫）红色红色 不显色不显色 不显色不显色 不显色不显色 第42页淀粉糊化和老化淀粉糊化和老化 糊糊化化：淀淀粉粉在在适适当当温温度度（60-80 C）下下，在在水水中中溶溶胀、分分裂裂形形成成均均匀匀糊糊状状溶溶液液作作用用。本本质上上是是淀淀粉粉粒粒中中有有序序及及无无序序（晶晶质及及非非晶晶质）态分分子子间氢键断断开开，分分散散在在水水中中成成为胶体溶液。胶体溶液。生生淀淀粉粉：（糊糊化化淀淀粉粉、-淀淀粉粉）糊糊化化后后淀淀粉粉浆脱脱水水干干燥燥而得可分散于冷水中无定型粉末。而得可分散于冷水中无定型粉末。老老化化（退退化化）：淀淀粉粉溶溶液液经迟缓冷冷却却，或或淀淀粉粉凝凝胶胶久久置置，变成成不不透透明明甚甚至至沉沉淀淀现象象。本本质上上是是糊糊化化淀淀粉粉分分子子又又自自动排列成序，形成致密高度排列成序，形成致密高度结晶不溶性淀粉胶体。晶不溶性淀粉胶体。第43页1.4.2 糖原（glycogen）分布：人及分布：人及动物物细胞内胞内储存多糖，又称存多糖，又称动物淀粉。在物淀粉。在肝肝脏和肌肉中含量和肌肉中含量较多。多。结构：与支构：与支链淀粉相同，主淀粉相同，主链以以 -1，4糖苷糖苷键连接，接，支支链连接接键为 -1，6糖苷糖苷键。末端无。末端无还原性。原性。性性质：与：与红糊精相同。干燥状糊精相同。干燥状态为无定形粉末，溶于无定形粉末，溶于沸水，遇碘呈沸水，遇碘呈红色，无色，无还原性，不成原性，不成脎。水解。水解产物物为D-葡萄糖。葡萄糖。功效：肝糖原可分解功效：肝糖原可分解为葡萄糖葡萄糖进入血液，肌糖原入血液，肌糖原为肌肌肉收肉收缩提供能量提供能量第44页1.4.3 纤维素（Cellulose）1、分布：植物、分布：植物纤维部分主要成份部分主要成份2、结构：构：-D-G以以-14 糖苷糖苷键连接而成直接而成直链，不，不分支。糖分支。糖链间经过分子分子间氢键堆堆积起起紧密片密片层结构构第45页3、性、性质纯净纤维素是无色无臭、无味物素是无色无臭、无味物质溶解性：不溶于水和有机溶溶解性：不溶于水和有机溶剂，但，但对水有很水有很强亲和和力；溶于力；溶于发烟烟盐酸、无水氟化酸、无水氟化氢、浓硫酸及硫酸及浓磷酸；磷酸；碱可使棉花碱可使棉花纤维素部分溶解素部分溶解水解：稀酸中不易水解得水解：稀酸中不易水解得纤维二糖；二糖；浓硫酸低温或硫酸低温或稀硫酸高温高稀硫酸高温高压下水解得下水解得20%G。与碘无与碘无颜色反色反应。第46页1.4.4 琼胶（琼脂，agar）分布：海藻分布：海藻组成：成：D-半乳糖，半乳糖，L-半乳糖半乳糖结构构性性质：琼胶胶无无色色，无无味味，能能吸吸水水膨膨胀，溶溶于于热水水，冷却后成凝胶。冷却后成凝胶。用用途途：电泳泳支支持持物物之之一一；微微生生物物培培养养基基凝凝固固剂；食食品品中中用用于于果果冻、软糖糖、果果酱、栗栗子子羹羹等等加加工工，改改进冰激淋冰激淋组织状状态、预防形成粗糙防形成粗糙结晶。晶。第47页1.4.5 果胶（pectin）分布：分布：鲜果果组成及成及结构：半乳糖构：半乳糖醛酸以酸以-（14）糖苷）糖苷键连成成长链，通常以甲，通常以甲酯化状化状态存在（果酸甲存在（果酸甲酯）用途：食品添加用途：食品添加剂，用于果，用于果酱、饮料、罐料、罐头、甜、甜食生食生产。含有膨。含有膨胀和胶体性和胶体性质，可，可严格控制水分格控制水分扩散，有利于食品散，有利于食品长久保留。久保留。CH3 CH3第48页改性淀粉改性淀粉变性性淀淀粉粉，化化工工淀淀粉粉或或加加工工淀淀粉粉，是是将将淀淀粉粉经过物物理理或或化化学方法加以修学方法加以修饰后，含有新特殊性能淀粉。后，含有新特殊性能淀粉。食品工食品工业中改性淀粉中改性淀粉种类种类特征特征用途用途-淀粉淀粉冷水可溶、热水膨胀冷水可溶、热水膨胀勾芡勾芡酸处理淀粉酸处理淀粉形成凝胶，低粘性，成膜性形成凝胶，低粘性，成膜性水果糖，果冻水果糖，果冻磷酸化淀粉磷酸化淀粉增粘，透明性，低拉丝性，耐热增粘，透明性，低拉丝性，耐热果酱，罐头，快餐面果酱，罐头，快餐面酶变糊精酶变糊精冷水可溶，低吸水性冷水可溶，低吸水性香料，酱油，调味料香料，酱油，调味料变性老化淀粉变性老化淀粉抗老化性，耐热、酸，保水性抗老化性，耐热、酸，保水性馅料，团子馅料，团子两性淀粉两性淀粉亲水亲油，可溶于冷水、粘度低亲水亲油，可溶于冷水、粘度低乳化剂、稳定剂、包埋剂乳化剂、稳定剂、包埋剂第49页