3.1-糖的分类及化学反应优秀PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,糖化学,糖类（又称碳水化合物,C,n,(H,2,O),m,）,多羟基醛,/,酮以及水解产生能产生多,羟基醛,/,酮的物质。,绿色植物光合作用的产物，是动植物所需能量的重要来源。,糖类的概念和分类,糖的分类及化学反应,1,葡萄糖,(,果糖,),蔗糖,麦芽糖,淀粉,纤维素,氧化反应,（与银氨溶液或斐林试剂）,糖类的概念和分类,单糖,二糖,多糖,还原性糖,非还原性糖,水解反应,2,糖都有甜味吗？,有甜味的都是糖吗？,你都吃过哪种糖？,3,糖精,阿斯巴甜,糖浆,糖醇,甘草苷,甜菊糖,糖及其衍生物,非糖天然甜味剂,天然物衍生物,合成甜味剂,常用的甜味剂,4,大米,80,马铃薯,20,高粱,面粉,70,富含淀粉的粮食,玉米,70,主要存在于植物的种子和块根里。,5,棉花树,棉花花苞,棉花,亚麻,麻,麻丝,桉树,桉树木材,竹子,9295,纤维素,存在于一切植物中。是构成植物细胞壁的基础物质。,50,80,6,多糖,多糖是由许多单糖分子通过苷键连接而成的高分子化合物。由于连接的方式不同，可以形成直链多糖，支链多糖，有时也能形成环状的多糖。,7,苷键类型,：,-1,4,苷键、,-1,4,苷键和,-1,6,苷键等。,物理性质：,多糖无固定熔点、无甜味、大多难溶于水，也难溶于有机溶剂，多糖的长链末端虽然仍有苷羟基，但一般无变旋光现象，也不显还原性。,匀多糖,（水解后只生成一种单糖，如淀粉、糖元、纤维素等）；,杂多糖,（水解产物是两种以上的单糖或单糖衍生物如阿拉伯胶、粘多糖等）。,多糖的分类：,8,一、低聚糖,常见种类、结构及苷键类型,-1,4-,糖苷键：,-1,4-,糖苷键：,9,-1,6-,糖苷键：,10,-1,6-,糖苷键：,11,-1,2-,糖苷键：,混合键型低聚糖：,-1,6-,-1,2,12,-1,4-,-1,2,13,食品中低聚糖的性质,一、水解反应,低聚糖的水解反应指低聚糖在酶、酸或碱作用下，苷键断裂、糖链分解的过程；低聚糖一般的水解产物为单糖；如：,14,酶催化的低聚糖的水解是食品或食品原料中经常进行的反应，如蜂蜜大量存在的转化糖、乳糖酶催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖等。,化学法水解低聚糖常以酸作为催化剂，在酸性条件下，除低聚糖中的,1,6-,苷键较难水解外，其它苷键均可分解。,二、褐变反应,低聚糖也能发生,Mailard,等类型的褐变反应，但其反应速度比单糖要慢一些。,15,三、抗氧化作用,低聚糖及单糖的水溶液具有抗氧化性。其原因有三：,a.,溶液中糖的存在可以大大降低氧的溶解度；如在,60%,的蔗糖溶液中，氧的溶解度约为纯水的,1/6,。,b.,可以阻断其它成分与空气氧的接触；,c.,具有还原性，可以首先与氧发生反应。,四、提高渗透压,随着糖溶液浓度的提高，其渗透压也提高。当控制合适的糖溶液浓度时，会因较高的渗透压而抑制微生物的生长。,16,环糊精,环糊精是一种低聚糖，淀粉经用环糊精葡萄糖转移酶处理，就可生成环糊精的混合物。从结构上看，环糊精是由,68,个或更多个葡萄糖单位通过,a,-1,4,苷键连接而成的环状化合物，它们分别称为,a,、,b,或,g,环糊精。,环糊精的结构象一个去掉把手，打掉桶底的提桶，桶边是由,6,个吡喃葡萄糖分子,(,a,环糊精,),的,CC,键和,CO,键组成，桶的深度相当于吡喃糖环的宽度，上面较大的桶边缘外面伸展着,C,2,-OH,和,C,3,-OH,。下面稍小的桶底边缘伸展着,C,5,-CH,2,OH,因此在环糊精上、下两端开口处都连有许多亲水性的,-OH,，桶的里边则由疏水性的,CH,键和,O,苷键构成。这种,内腔疏水、上下两端开口处亲水的结构使环糊精具有许多特殊的性质，许多非极性有机分子或有机分子的非极性一端，可进入环糊精的内腔，形成,包结物,。包结物形成后能改变被包结物的物理和化学性质，如挥发性、溶解度、气味、颜色等。如,Vit A,及抗癌药氟脲嘧啶等分别与环糊精做成包结物后，可增加稳定性，减小其毒副作用。,17,(,二,),淀粉,(starch),以不同含量存在于植物的茎、块和种子中，如大米中约含,7580%,，小麦约含,6065%,，玉米约含,65%,，马铃薯约含,20%,。将这些原料干燥磨碎，使细胞破裂，然后用水冲洗，淀粉在水中混悬下沉，过滤后干燥即得。,淀粉为白色、无臭、无味粉状物质，它是由,a-D-,葡萄糖单位组成的多聚体，是植物中,D-,葡萄糖的主要储存形式。淀粉是由,直链淀粉,(amylose),和,支链淀粉,(amylopectin),所组成的混合物，前者的含量为,1030%,，后者的含量为,7090%,。,18,淀粉的结构,19,1,、直链淀粉,由,-D-(+)-,葡萄糖以,-1,4-,苷键,结合而成的链状高聚物。,20,直链淀粉不易溶于冷水，能溶于热水。,直链淀粉分子卷曲成螺旋状,，每一圈螺旋有六个,D-,葡萄糖结构单位。,21,直链淀粉的结构,22,淀粉溶液与碘产生紫兰色反应,，目前认为是直链淀粉螺旋状结构中的空穴恰好适合碘分子的进入，依靠分子间引力使碘形成,紫兰色,的包结物。,I,-,3,I,-,3,I,-,3,23,支链淀粉也称胶淀粉，存在于淀粉的外层，组成淀粉的皮质，它不溶于冷水或热水，但可在水中膨胀成糊状。,支链淀粉的主链也是由,a-D-,吡喃葡萄糖通过,-1,4-,苷键,连接而成，此外它还含有,-1,6-,苷键,连接的支链,。,2,、支链淀粉,24,每个支链大约,20,个葡萄糖单位,25,支链淀粉与碘生成,紫红色,的包合物。,26,直链和支链淀粉均可在酸催化下加热水解。,(C,6,H,10,O,5,)n (C,6,H,10,O,5,)n-x C,12,H,22,O,11,C,6,H,12,O,6,淀粉,紫糊精 红糊精 无色糊精 麦芽糖,D-,葡萄糖,碘液：,紫兰色 紫兰色,红色,无色 无色 无色,根据淀粉的水解产物与碘液呈现的颜色，可判断淀粉水解的程度。,27,糖原,糖原为动物体内贮存的主要多糖，此多糖相当于植物体内贮存的淀粉，所以糖原也称为动物淀粉；高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原。,人类肝脏中的糖原含量可达肝脏干重的百分之十左右。软体动物也含有糖原，甚至于在玉米和一些细菌中也曾发现能合成类似糖原的多糖成分。,28,糖原的结构,借助于甲基化作用已证明糖原的主链骨架由,1-4,糖苷键联接的,-D,吡喃葡萄糖残基构成，由甲基化作用也同时发现糖原的甲基化产物中含有较多的,1,，,4,，,6,三甲基化的,-D-,吡喃葡萄糖。,因此糖原分子具有较多的分支结构。支链淀粉的分支结构是以,24,个葡萄糖残基为其分支的长度，但糖原的分支结构则是平均以,12,个葡萄糖残基为其分支的长度。,29,糖原,30,31,(,三,),纤维素,纤维素是由许多葡萄糖结构单位以,-1,4-,苷键,互相连接而成的。,人的消化道中没有水解,-1,4,葡萄糖苷键的纤维素的酶，所以人不能消化纤维素，但人对纤维素又是必不可少的，因为纤维素可帮助肠胃蠕动，以提高消化和排泄能力。,32,由,b,-1,4-,苷键,连接的纤维素趋向形成直链，每,100200,条彼此平行的分子长链通过氢键聚集在一起排列成纤维素索。,33,植物中纤维素的存在形态,34,纤维素,不显还原性,，在酸中加热加压长时间水解，可最终水解为,D-,葡萄糖，若小心水解可生成纤维二糖。,人体中没有水解纤维素的酶，因此人类不能以纤维素作食物，但反刍动物如牛等可利用它们胃中能产生纤维素酶的微生物，将纤维素分解成葡萄糖，因而可利用纤维素作为食物。,纤维素在水、稀酸和稀碱及一般有机溶剂中不溶，但能,溶于浓硫酸及浓的氯化锌溶液,中，并同时断链，最好的溶剂是氢氧化铜的氨溶液。,35,(1).,制造,纤维素硝酸酯,（硝酸纤维）。根据含,N,量分为,火棉,（含,N,量较高，用于制造无烟火药）、,胶棉,（含,N,量较低，用于制赛璐珞和喷漆）,(2).,制造,纤维素乙酸酯,（醋酸纤维），不易着火，用于制胶片,(3).,制造,黏胶纤维,（,NaOH,、,CS,2,处理后所得，其中的长纤维称,人造丝,，短纤维称,人造棉,）,纤维素的用途,36,纯棉上衣,麻布,法国棉麻,(4).,棉麻纤维大量用于纺织工业,(5).,木材、稻草、麦秸、蔗渣等用于造纸,(6).,食物中的纤维素有利于人的消化。,37,半纤维素,大量存在于植物木质化部分，包括很多高分子的多糖。,用稀酸水解则产生己糖和戊糖，所以它是多聚戊糖,(,如多聚阿拉伯糖、多聚木糖,),和多聚己糖,(,如多聚半乳糠和多聚甘露糖,),的混合物。,38,多糖的性质,一、多糖的溶解性,多糖类物质由于其分子中含有大量的极性基团，因此对于水分子具有较大的亲合力；但是一般多糖的分子量相当大，其疏水性也随之增大；因此分子量较小、分支程度低的多糖类在水中有一定的溶解度，加热情况下更容易溶解；而分子量大、分支程度高的多糖类在水中溶解度低。,39,正是由于多糖类物质对于水的亲合性，导致多糖类化合物在食品中具有限制水分流动的能力；而又由于其分子量较大，又不会显著降低水的冰点。,40,二、多糖溶液的黏度与稳定性,正是由于多糖在溶解性能上的特殊性，导致了多糖类化合物的水溶液具有比较大的黏度甚至形成凝胶。,多糖溶液具有黏度的本质原因是：多糖分子在溶液中以无规线团的形式存在，其紧密程度与单糖的组成和连接形式有关；当这样的分子在溶液中旋转时需要占有大量的空间，这时分子间彼此碰撞的几率提高，分子间的摩擦力增大，因此具有很高的黏度。甚至浓度很低时也有很高的黏度。,41,当多糖分子的结构情况有差别时，其水溶液的黏度也有明显的不同。,高度支链的多糖分子,比具有相同分子量的直链多糖分子占有的空间体积小得多，因而相互碰撞的几率也要低得多，溶液的,黏度也较低,；,带电荷的多糖分子,由于同种电荷之间的静电斥力，导致链伸展、链长增加，溶液的,黏度大大增加,；,大多数亲水胶体溶液的黏度随着温度的提高而降低，这是因为温度提高导致水的流动行增加；而黄原胶是一个例外，其在,0,100,内黏度保持基本不变。,42,多糖形成的胶状溶液其稳定性与分子结构有较大的关系。,不带电荷的直链多糖,由于形成胶体溶液后分子间可以通过,氢键,而相互结合，随着时间的延长，缔合程度越来越大，因此在重力的作用下就可以,沉淀,或形成,分子结晶,。,支链多糖,胶体溶液也会因分子凝聚而变得,不稳定,，但速度较慢；,带电荷的多糖,由于分子间相同电荷的斥力，其胶状溶液具有相当高的,稳定,性。食品中常用的海藻酸钠、黄原胶及卡拉胶等即属于这样的多糖类化合物。,43,三、多糖的水解,多糖的水解指在一定条件下，糖苷键断裂，多糖转化为低聚糖或单糖的反应过程。,多糖水解的条件主要包括酶促水解和酸碱催化水解；调节或控制多糖水解是食品加工过程中的重要环节。,44,待处理对象,所用酶,得到产物,应用条件,应用意义,淀粉,淀粉酶,(来自大麦芽或微生物),生产糖浆和改善食品感官性质,纤维素,纤维素酶,(包括内切酶、外切酶及葡糖苷酶),短的纤维素链、纤维二糖及葡萄糖,3060,pH4.56.5,生产膳食纤维、葡聚糖浆及提高果汁榨汁率和澄清度,半纤维素,半纤维素酶(,L,-,阿拉伯聚糖酶、,L,-,半乳聚糖酶、,L-,甘露聚糖酶、,L-,木聚糖酶,),半乳糖、木糖,、阿拉伯糖、甘露糖及其它单糖,提高食品质量,果胶,果胶酶,(有内源和商品之分）,主要为半乳糖醛酸，有少量半乳糖、阿拉伯糖等,植物质地软化及水果榨汁和澄清,a.,酶促水解,45,b.,酸碱催化水解,(1),酸催化,*机理：,46,影响因素：,多糖类型：对中性多糖起作用，其它糖不一定,温度：温度提高，酸催化速度大大提高,苷键类型：,苷键比,苷键水解容易。,1,6-,1,4-,1,3-,1,2-,单糖环的大小：呋喃环比吡喃环容易水解,多糖结晶程度：结晶区较难水解,47,(2)碱催化-转消性水解,果胶在碱性条件下的水解属于此种类型（反应机理见下页）,由图可以看出，果胶的转消性水解属于碱催化的苷键断裂过程，本质是碱帮助半缩醛羟基形成的苷键发生断裂，类似于醚碱的反应，碱的帮助作用主要体现在亲核取代。,果胶的这种水解被用在食品加工中的,去皮,过程。,48,49,