糖的分类及化学反应.ppt

糖类 又称碳水化合物Cn H2O 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 糖的分类及化学反应 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 水解反应 糖都有甜味吗 有甜味的都是糖吗 你都吃过哪种糖 常用的甜味剂 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 棉花树 棉花花苞 棉花 亚麻 麻 麻丝 桉树 桉树木材 竹子 92 95 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 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 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 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 1 6 糖苷键 1 6 糖苷键 1 2 糖苷键 混合键型低聚糖 1 6 1 2 1 4 1 2 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 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 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 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6 8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 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75 80 小麦约含60 65 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10 30 后者的含量为70 90 淀粉的结构 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 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 直链淀粉的结构 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 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 每个支链大约20个葡萄糖单位 支链淀粉与碘生成紫红色的包合物 直链和支链淀粉均可在酸催化下加热水解 C6H10O5 n C6H10O5 n xC12H22O11C6H12O6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 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 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 糖原 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 由b 1 4 苷键连接的纤维素趋向形成直链 每100 200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 植物中纤维素的存在形态 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 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 CS2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 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 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 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 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 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 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 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 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 a 酶促水解 b 酸碱催化水解 1 酸催化 机理 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 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