糖类化合物学习教案

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1、会计学1第一页，共158页。第1页/共158页第二页，共158页。第2页/共158页第三页，共158页。维素、果胶等。第3页/共158页第四页，共158页。HCHOOHHHOOHHOHHCH2OH葡萄糖HOCHOHHHOOHHOHHCH2OH甘露糖HCHOOHHHOHHOOHHCH2OH半乳糖HHOOHHOHHCH2OHO果糖HOCHOHOHHCH2OHHOH阿拉伯糖CHOOHHCH2OHHOHHOHHO木糖CHOOHHOHHHHOHCH3鼠李糖HCHOOHHHOHHOOHHCOOH半乳糖醛酸HCHOOHHHOOHHOHHCOOH葡萄糖醛酸OHHCH2OHCH2OHCH2OHHOHHHOHOH

2、山梨糖醇D-D-D-D-D-D-D-D-D-CHOOHHCH2OHHHOHOHCHOOHHCH2OHHHOHHD-核糖D-脱氧核糖第4页/共158页第五页，共158页。第5页/共158页第六页，共158页。第6页/共158页第七页，共158页。第7页/共158页第八页，共158页。食品中的单糖类化合物单糖与食品相关的物理学特性1 单糖的甜度单糖类化合物均有甜味，甜味的强弱用甜度来区分，不同的甜味物质其甜度大小不同。甜度是食品鉴评学中的单位(dnwi)，这是因为甜度目前还难以通过化学或物理的方法进行测定，只能通过感官比较法来得出相对的差别，所以甜度是一个相对值。一般以10%或15%的蔗糖水溶液在

3、20时的甜度为来确定其它甜味物质的甜度，因此又把甜度称为比甜度。下面是一些单糖的比甜度： -D-葡萄糖0.70 -D-半乳糖 -D-甘露糖 0.59 -D-木糖 -D-呋喃果糖 不同的单糖其甜度不同，这种差别与分子量及构型有关；一般的讲，分子量越大，在水中的溶解度越小，甜度越小；环状结构的构型不同，甜度亦有差别，如葡萄糖的-构型甜度较大，而果糖的-构型甜度较大。第8页/共158页第九页，共158页。是指1mL含1g糖的溶液(rngy)在其透光层为时使偏振光旋转的角度第9页/共158页第十页，共158页。单糖类化合物在水中都有比较大的溶解度，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。不同的单糖在水中的溶解度

4、不同，其中果糖最大，如20 时，果糖在水中的溶解度为，而葡萄糖为。随着温度的变化，单糖在水中的溶解度亦有明显的变化，如温度由20 提高到40,葡萄糖的溶解度则变为。 利用糖类化合物较大的溶解度及对于渗透压的改变，可以抑制(yzh)微生物的活性，从而达到延长食品保质期的目的。但要做到这一点，糖的浓度必需达到70%以上。常温下（20-25)，单糖中只有果糖可以达到如此高的浓度，其它单糖及蔗糖均不能。而含有果糖的果葡糖浆可以达到所需要的浓度。果酱和蜜饯类食品就是利用糖作为保藏剂的。3 溶解度溶解度第10页/共158页第十一页，共158页。吸湿性和保湿性反映了单糖和水分之间的关系，分别指在较高空气湿度

5、条件下吸收水分的能力和在较低空气湿度湿度下保持水分的能力。这两种性质对于保持食品的柔软性、弹性、贮存及加工都有重要的意义。如：生产硬糖时要求生产材料的吸湿性低，如蔗糖； 相反，生产软糖时要求生产材料的吸湿性要高，如转化糖和果葡糖浆； 不同的单糖其结晶形成的难以程度不同，如葡萄糖容易形成结晶且晶体细小，果糖(gutng)难于形成结晶等。4 吸湿性、保湿性与结晶性 第11页/共158页第十二页，共158页。第12页/共158页第十三页，共158页。3.2.2 单糖的食品化学反应单糖一般的化学性质在有机化学及生物化学中已经进行了详细的介绍，这里只讨论单糖在食品或食品原料中可能发生的化学反应。3.2.

6、2.1 Maillard（美拉德)反应Maillard（Maillard, L. C.；法国化学家）反应指含羰基化合物（如糖类等）与含氨基化合物（如氨基酸等）通过缩合、聚合而生成类黑色素的反应。由于此类反应得到的是棕色的产物且不需酶催化，所以(suy)也将其称为非酶褐变。几乎所以(suy)的食品或食品原料内均含有羰基类物质和氨基类物质，因此均可能发生Maillard反应。对这类反应的讨论是食品化学的一个重点内容。1反应的总体过程Maillard反应是一个非常复杂的过程，需经历亲核加成、分子内重排、脱水、环化等步骤。其中又可分为初期、中期和末期三个阶段，总体过程可如下图表示。第13页/共158页

7、第十四页，共158页。初期反应：包括羰氨缩合和分子重排；初期反应：包括羰氨缩合和分子重排；中期反应：分子重排产物的进一步降解，生成羧甲基糠醛中期反应：分子重排产物的进一步降解，生成羧甲基糠醛等；等；末期反应：中期反应产物进一步缩合、聚合，形成复杂的末期反应：中期反应产物进一步缩合、聚合，形成复杂的高分子色素。高分子色素。初期阶段的羰氨缩合反应的控制对控制整个初期阶段的羰氨缩合反应的控制对控制整个(zhngg)美美拉德反应意义巨大。拉德反应意义巨大。第14页/共158页第十五页，共158页。2 反应(fnyng)机理第15页/共158页第十六页，共158页。第16页/共158页第十七页，共158

8、页。(fnyng)（Nucleophilic Substitution reaction）,通常用SN 来表示。第17页/共158页第十八页，共158页。Maillard反应的初期阶段包括两个过程，即羟氨缩合(suh)与分子重排。A、羰氨缩合(suh)单糖类物质可以和含伯氨基类物质（如氨基酸）发生羰氨缩合(suh)反应而得到Schiffs（希夫）碱，Schiffs碱通过分子内环化转化成稳定的环状结构的产物糖胺其中的两步均为亲核加成类型的反应。第一步为氨基N对醛基亲核加成，经脱水形成(xngchng)Schiffs碱；第二步为5-OH对C=N双键亲核加成形成(xngchng)环状的葡糖胺产物。S

9、chiffs碱的稳定性较小，因此第二步反应倾向于形成(xngchng)葡糖胺。酸性条件不利于反应的进行（降低氨基亲核性），碱性可促进此反应的发生。CHOCH2OHRNH2-H2OCH2OHCHNRCH2OHCHNRHO葡萄糖Schiffs碱葡糖胺（一）初期(chq)阶段第18页/共158页第十九页，共158页。如果体系中存在有可以(ky)转化Schiffs碱或使葡糖胺不能形成的物质，则可抑制Maillard反应的发生。如亚硫酸盐的存在：CHOCH2OHRNH2-H2OCH2OHCHNRCH2OHCHNRHO葡 萄 糖Schiffs碱葡 糖 胺NaHSO3CH2OHCHOHSO3NaCH2OHC

10、HSO3NaNH R亚硫酸氢钠与葡萄糖的反应为亲核加成反应(ji chn fn yn)，而加成产物与伯胺的反应则为亲核取代反应。第19页/共158页第二十页，共158页。第20页/共158页第二十一页，共158页。CH2OHCHNRHO葡糖胺H+CH2OHCHNRH+-H+CH2OHCHNRH1-氨基-1-脱氧-2-酮糖CH2OHCNRHOHH酮式果糖胺环式果糖胺CH2OHCNRHOHH此过程包括了两个重排步骤，第一个是在酸的存在下葡糖胺经环的破坏而导致的2-C上脱氢的重排过程，可看作是分子内的1,3-重排；第二步是1-氨基(nj)-1-脱氧-2-酮糖的烯醇式和酮式的重排过程。第21页/共15

11、8页第二十二页，共158页。CH2OHCH2OHONRHCH2OHN RHCHO果糖胺2-氨基-2-脱氧葡糖 Heyenes反应又称果糖胺重排反应。是由一分子(fnz)果糖胺在盐酸和吡啶的混合溶液中得到2-氨基-2-脱氧葡萄糖的过程。果糖胺在酸的作用下开环，2位生成烯胺，5位变成羟基。分子(fnz)重排，为变成烯醇。再重排，1为变成醛。第22页/共158页第二十三页，共158页。初期阶段中重排得到的酮式果糖胺在中期阶段反应的主要特点是分解。分解过程可能有不同的途径，已经研究清楚的有以下三个途径：A、酸性条件下脱水转化成羟甲基糠醛这种途径经历五步反应，其中有三步脱水、一步加水，总的结果是脱去二分

12、子的水，最后生成环状的产物。其过程可以(ky)表示为：（二）中期(zhngq)阶段第23页/共158页第二十四页，共158页。第一步为烯醇式与酮式的互变异构；第二步可看作在酸的作用下，3-C上的羟基脱水(tu shu)，形成碳正离子，碳正离子发生 分子内重排，通过失去N上的质子而形成Schiffs碱；第三步又是烯醇式和酮式的重排得到3-脱氧奥苏糖；第四步3,4-碳之间发生消去反应形成烯键；最后一步是5-C上的羟基与2-羰基发生半缩酮反应而成环，然后消去一分子水形成 。（书上的结构不对）此机理中胺类化合物离去得到的是羟甲基糠醛（HMF），也可以RNH2不离去，得到HMF的Schiffs碱，即胺仍

13、然连在醛基上。所得到的HMF是食品褐变的重要的中间产物，检测这种物质就可以预测褐变的速度。CH2OHCNRHOHH酮式果糖胺CH2OHCHNRHH+CH2OHCHNR-H2OCHCOH+RNH2-H2OCH2OHCHCH2CO-H2OCH2OHCHCOCHCHOO-H2OOCHOHOH2C烯醇式果糖基胺Schiffs碱3-脱氧奥苏糖不饱和奥苏糖羟甲基糠醛第24页/共158页第二十五页，共158页。B、碱性条件下脱去胺基重排形成还原酮此途径的过程可以(ky)表示为：CH2OHCNRHOHH酮式果糖胺2,3-烯醇化CH2OHCOHCCNRHHHRNH2-CH2OHCOHCCH2OCH2OHCCCH

14、3OOCH2OHCCCH3OOHOHOH还原酮其中第一步为烯醇化的过程；第二步为脱去RNH2，分子内重排；第三步为烯醇式转化为酮式；最后一步是3,4-C之间的烯醇化。（P53教材上形成4-C上无羟基似乎(s h)无道理）还原酮是活泼的中间产物，可以继续脱水，也可以与胺类化合物反应，还可分解为较小的分子，如乙酸、丙酮醛、丁二酮（二乙酰）等。第25页/共158页第二十六页，共158页。C、二羰基化合物与氨基酸的反应这是中间(zhngjin)阶段一个不完整的途径，即利用前边两个途径中生成的二羰基类中间(zhngjin)产物，如A中的3-脱氧奥苏糖、不饱和奥苏糖，B中的还原酮等，与氨基酸类物质发生反应

15、。在此过程中，氨基酸发生脱羧、脱氨，自身转化为少一个C的醛类化合物，而二酮接受氨转化为褐色色素。可简单表示为：CCOOR CHNH2COOHRCHO+CO2褐色色素由于此途径中有二氧化碳释放，因此可以通过检测食品中二氧化碳的释放来监测Maillard反应的发生。（三）末期阶段以上两个阶段并无深色物质的形成，但可以看出前两个阶段尤其是中间(zhngjin)阶段得到的许多产物及中间(zhngjin)产物，如糠醛衍生物、二酮类等，仍然具有高的反应活性，这些物质可以相互聚合（包括教材上的醇醛缩合）而形成分子量较大的深颜色的物质。第26页/共158页第二十七页，共158页。3 影响Maillard反应的

16、因素A、羰基化合物种类的影响首先需要肯定的是，并不只是糖类化合物才发生Maillard反应，存在于食品中的其它羰基类化合物也可能导致该反应的发生。在羰基类化合物中，最容易发生Maillard反应的是,-不饱和醛类，其次是-双羰基类，酮类的反应速度最慢。原因可能与共轭体系的扩大而提高了亲核加成活性有关。在糖类物质中有：五碳糖（核糖阿拉伯糖木糖）六碳糖（半乳糖甘露糖葡萄糖。二糖或含单糖更多的聚合(jh)糖由于分子量增大反应的活性迅速降低。B、氨基化合物同样，能够参加Maillard反应的氨基类化合物也不局限于氨基酸，胺类、蛋白质、肽类均具有一定的反应活性。一般地，胺类反应的活性大于氨基酸；而氨基酸

17、中，碱性氨基酸的反应活性要大于中性或酸性氨基酸；氨基处于位或碳链末端的氨基酸其反 第27页/共158页第二十八页，共158页。应活性大于氨基处于位的。C、pH受胺类亲核反应活性的制约，碱性条件有利于Maillard反应的进行，而酸性环境，特别是pH 1,4- 1,3- 1,2-单糖环的大小：呋喃(fnn)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

18、加工中的去皮过程。第90页/共158页第九十一页，共158页。第91页/共158页第九十二页，共158页。第92页/共158页第九十三页，共158页。3.6.3 淀粉(dinfn)多糖第93页/共158页第九十四页，共158页。淀粉(dinfn)分子的螺旋结构既可以是双螺旋也可以是单螺旋；双螺旋中每一圈每股包含三个糖基，而单螺旋中每一圈包含六个糖基。支链淀粉(dinfn)包括-1,4-糖苷键和-1,6-糖苷键，其分子中存在有大量的分支，支其中支链的长度一般为2030个葡萄糖基。第94页/共158页第九十五页，共158页。第95页/共158页第九十六页，共158页。第96页/共158页第九十七页

19、，共158页。第97页/共158页第九十八页，共158页。第98页/共158页第九十九页，共158页。第99页/共158页第一百页，共158页。第100页/共158页第一百零一页，共158页。第101页/共158页第一百零二页，共158页。第102页/共158页第一百零三页，共158页。第103页/共158页第一百零四页，共158页。 （1）糊化的定义(dngy) -淀粉淀粉的天然状态，分子间靠氢键紧密排列，间隙很小，具有胶束结构水中加热膨润淀粉水分子浸入胶束内部，胶束逐渐被溶解，分子间空隙逐渐增大，体积增加数十倍 -淀粉加热糊化胶束彻底崩溃，形成被水包围的淀粉分子，成胶体溶液状态淀粉粒在适当

20、温度下，在水中溶胀，分裂，形成均匀的糊状溶液的过程称为糊化。其本质是微观结构(jigu)从有序转变成无序。 第104页/共158页第一百零五页，共158页。n失时的温度，为糊化的开始温度；双折射完全消失时的温度为糊化的终了温度。第105页/共158页第一百零六页，共158页。第106页/共158页第一百零七页，共158页。第107页/共158页第一百零八页，共158页。第108页/共158页第一百零九页，共158页。第109页/共158页第一百一十页，共158页。第110页/共158页第一百一十一页，共158页。第111页/共158页第一百一十二页，共158页。第112页/共158页第一百一十

21、三页，共158页。第113页/共158页第一百一十四页，共158页。熟又放冷的米饭、面包、油炸土豆片。此类淀粉又分为RS3a （凝沉的支链淀粉）和 RS3b （凝沉的直链淀粉），后者的抗酶解性最强。nRS4 ：为化学改性淀粉，经基因改造或化学方法引起的分子结构变化以及一些化学官能团的引入而产生的抗酶解性，如热变性淀粉、磷酸化淀粉等。第114页/共158页第一百一十五页，共158页。第115页/共158页第一百一十六页，共158页。第116页/共158页第一百一十七页，共158页。淀粉改性预糊化淀粉在80以上将淀粉糊化液利用滚筒干燥技术制成含水量小于10%的干粉用于布丁、馅料及糖霜的生产酸改性淀

22、粉22-55条件下用盐酸或硫酸作用于玉米淀粉，中和干燥得到改性淀粉用于制造胶姆糖和糖果醚化淀粉50下，用环氧乙烷等醚化剂作用于潮湿淀粉制得用作食品增稠剂或添加剂磷酸化或乙酰化淀粉在一定温度下分别用磷酸或乙酸酐处理淀粉主要应用于冷冻食品交联淀粉淀粉(干或溶液)与磷酰氯或三偏磷酸钠或乙二酸作用，使淀粉链相互交联所得的产品用作食品胶凝剂、成型剂等目前已经开发的多糖改性方法及类型(lixng)以淀粉改性说明如下图。第117页/共158页第一百一十八页，共158页。第118页/共158页第一百一十九页，共158页。淀粉(dinfn)改性机理：第119页/共158页第一百二十页，共158页。3.6.4 非

23、淀粉(dinfn)多糖第120页/共158页第一百二十一页，共158页。 是-1,4糖苷键连接的聚半乳糖醛酸主链，间隔一定区域有-L-鼠李糖基侧链，其分子结构均由均匀区与毛发区组成(z chn)，且部分半乳糖醛酸是甲酯化的。第121页/共158页第一百二十二页，共158页。第122页/共158页第一百二十三页，共158页。第123页/共158页第一百二十四页，共158页。第124页/共158页第一百二十五页，共158页。第125页/共158页第一百二十六页，共158页。第126页/共158页第一百二十七页，共158页。第127页/共158页第一百二十八页，共158页。第128页/共158页第一

24、百二十九页，共158页。第129页/共158页第一百三十页，共158页。第130页/共158页第一百三十一页，共158页。第131页/共158页第一百三十二页，共158页。第132页/共158页第一百三十三页，共158页。第133页/共158页第一百三十四页，共158页。第134页/共158页第一百三十五页，共158页。第135页/共158页第一百三十六页，共158页。第136页/共158页第一百三十七页，共158页。第137页/共158页第一百三十八页，共158页。第138页/共158页第一百三十九页，共158页。第139页/共158页第一百四十页，共158页。第140页/共158页第一百四

25、十一页，共158页。第141页/共158页第一百四十二页，共158页。第142页/共158页第一百四十三页，共158页。第143页/共158页第一百四十四页，共158页。第144页/共158页第一百四十五页，共158页。第145页/共158页第一百四十六页，共158页。第146页/共158页第一百四十七页，共158页。第147页/共158页第一百四十八页，共158页。第148页/共158页第一百四十九页，共158页。 本章应重点掌握的内容：1.单糖类化合物基本的食品学特性。反应的定义(dngy)、基本过程、主要反应及本质、影响因素。反应对食品品质及外观属性的影响、目前的研究概括及在食品加工中应

26、该考虑的问题。4.焦糖化反应中反应物的种类、反应条件、主要反应过程及特点。5.低聚糖的苷键类型、主要种类及基本性质。6.多糖类物质的基本性质。7.淀粉分子的基本结构特点。8.淀粉糊化、老化的本质、基本过程及主要的影响因素。第149页/共158页第一百五十页，共158页。本章习题一、填空题1.根据组成，可将多糖分为( )和( )。2.根据否含有(hn yu)非糖基团，可将多糖分为( )和( )。3.请写出五种常见的单糖（）、（）、（）、（）、（）。4.请写出五种常见的多糖（）、（）、（）、（）、（）。5.蔗糖、果糖、葡萄糖、乳糖按甜度由高到低的排列顺序是（）、（）、（）、（）。6.小分子糖类具有

27、抗氧化性的本质是（）、（）、（）。8.单糖在碱性条件下易发生（）和（）。9.常见的食品单糖中吸湿性最强的是（）。 第150页/共158页第一百五十一页，共158页。10.在蔗糖的转化反应(fnyng)中，溶液的旋光方向是从（）转化到（）。11.直链淀粉由( )通过（）连接而成，它的比较规则的分子形状为（）。 12.直链淀粉与碘反应(fnyng)呈( )色，这是由于（）而引起的。13.淀粉与碘的反应(fnyng)是一个（）过程，它们之间的作用力为（）。反应(fnyng)主要是（）和（）之间的反应(fnyng)。15.由于Maillard反应(fnyng)不需要（），所以将其也称为（）褐变。反应(

28、fnyng)的初期阶段包括两个步骤，即（）和（）。反应(fnyng)的中期阶段形成了一种含氧五员芳香杂环衍生物，其名称是（），结构为（）。18.糖类化合物发生Maillard反应(fnyng)时，五碳糖的反应(fnyng)速度（）六碳糖，在六碳糖中，反应(fnyng)活性最高的是（）。19.胺类化合物发生Maillard反应(fnyng)的活性（）氨基酸，而碱性氨基酸的反应(fnyng)活性（）其它氨基酸。第151页/共158页第一百五十二页，共158页。20.淀粉糊化的结果是将（）淀粉变成了（）淀粉。21.淀粉糊化可分作三个阶段，即（）、（）、（）。二、名词解释 1、吸湿性2、保湿性3、转化

29、糖4、糊化 5、老化 6、-淀粉 7、 -淀粉 8、膨润现象 9、果胶酯化度 10、低甲氧基果胶 11、胶束 12、糊化温度三、回答题1、什么是糊化？影响淀粉糊化的因素有那些？2、什么是老化？影响淀粉老化的因素有那些？如何在食品加工中防止淀粉老化？3、简述食品中糖类化合物的类型及主要(zhyo)的生物学作用。4、低聚糖是食品中的重要成分，也是现代食品功能成分研究的重点。试由低聚糖的结构类型，推测其在食品中发挥的作用。第152页/共158页第一百五十三页，共158页。5、在Maillard反应(fnyng)的中期阶段，葡糖胺经Amodari重排转化为环式果糖胺；果糖经氨化反应(fnyng)形成果糖胺，试仿照葡糖胺的重排过程写出果糖胺重排得到2-氨基-2-脱氧葡糖的详细过程。6、食品(shpn)多糖的深加工？7、比较单糖、低聚糖和多糖在性质(xngzh)上有何异同点？第153页/共158页第一百五十四页，共158页。第154页/共158页第一百五十五页，共158页。第155页/共158页第一百五十六页，共158页。第156页/共158页第一百五十七页，共158页。See you 第157页/共158页第一百五十八页，共158页。