食品化学 第二章 糖类

与膜蛋白和膜脂相连的糖——通信天线
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
分解代谢
一切含碳物质
糖
合成代谢
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
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。
上单糖分子的糖类
丙糖 丁糖 戊糖 C数 已糖
醛糖
酮糖
甘油醛 赤藓糖 赤藓酮糖
核糖
脱氧核糖 葡萄糖
核酮糖
木酮糖 果糖、山梨糖
半乳糖
甘露糖
庚糖
景天庚酮糖
醛基
酮基
葡萄糖 醛糖
分子式相同
果糖 酮糖
寡糖(oligo-)： oligo来自希腊文， 意为少。 二糖：麦芽糖(maltose)、乳糖(lactose)、 蔗糖(sucrose) 三糖：棉子糖
ribulose D(-)-核酮糖
xylulose D(+)-木酮糖
Psicose,allulose D(+)-阿洛酮糖
fructose D(-)-果糖
sorbose D(+)-山梨糖
tagalose D(-)-塔格酮糖
差向异构体（epimer)
• 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。
CH2OH
葡萄糖 葡萄糖
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
D系单糖和L系单糖
• 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。
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。
λ
λ
[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。
含有n个C*的化合物，组成2n/2对对映体。
D(+)甘露糖
D(+)葡萄糖
D(+)半乳糖
单糖的环状结构
1、单糖的环状结构的证据
（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)
（2）、葡萄糖的醛基不能象一般醛类那样与Schi ff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。
表示旋光方向。旋光方向是以（+）、（–）来加以表示的。
单糖的链状结构
CHO
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
H
C
பைடு நூலகம்
OH H OH OH
HO C H C H C
简写
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。
（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° [α] =+18.7° 称α-D-(+)葡萄糖 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。
O CH
醛基
H2COH C O
酮基
(HCOH)n H2C OH
(HCOH)n
H2COH
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
几何(顺反)异构
立体异构
旋光(光学)异构
立体模型，透视式，投影式
具有相同结构和构型的分子，由于分子中的某个原子(基团)绕C-C单 键自由旋转而形成多种不同的暂时性的易变的空间结构，即构象。
D-葡萄糖
D-甘露糖
D-葡萄糖
D-果糖
不对称碳原子(asymmetric carbon atom)：
M I R R O A R 手性碳原子 对映体
• 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(+)甘油醛
D(-)赤藓糖
D(-)苏糖
D(-)来苏糖 D(-)核糖 D(-)阿位伯糖 D(+)木糖
D(+)葡萄糖
D(+)甘露糖
D(+)半乳糖
dihydroxyacetone 二羟丙酮 erythrulose D(-)-赤藓糖
B
是指与四个不同的原子或原子基团共价连接并因此失去对称性的四面体碳
含有n个C*的化合物，组成2n/2对对映体。
旋光性(optical activity)：
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
α
右旋(+)
检偏振器 α
旋光物质
盛液管 左旋(-)
含有n个C*的化合物，旋光异构体的数目为2n。
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
具有相同数目与种类的元素组成的化合物， 具有相同的分子式和相对分子质量 分子结构不同 同分异构(体) 结构异构
结构式
原子连接在一起的次 序不同，即构造不同 构造相同，但原子在空间 的分布不同，即构型不同
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
一、单糖的结构
二、 单糖的物理性质
三、 单糖的化学性质
四、重要的单糖及其衍生物
物理性质
1、旋光性和变旋性： 是鉴定糖（所有）的一个重要指标。
糖 甜度 糖 甜度 变旋现象：伴随着这种异构体间的转变，糖 175 35 果糖 麦芽糖 溶液的旋光度也随着转变，这种现象称为变 150 30 转化糖 半乳糖 旋现象
变旋是由于分子立体结构发生某种变化的结果。
1893年Fisher提出环状结构说。
半缩醛羟基
异头碳
• 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。
• 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
甘油醛： O 分子式C3H6O3 结构式CH2OH-CHOH-C-H
球棍模型
Fischer投影式
透视式
• 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
四糖….
大部分单糖和寡糖都是结晶状化合物，溶于水，并 有甜味。
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。
16 125
100 蔗糖 乳糖 70 葡萄糖 木糖醇 2、甜度：以蔗糖的甜度为标准 45 木糖
3、溶解性：易溶于水而不溶于乙醚、丙酮等有有溶剂
不对称碳原子(asymmetric carbon atom)：
M I R R O A R 手性碳原子 对映体
B
是指与四个不同的原子或原子基团共价连接并因此失去对称性的四面体碳
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 C5H10O4 N, S, P 乙酸C2H4O2， 符合Cn(H2O)m
糖类化合物：多羟基的醛类、酮类化 合物或其聚合物及其各类衍生物
• 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）
38%
62%
D-葡萄糖在水溶液中主要以 吡喃糖(pyranose) 存在，
呋喃糖(furanose) 次之。
0.02%
<0.5%
<0.5%
5 6
• D-果糖在水溶液中主要以呋喃糖存在，吡喃糖次之。
四、几种常见食品的糖含量
大多数植物只含有少量的蔗糖，大量膳食 蔗糖来自经过加工的食品。 蔗糖是从甜菜和甘蔗中分离得到 食品 糖类化合物含量 谷物 糖类化合物含量 9% 71.4% 可口可乐 小麦 冰淇淋 18% 玉米 70.6%
果冻
83%
高粱
71.2%
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。
单糖的构象
交叉式
重叠式
乙烷的构象
环已烷的构象
• 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。
• 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)。
• 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。
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），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
吡喃糖和呋喃糖
• 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）。