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第十二章 碳水化合物 本章引述及小结 碳水化合物又称为糖类,是自然界中分布最广的天然有机化合物。葡萄糖、果糖、淀粉、纤维素等都是碳水化合物。它们对于生命活动起着极其重要的作用。此外,碳水化合物还是纺织,造纸、建材、食品和医药工业的重要原料。 碳水化合物含有碳、氢、氧三种元素,且许多碳水化合物中氢原子和氧原于的比例为2∶1,可用通式Cm(H2O)n表示。由于早先不了解这类化合物的结构,从形式上把它们看成是由碳和水所组成的化合物,并因此称为碳水化合物。后来发现有些性质上应属碳水化合物一类的化合物并不符合这一通式,而有些符合这一通式但不具有碳水化合物一类的性质。更为重要的是,它们并不是碳的水合物。虽然,“碳水化合物”这一名称早巳失去原来涵义,但沿用已久,至今仍被普遍采用。本章主要介绍碳水化合物分类,葡糖糖、果糖、麦芽糖、纤维二糖及淀粉的化学结构及主要性质,阐述了淀粉的糊化性能及变性淀粉在浆纱上的应用。 第一节 单糖 单糖从化学结构上可分为醛糖和酮糖两大类。 一、葡萄糖的结构: 1、葡萄糖的开链式结构 分子式C6H12O6 ①还原葡萄糖: 正己六醇 正己烷 (葡萄糖分子的碳架没有支链) ②与过量的乙酐作用 葡萄糖五乙酸酯 (葡萄糖分子中含有5个羟基) ③能与羟胺作用,能发生银镜反应 (葡萄糖分子中含有醛基) 三、蔗糖 蔗糖水解后生成等量的D—(+)—葡萄糖和D—(-)—果糖。研究表明,蔗糖是由α—D—葡萄糖的苷羟基与β—D—果糖的苷羟基脱水缩合而成的,蔗糖既是α—葡萄糖苷,又是β—D—果糖苷。其结构式为: 蔗糖分子中两个单糖组分都不含苷羟基,在溶液中不能转变成开链式结构。因此蔗糖不与费林试剂和多伦试剂反应,也不与苯肼反应,没有变旋现象。 二、 淀粉的结构与性质 (一)淀粉的结构 不同植物来源的淀粉具有不同的形态结构,他们的颗粒形态在大小和形状上有明显的不同,尺寸分布范围为1μm~100μm。在电镜下观察,马铃薯淀粉颗粒表面最光滑,但在原子力显微镜下仍可以看到有200nm~500nm的突出物,在较大的玉米淀粉颗粒表面可以看到“针眼”和赤道凹槽或犁沟。淀粉的很多物理化学性质,如浆液透光率、直链淀粉含量、膨胀能力和结合水的能力都与淀粉颗粒的平均尺寸密切相关。 淀粉颗粒不溶于冷水,与水混合成为白色不透明的悬浮液,称为淀粉乳。升高温度,淀粉颗粒吸水膨胀,颗粒破裂,成为半透明的淀粉糊。发生糊化的温度称为淀粉的糊化温度。不同来源的淀粉具有不同的糊化温度,糊化淀粉具有增稠、凝胶、粘合、成膜等特性。淀粉颗粒的物理性质见下表。 淀粉是由多个麦芽糖分子脱水缩合而成的,由许多个D—葡萄糖分子通过α型苷键连接而成的缩聚物。分子式为(C6H10O5)n,n位聚合度。不同淀粉的聚合度差别较大,马铃薯淀粉聚合度可达1000~6000,玉米淀粉的聚合度较小,为200~1200。α—D—葡萄糖在淀粉中结合方式的不同,存在着两种不同的淀粉,即直链淀粉和支链淀粉。如图13-1,图13-2所示。 直链淀粉 直链淀粉主要是由D—葡萄糖通过α—1,4—苷键连接而成的化合物,但在直链上尚有少量的支链,其构象盘旋成螺旋状,分子量约为150,000~600,000。 支链淀粉的主链也是由D—葡萄糖通过α—1,4—苷键连接而成的,但每隔20~25个葡萄糖单元就有一个α—1,6—苷键相连的一个支链。支链大约由20个葡萄糖单元以α—1,4—苷键相结合的。支链淀粉分子量较直链淀粉大,约在1,000,000—6,000,000之间,大多数的淀粉中支链淀粉约占80%~90%。 直链和支链淀粉的性能差别 直链和支链淀粉在水溶性方面有较大差别。直链淀粉溶解于热水,但是当它们冷却以后,分子间以氢键结合发生凝沉(老化)。由于氢键力的累积,这种结合很强,类似于纤维素分子的聚集,使老化的直链淀粉很难溶于水,常常需要高温高压才能溶解。 而当淀粉颗粒糊化时,首先溶解的是直链淀粉,支链淀粉先是溶胀,然后淀粉颗粒破坏。当支链淀粉分散于水中后,被水溶剂化,当温度降低后与水形成氢键,由于支链的空间阻碍互相不易靠近,因此支链淀粉不易聚沉,有较好的稳定性。 2、淀粉的性质 淀粉分子中每个葡萄糖单位含有三个羟基和一个甙键,分子间作用力大,不溶于一般有机溶剂。 (1)水解反应 淀粉在酸性条件下,大分子中的葡萄糖单元间的甙键与酸能水解,使大分子断裂,聚合度降低。 (2)与碘作用 淀粉与碘发生灵敏的颜色反应,可以用来鉴别碘的存在。 碳水化合物从结构上来看:它是多羟基醛或多羟基酮类,以及能被水解成多羟基醛或多羟基酮的化合物. 碳水化合物一般分为三类:单糖
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