碳水化合物講義第一章

碳水化合物

應(yīng)用功能與加工技術(shù)主講：劉雄2011.9.15課程主要內(nèi)容第一章緒論第二章碳水化合物的理化性質(zhì)與檢測(cè)方法第三章碳水化合物的營(yíng)養(yǎng)功能第四章碳水化合物功能材料的制備技術(shù)參考資料教材何小維.《碳水化合物功能材料》中國(guó)輕工業(yè)出版社.2007張燕萍.《變性淀粉制造與應(yīng)用》（第二版）中國(guó)輕工業(yè)出版社.2007闞建全.《食品化學(xué)》中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社.2002劉志皋.《食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)》(第二版)中國(guó)輕工業(yè)出版社.2006期刊淀粉與淀粉糖中國(guó)糧油學(xué)報(bào)StarchCarbohydratePolymers第一章緒論一、碳水化合物的存在和分類二、碳水化合物的重要功能作用一、碳水化合物的存在和分類（一）碳水化合物定義碳水化合物也叫糖,是由C、H、O組成的多羥基醛酮或多羥基醛酮的縮聚物.通式：CH3COOHC2(H2O)2C3(H2O)3乙酸：乳酸：符合上述通式卻不是糖類鼠李糖：不符合上述通式卻是糖類（二）來源每固定１mol的CO2就儲(chǔ)存了476.9kj/mol的能量．一、碳水化合物的存在和分類（三）分布植物界占其干重的50%-60%。人和動(dòng)物的器官組織中含糖量不超過體內(nèi)干重的2%；主要在細(xì)胞內(nèi)和血液中。微生物體內(nèi)含糖量占菌體干重的10%-30%。（四）存在形式游離糖：?jiǎn)翁?、寡糖、多糖?fù)合糖：脂多糖、蛋白多糖一、碳水化合物的存在和分類

丙醛糖 醛糖 丁醛糖 單糖 戊醛糖糖 寡糖 酮糖 己醛糖 多糖一、碳水化合物的存在和分類（五）分類根據(jù)水解產(chǎn)物可分為:一、碳水化合物的存在和分類（五）分類根據(jù)水解產(chǎn)物可分為:單糖:不能夠再進(jìn)行水解的多羥基醛酮.低聚糖:水解后生成2-10分子的單糖化合物.多糖：水解后能夠生成10個(gè)以上單糖的化合物。均多糖、雜多糖其它糖：糖醛酸（果膠、樹膠）、氨基（甲殼素、硫酸軟骨素、肝素）、糖蛋白、木質(zhì)素一、碳水化合物的存在和分類（五）分類根據(jù)能否被多倫或菲林試劑所氧化可分為:還原性糖和非還原性糖.根據(jù)分子中的碳原子個(gè)數(shù)可分為:三碳糖四碳糖,五碳糖,六碳糖,………根據(jù)所含官能團(tuán)可分為:醛糖和酮糖.（一）生理作用1、能量來源它是人類最廉價(jià)的能量來源，也是人類生存的最基本物質(zhì)和最重要的食物能源。供能

4kcal/g二、碳水化合物的重要作用（一）生理作用2、決定人的血型1900年ABO式血型的發(fā)現(xiàn)（蘭德斯坦納）1960年ABO（H）抗原決定基的糖鏈結(jié)構(gòu)的確定（瓦特金）。二、碳水化合物的重要作用N-乙酰葡萄糖胺α-巖藻糖α-半乳糖N-乙酰葡萄糖胺HⅠ型HⅡ型B型糖抗原A型糖抗原α-N-乙酰半乳糖胺糖蛋白中寡糖鏈末端糖基組成的不同決定人體血型

（三）決定人體的血型O型：Fuc（巖藻糖）A型：Fuc和GNAc（乙酰半乳糖胺）B型：Fuc和Gal（半乳糖）乙酰葡萄糖胺透明質(zhì)酸具有高度黏性，能潤(rùn)滑關(guān)節(jié)，緩沖強(qiáng)烈振動(dòng)。硫酸軟骨素在軟骨中起支撐作用；甲殼素動(dòng)物外殼的重要成分；糖蛋白強(qiáng)吸水性，對(duì)機(jī)體有保護(hù)和潤(rùn)滑作用；糖脂是構(gòu)成生物膜的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)的基本物質(zhì)，也是神經(jīng)細(xì)胞的組成成分。蛋白聚糖糖脂糖蛋白細(xì)胞膜3.參與機(jī)體結(jié)構(gòu)二、碳水化合物的重要作用（一）生理作用4、寡糖的介導(dǎo)作用不同微生物通過特異性識(shí)別作用，只能選擇性定植于某一特定器官或部位。微生物表面的凝集素宿主細(xì)胞表面某些寡糖腸道微生物表面的糖蛋白腸膜上皮的寡糖受體識(shí)別介導(dǎo)二、碳水化合物的重要作用（一）生理作用5、腸道菌發(fā)酵底物的作用一些碳水化合物不被消化道的消化酶消化，但可被腸道細(xì)菌選擇性發(fā)酵。低聚糖（寡糖）作為乳酸桿菌、雙歧桿菌生長(zhǎng)底物；膳食纖維、抗消化淀粉也能作為腸道菌發(fā)酵底物。促進(jìn)有益菌生長(zhǎng)增殖、調(diào)節(jié)腸道菌群抑制內(nèi)毒素、保護(hù)肝臟功能調(diào)節(jié)胃腸功能、防治便秘和腹瀉激活免疫、抗衰老和抗腫瘤降低血清膽固醇合成短鏈脂肪酸發(fā)酵的生理功效二、碳水化合物的重要作用（一）生理作用6、糖苷的解毒功效糖苷是指具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的醛糖或酮糖的半縮醛羥基上的氫被烷基或芳香基團(tuán)所取代的縮醛衍生物。哺乳動(dòng)物、魚類及一些兩犧類動(dòng)物的許多毒素、藥物或廢物可能是通過與正葡萄糖醛酸形成的葡萄糖苷酸而排除體外。（二）碳水化合物的材料功能高分子碳水化合物是可再生資源，是許多化工材料的重要來源。高分子碳水化合物：纖維素、淀粉、甲殼素、葡甘聚糖等二、碳水化合物的重要作用1、纖維素應(yīng)用功能纖維素（cellulose）是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機(jī)溶劑。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纖維素含量接近100%，為天然的最純纖維素來源。一般木材中，纖維素占40～50%，還有10～30%的半纖維素和20～30%的木質(zhì)素。此外，麻、麥稈、稻草、甘蔗渣等，都是纖維素的豐富來源。纖維素是重要的造紙?jiān)稀４送?，以纖維素為原料的產(chǎn)品也廣泛用于塑料、炸藥、電工及科研器材等方面。二、碳水化合物的重要作用二、碳水化合物的重要作用1、生物降解材料

是在特定的環(huán)境條件下，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化并造成某些性能下降能被生物體侵蝕或代謝而降解的材料。高分子降解生物降解化學(xué)降解物理化學(xué)降解環(huán)境降解微生物酶作用降解氧化降解臭氧降解加水降解熱降解光降解放射線降解超聲波降解機(jī)械降解以上三大降解的綜合1、生物降解材料纖維材料：纖維素通過化學(xué)改性后制備纖維素膜，最常用的兩種方法是粘膠法和銅氨法。另外，利用N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)工藝制造纖維素保鮮包裝膜：NMMO是一種脂肪族環(huán)狀叔胺氧化物。由于N一0鍵能量較高，易于斷裂，所以NMMO是一種強(qiáng)氧化劑，且具有熱不穩(wěn)定性，在催化劑作用下極易導(dǎo)致N一0鍵的斷裂。N一0基團(tuán)進(jìn)攻纖維素上的羥基，使纖維素與NMMO溶劑間形成了新的氫鍵，切斷了纖維素分子間的氫鍵，最終使纖維素以分子的形式溶解在NMMO中，形成分散均勻的均相溶液。二、碳水化合物的重要作用1、生物降解材料淀粉材料：填充型：在通用塑料中加入一定量的淀粉和其他少量添加劑,然后加工成型,淀粉含量不超過30%。必須對(duì)天然淀粉進(jìn)行表面處理,以提高疏水性和其與高聚物的相容性。目前主要采用物理改性和化學(xué)改性兩種方法。把脂肪族聚酯和淀粉混合在一起，生產(chǎn)可降解性塑料的技術(shù)也已經(jīng)研究成功。在歐美國(guó)家，淀粉和脂肪族聚酯的共混物被廣泛用來生產(chǎn)垃圾袋等產(chǎn)品。國(guó)際上規(guī)模最大、銷售最好的是意大利的Novamont公司，其商品名為Mater-bi，公司的產(chǎn)品在歐洲和美國(guó)有較大量的應(yīng)用。共混型：淀粉共混塑料是淀粉與合成樹脂或其他天然高分子共混而成的淀粉塑料,主要成分為淀粉(30%～60%),少量的ＰＥ的合成樹脂,乙烯/丙烯酸共聚物,乙烯/乙烯醇共聚物,聚乙烯醇纖維素,木質(zhì)素等,其特點(diǎn)是淀粉含量高,部分產(chǎn)品可完全降解。全淀粉型：將淀粉分子變構(gòu)而無(wú)序化,形成具有熱塑性的淀粉樹脂,再加入極少量的增塑劑等助劑,就是所謂的全淀粉塑料。其中淀粉含量在90%以上,而加入的少量其他物質(zhì)也是無(wú)毒且可以完全降解的,所以全淀粉是真正的完全降解塑料。二、碳水化合物的重要作用1、生物降解材料

發(fā)酵產(chǎn)物——聚乳酸（PLA）

聚乳酸是由生物發(fā)酵生產(chǎn)的乳酸經(jīng)人工化學(xué)合成而得的聚合物，但仍保持著良好的生物相容性和生物可降解性。日本UNITIKA公司，研發(fā)和生產(chǎn)了許多種制品，其中帆布、托盤、餐具等在日本愛知世博會(huì)被廣泛使用。目前國(guó)際市場(chǎng)上出售的PLA有5種:

(1)(ECOPLA)美國(guó)CargillDow公司產(chǎn)品，1998年建成3600t/年的半工業(yè)化裝置，當(dāng)年底生產(chǎn)能力擴(kuò)大一倍。(2)LACEA日本三井化學(xué)公司產(chǎn)品，生產(chǎn)能力500t/年。

(3)LACTY日本島津制作所產(chǎn)品，主要生產(chǎn)聚乳酸薄膜。生產(chǎn)能力1000t/年。

(4)CPLA大日本油墨與化學(xué)工業(yè)公司產(chǎn)品，生產(chǎn)能力1000t/年，在今后幾年內(nèi)，該公司將建成幾千噸的CPLA裝置。

(5)

HEPLON

美國(guó)Chronopol公司產(chǎn)品，2000t/年，計(jì)劃建成一套世界級(jí)的生產(chǎn)線。

我國(guó)目前產(chǎn)業(yè)化的有浙江海生生物降解塑料股份有限公司（規(guī)模5000千噸/年生產(chǎn)線），正在中試的單位有上海同杰良生物材料有限公司、江蘇九鼎集團(tuán)等。

二、碳水化合物的重要作用二、碳水