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碳水化合物功能材料学(第一章)

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1碳水化合物功能材料学

碳水化合物功能材料学

华南理工大学轻工与食品学院

二○一三年四月碳水化合物功能材料学

大纲：

第一章：绪论

第二章：碳水化合物化学和功能材料设计

第三章：碳水化合物高吸水材料

第四章：碳水化合物可降解材料

第五章：碳水化合物粘合材料

第六章：碳水化合物医用高分子材料

第七章：碳水化合物医用高分子药物

第八章：其他(碳水化合物液晶材料、建筑材料、吸

附材料等)

碳水化合物功能材料学

历史沿革：

¾1972年以张力田教授为首专家、学者成立碳水化

合物研究室，主要研究方向为淀粉糖(葡萄糖，注

射用葡萄糖，麦芽糖，果葡糖浆)；主要著作有

《碳水化合物化学》、《淀粉糖》；

¾80-90年代开始研究变性淀粉，承担国家“七五”、

“八五”攻关计划，主要研究羟丙基淀粉，羧甲基

淀粉，氧化淀粉，接枝共聚淀粉，复合改性淀粉

等。主要著作有《变性淀粉》。碳水化合物功能材料学

主要成果：

获奖：

1.“淀粉连续液化喷射技术的研究与开发”获国家教

育部科技进步二等奖1994；

2.“麦芽糊精生产技术的研究与开发”获教育部科技

进步三等奖1997；

3.“木薯直接生产结晶葡萄糖浆生产技术的研究与

开发”获教育部科技进步三等奖1999；

4.“多酶协同糖化生产高纯度麦芽糖的方法”获广

州市科学技术进步二等奖2006；

5.“哺乳动物血液提取制备纤维蛋白凝胶技术的研

究与应用”获广东省科学技术进步三等奖2006。

碳水化合物功能材料学

主要成果：

专利：

¾一种淀粉连续液化喷射器，实用新型专利，ZL

96246420.1

¾难消化糊精的制备方法，发明专利，ZL 94108696.8

¾一种木薯直接生产高麦芽糖的方法，200610037168.5

¾一种淀粉预处理方法，发明专利，200610037167.0

¾淀粉吸附载体的制备方法,发明专利，200510032653.9

¾可溶性纤维素止血海绵的制备方法,发明专利，

200610036069.5碳水化合物功能材料学

主要成果：

专著：

9碳水化合物化学

9变性淀粉

9淀粉糖

9高吸水性碳水化合物材料

9碳水化合物功能材料学

9淀粉基生物降解材料

9医药用碳水化合物

2碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

1、定义：碳水化合物是多元羟基的醛、酮化合物以及

他们的聚合物或衍生物，是糖类的总称。

2、名称：糖→碳水化合物→糖（杂多糖）→天然资源

→可再生天然资源（通过生物体可再生的资源）碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

3、发展历史：

91843年杜马(Dumas)提出糖类实验式;19世纪80年代费

歇尔(Fischer)对单糖分子结构及化学合成所做的系统研

究为标志。

920世纪30年代随着糖酵解途径的基本阐明，以葡萄糖、

淀粉、糖原和纤维素为中心的糖的研究没有继续得到发

展。

碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

3、发展历史：

920世纪60年代中叶，人们发现糖类分子不但担负

着能源和结构支架的职能，而且还担负着细胞信息

的职能。研究目标从葡萄糖、淀粉、糖原与纤维

素，转移到糖蛋白、糖脂、蛋白聚糖等复合糖化物

(complex carbohydrate)或糖缀合物(glyco-conjugates) 。碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

3、发展历史：

9英国牛津大学的德维克(R.Dwek)教授1989年《生化年

评》(Annual Review of Biochemistry)的一篇综述为标

志

920世纪90年代后：

①糖化学→糖工程学→糖生物学（Glycobiology）→糖

科学(glycoscience) →糖技术(glycotechnology)等新名

词的出现。

②糖与核酸、蛋白质一样重要，表现在重要的生物生理

过程中具有举足轻重的作用，细胞之间的通信，运

动，宿主细胞的相互作用。

碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

4、研究现状：

从纯化学的角度来看，研究碳水化合物分子比起研究

蛋白质或核酸分子，所面临更大的困难：

9从天然产物提纯得到纯净的糖聚合物是非常困难的，

合成也是。

9糖包含许多能与单体成键的羟基，所以可合成的聚合

物的组合的可能远大于蛋白质或核酸。碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

4、研究现状：

9在糖合成中没有如核酸那样的蓝图，因而糖仅是包含

由环境不同而产生的多种组分，保持相似的结构，很难

得到相同结构的糖，而且也没有发展倍增技术。

9糖的结构分析十分困难。类似蛋白质或核酸的自动化

糖结构分析和合成还不成熟。

3碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

5、碳水化合物的存在和分类：

9碳水化合物广泛分布于动物、植物、微生物体

内，其中以植物界最多，约占其干重的50%~80%，

是绿色植物由二氧化碳和水经光合作用形成。

9习惯上所谓糖(sugar)通常只指水溶性的单糖和低

聚糖，不包括多糖。碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

6、碳水化合物的重要作用

6.1碳水化合物的生理作用

碳水化合物与脂肪和蛋白质并列为三大营养物，蛋

白质构成酶和骨骼结构，脂肪构成细胞膜，葡萄糖是

供给动物代谢活动最有效的营养素。此外，碳水化合

物的重要生理作用表现为:

碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

1、糖决定了人的血型

9A型和B型抗原仅有一个糖基的差别：α-(1→3)-半乳

糖为B型糖抗原。在同一位置上改为连接α-(1→3)-N-

乙酰半乳糖胺即成A型糖抗原。

9还有路易斯(Lewis)血型Le，有4种型别：Lea、Lex、

Leb和Ley，他们之间的区别仅仅连接糖的位置的不同。碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

2、某些寡糖的生理作用

甘露寡糖（MOS，酵母细胞壁的衍生物）、果寡糖

（FOS，由蔗糖通过转果糖酶反应合成）等。

9研究表明，当含有上述寡糖的饲料进入动物体内后，

胃肠道中的致病菌就会与之结合，从而不能在肠壁表

面定植，这样它们就会随食糜一道排出体外，从而保

护了动物免遭这些致病菌的侵害。

9FOS是人体肠道内的双歧因子。MOS可以防止沙门

氏菌、大肠杆菌和霍乱弧菌在动物肠道黏膜上皮上的

黏附。

碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

3、糖苷的生理作用

9糖苷是指具有环状结构的醛糖或酮糖的半缩醛羟基上

的氢被烷基或芳香基团所取代的缩醛衍生物。糖苷经

完全水解，糖苷键分裂，产生的糖部分称为糖基

（glycone）、非糖部分称为配基（aglycone）。

9现已确定动物体内代谢产生的许多糖苷具有解毒作用。

哺乳类、鱼类及一些两栖类动物的许多毒素、药物或

废物，包括固醇类激素的降解产物可能是通过与正葡

萄糖醛酸形成葡萄糖酸苷而排出体外。碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

4、结构性碳水化合物的生理作用

9黏多糖是保证多种生理功能实现的重要物质。

9透明质酸具有高度黏性，能润滑关节，保护机体在受

到强烈振动时不致影响正常功能。

9硫酸软骨素在软骨中起结构支持作用。

9几丁质（又名甲壳素、壳多糖）是许多低等动物尤其

是节肢动物外壳的重要组成部分。虾、蟹是在不断蜕

壳和再生壳的过程中生长，而甲壳素的分解产物2-氨基

葡萄糖对于虾、蟹壳的形成具有重要作用。

4碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

5、糖蛋白质的生理作用

9目前，糖蛋白质是指由比较短、往往是分支的寡糖

链与多肽共价相连所构成的复合糖。

9糖蛋白质在体内物质运输、血液凝固、生物催化、

润滑保护、结构支持、降低冰点、卵子受精、免疫

和激素发挥活性等方面发挥着极其重要的作用。

①细胞质膜糖蛋白质在主动运输，作为病毒、激素和

抗体的受体，参与细胞间的识别和黏着等发挥重要

的作用。

②南极鱼的抗冻能力与糖蛋白质有关。碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

6、糖脂的生理作用

9糖脂是一类具有一般脂类溶解性质的含糖脂质，包

括脑糖脂、神经节糖脂、甘油醇糖脂等。

①糖脂都是构成生物膜的脂质双分子层结构的基本物

质，也是某些生物大分子化合物（如脂蛋白和脂多

糖）的组成成分。

②糖脂还是神经细胞的组成成分，对传导突轴刺激冲

动起着重要作用。

碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

6.2 碳水化合物在功能材料中的重要作用

9人类在20世纪80年代已经进入高分子材料时代；

9目前，大多数合成高分子材料的原料是石油和煤，

但储量有限；

9要解决环境污染、能源危机等全球性问题，重要出

路之一在于对一些天然高分子碳水化合物的开发和

利用。

9高分子碳水化合物(纤维素、淀粉、甲壳素等)是可

再生资源，是许多化工材料的重要来源。碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

1、纤维素

9纤维素是研究得最多最早、与人类关系最密切，

且资源最丰富的一种天然高分子。

①纤维素生物降解材料；

②高吸附性纤维素材料；

③纤维素液晶材料；

④高性能纤维材料；

⑤保温材料，医用高分子材料。

碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

2、淀粉

9淀粉是第二大可再生资源，目前的研究开发最成

功，产品用途最广。

①淀粉基生物降解材料；

②淀粉类吸水性树脂；

③淀粉类吸附材料；

④淀粉基胶粘剂；

⑤淀粉基涂料。碳水化合物功能材料学

第一章：绪论

3、甲壳素

9甲壳素广泛存在于甲壳纲动物虾、蟹的甲壳，昆虫的

甲壳，藻类、菌类的细胞壁之中。

①壳聚糖生物医用材料

手术缝合线，药物控释载体，絮凝剂，人工透析膜，

伤口涂敷料，人造皮肤等。

②固定化酶载体。

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碳水化合物的美拉德反应-概述说明以及解释

碳水化合物的美拉德反应-概述说明以及解释

碳水化合物的美拉德反应-概述说明以及解释

1.引言

1.1 概述

碳水化合物的美拉德反应是有机化学中一种重要的反应类型。该反应以糖类、酮类和醛类等碳水化合物为底物，经过一系列的化学转化，生成具有特定结构和功能的化合物。美拉德反应具有高度的化学选择性和反应活性，可以在温和的条件下进行，因此被广泛应用于有机合成领域。

美拉德反应起源于20世纪初的药物化学研究，由俄裔化学家尤金·美拉德首次提出并应用于碳水化合物的转化。随着研究的深入，科学家们逐渐揭示了美拉德反应的反应机制和底物的选择性。美拉德反应的原理基于底物中的羟基官能团和亲电烯体之间的加成-消除反应，经过中间体的形成和分解，最终得到目标产物。

碳水化合物作为生物体中常见的有机分子，参与了许多重要的生物过程和代谢途径。美拉德反应提供了一种有效的工具，可以对碳水化合物进行结构修饰和功能改变，从而扩展其在药物合成、生物活性研究和化学生物学领域的应用。此外，美拉德反应还具有较高的原子经济性和环境友好性，与现代有机合成的绿色化合原则相契合。

然而，碳水化合物的美拉德反应仍然存在一些挑战和限制。由于碳水化合物本身的复杂性和多样性，需要选择合适的底物和反应条件来实现高效的转化。此外，反应产物的选择性和纯度也需要进一步提高。因此，对于美拉德反应的机理和催化剂的研究仍然具有重要意义，有助于推动碳水化合物美拉德反应的发展和应用。

总之，碳水化合物的美拉德反应是一种有着广泛应用前景和重要意义的有机反应。通过理解其反应机理和优化反应条件，可以实现对碳水化合物的结构修饰和功能改变，为有机合成和化学生物学研究提供强有力的工具。进一步的研究将有助于解决美拉德反应中存在的挑战，并为碳水化合物的合成和功能化提供新的途径。

1.2文章结构

文章结构部分应该包括对整篇文章的框架和内容的概述，以及各个章节的主题和内容安排的介绍。以下是对文章结构部分的内容的一个示例：

1.2 文章结构

营养基础知识

营养基础知识

营养学基础知识

人体需要的营养素包括： 水、碳水化合物、脂类、蛋白质、 矿物质 、 膳食纤维、 维生素。其中能够提供能量的营养素包括：碳水化合物、蛋白质、脂类。

1.碳水化合物的生理功能：

(一)供给能量 碳水化合物是人从膳食中取得能量的最主要、最经济的来源。在我国人民的膳食中，碳水化合物提供了60％以上的能量。碳水化合物在体内氧化较快，1克碳水化合物在体内氧化可产生4kcal的能量，能够及时供给能量满足机体需要。碳水化合物氧化的最终产物是二氧化碳和水。

(二)对维持神经组织功能有重要意义 中枢神经系统只能依靠碳水化合物提供能量，葡萄糖是脑细胞唯一利用的能量形式，缺乏碳水化合物会影响脑细胞的代谢，影响脑组织的发育和成熟。

(三)参与构成机体重要组成物质 核糖和脱氧核糖也是碳水化合物，它们参与构成遗传物质核糖核酸。

(四)调节血糖、节氮和抗生酮作用 被小肠吸收的单糖进入血流，有的直接被组织利用，有的以糖原方式储存于肝脏及肌肉组织，当饥饿时血糖降低，糖原分解为葡萄糖，调节血糖在正常范围。碳水化合物摄入不足时，能量供给不能满足机体需要，膳食蛋白质中有一部分将会被用来分解供给能量，而不能合成体内所需要的蛋白质物质。摄入充足的碳水化合物可以节省这一部分蛋白质的消耗，增加氮在体内的潴留，这种作用称为碳水化合物对蛋白质的节约作用或节氮作用。脂肪在体内代谢也需要碳水化合物参与，因为脂肪在体内代谢所产生的乙酰基必须与草酰乙酸结合进人三羧酸循环才能被彻底氧化，草酰乙酸是葡萄糖在体内氧化的中间产物。如果碳水化合物摄人不足，脂肪则不能被完全氧化而产生大量的酮体，充足的碳水化合物可避免脂肪氧化不完全而产生过量的酮体，这一作用称为抗生酮作用。

2.蛋白质的生理功能：

（一）构成和修复组织 蛋白质是构成机体组织、器官的重要成分，人体各组织、器官无一不含蛋白质；细胞中，除水以外，蛋白质约占细胞内物质的80%。身体受伤后也需要蛋白质作为修复材料。

食品营养学练习题第四章碳水化合物

食品营养学练习题第四章碳水化合物

第四章 碳水化合物

一、填空

1、 淀粉 是膳食中碳水化合物存在的主要形式。

2、烤面包时产生的金黄色是由于温度升高时，食物中还原糖的 羰基 与蛋白质氨基酸分子的氨基间发生 羰氨 反应，而引起食品颜色变化。

3、碳水化物在人体内吸收利用的形式是 葡萄糖 。

4、膳食中碳水化物的主要来源是 粮谷类 和 薯类 。

5、采用60℃以上的热水和面，使淀粉容易 糊化 ，从而使面团体积增大，黏性增强。

6、单糖主要是 葡萄糖 和 果糖 ，半乳糖很少单独存在。

7、 果糖 是糖类中最甜的物质。

8、蔗糖由一分子 葡萄糖和一分子果糖构成。

9、麦芽糖主要来自淀粉水解，由2分子 葡萄糖 以 α-1，4 糖苷键连接。

10、乳糖由一分子葡萄糖和一分子 半乳糖 以 β-1，4 糖苷键连接。

11、大豆低聚糖主要成分为 棉子糖 和 水苏糖 。

12、支链淀粉由葡萄糖通过 α(1→4) 连接构成主链，支链以 α(1→6）与主链相连。

二、选择

1、能被人体消化吸收的碳水化合物是 。

A.棉籽糖 B.果胶 C.纤维素 D.淀粉

2、中国营养学会推荐我国居民的碳水化合物的膳食供给量应占总能量的 。

A.45%-50% B.70%以上 C.55%-65% D.30%以下

3、 摄入过多容易引起血清甘油三酯含量升高。

A.葡萄糖、蔗糖 B.葡萄糖、果糖 C.乳糖、麦芽糖 D.蔗糖、果糖

4、 是双歧杆菌的增殖因子。

A. 低聚糖醇 B. 山梨醇 C. 甘露醇 D. 木糖醇

5、从构成上分类，果糖属于 。

A. 单糖 B. 双糖 C. 寡糖 D. 多糖

6、稻米中含量最高的糖类是 。

A. 葡萄糖 B. 淀粉 C. 果糖 D. 麦芽糖

7、下列食物含果胶较多的是 。

A. 面粉 B. 黄豆 C. 香蕉 D. 黄瓜

实用类文本《什么是碳水化合物》阅读练习及答案(河南2023届高三8月)

实用类文本《什么是碳水化合物》阅读练习及答案(河南2023届高三8月)

河南省名校新未来2022-2023学年高三8月联考语文试题

二、非连续性文本阅读

阅读下面的文字，完成下面小题。

材料一：

碳水化合物是由碳、氢、氧三种元素组成的一大类化合物，是地球上最丰富的有机物。含碳水化合物较多的食物一般价格比较便宜；而且，碳水化合物在体内氧化速度较快，能够及时供给能量以满足机体需要，所以，碳水化合物是大部分人摄取能量最经济和最主要的来源。它们也是机体的重要组成部分，与机体某些营养素的正常代谢关系密切，具有重要的生理功能。

碳水化合物亦称糖类化合物，是自然界存在最多、分布最广的一类重要的有机化合物。葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素等都属于糖类化合物。糖类化合物是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源。它不仅是营养物质，而且有些还具有特殊的生理活性。例如：肝脏中的肝素有抗凝血作用，血液中的糖与免疫活性有关。此外，核酸的组成成分中也含有糖类化合物——核糖和脱氧核糖。因此，糖类化合物对医学来说，具有更重要的意义。

（摘编自太平洋亲子网《什么是碳水化合物》）

材料二：

研究人员将低脂饮食与低碳水化合物饮食进行了比较。他们发现低碳水化合物饮食和低脂饮食均导致二型糖尿病患者的体重减轻，但只有低碳水化合物饮食减少了亚临床炎症。并非所有含有任何碳水化合物的食物都会导致血糖急剧上升，有些碳水化合物确实与抗炎物质混合在一起，尤其是纤维和抗氧化剂，例如富含膳食纤维的蔬菜、水果，它们虽然含有少量的碳水，但它们也有很可观的抗炎物质。

（摘编自青芒健康饮食《碳水化合物和炎症：关于低碳饮食和炎症的知识》）

材料三：

碳水化合物吃进去后，从嘴里开始就被不同的酶进行分解，复杂糖类会被身体分解为单糖分子，最终在肠壁和肝脏几乎被分解为葡萄糖。

葡萄糖是最快被吸收的糖类，被消化分解的一部分葡萄糖会进入血液。而人体血液内只能含有一茶匙的糖，如果超过一茶匙的量，人们可能遭遇高血糖昏迷甚至丧命。当你吃任何富含碳水的食物时，你的血糖浓度就会上升。所以，当你一下子吃了太多碳水化合物，就会分解成更多的葡萄糖，导致血糖迅速上升。这时候就需要出现一个控制血糖的管控者——胰岛素。胰岛素是一种在胰脏合成的荷尔蒙，主要职责是处理身体里的糖分。