第十八章 碳水化合物 18.1 概论 碳水化合物也称糖，是自然界存在最广泛的一类有机物。它们是动、植物体的重要成分，又是人和动物的主要食物来源。绿色植物光合作用的主要产物就是碳水化合物，在植物中的含量可达干重的80%，植物种子中的淀粉，根茎、叶中的纤维素，甘蔗和甜菜根部所含的蔗糖，水果中的葡萄糖和果糖都是碳水化合物。动物的肝脏和肌肉内的糖元，血液中的血糖，软骨和结缔组织中的粘多糖也是碳水化合物。 碳水化合物由碳、氢、氧三种元素组成。人们最初发现这类化合物，除碳原子外，氢与氧原子数目之比与水相同，可用通式Cm(H2O)n表示，形式上像碳和水的化合物，故称碳水化合物。如葡萄糖、果糖等的分子式为C6H12O6，蔗糖的分子式为C12H22O11等。但后来发现，有些有机物在结构和性质上与碳水化合物十分相似，但组成不符合Cm(H2O)n的通式，如鼠李糖 (C6H12O5)，脱氧核糖(C5H10O4)等；而有些化合物如乙酸(C2H4O2)，乳酸(C3H6O3)等，分子组成虽然符合上述通式，但其结构和性质与碳水化合物相差甚远。可见碳水化合物这一名称是不确切的，但因历史沿用己久，故至今仍在使用。从分子结构的特点来看，碳水化合物是一类多羟基醛或多羟基酮，以及能够水解生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物。碳水化合物按其结构特征可分为三类： 1．单糖：不能水解的多羟基醛或多羟基酮。是最简单的碳水化合物，如葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、山梨糖等。 2．低聚糖：也称为寡糖，能水解产生2～10个单糖分子的化合物。根据水解后生成的单糖数目，又可分为二糖、三糖、四糖等。其中最重要的是二糖，如蔗糖、麦芽糖、纤维二糖、乳糖等。 3．多糖：水解产生10个以上单糖分子的化合物。如淀粉、纤维素、糖元等。 18.2 单糖的结构 按照分子中的羰基，可将单糖分为醛糖和酮糖两类；按照分子中所含碳原子的数目，又可将单糖分为丙糖，丁糖，戊糖和己糖等。这两种分类方法常结合使用。例如，核糖是戊醛糖，果糖是己酮糖等。在碳水化合物的命名中，以俗名最为常用。自然界中的单糖以戊醛糖、己醛糖和己酮糖分布最为普遍。例如，戊醛糖中的核糖和阿拉伯糖，己醛糖中的葡萄糖和半乳糖，己酮糖中的果糖和山梨糖，都是自然界存在的重要单糖。 单糖的构型 最简单的单糖是丙醛糖和丙酮糖，除丙酮糖外，所有的单糖分子中都含有一个或多个手性碳原子，因此都有旋光异构体。如己醛糖分子中有四个手性碳原子，有24=16个立体异构体，葡萄糖是其中的一种；己酮糖分子中有三个手性碳原子，有23=8个旋光异构体，果糖是其中的一种。 单糖构型通常采用D、L构型标记法标记，即以甘油醛为标准，通过逐步增长碳链的方法来确定。凡由D-(+)-甘油醛经过逐步增长碳链的反应转变而成的醛糖，其构型为D-构型；由L-(-)-甘油醛经过逐步增长碳链的反应转变成的醛糖，其构型为L-构型。例如，从D-甘油醛出发，经与HCN加成、水解、内酯化、再还原，可得两种D-构型的丁醛糖。 在D-(+)-甘油醛与HCN的加成过程中，CN-可以从羰基所在平面的两侧进攻羰基碳原子，从而派生出两个构型相反的新手性碳原子。由于原来甘油醛中手性碳原子的构型在整个转化过程中保持不变，因此两种丁醛糖仍为D-构型，分别称为D-(-)-赤藓糖和D-(-)-苏阿糖。 D-(-)-赤藓糖 D-(-)-苏阿糖 同样，可以导出四种D-型戊醛糖、八种D-型己醛糖。 为简便起见，在构型式中可以省去手性碳原子上的氢原子，并以半短线“-”表示手性碳原子上的羟基，用一竖线表示碳链。自然界存在的单糖绝大部分是D-构型。图12-1列出了由D-(+)-甘油醛导出的D-型醛糖，其中最重要的是D-(-)-赤藓糖、D-(-)-核糖、D-(-)-阿拉伯糖、D-(+)-木糖、D-(+)-葡萄糖、D-(+)-甘露糖和D-(+)-半乳糖。 醛单糖的D-构型异构体 从L-甘油醛出发，也可导出L-构型的醛糖，它们与D-构型的醛糖互为对映体。例如，D-(+)-葡萄糖与L-(-)-葡萄糖是对映体，它们的旋光度相同，旋光方向相反。 D-（+）-葡萄糖 L-（-）-葡萄糖 在自然界中，也发现一些D-型酮糖，它们的结构一般在2-位上具有酮羰基，比相同碳数的醛糖少一个手性碳原子，所以异构体的数目也相应减少。例如，存在于甘蔗、蜂蜜中的D-果糖为六碳酮糖；存在于鳄梨树果实中的D-甘露庚酮糖是七碳酮糖。 单糖的构型通过与甘油醛对比来确定。单糖分子中虽然可能有多个手性碳子，但决定其构型的仅是距羰基最远的手性碳原子。即单糖分子中距羰基最远的手性碳原子与D-(+)-甘油醛的手性碳原子构型相同时，称为D-构型；与L-(-)-甘油醛构型相同时，称为L-构型。例如：下面各糖括出的碳原子的构型与D-(+)-甘油醛的手性碳原子的构型相同，因此都是D-构型糖。 D-甘油醛 D- 醛糖 D-酮糖 （2）单糖的环状结构 1．单糖的变旋现象和氧环式结构 人们在研究单糖的实践中发现，D-葡萄糖能以两种结晶存在，一种是从酒精溶液中析出的结晶，熔点为146℃，比旋光度为+112.2°；另一种是从吡啶中析出的结晶，熔点为150℃，比旋光度为+18.7°。将其中任何一种结晶溶于水后，其比旋光度都会逐渐变成+52.7°并保持恒定。象这种比旋光度发生变化（增加或减小）的现象称为变旋现象。另外，从葡萄糖的链状结构看，具有醛基，能与HCN和羰基试剂等发生类似醛的反应，但在通常条件下却不与亚硫酸氢钠起加成反应；在干燥的HCl存在下，葡萄糖只能与一分子醇发生反应生成稳定的缩醛。这些事实无法从开链式结构得到圆满地解释。 醛与醇能发生加成反应，生成半缩醛。D-葡萄糖分子中，同时含有醛基和羟基，因此能发生分子内的加成反应，生成环状半缩醛。实验证明，D-(+)-葡萄糖主要是C5上的羟基与醛基作用，生成六元环的半缩醛（称氧环式）。 对比开链式和氧环式可以看出，氧环式比开链式多一个手性碳原子，所以有两种异构体存在。两个环状结构的葡萄糖是一对非对映异构体，它们的区别仅在于C1的构型不同。C1上新形成的羟基 (也称半缩醛羟基)与决定单糖构型的羟基处于同侧的，称为α-型；反之，称为β-型。 平衡值[α]=+52.7° 由此可见，产生变旋现象是由于α-构型或β-构型溶于水后，通过开链式相互转变，最后α-构型、β-构型和开链式三种形式达到动态平衡。平衡时的比旋光度为+52.7。。由于平衡混合物中开链式含量仅占0.01%，因此不能与饱和NaHSO3发生加成反应。葡萄糖主要以环状半缩醛形式存在，所以只能与一分子甲醇反应生成缩醛。其它单糖，如核糖、脱氧核糖、果糖、甘露糖和半乳糖等也都是以环状结构存在，都具有变旋现象。 单糖主要以五元、六元环存在。六元环糖与杂环化合物中的吡喃相当，具有这种结构的糖称为吡喃糖；五元环糖与杂环化合物中的呋喃( )相当，具有这种结构的糖称为呋喃糖。所以α-D-(-)-果糖（五元环）应称为α-D-(-)-呋喃果糖。 哈武斯(Haworth)透视式 前面给出的氧环式的环状结构投影式不能反映各个基团的相对空间关系。为了更接近其真实，并形象地表达单糖的氧环结构，一般采用Haworth透视式来表示单糖的半缩醛环状结构。现以D-葡萄糖为例，说明由链式书写Haworth式的步骤：首先将碳链右倒水平放置(Ⅰ)，然后将羟甲基一端从左面向后弯曲成类似六边形(Ⅱ)，为了有利于形成环状半缩醛，将C5按箭头所示绕C4-C5键轴旋转120°成(Ⅲ)。此时，C5上的羟基与羰基加成生成半缩醛环状结构，若新产生的半缩醛羟基与C5上的羟甲基处在环的异侧(Ⅳ)，即为α-D-吡喃葡萄糖；反之，新形成的半缩醛羟基与C5上的羟甲基处在环的同侧(Ⅴ)，则为β-D-吡喃葡萄糖： 其它几种常见单糖的哈武斯式如下： α-D-吡喃甘露糖 α-D-吡喃半乳糖 α-D-吡喃阿拉伯糖 α-D-呋喃核糖 有时为了书写方便，一般可将单糖的环平面在纸面上旋转或翻转。现以α-D-(+)-吡喃葡萄糖为例加以说明。 在单糖的Haworth式中，通常环上碳原子的位次排列方式为顺时针排列。从上式中可以看出，纸面上旋转不会改变碳原子的位次排列方式，环上各碳原子上的基团处于环平面的上下位置不变；如果是翻转，无论是上下翻转还是左右翻转，都会改变环上碳原子位次的排列方式，由原来顺时针排列方式转变为逆时针排列方式，此时为了保持构型，环上各碳原子所连接的基团在环平面的上下位置需颠倒过来。 在单糖的Haworth式中，如何确定单糖的D、L-构型和α、β-构型呢？确定D、L-构型要看环上碳原子的位次排列方式。如果是按顺时针方式排列，编号最大手性碳上的羟甲基在环平面上方的为D-构型；反之，羟甲基在环平面下方的为L-构型。如果是按逆时针方式排列，则与上述判别恰好相反。确定α、β-构型是根据半缩醛羟基与编号最大手性碳上的羟甲基的相对位置。如果半缩醛羟基与编号最大手性碳上的羟甲基在环的异侧为α-构型；反之，半缩醛羟基与羟甲基在环的同侧为β-构型。编号最大手性碳上无羟甲基时，则与其上的氢比较，半缩醛羟基与编号最大手性碳上的氢在环的异侧为α-构型；反之，为β-构型。 （3）单糖的构象 近代X-射线分析等技术对单糖的研究证明，以五元环形式存在的单糖，如果糖、核糖等，分子中成环碳原子和氧原子基本共处于一个平面内。而以六元环形式存在的单糖，如葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖等，分子中成环的碳原子和氧原子不在同一个平面 。上述吡喃糖的Haworth式不能真实地反映环状半缩醛的立体结构。吡喃糖中的六元环与环己烷相似，椅式构象占绝对优势。在椅式构象中，又以环上碳原子所连较大基团连接在平伏键上比连接在直立键上更稳定。下面是几种单糖的椅式构象： α-D-吡喃葡萄糖 β-D-吡喃葡萄糖 β-D-吡喃甘露糖 β-D-吡喃半乳糖 由上述构象式可以看出，在β-D-吡喃葡萄糖中，环上所有与碳原子连接的羟基和羟甲基都处于平伏键上，而在α-D-吡喃葡萄糖中，半缩醛羟基处于直立键上，其余羟基和羟甲基处于平伏键上。因此β-D-吡喃葡萄糖比α-D-吡喃葡萄糖稳定。所以在D-葡萄糖的变旋平衡混合物中，β-型异构体（63%）所占的比例大于α-型异构体（37%）。 18.3 单糖的物理性质 单糖都是无色晶体，因分子中含有多个羟基，所以易溶于水，并能形成过饱和溶液——糖浆。单糖可溶于乙醇和吡啶，难溶于乙醚、丙酮、苯等有机溶剂。除丙酮糖外，所有单糖都具有旋光性，且存在变旋现象。 单糖都有甜味，但相对甜度不同，一般以蔗糖的甜度为100，葡萄糖的甜度为74，果糖的甜度为173。果糖是已知单糖和二糖中甜度最大的糖。 18.4 单糖的化学性质 单糖是多羟基醛或多羟基酮，因此除具有醇和醛、酮的特征性质外，还具有因分子中各基团的相互影响而产生的一些特殊性质。此外，单糖在水溶液中是以链式和氧环式平衡混合物的形式存在的，因此单糖的反应有的以环状结构进行，有的则以开链结构进行。 1．差向异构化 D-葡萄糖分子中C2上的α-H同时受羰基和羟基的影响很活泼，用稀碱处理可以互变为烯二醇中间体。烯二醇很不稳定，在其转变到醛酮结构时C1羟基上的氢原子转回C2时有两种可能：若按（a）途径加到C2上，则仍然得到D-葡萄糖；若按（b）途径加到C2上，则得到D-甘露糖；同样，按（C）途径C2羟基上的氢原子转移到C1上，则得到D-果糖。 用稀碱处理D-甘露糖或D-果糖，也得到上述互变平衡混合物。生物体代谢过程中，在异构酶的作用下，常会发生葡萄糖与果糖的互相转化。 烯二醇式中间体 在含有多个手性碳原子的旋光异构体中，若只有一个手性碳原子的构型不同，其它碳原子的构型都完全相同，这样的旋光异构体称为差向异构体。如D-葡萄糖和D-甘露糖，它们仅第二个碳原子的构型相反，叫做2-差向异构体。差向异构体间的互相转化称为差向异构化。 2．氧化反应 单糖可被多种氧化剂氧化，所用氧化剂的种类及介质的酸碱性不同，氧化产物也不同。 （1）酸性介质中的氧化反应 ① 溴水氧化 醛糖能被溴水氧化生成糖酸。酮糖不被溴水氧化，可由此区别醛糖与酮糖。 ② 硝酸氧化 醛糖在硝酸作用下生成糖二酸。例如，D-葡萄糖被氧化为D-葡萄糖二酸，D-赤藓糖被氧化为内消旋酒石酸。根据氧化产物的结构和性质，可以帮助确定醛糖的结构。 酮糖与强氧化剂作用，碳链断裂，生成小分子的羧酸混合物。 （2）碱性介质中的氧化反应 醛能被弱氧化剂氧化，醛糖也具有醛基，同样能被弱氧化剂氧化。酮一般不被弱氧化剂氧化，但酮糖（例如果糖）在弱碱性介质中能发生差向异构化转变为醛糖，因此也能被弱氧化剂氧化。醛糖和酮糖，能被托伦试剂、斐林试剂和本尼迪试剂所氧化，分别产生银镜或氧化亚铜的砖红色沉淀。通常，把这些糖称为还原性糖。这些反应常用作糖的鉴别和定量测定，例如与本尼迪试剂的反应常用来测定果蔬、血液和尿中还原性糖的含量。 （3）生物体内的氧化反应 在生物体内的代谢过程中，有些醛糖在酶作用下发生羟甲基的氧化反应，生成糖醛酸。例如，葡萄糖和半乳糖被氧化时，分别生成葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸。 对于动物体来说，葡萄糖醛酸是很重要的，因为许多有毒物质是以葡萄糖醛酸苷的形式从尿中排泄出体外的，故有保肝和解毒作用。另外，糖醛酸是果胶质、半纤维素和粘多糖的重要组成成分，在土壤微生物的作用下，生成的多糖醛酸类物质是天然土壤结构的改良剂。 3．还原反应 与醛和酮的羰基相似，糖分子中的羰基也可被还原成羟基。实验室中常用的还原剂有硼氢化钠等，工业上则采用催化加氢，催化剂为镍、铂等。例如D-葡萄糖还原为山梨醇，D-甘露糖还原生成甘露醇，果糖在还原过程中由于C2转化为手性碳原子，故得到山梨醇和甘露醇的混合物。 山梨醇和甘露醇广泛存在于植物体内，李子、桃子、苹果、梨等果实中含有大量的山梨醇；而柿子、胡萝卜、洋葱等植物中含有甘露醇。山梨醇可用作细菌的培养基及合成维生素C的原料。 4．成脎反应 单糖具有羰基，与苯肼作用首先生成糖苯腙。当苯肼过量时，则继续反应生成难溶于水的黄色结晶，称为糖脎。一般认为成脎反应分三步完成：首先单糖和一分子苯肼生成糖苯腙；然后糖苯腙的α-羟基被过量的苯肼氧化为羰基；最后与第三分子苯肼作用生成糖脎。 糖脎分子可以通过氢键形成螯环化合物，阻止了C3上羟基被继续氧化而终止反应。 由上述可知，糖脎的生成只发生在C1和C2上，因此，除C1、C2外，其它手性碳原子构型相同的己糖或戊糖，都能形成相同的糖脎。例如D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖与过量的苯肼反应生成相同的糖脎。 不同的糖脎其结晶形状、熔点和成脎所需的时间都不相同，因此可用于糖的鉴定。 成脎反应并非局限于单糖，凡具有α-羟基的醛或酮都能发生成脎反应。 5．糖苷的生成 单糖的环式结构中含有活泼的半缩醛羟基，它能与醇或酚等含羟基的化合物脱水形成缩醛型物质，称为糖苷，也称为配糖体，其糖的部分叫做糖基，非糖的部分叫做配基。例如，α-D-葡萄糖在干燥氯化氢催化下，与无水甲醇作用生成甲基-α-D-葡萄糖苷；而β-D-葡萄糖在同样条件下形成甲基-β-D-葡萄糖苷。 α-D-葡萄糖和β-D-葡萄糖通过开链式可以相互转变，形成糖苷后，分子中已无半缩醛羟基，不能再转变成开链式，故不能再相互转变。糖苷是一种缩醛（或缩酮），所以比较稳定，不易被氧化，不与苯肼、托伦试剂、斐林试剂等作用，也无变旋现象。糖苷对碱稳定，但在稀酸或酶作用下，可水解成原来的糖和甲醇。 糖苷广泛存在于自然界，植物的根、茎、叶、花和种子中含量较多。低聚糖和多糖也都是糖苷存在的一种形式。 6．成酯和成醚反应 单糖分子中的羟基既能与酸反应生成酯，又能在碱性介质中与甲基化试剂，如碘甲烷或硫酸二甲酯作用生成醚。 （1）酯化反应 在生物体内，α-D-葡萄糖在酶的催化下与磷酸发生酯化反应，生成1-磷酸-α-D-葡萄糖和1，6-二磷酸-α-D-葡萄糖。 在实验室中，用乙酰氯或乙酸酐与葡萄糖作用，可以得到葡萄糖五乙酸酯。  单糖的磷酸酯是生物体糖代谢过程中的重要中间产物。作物施磷肥就是为了有充足的磷去完成体内磷酸酯的合成。若作物缺磷，磷酸酯的合成便出现障碍，作物的光合作用和呼吸作用也不能顺利进行。 （2）成醚反应 由于单糖分子在碱性介质中直接甲基化会发生副反应，所以一般先将单糖分子中的半缩醛羟基通过成苷保护起来，然后再进行成醚反应。 产物分子中的五个甲氧基以C1上的为最活泼，在稀酸中可发生水解，生成2,3,4,6-四甲氧基-D-葡萄糖。 甲基-α-D-葡萄糖苷 甲基-2,3,4,6-四甲氧基– 2,3,4,6-四甲氧基– α-D-葡萄糖苷 α-D-葡萄糖 7．显色反应 在浓酸（浓硫酸或浓盐酸）作用下，单糖发生分子内脱水形成糠醛或糠醛的衍生物。例如，戊糖脱水生成糠醛，己糖脱水生成5-羟甲基糠醛。 糠醛及其衍生物可与酚类、蒽酮、芳胺等缩合生成不同的有色物质。尽管这些有色物质的结构尚未搞清楚，但由于反应灵敏，实验现象清楚，故常用于糖类化合物的鉴别。 （1）莫力许(Molish)反应 莫力许反应又称α-萘酚反应。在糖的水溶液中加入α-萘酚的酒精溶液，然后沿着试管壁小心地加入浓硫酸，不要振动试管，则在两层液面间形成紫色环。所有糖（包括低聚糖和多糖）均能发生莫力许反应，因此是鉴别糖最常用的方法之一。 （2）西列凡诺夫(Селиванов)反应 酮糖在浓HCl存在下与间苯二酚反应，很快生成红色物质。而醛糖在同样条件下两分钟内不显色，由此可以区别醛糖和酮糖。 （3）皮阿耳(Bial)反应 戊糖在浓HCl存在下与5-甲基间苯酚反应，生成绿色的物质。该反应是用来区别戊糖和己糖的方法。 （4）狄斯克(Discke)反应 脱氧核糖在乙酸和硫酸混合液中与二苯胺共热，可生成蓝色的物质。其它糖类在同样条件下不显蓝色。因此，该反应是用于鉴别脱氧戊糖的方法。 18.5 二糖 双糖是最重要的低聚糖，可以看成是一个单糖分子中的半缩醛羟基与另一个单糖分子中的醇羟基或半缩醛羟基之间脱水的缩合物。自然界存在的双糖可分为还原性双糖和非还原性双糖两类。 1．麦芽糖 麦芽糖是由一分子α-D-葡萄糖的半缩醛羟基与另一分子D-葡萄糖C4上的醇羟基脱水后，通过α-1,4-苷键连接而成的。 麦芽糖属于α-糖苷，能被麦芽糖酶水解，也能被酸水解。它是组成淀粉的基本单元，在淀粉酶或唾液酶的作用下，淀粉水解得到麦芽糖，所以麦芽糖是生物体内淀粉水解的中间产物。麦芽糖继续水解产生D-葡萄糖。 2．纤维二糖 纤维二糖是由一分子β-D-葡萄糖的半缩醛羟基与另一分子D-葡萄糖C4上的醇羟基脱水后，通过β-1,4-苷键连接而成。 纤维二糖属β-糖苷，能被苦杏仁酶或纤维二糖酶水解，也可被酸水解成D-葡萄糖。纤维二糖是纤维素的基本单位，自然界游离的纤维二糖并不存在，可由纤维素部分水解得到。 3．乳糖 乳糖是由一分子β-D-半乳糖的半缩醛羟基与另一分子D-葡萄糖C4上的醇羟基脱水后，通过β-1,4-苷键连接而成。 乳糖属于β-糖苷，它能被酸、苦杏仁酶和乳糖酶水解。乳糖存在于人和哺乳动物的乳汁中，人乳中含乳糖约为5%--8%，牛、羊乳中含乳糖约为4%--5%。乳糖是牛乳制干酪时所得的副产品，它是双糖中溶解性较小的、没有吸湿性的一个，主要用于食品工业和医药工业。 4．蔗糖 蔗糖是由一分子α-D-葡萄糖和一分子β-D-果糖两者的半缩醛羟基脱水后，通过α-1-β-2-苷键连接而成的双糖。它既是α-糖苷，也是β-糖苷。 蔗糖 蔗糖是自然界分布最广的、甜度仅次于果糖的重要的非还原性双糖。它存在于植物的根、茎、叶、种子及果实中，以甘蔗（19%--20%）和甜菜（12%--19%）中含量最多。蔗糖是右旋糖，水解后生成等量的D-葡萄糖和D-果糖的左旋混合物。由于水解使旋光方向发生改变，故一般把蔗糖的水解产物称为转化糖。蜂蜜的主要成分就是转化糖（[α]=-19.8°）。 [α]=+66.5° [α]=+52.5° [α]= - 92° 18.6 多糖 多糖是由几百到几千个单糖或单糖的衍生物分子通过α-或β-苷键连结起来的高分子化合物。多糖广泛存在于自然界，按其水解产物分为两类：一类称为均多糖，其水解产物只有一种单糖，如淀粉、纤维素、糖元等；另一类称为杂多糖，其水解产物为一种以上的单糖或单糖衍生物，如半纤维素、果胶质、粘多糖等。淀粉和糖元分别为植物和动物的贮藏养分，纤维素和果胶质等则是构成植物体的支撑组织。 多糖与单糖、双糖在性质上有较大的差异。多糖一般没有甜味，大多数多糖难溶于水。多糖没有变旋现象，没有还原性，也不能成脎。 淀粉和糖元分别为植物体和动物体内的多糖。都是由D-葡萄糖通过α-苷键缩聚而成的天然高分子化合物。 1．淀粉 淀粉广泛存在于植物界，是植物光合作用的产物，是植物贮存的营养物质之一，也是人类粮食的主要成分。淀粉主要存在于植物的种子、块根和块茎中。例如，稻米含62%～80%，小麦含57%～75%，玉米含65%～72%，甘薯含25%～35%，马铃薯含12%～20%。 （1）淀粉的结构 淀粉为白色无定形粉末，由直链淀粉和支链淀粉两部分组成，二者在淀粉中的比例随植物品种不同而异，一般直链淀粉占10%～30%，支链淀粉占70%～90%。 直链淀粉是由200～980个α-D-葡萄糖以α-1,4-苷键连接而成的链状化合物，但其结构并非直线型的。由于分子内的氢键作用，使其链卷曲盘旋成螺旋状，每圈螺旋一般含有六个葡萄糖单位。 支链淀粉约含有1000个以上α-D-葡萄糖单位，其结构特点与直链淀粉不同。葡萄糖分子之间除了以α-1,4-苷键连接成直链外，还有α-1,6-苷键相连而引出的支链。大约每隔20—25个葡萄糖单位有一个分支，纵横关联，构成树枝状结构。 （2）淀粉的理化性质 在淀粉分子中，尽管末端葡萄糖单元保留有半缩羟基，但相对于整个分子而言，它们所占的比例极少，所以淀粉不具有还原性，不能成脎，无旋光性，也无变旋现象。直链淀粉和支链淀粉在结构上的不同，导致它们在性质上也有一定的差异。直链淀粉能溶于热水，在淀粉酶作用下可水解得到麦芽糖。它遇碘呈深蓝色，常用于检验淀粉的存在。淀粉与碘的作用一般认为是碘分子钻入淀粉的螺旋结构中，并借助范德华力与淀粉形成一种兰色的包结物。当加热时，分子运动加剧，致使氢键断裂，包结物解体，兰色消失；冷却后又恢复包结物结构，深蓝色重新出现。 支链淀粉不溶于水，热水中则溶胀而成糊状。它在淀粉酶催化水解时，只有外围的支链可以水解为麦芽糖。由于分子中直链与支链间以α-1,6-苷键相连，所以在它的部分水解产物中还有异麦芽糖。支链淀粉遇碘呈现紫色。 淀粉在酸或酶的催化下可以逐步水解，生成与碘呈现不同颜色的糊精、麦芽糖，最后水解为D-葡萄糖。 水解产物： 淀粉 蓝糊精 红糊精 无色糊精 麦芽糖 葡萄糖 与碘显色： 蓝 蓝紫 红 碘色 　　 碘色 碘色 糊精能溶于冷水，其水溶液有粘性，可作为粘合剂及纸张、布匹等的上胶剂。无色糊精具有还原性。 2、纤维素 （1）纤维素的分子结构 纤维素分子是由成千上万个β-D-葡萄糖以β-1,4-苷键连接而成的线型分子。纤维素的分子结构如下所示 纤维素分子的结构 与直链淀粉不同，纤维素分子不卷曲成螺旋状，而是纤维素链间借助于分子间氢键形成纤维素胶。这些胶束再扭曲缠绕形成象绳索一样的结构，使纤维素具有良好的机械强度和化学稳定性。 （2）纤维素的理化性质 纤维素是白色纤维状固体，不具有还原性，不溶于水和有机溶剂，但能吸水膨胀。这是由于在水中，水分子能进入胶束内的纤维素分子之间，并通过氢键将纤维素分子接连而不分散，仅是膨胀）。 淀粉酶或人体内的酶（如唾液酶）只能水解α-1,4-苷键而不水解β-1,4-苷键。纤维素与淀粉一样由葡萄糖构成，但不能被唾液酶水解而作为人的营养物质。草食动物（如牛、马、羊等）的消化道中存在着可以水解β-1,4-苷键的酶或微生物，所以它们可以消化纤维素而取得营养。土壤中也存在能分解纤维素的微生物，能将一些枯枝败叶分解为腐殖质，从而增强土壤肥力。纤维素也能被酸水解，但水解比淀粉困难，一般要求在浓酸或稀酸加压下进行。水解过程中可得纤维二糖，最终水解产物是D-葡萄糖。 纤维素能溶于氢氧化铜的氨溶液、氯化锌的盐酸溶液、氢氧化钠和二硫化碳等溶液中，形成粘稠状溶液。利用其溶解性，可以制造人造丝和人造棉等。此外，纤维素可用来制造各种纺织品、纸张、玻璃纸、无烟火药、火棉胶、赛璐璐等，也可作为人类食品的添加剂。