有机化学-淀粉和糖元的结构与性质

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

淀粉广泛分布于自然界，是人类碳水化合物的主要来源，又是植物的储存物质，主要存在于植物块根和种子中。例如，稻米中含淀粉62%～82%，小麦含57%～75%，玉米含65%～72%，马铃薯含12%～14%。

淀粉由直链淀粉和支链淀粉两部分组成，直链淀粉约占淀粉的20%，支链淀粉约占淀粉的80%。这两种淀粉的结构和理化性质都有差别。

（1）淀粉的结构　淀粉主要有以下两种结构。

1）直链淀粉　直链淀粉由1000个以上α-D-葡萄糖通过α-1，4-苷键连接而成的链状化合物，平均相对分子质量为1.5×105～6×105。直链淀粉实际上并不是线型分子，而是由于分子内氢键作用，使链卷曲盘旋呈螺旋状。直链淀粉的结构式如下：

2）支链淀粉　支链淀粉相对分子质量比直链淀粉相对分子质量更大，平均相对分子质量为106～6×106，它是一个高度分支化的结构，每隔20～25个D-葡萄糖短链，就有一个α-1，6-苷键分支。在这些短链里，D-葡萄糖是以α-1，4-苷键连接的。支链淀粉的结构式如下：

（2）淀粉的理化性质　淀粉为白色无定形粉末，吸湿性很强。直链淀粉容易溶解在热水里不成糊状，可全部被淀粉酶水解成麦芽糖。直链淀粉的螺旋结构，正好能使碘分子钻入螺旋空隙中，与碘形成蓝色的复合物，此显色反应常用于检验淀粉的存在和碘量法分析终点的指示，反应迅速、灵敏。

当加热时，分子内氢键断裂，螺旋解体，蓝色消失，冷却后又重新恢复螺旋结构，蓝色重现。(www.xing528.com)

支链淀粉不溶于水，在热水中膨胀成黏稠溶液，遇碘产生紫红色，在淀粉酶作用下只有62%水解成麦芽糖。由于分子中还存在1，6-苷键，所以它的部分水解产物中还有异麦芽糖。

淀粉在酸或酶的作用下发生水解，得到的中间产物有糊精和麦芽糖。根据它们遇碘产生的不同颜色，可分为蓝糊精、红糊精、无色糊精，麦芽糖，最后水解为D-葡萄糖。

在淀粉分子中，尽管末端葡萄糖保留了半缩醛羟基，但在整个分子中所占的比例极小，所以淀粉无还原性、无变旋现象，不能形成糖脎。

思考题12-10　用化学方法鉴别直链淀粉和支链淀粉。

2.糖元

糖元又称为动物淀粉或肝糖，存在于动物体的肝脏和肌肉中。糖元的结构和支链淀粉相似，不过组成糖元的葡萄糖单位更多，平均相对分子质量为100万～1000万。由于糖元的支链更多、更短，因此糖元分子结构比较紧密，整个分子团成球形。

糖元为无定形粉末，有甜味，能溶于三氯乙酸，但不溶于乙醇及其他有机溶剂。糖元遇碘呈紫红色，在酸或酶的作用下最终水解成D-葡萄糖。

糖元在动物体内的重要功能是调节血液中的含糖量。当动物血液中葡萄糖含量较高时，它就结合成糖元，储存在肝脏和肌肉中；当血液中葡萄糖含量降低时，糖元可分解为葡萄糖，供给肌体能量。