食品中的糖类

食品中的糖类第一节概述一、定义糖类是多羟基醛或多羟基酮及它们的缩聚物和衍生物。二、分类根据水解情况，糖类分为单糖、低聚糖和多糖。单糖：糖类的基本单位，即单独存在不能再被水解的多羟基醛或多羟基酮；按照分子中所含碳原子数目的不同分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。低聚糖：也叫寡糖，是由2～10个单糖分子脱水缩合而形成的糖，完全水解后得到相应分子数的单糖；根据水解后生成的单糖分子数目，分为二糖、三糖、四糖。多糖：是少则几十个，多则几千、几万个单糖分子的脱水缩聚产物，完全水解后产生相应数目的单糖分子。根据单体的种类，可分为同聚多糖和杂聚多糖。三、功能糖类是生物体维持生命活动所需能量的主要来源，是合成其它化合物的基本原料，同时也是生物体的主要结构成分。在食品加工中，还原糖能使食品变褐，淀粉与果胶等可保持食品的粘弹性，单糖、二糖等赋予食品甜味。第二节食品中的单糖一、单糖的结构除二羟基丙酮外，所有的单糖都含有一个或多个手性碳原子，均有旋光异构体。根据单糖与D-甘油醛或L-甘油醛的关系，单糖可分为D-型和L-型两种。天然存在的单糖绝大多数为D-型。自然界存在的几种重要单糖的链状结构见下图1.单糖的链状结构CCCCCH2OHOHOHOHOHHHHHCHOCCCCCH2OHOHHOHOHOHHHHCHOCCCCCH2OHOHOHHOHHOHHHCHOCCCCCH2OHHHOHOHOHHHOHCHOCCCCCH2OHOHHHOHOHOHHHCHOD-阿洛糖D-葡萄糖D-古洛糖D-甘露糖D-半乳糖CCH2OHCCCCH2OHOOHOHOHHHHCCH2OHCCCCH2OHOHOHOHOHHHCCH2OHCCCCH2OHOHOHHOHHOHCCH2OHCCCCH2OHOHHOHOHOHHD-阿洛酮糖D-果糖L-山梨糖D-塔罗糖单糖分子的羰基可以与糖分子本身的一个羟基发生缩合反应，生成分子内的环状半缩醛或半缩酮，形成五元呋喃糖环或更稳定的六元吡喃糖环。单糖的环状结构可用哈武斯透视式表示，对于半缩醛羟基来说，它的空间位置有α-构型和β-构型之分。2.单糖的哈武斯透视式OOHHHHOHOHHOHHCH2OHOOHHHOHHOHHOHHCH2OHOHHHHOHOHHOHOHCH2OHOCH2OHOHHOHOHHCH2OHHα-D-葡萄糖α-D-半乳糖β-D-葡萄糖α-D-果糖葡萄糖的链状结构和哈武斯透视式D-(+)-葡萄糖α-D-(+)-吡喃葡萄糖CCH2OHHOHHHOHHOHOHOHCH2OHHOHOHHHOHHHOHOOOHHHHOHOHHOHHCH2OH半缩醛羟基为α位D-(+)-葡萄糖β-D-(+)-吡喃葡萄糖CH2OHHOHOHHHOHHOHHOOHHHHOHOHHOHOHCH2OH半缩醛羟基在β位CCHOHHOHHHOHHOHOHHO二、单糖的物理性质1．甜度单糖均有甜味，糖甜味的高低称为糖的甜度，单糖甜度顺序:果糖＞葡萄糖＞半乳糖.2．溶解度纯净的单糖，为白色结晶，具有较强的吸湿性。单糖分子中有多个羟基，增加了它的水溶性，所以极易溶于水，尤其在热水中的溶解度极大。3．旋光性鉴定糖的一个重要指标，一切单糖分子都具有旋光性。4．吸湿性、保湿性与结晶性5．其它三、单糖的化学性质1．差向异构化作用CCCCCH2OHOHHOHOHOHHHHCOHCCCCCH2OHOHHOHOHOHHHCOHHCCCCCH2OHHHOHOHOHHHOHCOHCCCCCH2OHOHOHOHOHHHCH2OHD-葡萄糖烯醇式D-甘露糖D-果糖D-葡萄糖的差向异构化2．氧化反应单糖都能发生氧化反应。在不同的条件下，糖类可被氧化成各种不同的氧化产物。醛糖可被弱碱性氧化剂（如银氨溶液、新制的碱性氢氧化铜）氧化成糖酸；醛糖中的醛基可被溴水氧化成羧基而生成糖酸，糖酸受热很容易脱水生成γ-和δ-内酯；在某些酶的作用下，有些醛糖如葡萄糖、半乳糖等发生伯醇基氧化（醛基不被氧化），生成糖醛酸；在强氧化剂作用下，单糖能被完全氧化，生成二氧化碳和水。3．还原反应单糖分子中的羰基在一定条件下可加氢还原成羟基，生成糖醇。4．非酶褐变（1）焦糖化反应糖类在没有氨基化合物存在的条件下，在加热熔融以后，如温度继续升高，则会变成黑褐色的焦糖，这个过程也称为焦糖化反应。这也是熬制糖色的过程。（2）美拉德反应如果在加热时有氨基化合物存在，糖类同氨基化合物分子中的游离氨基发生羰氨反应，生成类黑色素和褐变风味物质，这种反应称为美拉德反应。通过美拉德反应可产生很多风味物质和具有颜色的物质，但是由于还原糖与氨基酸或蛋白质的部分链段相互作用会导致部分氨基酸的损失，尤其是必需氨基酸所受的影响最大，而且其降解产物有的可能是有害物质，因此控制食品中美拉德反应的程度非常重要。控制美拉德反应程度常采取如下措施：①降低水分含量；②改变pH；③降低温度；④避免金属离子的影响；⑤亚硫酸处理；⑥去除一种底物。一般是除去还原糖。四、食品中的主要单糖1.戊糖（1）D-核糖：D-核糖和D-脱氧核糖是细胞中遗传信息的载体――核酸的组成成分。（2）D-木糖：以木聚糖形式存在于植物和细菌的细胞壁中，是树胶和半纤维素的组分。（3）L-阿拉伯糖：广泛存在于植物和细菌的细胞壁中，是果胶质、半纤维素、树胶和植物糖蛋白的重要组成成分。2.己糖（1）D-葡萄糖D-葡萄糖是人和动物的重要能源，糖类代谢的中心物质，淀粉、糖原和纤维素等多糖的构件分子；甜度约为蔗糖的65％～75％，甜味凉爽；加热到170℃以上则生成焦糖；葡萄糖液能被多种微生物发酵，是发酵工业的重要原料；工业上生产葡萄糖，都用淀粉为原料，经酸法或酶法水解而制得。（2）D-甘露糖主要以甘露聚糖形式存在于植物细胞壁中。（3）D-半乳糖D-半乳糖是乳糖、蜜二糖、棉子糖等的组成成分，L-半乳糖作为构件分子存在于琼脂和其它多糖分子中。（4）D-果糖果糖是自然界中最丰富的酮糖，多与葡萄糖共存于果实及蜂蜜中；易溶于水，在常温下难溶于酒精；吸湿性特强，因而从水溶液结晶较困难；果糖比其它糖都甜，尤其是β-果糖的甜度最大，但是温度越高甜度越小；果糖很容易消化，适于幼儿和糖尿病患者食用，它不需要胰岛素的作用，能直接被人体代谢利用；在食品工业上，用异构化酶在常温常压下使葡萄糖转化为果糖。3.庚糖五、食品中单糖的衍生物糖醇、糖醛酸、氨基糖和糖苷等。第三节食品中的低聚糖一、结构和命名单糖分子通过糖苷键结合成低聚糖，即醛糖C1（酮糖则在C2）上的半缩醛羟基（-OH）和其它单糖分子的羟基脱水，通过糖苷键结合而成；在分子结构上很像苷，不过其中的糖基和配基两个部分都是糖而已。低聚糖的命名可采用系统命名法，但习惯名称简单方便且沿用已久，故仍然经常使用。OOHHHHOHHOHHCH2OHOHHHOHOHHOHHCH2OHO麦芽糖（α-D-吡喃葡萄糖基（1→4）-D-吡喃葡萄糖苷）HOH2COHHHOHOHHOHHCH2OHOOHCH2OHHOHHOHOOHHHHOHHOHHCH2OHOHHHOHHOHHOHCH2OHO蔗糖（α-D-吡喃葡萄糖基（1→2）-β-D-呋喃果糖苷）乳糖（β-D-吡喃半乳糖基（1→4）α-D-吡喃葡萄糖苷）二、食品中低聚糖的性质低聚糖属于小分子化合物，故仍有甜味，可溶于水，可以形成结晶体。即主要从以下几个角度考虑其性质：1．甜度和溶解度；2．结晶性；3．黏度和吸湿性；4．发酵性；5．抗氧化性；6．风味结合功能。低聚糖分子中，如果保留了半缩醛羟基，则这种低聚糖便具有和单糖一样的性质，如有变旋光现象、能够成脎成苷，并具有氧化性和还原性。这种低聚糖叫还原糖；如果组成单糖相互之间都以半缩醛羟基互相缩合，则形成的低聚糖中不再有半缩醛羟基，这种低聚糖称为非还原性糖。三、食品中的重要低聚糖1．蔗糖是由-D-吡喃葡萄糖和-D-呋喃果糖的两个半缩醛羟基失水而成的非还原糖。（1）性质甜味：蔗糖是烹饪中最常用的甜味剂，其甜味仅次于果糖。溶解性：它是一种无色透明结晶体，易溶于水，在水中的溶解度随着温度的升高而增加,较难溶于乙醇。熔点：纯净蔗糖的熔点为185～186℃，商品蔗糖的熔点为160～186℃。受热脱水：加热至200℃时即脱水形成焦糖。旋光度：蔗糖是右旋糖，其16％水溶液的比旋光度是+66.50。蔗糖的水解：蔗糖在稀酸或酶的作用下水解，生成等量的葡萄糖和果糖的混合物，这种混合物叫做转化糖。蔗糖＋H2O→D－葡萄糖＋D－果糖促进这个转化作用的酶叫转化酶，在蜂蜜中大量存在，故蜂蜜中含有大量的果糖，其甜度较大，比葡萄糖的甜度几乎大一倍。在烹饪过程中，转化作用也存在于面团的发酵过程的早期。蔗糖可以被酵母菌分泌的蔗糖酶所水解，所以在烘制面包的面团中，蔗糖是不可缺少的添加剂。因为它不仅有利于面团的发酵，而且在烘烤过程中，所发生的焦糖化反应能增进面包的颜色。再结晶：蔗糖溶液在过饱和时，不但能形成晶核，而且蔗糖分子会有序地排列，被晶核吸附在一起，从而重新形成晶体。这种现象称作蔗糖的再结晶。烹饪中制作挂霜菜就是利用了这一原理。无定形：蔗糖溶液在熬制过程中，随着浓度的升高，其含水量逐渐降低，当含水量为2％左右时，停止加温并冷却，这时蔗糖分子不易形成结晶，而只能形成非结晶态的无定形态——玻璃体。玻璃体不易被压缩、拉伸，在低温时呈透明状，并具有较大的脆性。烹饪中拔丝菜的制作就依据于此。（2）在烹饪中的应用甜味剂、蜜汁、挂霜、拔丝菜肴。（3）来源烹饪中常用的白砂糖、绵白糖、冰糖的主要成分均是蔗糖。制糖的原料为甘蔗和甜菜。甘蔗中蔗糖的含量为16％～25％，甜菜中为12％～15％。（4）营养价值蔗糖食入人体后，在小肠中因蔗糖酶的作用，水解生成葡萄糖和果糖而被人体吸收。2．麦芽糖麦芽糖是由两分子D-葡萄糖通过1，4-苷键结合而成的；麦芽糖分子中保留了一个半缩醛羟基，是还原糖。（1）性质还原性糖：物理性质：麦芽糖为白色针状结晶，熔点为160～165℃，易溶于水而微溶于乙醇，甜度仅为蔗糖的46％。发酵性：麦芽糖是可发酵性糖，直接、间接发酵均可。水解：在面团发酵时，它能被麦芽糖酶所水解生成两分子葡萄糖，葡萄糖则是酵母菌生长所需的养料。（2）来源麦芽糖在新鲜的粮食中并不游离存在，只有谷类种子发芽或淀粉贮存时受到麦芽淀粉酶的水解时才大量产生。利用大麦芽中的淀粉酶，可使淀粉水解为糊精和麦芽糖的混合物，其中麦芽糖占1／3。这种混合物称为饴糖。饴糖具有一定的粘度，流动性好，有亮度。在制作“北京烤鸭”时，需用饴糖涂在鸭皮上，待糖液晾干后进烤炉，在烤制过程中糖的颜色发生变化，使得鸭皮产生诱人的色泽。3．乳糖乳糖是由β-D-半乳糖与α-D-葡萄糖以β-1，4糖苷键结合而成的还原性二糖。乳糖为白色结晶，在水中的溶解度较小，其相对甜度仅为蔗糖的39％。乳糖不能被酵母菌发酵，但能被乳酸菌作用产生乳酸发酵。酸奶的形成就是依据于此。乳糖的存在可以促进婴儿肠道中双歧杆菌的生长。乳糖容易吸收香气成分和色素，故可用它来传递这些物质。如在面包制作时加入乳糖，则它在烘烤时因发生羰氨反应而形成面包皮的金黄色。乳糖是哺乳动物乳汁中的主要糖分。人乳中含乳糖5％～7％，牛、羊乳中含4％～5％。4.果葡糖浆以果糖和葡萄糖为主要成分组成的混合糖浆。由于含有相当数量的果糖，使其具有高溶解度和高渗透压，优越的发酵性与加工贮藏稳定性等。5.环状糊精由α-D-葡萄糖以α-1，4糖苷键连接而成的环状低聚糖，是软化芽孢杆菌作用于淀粉的产物。环状糊精是白色结晶粉末，熔点为300℃～305℃，性质比较稳定，可作为乳化剂、香味物质及色素保护剂等。四、食品中的功能性低聚糖功能性低聚糖具有显著的生理功能，在人体肠道内不能被消化吸收而直接进入大肠内为双歧杆菌所利用，是双歧杆菌的增殖因子，可作为功能性甜味剂用来替代或部分替代食品中的蔗糖。1．大豆低聚糖2．低聚果糖3．帕拉金糖4．低聚半乳糖5．低聚异麦芽糖6．低聚木糖7．低聚乳果糖第四节食品中的多糖多糖是由很多个单糖分子脱水通过糖苷键连接而成的高聚物。一般有1，4及1，6苷键两种，所以多糖也是一种苷。多糖是由聚合度不同的物质组