食品生物化学,第一节 概述 第二节 单糖及其衍生物 第三节 低聚糖 第四节 多糖,第二章 糖类化学,食品生物化学,学习目标 1.握糖类化合物的概念、分类。 2.握单糖和双糖的结构，掌握它们与食品加工有关的性质及应用。 3.握淀粉的结构、性质，了解改性淀粉在食品加工中的应用。,食品生物化学,第一节 概述,一、糖类化合物的概念 糖类化合物主要由C、H、O三种元素构成，是含有多羟基的醛类或多羟基的酮类化合物。糖类旧称碳水化合物。 二、糖类化合物的分类 1根据来源进行的分类 可以将糖类化合物分为两类，即植物性糖类化合物（蔗糖、果糖、淀粉、纤维素等）和动物性糖类化合物（乳糖、糖原等）。,食品生物化学,2根据功能进行的分类 分为支持性糖类化合物，如纤维素；储备性糖类化合物，如淀粉和糖原；凝胶性糖类化合物，如果胶、琼脂等。 3根据化学结构进行的分类 分为单糖、寡糖和多糖。凡是不能被进一步水解成更小分子的糖类化合物，称为单糖。单糖是糖类化合物世界的结构单位。重要的单糖有葡萄糖、果糖、半乳糖。 凡是可以水解生成少数（210个）单糖分子的糖类化合物，称为寡糖，又称低聚糖。重要的寡糖是双糖，也称作二糖。重要的双糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖。 凡是水解可以生成多个单糖分子的糖类化合物称作为多糖。重要的多糖有淀粉、糖原和纤维素。,食品生物化学,表2-1 一些食品中糖类化合物含量,食品生物化学,第二节 单糖及其衍生物,一、单糖 单糖是糖类化合物的最小结构单位，它们不能进一步水解，是带有醛基或酮基的多元醇。 单糖也有几种衍生物，其中有羰基被还原的糖醇、醛基被氧化的醛糖酸、导入氨基的氨基糖、脱氧的脱氧糖、分子内脱水的脱水糖等。根据构成单糖的碳原子数目多少，分别叫丙糖（三碳糖）、丁糖（四碳糖）、戊糖（五碳糖）、己糖（六碳糖）、庚糖（七碳糖）。食品中单糖多为含有5个或6个碳原子。,食品生物化学,分子中碳原子数3的单糖因含有不对称碳原子，所以有D-及L-两种构型，天然存在的单糖大多为D-型。糖易形成缩醛或缩酮，羰基与同分子内的醇基相互作用，则生成半缩醛或半缩酮。 1戊糖 生物体中最普遍的戊醛糖是D-木糖、L-阿拉伯糖、D-核糖及其衍生物D-2-脱氧核糖。作为糖代谢中间产物的戊酮糖有D-核酮糖和D-木酮糖等。 自然界中的L-阿拉伯糖是植物分泌的胶粘质及半纤维素等多糖的组成成分，用于医药和作微生物培养剂。 D-核糖和D-2-脱氧核糖是核酸的组成部分。D-木糖存在于麸皮、木材、棉子壳、玉米穗轴等植物材料中。木糖是糖代谢的中间产物，也是适于糖尿病患者的甜味剂。,食品生物化学,图2-1 戊糖的结构式,食品生物化学,2己糖 生物体中常见的己糖有D-葡萄糖、D-半乳糖、D-果糖、D-甘露糖。 D-葡萄糖是自然界分布最广也最重要的糖，可以为人体直接吸收而提供给人体能量。工业上以淀粉为原料用无机酸或酶水解的方法大量制得。 D-果糖也是自然界中最重要的单糖，多与葡萄糖同时存在于植物中。工业上可用异构化酶在常温常压下使葡萄糖转化为果糖。果糖甜度高，风味好，吸湿性强，在食品工业中得以广泛应用。 D-半乳糖是乳糖、蜜二糖、棉籽糖、琼胶、半纤维素的组成成分，在生物体中很少游离存在。,食品生物化学,图2-2 己糖结构式,食品生物化学,D-甘露糖在生物体中也很少游离存在，主要以缩合物形态存在于多糖中。甘露聚糖是坚果类果壳的主要成分。 二、单糖的衍生物 1糖醇 单糖还原后生成糖醇，山梨醇、甘露醇是广泛分布于植物界的糖醇，在食品工业上，它们是重要的甜味剂和湿润剂。 2糖酸 醛糖被氧化后生成糖酸，其中最常见的有葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等。它们是一些胶质多糖的组成单体。,食品生物化学,3氨基糖 单糖中一个或多个羟基被氨基取代而生成的化合物称为氨基糖。常见的有D-氨基葡萄糖和D-氨基半乳糖。这两种氨基糖都存在于粘多糖、血型物质、软骨和糖蛋白中。 4糖苷 单糖的半缩醛羟基和其它分子醇的羟基或酚羟基结合，脱去一分子水称为糖苷。根据不同的糖，糖苷有葡萄糖苷、果糖苷、阿拉伯糖苷、半乳糖苷、芸香糖苷等。,食品生物化学,第三节 低聚糖,低聚糖是由10个以下单糖分子组成的。它们是水溶性的，在自然界广泛存在。 一、双糖 双糖是一分子单糖的半缩醛羟基与另一分子单糖的羟基缩合，脱去一分子水形成的。在食品加工中常见的是麦芽糖、乳糖和蔗糖。 1麦芽糖 麦芽糖大量存在于发芽谷粒中，特别是麦芽中。它是甜味食品中的重要糖质原料。工业上制麦芽糖的原料是发芽谷物（主要是大麦芽），利用所含的麦芽糖淀粉酶使淀粉水解而得。,食品生物化学,图2-3 麦芽糖的结构式,食品生物化学,麦芽糖甜度仅次于蔗糖，有右旋光性和变旋现象， D20 为+136，因分子中有游离半缩醛羟基存在，属还原性双糖。易被酵母发酵。 2乳糖 乳糖是哺乳动物乳汁中主要的糖份，牛乳含4.5%5.5%，人乳含5.5%8.0%，是由一个-半乳糖分子中的半缩醛羟基与一个-D-葡萄糖分子的氢之间脱水，以-1，4糖苷键连接而成。乳糖有型和型两种结构。 乳糖有右旋光性，也有变旋现象，D20为+55.4，因分子中有游离半缩醛羟基存在，具有还原性。酵母不能发酵乳糖。,食品生物化学,图2-4 乳糖的结构式,食品生物化学,图2-5 蔗糖的结构式,食品生物化学,3蔗糖 蔗糖在植物界分布广泛，尤其以甘蔗、甜菜中含量最多。它具有较强的甜味，是食品工业中最重要的含能量甜味剂。 蔗糖是由一分子-D-葡萄糖和一分子-D-果糖通过-1，2糖苷键连接形成的双糖。 蔗糖具有右旋光性质，D20为+66.5，由于分子中不含有半缩醛羟基，所以无还原性。 二、功能性低聚糖 由单一种成分的单糖组成的低聚糖称为同低聚糖。两种以上的单糖构成的低聚糖称为杂低聚糖。 低聚糖有营养保健功能，作为功能食品的基料，应用到各种保健营养补品和食品工业中 。,食品生物化学,表2-2 国际上最近开发的主要低聚糖,食品生物化学,三、单糖、低聚糖与食品加工有关的性质 1单糖、低聚糖与食品加工有关的物理性质 （1）糖的甜度 许多糖类化合物都具有甜味，糖甜味的高低称为糖的甜度，它是糖的重要性质。同一种糖的甜度与型和型的不同有关，如葡萄糖的型比型甜度高1.5倍。葡萄糖溶于水后，时间越长甜度就越低，是由于-D-葡萄糖和-D-葡萄糖相互转变，在平衡状态下，型和型的比例大约为36%和64%。另外，温度对葡萄糖液的甜度几乎没有影响。而对于果糖，型的甜度是型的3倍，果糖型与型的互变受糖浓度和糖液温度的影响，在低温下，浓果糖液中型是型的两倍多，故此时甜度较高。,食品生物化学,表2-3 糖的相对甜度,食品生物化学,表2-4 糖的溶解度,食品生物化学,（2）溶解度 单糖和寡糖在溶解于水的过程中，可以产生过饱和现象。利用人为的控制处理，可以运用所产生的过饱和溶液生产夹心食品糖。当控制过饱和溶液的冷却速度很慢时，则可以产生大而且坚固的结晶，如利用蔗糖制备冰糖就是依据的这个原理。 （3）结晶性 蔗糖易结晶，晶体大；葡萄糖也易结晶，但晶体小；转化糖、果糖较难结晶。中转化糖浆（葡萄糖值38%42%）是葡萄糖、低聚糖和糊精组成的混合物，不能结晶而且具有防止蔗糖结晶的性质，吸湿性也低。所以作为填充剂用于糖果制造，可防止糖果中的蔗糖结晶，又利于糖果的保存，并能增加糖果的韧性和强度，使糖果不易碎裂，又冲淡了糖果的甜度。因此，它是糖果工业不可缺少的重要原料。,食品生物化学,（4）吸湿性和保湿性 吸湿性是指糖在空气湿度较高情况下吸收水分的性质。保湿性是指糖在较高湿度吸收水分和在较低湿度散失水分的性质。 不同种类的糖吸湿性不同，果糖、转化糖吸湿性最强，葡萄糖、麦芽糖次之；蔗糖的吸湿性最小。 不同食品对糖的吸湿性和保湿性的要求不同。如硬质糖果要求吸湿性低，以避免因吸湿而溶化，故宜选用蔗糖为原料。软质糖果需要保持一定的水分，以避免干缩，故应选用转化糖和果葡糖浆为宜。面包、糕点类食品也需要保持松软，应选用一定的转化糖和果葡糖浆。 山梨糖醇及麦芽糖醇均有显著的吸湿性，利用这种吸湿性可以作为各种食物的保湿剂，或防止蔗糖之晶析。,食品生物化学,（5）渗透压 任何溶液都有渗透压，一定浓度的糖溶液，有一定的渗透压，其渗透压随浓度增高而增大。在相同浓度下，溶液的分子量愈小，分子数目愈多，渗透压力愈大。单糖的渗透压是双糖的两倍，葡萄糖和果糖与蔗糖相比就有较高的渗透压。糖液的渗透压力使微生物菌体失水，生长受到抑制，所以糖藏是一种重要的保存食品方法。渗透压愈高的糖，对食品保存效果愈好。50%蔗糖溶液能抑制一般酵母的生长，但若要抑制细菌和霉菌生长，则分别要求65%和80%的浓度。 （6）黏度 葡萄糖和果糖的黏度较蔗糖低，中低转化糖浆的黏度较大，用于食品可提高粘稠度和口感，可作为填充剂和增稠剂广泛用于各种饮料、冷食、冲饮品中。,食品生物化学,图2-6 葡萄糖和蔗糖的溶解度、黏度和温度的关系,食品生物化学,（7）冰点降低 糖溶液冰点降低的程度取决于它的浓度和糖的分子量大小，溶液浓度高，分子量小，冰点降低得多。葡萄糖降低冰点的程度高于蔗糖。 生产冰淇淋等冷冻饮品时，使用低转化程度的淀粉糖浆和蔗糖的混合物，冰点降低较单独用蔗糖好，且冰粒细微、组织细腻、粘稠度高、甜味温和等。,表2-5 糖液冰点降低比较,食品生物化学,（8）抗氧化性 糖溶液具有一定的抗氧化性是由于氧气在糖溶液中溶解量比在水溶液中低很多。葡萄糖、果糖、淀粉糖浆等都具有抗氧化性，可以保持水果的风味、颜色，使维生素C的氧化反应降低10%90%。 2单糖、低聚糖与食品加工有关的化学性质 （1）氧化作用 单糖易被多种氧化剂氧化，表现出还原性，醛糖较酮糖易被氧化。 醛糖用弱氧化剂（如溴水）氧化，则醛基被氧化为羧基生成一元糖酸；若用强氧化剂如硝酸氧化，则醛基和伯醇基都被氧化生成糖二酸。在生物体内专一性酶作用下，伯醇被氧化，生成葡萄糖醛酸。,食品生物化学,许多糖酸分子加热失水形成内酯，葡萄糖酸可生成D-葡萄糖酸内酯、D-葡萄糖酸内酯、D-葡萄糖醛酸内酯。葡萄糖酸-内酯是一种食品添加剂，食品工业生产中它被广泛的用作酸味剂、蛋白质的凝固剂、pH降低剂、色调保持剂、防腐剂等。 己醛糖在碱溶液中易被弱氧化剂即斐林试剂和吐伦试剂氧化，此反应广泛用于糖的定性、定量的测定中。 酮糖的氧化作用与醛糖有所不同，弱氧化剂溴水不能使酮糖氧化，但在强氧化剂作用下，在酮基处断裂，生成草酸和酒石酸。,食品生物化学,图2-7 葡萄糖的氧化反应,食品生物化学,图2-8 葡萄糖的还原反应,食品生物化学,（2）还原作用 糖分子上的酮基和醛基都能被氢还原生成醇，例如葡萄糖被还原可得到葡萄糖醇，又称为山梨糖醇。山梨糖醇用于制取抗坏血酸，还可作为食品和糖果的保湿剂。果糖还原时，因糖分子中第二位碳原子的羟基有两种排列方式，故可得到山梨醇和甘露醇两种产物。木糖经还原可得到木糖醇，木糖醇可作为糖尿病人食品的甜味剂，国外已经将木糖醇广泛用于制造糖果、果酱、饮料等食品。 （3）水解作用 低聚糖或二糖在酸或水解酶作用下水解成单糖。例如一分子右旋蔗糖在盐酸作用下水解，生成一分子左旋葡萄糖和一分子左旋果糖的混合物。由于水解改变了旋光方向，因此称蔗糖的水解产物为转化糖。蜂蜜的主要成分就是转化糖。,食品生物化学,（4）在碱性条件下的异构反应 糖在稀碱溶液和低温下相当稳定，但温度升高时会很快发生异构化和分解反应，反应发生的程度和产物的比例与糖的种类和结构、碱的种类和浓度、作用时间和温度都有关系。 在适当温度下，用稀碱处理葡萄糖可形成葡萄糖、果糖、甘露糖的平衡混合体系。在强碱性下，糖被空气中的氧气氧化分解成酮糖等不同物质。 （5）脱水反应 单糖在稀酸中加热或在强酸作用下，发生脱水环化生成糠醛或糠醛衍生物。糠醛和羟甲基糠醛及它们的衍生物都能与酚类化合物反应，生