第二章碳水化合物(Carbohydrates

戊糖经酸作 用脱掉三个分 子的水，生产 糠醛的反应进 行得比较完全， 同时产物也相 当稳定。
三、 氧化反应




糖是多羟基醛或酮，因此，在不同氧化条件下，糖类可被氧化 成各种不同的产物。 1. 在溴水中醛糖的醛基会被氧化成羧基而生成糖酸。糖酸加热很 容易失水而得到或γ一内酯或δ—内酯。葡萄糖酸与钙离子形成葡 萄糖酸钙，葡萄糖酸钙可作为口服钙的饮食补充剂。酮糖与溴水 不起作用，利用这个反应可以区别醛糖与酮糖。 2. 用浓硝酸这种强氧化剂与醛糖作用时，它的醛基和伯醇基都被 氧化，生成具有相同碳数的二元酸，如半乳糖氧化后生成半乳糖 二酸。半乳糖二酸不溶于酸性溶液，而其它己醛糖氧化后生成的 二元酸都能溶于酸性溶液，利用这个反应可以区别半乳糖与其它 己醛糖。 3. 酮糖在强氧化剂作用下，在酮基处作裂解，生成草酸和酒石 酸。 4. 葡萄糖在氧化酶作用下，可以保持醛基不被氧化，仅是第六碳 原于上的伯醇基被氧化生成羧基而形成葡萄糖醛酸。生物体内某 些有毒物质，可以和D一葡萄糖醛酸结合，随尿排出体外，从而 起到解毒作用。
一般来说，最稳定的环状构象是所有的或大多数 的庞大基团处在平伏键的位置，而最小的环取代 基(氢)是处在直立键的位置。 呋喃糖是一种比吡喃糖稳定性差的环状体系， 它是以所谓的信封形式和扭转形式的快速平衡混 合物存在的。
2.1.2 单糖的化学性质
一、 碱的作用 糖在碱性溶液中不稳定，易发生异构化和 分解等反应。碱性溶液中糖的稳定性受许多 因素的影响，如糖的种类和结构，碱的种类 和浓度，作用时间和温度等。 1.烯醇化作用和异构化作用 用稀碱处理单糖，能形成某种差向异构体 的平衡体系，例如，用稀碱处理D一葡萄糖， 就得到D一甘露糖和D一果糖三种物质的平衡 混合物。这种转化是通过烯醇式中间体完成 的。
第二章 碳水化合物(Carbohydrates



2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
单糖 低聚糖 食品多糖 碳水化合物在食品加工贮存中的变化 食品多糖的深加工
碳水化合物在食品中的作用
碳水化合物是食品的重要成分，它广泛存在于 绿色植物，占植物体干重的50～80％。 1.碳水化合物是人和动物主要供能物质，是构成食 品的主要成分； 2.低分子糖类可作为甜味剂； 3.大分子糖类物质能形成凝胶、糊或作为增稠剂、 稳定剂。 4.碳水化合物还是食品在加工过程中产生香味和色 素的前体。



2.l 单糖 (Monosaccharides)
单糖是结构最简单的碳水化合物，分为醛 糖和酮糖。 单糖若含有另一个羰基则称为二醛糖(二个 醛基)或二酮糖(二个酮基)。 糖的羟基被氢原子或氨基取代，可分别生 成脱氧糖和氨基脱氧糖。 除赤藓糖 ( 丁糖) 外，单糖分子均以环状结 构存在。单糖溶解于水时，开链式与环状半 缩醛逐渐达到平衡状态，于是溶液中有很少 量的开链式单糖存在。
（1）多糖广泛且大量分布于自然界，是构成动、植物体结构骨架 的物质，如植物的纤维素、半纤维素和果胶，动物体内的几丁质、粘多糖。 （2）某些多糖还可作为生物的代谢贮备物质而存在，像植物中的 淀粉、糊精、菊糖，动物体内的糖原。 （3）多糖是水的结合物质，例如琼脂、果胶和海藻酸，以及粘多 糖都能结合大量的水，可作为增稠剂或凝胶凝结剂。 其凝胶机理如下： *当多糖分子溶于水时，由于多糖分子之间 氢键的作用（见图 2-2 ），须经剧烈搅拌或加热处理，破坏多糖分 子间氢键，使多糖分子上的羟基能与水分子作用，形成水层，从而 达到溶解或分散的目的。 *当这种水合多糖分子在溶液中盘旋时， 水层发生重新组合或被取代，结果多糖分子会形成环形、螺旋形甚 至双螺旋形；若数个多糖分子链间部分形成氢键而成胶束 (micelles)， 若许多多糖分子在不同地方生成胶束，则成了包有水分的多糖三维 构造，称为凝胶(gel)。多糖分子与水之间的这种作用，使其在食品 加工中可作为增稠剂或凝胶凝结剂，如海藻酸盐、淀粉、果胶瓜尔 豆胶等便属于这一类多糖。 （4）多糖还可用作乳浊液和悬浮液的稳定剂，用以制成膜或防止 食品变质的涂布层。

2.2.1 结构和构象

低聚糖的糖残基单位几乎全部是己糖构成的，除果 糖为呋喃环结构外，葡萄糖、甘露糖和半乳糖等均是吡 喃环结构。低聚糖也存在分支，一个单糖分子同二个糖 残基结合可形成三糖分子结构，它主要存在于多糖类支 链淀粉和糖原的结构中。

低聚糖的构象：主要靠氢键维持稳定，纤维 二糖、麦芽糖、蔗糖、乳糖的构象如下：
2.2.2 低聚糖的性质

1. 水解
低聚糖如同其它糖苷一样易被酸水解，但对碱较稳 定。蔗糖水解叫做转化，生成等摩尔的葡萄糖和果 糖的混合物称为转化糖(invert sugar)。蔗糖的旋光度 为正值，经过水解后变成负值, 因为水解产物葡萄糖 的比旋光 [α]D= + 52.7˚，而果糖的比旋光度[α]D= 一 92.4˚ ，所以蔗糖水解物的比旋光度为一 19.8˚ 。从还 原性双糖水解引起的变旋光性可以知道异头碳的构 型，因为α一异头物比β—异头物的旋光率大，β一糖 苷裂解使旋光率增大，而α一糖苷裂解却降低旋光率 。

2.糖精酸的生成 碱的浓度增高、加热或作用时间
延长，糖便发生分子内氧化还原反应与重排作用生 成羧酸，此羧酸的总组成与原来糖的组成没有差异， 此酸称为糖精酸类化合物。糖精酸有多种异构体， 因碱浓度不同，产生不同的糖精酸。
3. 分解反应

在浓碱作用下，糖发生分解反应，产生较小 分子的糖、酸、醇和醛等化合物。此分解反应 因有无氧气或其它氧化剂的存在而不相同。己 糖受碱的作用，发生连续烯醇化，生成l，2一、 2，3一和3，4一烯二醇，这些烯二醇在氧化剂 的存在下，于双键处裂开，生成含有1，2原作用
单糖类的羰基在一定条件下可被还原成 羟基，常用的还原剂有钠汞齐和氢化硼钠 (NaBH4)。如D一葡萄糖还原后可得到山梨 醇，木糖经还原可以得到木糖醇。山梨醇 可用于制取抗坏血酸，亦可用于食品和糖 果的保湿剂，木糖醇可以代替蔗糖作为糖 尿病患者的疗效食品。 国外已广泛用木糖醇制造糖果、果酱、 软饮料等食品，目前已有大规模的工业化 生产，是直接通过催加加氢而生产的。
麦芽糖α → 2D－葡萄糖 [α]D=+130° [α]D=52.7° 纤维二糖（β）→2D－葡萄糖 [α]D=+34.6° [α]D=+52.7°
2.2.2 低聚糖的性质 2.氧化还原性 还原性低聚糖，由于其含有半缩醛 羟基，因此，可以被氧化剂氧化生成糖 酸，也可被还原剂还原成醇。而非还原 性的低聚糖，如蔗糖、半乳糖，则不具 有氧化一还原性。

2.2 低聚糖(Oligosaccharides)
低聚糖涵义：单糖能形成糖苷，由2～10个单糖残 基以糖苷键结合而成的糖类称为低聚糖。 自然界存在的低聚糖其聚合度均不超过 6 个单糖 残基，其中食品中最重要的是双糖类中的蔗糖、 麦 芽糖和乳糖。 双糖分为还原性和非还原性双糖。二个单糖分子 的半缩醛羟基之间形成糖苷键，结合成非还原性双糖； 一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的醇羟 基构成糖苷键则生成还原性双糖。前者称糖基苷，后 者称为糖基糖。 双糖相对于它们的单体成分又可以分为均匀的和 非均匀的。所谓均匀是指单糖体成分相同；当单糖体 成分不相同时则称为非均匀。从D一葡萄糖所得的均 匀二糖有纤维二糖、麦芽糖、异麦芽糖、龙胆二糖和

2.2.3 人工合成的低聚糖
一、 环状糊精 (cyclodextrin) 概念 ：是一种 人工合成的低聚糖，它又名沙丁格糊精 (schardinger—dextrin) ，是由 D 一葡萄糖残基以 α 一 1 ， 4 糖苷键连接而成的环状低聚糖，聚合 度有 6,7,8 三种，分别称为 α 一， β 一， γ 一环状 糊精。 环 状 糊 精 是 软 化 芽 孢 杆 菌 (Bacitlus macerans) 作用于淀粉所形成的产物 ，为白色 粉末状结晶，熔点300—350℃。本世纪70年代 中期已开始出品生产，并得到广泛应用。 β— 状糊精是食品工业中应用较多的一种。
3.多糖的作用
多糖分子间的氢键结合
2.3.2 常见的食品多糖


一、淀粉（来源、组成、化学性质）
淀粉作为储存的碳水化合物，广泛分布于各种植物器官， 是许多食品的组成成分，也是人类营养最重要的碳水化合物 来源。 （一）来源：淀粉的生产原料来源于玉米、小麦、马玲薯、 甘薯等农作物，此外，粟、稻和藕也常用作淀粉加工的原料。 （二）组成和结构：淀粉在植物组织中以独立的淀粉颗粒存 在，淀粉在加工中，如磨粉、分离纯化及淀粉的化学修饰， 皆能保持其完整；但淀粉糊化时被破坏。 1. 淀粉粒由二种葡聚糖组成，即直链淀粉和支链淀粉。大 多数淀粉含 20～ 39 ％的直链淀粉，新玉米品种含直链淀粉可 达 50—80 ％；普通淀粉粒含 70—80 ％支链淀粉，而糯玉米或 糯粟含支链淀粉近100％。此外，糯米、糯稻米和糯高梁等谷 物中支链淀粉的含量也很高。 2. 淀粉颗粒内有结晶区和无定形区之分。结晶区分子排列 有序，无定形区分子呈无序排列。
2.3 食品多糖(Polysaccharides in foods)
2.3.1 概述 1. 概念：糖基单位数在10个以上的属于多糖， 多糖的糖基单位数大多在100以上，甚至1000 个左右。 多糖可由一种糖基单位或由几种糖基单位 构成，分别称为同聚糖(hemoglycans)和杂聚糖 (heteroglycans)。 单糖分子相互间可连接成线性结构(如纤维 素和直链淀粉)或带支链结构(支链淀粉、糖原、 瓜尔聚糖)，支链多糖的分支位置和支链长度因 种类不同存在很大差别。

2.1.1 单糖的构象
吡喃糖具有两种不同的 构象，椅式或船式。 许多己糖主要以相当坚 硬的椅式存在，如葡萄糖 的四种椅式构象，其中以 β一D一葡萄糖(4C1)和α一 D一葡萄糖(1C4)最为稳定。 以船式存在的己糖较少， 因为船式结构较易变形并 且能量较高。还有其它形 式，例如半椅式和扭曲排 列，但这些形式都具有较 高的能量，不常遇到。