糖类

第三节糖类

糖类也称碳水化合物，碳、氢、氧为其主要组成元素，其化学本质是多羟基的醛、酮或水解后能生成多羟基醛、酮的有机化合物。按照分子的复杂程度和水解情况，可以将糖类分为3类：

1．单糖是多羟基醛或多羟基酮，不能水解。单糖按分子中碳原子的多少还可分成三碳糖（丙糖）、四碳糖（丁糖）、五碳糖（戊糖）、六碳糖（己糖）等；也可按分子中主要官能团的不同，将单糖分为醛糖和酮糖。单糖中比较重要的是戊醛糖、己醛糖和己酮糖，如葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等，单糖的结构有链式和环状两种，当单糖分子从链式结构转变成环状结构时，分子中增加了一个手性碳原子，它在空间的排列方式有2种，因此形成了2种环状异构体，分别称为α-式和β-式，如葡萄糖形成环状结构时，有两种异构体，α-葡萄糖和β-葡萄糖。

2．低聚糖是由2～10个单糖分子缩聚而成的，能水解生成相应数目的单糖分子。按水解后生成的单糖分子数，低聚糖可分成二糖（双糖）、三糖、四糖等等，其中双糖最常见，典型的代表是蔗糖、乳糖、麦芽糖。

单糖和双糖一般都具有旋光性，能使在一个平面上振动的偏振光发生一定角度的偏转，按偏转的方向不同，分为右旋和左旋。不同的糖旋光性能有差异，同一种糖的不同构型旋光性能也有差异。

3．多糖多糖是指单糖聚合度大于10的糖类，能水解。多糖中的典型代表是淀粉及纤维素，一些氨基多糖和海藻多糖也日益受到重视。

糖类由于结构特点的不同，体现出某些不同的性质特点，在食品加工中比较重要是还原性，糖的还原性是指糖还原费林试剂、托伦试剂等碱性弱氧化剂的性质，我们把具有还原性的糖称为还原糖，没有还原性的糖称为非还原糖。所有的单糖都是还原糖；所有的多糖都是非还原糖；有的低聚糖具有还原性，而有的则没有还原性，比如蔗糖是非还原糖，而麦芽糖、乳糖则是还原性双糖。

食品中常见的糖类有单糖、双糖、转化糖（蔗糖的酸性水解液，含等量的葡萄糖和果糖）、环糊精及麦芽糊精，淀粉、果胶、纤维素、半纤维素等。糖类是食物中重要的供能营养素，可被人体消化的淀粉、单糖、双糖等是食物中的主要热能来源。不能被人体消化吸收的某些多糖，其可能的营养保健功能也日益受到人们的重视。如低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚果糖等能促进人体内双歧杆菌增殖，有利肠道微生态平衡，又如膳食纤维（包括半纤维素、果胶、无定形结构的纤维素和一些亲水性的多糖胶）可促进肠的蠕动，改善便秘，预防肠癌、糖尿病、肥胖症等。单、双糖在食品加工中的作用是显而易见的，如作为甜味剂、形成食品的色泽等等；多糖的增稠作用在日常烹饪中也有应用；糖类的衍生物在功能性食品中的应用也日益广泛。总而言之，糖类不仅为人类提供生命活动的能量，在食品加工中对食品的口味、质地、风味及加工特性也有很多贡献，食物原料的深加工和综合利用以及食品新技术的发展很多也与糖类有着密切的关系。

一、单、双糖的加工特性

（一）（一）物理特性

1．甜味具有甜味是单、双糖的一个基本物理性质，在食品加工中常常利用糖作为甜味剂。甜味的强弱称之为甜度，但甜度是很难用一个绝对的物理化学标准来评判的，只能利用人的味觉来测定，而这种测定又是带有很大的个体性的，

但是测定出不同糖之间甜度的差异仍然具有非常重要的实际意义。通常以一定温度条件下蔗糖溶液的甜度作为比较标准，得出不同糖的相对甜度，如表1-9中的数据。

表1-9 糖的相对甜度

由表1-9可知，不同糖的甜度强弱顺序一般如下：

果糖＞转化糖＞蔗糖＞葡萄糖＞麦芽糖＞半乳糖＞乳糖

研究表明，分子结构决定物质是否具有甜味以及甜味的强弱。单糖、双糖和一些三糖具有甜味，多糖没有甜味。

糖的甜味与糖的分子结构、状态以及温度等外界因素有关。晶体果糖中，β-式的甜度比α-式大，而晶体葡萄糖的α-式比β-式更甜。固态糖与液态糖的甜度也有差异，如果糖在溶液中比蔗糖甜，但当添加在某些饼干、小甜饼等焙烤食品时却与蔗糖的甜度相似。在溶液中，同一种糖的α-式和β-式会互变且达到平衡，因此某一种异构式的糖在溶解过程中会发生甜度的变化，直到一定条件下平衡后，才达到一个相对稳定的甜度。温度的高低也会影响糖的甜度，一些糖在温度升高时甜度下降。其他物质的存在有可能也会影响甜味强弱。

2．溶解性及渗透压糖的溶解性对食品加工具有重要的意义。表1-10列出了果糖、蔗糖、葡萄糖的溶解度。

表1-10 糖的溶解度

单糖和双糖都能溶于水，溶解度各不相同，果糖的溶解度最大，其次是蔗糖、葡萄糖等；各种糖的溶解度随温度的升高而增大，室温条件下，果糖饱和溶液的质量分数约是80%，而葡萄糖饱和溶液的质量分数约是50%。

糖的溶解性是糖在食品加工中体现甜味特性的前提。在食品加工中，有时会同时使用两种糖，这时应考虑这两种糖的溶解度基本相似。比如，当温度大于60 ℃时，葡萄糖的溶解度大于蔗糖，温度小于60 ℃时，葡萄糖的溶解度小于蔗糖，当温度等于60 ℃时，葡萄糖的溶解度与蔗糖相当。

糖的溶解性也可用于食品的保藏，果酱、蜜饯制品就是很好的实例。这一目的的实现需要糖有高的溶解度，以得到高浓度的糖液，才能有效地束缚水分子，减少自由水的含量，降低水分活度。只有糖浓度高于70%时，才能有效地抑制酵母、霉菌的生长。从表1-9可以看出，室温条件时，葡萄糖和蔗糖都没有达到这个浓度要求，保藏性较差，为了改善这种情况，实际生产中的糖煮工序就是利升温来增加糖的溶解度，利于保藏；而果糖在这一方面却有较好的优势，一些淀粉糖浆、果葡糖浆中因水解和结构互变，含有一定量的果糖，从而提高了保藏性能。

高浓度糖液的保藏性实际上是与其渗透压有关的。糖液的渗透压使食品脱水，降低了水分活度。高渗透压的获得需要有高浓度的糖。渗透压的大小与溶液中溶质的分子数成正比，因此相同质量分数的单糖和双糖溶液，由于单糖溶液中溶质的分子数约为双糖的两倍，所以单糖的防腐效果较好。在保藏过程中，还应注意，糖的结晶析出，会降低糖液浓度，使糖液渗透压下降，保藏性下降。

3．结晶性单、双糖可能会形成过饱和溶液。但各种糖液在一定的浓度和温度条件下，都能析出晶体，形成结晶，这就是糖的结晶性。糖结晶形成的难易与溶液的粘度和糖的溶解度有关。蔗糖易结晶且晶粒较大；葡萄糖也易结晶，但晶粒较小；果糖和转化糖较难结晶；淀粉糖浆是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，不能结晶，并能防止蔗糖的结晶。

蔗糖的结晶性可用于糖果的制造。如果在饱和蔗糖溶液中加入一定量的淀粉糖浆、低聚糖和糊精混合物或转化糖浆，在冷却时能形成不定形的玻璃体，利用这一特点可以制造生产各种硬糖。在糖果制作过程中如果加入牛奶、脂肪、明胶等其他物质，也会限制结晶的增大而阻碍蔗糖结晶的产生，所以可以各种物料的特性制成各种性质的硬糖和软糖。

蔗糖的结晶性质还用于面包、糕点及其他一些食品表面糖霜的形成。另外，一些食品外表面糖衣的形成，也是利用了蔗糖的结晶性。

利用蔗糖与风味物质共结晶的方法是一种有用的微胶囊技术。将风味物掺到熔化的蔗糖溶液中，蔗糖在冷却结晶时可包裹住风味物，当此种结晶蔗糖加入到食品中时，风味物也随之进入，有利于提高风味物的储藏稳定性。这种技术也可用于提高固体饮料和添加剂的稳定性和速溶性。

糖类的结晶性有其可利用的一面，但对另外某些食品可能会带来不良的后果。糖溶液中晶体的析出，直接降低了糖液的浓度，减小了糖液的渗透压，不能有效地抑制微生物的生长，不利于食品的保藏，还可能造成糖果、糕点等食品口感的变化（如返砂现象）。

4．吸湿性和保湿性吸湿性和保湿性都表明糖结合水的能力。吸湿性是指糖在较高的环境湿度下吸收水分的性质；保湿性是指糖在较低的环境湿度保持水分的性质。这种性质都与糖分子中的羟基有很大的关系。果糖的吸湿能力最强，转化糖中由于含有果糖，所以吸湿能力也较强。常见糖的吸湿性强弱为：

果糖≥转化糖＞麦芽糖＞葡萄糖＞蔗糖＞无水乳糖

一些糖醇,是糖的还原产物，比糖类具有更好的保湿性。

糖的吸湿性和保湿性对于保持糕点类食品的柔软性和食品的贮藏、加工都有重要的实际意义。面包、糕点需要保持柔软的口感、软糖果需要保一定的水分，避免在干燥天气中干缩，所以在制作时，常用转化糖和果葡糖浆为宜；糕饼表面的糖霜起限制水进入食品的作用，在包装后，糖霜也不应当结块，因此应选用吸湿性较小的蔗糖，吸湿性最小的乳糖也适宜用于食品挂糖衣。食品加工中利用糖的吸湿性或保湿性，实际上就是为了达到限制水进入食品或是将水保持在食品中的目的。

含有一定数量转化糖的糖制品，比如蜜饯，如果没有合适的包装，便会吸收空气中的水分，增加自由水含量，使水分活度增大，降低耐藏性。

（二）（二）化学特性

单、双糖的许多化学性质在食品生产中也有很多应用。

1．水解反应蔗糖在酸或酶的作用下，可以发生水解反应生成等量的葡萄糖和果糖的混合物，蔗糖是右旋的，水解后的混合物中，由于果糖的旋光度比葡萄糖大，果糖是左旋糖，因此水解液的旋光性由原来的右旋转变为左旋，所以转化糖的名称也由此而来。蜂蜜中含有大量的转化糖。

果品糖制加工时，经糖煮工序，利用加热的方法，不仅可以提高蔗糖的溶解度，而且，由于果品含一定量的有机酸，糖煮过程同时发生蔗糖的酸催化水解，可以使转化糖的含量达到30%～40%，这样蔗糖就不易结晶析出，可保证加工品的质量。当果品的有机酸含量不高时，可以加入少量的酒石酸或柠檬酸。

2．烯醇化作用和异构互变葡萄糖在碱性溶液中可以发生烯醇化作用，此后可以与甘露糖和果糖互变异构，建立动态平衡（见图1-1）。

图1-1 D-葡萄糖、D-果糖、D-甘露糖之间的转化

利用这一性质在工业上可以生产果葡糖浆，在一些食品生产中代替蔗糖以获得较好的保藏性及避免蔗糖结晶的析出。但利用碱催化的结构互变生产果葡糖浆，产率有限，所以现在一般是利用酶制剂，通过葡萄糖异构化酶的催化作用使葡萄糖转变为果糖，生产果葡糖浆。

3．氧化作用单、双糖彻底氧化时生成二氧化碳和水。糖分子中的醛基、酮基、羟基在不同的条件下可以氧化生成不同的氧化产物。氧化条件可分为碱性条件、酸性条件和酶催化。

碱性条件下还原糖被费林试剂氧化，这一性质已广泛用于糖的定性、定量检测。

酸性条件下，情况相对复杂。

在酸性弱氧化剂条件下，比如溴水作氧化剂，醛糖分子中的醛基被氧化生成糖酸。例如葡萄糖可以氧化生成葡萄糖酸，葡萄糖酸可以与钙离子形成葡萄糖酸钙，葡萄糖酸钙可作为医用补钙剂，在食品添加剂中，也可作为钙质营养强化剂。加热时，葡萄糖酸分子中的羧基与羟基可以形成分子内酯——葡萄糖酸内酯，在食品工业中可用作蛋白质沉淀剂。酮糖不与酸性弱氧化剂作用，这是醛糖与酮糖的区别。

在酸性强氧化剂作用下，酮糖可发生分子碳链的断裂，生成较小分子的二元酸。而醛糖在酸性强氧化剂作用时，醛基和伯醇基都被氧化而生成糖二酸。在某些酶的作用下，醛糖分子中的醛基可被保护而中氧化伯醇基，形成糖醛酸，是构成果胶质、半纤维素等的基本单元。

4．还原作用许多糖醇，如山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、乳糖醇等具有甜味且口味较好，化学性质稳定，对微生物的稳定性好，不容易引起龋齿，所以在食品工业中的应用日益广泛。糖醇在工业上可以通过催化加氢来获得。如山梨醇就是通过葡萄糖催化加氢得到的，它同时具有很好的保湿性，在一些糕点制作中常替代蔗糖作为甜味剂；而乳糖醇和甘露糖醇恰相反，吸湿性很小，用于硬糖果制作时，不易吸湿。木糖可加氢还原成木糖醇，木糖醇的代谢不需要胰岛素的参与，所以木糖醇可作为糖尿病患者食品中的甜味剂。

5．酯化反应单、双糖分子中的羟基可以与有机酸和无机酸发生酯化反应。这一反应在食品工业中的一个重要应用是蔗糖与脂肪酸酯化生成的脂肪酸蔗糖酯，主要是蔗糖单酯和蔗糖双酯。蔗糖酯用于面包、冰淇淋、饼干、香料、口香糖、巧克力、油脂中，是一种高效、安全的乳化剂；也可用用糕点、快餐食品的防老化剂，同时还可作为抗氧化剂，可防止食品的酸败，延长保藏期。

6．焦糖化与羰氨反应单糖或其他还原糖能与胺、氨基酸、蛋白质等物质发生羰基和氨基之间的缩合反应，进一步形成类黑色素，这一反应称为羰氨反应或美拉德反应。食品在加热和储存过程中发生的褐变大多与此反应有关，如烤面包时表面形成的金黄色、酱油发酵过程形成的棕褐色、奶粉在贮藏过程中的变色等。

糖类在没有氨基化合物存在时，加热到熔点以上，发生脱水，也会逐步生成黑褐色物质——焦糖，这一反应称为焦糖化作用。焦糖是一种黑褐色胶态物质，在食品生产中可作色素。

有关羰氨反应和焦糖化作用讨论将在第三章中详细述及。

（三）（三）单、双糖的其他加工特性

单、双糖都属于小分子糖，它们溶于水后可引起溶液冰点的下降，浓度越高、相对分子质量越小，冰点降低越多，淀粉糖浆冰点降低的程度还与转化程度相关。

在冷饮生产时，用淀粉糖浆代替部分蔗糖，可以使冰点降低程度比单独使用蔗糖时小，用低转化度的淀粉糖浆效果更好，这样冰点降低小，可以节约冻结所用的能源，还可形成细腻的冰粒、提高黏稠度、改善甜味，使产品更可口。

糖溶液都有一定的黏度，一般黏度的大小与分子体积大小成正比，葡萄糖和果糖溶液的黏度比蔗糖溶液低。黏度大小还与温度有关，葡萄糖溶液的黏度随温度升高而增大，蔗糖溶液正相反。食品生产中可利用糖溶液的黏度来提高食品的稠度和可口性，适当增加黏度可以稳定带肉果汁，使其不易分离。蔗糖溶液的黏度使其可以抑制蛋白质泡沫的膨胀，提高泡沫的稳定性。

糖类发酵在食品加工中也具有重要的意义。酒类的生产就是利用了微生物对糖的发酵作用。酵母菌能使葡萄糖、果糖等发酵生成酒精，同时放出二氧化碳。面包膨松也是以此为基础的。酵母菌不能直接利用多糖发酵，必须将多糖水解后再行发酵。糖类的可发酵性也可能造成某些食品微生物的生长繁殖，引起食品变质。

利用糖液浸渍鲜果，保持其风味、颜色及维生素C的含量，这与糖溶液的抗氧化性有关。糖溶液的溶氧量低于水，所以使其有一定的抗氧化性。蔗糖、葡萄糖、淀粉糖浆都有相似的抗氧化性。调节糖溶液的浓度、pH值和其他条件，可以有效地降低鲜果中维生素C的氧化损失。

二、淀粉的加工特性

多糖是食品加工中一类相当重要的物质。多糖对食品的致密性、脆性、硬度、黏度、稠性、吸水膨胀性、凝胶形成性、水溶性和水分散性都有很大的影响。淀粉是多糖中的典型代表。

淀粉按分子结构的差异分为直链淀粉和支链淀粉，两者共存，广泛分布于自然界，在植物根、茎、种子中含量丰富，是植物体中碳水化合物的贮藏形式，以独立的淀粉颗粒存在。

纯支链淀粉易分散于冷水中，直链淀粉则不能。直链淀粉可分散于热水中形成胶体溶液，而支链淀粉仍以淀粉粒残余的形式保留于水中，若提高温度并加搅拌可以形成稳定的黏稠胶体溶液。

淀粉能与分子碘呈色，直链淀粉呈深蓝色、支链链淀粉呈紫红色，形成的有色物质对热不稳定，受热颜色消失，冷却颜色可恢复。淀粉和其他多糖都没有还原性，但可水解，淀粉的水解产物在食品工业中多有应用。

（一）淀粉粒的结构

淀粉由植物细胞生物合成后以颗粒状态存在于胚乳细胞中。不同粮食作物的淀粉粒大小、形状、结构、性质各不相同，这是由其生物合成体系和组织环境所决定的。根据这些差别可鉴别粮种、辅助研究改进粮食的食用品质。

1．淀粉粒的形状淀粉颗粒的形状大致有三种：圆形、椭圆形和多角形（见图实-2）。水分含量以及生成部位会影响淀粉粒的形状。一般高水分时，淀粉粒呈大而齐整的形状；当处于中心粉质胚乳中，且蛋白质含量少，则淀粉粒大多呈圆形或椭圆形；如果处在外层富含蛋白质的角状胚乳中，淀粉颗粒是多角形的。马铃薯淀粉较大、米淀粉粒较小。淀粉粒的大小是以其长轴的长度来表示的，最小的为2 μm，最大可达170 μm。淀粉粒的相对密度在1.5左右，一般不溶于水。

2．淀粉粒的轮纹结构在显微镜下观察，可以看到淀粉粒都有轮纹结构，与树木的年轮相似。淀粉粒的轮纹围绕着淀粉粒的裂口一层层展开，这一裂口称为淀粉粒的脐点，淀粉粒中大部分淀粉分子从脐点伸向边缘。

3．淀粉粒的微晶结构在交叉的尼柯尔棱镜所产生的偏振光的照射下，可以看到淀粉颗粒具有双折射现象，产生黑色偏光十字，十字的中心正好在脐点，见图1-2。

图1-2 淀粉粒的偏光十字

双折射现象说明淀粉粒具有球状微晶结构。X光衍射分析证明淀粉粒中存在晶体结构。通过现代分析测试仪器得出的结论认为：

（1）淀粉粒是由许多排列成放射状的微晶束构成的。

（2）微晶束由长短不同的直链淀粉和支链淀粉分子相互采取平行的位置以氢键彼此结合而成。

（3）微晶束的大小以及密度各不相同。

（4）淀粉分子，包括支链淀粉和直链淀粉分子，参加微晶束的构造时，并不是整个分子全部都参加到一个微晶束里，而是一个淀粉分子可以以其长链的各个部分，或各个分支链参加多个微晶束的组成，分子上也有些部分并未参与微晶束的组成，这一部分就呈无定形态。所以微晶束之间存在无定形的淀粉，这使淀粉粒之间具有弹性变形现象。

淀粉颗粒中，结晶结构约占颗粒的60%。由于极性基团在形成微晶束时，以氢键彼此结合，游离的极性基团很少，所以淀粉粒不易溶于水。

（二）淀粉的糊化、老化及应用

1．淀粉的糊化淀粉不溶于冷水，但当把淀粉与水的悬浊液加热到一定温度时，淀粉粒会吸水膨胀，体积增大，然后形成黏稠的胶体溶液，这一变化称为淀粉的糊化。糊化发生的温度称为糊化温度。由于不同粮食具有不同的淀粉颗粒，同一粮食的淀粉粒也存在大小差异，因此，糊化难易不同，糊化的温度不同，而且从糊化开始到糊化结束，存在一个糊化温度范围（见表1-11）。

表1-11 几种粮食淀粉的糊化温度

淀粉糊化的本质是淀粉粒中有序的微晶结构被破坏，形成无序结构的过程。这一过程可分为3个阶段：

（1）第一阶段未达糊化温度时，水分从淀粉粒上的孔隙进入淀粉粒内，被吸着或与许多无定形部分的极性基团相结合。这一阶段淀粉粒体积和变化、悬

浊液黏度的变化都不易察觉，微晶结构仍然存在。此时若脱水干燥，淀粉粒有可能恢复原状。

（2）第二阶段达到糊化温度，淀粉粒突然膨胀，大量吸水，迅速成为黏稠的胶体溶液。水分子进入淀粉粒的微晶结构，破坏淀粉分子之间的氢键结合，使淀粉分子失去原有的规则取向而成为无序混乱的排列。这一阶段，由于淀粉粒中的微晶束解体，双折射现象消失，双折射现象开始消失的温度称为糊化温度。糊化后的淀粉无法恢复原有状态。

（3）第三阶段温度继续升高，膨胀的淀粉继续分离支解。

淀粉的糊化也叫淀粉的α-化，所以糊化淀粉也称为α-淀粉。糊化的淀粉由于分子分散，所以易被消化；同时由于形成了胶体状态，对食品的增稠、增黏、凝胶形成都是有利的，利用粮食为原料的发酵制品的生产，都要进行蒸煮以使淀粉糊化，利于后续工序中酶的作用。

2．淀粉的老化糊化的淀粉溶液在较低温度下放置一定时间后，会出现沉淀混浊现象，称为淀粉的老化。淀粉的老化不仅会发生在糊化的淀粉溶液中，同样也会发生在含糊化淀粉的制品中。老化的淀粉不易再溶解，也不容易被淀粉酶降解。

淀粉老化的本质是分散了的淀粉分子重新以氢键结合，部分恢复微晶化的过程。在温度降低的情况下，溶液中的淀粉分子运动减弱，分子之间靠残留的结点相互靠近，并重新形成氢键，使体积增大而易凝沉。但这种分子间氢键的恢复是不完全的，也不完全等同于未糊化时的微晶结构，因此在性质上也不同于生淀粉。但老化的淀粉中分子之间的氢键结合特别牢固，所以老化的淀粉难溶且不易消化。

3．影响淀粉糊化和老化的因素淀粉粒内部的结构是影响淀粉糊化的决定性因素。如果淀粉粒内部的结晶区比较多，结晶结构比较规则而紧密，那么淀粉粒就比较难糊化；如果淀粉粒内部的无定形部分比较多，结构比较疏松，那么糊化就比较容易。淀粉粒的大小、形状、直链淀粉和支链淀粉的比例都会影响糊化的难易。

淀粉的糊化显然需要一定的温度条件，此外水分的多少、其他共存组分的种类和数量都会影响淀粉的糊化以及糊化后淀粉溶液的黏度或淀粉凝胶的强度。对天然淀粉而言，水分不足时，糊化难以完全，当有糖、盐等其他组分时，水分活度小，糊化对水分要求更高，水分活度过低，糊化难以进行。

糖的存在会降低淀粉糊化的速度。能与直链淀粉形成复合物的脂肪的存在，会推迟淀粉粒的膨胀，延缓淀粉的糊化，如在低脂的面包中，淀粉的糊化率要高于高脂的曲奇饼。一般的食品酸度下，pH对淀粉糊化的影响很小，但个别偏酸性食品中，如果要利用淀粉糊化以达到增稠的目的时，最好使用改性的淀粉，以免酸性条件下普通淀粉水解而变稀。淀粉酶的作用也可以加速糊化的过程，这也是新米比陈米易煮糊的原因之一。

影响淀粉老化因素也有内因和外因。

直链淀粉和支链淀粉的比例、淀粉分子的大小（聚合度）是影响淀粉老化的内部原因。淀粉的老化是从分子的靠近缔合开始的，直链淀粉由于分子空间位阻小、分子链容易定向，链间靠拢比较容易，所以直链淀粉比支链淀粉容易老化。聚合度适中的淀粉分子既容易定向，也有较多的结合点，所以比较易老化。

水分含量、温度和其他共存物也会影响淀粉的老化过程。水分过多时，淀粉分子之间的形成氢键的机会少；水分过少时，糊化了的淀粉分子也难以调整分子

链的定向，所以水分过高或过低，都可阻碍老化的进行。水分含量在30%～60%范围内，老化最易发生，当水分含量低于10%时，一般不发生老化。

温度也是影响淀粉老化的重要因素。常温，尤其是接近0 ℃的低温最易发生淀粉的老化。80 ℃以上的高温和-22 ℃的低温几乎都不发生淀粉的老化。这是由于高温下，分子的动能很大，难于发生分子的定向和聚拢；低温下水分深度冻结，阻碍了淀粉分子间的靠拢和氢键的形成，所以都不利于老化。从60 ℃到-2 ℃老化速度增加，从-2 ℃到-22 ℃老化速度又逐渐下降。但反复冻融食品会导致淀粉的老化加速。

糖、脂、乳化剂及其他亲水性的大分子物质都能延缓淀粉的老化。

4．糊化与老化在食品加工中的应用方便即食型食品大多是富含淀粉的。其加工原理简言之，就是将刚糊化的淀粉迅速脱水至10%以下，使淀粉被固定在糊化状态，避免老化，且易复水。

方便面的生产过程是将原料和成面团，经压延、切条、折花后，将成型的面坯蒸熟，然后热风干燥或油炸迅速去水，冷却后即为成品。其中蒸煮的目的就是使淀粉糊化，糊化的程度越高，复水的性能越好。蒸煮过程中淀粉充分吸水，晶体结构充分解体，再通过快速脱水控制其老化。这就是通过控制淀粉的糊化和老化生产方便面的原理。

脱水米饭或称α-化速煮米饭的生产原理与方便面相似，国外一般采用在α-化下将温度突然下降到-10 ℃～-30 ℃，再进行升华干燥以保持淀粉的α-化。国内一般采用高温热风干燥，控制淀粉的老化。

淀粉的老化在食品生产中一般是希望避免的，但也有例外。粉丝、粉皮的生产是将淀粉糊化以后，促进其老化，以得到有韧性的产品。

（三）淀粉的水解和淀粉糖浆的加工原理

淀粉可发生水解反应，在酸或酶的催化下可彻底水解得到葡萄糖。但其水解是一个过程，水解过程可以得到麦芽糊精、麦芽低聚糖、麦芽糖、葡萄糖等，它们的混合物就称为淀粉糖浆。采用一定的手段、控制一定的水解程度并结合采用异构化，可以形成工业使用的多种糖浆。

食品工业中将淀粉的水解也称为淀粉的糖化，水解的程度以葡萄糖值来表示。葡萄糖值是糖化液中还原糖占干物质的质量分数（还原糖量常以葡萄糖量计）。完全水解的葡萄糖值应该是100%，实际生产中很难达到，酸法水解的葡萄糖值可达90%～92%，酶法水解可达97%以上。

用25%～30%的淀粉乳，以0.30%～0.35%用量的食用盐酸作催化剂，在约143 ℃条件下加热约15～30 min进行糖化，然后在70～80 ℃条件下用碳酸钠中和以及一系列后处理，可生产制得酸糖化饴，其中含葡萄糖35%～45%，糊精35%～45%。麦芽饴糖的生产分液化和糖化两步进行，均采用酶催化。液化时在85～90 ℃用淀粉酶催化，使淀粉分子的聚合度减小，淀粉浆黏度下降；糖化时在60～63 ℃，用3%～5%淀粉量的麦芽或其浸出液催化糖化，再经后处理后浓缩到固形物含量为75%～80%，即为成品。

淀粉用酸或酶催化水解可生产葡萄糖。酸水解法与酸糖化饴的生产基本相似，但水解时间要增加。酶法生产也分液化和糖化两步，糖化的时间要比麦芽饴糖化的时间长，以使水解彻底。

选择具有专一性的酶，还能生产不同组成的糖浆产品。酶法生产比酸法生产易于控制糖浆的组成。

果葡糖浆是一种含有果糖、葡萄糖的混合糖浆。生产上采用异构酶催化葡萄

糖部分转化为果糖。果葡糖浆的生产一般以玉米淀粉为原料，先将淀粉质原料生产精制的葡萄糖浆，再异构化而得果葡糖浆。酶应用技术的提高，使果糖的含量不断提高，最高含量可达90%，这样的糖浆称为高果糖浆。果糖含量为55%的称为第2代高果糖浆，含90%果糖的称为第3代高果糖浆。

由淀粉制得的各类糖浆适用于不同的食品生产。饴糖具有抗结晶性，可用于制造硬糖；葡萄糖浆适合生产发酵食品，还用于糕点、饼干的生产；高果糖浆甜度高，并具有清凉爽口的风味，用于生产清凉饮料；又因其黏度小，渗透压高，防腐性强，所以被用来生产蜜饯、果酱、软糖、罐头等食品。

（四）改性淀粉

为了食品加工上的需要，应用物理、化学或酶的方法处理天然淀粉，改变淀粉的物理性质，如溶解性、黏度、色泽、流动性等，这样经处理后的淀粉称为改性淀粉或变性淀粉。物理处理方法有机械研磨法及加热法等，对物理性质的改变不是很多。化学处理法较常见。常见的改性淀粉有预糊化淀粉、酸改性淀粉、磷酸化淀粉、交联淀粉、氧化淀粉等。

1．预糊化淀粉将淀粉悬浊液，利用热滚筒干燥技术，在80 ℃以上将糊化的淀粉干燥到水分含量在10%以下，然后再粉碎就可得预糊化淀粉。其特点是加入冷水即可形成黏糊，在布丁、馅料和糖霜等食品生产中。

2．酸改性淀粉酸改性淀粉是在糊化温度下用无机酸处理天然淀粉所得的改性淀粉。常用的无机酸是盐酸和硫酸，经酸处理后，形成淀粉片断，再经碱中和、过滤干燥而得。酸改性淀粉加热后可溶解，溶液黏度低，高浓度的溶液冷却后可形成高强度的凝胶。用于制造软糖基、果冻等食品，用酸改性淀粉生产的软糖质地紧密、外形柔软、富有弹性，高温处理也不收缩，不起砂，能较好地保持糖果的质量。

3．磷酸化淀粉用酸式磷酸盐、焦磷酸盐或三聚磷酸盐的干混合物在高温下处理淀粉可得磷酸化淀粉，使淀粉分子上的羟基部分磷酸化。磷酸化淀粉的糊化温度较低，糊的黏度大，透明性和胶黏性高，保水性好，不易凝沉，常用作增稠剂，而且耐受冷冻——解冻过程的能力较高，在冷冻食品中很有用处。

4．交联淀粉用交联剂处理天然淀粉所得的产品称为交联淀粉。处理后使淀粉链之间产生共价交联，提高了淀粉粒的稳定性，使其糊化温度也提高，糊的稳定性高。交联淀粉耐酸、耐碱、耐热，抗剪切性好，吸水膨润慢，食品加工中用于汤类、肉汁、酱汁等的增稠剂和赋形剂。

5．氧化淀粉用次氯酸的钙盐或其他氧化剂处理淀粉所得的产品即为氧化淀粉。经氧化后的改性淀粉色泽洁白，糊化温度低，糊质清亮，黏度较低，不易老化，常用作乳化剂和分散剂。

三、其他多糖的加工特性

（一）果胶

果胶物质存在于植物细胞壁及细胞间，在果蔬中含量尤其高。

在植物的成熟过程中，果胶物质存在3种形态：原果胶、果胶和果胶酸。不成熟的果蔬中，果胶物质主要是原果胶。它是果胶与纤维素和半纤维素结合在一起形成的，不溶于水，这使未成熟的果实较坚硬。原果胶没有粘性，水解后生成果胶。果胶存在于植物细胞汁液中，在成熟果蔬中含量丰富。分子结构中包含了半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯以糖苷键聚合形成的分子链，因此是不同程度甲酯化的聚半乳糖醛酸。果胶有粘性，可溶于水。果胶水解可得到果胶酸。果胶酸是

非甲酯化的半乳糖醛酸，无粘性，溶于水。

食品加工中最重要的是果胶。果胶按其甲酯化程度的不同，可分为两类：高甲氧基果胶和低甲氧基果胶。含甲氧基量在7%～14%的果胶称为高甲氧基果胶，低于7%称为低甲氧基果胶（含甲氧基量为14%的果胶甲酯化程度为100%）。

1．果胶的主要性质果胶可溶于水，其溶解性随分子苷链的增长而降低，一定程度上随酯化程度的增加而增强；果胶溶液是高黏度溶液，其黏度与果胶分子链长成正比。果胶溶液在一定条件下可形成凝胶。

2．果胶在食品加工中的特点果胶溶液是亲水性胶体，在适当条件下可形成凝胶，这一性质是果胶在食品工业中最重要的应用。

果胶溶液形成凝胶需糖、酸条件，一般果胶水溶液含糖量在60%～65%，pH 在2.5～3.5,果胶含量为0.3%～0.7%时，能形成凝胶。加入的糖起脱水剂的作用，这是由于糖与水的水化作用强于果胶与水的水化作用，破坏了果胶分子的水化膜；加入的酸可中和羧酸根离子的电荷，也使果胶胶体失去稳定因素，有利于形成凝胶。

果胶的分子结构能影响凝胶的形成。果胶的相对分子质量越大，越易形成凝胶，而且形成的凝胶强度大。果胶的甲酯化程度越高，形成凝胶的强度也越大，所以高甲氧基果胶凝胶能力强，低甲氧基果胶凝胶能力较弱，加入钙离子、铝离子等可以提高低甲氧基果胶的凝胶能力。

果胶发生胶凝作用所需的pH随果胶来源不同而有所不同，但在偏碱性条件下，由于果胶的水解作用而难以形成凝胶。

利用果胶的胶凝作用可生产果脯、果酱和糕点；果胶还可用作巧克力、糖果的稳定剂。但在果酒、果汁的生产中，果胶产生的凝胶会使产品产生沉淀、混浊，造成过滤困难，还可影响产品质量。

（二）琼脂

琼脂又名琼胶，俗称洋菜、凉粉，是从海藻类中提取的粘质类多糖。琼脂至少含两种多糖，主要以半乳糖和脱水半乳糖为结构单元。

琼脂不溶于冷水，能溶于热水形成溶胶。琼脂很易形成凝胶，1%的琼脂溶液在35～50 ℃不需其他物质即可形成坚实的凝胶。琼脂很稳定，唾液、胰液中的酶对它不作用，也不能被微生物利用，人体也不能吸收利用。根据这些性质，琼脂可以作为微生物的培养基；在食品工业中可作为稳定剂及胶凝剂，可以改善冷饮食品的组织结构，提高凝结能力和黏稠度，防止冰晶析出，保持良好的滑润口感；在饮料工业中可以作为果汁的浊度稳定剂；糖果工业中可用作软糖的基质。

（三）纤维素与半纤维素

纤维素是葡萄糖分子通过β-1，4糖苷键缩合而成的大分子物质，每个纤维素分子含有2 500个以上的葡萄糖残基，相对分子质量达30万至50万。天然纤维素形成高度结晶化的微晶丝，结构高度稳定。酸催化下可彻底水解成葡萄糖。但人体缺乏分解纤维素的酶，所以纤维素不被人体消化吸收，但能促进肠蠕动，有助于消化和排泄。

纤维素在食物中含量不是很高，在加工过程中也很少变化。食品加工中也有用到改性纤维素，即将天然纤维素经适当处理后，改变其原有的一些性质，以适应特殊的需要。如羧甲基纤维素（CMC），是用氯乙酸钠在碱性条件下处理纤维素而得，是一种白色、无嗅、无味、无毒的粉末，主要用作增稠剂，提高食品的黏度，国外也用以生产米面包，代替面筋吸附发酵气体的作用；用稀酸处理可以得到粉末极细的微晶纤维素，在疗效食品中作为无热量的填充剂。

半纤维素大多存在于植物的木质化部分，如秸杆、玉米芯等，海藻中含量也较多。它是多成分多结构的混合物，水解时，可得到木糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖等。它不溶于水，可溶于稀碱，不容易被酶作用。半纤维素是膳食纤维的重要来源。在焙烤食品添加半纤维素可提高面粉结合水的能力。

（四）环糊精

实际上环糊精属于低聚糖。主要有α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精三种，分别是由6个、7个、8个葡萄糖基通过α-1，4糖苷键结合形成的环状结构的分子（如图1-3）。

图1-3 环糊精的结构示意

环糊精的结构类似一个圆形的空筒，亲水性的羟基位于筒外侧，疏水性基团朝向筒内，所以环糊精分子的外表面呈亲水性，内表面呈疏水性。当溶液中既有亲水性物质，又有疏水性物质时，疏水性物质可被环糊精包合在分子内部，这一性质使环糊精有如下的作用：

保持挥发性物质的长期稳定、对光和热不稳定以及在空气中不稳定的化合物可增加稳定性、改变物质的物理化学性质如溶解性、乳化作用。

目前在食品生产中应用得比较多的是β-环糊精，主要用途有：

1．用作香气稳定剂和色素稳定剂香气物质一般都有挥发性，容易散失，经环糊精包合以后，可减缓香气的挥发；很多色素物质容易氧化分解，经环糊精的包合，可减少色素与氧的接触。在速溶食品的生产中效果良好。

2．改善食品的风味和气味环糊精可除去鱼类、肉类、乳制品、海产品的异味；减少橘子汁中由糖苷引发的苦味和沉淀；在竹笋罐头生产中，环糊精可提高沉淀物的溶解性；大豆制品生产中，环糊精可消除腥味和苦涩味。

3．作乳化剂和起泡促进剂环糊精作乳化剂可乳化食用油脂、冰淇淋原料，提高产品的食用品质。环糊精与其他表面活性剂用作焙烤食品的添加剂时，可提高表面活性剂的乳化能力和起泡能力，并对泡沫有稳定作用。

4．保护营养成分的作用在维生素类营养强化的食品中，添加环糊精，可以减少高温对维生素的破坏。

此外，环糊精还有防潮、保湿的作用。在糖果生产中添加后可防潮；在奶酪制品中有保湿作用；在肉制品中应用，可起粘结、保湿作用，防止水分析出，增加弹性，提高产品质量。