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。