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1、第四章 碳水化合物,第四章 碳水化合物 4.1 概述 4.2 单糖 4.3 低聚糖 4.4 淀粉 4.5 多糖 4.6 碳水化合物与食品品质,概 述,碳水化合物是自然界中最丰富的有机物，它主要存在于植物中，占植物比重的5080%。动物体内它的含量虽然不多，但它却是动物赖以取得生命运动所需能量的主要来源。 碳水化合物这一名词来源于此类物质由C、H、O三种元素组成，而且它们的经验式都符合通式CnH2nOn即Cm(H2O)n ，其中氢和氧的比例与水分子中氢和氧的比例相同，就好象是碳同水的化合物，因而得名。后来发现一些不属于碳水化合物的分子也有同样的元素组成比例, 如乙酸C2H4O2，而一些碳水化合物
2、如脱氧核糖（C5H10O4）则又不符合这一比例，因而碳水化合物这一名词并不确切，但由于沿用习惯，碳水化合物一词仍被广为使用。,碳水 化合物,碳水化合物分类,碳水化合物(Carbohydrate)可分为三类： 单糖：不能被水解为更小分子的糖称为单糖，如葡萄糖(Glucose)、果糖(Fructose)、半乳糖Galactose)、甘露糖(Mannose)。 寡糖：单糖聚合度10的碳水化合物（以双糖最为多见）：蔗糖(Sucrose)、麦芽糖(Maltose)、乳糖(Lactose) 。 多糖：单糖聚合度10的碳水化合物：淀粉(Starch)、糊精、糖原(Glycogen)、纤维素(Cellulos
3、e)、半纤维素及果胶等。 碳水化合物与食品的加工、烹调和保藏有密切的关系，例如，食品的褐变就与还原糖有关，食品的粘性及弹性也与淀粉和果胶等多糖分不开。至于蔗糖，果糖等作为甜味剂，更是人类饮食中不可缺少的物质。,碳水 化合物,单糖的分类,4.1单糖及糖苷 4.1.1 结构 单糖根据羰基类型可分为醛糖和酮糖两大类。,碳水 化合物,单糖及糖苷,单糖的衍生物有糖醇、醇糖酸、糖醛酸及糖酸等。 根据所含糖原子的数目，单糖有可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。 最简单的醛糖为甘油醛，它具有一个不对称碳原子（四个取代基不同），因而有两个对映异构体，以D及L来区别。,碳水 化合物,由D-甘油醛衍生出来的四、五、
4、六碳糖，都称为D-XX糖，而与其对应，由L-甘油醛衍生出来的糖，则为L系列，天然存在的糖多为D-系列的。 普通的醛会形成半缩醛、缩醛： 单糖分子内含有-CHO 及 -OH ，所以也会在分子内发生此种反应，以己糖为例，若-CHO和第五碳上的-OH反应，则生成六元环的半缩醛，称为吡喃糖。,碳水 化合物,单糖及糖苷,果糖的 C=O 与第五碳上的-OH反应，生成五元环的半缩醛，称为呋喃糖。,碳水 化合物,单糖及糖苷,这种环状结构，称为Haworth结构式，糖一般以环状形式存在。 环的生成使羰基变为手性碳，因而产生了两个异构体，它们的差别只在于链端手性碳构型的不同，分别称为-和-型。如：,碳水 化合物,
5、单糖及糖苷,这是由变旋光现象而发现的。新配制的单糖溶液在放置时，其比旋光度会逐渐增加或减少，最后达到一个恒定的数值。如，葡萄糖配成水溶液，其比旋光度是+112.2，但放置若干天后就降低至+52.7，这是因为普通葡萄糖晶体为-D-吡喃葡萄糖，当它溶解于水时，一部分分子通过开链结构逐渐变为-D-葡萄糖，最后达到动态平衡。由于-和-异构体的比旋光度不一样，所以溶液的旋光度逐渐减小，最后达到相当于平衡混合物的恒定数值。,碳水 化合物,单糖及糖苷,单糖及糖苷,新形成的-OH称为半缩醛-OH，具有强的反应性，它易与其它羟基化合物反应，形成缩醛，称为苷。 吡喃型葡萄糖具有椅式构象，体积大的-OH尽量处于平伏
6、键上，如：,-D-葡萄糖,碳水 化合物,单糖及糖苷,4.1.2. 单糖与食品相关的物理学特性 (1) 单糖的甜度 单糖类化合物均有甜味，甜味的强弱用甜度来区分，不同的甜味物质其甜度大小不同。甜度是食品鉴评学中的单位，这是因为甜度目前还难以通过化学或物理的方法进行测定，只能通过感官比较法来得出相对的差别，所以甜度是一个相对值。一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20时的甜度为1.0来确定其它甜味物质的甜度，因此又把甜度称为比甜度。,下面是一些单糖的比甜度： -D-葡萄糖 0.70 -D-半乳糖 0.27 -D-甘露糖 0.59 -D-木糖 0.50 -D-呋喃果糖 1.50 不同的单糖其甜度不同，
7、这种差别与分子量及构型有关；一般的讲，分子量越大，在水中的溶解度越小，甜度越小；环状结构的构型不同，甜度亦有差别，如葡萄糖的-构型甜度较大，而果糖的-构型甜度较大。,(2) 旋光性及变旋光 所以的单糖均有旋光性，常见单糖的比旋光度（20 钠光）为： D-葡萄糖 +52.2 D-甘露糖 +14.2 D-果糖 -92.4 D-阿拉伯糖 -105.0 D-半乳糖 +80.2 D-木糖 +18.8 当单糖溶解在水中的时候，由于开链结构和环状结构直接的互相转化，因此会出现变旋现象。在通过测定比旋光确定单糖种类时，一定要注意静置一段时间（24h）。,(3) 溶解度 单糖类化合物在水中都有比较大的溶解度，但
8、不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。 不同的单糖在水中的溶解度不同，其中果糖最大，如20 时，果糖在水中的溶解度为374.78g/100g，而葡萄糖为87.67g/100g。随着温度的变化，单糖在水中的溶解度亦有明显的变化，如温度由20 提高到40,葡萄糖的溶解度则变为162.38g/100g。,利用糖类化合物较大的溶解度及对于渗透压的改变，可以抑制微生物的活性，从而达到延长食品保质期的目的。但要做到这一点，糖的浓度必需达到70%以上。常温下（20-25)，单糖中只有果糖可以达到如此高的浓度，其它单糖及蔗糖均不能。而含有果糖的果葡糖浆可以达到所需要的浓度。,(4) 吸湿性、保湿性与结晶性 吸湿性和保湿
9、性反映了单糖和水之间的关系，分别指在较高空气湿度条件下吸收水分的能力和在较低空气湿度湿度下保持水分的能力。这两种性质对于保持食品的柔软性、弹性、贮存及加工都有重要的意义。 不同的单糖其结晶形成的难以程度不同，如葡萄糖容易形成结晶且晶体细小，果糖难于形成结晶等。 (5) 其它 单糖与食品有关的其它物理学性质包括黏度、冰点降低及抗氧化性等。,4.1.3 反应 酸：稀酸无影响，而和强酸共热则会生成糠醛，糠醛和各种酚有显色反应，这可用于糖的定性和定量检测,碳水 化合物,单糖及糖苷的反应, 碱：在弱碱环境，糖会发生异构化，例：葡萄糖在弱碱性环境变为葡萄糖、果糖与甘露糖的混合物。在强碱性环境下，糖会被空气
10、中的O2氧化生成其它复杂的混合物。,碳水 化合物,单糖及糖苷的反应, 氧化 醛或酮糖与Tollens试剂（AgNO3-NH3）作用会产生银镜；与Benedict试剂（CuSO4、柠檬酸和Na2CO3）或Fehling试剂（CuSO4，酒石酸钾钠、NaOH）一起加热时，溶液的蓝色消失，同时生成Cu2O的砖红色沉淀。 能与这些试剂发生反应的糖叫还原糖，还原糖分子中必定有半缩醛羟基，它能变为链状结构，即有-CHO或C=O，而不与这些试剂反应的糖为非还原糖，其分子中无半缩醛羟基。如苷中就没有半缩醛-OH，所以它在碱性不能被氧化。 Tollens试剂、Fehling试剂和Benedict试剂通常用于糖的
11、检验测定，由于这些反应的产物很复杂，它们无合成价值。,碳水 化合物,单糖及糖苷, 醛糖与弱氧化剂（碱性溴水）反应生成醇糖酸，与强氧化剂（热HNO3）反应得糖酸。,碳水 化合物, 成脎反应 单糖与苯肼（C6H5NHNH2）作用生成脎 糖脎都是不溶于水的黄色晶体，不同的糖所生成的脎晶形不同，在反应中生成的速度也不同，据此可鉴定糖的种类。,碳水 化合物,单糖及糖苷, 作为醇的反应：除进行醚化生成苷外，单糖能与酸反应生成酯，己糖和戊糖的磷酸酯是生物体中糖代谢的中间体。,碳水 化合物,单糖及糖苷,天然存在的主要单糖,4.1.4、天然存在的主要单糖 天然存在的主要单糖有戊糖及己糖 （1）戊糖 戊糖多作为多
12、糖成分或核酸成分存在，游离状态甚少。如D-木糖，L-阿拉伯糖是大豆脂多糖的主要构成糖。 （A） D-木糖(Xylose) 存在于木材、稻草杆等的半纤维素中。,碳水 化合物,（B） L-阿拉伯糖(Arabinose) 多在果汁和胶质的半纤维素中与果胶质共存。,碳水 化合物,天然存在的主要单糖,（C) D-核糖(Ribose)和D-脱氧核糖(Deoxyribose),碳水 化合物,单糖及糖苷, 己糖 （1） D-葡萄糖：以结合核游离的形式广泛存在于自然界，游离态多存在于水果中，淀粉、糖原、纤维素，葡聚糖等碳水化合物都是D-葡萄糖的聚合物。 （2） D-果糖：广泛存在于自然界，游离型多存在于水果中。
13、寡糖的蔗糖、棉子糖、蜜二糖中均有存在，菊粉是D-果糖的聚合物。果糖的甜度在糖类中最大。在工业上，常利用异构酶把葡萄糖异构化为果糖来代替蔗糖。 （3） 半乳糖：没有游离型，存在于乳糖和棉子糖中。 （4） D-甘露糖：它是魔芋甘露聚糖的成分。,碳水 化合物,天然存在的单糖,碳水 化合物,4.1.5、糖苷 单糖分子中的半缩醛羟基与醇或其它分子的羟基缩合生成的缩醛称为糖苷。如： 糖苷中的非糖部分称为糖苷配基（又叫苷元，配糖体），糖有-及-型。所以糖苷也有-及-型。在苷分子中不再含有半缩醛-OH，因此苷没有变旋光现象，也没有还原性，它在碱性稳定，但在酸性溶液中很易水解。 苷在自然界中分布很广，许多植物色
14、素、生物碱等都是苷。动物、微生物体中也有许多苷类物质。,碳水 化合物,天然存在的单糖,寡 糖,4.2. 寡糖（低聚糖） 聚合度10、而2的多糖，常见的为二糖。 4.2.1、 蔗糖,碳水 化合物,在水果、花、种子等植物中广为存在，工业上由甘蔗或甜菜制备。甜味较强，为常用的甜味剂。蔗糖是一种苷，分子中没有半缩醛-OH，因而无还原性。 它在酸或转化酶作用下，水解为D-葡萄糖和果糖： 通常把上述变化称为蔗糖的转化，其生成物称为转化糖。,碳水 化合物,寡 糖,4.2.2、 麦芽糖 以麦芽中含量最多，故而得名。淀粉和糖原在淀粉酶作用下，生成麦芽糖。它是饴糖的主成分。它分子中有半缩醛-OH，因而有还原性。,
15、碳水 化合物,寡 糖,4.2.3、 乳糖 仅存在于哺乳动物的乳中，故而得名。是半乳糖和葡萄糖用-1，4-半乳糖苷键结合而得。,碳水 化合物,寡 糖,4.2.4、 糖的甜度 甜度：果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖乳糖。 即使同一种糖，其-型和-型的甜度也不同。如：葡萄糖的-比-型甜1.5倍。通常，葡萄糖的结晶为-型。在溶液中 平衡时，：= 1：1.7，所以溶解后时间越长，甜度就越低。此平衡受温度的影响很小，故冷和热葡萄糖液的甜味几乎无变化。 果糖-型的甜度为-型的3倍。普通的结晶为-型，溶液中 的平衡随浓度和温度而异，如：10%果糖液，0下：=3：7，80下为7：3，且浓度高则多，因此，在低温下，浓液
16、甜。 蔗糖是糖苷-OH相互结合的二糖，无半缩醛-OH，溶液没有 变化，甜味也不随时间变化。,碳水 化合物,寡 糖,淀 粉,4.3 淀粉 4.3.1 淀粉分子结构 广泛分布于植物的根、茎、种子中，其贮藏能的作用，构成淀粉的糖，几乎都是D-葡萄糖，淀粉有两种，仅以-1，4-苷键结合、构成直链状的叫直链淀粉，而以-1，4-苷键结合为主，并有-1，6-苷键结合、且在此处分枝的叫支链淀粉。,7-6,淀 粉,普通淀粉由1530%直链淀粉，7085%支链淀粉组成，糯米则几乎全由支链淀粉组成。一般直链淀粉的聚合度为数百数千，而支链淀粉为数万，支链的平均链长为2025个葡萄糖单位。 淀粉粒的显微形态呈卵形、球形或不规则形，依植物种类而异如：,7-7,4.3.2 淀粉颗粒结构 (1)淀粉颗粒 在植物的种子、
