糖類1（碳水化合物）1食品加工糖類變化糖類1（碳水化合物）1食品加工生產量最大的有機物

一年中，通過植物的葉綠素，利用太陽能將二氧化碳和水合成碳水化合物的量估計可以達到2000億噸生產量最大的有機物一年中，通過植物的葉綠素，是自然界分布最廣泛，數量最多的有機化合物。根據其化學結構特征，它的定義是：多羥基醛或酮及其衍生物和縮合物。碳水化合物主要來自植物的光合作用，這種作用是太陽能向化學能轉化的主要方式；葡萄糖是光合作用中產生出的最基本物質。碳水化合物是生物維持生命活動所需能量的主要來源，是合成其它化合物的基本原料，同時也是生物體的主要結構成分。是自然界分布最廣泛，數量最多的有機化合物。本章主要內容糖類的分類食品中的糖類及其結構食品加工過程中糖類的變化（糖類的化學反應）食品中糖類的功能特性本章主要內容糖類的分類糖類的分類單糖：是一類結構最簡單的碳水化合物，是不能再被水解的糖單位。低聚糖（寡糖）：一般是由2~10個單糖分子縮合而成，水解后產生單糖。多糖：由多個單糖分子縮合而成，其聚合度很大；按其功能不同，可分為：結構多糖、儲存多糖、功能多糖等糖苷：可水解為糖分子和配糖體（通常指醇類、酚類、甾醇類等）的物質糖類的分類單糖：是一類結構最簡單的碳水化合物，是不能再被水解食品中的糖類及其結構單糖：單糖的相對分子質量較小，一般含有5或6個碳原子，單糖是D－甘油醛的衍生物。單糖分子中含有手征性碳原子，它連接4個不同的原子或基團，在空間形成兩種不同的差向異構體，立體構型呈鏡面對稱。食品中的糖類及其結構單糖：D-甘油醛產生的8種D-己糖的示意圖D-甘油醛產生的8種D-己糖的示意圖食品中的糖類及其結構常見的單糖：葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖（6-脫氧-L-甘露糖）、木糖等；其中葡萄糖、果糖、半乳糖是可以被人體吸收利用的。鼠李糖食品中的糖類及其結構常見的單糖：鼠李糖

單糖可以形成縮醛或縮酮，糖分子的羰基可以與糖分子本身的一個醇基反應，形成半縮醛或半縮酮。分子內的半縮醛或半縮酮形成五元呋喃糖環或更穩定的六元吡喃糖環。單糖可以形成縮醛或縮酮，糖分子的羰基可D-葡萄糖的環形和異頭結構

COCH2OHOHCHHOHHCOHOHCHHOHCOHOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOCCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHorD-葡萄糖的環形和異頭結構COCH2OHOHCHHOHHCa-andb-Glucosea-andb-GlucoseD-Fructoseβ-D-Fructoseα-D-Fructose果糖的環形和異頭結構

CH2OHOCH2OHCHOHCOHCHHCOHOCH2OHCHOHCOHCHHCCH2OHCH2OHCHHOHCOHCHHOCOHCH2OHOorD-Fructoseβ食品中的糖類及其結構低聚糖：自然界中的低聚糖的聚合度一般不超過6個糖單位，其中主要是雙糖和三糖。

均勻低聚糖：由同一單糖構成的低聚糖；非均勻低聚糖（雜低聚糖）：由不同的單糖構成的低聚糖。低聚糖的羰基單位幾乎全部都是己糖，除果糖為呋喃環結構外，葡萄糖、甘露糖和半乳糖等均是吡喃環結構。食品中的糖類及其結構低聚糖：甜菜甘蔗常見的雙糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖食品中的糖類及其結構甜菜甘蔗常見的雙糖：食品中的糖類紅糖白砂糖

綿白糖棕色糖紅糖白砂糖綿白糖棕色糖麥芽糖麥芽糖LinkageofMonosaccharidesLinkageofMonosaccharidesMaltose（麥芽糖）4-0-α-D-Glucopyranosyl-α-D-Glucopyranose

OOHOHHOCH2OHOOHOHCH2OHOOHMaltose（麥芽糖）4-0-α-D-GlucopyraSucrose（蔗糖）2-0-α-D-Glucopyranosylβ-D-Fructofuranoside

OOHOHHOCH2OHCH2OHOCH2OHOHOOHH123456Invertsugaristhehydrolyzedsucroseintoglucoseandfructose.Sucrose（蔗糖）2-0-α-D-GlucopyranLactose（乳糖）4-0-β-D-Galactopyranosyl-α-D-Glucopyranose4-0-β-D-Galactopyranosyl-β-D-Glucopyranose

OOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHLactose（乳糖）4-0-β-D-Galactopyr食品中的糖類及其結構水果中的游離糖含量（g/100g）水果D-葡萄糖D-果糖蔗糖蘋果1.176.043.78葡萄6.867.842.25桃子0.911.186.92梨0.956.771.61櫻桃6.497.380.22草莓2.092.401.03食品中的糖類及其結構水果中的游離糖含量（g/100g）水果D食品中的糖類及其結構低聚糖：食品中含有的其他低聚糖很少，主要分布于豆科植物種子和一些塊莖植物中，其中：棉籽糖、水蘇糖、松三糖較為常見，尤其在大豆中的含量較高。食品中的糖類及其結構低聚糖：Raffinose（棉籽糖）6-0-α-D-Galactopyranosyl-2-0-α-D-Glucopyranosyl-β-D-FructofuranosideRaffinose（棉籽糖）6-0-α-D-GalactopStachyose(水蘇糖）6-0-α-D-Galactopyranosyl-6-0-α-D-Galactopyranosyl-2-0-α-D-Glucopyranosyl-β-D-Fructofuranoside“FlatulenceFactor”Stachyose(水蘇糖）6-0-α-D-Galactop低聚糖：環糊精環糊精是人工合成的低聚糖。環糊精由D-葡萄糖殘基以α-1,4糖苷鍵連接而成的環狀低聚糖。構成環糊精的單糖殘基有6、7、8個，分別稱為α-環糊精、β-環糊精和γ-環糊精。不同環糊精在化學性質上也有較明顯的差別。食品中的糖類及其結構低聚糖：環糊精環糊精是人工合成的低聚糖。食品中的糖類及其結低聚糖：α-環糊精食品中的糖類及其結構低聚糖：α-環糊精食品中的糖類及其結構食品中的糖類及其結構環糊精的一般性質特征α-環糊精β-環糊精γ-環糊精葡萄糖殘基數678相對分子質量97311351297內徑/nm0.45～0.60.7～0.80.85～1.0溶解度(20℃)/(g/L)14518.5232碘配合物顏色藍色黃色褐色食品中的糖類及其結構環糊精的一般性質特征α-環糊精β-環糊精食品中的糖類及其結構整體上環糊精是親水的；環的內側與外側相比具有較強的疏水性。食品中的糖類及其結構整體上環糊精是親水的；食品中的糖類及其結構多糖：多糖是大分子聚合物，DP值（聚合度）由10到幾千，但只有少數小于100。同聚糖（同多糖、均多糖）：由同一單糖構成的多糖；

雜聚糖（異多糖）：由多種不同的單糖構成的多糖。食品中的糖類及其結構多糖：食品中的糖類及其結構多糖沒有均勻一致的聚合度。多糖間、同一多糖的不同位點間具有多種次級鍵鍵合作用；多糖又能與水、離子和其它小分子相互作用；所以使多糖的結構具有很強的不確定性，并可形成多種構象。食品中的糖類及其結構多糖沒有均勻一致的聚合度。Cellulose(纖維素）Polymerofb-D-Glucose(1,4)linkage.Repeatingcellobiosemoiety.

OOHOHCH2OHOHOOOOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHnCellulose(纖維素）Polymerofb-D-G食品加工過程中糖類的變化課件StarchThereservecarbohydrateofplants.Occursasgranulesinthecell.Madeofamyloseandamylopectin.Amylose---Polymerofa-D-Glucose(1->4)linkage-straight-chain.StarchThereservecarbohydrate食品加工過程中糖類的變化課件AmyloseandAmylopectinAmyloseandAmylopectin食品加工過程中糖類的變化課件食品中的糖類及其結構構成多糖的單糖分子，相互間可連接成線性結構（纖維素、直鏈淀粉）或帶支鏈的結構（支鏈淀粉、糖原）。支鏈多糖的分支位置和支鏈長度因種類不同存在很大差別。單糖殘基序列可以是周期性的；序列也可能包含被非周期性鏈段分隔的較短或較長的周期性排列殘基鏈段；也有一些多糖鏈的糖基序列全是非周期性的。食品中的糖類及其結構構成多糖的單糖分子，相互間可連接成線性結食品中的糖類及其結構多糖鏈的構象是由單糖單位的構象、糖苷鍵的位置和類型來確定的。一般有以下幾種典型構象：螺旋構象：直鏈淀粉伸展或拉伸螺條形構象：纖維素折疊螺條形構象：果膠、海藻酸鹽食品中的糖類及其結構多糖鏈的構象是由單糖單位的構象、糖苷鍵的食品中的糖類及其結構糖苷：單糖分子中的半縮醛羥基與醇或其他分子的羥基縮合而成的化合物。

糖苷中的糖部分稱為糖基；非糖部分稱為糖苷配基

或非糖體。形成糖苷的配基不只是醇基，如糖和硫醇（RSH）反應能夠得到硫糖苷，與胺（RNH2）反應生成氨基糖苷。

植物中形成糖苷有利于那些不易溶解的配基變成可溶于水的物質。在酸催化劑作用下生成糖苷的反應是可逆的。食品中的糖類及其結構糖苷：

生氰糖苷有害糖苷p267生氰糖苷有害糖苷p267S-糖苷S-糖苷皂苷皂苷糖類的化學反應水解反應：主要的水解反應有：糖苷的水解低聚糖的水解多糖的水解：淀粉、果膠水解在實際生產中的應用：酶法生產高果糖玉米糖漿糖類的化學反應水解反應：低聚糖的水解：低聚糖易被酸催化水解生成相應的單糖。但對堿較穩定。蔗糖的水解稱為轉化，生成等摩爾的葡萄糖和果糖混合物稱為轉化糖。蔗糖水解前后，旋光度會發生變化。旋光性：是指一種物質可以使偏振光的振動面發生旋轉的特性。比旋光度：在糖濃度為1g.mL-1、透光層為0.1m時使偏振光旋轉的角度。以符號[α]Dt表示。低聚糖的水解：一些單糖、低聚糖在20～25℃時的比旋光度種類[α]Dt異構體[α]Dt種類[α]Dt異構體[α]Dtα-β-α-β-D-葡萄糖+52.2+112+19.0D-木糖+18.8+93.6D-果糖-92-132D-鼠李糖+8.91+38.4D-半乳糖+80.2+150.7+52.5蔗糖+66.5水解后-19.8D-核糖-23.1+23.7麥芽糖+130+52.7D-甘露糖+14.2+29.3+17乳糖+52.3+66.3L-阿拉伯糖-105+55.4+190.6纖維二糖+34.6+52.7一些單糖、低聚糖在20～25℃時的比旋光度種類[α]Dt異構溫度：隨著溫度的增加，糖苷水解的速度也大大增加端基異構體的構型：β-D-糖苷鍵比α-D-糖苷鍵對水解更敏感糖基環的大小：吡喃環式糖比呋喃環式糖更耐水解糖苷鍵所處的位點：不同位點的糖苷鍵耐水解的順序為（1→6）＞（1→4）＞（1→3）＞（1→2）多糖的構象：多糖的結晶區比無定形區或展開區更耐水解溫度：隨著溫度的增加，糖苷水解的速度也大大增加多糖的酶促水解待處理對象所用酶得到產物應用意義淀粉淀粉酶（來自大麥芽或微生物）葡萄糖、麥芽糖、糊精生產糖漿和改善食品感官性質纖維素纖維素酶（包括內切酶、外切酶及葡萄糖苷酶）短的纖維素鏈、纖維二糖及葡萄糖生產膳食纖維、葡萄糖漿及提高果汁榨汁率和澄清度半纖維素半纖維素酶（L-阿拉伯聚糖酶、D-半乳糖聚糖酶、D-甘露糖聚糖酶、D-木聚糖酶）半乳糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖及其它單糖提高食品質量果膠果膠酶（有內源及商品之分）主要為半乳糖醛酸，有少量半乳糖、阿拉伯糖等植物質地軟化及水果榨汁和澄清多糖的酶促水解待處理對象所用酶得到產物應用意義淀粉淀粉酶（來端基異構化反應

HOCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHHOOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOCCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHOHCOCH2OHOHCHHOHHCOHCHOHHCOHOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOC-D-Glucofuranose

(0.5%)aa-D-Glucopyranose

(35%)-D-Glucofuranose

(0.5%)bb-D-Glucopyranose

(65%)Aldehydo-D-glucose(0.03%)

糖類的化學反應端基異構化反應HOCOCH2OHCHHOHHCOH

一種糖，當它在水溶液中達到平衡時，各種異構體的數量取決于它們的相對穩定程度；酸或堿可作為一種催化劑，使變旋速度大大加快。當酸或堿的濃度超過還原糖變旋作用所要求的濃度時，糖分子結構便發生烯醇化。一種糖，當它在水溶液中達到平衡時，各種異構化反應

糖類的化學反應異構化反應糖類的碳水化合物的化學反應氧化反應：醛糖或能產生醛糖的酮糖在中性或堿性條件下，有弱氧化劑存在時，就可被氧化生成醛糖酸（糖精酸p41；√p43氧化反應），通常將此類反應用于糖的定量測定。

D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成D-葡糖酸，利用此反應可測定食品和其他生物材料中D-葡萄糖的含量。碳水化合物的化學反應氧化反應：食品加工過程中糖類的變化課件

葡萄糖氧化歷程葡萄糖氧化歷程糖類的化學反應還原反應：單糖通過電解、硼氫化鈉或催化氫化可被還原成對應的糖醇，酮糖還原中由于形成了一個新的手性碳原子，所以得到兩種糖醇。

D-甘露糖醇D-山梨糖醇D-葡萄糖糖類的化學反應還原反應：D-甘露糖醇D-山梨糖醇D-葡萄糖

酯化：糖中羥基與有機酸和無機酸相互作用生成（蔗糖脂肪酸酯是一種很好的乳化劑）。

醚化：糖中羥基除了形成酯外，還能形成醚。如紅藻多糖C3與C6間形成內醚（3,6-脫水環）。糖類的化學反應酯化與醚化反應：酯化：糖中羥基與有機酸和無機酸相互作用生成（蔗糖脂肪酸非酶褐變反應酶促褐變：多酚氧化酶催化酚類和氧之間的反應，這種反應與糖類無關。非酶褐變：是食品中常見的重要褐變反應。非酶褐變分為：焦糖化反應（caramelization）Maillard（麥拉德、美拉德）反應非酶褐變反應酶促褐變：多酚氧化酶催化酚類和氧之間的反應，這種焦糖化反應（caramelization）糖類在沒有含氨基化合物存在時加熱到熔點以上，會變為黑褐色物質，這種作用稱為焦糖化作用。焦糖化反應（caramelization）糖類在沒有含氨基化焦糖化反應（caramelization）焦糖化反應以熱縮和熱解為主要特征；少量的酸或某些鹽類對這類反應有促進作用。

分子內脫水主要引起左旋葡萄糖的形成或者在糖環中形成雙鍵，或者可產生不飽和的環狀中間體，如呋喃環，從而引起熱解。

共軛雙鍵具有吸收光和產生顏色的特性，在不飽和環體系中，通常可發生縮合反應使之聚合，使食品產生色澤和風味。焦糖化反應（caramelization）焦糖化反應（caramelization）焦糖形成過程：加熱蔗糖加熱熔融起泡異蔗糖酐加熱加熱－H2O焦蔗糖酐蔗糖烯起泡、脫水焦糖素－H2O－H2O－H2O焦糖化反應（caramelization）焦糖形成過程：加熱焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水p42焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水p42單糖在弱酸下的反應糠醛焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水和熱解

脫水和熱解是糖類的重要反應，酸和堿均能催化這類反應的進行；其中許多屬于β-消去反應類型。這類反應在高溫下容易發生。焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水

3-脫氧-D-葡萄糖醛酮的形成3-脫氧-D-葡萄糖醛酮的形成焦糖化反應（caramelization）糖分子的熱解p40焦糖化反應（caramelization）糖分子的熱解p4

3-脫氧-D-葡萄糖醛酮-3,4-烯的形成3-脫氧-D-葡萄糖醛酮-3,4-烯的形成羥甲基呋喃醛的形成羥甲基呋喃醛的形成焦糖化反應糖類分子糖內的脫水和熱解

糖脫水生成的主要產物是2-呋喃醛，己糖生成5-羥甲基-2-呋喃醛（HMF）和其它產物。

這些初級脫水產物的碳鏈裂解可產生其他化學物質，這些降解產物有的具有強烈的氣味，可產生需宜和非需宜的風味。焦糖化反應糖類分子糖內的脫水和熱解焦糖化反應糖的熱解反應能產生具有獨特味道和香氣的不飽和環狀化合物。

麥芽酚和異麥芽酚使焙烤的面包產生香味。

2-氫-4-羥基-5-甲基呋喃-3-酮有像烤肉的焦香味，可作為各種風味和甜味的增強劑。焦糖化反應糖的熱解反應能產生具有獨特味道和香氣的不飽和環狀化商業上生產的焦糖色素有三種：*耐酸焦糖色素：用亞硫酸氫銨作催化劑制備出的焦糖色素（pH為2～4.5）；主要用于可樂及其它酸性飲料中。

*蔗糖溶液和銨離子溶液一起加熱制成焙烤食品著色劑，其水溶液的pH為4.2～4.8。

*蔗糖直接熱解形成略帶負電荷膠體粒子的焦糖色素，溶液pH為3～4，用于啤酒和其它酒精飲料。加銨鹽制成的焦糖色素中含有4－甲基咪唑。商業上生產的焦糖色素有三種：Maillard反應Maillard反應：

食品在加熱和貯存過程中發生的褐變是由于還原糖（主要是D-葡萄糖）同游離氨基酸或蛋白質鏈上氨基酸殘基的游離氨基發生化學反應引起的，這種反應稱為Maillard（美拉德、麥拉德）反應。Maillard反應Maillard反應：Maillard反應Maillard反應所需的反應物至少應包括：

含氨基的化合物（一般是氨基酸或蛋白質）、還原糖和少量水。Maillard反應過程中:

*生成可溶和不溶的高聚物等；*褐變初期，紫外線吸收增強，伴隨著熒光物質產生；*隨著反應的進行，由于有還原酮的生成，因而體系的還原能力上升，滴定酸度也增高（封閉游離的氨基）；*形成的黃色或棕色色素在波長420nm或490nm處有吸收。Maillard反應Maillard反應所需的反應物至少應包Maillard反應Maillard反應的初期階段：還原糖與胺反應→N-葡萄糖基胺（N-果糖基胺）；

再經Amadori重排（Heyense重排）→1-氨基-1-脫氧-2-酮糖（氨基醛糖）；以無紫外吸收的無色溶液為特征，但溶液的還原能力逐漸增強。Maillard反應Maillard反應的初期階段：席夫堿席夫堿葡基胺的Amadori重排葡基胺的Amadori重排Maillard反應中間階段：1-氨基-1-脫氧-2-酮糖在不同pH條件下發生降解。隨著反應不斷地進行，溶液變成黃色，在近紫外區吸收明顯增強；同時還有少量的糖脫水變成HMF（羥甲基糠醛），以及發生鍵斷裂形成α-二羰基化合物并開始生成色素。Maillard反應中間階段：

Amadori化合物形成類黑精色素的途徑Amadori化合物形成類黑精色素的途徑Strecker降解途徑：包括α-二羰基化合物和α-氨基酸之間的相互作用；是食品中氨基酸受到破壞的重要途徑之一。

Strecker反應產生的揮發性產物，如：醛、吡嗪和糖的裂解產物，可以使食品具有香氣和風味。Strecker降解途徑：L-纈氨酸與2,3-丁二酮的Stercker降解反應L-纈氨酸與2,3-丁二酮的Stercker降解反應Maillard反應褐變的終了階段：由于發生了復雜的醇醛縮合和聚合反應，食品或溶液開始變為紅棕色或深褐色;并有明顯的焦糖香味和不溶解的膠體狀類黑精物質出現，以及少量二氧化碳產生。Maillard反應褐變的終了階段：美拉德反應的三個階段美拉德反應的三個階段Maillard反應在食品加工中的應用Maillard反應在食品加工中的應用Maillard反應對食品品質的影響有利方面：

褐變產生的顏色及強烈的香氣和風味賦予食品特殊的感官品質的風味。（新關注：褐變產物的抗氧化作用）不利方面:*營養素的損失，特別是必需氨基酸（如：賴氨酸）損失嚴重；*產生某些有害物質（如：丙烯酰胺）。Maillard反應對食品品質的影響有利方面：影響Maillard反應的因素糖的種類及含量：褐變反應的難易程度：D-木糖＞D-核糖＞L-阿拉伯糖＞己糖（D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、D-果糖）＞雙糖（麥芽糖、乳糖和蔗糖）；D-果糖（酮糖）反應活性比醛糖弱得多。氨基酸及其它含氮物種類：

堿性氨基酸易褐變；氨基在ε-位比α-位易褐變；蛋白質褐變速度低于游離氨基酸。影響Maillard反應的因素糖的種類及含量：影響Maillard反應的因素溫度：溫度升高10℃，褐變速度增加3～5倍；30℃以上褐變較快；

丙烯酰胺在170℃左右生成量達最高。pH：

pH值2.0～3.5時，褐變反應程度與pH值呈反比；

pH值在4～9范圍內，隨著pH增大褐變轉化速率加快；中等水分含量，當pH為7.8～9.2時褐變速率最快。

影響Maillard反應的因素溫度：影響Maillard反應的因素水分含量：食品在中等水分含量時褐變轉化速率最快。金屬離子：銅或鐵等金屬離子能促進褐變反應，且Fe3+比Fe2+的作用更強。影響Maillard反應的因素水分含量：金屬離子：利用Maillard反應：

在面包、糕點、咖啡、紅茶、醬油等生產中，利用反應產生各種不同的風味物質。

*原料控制：

核糖+半胱氨酸

核糖+谷胱甘肽

烤豬肉香味

烤牛肉香味

*溫度控制：葡萄糖+纈氨酸

木糖+酵母水解蛋白

100～150℃烤面包香

90℃餅干香味

180℃巧克力香

160℃醬肉香味

*采用不同加工方法：

土豆

大麥水煮125種香氣

75種香氣烘烤250種香氣

150種香氣Maillard反應在食品加工中的應用利用Maillard反應：Maillard反應在食品加工中Maillard反應在食品加工中的應用抑制Maillard反應的方法：*除去食品中參與褐變的底物，這類褐變底物通常是糖類（采用發酵法或生物化學法除去）；*降低食品pH值和溫度；*水活性降低至0.2以下或增大液體食品的稀釋度；*用SO2和亞硫酸鹽抑制褐變；*鈣可與氨基酸結合，因此，鈣鹽可協同SO2防止褐變作用。Maillard反應在食品加工中的應用抑制Maillard反Maillard反應在食品加工中的應用

SO2和亞硫酸鹽在褐變的最后階段使用會無效。Maillard反應在食品加工中的應用SO2糖類1（碳水化合物）1食品加工糖類變化糖類1（碳水化合物）1食品加工生產量最大的有機物

一年中，通過植物的葉綠素，利用太陽能將二氧化碳和水合成碳水化合物的量估計可以達到2000億噸生產量最大的有機物一年中，通過植物的葉綠素，是自然界分布最廣泛，數量最多的有機化合物。根據其化學結構特征，它的定義是：多羥基醛或酮及其衍生物和縮合物。碳水化合物主要來自植物的光合作用，這種作用是太陽能向化學能轉化的主要方式；葡萄糖是光合作用中產生出的最基本物質。碳水化合物是生物維持生命活動所需能量的主要來源，是合成其它化合物的基本原料，同時也是生物體的主要結構成分。是自然界分布最廣泛，數量最多的有機化合物。本章主要內容糖類的分類食品中的糖類及其結構食品加工過程中糖類的變化（糖類的化學反應）食品中糖類的功能特性本章主要內容糖類的分類糖類的分類單糖：是一類結構最簡單的碳水化合物，是不能再被水解的糖單位。低聚糖（寡糖）：一般是由2~10個單糖分子縮合而成，水解后產生單糖。多糖：由多個單糖分子縮合而成，其聚合度很大；按其功能不同，可分為：結構多糖、儲存多糖、功能多糖等糖苷：可水解為糖分子和配糖體（通常指醇類、酚類、甾醇類等）的物質糖類的分類單糖：是一類結構最簡單的碳水化合物，是不能再被水解食品中的糖類及其結構單糖：單糖的相對分子質量較小，一般含有5或6個碳原子，單糖是D－甘油醛的衍生物。單糖分子中含有手征性碳原子，它連接4個不同的原子或基團，在空間形成兩種不同的差向異構體，立體構型呈鏡面對稱。食品中的糖類及其結構單糖：D-甘油醛產生的8種D-己糖的示意圖D-甘油醛產生的8種D-己糖的示意圖食品中的糖類及其結構常見的單糖：葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖（6-脫氧-L-甘露糖）、木糖等；其中葡萄糖、果糖、半乳糖是可以被人體吸收利用的。鼠李糖食品中的糖類及其結構常見的單糖：鼠李糖

單糖可以形成縮醛或縮酮，糖分子的羰基可以與糖分子本身的一個醇基反應，形成半縮醛或半縮酮。分子內的半縮醛或半縮酮形成五元呋喃糖環或更穩定的六元吡喃糖環。單糖可以形成縮醛或縮酮，糖分子的羰基可D-葡萄糖的環形和異頭結構

COCH2OHOHCHHOHHCOHOHCHHOHCOHOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOCCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHorD-葡萄糖的環形和異頭結構COCH2OHOHCHHOHHCa-andb-Glucosea-andb-GlucoseD-Fructoseβ-D-Fructoseα-D-Fructose果糖的環形和異頭結構

CH2OHOCH2OHCHOHCOHCHHCOHOCH2OHCHOHCOHCHHCCH2OHCH2OHCHHOHCOHCHHOCOHCH2OHOorD-Fructoseβ食品中的糖類及其結構低聚糖：自然界中的低聚糖的聚合度一般不超過6個糖單位，其中主要是雙糖和三糖。

均勻低聚糖：由同一單糖構成的低聚糖；非均勻低聚糖（雜低聚糖）：由不同的單糖構成的低聚糖。低聚糖的羰基單位幾乎全部都是己糖，除果糖為呋喃環結構外，葡萄糖、甘露糖和半乳糖等均是吡喃環結構。食品中的糖類及其結構低聚糖：甜菜甘蔗常見的雙糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖食品中的糖類及其結構甜菜甘蔗常見的雙糖：食品中的糖類紅糖白砂糖

綿白糖棕色糖紅糖白砂糖綿白糖棕色糖麥芽糖麥芽糖LinkageofMonosaccharidesLinkageofMonosaccharidesMaltose（麥芽糖）4-0-α-D-Glucopyranosyl-α-D-Glucopyranose

OOHOHHOCH2OHOOHOHCH2OHOOHMaltose（麥芽糖）4-0-α-D-GlucopyraSucrose（蔗糖）2-0-α-D-Glucopyranosylβ-D-Fructofuranoside

OOHOHHOCH2OHCH2OHOCH2OHOHOOHH123456Invertsugaristhehydrolyzedsucroseintoglucoseandfructose.Sucrose（蔗糖）2-0-α-D-GlucopyranLactose（乳糖）4-0-β-D-Galactopyranosyl-α-D-Glucopyranose4-0-β-D-Galactopyranosyl-β-D-Glucopyranose

OOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHLactose（乳糖）4-0-β-D-Galactopyr食品中的糖類及其結構水果中的游離糖含量（g/100g）水果D-葡萄糖D-果糖蔗糖蘋果1.176.043.78葡萄6.867.842.25桃子0.911.186.92梨0.956.771.61櫻桃6.497.380.22草莓2.092.401.03食品中的糖類及其結構水果中的游離糖含量（g/100g）水果D食品中的糖類及其結構低聚糖：食品中含有的其他低聚糖很少，主要分布于豆科植物種子和一些塊莖植物中，其中：棉籽糖、水蘇糖、松三糖較為常見，尤其在大豆中的含量較高。食品中的糖類及其結構低聚糖：Raffinose（棉籽糖）6-0-α-D-Galactopyranosyl-2-0-α-D-Glucopyranosyl-β-D-FructofuranosideRaffinose（棉籽糖）6-0-α-D-GalactopStachyose(水蘇糖）6-0-α-D-Galactopyranosyl-6-0-α-D-Galactopyranosyl-2-0-α-D-Glucopyranosyl-β-D-Fructofuranoside“FlatulenceFactor”Stachyose(水蘇糖）6-0-α-D-Galactop低聚糖：環糊精環糊精是人工合成的低聚糖。環糊精由D-葡萄糖殘基以α-1,4糖苷鍵連接而成的環狀低聚糖。構成環糊精的單糖殘基有6、7、8個，分別稱為α-環糊精、β-環糊精和γ-環糊精。不同環糊精在化學性質上也有較明顯的差別。食品中的糖類及其結構低聚糖：環糊精環糊精是人工合成的低聚糖。食品中的糖類及其結低聚糖：α-環糊精食品中的糖類及其結構低聚糖：α-環糊精食品中的糖類及其結構食品中的糖類及其結構環糊精的一般性質特征α-環糊精β-環糊精γ-環糊精葡萄糖殘基數678相對分子質量97311351297內徑/nm0.45～0.60.7～0.80.85～1.0溶解度(20℃)/(g/L)14518.5232碘配合物顏色藍色黃色褐色食品中的糖類及其結構環糊精的一般性質特征α-環糊精β-環糊精食品中的糖類及其結構整體上環糊精是親水的；環的內側與外側相比具有較強的疏水性。食品中的糖類及其結構整體上環糊精是親水的；食品中的糖類及其結構多糖：多糖是大分子聚合物，DP值（聚合度）由10到幾千，但只有少數小于100。同聚糖（同多糖、均多糖）：由同一單糖構成的多糖；

雜聚糖（異多糖）：由多種不同的單糖構成的多糖。食品中的糖類及其結構多糖：食品中的糖類及其結構多糖沒有均勻一致的聚合度。多糖間、同一多糖的不同位點間具有多種次級鍵鍵合作用；多糖又能與水、離子和其它小分子相互作用；所以使多糖的結構具有很強的不確定性，并可形成多種構象。食品中的糖類及其結構多糖沒有均勻一致的聚合度。Cellulose(纖維素）Polymerofb-D-Glucose(1,4)linkage.Repeatingcellobiosemoiety.

OOHOHCH2OHOHOOOOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHnCellulose(纖維素）Polymerofb-D-G食品加工過程中糖類的變化課件StarchThereservecarbohydrateofplants.Occursasgranulesinthecell.Madeofamyloseandamylopectin.Amylose---Polymerofa-D-Glucose(1->4)linkage-straight-chain.StarchThereservecarbohydrate食品加工過程中糖類的變化課件AmyloseandAmylopectinAmyloseandAmylopectin食品加工過程中糖類的變化課件食品中的糖類及其結構構成多糖的單糖分子，相互間可連接成線性結構（纖維素、直鏈淀粉）或帶支鏈的結構（支鏈淀粉、糖原）。支鏈多糖的分支位置和支鏈長度因種類不同存在很大差別。單糖殘基序列可以是周期性的；序列也可能包含被非周期性鏈段分隔的較短或較長的周期性排列殘基鏈段；也有一些多糖鏈的糖基序列全是非周期性的。食品中的糖類及其結構構成多糖的單糖分子，相互間可連接成線性結食品中的糖類及其結構多糖鏈的構象是由單糖單位的構象、糖苷鍵的位置和類型來確定的。一般有以下幾種典型構象：螺旋構象：直鏈淀粉伸展或拉伸螺條形構象：纖維素折疊螺條形構象：果膠、海藻酸鹽食品中的糖類及其結構多糖鏈的構象是由單糖單位的構象、糖苷鍵的食品中的糖類及其結構糖苷：單糖分子中的半縮醛羥基與醇或其他分子的羥基縮合而成的化合物。

糖苷中的糖部分稱為糖基；非糖部分稱為糖苷配基

或非糖體。形成糖苷的配基不只是醇基，如糖和硫醇（RSH）反應能夠得到硫糖苷，與胺（RNH2）反應生成氨基糖苷。

植物中形成糖苷有利于那些不易溶解的配基變成可溶于水的物質。在酸催化劑作用下生成糖苷的反應是可逆的。食品中的糖類及其結構糖苷：

生氰糖苷有害糖苷p267生氰糖苷有害糖苷p267S-糖苷S-糖苷皂苷皂苷糖類的化學反應水解反應：主要的水解反應有：糖苷的水解低聚糖的水解多糖的水解：淀粉、果膠水解在實際生產中的應用：酶法生產高果糖玉米糖漿糖類的化學反應水解反應：低聚糖的水解：低聚糖易被酸催化水解生成相應的單糖。但對堿較穩定。蔗糖的水解稱為轉化，生成等摩爾的葡萄糖和果糖混合物稱為轉化糖。蔗糖水解前后，旋光度會發生變化。旋光性：是指一種物質可以使偏振光的振動面發生旋轉的特性。比旋光度：在糖濃度為1g.mL-1、透光層為0.1m時使偏振光旋轉的角度。以符號[α]Dt表示。低聚糖的水解：一些單糖、低聚糖在20～25℃時的比旋光度種類[α]Dt異構體[α]Dt種類[α]Dt異構體[α]Dtα-β-α-β-D-葡萄糖+52.2+112+19.0D-木糖+18.8+93.6D-果糖-92-132D-鼠李糖+8.91+38.4D-半乳糖+80.2+150.7+52.5蔗糖+66.5水解后-19.8D-核糖-23.1+23.7麥芽糖+130+52.7D-甘露糖+14.2+29.3+17乳糖+52.3+66.3L-阿拉伯糖-105+55.4+190.6纖維二糖+34.6+52.7一些單糖、低聚糖在20～25℃時的比旋光度種類[α]Dt異構溫度：隨著溫度的增加，糖苷水解的速度也大大增加端基異構體的構型：β-D-糖苷鍵比α-D-糖苷鍵對水解更敏感糖基環的大小：吡喃環式糖比呋喃環式糖更耐水解糖苷鍵所處的位點：不同位點的糖苷鍵耐水解的順序為（1→6）＞（1→4）＞（1→3）＞（1→2）多糖的構象：多糖的結晶區比無定形區或展開區更耐水解溫度：隨著溫度的增加，糖苷水解的速度也大大增加多糖的酶促水解待處理對象所用酶得到產物應用意義淀粉淀粉酶（來自大麥芽或微生物）葡萄糖、麥芽糖、糊精生產糖漿和改善食品感官性質纖維素纖維素酶（包括內切酶、外切酶及葡萄糖苷酶）短的纖維素鏈、纖維二糖及葡萄糖生產膳食纖維、葡萄糖漿及提高果汁榨汁率和澄清度半纖維素半纖維素酶（L-阿拉伯聚糖酶、D-半乳糖聚糖酶、D-甘露糖聚糖酶、D-木聚糖酶）半乳糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖及其它單糖提高食品質量果膠果膠酶（有內源及商品之分）主要為半乳糖醛酸，有少量半乳糖、阿拉伯糖等植物質地軟化及水果榨汁和澄清多糖的酶促水解待處理對象所用酶得到產物應用意義淀粉淀粉酶（來端基異構化反應

HOCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHHOOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOCCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHOHCOCH2OHOHCHHOHHCOHCHOHHCOHOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOC-D-Glucofuranose

(0.5%)aa-D-Glucopyranose

(35%)-D-Glucofuranose

(0.5%)bb-D-Glucopyranose

(65%)Aldehydo-D-glucose(0.03%)

糖類的化學反應端基異構化反應HOCOCH2OHCHHOHHCOH

一種糖，當它在水溶液中達到平衡時，各種異構體的數量取決于它們的相對穩定程度；酸或堿可作為一種催化劑，使變旋速度大大加快。當酸或堿的濃度超過還原糖變旋作用所要求的濃度時，糖分子結構便發生烯醇化。一種糖，當它在水溶液中達到平衡時，各種異構化反應

糖類的化學反應異構化反應糖類的碳水化合物的化學反應氧化反應：醛糖或能產生醛糖的酮糖在中性或堿性條件下，有弱氧化劑存在時，就可被氧化生成醛糖酸（糖精酸p41；√p43氧化反應），通常將此類反應用于糖的定量測定。

D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成D-葡糖酸，利用此反應可測定食品和其他生物材料中D-葡萄糖的含量。碳水化合物的化學反應氧化反應：食品加工過程中糖類的變化課件

葡萄糖氧化歷程葡萄糖氧化歷程糖類的化學反應還原反應：單糖通過電解、硼氫化鈉或催化氫化可被還原成對應的糖醇，酮糖還原中由于形成了一個新的手性碳原子，所以得到兩種糖醇。

D-甘露糖醇D-山梨糖醇D-葡萄糖糖類的化學反應還原反應：D-甘露糖醇D-山梨糖醇D-葡萄糖

酯化：糖中羥基與有機酸和無機酸相互作用生成（蔗糖脂肪酸酯是一種很好的乳化劑）。

醚化：糖中羥基除了形成酯外，還能形成醚。如紅藻多糖C3與C6間形成內醚（3,6-脫水環）。糖類的化學反應酯化與醚化反應：酯化：糖中羥基與有機酸和無機酸相互作用生成（蔗糖脂肪酸非酶褐變反應酶促褐變：多酚氧化酶催化酚類和氧之間的反應，這種反應與糖類無關。非酶褐變：是食品中常見的重要褐變反應。非酶褐變分為：焦糖化反應（caramelization）Maillard（麥拉德、美拉德）反應非酶褐變反應酶促褐變：多酚氧化酶催化酚類和氧之間的反應，這種焦糖化反應（caramelization）糖類在沒有含氨基化合物存在時加熱到熔點以上，會變為黑褐色物質，這種作用稱為焦糖化作用。焦糖化反應（caramelization）糖類在沒有含氨基化焦糖化反應（caramelization）焦糖化反應以熱縮和熱解為主要特征；少量的酸或某些鹽類對這類反應有促進作用。

分子內脫水主要引起左旋葡萄糖的形成或者在糖環中形成雙鍵，或者可產生不飽和的環狀中間體，如呋喃環，從而引起熱解。

共軛雙鍵具有吸收光和產生顏色的特性，在不飽和環體系中，通常可發生縮合反應使之聚合，使食品產生色澤和風味。焦糖化反應（caramelization）焦糖化反應（caramelization）焦糖形成過程：加熱蔗糖加熱熔融起泡異蔗糖酐加熱加熱－H2O焦蔗糖酐蔗糖烯起泡、脫水焦糖素－H2O－H2O－H2O焦糖化反應（caramelization）焦糖形成過程：加熱焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水p42焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水p42單糖在弱酸下的反應糠醛焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水和熱解

脫水和熱解是糖類的重要反應，酸和堿均能催化這類反應的進行；其中許多屬于β-消去反應類型。這類反應在高溫下容易發生。焦糖化反應（caramelization）糖類分子糖內的脫水

3-脫氧-D-葡萄糖醛酮的形成3-脫氧-D-葡萄糖醛酮的形成焦糖化反應（caramelization）糖分子的熱解p40焦糖化反應（caramelization）糖分子的熱解p4

3-脫氧-D-葡萄糖醛酮-3,4-烯的形成3-脫氧-D-葡萄糖醛酮-3,4-烯的形成羥甲基呋喃醛的形成羥甲基呋喃醛的形成焦糖化反應糖類分子糖內的脫水和熱解

糖脫水生成的主要產物是2-呋喃醛，己糖生成5-羥甲基-2-呋喃醛（HMF）和其它產物。

這些初級脫水產物的碳鏈裂解可產生其他化學物質，這些降解產物有的具有強烈的氣味，可產生需宜和非需宜的風味。焦糖化反應糖類分子糖內的脫水和熱解焦糖化反應糖的熱解反應能產生具有獨特味道和香氣的不飽和環狀化合物。

麥芽酚和異麥芽酚使焙烤的面包產生香味。

2-氫-4-羥基-5-甲基呋喃-3-酮有像烤肉的焦香味，可作為各種風味和甜味的增強劑。焦糖化反應糖的熱解反應能產生具有獨特味道和香氣的不飽和環狀化商業上生產的焦糖色素有三種：*耐酸焦糖色素：用亞硫酸氫銨作催化劑制備出的焦糖色素（pH為2～4.5）；主要用于可樂及其它酸性飲料中。

*蔗糖溶液和銨離子溶液一起加熱制成焙烤食品著色劑，其水溶液的pH為4.2～4.8。

*蔗糖直接熱解形成略帶負電荷膠體粒子的焦糖色素，溶液pH為3～4，用于啤酒和其它酒精飲料。加銨鹽制成的焦糖色素中含有4－甲基咪唑。商業上生產的焦糖色素有三種：Maillard反應Maillard反應：

食品在加熱和貯存過程中發生的褐變是由于還原糖（主要是D-葡萄糖）同游離氨基酸或蛋白質鏈上氨基酸殘基的游離氨基發生化學反應引起的，這種反應稱為Maillard（美拉德、麥拉德）反應。Maillard反應Maillard反應：Maillard反應Maillard反應所需的反應物至少應包括：

含氨基的化合物（一般是氨基酸或蛋白質）、還原糖和少量水。Maillard反應過程中:

*生成可溶和不溶的高聚物等；*褐變初期，紫外線吸收增強，伴隨著熒光物質產生；*隨著反應的進行，由于有還原酮的生成，因而體系的還原能力上升，滴定酸度也增高（封閉游離的氨基）；*形成的黃色或棕色色素在波長420nm或490nm處有吸收。Maillard反應Maillard反應所需的反應物至少應包Maillard反應Maillard反應的初期階段：還原糖與胺反應→N-葡萄糖基胺（N-果糖基胺）；

再經Amadori重排（Heyense重排）→1-氨基-1-脫氧-2-酮糖（氨基醛糖）；以無紫外吸收的無色溶液為特征，但溶液的還原能力逐漸增強。Maillard反應Maillard反應的初期階段：席夫堿席夫堿