3.2食品中的单糖类化合物
3.2.1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：
H H HO
H
OH OH
H
OH
D-核糖
D-脱氧核糖
CH3 COOH CH2OH COOH D- 鼠李糖 D- 半乳糖醛酸 D- 葡萄糖醛酸 D- 山梨糖醇
多糖的分类
根据多糖的组成分类 均多糖：指只有一种单糖组成的多糖，如淀粉，纤维素等 杂多糖：指由两种或两种以上的单糖组成的多糖，如香菇多糖等。 根据是否含有非糖基团 纯粹多糖：不含有非糖基团的多糖，也就是一般意义上的多糖； 复合多糖：含有非糖基团的多糖，如糖蛋白、糖脂等 根据多糖的生物学功能来分类 结构多糖：组成生物体的多糖。纤维素、糖蛋白、糖脂等 ； 贮存多糖：淀粉、糖原、葡聚糖； 功能多糖：在生物体中起信号传导、生物信息识别等功能的多糖，糖工 程、多糖代谢； 抗原多糖：指具有抗原性的多糖类。在多数情况下，多糖类属不完全抗 原；但在免疫及试管内反应方面有作为完全抗原而起作用的事实。
α -D-葡萄糖 α -D-甘露糖 β -D-呋喃果糖 0.70 0.59 1.50 α -D-半乳糖 α -D-木糖 0.27 0.50
不同的单糖其甜度不同，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α -构型甜度较大，而果糖的β -构型甜度较大。
3.2.2 单糖的食品化学反应
单糖一般的化学性 质在有机化学及生物 化学中已经进行了详 细的介绍，这里只讨 论单糖在食品或食品 原料中可能发生的化 学反应。
3.2.2.1 Maillard（美拉德)反应
Maillard（Maillard, L. C.；法国化学家）反应指含羰基 化合物（如糖类等）与含氨基化合物（如氨基酸等） 通过缩合、聚合而生成类黑色素的反应。由于此类反 应得到的是棕色的产物且不需酶催化，所以也将其称 为非酶褐变。
第三章 糖类化合物
主要内容
3.1 3.2 3.3 3.4 概述 食品中的单糖类化合物 食品中的低聚糖类化合物 食品中的多糖类化合物
3.1 概述
3.1.1糖类化合物的定义与来源 糖类化合物可以定义为多羟基的醛类、酮类化 合物或其聚合物及其各类衍生物的总称，是自 然界中最丰富的天然有机化合物，是生物体所 需能量的主要来源。习惯上也称其为碳水化合 物，这是因为此类化合物的一般通式可以表示 为Cn(H20)m。 糖类化合物是绿色植物经过光合作用形成的产 物，一般占植物体干重的80%左右。
几乎所以的食品或食品原料内均含有羰基类物质和氨 基类物质，因此均可能发生Maillard反应。对这类反 应的讨论是食品化学的一个重点内容。
(1)反应的总体过程
Maillard反应是一个非常复杂的过程，需经历亲核加成、 分子内重排、脱水、环化等步骤。其中又可分为初期、中 期和末期三个阶段: 初期反应：包括羰氨缩合和分子重排； 中期反应：分子重排产物的进一步降解，生成羟甲基糠 醛等； 末期反应：中期反应产物进一步缩合、聚合，形成复杂 的高分子色素。 初期阶段的羰氨缩合反应的控制对控制整个美拉德反应 意义巨大。
光合作用
绿色植物在太阳光照射下能进行光合作用，将二氧化 碳和水转化成葡萄糖和氧气。
该反应的化学方程式为：
6CO2+6H2O 光照 C6H12O6+6O2；
3.1.2 糖类化合物的分类
根据其水解程度分类 单糖：指凡不能被水解为更小单位的糖类 物质，如葡萄糖、果糖等； 低聚糖：聚合度小于或等于10的糖类物质， 如蔗糖、乳糖、麦芽糖等； 多糖：聚合度大于10的糖类物质，如淀粉、 纤维素、半纤维素、果胶等。
如果体系中存在有可以转化Schiffs碱或使葡糖胺不能形成的物质，则 可抑制Maillard反应的发生。如亚硫酸盐的存在：
H CHO RNH2 C N R H C O CH2OH Schiffs碱 H N R
- H2O
CH2OH 葡萄糖 NaHSO3 H C OH SO3Na H C NHR SO3Na
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
a 粘度：葡萄糖、果糖<蔗糖<淀粉糖浆，除葡萄糖外， 粘度都随温度的升高而降低； b冰点降低:单糖的水溶液具有冰点降低的特点。糖溶液 冰点降低的程度取决于其浓度和糖的相对分子质量大 小，溶液浓度越高，相对分子质量越小，冰点降低越 多； C渗透性：相同浓度下（质量百分比浓度），溶质分子的 分子质量越小，溶液的摩尔浓度就越大，溶液的渗透 压越大，食品的保存性就越高； d抗氧化性：食品的抗氧化性实际上是由于糖溶液中氧气 的溶解度降低引起的。
Maillard反应总体过程图
(2)反应机理
到目前为止， Maillard反应中还有许多 反应的细节问题没有搞 清楚，就现有的研究成 果简单分述如下。
亲核加成

不饱和烃与HCN、ROH、NH 等试剂的加 成反应，这类试剂的活性中心是带负电 荷部分或电子云密度较大的部位，因此 进攻试剂具有亲核性，称亲核试剂。由 亲核试剂引起的加成反应称亲核加成 （nucleophilic addition）反应。
- H2O
CH2OH 葡萄糖
CH2OH 葡糖胺
其中的两步均为亲核加成类型的反应。第一步为氨基N对醛基亲核 加成，经脱水形成Schiffs碱；第二步为5-OH对C=N双键亲核加成形成环 状的葡糖胺产物。Schiffs碱的稳定性较小，因此第二步反应倾向于形成 葡糖胺。酸性条件不利于反应的进行（降低氨基亲核性），碱性可促进 此反应的发生。
OH CH2OH
D- 葡萄糖
CHO CHO
甘露糖
HO H
H H
D- 半乳糖
CHO
D- 果糖
CHO H HO HO H OH H H OH
D- 阿拉伯糖
CHO H HO H H OH H OH OH
D- 木糖
H
OH
OH OH
CH2 OH
H H
H
OH OH
OH CH2OH
H H
H
H OH
OH CH2OH
H H C
H
N
R
H C
H
H N R H+ C C CH
N OH
R
H C
O C CH2
H C
O
O
- H2O
CH2OH 酮式果糖胺 CH2OH 烯醇式果糖基胺
+ H2O - RNH2
O
- H2O
C CH CH
亲核取代

卤代烷中卤原子的电负性很强，使 CX 键的电子对偏向卤原子，碳原子上带 有部分正电荷，容易受负电子的亲核试 剂进攻，卤原子带一对电子以负离子的 形式离开，由于此类反应是亲核试剂来 进攻带正电荷或部分正电荷的卤代烃中 的碳原子，因此称为亲核取代反应 （Nucleophilic Substitution reaction）, 通常用 SN 来表示。
CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH HO HO H H
CHO H H OH OH CH2 OH H HO HO H
CHO OH H H OH CH2OH HO H H
CH2OH O
H OH OH CH2OH HO
CHO H
CHO
H
H
H OH HO
H
OH H
OH CH2 OH

3.1.3糖类化合物在食品体系中的功能
1 从食品工艺学的角度： a 赋予食品香甜味：面包、饼干 中的糖类物质； b 增加食品体系的粘稠性：饮料； c 改善和维持食品体系的质地稳 定性：果冻、果汁； d 改善食品体系的香味和色泽： 糖醋排骨。
2从食品生化的角度
a 作为人类活动的能源物质；
b 构成机体或食品体系； C 转化形成生命必需物质，如蛋白质 和脂类。
3 溶解度
单糖类化合物在水中都有比较大的溶解度，但不溶于乙醚、 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。果酱和蜜饯类食品 就是利用糖作为保藏剂的。

重排过程为：
CH2OH NH O CH2OH 果糖胺 CH2OH 2-氨基-2-脱氧葡糖 R CHO NHR
Ⅱ、中期阶段
初期阶段中重排得到的酮式果糖胺在中期阶段反应的主要特 点是 。分解过程可能有不同的途径，已经研究清楚的有 以下三个途径：
分解
A、酸性条件下脱水转化成羟甲基糠醛
这种途径经历五步反应，其中有三步脱水、一步加水，总的 结果是脱去二分子的水，最后生成环状的产物。其过程可以表示 为：
果糖也能发生类似于A、B两个过程的反应，经A反应得 到的是果糖胺，而果糖胺发生Heyenes（海因斯）重排：
Heyenes反应又称果糖胺重排反应。是由一分子果 糖胺在盐酸和吡啶的混合溶液中得到2-氨基-2-脱氧葡 萄糖的过程。果糖胺在酸的作用下开环，2位生成烯胺， 5位变成羟基。分子重排，1.2为变成烯醇。再重排，1 为变成醛。