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1、食品生物化學食品生物化學單糖和寡糖單糖和寡糖單糖 凡不能被水解成更小分子的糖為單糖。單糖又可根據(jù)糖分子含碳原子數(shù)多少分為四碳糖、五碳糖、六碳糖等，在自然界分布廣、意義大的是五碳糖和六碳糖，分別稱為戊糖和己糖。核糖、脫氧核糖屬戊糖；葡萄糖、果糖和半乳糖為己糖。單糖的種類很多，其中以葡萄糖的數(shù)量最多，在自然界分布亦廣糖的結構及性質(zhì)雖各有異，但相同之處也不少。葡萄糖結構及性質(zhì)有代表性。現(xiàn)以葡萄糖為例來闡述單糖的分子結構。1.葡萄糖的分子結構 葡 萄 糖 分 子 式 為：(C H 2 O)6 即C6H12O6。研究表明：葡萄糖能和費林氏(Fehling)試劑或其他醛試劑反應，證明葡萄糖分子含有醛基。葡

2、萄糖能和乙酸酐結合，并產(chǎn)生具有五個乙?；难苌?，證明葡萄糖分子含有五個羥基。葡萄糖經(jīng)鈉汞齊作用，被還原成一種具有六個羥基的山梨醇；上述研究證明了葡萄糖的六個碳原子是連成一條直鏈的。由此可知葡萄糖的鏈狀結構式是：葡萄糖，甘露糖和半乳糖都含六個碳原子，五個OH和一個CHO，它們都有四個不對稱碳原子（C*），但他們分子中基團的排列有所不同，因而他們彼此也就有所不同。2.葡萄糖的構型 構型是指一個分子由于其中各原子特有的固定的空間排列，使該分子所具有的特定的立體化學形式。鏡象對映體 單糖的仲碳原子是不對稱的，具有旋光異構現(xiàn)象（）、（）,以及對映體D、L型。醛糖的構型判斷依據(jù)是D型、L型甘油醛，以糖分

3、子中倒數(shù)第二個碳原子上羥基在空間的左右來判別，羥基在左為L型，在右側為D型。D、L型醛糖可以定義為D、L型甘油醛通過增碳反應分子中增加（HC-OH）形成的糖。對映體如圖所示：旋光異構現(xiàn)象 當偏振光通過具有旋光性質(zhì)的某異構物溶液時，則偏振面會向右（順時針方向）或向左（反時針方向）旋轉。使偏振光振動面右旋的稱右旋光性物質(zhì)，而使偏振光振動面左旋的稱左旋光性物質(zhì)，分別用“+”，“-”表示。構型與旋光方向是兩種概念，D，L是指構型，“+”，“-”指旋光方向。D與“+”，L與“-”并無必然聯(lián)系。D-葡萄糖和D-果糖旋光方向分別為“+”和“-”，而L-葡萄糖與L-果糖旋光方向卻均為“-”。3.葡萄糖的環(huán)狀結

4、構 葡萄糖的某些物理、化學性質(zhì)不能用糖的鏈狀結構來解釋，如醛類能與NaHSO3起加成反應，而葡萄糖不能等。因此提出了葡萄糖的環(huán)狀結構，該結構具有半縮醛基。天然葡萄糖多以六元環(huán),即吡喃型葡萄糖的形式存在。如下圖:4.葡萄糖的構象 構象指一個分子中，不改變共價鍵結構，僅單鍵周圍的原子旋轉所產(chǎn)生的原子的空間排布。一種構象改變?yōu)榱硪环N構象時，不要求共價鍵的斷裂和重新形成。吡喃型己糖的空間構象折成椅式和船式兩種無張力環(huán)，主要以椅式構象存在，而船式構象僅占極小比例。三、單糖的物理性質(zhì)與化學性質(zhì) 1.物理性質(zhì)(1).旋光性一切糖類都有不對稱碳原子，都具有旋光性。旋光性是鑒別糖的一個重要指標，許多單糖在水溶液

5、中都有變旋現(xiàn)象。（2）.甜度各種糖的甜度不一，常以蔗糖的甜度為標準進行比較。(3).溶解度單糖分子中有多個羥基，增加了它的水溶性，尤其在熱水中溶解度更大。但不溶于乙醚、丙酮等有機溶劑。2.化學性質(zhì) 有多羥基醛單糖都具和多羥基酮結構，其中醇羥基具有成酯、成醚和成縮醛等反應，而羰基具有某些加成反應，又具有由于它們相互影響而產(chǎn)生的一些特殊反應。單糖的主要化學性質(zhì)如下：(1).酯化作用 單糖為多元醇，與酸作用生成酯。生物化學上較重要的糖酯是磷酸酯。它們代表了糖的代謝活性形式，糖代謝的中間產(chǎn)物。(2).堿的作用 單糖好象弱酸。在弱堿作用下，葡萄糖、果糖、甘露糖三者可以通過烯醇式相互轉化?；铙w內(nèi)，在酶的催

6、化下也能進行類似的轉化。單糖在強堿溶液中很不穩(wěn)定，分解成各種不同的物質(zhì)。(3).形成糖苷 單糖的半縮醛羥基很容易與醇及酚的羥基反應,失水而形成縮醛式衍生物,通稱糖苷。其中，非糖部分稱為配糖體，如甲基等。如果配糖體也是單糖，如此縮合形成雙糖。由于單糖有-與-型之分，形成的糖苷也有與型兩種形式。糖苷與糖的化學性質(zhì)完全不同。糖是半縮醛，很容易變?yōu)槿?，從而顯示醛的多種反應。糖苷需水解后才能分解為糖與配糖體，所以糖苷比糖穩(wěn)定。它不與苯肼發(fā)生反應，不易被氧化，也無變旋現(xiàn)象。（4）.糖的氧化作用 單糖含有游離羰基，因此具有還原性。某些弱氧化劑(如硫酸銅的堿性溶液)與單糖作用時，單糖的羰基被氧化，兩價銅離子被

7、還原成氧化亞銅。測定氧化亞銅的生成量即可測知溶液中的含糖量。除了羰基之外,單糖的分子中的羥基也能被氧化。所以因氧化條件的不同，單糖可被氧化成不同的產(chǎn)物。醛糖可以三種不同的方式進行氧化而生成與原來糖含有的碳原子數(shù)相同的酸：在弱氧化劑（如溴水）作用下形成相應的糖酸；在較強的氧化劑（如硝酸）作用下，除了醛基被氧化外，伯醇基也被氧化成羧基，生成1，6-葡萄糖二酸；有時只有伯醇基被氧化成羧酸，這樣就形成糖醛酸。以葡萄糖為例，反應如下：酮糖對溴的氧化作用無影響，因此，可將酮糖與醛糖分開。-(5).還原作用 糖有游離的羰基，所以易被還原成多羥基醇。在鈉汞齊及硼氫化鈉類還原劑作用下，醛糖還原成糖醇，如D葡萄糖

8、被還原成D山梨醇。四、重要的單糖 單糖根據(jù)碳原子數(shù)多少，分別稱為丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。1.丙糖含三個碳原子的糖稱丙糖。比較重要的丙糖有D甘油醛和二羥基丙酮。它們的磷酸酯是糖代謝的重要中間產(chǎn)物。2.丁糖含四個碳原子的糖稱丁糖。自然界常見的丁糖有D赤蘚糖及D赤蘚酮糖。它們的磷酸酯是糖代謝的重要中間產(chǎn)物。3.戊糖 自然界存在的戊醛糖主要有D核糖、D2脫氧核糖、D木糖和L阿拉伯糖，它們大多以多聚戊糖或以糖苷的形式存在。戊酮糖有D核酮糖和D木酮糖，均是糖代謝的中間產(chǎn)物。4己糖 重要的己醛糖有D葡萄糖、D半乳糖、D甘露糖，重要的己酮糖有D果糖、D山梨糖。D葡萄糖(右旋糖)廣泛分布于生物界，它是許多多糖

9、的組成成分。D半乳糖是乳糖，蜜二糖、棉子糖、瓊膠、粘質(zhì)和半纖維素的組成成分。D甘露糖是植物粘質(zhì)與半纖維素的組成成分。D果糖(左旋糖)廣泛分布于生物界。C2為一酮基，故為酮糖。果糖也可以形成半縮酮，所以它也呈環(huán)狀結構，也有變旋現(xiàn)象。酵母可使其發(fā)酵。果糖是糖類中最甜的糖。L山梨糖是抗壞血酸合成的重要中間產(chǎn)物。五.單糖在食品中的應用 1.塔格糖的應用 塔格糖在谷物食品中的應用,塔格糖可作為唯一的甜味料用于低熱量的即谷物食品中。例如，即食低熱量擠壓麩皮片。制備各種風味的掛糖霜的谷物食品。利用塔格糖粘度低、易結晶、不易吸濕等特性，可以延長所制得糖霜涂層的貨架期。例如，將塔格糖配成83OBx糖度溶液,加熱

10、至97溶解完全,在冷卻至70，噴涂于谷物表面，然后80烘干15分鐘，在谷物表面形成一層白 色均勻的塔格糖晶體霜涂層，以增加產(chǎn)品甜度，美化產(chǎn)品外觀等。在保健食品中的應用 塔格糖作為新型的低熱量甜味劑，具有蔗糖的風味，食用后不會引起血糖迅速升高，可以 取代山梨醇作為糖尿病人的專用甜味劑，廣泛應用于低糖保健食品以及減肥食品中 2.葡萄糖在食品中的應用 烘烤食品，葡萄糖由于具有還原性和抗氧化性，可用于烘烤食品增色和提高貨架期，如制面包、餅干、薄脆餅；糕點食品 凡能水解成少數(shù)(2-6個)單糖分子的稱為寡糖。寡糖是由比較少數(shù)分子的單糖(2-6個)縮合形成。以雙糖存在最為廣泛，其中以蔗糖、麥芽糖和乳糖是其重

11、要代表。單糖和寡糖能溶于水，多有甜味。寡糖有還原性寡糖和非還原性寡糖。還原性寡糖是由一分子單糖的苷羥基與另一分子的醇羥基失水形成1-4或1-6糖苷鍵而成。由于還具有一個苷羥基，它可以水解成羰基，因而具有羰基的還原性。寡糖寡糖 非還原性寡糖是由一分子的單糖的苷羥基與另一分子的單糖的苷羥基失水形成1-2糖苷鍵而成。由于分子中無苷羥基而不具有還原性。寡糖中最重要的是雙糖。雙糖中常見的是蔗糖、乳糖和麥芽糖和纖維二糖。一、雙糖 1.麥芽糖 麥芽糖大量存在于發(fā)芽的谷粒，特別是麥芽中。其苷糖鍵型為（14）糖苷鍵。麥芽糖分子內(nèi)有一個游離的苷羥基，能使Fehling試劑還原，所以具有還原性。它在水溶液中有變旋現(xiàn)

12、象。如兩分子-D-葡萄糖按（16）糖苷鍵型縮合、失水，則生成異麥芽糖,它存在于分支淀粉和糖原中。2.蔗糖 日常食用的糖主要是蔗糖。甘蔗、甜菜、胡蘿卜和有甜味的果實(如香蕉、菠蘿等)里面都富含有蔗糖。甘蔗含蔗糖約20%。蔗糖是由-D-葡萄糖和-D-果糖各一分子按、(12)鍵型縮合、失水形成的。它是植物機體糖的運輸形式。它沒有苷羥基，因而無還原性。蔗糖是右旋的，但經(jīng)水解后水解液具有左旋性。3.乳糖 是哺乳動物乳汁中主要的糖。牛乳含乳糖4%，人乳含乳糖57%，這是乳嬰食物中唯一的糖。它是由-D-葡萄糖和-D-半乳糖各一分子以(1-4)鍵縮合、失水形成的半乳糖苷。乳糖不易溶解，味不甚甜。由于有具有苷羥

13、基，因而具有還原性，且能成脎。乳糖是右旋，其旋光率與葡萄糖的相近。4.纖維二糖它是纖維素的基本結構單位。水解纖維素可得到纖維二糖。它由兩個分子葡萄糖以(1-4)糖苷鍵相連而成。這與麥芽糖不同，麥芽糖是（1 4）葡萄糖苷。纖維二糖也具有苷羥基，因而也具有還原性。寡糖的應用 低聚異麥芽糖在乳制品中的應用 嬰兒奶粉：嬰兒在斷食母乳以后，出現(xiàn)腹瀉、便秘、消化不良等現(xiàn)象，皆因腸內(nèi)雙歧桿菌數(shù)量減少所致，這期間為使嬰兒恢復健康，應補充雙歧因子，及時調(diào)整微生態(tài)。在嬰兒配方奶粉中添加低聚異麥芽糖代替蔗糖，經(jīng)噴霧干燥生產(chǎn)斷乳奶粉。面包、糕點行業(yè)應用低聚異麥芽糖，利用它的保濕性、低甜度和非發(fā)酵糖的功能。能使糕點松軟酥脆，面包彈性足，香甜可口，不易老化，延長保質(zhì)期，提高質(zhì)量檔次，豆沙、蓮蓉加工中用它代替蔗糖可防止返砂、結塊、不易變質(zhì)、降低了甜度，長期應用這些食品有益身體健康。