第十七章 糖类的 食品性质与功能

第一节 单糖与低聚糖的 食品性质与功能

一、物理性质与功能 （一）亲水性 定义：糖类的羟基通过氢键与水分子相互 作用，导致糖类及其许多聚合物的 溶剂化和（或）增溶作用。 1、结构与吸湿性

表1 糖在潮湿空气中吸收的水分 （%，20℃） 相对湿度与时间 60%，1h 60%，9天 100%，25天 D-葡萄糖 0.07 14.5 表1 糖在潮湿空气中吸收的水分 （%，20℃） 相对湿度与时间 60%，1h 60%，9天 100%，25天 D-葡萄糖 0.07 14.5 D-果糖 0.28 0.63 73.4 蔗糖 0.04 18.4 麦芽糖(无水) 0.08 7.0 麦芽糖(水化物) 5.05 5.0 — 乳糖(无水) 0.54 1.2 1.4 乳糖(水化) 5.1

由表1可推得糖的吸湿性大小为： 果糖>高转化糖>低转化和中度转化的淀粉糖>无水葡萄糖>蔗糖>葡萄糖>乳糖 注：结晶完好的糖不易潮解，因为糖的大多数氢键部位已经参与形成糖-糖-氢键。

2、纯度与吸湿性 不纯的糖或糖浆比纯糖的吸湿性强， 并且吸湿的速度也快：这是因为杂质的 作用是干扰定向的分子间力（主要是指 糖分子间形成的氢键），于是糖的羟基 能更有效地同周围的水形成氢键。

（二）甜味 蜂蜜和大多数果实的甜味主要取决于 蔗糖、D-果糖、葡萄糖的含量。 优质糖应具备甜味纯正，反应快，很快 达到最高甜度，甜度高低适当，甜味消 失迅速等特征。

表2 糖的相对甜度 （W/W，％） 糖 溶液相对甜度 结晶相对甜度 β-D果糖 100～175 180 蔗糖 100 α-D葡萄糖 40～79 74 β-D葡萄糖 — 82 α-D半乳糖 27 32 β-D半乳糖 21 α-D乳糖 16～38 16 β-D乳糖 48 β-D麦芽糖 46～52

（三）溶解度 各种糖都能溶于水，其溶解度随温度升高而增大。 表3 糖的溶解度 20℃ 30℃ 40℃ 糖 果 糖 蔗 糖 葡萄糖 浓度 表3 糖的溶解度 糖 果 糖 蔗 糖 葡萄糖 20℃ 浓度 （％） 溶解度 （g/100g水） 78.94 374.78 66.60 199.4 46.71 87.67 30℃ 浓度 （％） 溶解度 （g/100g水） 81.54 441.70 68.18 214.3 54.64 120.46 40℃ 浓度 （％） 溶解度 （g/100g水） 84.34 538.63 70.01 233.4 61.89 162.38

（四）结晶性 蔗糖易结晶，晶体很大；葡萄糖也易结晶， 但晶体细小；果糖和转化糖则较难于结晶。 糖果制造时，要应用糖结晶性质上的差别。 例如，生产硬糖果不能单独用蔗糖，而应添加 适量的淀粉糖浆（葡萄糖值42），这是因为： ①淀粉糖浆不含果糖，吸潮性较转化糖低，糖 果保存性较好。②淀粉糖浆含有糊精，能增加 糖果的韧性、强度和粘性，使糖果不易碎裂。

（五）粘度 葡萄糖和果糖的粘度较蔗糖低；淀粉糖浆的粘度较高，而且其粘度随转化程度的增高而降低。 葡萄糖的粘度随着温度升高而增大，而蔗糖的粘度则随着温度升高而减小。 在食品生产中，可借调节糖的粘度来提高食品的稠度和可口性。

（六）渗透压 糖液的渗透压对于抑制不同微生物的生长是有差别的。例如50％蔗糖溶液能抑制一般酵母的生长，但抑制细菌和霉菌的生长，则分别需要65％和80％的浓度。

（七）持味护色性 机理： 糖-水+风味物 糖-风味物+水 风味物通过二糖比通过单糖更能有效地 保留在食物中。 较大的低聚糖也是风味物的有效结合剂。

环糊精结构 -环糊精分子结构 环糊精分子的空间填充模型

环糊精的结构特点 中空圆柱形结构 高度对称性 -OH在外侧，C-H和环O在内侧 环的外侧亲水，中间空穴是疏水区域 作为微胶囊壁材，包埋脂溶性物质

环糊精的物理性质 α－环状糊精 β－环状糊精 γ－环状糊精 葡萄糖残基数 分子量 水中溶解度(g/mol. 25℃) 旋光度 [α] 6 7 8 分子量 972 1135 1297 水中溶解度(g/mol. 25℃) 14.5 8.5 23.2 旋光度 [α] +150.5 +162.5 +174.4 空穴内径Ｃ 4.5 7.8 空穴高A 6.7 7.0

环糊精的应用 医学： 食品行业： 农业： 例如用环状糊精包接前列腺素的试剂、注射剂。 可用做增稠剂，稳定剂，提高溶解度（作为乳化剂），掩盖异味等等。 农业： 应用在农药上

化妆品： 其它方面： 作乳化剂，可以提高化妆品的稳定性，减轻对 皮肤的刺激作用。 香精包埋在环状糊精制成的粉末，而混合到热 塑性塑料中，可制成各种加香塑料。 如tide（汰渍）洗衣粉留香，可经CD包接香精 后添加到洗衣粉中。

二、化学性质与功能 （一）水解反应 糖苷在酸或酶的作用下，可水解生成 单糖或低聚糖。 水解历程：

影响水解反应的因素： 结构： α-异头物水解速度>β-异头物 呋喃糖苷水解速度>吡喃糖苷 -D糖苷水解速度> -D糖苷 糖苷键的连接方式： -D: 16 < 12 < 14 < 13  -D:16 < 14 < 13 < 12

聚合度（DP）大小: 水解速度随着DP的增大而明显减小。 温度： 温度提高，水解速度急剧加快。 酸度： 单糖在pH3~7范围内稳定；糖苷在碱性介质中相当稳定，但在酸性介质中易降解。

（二） 脱水反应 在室温下，稀酸对单糖的稳定性并无 影响。当在酸的浓度大于12%的浓盐酸以及 热的作用下，单糖易脱水，生成糠醛及其衍生物。 酸、热条件下的反应： 在室温下，稀酸对单糖的稳定性并无 影响。当在酸的浓度大于12%的浓盐酸以及 热的作用下，单糖易脱水，生成糠醛及其衍生物。

（三）复合反应 低聚糖的反应称为复合反应。它水解反应 的逆反应。 单糖受酸和热的作用，缩合失水生成 例如：2 C6H12O6 C12H22O11 + H2O

（四）焦糖化反应 焦糖化反应产生色素的过程： 糖经强热处理可发生两种反应： 分子内脱水： 向分子内引入双键，然后裂解产生一些挥发性醛、酮，经缩合、聚合生成深色物质。 环内缩合或聚合： 裂解产生的挥发性的醛、酮经缩合或聚合产生深色物质。

三种商品化焦糖色素 蔗糖通常被用来制造焦糖色素和风味物： 耐酸焦糖色素 由亚硫酸氢铵催化产生 应用于可乐饮料、酸性饮料 生产量最大 焙烤食品用焦糖色素 糖与胺盐加热，产生红棕色 啤酒等含醇饮料用焦糖色素 蔗糖直接热解产生红棕色

焦糖化产品的风味 面包风味： 各种调味品和甜味剂的增强剂：

（五）互变异构反应 单糖，特别是还原糖，一般是以环式结构存在，但少量存在的开链形式是进行某些反应所必需的结构，如环大小的转变、变旋作用和烯醇化作用等，糖均以开链形式参入。

其次 为主

三、保健低聚糖类 定义：低聚糖是指2～10个单糖以糖苷 键连接的结合物。 （一）低聚糖的保健作用 定义：低聚糖是指2～10个单糖以糖苷 键连接的结合物。 （一）低聚糖的保健作用 低聚糖类不被人体胃肠水解酶类水解，可顺利到达大肠而成为人体肠道有益菌群的碳源，其保健作用主要是促进肠道有益菌群生长、增强免疫力和通便作用。

（二）常见的低聚糖 1、低聚果糖 定义：是在蔗糖分子上以β（1→2） 糖苷键结合1～3个果糖的寡糖。 分子式为G-F-Fn，n=1～3

1 2

低聚果糖的生理活性 增殖双歧杆菌 难水解，是一种低热量糖，可作为高 血压、糖尿病和肥胖症患者用甜味剂 水溶性膳食纤维 抑制腐败菌，维护肠道健康 防止龋齿

低聚果糖存在于天然植物中 香蕉、蜂蜜、大蒜、西红柿、洋葱 产酶微生物 米曲霉、黑曲霉 作为新型的食品甜味剂或功能性食品配料

是由2～7个木糖以糖苷键连接而成的低聚糖，以二糖和三糖为主。 木二糖含量↑，产品质量↑ 甜度为蔗糖的40% 2、低聚木糖 是由2～7个木糖以糖苷键连接而成的低聚糖，以二糖和三糖为主。 木二糖含量↑，产品质量↑ 甜度为蔗糖的40% 木二糖的分子结构

低聚木糖的特性 较高的耐热（100℃/1h）和耐酸性能（pH 2.5～8.0） 双歧杆菌所需用量最小的增殖因子 代谢不依赖胰岛素，适用糖尿病患者 抗龋齿，适合作为儿童食品的甜味添加剂。

3、甲壳低聚糖 降低肝脏和血清中的胆固醇 提高机体的免疫功能 抗肿瘤 增殖双歧杆菌 β-1,4 甲壳低聚糖的结构 水溶性 D-氨基葡聚糖

4、环状低聚糖 是由葡萄糖通过-1,4糖苷键连接而成的环糊精： N=6 N=7 N=8

第二节 多糖的食品性质与功能

一、多糖的结构与功能 （一）多糖的溶解性 多羟基和氧原子，易形成氢键 糖基可结合水，使多糖分子完全溶剂化 大多数多糖不结晶 凝胶或亲水胶体 不会显著降低冰点，提供冷冻稳定性 保护产品结构和质构，提供贮藏稳定性

（二）多糖的粘度 与分子的大小、形状、构象有关 主要具有增稠和胶凝功能 还可用于控制流体食品与饮料的流动性质、质构以及改变半固体食品的变形性等

（三）多糖的流变性质 假塑性流体 触变 温度升高，粘度下降 剪切变稀：剪切速率增高，粘度快速下降 粘度变化与时间无关 也是剪切变稀 粘度与时间有关 温度升高，粘度下降

（四）凝胶 三维网络结构 氢键、疏水相互作用、范德华引力、离子桥连、缠结或共价键 液相分散在网孔中

（五）直链多糖 带电的，粘度提高 不带电的，倾向于缔合、形成结晶 静电斥力，链伸展，链长增加，占有体积增大 如海藻酸钠、黄原胶及卡拉胶形成稳定的高粘 溶液 不带电的，倾向于缔合、形成结晶 碰撞时形成分子间键，分子间缔合，重力作用 下产生沉淀和部分结晶 如淀粉老化

二、淀粉 （一）淀粉的特性 淀粉在植物细胞中以颗粒状态存在。 形状: 圆形、椭圆形、多角形等； 大小: 0.001~0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最 大，谷物淀粉粒最小。 晶体结构: 用偏振光显微镜观察及X-射线研 究，能产生双折射及X衍射现象。

马铃薯淀粉的颗粒和偏光十字

直链淀粉 葡萄糖残基以-1,4糖苷键连结 少量 -1,6糖苷键，支链点隔开很远 分子内的氢键作用成右手螺旋状，每个 环含有6个葡萄糖残基 相对分子质量约为60 000左右 聚合度约在300~400之间 在水溶液中呈线性分子

支链淀粉 C链为主链，由 -1,4键连接 A、B链是支链，A链由  -1,6键 与B链连结，B链又经由  -1,6键 与C链连接 聚合度在6000以上，分子量可达 107~5108 。

（二）淀粉的物理性质 （三）化学性质 无还原性； 白色粉末，在热水中溶胀。纯支链淀粉能溶于冷水中，直链淀粉则不能，但直链淀粉能溶于热水。 遇碘呈蓝色，加热则蓝色消失，冷后 呈蓝色。 水解：酶解、酸解

（四）淀粉的糊化 糊化： 淀粉粒在适当温度下，在水中溶胀，分裂，形成均匀的糊状溶液的过程被称为糊化。其本质是微观结构从有序转变成无序。 糊化温度： 指双折射现象消失的温度。糊化温度不是一个点，而是一段温度范围。

β-淀粉：生淀粉分子排列紧密，成胶束结构 -淀粉：糊化淀粉 糊化程度～产品性质（贮藏性和消化性） 淀粉 开始糊化 完全糊化 （℃） 粳米 59 61 糯米 58 63 大麦 58 63 小麦 65 68 玉米 64 72 荞麦 69 71 马铃薯 59 67 甘薯 70 76 β-淀粉：生淀粉分子排列紧密，成胶束结构 -淀粉：糊化淀粉 糊化程度～产品性质（贮藏性和消化性）

粘度～温度

影响糊化的因素 结构: 直链淀粉小于支链淀粉。 Aw: Aw提高，糊化程度提高。。 糖: 高浓度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制。 盐: 高浓度的盐使淀粉糊化受到抑制；低浓度的盐存在，对糊化几乎无影响。但对马铃薯淀粉例外，因为它含有磷酸基团，低浓度的盐影响它的电荷效应。 脂类: 脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋环内，不易从螺旋环中浸出，并阻止水渗透入淀粉粒。

酸度： pH<4时，淀粉水解为糊精，粘度降低（故 高酸食品的增稠需用交联淀粉）； pH在4~7时，几乎无影响； pH =10时，糊化速度迅速加快，但在食品中 意义不大。 淀粉酶： 在糊化初期，淀粉粒吸水膨胀已经开始， 而淀粉酶尚未被钝化前，可使淀粉降解（稀化），淀粉酶的这种作用将使淀粉糊化加速。故新米 （淀粉酶酶活高）比陈米更易煮烂。

（五）淀粉的老化 淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期 放置，会变为不透明甚至产生沉淀的现象，被称为淀粉的老化。 实质是糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序，形成高度致密的结晶化的淀粉分子微束。

影响淀粉老化的因素 温度： 2~4℃，淀粉易老化； >60℃或 <-20℃，不易发生老化。 含水量： 含水量为30~60%时，易老化； 含水量过低（10%）或过高，均不易老化。 结构： 直链淀粉易老化； 聚合度 n 中等的淀粉易老化； 淀粉改性后，不均匀性提高，不易老化。 共存物的影响： 脂类和乳化剂可抗老化， 多糖（果胶例外）、蛋白质 等亲水大分子，可与淀粉竞争水分子及干扰淀粉分子平行 靠拢，从而起到抗老化作用。

（六）淀粉水解 在热和酸的作用下： 酸轻度水解 酸水解程度加大 淀粉变稀，酸改性或变稀淀粉 提高凝胶的透明度，并增加凝胶强度 成膜剂和粘结剂 得到低粘度糊精 成膜剂和粘结剂、糖果涂层、微胶囊壁材

-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶 玉米淀粉 D-葡萄糖 葡萄糖异构酶 玉米糖浆 D-果糖 玉米糖浆：58%D-葡萄糖，42%D-果糖 （果葡糖浆） 玉米糖浆：58%D-葡萄糖，42%D-果糖 高果糖浆：55%D-果糖，软饮料的甜味剂

（七）改性淀粉及其应用 改性淀粉： 天然淀粉经适当的化学处理、物理处理或酶处理，使某些加工性能得到改善，以适应特定的需要，这种淀粉被称为变性淀粉. 改性淀粉种类 物理改性 化学改性

物理改性： 只使淀粉的物理性质发生改变。 如α-淀粉： 将糊化后淀粉迅速干燥即得。 α-淀粉应用： 家用洗涤剂，鳗鱼饲料。

化学改性： 利用化学方法进行变性。 氧化淀粉 酸降解淀粉 淀粉分子中的羟基能够被氯酸钠、双氧水、臭氧等氧化物氧化为羧基。 化学改性： 利用化学方法进行变性。 氧化淀粉 淀粉分子中的羟基能够被氯酸钠、双氧水、臭氧等氧化物氧化为羧基。 优点：粘度低，不易凝冻。 用途：做增稠剂和糖果成型剂。 酸降解淀粉 用H2SO4、HCl使淀粉降解。 优点：粘度低、老化性大、易皂化。 用途: 用于软糖、果冻、糕点生产。

（八）交联淀粉 淀粉羟基与双（多）功能试剂相互作用： 亲核取代反应

交联淀粉的应用 随交联度增加，酸稳定性增加 降低了淀粉颗粒吸水膨胀和糊化的速率 保持初始的低粘度，有利于快速热传递和升温，均匀杀菌 用于罐头、冷冻、焙烤和干燥食品中 功能性质改善

淀粉的接枝共聚物：淀粉可以与聚乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯醇共混制成淀粉塑料。 淀粉衍生物（淀粉脂、淀粉醚） 淀粉脂：如淀粉磷酸酯（磷酸淀粉） 淀粉醚：如羟甲基淀粉（CMS) 淀粉的接枝共聚物：淀粉可以与聚乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯醇共混制成淀粉塑料。 淀粉塑料有一定的生物降解性，对解决塑料 制品造成的“白色污染”有很大的意义。

三、果胶 结构： D-吡喃半乳糖醛酸以α-1,4苷键相连，通常以部分甲酯化存在，即果胶。 分类： 以酯化度分类 ：原果胶，果胶，果胶酸 酯化度：醛酸残基的酯化数占D-半乳糖醛酸 残基总数的百分数

果胶物质的化学结构 -D-半乳糖醛酸基  -1,4 糖苷键

分子结构 均匀区： -D-吡喃半乳糖醛酸 毛发区：  -L-鼠李半乳糖醛酸

果胶的分类 部分羧基被甲醇酯化 羧基酯化的百分数称为酯化度（DE） HM高甲氧基果胶：DE>50% LM低甲氧基果胶：DE<50%

部分甲酯化的果胶物质。存在于植物汁液中。 原果胶： 高度甲酯化的果胶物质。只存在于植物细胞壁中，不溶于水。在未成熟的果实和蔬菜中，它使果实、蔬菜保持较硬的质地。 果胶： 部分甲酯化的果胶物质。存在于植物汁液中。

果胶酸： 不含甲酯基，即羟基游离的果胶物质。 原果胶 果胶 甲酯化程度下降 果胶酸

果胶的物理、化学性质 水解 果胶在酸碱条件下发生水解，生成去甲酯和苷键裂解产物。 原果胶在果胶酶和果胶甲酯酶作用下，生成果胶酸。 溶解度 果胶与果胶酸在水中溶解度随链长增加而减少。 粘度 粘度与链长正比。

果胶凝胶的形成 条件： 机制： 脱水剂（蔗糖，甘油，乙醇）含量60~65%，pH2~3.5，果胶含量0.3~0.7%，可以形成凝胶。 脱水剂使高度含水的果胶分子脱水以及电荷中和而形成凝聚体。

影响凝胶强度的因素 2、凝胶强度与酯化程度成正比 完全酯化的聚半乳糖醛酸的甲氧基含量为16~32%，以 此作为100%酯化度。 1、凝胶强度与分子量成正比 分子量 18*10 14*10 11.5*10 5*10 3*10 凝胶强度（g/cm ） 220—300 180—220 130—180 20—50 不成凝胶 2、凝胶强度与酯化程度成正比 酯化程度越大，凝胶强度越大。 完全酯化的聚半乳糖醛酸的甲氧基含量为16~32%，以 此作为100%酯化度。 甲氧基含量>7，称为高甲氧基果胶。 甲氧基含量≤7，称为低甲氧基果胶（或低果胶酯）

名称 甲酯化度（甲氧基含量） 形成凝胶的条件 全甲酯化聚半乳糖醛酸 100%（16.32%） 只要有脱水剂即可形成 速凝果胶 70%（11.4%） 加糖，加酸（pH3.0-3.4） 慢凝果胶 50-70%（8.2-11.4%） 加糖，pH2.8-3.2 低甲氧基果胶 ≤50%（≤7%） 利用加糖，酸无效。只有 加羟基交联剂（Ca2+， Al3+ ）才形成。

果胶的主要用途 果酱与果冻的胶凝剂 制造凝胶糖果 酸奶的水果基质（LM） 增稠剂和稳定剂 乳制品（HM）

四、纤维素 纤维素是植物细胞壁的主要结构成分，对植物性食品的质地影响较大。 结构： 由β-（1,4）-D-吡喃葡萄糖单位构成。为线性结构，无定型区和结晶区构成。

纤维素的化学结构 β-1,4 高分子直链不溶性均一多糖 纤维素胶 （改性纤维素）

（一）甲基纤维素（MC）与 羟丙基甲基纤维素（HPMC） 非离子纤维素醚 功能性质 增稠 表面活性 成膜性 形成热凝胶（冷却时熔化，50～70℃胶凝） 用于油炸食品（阻油，降低脂肪用量）

（二）羧甲基纤维素（CMC） 化学结构：

羧甲基纤维素的用途 可与蛋白质形成复合物，有助于蛋白质食品的增溶，在馅饼、牛奶蛋糊及布丁中作增稠剂和粘接剂。 由于羧甲基纤维素对水的结合容量大，在冰淇淋和其它冷冻食品中，可阻止冰晶的形成。防止糖果，糖浆中产生糖结晶，增加蛋糕等烘烤食品的体积，延长食品的货架期。

（三）微晶纤维素 用稀酸处理纤维素，可以得到极细的纤维素粉末，称为微晶纤维素。 在疗效食品中作为无热量填充剂。

五、半纤维素 与纤维素一起存在于植物细胞壁中的 多糖物质的总称。 构成半纤维素单体的有：葡萄糖，果糖，甘露糖，半乳糖，阿拉伯糖，木糖，鼠李糖及糖醛酸。 半纤维素有助于蛋白质与面团的混合，增加面包体积，延缓面包的老化。

六、食品多糖胶 植物胶质 植物树胶： 阿拉伯胶、黄芹胶、刺槐豆胶 按来源分类：种子胶、瓜尔豆胶、罗望子胶 海藻胶：琼胶（脂）、角叉胶和褐藻胶

微生物多糖 氨基酸多糖 Gellan胶 环状糊精 硫酸软骨素 肝素 壳聚糖： （几丁质，甲壳素） 葡聚糖（右旋糖酐） 黄原胶 粘多糖： 透明酯酸 硫酸软骨素 肝素 壳聚糖： （几丁质，甲壳素）