第三章糖类 第一节概述 糖类化合物是自然界分布广泛、数量最多的有机化合物,是食品的主要组成 成分之一,也是绿色植物光合作用的直接产物。自然界的生物物质中,糖类化合 物约占3/4,从细菌到高等动物都含有糖类化合物,植物体中含量最丰富,约占 其干重的85%~90%,其中又以纤维素最为丰富。其次是节肢动物,如昆虫、蟹 和虾外壳中的壳多糖(甲壳质)。 糖类化合物的分子组成可用Cn(H0)通式表示,统称为碳水化合物。但后来 发现有些糖如鼠李糖(CdHl205)和脱氧核糖(CHlO4)并不符合上述通式,而且有 些糖还含有氮、硫、磷等成分,显然碳水化合物的名称已经不适当,但由于沿用 已久,至今还在使用这个名词。根据糖类的化学结构特征,糖类的定义应是多羟 基醛或酮及其衍生物和缩合物。 糖类化合物是生物体维持生命活动所需能量的主要来源,是合成其他化合物 的基本原料,同时也是生物体的主要结构成分。人类摄取食物的总能量中大约 80%由糖类提供,因此,它是人类及动物的生命源泉。我国传统膳食习惯是以富 含糖类化合物的食物为主食,但近十几年来随着动物蛋白质食物产量的逐年增加 和食品工业的发展,膳食的结构也在逐渐发生变化 糖类化合物的种类 糖类化合物常按其组成分为单糖、寡糖和多糖。单糖是一类结构最简单的糖 是不能再被水解的糖单位,根据其所含碳原子的数目分为丙糖、丁糖、戊糖和己 糖等;根据官能团的特点又分为醛糖和酮糖。寡糖一般是由2~20个单糖分子缩 合而成,水解后产生单糖。多糖是由多个单糖分子缩合而成,其聚合度很大。因 此,这些高分子聚合物的性质不同于单糖和低聚糖,在大多数情况下多糖不溶于 水,也没有甜味,其物理化学性质与它们的分子质量大小、结构和形状相关。常 见的多糖有淀粉、纤维素和果胶。由相同的单糖基组成的多糖称同聚多糖,不相 同的单糖基组成的称杂聚多糖;如按其分子中有无支链,则有直链、支链多糖之 分;按其功能不同,则可分为结构多糖、贮存多糖、抗原多糖等。 二、食品中的糖类化合物 陆地植物和海藻干重的四分之三由糖类化合物构成。谷物、蔬菜、果实和可 供食用的其他植物都含有糖类化合物 大多数植物只含少量蔗糖,大量膳食蔗糖来自经过加工的食品。在加工食品
- 1 - 第三章 糖类 第一节 概述 糖类化合物是自然界分布广泛、数量最多的有机化合物，是食品的主要组成 成分之一，也是绿色植物光合作用的直接产物。自然界的生物物质中，糖类化合 物约占 3/4，从细菌到高等动物都含有糖类化合物，植物体中含量最丰富，约占 其干重的 85%～90%，其中又以纤维素最为丰富。其次是节肢动物，如昆虫、蟹 和虾外壳中的壳多糖（甲壳质）。 糖类化合物的分子组成可用Cn(H2O)m通式表示，统称为碳水化合物。但后来 发现有些糖如鼠李糖（C6H12O5）和脱氧核糖（C5H10O4）并不符合上述通式，而且有 些糖还含有氮、硫、磷等成分，显然碳水化合物的名称已经不适当，但由于沿用 已久，至今还在使用这个名词。根据糖类的化学结构特征，糖类的定义应是多羟 基醛或酮及其衍生物和缩合物。 糖类化合物是生物体维持生命活动所需能量的主要来源，是合成其他化合物 的基本原料，同时也是生物体的主要结构成分。人类摄取食物的总能量中大约 80%由糖类提供，因此，它是人类及动物的生命源泉。我国传统膳食习惯是以富 含糖类化合物的食物为主食，但近十几年来随着动物蛋白质食物产量的逐年增加 和食品工业的发展，膳食的结构也在逐渐发生变化。 一、 糖类化合物的种类 糖类化合物常按其组成分为单糖、寡糖和多糖。单糖是一类结构最简单的糖， 是不能再被水解的糖单位，根据其所含碳原子的数目分为丙糖、丁糖、戊糖和己 糖等；根据官能团的特点又分为醛糖和酮糖。寡糖一般是由 2～20 个单糖分子缩 合而成，水解后产生单糖。多糖是由多个单糖分子缩合而成，其聚合度很大。因 此，这些高分子聚合物的性质不同于单糖和低聚糖，在大多数情况下多糖不溶于 水，也没有甜味，其物理化学性质与它们的分子质量大小、结构和形状相关。常 见的多糖有淀粉、纤维素和果胶。由相同的单糖基组成的多糖称同聚多糖，不相 同的单糖基组成的称杂聚多糖；如按其分子中有无支链，则有直链、支链多糖之 分；按其功能不同，则可分为结构多糖、贮存多糖、抗原多糖等。 二、食品中的糖类化合物 陆地植物和海藻干重的四分之三由糖类化合物构成。谷物、蔬菜、果实和可 供食用的其他植物都含有糖类化合物。 大多数植物只含少量蔗糖，大量膳食蔗糖来自经过加工的食品。在加工食品
中添加的蔗糖量一般是比较多的(表3-1)。蔗糖是从甜菜或甘蔗中分离得到的, 果实和蔬菜中只含少量蔗糖、D葡萄糖和D-果糖(表3-2,表3-3和表3-4 谷物只含少量的游离糖,大部分游离糖输送至种籽中并转变为淀粉。玉米粒 含0.2%~0.5%的D-葡萄糖、0.1%~0.4%的D-果糖和1%~2%的蔗糖;小麦粒中这 几种糖的含量分别小于0.1%,0.1%和1% 甜玉米具有甜味,是因为采摘时蔗糖尚未全部转变为淀粉。玉米和其他谷物 在生长期中,由叶片光合作用获得的大部分能量用于合成蔗糖并输送至种籽转变 成淀粉。未完全成熟的玉米含有大量蔗糖,如果适时采摘后并迅速煮沸或冷冻, 使转化蔗糖的酶系被钝化,这样便可保持大量蔗糖成分,提供可口的膳食。 市场上销售的水果一般是完全成熟之前采收的,果实有一定硬度利于运输和 贮藏。在贮藏和销售过程中,淀粉在酶的作用下生成蔗糖或其他甜味糖,水果经 过这种后熟作用而变甜变软。这种后熟现象和谷粒、块茎及根中的糖转变为淀粉 的过程正好相反。 淀粉是植物中最普通的糖类化合物,甚至树木的木质部分中也存在淀粉,而 以种籽、根和块茎中含量最丰富。天然淀粉的结构紧密,在低相对湿度的环境中 容易干燥,同水接触又很快变软,并且能够水解成葡萄糖 表3-1普通食品中的糖含量 食品 糖的百分含量(%) 食品 糖的百分含量(%) 可口可乐 蛋糕(干) 脆点心 280 番茄酱 9 冰淇淋 果冻(干) 83 橙汁 表3-2豆类中游离糖含量(%鲜重计) 豆类D-葡萄糖 D-果糖蔗糖 利马豆 2.59 嫩荚青刀豆 青豌豆 0.32 5.27
- 2 - 中添加的蔗糖量一般是比较多的（表 3-1）。蔗糖是从甜菜或甘蔗中分离得到的， 果实和蔬菜中只含少量蔗糖、D-葡萄糖和 D-果糖（表 3-2，表 3-3 和表 3-4）。 谷物只含少量的游离糖，大部分游离糖输送至种籽中并转变为淀粉。玉米粒 含 0.2%～0.5%的 D-葡萄糖、0.1%～0.4%的 D-果糖和 1%～2%的蔗糖；小麦粒中这 几种糖的含量分别小于 0.1%，0.1%和 1%。 甜玉米具有甜味，是因为采摘时蔗糖尚未全部转变为淀粉。玉米和其他谷物 在生长期中，由叶片光合作用获得的大部分能量用于合成蔗糖并输送至种籽转变 成淀粉。未完全成熟的玉米含有大量蔗糖，如果适时采摘后并迅速煮沸或冷冻， 使转化蔗糖的酶系被钝化，这样便可保持大量蔗糖成分，提供可口的膳食。 市场上销售的水果一般是完全成熟之前采收的，果实有一定硬度利于运输和 贮藏。在贮藏和销售过程中，淀粉在酶的作用下生成蔗糖或其他甜味糖，水果经 过这种后熟作用而变甜变软。这种后熟现象和谷粒、块茎及根中的糖转变为淀粉 的过程正好相反。 淀粉是植物中最普通的糖类化合物，甚至树木的木质部分中也存在淀粉，而 以种籽、根和块茎中含量最丰富。天然淀粉的结构紧密，在低相对湿度的环境中 容易干燥，同水接触又很快变软，并且能够水解成葡萄糖。 表 3-1 普通食品中的糖含量 食 品 糖的百分含量（%） 食 品 糖的百分含量（%） 可口可乐 脆点心 冰淇淋 橙 汁 9 12 18 10 蛋糕（干） 番茄酱 果冻（干） 36 29 83 表 3-2 豆类中游离糖含量（%鲜重计） 豆 类 D-葡萄糖 D-果糖 蔗 糖 利马豆 嫩荚青刀豆 青豌豆 0.04 1.08 0.32 0.08 1.20 0.23 2.59 0.25 5.27
表3-3水果中游离糖含量(%鲜重计) 水果 D-葡萄糖 D-果糖 蔗糖 苹果 葡萄 桃 1.61 樱桃 6.49 0.22 草莓 1.03 温州蜜桔 1.50 6.01 甜柿肉 6.20 0460 0.81 枇杷肉 香蕉 10.03 西瓜 番茄 1.52 0.12 表3-4蔬菜中游离糖含量(%鲜重计) 蔬菜 D-葡萄糖 D-果糖 蔗糖 甜菜 0.18 0.16 6.11 硬花甘蓝 0.73 0.42 胡萝卜 85 0.85 4.24 黄瓜 0.86 苣菜 0.07 洋葱 86 菠菜 0.09 0.06 甜玉米 3.03 甘薯 0.33 3.37 动物产品所含的糖类化合物比其他食品少,肌肉和肝脏中的糖原是一种葡聚 糖,结构与支链淀粉相似,以与淀粉代谢相同的方式进行代谢。 乳糖存在于乳汁中,牛奶中含4.8%,人乳中含6.7%,市售液体乳清中为5% 工业上采取从乳清中结晶的方法制备乳糖。 食品中常见的糖类化合物见表3-5
- 3 - 表 3-3 水果中游离糖含量(%鲜重计) 水 果 D-葡萄糖 D-果糖 蔗 糖 苹果 葡萄 桃 梨 樱桃 草莓 温州蜜桔 甜柿肉 枇杷肉 杏 香蕉 西瓜 番茄 1.17 6.86 0.91 0.95 6.49 2.09 1.50 6.20 3.52 4.03 6.04 0.74 1.52 6.04 7.84 1.18 6.77 7.38 2.40 1.10 5.41 3.60 2.00 2.01 3.42 1.51 3.78 2.25 6.92 1.61 0.22 1.03 6.01 0.81 1.32 3.04 10.03 3.11 0.12 表 3-4 蔬菜中游离糖含量(%鲜重计) 蔬 菜 D-葡萄糖 D-果糖 蔗 糖 甜菜 硬花甘蓝 胡萝卜 黄瓜 苣 菜 洋葱 菠菜 甜玉米 甘薯 0.18 0.73 0.85 0.86 0.07 2.07 0.09 0.34 0.33 0.16 0.67 0.85 0.86 0.16 1.09 0.04 0.31 0.30 6.11 0.42 4.24 0.06 0.07 0.89 0.06 3.03 3.37 动物产品所含的糖类化合物比其他食品少，肌肉和肝脏中的糖原是一种葡聚 糖，结构与支链淀粉相似，以与淀粉代谢相同的方式进行代谢。 乳糖存在于乳汁中，牛奶中含 4.8%，人乳中含 6.7%，市售液体乳清中为 5%。 工业上采取从乳清中结晶的方法制备乳糖。 食品中常见的糖类化合物见表 3-5
表3-5食品中存在的糖类 分子 名称 结构式 熔点℃ [a] 存在 戊糖类 L-阿拉伯糖 150.1158(α)+190.6(α)植物树胶中戊聚糖 (L-arabinose) 160(β) →+104.5 的结构单糖 D-木糖 150.1145.8+93.6(a)竹笋、木聚糖(秸杆、 (D-xylose 18.8 玉米)、植物粘性物 质的结构单糖 (B) HOH2C D-2-脱氧核糖 56(最终) (D-2-deoxyribose) 134.187~91 脱氧核糖核酸(DNA) HOH2C D-核糖 150.186~87 +23.7 核糖核酸(RNA)、腺 苷三磷酸(ATP 己糖类 +150.7(a) D和L-半乳糖 168(无水) +52.5(B) 广泛存在于动植物 180.1118~120 中,多糖和乳糖的结 (D, L-galactose) 80.2 (结晶水) 构单糖 CH2oH D-葡萄糖 83(a,含结+113.4(a) 以单糖、低聚糖、多 (D-glucose 晶水) +19.0(B) 180.1 糖、糖苷形式广泛分 146(无水) 布于自然界 148~150(B) CHOO D-甘露糖 +29.3(a) 棕榈、象牙果 (D- -17.0(B) mannose 180.1133(a) ( Ivorynut)、椰子、 →+14.2 魔芋等多糖 D-果糖 蔗糖、菊糖( inulin) 102~104 (D-fructose) -132(B) 180.1 (分解) 的结构单糖、果实、 (B) 蜂蜜、植物体
- 4 - 表 3-5 食品中存在的糖类 名称 结构式 分子 量 熔点℃ [α]D 存在 戊糖类 L-阿拉伯糖 （L-arabinose） H O H O O H H O O （β） 150.1 158（α） 160（β） +190.6（α） →+104.5 植物树胶中戊聚糖 的结构单糖 D-木糖 （D-xylose） H O H O O H H O O （β） 150.1 145.8 +93.6（α） →+18.8 竹笋、木聚糖（秸杆、 玉米）、植物粘性物 质的结构单糖 D-2-脱氧核糖 （D-2-deoxyribose） O H O H H O H 2 C O 134.1 87～91 -56（最终） 脱氧核糖核酸（DNA） D-核糖 O H O H O H H O H 2 C O 150.1 86～87 -23.1 →+23.7 核糖核酸（RNA）、腺 苷三磷酸（ATP） 己糖类 D 和 L-半乳糖 （D,L-galactose） 2 O H O H H O C H O H O O H 180.1 168（无水） 118～120 （结晶水） +150.7（α） +52.5（β） →+80.2 广泛存在于动植物 中，多糖和乳糖的结 构单糖 D-葡萄糖 （D-glucose） 2 O H H O O H C H O H O O H （β） 180.1 83 （α，含结 晶水） 146（无水） 148～150（β） +113.4（α） +19.0（β） →+52.5 以单糖、低聚糖、多 糖、糖苷形式广泛分 布于自然界 D-甘露糖 （D-mannose） 2 O H O H H O C H O H O O H （β） 180.1 133（α） +29.3（α） -17.0(β) →+14.2 棕榈、象牙果 （lvorynut）、椰子、 魔芋等多糖 D-果糖 （D-fructose） O H O 2 O H H O C H O H O H （β） 180.1 102～104 （分解） -132(β) →-92 蔗糖、菊糖（inulin） 的结构单糖、果实、 蜂蜜、植物体
由弱氧化醋酸杆菌 L-山梨糖 -43.4(最终) (L-sovbose 165 用于山梨糖醇而得 (L-木己酮糖) 到,为果胶的结构单 L-岩藻糖 -152.6 海藻多糖、黄蓍胶树 (L-fucose) 164.2 145 -75.9胶、粘多糖、人乳中 (6-脱氧-L-半乳糖) 的低聚糖 L-鼠李糖 123~+38.4(B)主要以糖苷的形式 164.2128(B) 91存在于黄酮类化合 (6-脱氧-甘露糖) (无水) 物、植物粘性物多糖 COOH D-半乳糖醛酸 31(B) (D-galacturonic 160(B) 果胶、植物粘性物质 194.1 +56.7 分解 多糖 d COOH D-葡糖醛酸 +11.7(B) (D-glucuronic acid) 194.1165分解 →+36.3糖苷、植物树胶、半 纤维素、粘多糖等 COOH 甘露糖醛酸 47.9(B) 165 (D-manuronic acid) →23.9 海藻酸、微生物多糖 167(B) (B) +100(a) D-葡糖胺 大多作为甲壳质、肝 88(a) 28(B (D-glucosamine 179.2 素、透明质酸。乳汁 110(B) 47.5 (2-氨基-2脱氧-D-葡 低聚糖的N乙酰基 萄糖 CHoh D-山梨(糖)醇 - C-O (D-sorbitol) HO-C-H -2.0 (葡糖醇) H-C-OH 182.1110~112 浆果、果实、海藻类 H-C-OH
- 5 - L-山梨糖 （L-sovbose） (L-木己酮糖) H O C H O H H O O H 2 H O O （α） 180.1 165 -43.4(最终) 由弱氧化醋酸杆菌 （A.suboxydans）作 用于山梨糖醇而得 到，为果胶的结构单 糖 L-岩藻糖 （L-fucose） (6-脱氧-L-半乳糖) 3 H C H O H O O H H O O （α） 164.2 145 -152.6 →-75.9 海藻多糖、黄蓍胶树 胶、粘多糖、人乳中 的低聚糖 L-鼠李糖 （L-rhammnose） (6-脱氧-甘露糖) 3 H C H O H O O H O H O 164.2 123～ 128(β) （无水） +38.4（β） →+8.91 主要以糖苷的形式 存在于黄酮类化合 物、植物粘性物多糖 中 D-半乳糖醛酸 (D-galacturonic acid) C O O H H O H O O H O H O （β） 194.1 160(β) 分解 +31（β） →+56.7 果胶、植物粘性物质 多糖 D-葡糖醛酸 （D-glucuronic acid） C O O H O H H O O H O H O （β） 194.1 165 分解 +11.7（β） →+36.3 糖苷、植物树胶、半 纤维素、粘多糖等 D-甘露糖醛酸 （D-manuronic acid） C O O H O H H O O H H O O （β） 194.1 165～ 167(β) -47.9（β） →23.9 海藻酸、微生物多糖 D-葡糖胺 （D-glucosamine） (2-氨基-2 脱氧-D-葡 萄糖) N H 2 O H O C H O H H O O H 2 （α） 179.2 88(α) 110(β) +100（α） +28(β) →47.5 大多作为甲壳质、肝 素、透明质酸。乳汁 低聚糖的 N-乙酰基 D-山梨（糖）醇 （D-sorbitol） (葡糖醇) C H 2 O H C C C C C O H H O H O H H 2 O H H H O H H 182.1 110～112 -2.0 浆果、果实、海藻类