糖类化学

区分还原糖和非还原糖；单糖的结构、构型与理化性质；（淀粉和糖原）多糖；寡糖的化学组成，结构特点（二糖）。

糖类化学

• 对烟叶的影响
  • 1.优质烟叶中总糖含量一般为18－22％，还原糖为16－20。 淀粉一般为2～4％
  • 2.淀粉会使烟叶燃烧不良，产生难闻的气味，烟气刺激性大， 影响烟气质量，且使安全性下降。
  • 3.淀粉分解的单糖，可使烟叶弹性好、吃味佳。水溶性糖含量高烟叶色泽鲜亮,油分足,弹性好,吃味醇和,香气好。
  • 4.糖类化合物含量高，焦油释放量大.
• 糖
  • • 化学本质
      • 糖(carbohydrates) ，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或缩聚物。通常称为碳水化合物。
  • • 分类
      • 1.单糖：凡是不能被水解成更小分子的糖。如葡萄糖、果糖。
      • 2.低聚糖（寡糖）：2～10个单糖脱水缩合而成的糖。如：蔗糖，麦芽糖和乳糖等
      • 3.多糖：由多个单糖以糖苷键相连而成的高聚物。如淀粉、糖原、纤维素等
      • 4.复合糖：糖与蛋白质、脂类等分子聚合而成的化合物，如糖蛋白和糖酯
  • 理化性质
    • 变旋现象：伴随着异构体间的转变，糖溶液的旋光度也随着转变，这种现象称为变旋现象。
    • 随温度升高而增大，在生产中常使用温水或沸水溶化糖。糖分子结构中极性大的基团越多或极性越强，溶解度就越高。
    • 除二羟基丙酮外，所有的单糖都含有不对称 原子，具有旋光性，能使偏振光的的振动平面发生旋转。能使偏振光平面向右旋转的称为右旋糖，用“＋”表示；向左旋转的称为左旋糖，用“－”表示。
    • 酯化反应、醚化反应、异构化反应、分解反应、加成聚合反应、成苷反应成脎反应
    • 氧化作用: 单糖含有游离性醛基，具有还原性。（银镜反应）碱性条件
    • 还原作用：糖中的游离羰基（如单糖和还原糖中的羰基）在还 原剂如钠汞齐、硼氢化钠或在一定压力与催化剂镍存在情况下加氢作用可还原成羟基,得到糖醇（山梨醇、甘露糖醇、木糖醇等）
• 单糖的结构、构型与理化性质
  • 糖类化合物中最简单，不能再被水解为更小单位的糖类
  • 在开链结构中，只有一个碳原子以双键与氧结合，形成羰基； 其它碳原子都有一个羟基。 羰基在碳链的末端（醛基形式），单糖则是醛糖。 羰基在任一其他位置（酮基形式），单糖则是酮糖。
  • 单糖的构型：分子中离羰基碳最远的那个手性碳原子的构型。 单糖分子是不对称化合物，具有旋光性。在结构上，单糖分子倒数第2个碳原子上的羟基写在右边的定义为D-构型，写在 左边的定义为L-构型。 D-构型与L-构型呈镜面对称。当构型转变时，共价键会断裂和重新形成。
    • （1）以甘油醛为标准 （2）主链由上到下的顺序排列 （3）离醛基或酮基最远的手性碳（不对称碳原子）的构型确定糖的DL构型 (4) 最下端的手性碳原子上所连的-OH，位于主链右边，为D型； 位于主链左边，为L型
  • 还原糖：分子中含有半缩醛羟基具有还原性的糖.
• 寡糖的化学组成，结构特点（二糖）
  • 重要性质
    • 甜度：低聚糖随聚合度↗，甜味↙
    • 旋光性和变旋性、还原性（蔗糖分子不具有变旋性和还原性）
    • 发酵性
      • 酵母菌不能使多糖发酵如利用富含淀粉的谷类、薯类为原料酿酒时，必须将淀粉水解成麦芽糖、葡萄糖后才能进行精发酵。
    • 黏度
      • 葡萄糖的黏度随温度升高而增大，蔗糖的黏度则随着温度的升高而减小。
    • 水解作用
      • 在酸或酶的催化下，双糖等低聚糖或多糖水解成 单糖，伴随其黏度下降
  • 自然界中，仅有三种双糖（蔗糖、乳糖和麦芽糖）以 游离状态存在，其它多以结合状态存在如：纤维二糖。 1.一分子单糖的半缩醛羟基＋另一分子单糖的羟基脱水缩合而成，二糖有半缩醛羟基，称为还原糖，具有还原性和变旋现象。 若两个单糖的糖苷键以半缩醛羟基连接形成，二糖没有半缩醛羟基，称为非还原糖，不具有还原性和变旋现象。
  • 环糊精cyclodextrin的作用
    • ① 具有乳化作用,提高溶解度（作为乳化剂）
    • ② 可形成包合物，可用做增稠剂，稳定剂，具有保色，保香等作用。
    • ③ 对于易氧化，易光解的化合物，如香精，香油等有保护作用。
    • ④ 祛除食品中的异味。
    • ⑤ 防腐
  • 功能性低聚糖类
    • 低聚果糖
      • 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
    • 低聚木糖
      • 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。
    • 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
    • 低聚异麦芽糖 大豆低聚糖
• （淀粉和糖原）多糖
  • 无甜味，无还原性，具有旋光性，无变旋现象。
  • 粘度与稳定性
    • 可溶性大分子多糖都可以形成粘稠溶液。大分子溶液的粘度 取决于分子的大小、形状、所带净电荷和溶液中的构象。
  • 水解
    • 多糖在食品加工和贮藏过程中不如蛋白质稳定。在酸或酶的催化下，低聚糖和多糖的糖苷键易发生水解，并伴随粘度降低。
  • 多糖的溶解性
    • 多糖分子含有羟基，有几个氢键结合位点，可和一个或多个水分子形成氢键。因此，多糖具有较强的持水能力和亲水性，使整个多糖分子成为水溶性胶体溶液。
  • 淀粉
    • 直链淀粉与直链淀粉
    • 淀粉的水解
      • 淀粉在无机酸或酶的催化下发生水解反应
        • 热和酸的作用
          • 酸轻度水解 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
          • 酸水解程度加大 得到低粘度糊精；成膜剂和粘结剂、糖果涂层、微胶囊壁材
  • 淀粉的糊化
    • 定义：淀粉分子间的有序结构受到破坏，最后完全变为淀粉单分子，并被水包围的过程，形成胶体溶液的过程。
    • 影响淀粉糊化的因素
      • 分子结构 直链淀粉比支链淀粉难糊化；
      • Aw Aw提高，糊化程度提高；
      • 糖和盐 高浓度的糖和盐，使淀粉糊化受到抑制；
      • 脂类 脂类可与淀粉形成包合物，从而抑制淀粉糊化；
      • pH值 pH<4时，不利于糊化； pH在4～7时，不影响；
      • 温度 高温利于淀粉糊化。
  • 淀粉的老化Retrogradation
    • 1.定义：经过糊化的淀粉在室温或低于室温下放置后，硬度 会变大，体积缩小，会变得不透明，甚至凝结而沉淀，这种现象称为老化。实质是糊化后的淀粉分子又自动排列成序， 形成高度致密的、结晶化的、不溶解性的分子微束。 2.基本可视为淀粉糊化的逆过程。 3.直链淀粉易于老化,聚合度高的易老化，支链淀粉不易老化
    • 易于老化的条件
      • （1）含水量：30％～60％
      • （2）最适宜温度：2～4ºC
      • （3）pH：中性
      • （4）结构：直链淀粉比支链淀粉易老化；聚合度高的淀粉易老化
      • （5）共存物的影响：脂类和乳化剂可抗老化
• 区分还原糖和非还原糖
• 糖作用
  • 是生物体的主要的能量物质。（如：淀粉分解为葡萄糖）
  • 转化为生命必须的其它物质，提供者碳骨架--基本原料。（如脂类、 蛋白质等 ）
  • 细胞和生物体的重要组成成分-结构物质。(如核糖、脱氧核糖是核酸的主要成分；纤维素是构成植物细胞壁的主要成份，几丁质和肽聚糖是构成微生物细胞壁的主要成份）
  • 可作为细胞识别的信息分子
• 思考
  • 1.糖的分类及各种糖的代表性物质？
  • 2.单糖和低聚糖有何物理性质和化学性质？鉴定方法？
  • 3.定义：还原糖、转化糖、旋光性、美拉德反应
  • 4.美拉德反应的步骤，及对食品品质的影响?
  • 5.结合环状糊精的结构特点说明在食品中的应用.
  • 6.举例说明功能性低聚糖的功能。
  • 7.淀粉的特点和性质？
  • 8.何为淀粉糊化及其阶段，影响糊化的因素有哪些?
  • 9.何为淀粉的老化，影响因素？