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第二節 碳水化合物的化學

放大字體  縮小字體 發布日期:2006-04-24

一、碳水化合物的分類   

    可以從三種角度對碳水化合物進行分類,也即依據碳水化合物的來源、功能和化學結構的分類法。   

    1、根據來源進行的分類   

    可以將碳水化合物分為兩類,即植物性碳水化合物(蔗糖、果糖、淀粉、纖維素等)和動物性碳水化合物(乳糖、糖原等)。   

    2、根據功能進行的分類

    可以將碳水化合物分為三類,即

    (1)支持性碳水化合物,如纖維素;

    (2)貯備性碳水化合物,如淀粉和糖原;

    (3)凝膠性碳水化合物,如果膠、瓊脂等。

    3、根據化學結構進行的分類

    可以將碳水化合物區分為三類,即單糖、寡糖和多糖。凡是不能被進一步水解成更小分子的碳水化合物,即被稱作為單糖。這種單糖是碳水化合物世界的基礎單元。凡是可以水解生成少數(2~6個)單糖分子的碳水化合物,就稱作為寡糖。重要的寡糖是雙糖,也稱作二糖。雙糖由兩個單糖分子的殘基構成,在自然界中存在廣泛。凡是水解時可以生成多個單糖分子的碳水化合物,就稱作為多糖。

    多糖是由多個單糖分子相互連接形成的。多糖分子中的單糖殘基數目差別很大,約可變動在10~5000之間。重要的多糖有淀粉、糖原和纖維素。

二、碳水化合物的性質

    從化學結構來看,碳水化合物的性質存在有很大的差異,很難進行統一,特別是寡糖和多糖與單糖的化學性質之間具有許多的差別,因此,一般就多數物質或結構所具有的共性進行敘述。

    l、水溶性與溶解度

    碳水化合物在水中的水溶性很不相同,一般單糖和寡糖易溶于水,而多糖則難溶或不溶于水,并且不能形成真溶液。這種水溶性的差別,主要與碳水化合物的分子量有關,一般分子量越大,則水溶性越差,溶解度越小(表4—2)。溫度對碳水化合物的溶解度影響很大,并可造成反常的溶解過程。碳水化合物,主要是單糖和寡糖,在溶解于水的過程中,可以產生過飽和現象。利用人為的控制處理,可以運用所產生的過飽和溶液生產夾心食品糖。當控制過飽和溶液的冷卻速度很慢時,則可以產生大而且堅固的結晶,如利用蔗糖制備冰糖就是依據的這個原理。

    值得指出的是,大多數具有較好水溶性的碳水化合物,都具有吸濕性。這對于商品食用糖等的生產和貯存將是一種危險。例如,在濕度很高的地面貯存白砂糖將造成糖液流失。

4—2  部分碳水化合物在水中的溶解情況

碳水化合物

溶解情況

果糖

極易溶解

葡萄糖

極易溶解

蔗糖

極易溶解

麥芽糖

易溶解

乳糖

難溶

淀粉

微溶

纖維素

不溶

4—3  幾種碳水化合物的甜度

 

碳水化合物,

 

   山梨醇

173

100

74

54

麥芽糖

乳糖

淀粉

纖維素

32

16

0

0

在水溶液中,碳水化合物中的寡糖和多糖可以發生分解(水解),酸和酶可以催化這個過程。一般,酸水解的速度比酶水解的要快。一個碳水化合物的水解程度與速度將取決于溶劑的pH值和溫度。一般無機酸比有機酸的水解作用強,同時水解作用隨溫度的升高而加強或加速。運用碳水化合物的水解性,可以由多糖和寡糖生產多種水解產品,例如葡萄糖、糖漿和人造蜂蜜等。一般相信,酸水解是工業生產的基礎,酶分解則是消化過程和微生物酵母發酵過程的基礎。目前,生化方面的酶分解方式也開始移植用于工業化生產。

焦糖化現象在食品生產過程中,是一個既有益處也有害處的性質。例如,烘烤面包和其他精制的食品時,人們希望通過焦糖化現象來增加和提高食品的色香味;而在生產奶粉或透明無色的糖果時,則就不希望或不允許發生焦糖化現象,否則將嚴重影響產品質量和外觀。

    一些碳水化合物可以被酵母、細菌和霉菌產生的酶進行發酵。這樣的例子是很多的,如我國人民所喜愛的白酒,就是由酵母所進行的乙醇發酵的直接產物。在乙醇發酵過程中,只有少部分的碳水化合物可以被酵母直接發酵,如葡萄糖、果糖和麥芽糖等,其余的碳水化合物,如淀粉、蔗糖則必須先進行分解,然后才能被發酵。在工業生產中,具有比較重要意義的另一種發酵,為檸檬酸發酵,這是另外的一種發酵種類,即好氧發酵。也就是說檸檬酸發酵,是在氧氣存在下,單糖的一種氧化過程。即:

單糖+氧 →檸檬酸+水

在制作酸菜,如酸黃瓜、酸奶以及干酪等食品時,將會發生乳酸發酵。

    6、凝膠性,

  碳水化合物中的一些多糖物質,具有在吸水后形成堅韌凝膠的能力,這就是多糖的凝膠性。果膠、瓊脂、藻酸(鹽)、阿拉伯膠和淀粉等都屬于這種具有凝膠性的碳水化合物。碳水化合物的凝膠性具有重要的實用價值,現已廣泛地應用于生產果凍、果醬、奶油、仿生食品和凝膠制品等。
 
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