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糖类的食品性质与功能可编辑
糖类的食品性质与功能
第十七章糖类的食品性质与功能
糖类与食品的加工和贮藏，关系十分密切，如还原糖能使食品变褐；食品能保持有粘弹性是由于含有淀粉
与果胶等；至于食品中所具有的甜味，大部分也是由于糖类引起的。
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
单糖和低聚糖类强的亲水性是其基本和最有用的物理性质之一。
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
糖类的结构对水的结合速度与数量具有重要影响（表17-1）
表17-1糖在潮湿空气中吸收的水分（％，20℃）
相对湿度与时间60％，1h60％，9天100％，25天
D-葡萄糖0.070.0714.5
D-果糖0.280.6373.4
蔗糖0.040.0418.4
麦芽糖,无水0.087.018.4
麦芽糖,水化物5.055.0―
乳糖,无水0.541.21.4
乳糖,水化5.055.1―
D-果糖的吸湿性比D-葡萄糖强得多，尽管两者具有相同数量的游离羟基。
在相对湿度为100％时，蔗糖和
麦芽糖结合相同数量的水，但是异构乳糖的吸湿性则小得多。
蔗糖和麦芽糖的水化物在饱和温度条件下形成稳
定的结晶结构，不易再从周围环境中吸附水分。
事实上，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。
吸湿性大小比较如下：
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
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。
甚至当杂质是糖的端基异构体时，这个性质也
是明显的。
当存在少量的低聚糖时，例如在商品玉米糖浆中存在麦芽低聚糖时，这个性质就更加明显。
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。
结合水的能力和控制食品水分活度是糖类最重要的性质之一。
结合水的能力常被称为湿润性。
限制水进入
食品或者将水控制在食品中，这要取决于特定的产品。
例如在糖果糕点的生产上硬糖果要求吸湿性低，以避免
吸收水分而溶化，所以采用低转化或中转化的淀粉糖浆作为生产原料；糕饼表层的糖霜在包装后不应当变成结
块，需要采用吸水能力有限的糖，例如乳糖或麦芽糖。
在其他情况下，控制水分活度，特别是避免水分损失是
极其重要的；糖果与焙烤食品就需要加入吸湿性较强的糖，例如玉米糖浆、高果糖玉米糖浆或转化糖。
（二）持味护色性
在许多食品中，特别是通过喷雾干燥、冷冻干燥除去水分的食品种类，糖类对于保持颜色和挥发风味组分
是重要的。
这时，糖-水相互作用移向糖-风味物相互作用：
糖-水+风味物糖-风味物+水
挥发性物质包括大量的羰基醛和酮和羧酸衍生物主要是酯），通过二糖比通过单糖更能有效地保留在食物
中。
二糖与较大的低聚糖也是风味物的有效结合剂。
环糊精（Schardinger糊精）由于能形成包合物结构，所以
能非常有效地捕集风味物与其他的小分子图17-1）。
289
O
HOH2C
O
OH
OOHO
CH2OH
HOH2C
O
HO
O
OH
O
O
CH2OH
OH
HOH2C
OOHO
O
OCH2OH
图17-1环六糊精的结构α-CD
环状糊精的结构为环状，由D-葡萄糖以α-1,4苷键连结，聚合度为6,7或8个葡萄糖，依次称为α-，β-，γ-
环糊精。
环内侧在性质上相对地比外侧憎水，当溶液中同时有亲水性物质和憎水性物质存在时，憎水性物质能
被环内侧的憎水基吸附。
因而环糊精能对油脂起乳化作用；对挥发性的芳香物质有留香作用；对易氧化和易光
解物质有保护作用；对食品的色、香、味也具有保护作用。
较大的糖类分子也是风味物的有效固定剂，如广泛使用的阿拉伯胶。
阿拉伯胶能在风味物粒子周围形成一
层厚膜，阻止其吸潮、因蒸发而造成的损失以及化学氧化。
阿拉伯胶和明胶混合物被用于微胶囊包封技术中，
在柠檬、酸柠檬、桔子和可口可乐的乳状液中，阿拉伯胶则作为风味乳化剂使用。
（三）甜味
甜味是糖的重要性质，甜味高低，称为甜度。
表17-2列出了一些糖和糖醇的相对甜度（以蔗糖甜度为100）。
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。
糖类的甜味依其
结构、构型和物理形态而变。
糖醇已被作为甜味剂使用。
有些糖醇在甜味、减少热量和或无热量这几方面优于其母体糖。
表17-2糖及糖醇的相对甜度（W／W，％）
糖溶液相对甜度结晶相对甜度糖醇溶液相对甜度
β-D果糖100～175180木糖醇90
蔗糖100100山梨醇63
α-D葡萄糖40～7974半乳糖醇58
β-D葡萄糖―82甘露糖醇68
α-D半乳糖2732乳糖醇35
β-D半乳糖―21
α-D甘露糖5932
β-D甘露糖苦味苦味
α-D乳糖16～3816
β-D乳糖4832
β-D麦芽糖46～52―
棉籽糖231
淀粉糖―10
（四）褐变风味
糖的非酶褐变反应除了产生颜色很深的类黑精色素外，还形成各种挥发性的风味物。
这些挥发性物质常决
定着热加工食品的不同风味。
对风味起作用的褐变产物本身就可能具有特殊的风味和或能力增加其他的风味，焦糖化产物麦芽酚和乙基
麦芽酚就是这种双功能的例子。
这类化合物具有强烈的焦糖气味，同时也是甜味增强剂。
麦芽酚将蔗糖甜味可
290
检测的临界浓度值降低到正常值的一半。
此外，麦芽酚能影响质构和产生一种较为“温和”的感觉。
而异麦芽
酚作为甜味强化剂时，所产生的效果相当于麦芽酚的6倍。
糖的热分解产物并不限于吡喃与呋喃，还包括呋喃
酮、内酯、羰基、酸与酮。
这些化合物的风味气味的加和使一些食品具有特殊的香味。
OOHO
OHOH
OCCH3
OCHOOCHCH
323
麦芽酚异麦芽酚乙基麦芽酚
当褐变涉及到糖-胺反应时，也能产生挥发性的风味物质，这些产物主要是吡啶、吡嗪、咪唑和吡咯。
（五）溶解度
各种糖都能溶于水中，但溶解度不同。
果糖的溶解度最高，其次是蔗糖、葡萄糖、乳糖等。
各种糖的溶解
度，随温度升高而增大，如表17-3所示。
表17-3糖的溶解度
20℃30℃40℃50℃
糖浓度溶解度浓度溶解度浓度溶解度浓度溶解度
（％）（g/100g水）（％）（g/100g水）（％）（g/100g水）（％）（g/100g水）
果糖78.94374.7881.54441.7084.34538.6386.63665.58
蔗糖66.60199.468.18214.370.01233.472.04257.6
葡萄糖46.7187.6754.64120.4661.89162.3870.91243.76
葡萄糖的溶解度较低，在室温下浓度约为50％，浓度过高时，会有结晶析出。
浓度为50％的葡萄糖溶液，
其渗透压还不足以抑制微生物生长，贮藏性差。
工业上贮存葡萄糖溶液一般是在较高的温度贮存较高浓度的溶
液。
如在55℃时浓度为70％的葡萄糖不会结晶析出，贮存性较好。
在淀粉糖浆中为了防止葡萄糖结晶析出，一
般控制葡萄糖含量在42％（干物计）以下。
α-葡萄糖在水中的溶解速度比蔗糖慢很多，但不同葡萄糖异构体之间也存在差别。
设蔗糖的溶解速度为1.0，
无水β-葡萄糖、无水α-葡萄糖和含水α-葡萄糖的溶解速度分别为1.40，0.55和0.35。
用喷雾干燥法制造的全糖
为α-和β-两种葡萄糖异构体，溶解速度与蔗糖相似。
果汁和蜜饯类食品利用糖作为保存剂，需要糖具有高溶解度，因为只有糖浓度在70％以上才能抑制酵母、
霉菌生长。
在20℃，蔗糖最高浓度只有66％，不能达到这种要求。
淀粉糖浆最高浓度约80％，具有较好的食
品保存性能，也可与蔗糖混合使用。
在20℃，葡萄糖最高浓度约50％，这种浓度保存性能差。
果葡糖浆的浓度
因其果糖含量不同而异，果糖含量为42.60％和90％时其浓度分别为71.77％和80％，这是因为葡萄糖的溶解度
低，而果糖的溶解度高的关系。
因此，果葡糖浆中果糖含量高，其保存性能比较好。
（六）结晶性
蔗糖易结晶，晶体很大。
如在一定真空度下结晶，可获单晶糖。
葡萄糖也易结晶，但晶体细小。
果糖和转
化糖较难于结晶。
淀粉糖浆是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，不能结晶，并能防止蔗糖结晶。
在糖果制造时，
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。
若单独使用蔗糖，熬煮到水分在3％以下经
冷却后，蔗糖就会结晶、碎裂，不能得到坚韧、透明的产品。
传统制造硬糖果的方法是加有机酸，在熬糖过程
中使一部分蔗糖水解成转化糖约10％～15％），以防止蔗糖结晶。
现在制造硬糖果的方法是添加适量淀粉糖浆
葡萄糖值42），工艺简单，效果较好，用量一般为30％～40％。
淀粉糖浆不含果糖，吸潮性较转化糖低，糖果
保存性较好。
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。
淀粉糖浆的甜度较低，
起冲淡蔗糖甜度的作用，使产品甜味温和，更加可口。
但淀粉糖浆的用量不能过多，如果产品中糊精含量过多，
则韧性过强，影响糖果的脆性。
在-23℃低温情况下，蔗糖能结晶成含水晶体：
CHO?
?
25HO和CHO?
?
35HO。
12221121222112
这种含水晶体聚合成球形。
故在冷冻食品生产中，为避免生成含水蔗糖晶体，可用淀粉糖浆代替一部分蔗糖。
七渗透压
291
在相同浓度下，溶液的相对分子质量愈小，分子数目愈多，渗透压力愈大。
渗透压愈高的糖对食品保
存效果愈好。
35％～45％葡萄糖溶液对败坏食品的链球菌具有较强的抑制作用，抑制效果相当于50％～60
％蔗糖溶液。
糖液的渗透压对于抑制不同微生物的生长是有差别的。
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，有些酵母菌和霉菌能耐高浓度糖液。
例如，有时蜂
蜜也会变质，就是由于耐高渗透压酵母作用的结果。
果葡糖浆的糖分组成为葡萄糖和果糖，渗透压较高，
不易因染菌而败坏。
八粘度
葡萄糖和果糖的粘度较蔗糖低，淀粉糖浆的粘度较高，淀粉糖浆的粘度随转化程度增高而降低。
用酸
法和酸酶法生产的淀粉糖浆，因为糖分组成有差别，所以粘度也不同。
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，例如水果罐头、果汁饮料和食用糖浆
中应用淀粉糖浆可增加粘稠感；雪糕之类冷饮食品中使用淀粉糖浆，特别是低转化糖浆，能提高粘稠性，
更为可口。
九冰点降低
糖溶液冰点降低的程度取决于它的浓度和糖的相对分子质量大小，溶液浓度高，相对分子质量小，冰
点降低得多。
葡萄糖冰点降低的程度高于蔗糖，淀粉糖浆冰点降低的程度因转化程度而不同，转化程度增
高，冰点降低得多。
因为淀粉糖浆是多种糖的混合物，平均相对分子质量随转化程度增高而降低。
葡萄糖
值36、42和62糖浆的平均相对分子质量分别为：
543，430和296。
生产雪糕类冰冻食品，混合使用淀粉糖浆和蔗糖，冰点较单用蔗糖小。
使用低转化度淀粉糖浆的效果
更好，冰点降低小能够节约电能，应用低转化度淀粉糖浆还有促进冰晶颗粒细腻、粘稠度高、甜味温和等
效果，使雪糕更为可口。
十抗氧化性
糖溶液具有抗氧化性，有利于保持水果的风味、颜色和维生素C，不致因氧化反应而发生变化，这是
因为氧气在糖溶液中的溶解量较水溶液中低很多的缘故。
如在20℃，60％蔗糖溶液中溶解氧的量仅为水溶
液中的1/6左右。
葡萄糖、果糖和淀粉糖浆都具有相似的抗氧化性。
应用这些糖溶液因糖浓度、pH和其
他条件的不同可使维生素C的氧化反应降低10%～90%。
十一代谢性质
胰岛素控制血液葡萄糖浓度,但对糖代谢无制约作用。
能量与葡萄糖相同的糖有：
果糖、山梨醇和木糖
醇，因而可应用于糖尿病人的食品中。
口腔细菌能作用于蔗糖，因此易于龋齿，而果糖和木糖醇则不能被
口腔细菌利用。
十二发酵性
酵母能发酵葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖，但不能发酵较大分子的低聚糖、糊精。
例如，葡麦糖浆的
发酵糖含量随转化程度的升高而升高，生产面包类发酵食品以使用高转化糖浆为宜。
二、化学性质与功能
一水解反应
食品糖类的水解受许多因素的影响，包括pH、温度、端基异构体的构型和糖环的大小。
糖类的水解
对一些食品加工或保藏具有重要影响，如引起颜色变化等。
糖苷键在酸性介质中比在碱性介质中易于裂解，在碱性介质中糖类是相当稳定的。
由于对酸的敏感性，
随着温度增加，糖苷在酸性食品中的水解速度显著地增加。
受空间位阻效应等因素的影响,端基异构体对水解反应的速度也有重要影响，β-D-糖苷水解略慢于α-D
端基异构体。
在食品加工过程中，必须考虑蔗糖对水解反应的不稳定性。
在加热时，例如焦糖化或生产糖果时，少
292
量的食品酸或高温都能引起蔗糖的水解，生成D-葡萄糖和果糖。
这些还原糖经脱水反应最终产生期望的或
不期望的特殊的气味与颜色，当蛋白质存在时，由于Maillard反应而部分地失去其营养价值。
二互变异构反应
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。
酸或碱是提高变旋速度的有效催化剂，
但酸或碱的量如果超过了使还原糖变旋所需要的量，那么就会产生互变异构反应。
由于果糖的甜度超过葡萄糖1倍，故可利用异构化反应，以碱性物质处理葡萄糖溶液或淀粉糖浆，使
一部分葡萄糖转变成果糖，以提高其甜度，这种糖液称为果葡糖浆。
但是用稀碱进行异构化，转化率较低，
只有21％～27％，糖分约损失10％～15％，同时还生成有色的副产物，影响颜色和风味，精制也较困难，
所以工业上未采用。
异构酶能催化葡萄糖发生异构化反应而转变成果糖，无碱性催化的缺点，是工业生产
果葡糖浆的方法。
三脱水与热降解
糖的脱水与热降解是食品加工中的重要反应。
可由酸或碱催化，在这类反应中，有许多是属于β-消去
类型。
戊糖产生2-糠醛作为脱水反应的主要产物，己糖产生5-羟甲基-2-糠醛HMF和其他产物，如2-羟基
乙酰呋喃和异麦芽酚。
这些初级脱水产物的碳链的断裂又产生其他的化学物质，如乙酰丙酸、甲酸、丙酮
醇、3-羟基-2-丁酮、乳酸、丙酮酸和乙酸。
某些分解产物具有极强的气味。
高温可加速这些反应。
如在热
加工的水果汁中产生了2-呋喃甲醛和HMF。
在加热时糖产生了两类反应，在一类反应中，C―C键没有断裂。
如熔化、醛糖-酮糖异构化以及分子
间与分子内脱水时，产生端基异构化：
熔化
αβ-D-葡萄糖αβ
-或/平衡
在另一类反应中，C―C键发生断裂。
对于较复杂的糖类，会产生葡萄糖基转移作用。
即1→4-α-D-
连接糖基的数量随热裂时间而减少，1→6-α-或-β-D-甚至1→2-β-D-连接方式伴随着产生。
在加工一些食品时，特别是在干热D-葡萄糖或含有D-葡萄糖的聚合物时，有相当数量的脱水糖生成。
一些常见的产物如图17-2。
HO
OOOOOO
OO
O
O
1,6-脱水-β-吡喃葡萄糖1,6-脱水-β-呋喃葡萄糖左旋葡萄糖烯酮1,4,3,6-二吡喃葡萄糖
图17-2葡萄糖或含有葡萄糖的聚合物的热解产物
在C―C链断裂的热反应中产生的初级产物有挥发性酸、醛、酮、二酮、呋喃、醇、CO以及CO2等。
四焦糖化反应
直接加热糖类，特别是糖和糖浆，会产生一组称为“焦糖化”的复杂反应。
少量的酸和某些盐可以加速
此反应。
温和的热解可引起端基异构体的转变及环大小的改变。
如果有糖苷键存在，还会引起糖苷键的断
裂，并形成新的糖苷键。
然而大多数的热解引起脱水，生成内酐环，如左旋葡聚糖，或者把双键引入糖环，
后者产生不饱和环中间物，如呋喃。
共轭双键吸收光，并产生颜色。
在不饱和环体系中，常发生缩合，使
环体系聚合化，产生良好的颜色和风味。
催化剂加速反应,使反应产物具有特定类型的焦糖色、溶解性和酸
性。
通常用蔗糖制造焦糖色素与风味物。
将蔗糖溶液和酸或酸性铵盐一起加热以产生各种不同的产品用于
食品、糖果和饮料。
商业上生产三种类型的焦糖色素，生产量最大的是耐酸焦糖色素，由NH?
?
HSO催化产
43
生，用于可乐类饮料。
另一种是啤酒用焦糖色素，它的生产方法是加热含铵离子的蔗糖溶液。
第三种是焙
烤食品用焦糖色素，是直接热解蔗糖而产生的焦糖色素。
焦糖色素含有不同酸性的羟基、羰基、羧基、烯醇基和酚羟基。
随着温度与pH的增加，反应速度加快，
pH8.0时的反应速度是pH5.9时的10倍。
在没有缓冲盐存在的情况下，生成了大量的腐殖质，腐殖质具有
293
高的相对分子质量平均分子式为C125H155O80和略带苦味。
在形成焦糖化风味过程中必须避免产生腐殖质。
某些热解反应产生了不饱和环体系，具有独特的味道与香味。
如麦芽酚和异麦芽酚等使面包具有焙烤
风味。
2-氢-4-羟基-5-甲基呋喃-3-酮具有肉烤焦时产生的风味，用来增强各种调味品和甜味剂的效力。
O
H3C
HOO
2-氢-4-羟基-5-甲基呋喃-3-酮
五复合反应
受酸和热的作用，一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的羟基缩合，失水生成双糖。
若复合
反应程度高，还能生成三糖和其他低聚糖，这种反应称为糖的复合反应。
D-葡萄糖和D-甘露糖主要是通过
1,6键复合成双糖，L-阿拉伯糖则主要是通过1,3键复合。
由L-阿拉伯糖只得β-二糖，由其他糖经过复合
反应一般都有α-和β-二糖的生成。
如D-葡萄糖通过复合反应主要生成异麦芽糖α-1,6键和龙胆二糖β-1,6
键。
复合反应是很复杂的，除主要生成α-和β-1,6键二糖以外，还有微量的其他二糖生成。
水解反应是可
逆的，而糖的复合反应则是不可逆的。
糖的浓度对复合反应进行的程度影响很大。
糖的浓度越高，复合反应进行的程度越大。
复合反应时有
水分放出，如：
2CHOCHO+HO
6261222112
所以复合反应达到平衡状态后，溶液中的水分较开始时高，浓度下降。
复合程度越高，浓度差别越大。
如在14℃，pHl.5，葡萄糖浓度为90％时，复合反应达到平衡后，葡萄糖的遗留量只有28.1％，而有71.9
％转变成复合糖。
不同种类的酸对糖复合反应的催化能力也是不相同的。
对葡萄糖而言，盐酸催化作用最强，其次为硫
酸、草酸等。
工业上用酸法水解淀粉，生产葡萄糖，由于发生复合反应，约有5％的异麦芽糖和龙胆二糖生成，这
些复合糖的生成不仅影响葡萄糖的产率，还会影响葡萄糖的结晶和风味。
六糖精酸的生成
碱的浓度增高，加热或作用时间加长，糖便发生分子内氧化与重排作用生成羧酸，此羧酸的总组成与
原来糖的组成没有差异，此酸称为糖精酸类化合物。
糖精酸有多种异构体，因碱浓度不同，产生不同的糖
精酸。
CHOCOOH
HOOCCH3HOOCCH2OH
HOHOHHOHOH
HOH稀碱HOH浓酸HHHH
+
HOHHOH
HOHHOH
HOHHOH
CH2OHCH2OH
CH2OHCH2OH
糖精酸D-葡萄糖异糖精酸间糖精酸
三、取代蔗糖
一卤代蔗糖
卤代蔗糖衍生物是一类以蔗糖为原料经卤族元素取代而成的新型甜味剂。
其优异的特点是高甜度、低
热值、无毒、抗龋。
其甜度视取代基种类和取代位置与取代限度而异，可为蔗糖的几倍、几十倍、几百倍
乃至几千倍表17-4。
表17-4不同取代元素、取代位置的卤代蔗糖衍生物的相对甜度
序R1R2R3R4R5R6相对序R1R2R3R4R5R6相对
294
号甜度号甜度
蔗
OHHOHOHOHOH1
糖
1Cl苦味16BrClCl375
2ClCl不甜17ClCl500
3Cl518ClCl600
4Cl2019BrBrBr800
5Cl2020ClBrBr800
6Cl3021ClClCl2000
7ClCl7522ClClClCl2200
8BrBr8023ClClBrCl3000
9ClClCl10024ClClICl3500
10ClClClCl10025ClBrBrBr7000
11ClClCl10026BrBrBrBr7500
12ClClCl160
13ClClClCl200
14FClClCl200
15ClClCl200
R2
6
R34CH2R11'
OCH2R4
5O
HO
2
3OH12'R55'
3'4'
OCHR
26
6'
OH
取代蔗糖R为取代基
蔗糖分子内的羟基均可发生取代反应，反应活性随位置而异，其相对活性顺序为：
C6′C6C4C1′C2C3、C3′、C4′
但具体反应时还受空间排列、反应性质和反应条件的制约。
要合成某一特定卤代蔗糖衍生物，可采用
先将蔗糖分子中需要卤代的羟基保护起来如与三苯基氯甲烷反应，利用其良好的空间位阻效应进行保护，
再对不需卤代的羟基乙酰化，然后脱去保护基进行卤代，最后脱去乙酰基等方法进行定位、定量卤代而制
备特定卤代蔗糖。
二蔗糖酯
以Na-K
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