第三节　低　聚　糖

低聚糖是由2～10个单糖分子缩合而成的。它们是水溶性的，在自然界广泛存在。

一、双糖

双糖是一分子单糖的半缩醛羟基与另一分子单糖的羟基缩合，脱去一分子水形成的。在食品加工中常见的是麦芽糖、乳糖和蔗糖。

1.麦芽糖

麦芽糖大量存在于发芽谷粒中，特别是麦芽中。它是甜味食品中的重要糖质原料。工业上制麦芽糖的原料是发芽谷物（主要是大麦芽），利用所含的麦芽糖淀粉酶使淀粉水解而得。

麦芽糖由两分子α-葡萄糖通过α-1，4糖苷键结合而成，其结构式如下：

麦芽糖甜度仅次于蔗糖，有右旋光性和变旋现象，为+136°，因分子中有游离半缩醛羟基存在，属还原性双糖。易被酵母发酵。

2.乳糖

乳糖是哺乳动物乳汁中主要的糖分，牛乳含4.5%～5.5%，人乳含5.5%～8.0%，是由一个β-半乳糖分子中的半缩醛羟基与一个α-D-葡萄糖分子的羟氢之间脱水，以β-1，4糖苷键连接而成。乳糖有α型和β型两种结构，其结构式如下：

乳糖有右旋光性，也有变旋现象，为+55.4°，因分子中有游离半缩醛羟基存在，具有还原性。酵母不能发酵乳糖。

3.蔗糖

蔗糖在植物界分布广泛，尤其以甘蔗、甜菜中含量最多。它具有较强的甜味，是食品工业中最重要的含能量甜味剂。

蔗糖是由一分子α-D-葡萄糖和一分子β-D-果糖通过α-1，2糖苷键连接形成的双糖。其结构式如下：

蔗糖具有右旋光性质，为+66.5°，由于分子中不含有半缩醛羟基，所以无还原性。

二、功能性低聚糖

由于单糖分子结合位置和结合类型不同，低聚糖种类繁多，已知达1000种以上。除了双糖以外，还有三糖、四糖、五糖、六糖、七糖以至十糖。例如，来源于淀粉原料的低聚糖，以麦芽糖基为词头，以糖为词尾构成。例如，麦芽三糖、麦芽四糖等。由多糖原料派生的低聚糖，则冠以该多糖的名称，例如，木低聚糖（木聚糖原料）、甘露低聚糖（甘露聚糖原料）、半乳低聚糖（半乳聚糖原料）。市售制品中，低聚糖往往冠以原料名称，如大豆低聚糖、蔗糖低聚糖等。为了强调制品中的主要成分，也有称为果糖低聚糖、半乳糖低聚糖。

由单一成分的单糖组成的低聚糖称为同低聚糖。两种以上的单糖构成的低聚糖称为杂低聚糖。

低聚糖是近10年国际上颇为流行的一类有营养保健功能的糖类，它作为功能食品的基料，应用到各种保健营养补品和食品工业中，如表2-2所示。应用较多的是果糖低聚糖、麦芽低聚糖和异麦芽低聚糖。

三、单糖、低聚糖的重要性质

1.单糖、低聚糖与食品加工有关的物理性质

（1）糖的甜度　许多糖类化合物都具有甜味，糖甜味的高低称为糖的甜度，它是糖的重要性质。一般以蔗糖溶液为甜度的参比标准。规定以5%或10%的蔗糖溶液在20℃时的甜度定为1，在相同条件下，其他糖与其比较得出相对甜度，常见各种糖的相对甜度见表2-3。

同一种糖的甜度与α型和β型的不同有关，如葡萄糖的α型比β型甜度高1.5倍。葡萄糖溶于水后，时间越长甜度就越低，是由于α-D-葡萄糖和β-D-葡萄糖相互转变，在平衡状态下，α型和β型的比例大约为36%和64%。另外，温度对葡萄糖液的甜度几乎没有影响。而对于果糖，β型的甜度是α型的3倍，果糖α型与β型的互变受糖浓度和糖液温度的影响，在低温下，浓果糖液中β型是α型的两倍多，故此时甜度较高。

（2）溶解度　各种糖都能溶于水，但溶解度不同（表2-4），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。

单糖和寡糖在溶解于水的过程中，可以产生过饱和现象。利用人为的控制处理，可以运用所产生的过饱和溶液生产夹心食品糖。当控制过饱和溶液的冷却速度很慢时，则可以产生大而且坚固的结晶，如利用蔗糖制备冰糖就是依据这个原理。

（3）结晶性　蔗糖易结晶，晶体大；葡萄糖也易结晶，但晶体小；转化糖、果糖较难结晶。中转化糖浆（葡萄糖值38%～42%）是葡萄糖、低聚糖和糊精组成的混合物，不能结晶而且具有防止蔗糖结晶的性质，吸湿性也低。所以作为填充剂用于糖果制造，可防止糖果中的蔗糖结晶，又利于糖果的保存，并能增加糖果的韧性和强度，使糖果不易碎裂，又冲淡了糖果的甜度。因此，它是糖果工业不可缺少的重要原料。

（4）吸湿性和保湿性　吸湿性是指糖在空气湿度较高情况下吸收水分的性质。保湿性是指糖在较高湿度吸收水分和在较低湿度散失水分的性质。

不同种类的糖吸湿性不同，果糖、转化糖吸湿性最强，葡萄糖、麦芽糖次之，蔗糖的吸湿性最小。

不同食品对糖的吸湿性和保湿性的要求不同。如硬质糖果要求吸湿性低，以避免因吸湿而溶化，故宜选用蔗糖为原料。软质糖果需要保持一定的水分，以避免干缩，故应选用转化糖和果葡糖浆为宜。面包、糕点类食品也需要保持松软，应选用一定的转化糖和果葡糖浆。

山梨糖醇及麦芽糖醇均有显著的吸湿性，利用这种吸湿性可以作为各种食物的保湿剂，或防止蔗糖的晶析。

（5）渗透压　任何溶液都有渗透压，一定浓度的糖溶液，有一定的渗透压，其渗透压随浓度增高而增大。在相同浓度下，溶质的分子量越小，分子数目越多，渗透压力越大。单糖的渗透压是双糖的两倍，葡萄糖和果糖与蔗糖相比就有较高的渗透压。糖液的渗透压力使微生物菌体失水，生长受到抑制，所以糖藏是一种重要的保存食品方法。渗透压越高的糖，对食品保存效果越好。50%蔗糖溶液能抑制一般酵母的生长，但若要抑制细菌和霉菌生长，则分别要求65%和80%的浓度。

（6）黏度　葡萄糖和果糖的黏度较蔗糖低，中低转化糖浆的黏度较大，用于食品可提高黏稠度和口感，可作为填充剂和增稠剂广泛用于各种饮料、冷食、冲饮品中。葡萄糖和蔗糖的溶解度、黏度和温度的关系见图2-3。

（7）冰点降低　糖溶液冰点降低的程度取决于它的浓度和糖的分子量大小，溶液浓度高，分子量小，冰点降低得多。葡萄糖降低冰点的程度高于蔗糖。葡萄糖冰点降低程度与蔗糖的相对值见表2-5。

生产冰淇淋等冷冻饮品时，使用低转化程度的淀粉糖浆和蔗糖的混合物，冰点降低较单独用蔗糖好，且冰粒细微、组织细腻、黏稠度高、甜味温和等。

（8）抗氧化性　糖溶液具有一定的抗氧化性是由于氧气在糖溶液中溶解量比在水溶液中低很多。葡萄糖、果糖、淀粉糖浆等都具有抗氧化性，可以保持水果的风味、颜色，使维生素C的氧化反应降低10%～90%。

2.单糖、低聚糖与食品加工有关的化学性质

（1）氧化作用　单糖易被多种氧化剂氧化，表现出还原性，醛糖较酮糖易被氧化。

醛糖用弱氧化剂（如溴水）氧化，则醛基被氧化为羧基生成一元糖酸；若用强氧化剂如硝酸氧化，则醛基和伯醇基都被氧化生成糖二酸；在生物体内专一性酶作用下，伯醇被氧化，生成葡萄糖醛酸。

许多糖酸分子加热失水形成内酯，葡萄糖酸可生成D-葡萄糖酸γ-内酯、D-葡萄糖酸δ-内酯、D-葡萄糖醛酸δ-内酯。葡萄糖酸-δ-内酯是一种食品添加剂，食品工业生产中它被广泛用作酸味剂、蛋白质的凝固剂、pH降低剂、色调保持剂、防腐剂等。

己醛糖在碱溶液中易被弱氧化剂如斐林试剂和吐伦试剂氧化，此反应广泛用于糖的定性、定量的测定中。

酮糖的氧化作用与醛糖有所不同，弱氧化剂溴水不能使酮糖氧化，但在强氧化剂作用下，在酮基处断裂，生成草酸和酒石酸。

（2）还原作用　糖分子上的酮基和醛基都能被还原剂（NaBH4，Na-Hg齐等）或催化加氢还原生成醇，例如，葡萄糖被还原可得到葡萄糖醇，又称为山梨糖醇。山梨糖醇用于制取抗坏血酸，还可作为食品和糖果的保湿剂。果糖还原时，因糖分子中第二位碳原子的羟基有两种排列方式，故可得到山梨醇和甘露醇两种产物。木糖经还原可得到木糖醇，木糖醇可作为糖尿病人食品的甜味剂，国外已经将木糖醇广泛用于制造糖果、果酱、饮料等食品。

（3）水解作用　低聚糖在酸或水解酶作用下水解成单糖。例如，一分子右旋蔗糖在盐酸作用下水解，生成一分子右旋葡萄糖和一分子左旋果糖的混合物。由于水解改变了旋光方向，因此称蔗糖的水解产物为转化糖。蜂蜜的主要成分就是转化糖。

（4）在碱性条件下的异构反应　糖在稀碱溶液和低温下相当稳定，但温度升高时会很快发生异构化和分解反应，反应发生的程度和产物的比例与糖的种类和结构、碱的种类和浓度、作用时间和温度都有关系。

在适当温度下，用稀碱处理葡萄糖可形成葡萄糖、果糖、甘露糖的平衡混合体系。在强碱性下，糖被空气中的氧气氧化分解成酮糖等不同物质。

（5）脱水反应　单糖在稀酸中加热或在强酸作用下，发生脱水环化生成糠醛或糠醛衍生物。例如戊糖、己糖在浓酸或稀酸中加热分别生成糠醛或羟甲基糠醛。

糠醛和羟甲基糠醛及它们的衍生物都能与酚类化合物反应，生成有色物质，其颜色的深浅随着糖浓度升高而加深，因此可用于糖的定性与定量测定。

（6）酯化反应　单糖或低聚糖中的羟基与脂肪酸在一定条件下进行酯化反应，生成脂肪酸糖酯。蔗糖与脂肪酸在一定条件下进行酯化反应，生成脂肪酸蔗糖酯（简称蔗糖酯）。根据酯化程度分别得到蔗糖单酯、蔗糖双酯（图2-4）。蔗糖酯是一种高效、安全的乳化剂，可以改进食物的多种性能。它还是一种抗氧化剂，可以防止食品的酸败，延长保存期。

（7）成苷反应　单糖分子上的半缩醛羟基可以与其他的醇酚类化合物上的羟基反应，生成的化合物称为糖苷。糖苷的非糖部分称为配糖体，又称为配基。糖体与配糖体之间形成的醚键习惯上称为糖苷键。甲醇与葡萄糖生成糖苷的反应如下：

（8）与苯肼成脎反应　单糖与苯肼作用时，生成苯腙；如果苯肼过量，单糖苯腙能继续与两分子苯肼反应，生成一种不溶于水的黄色晶体，称为脎。不同的糖脎结晶形态不同，熔点也不同，即使能生成相同的脎，其反应速率和析出时间也不相同。因此，利用脎的生成可鉴别糖类。

（9）羰氨反应　单糖或还原糖中的羰基能与氨基酸、胺这样的含氨基化合物进行缩合反应，称为之为羰氨反应（见第九章第一节中“食品加工和贮藏中的褐变现象”），它是食品在加热或长期存储后发生褐变的主要原因。