碳水化合物的作用

1

碳水化合物(carbohydrates)

碳水化合物是自然界中最丰富的有机物，自然界的生物物质中，碳水化合物约占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）。

碳水化合物是生物体维持生命活动所需能量的主要来源，是合成其它化合物的基本原料，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%由碳水化合物提供，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碳水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。

碳水化合物这一名词来源于此类物质由C、H、O三种元素组成，而且它们的经验式都符合通式

C

n

H

2n

O

n

即C

m

(H

2

O)

n

，其中氢和氧的比例与水分子中氢和氧的比例相同，就好象是碳同水的化合物，因而

得名。后来发现一些不属于碳水化合物的分子也有同样的元素组成比例,如乙酸C

2

H

4

O

2

，而一些碳水化合

物如脱氧核糖（C

5

H

10

O

4

）则又不符合这一比例，因而碳水化合物这一名词并不确切，根

2

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，但由于沿用习惯，碳水化合物一词仍被广为

使用。

碳水化合物可分为三类：

单糖：不能被水解的简单碳水化合物，如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖。

寡糖：单糖聚合度≤10的碳水化合物（以双糖最为多见）：蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖。

多糖：单糖聚合度>10的碳水化合物：淀粉、糊精、糖原、纤维素、半纤维素及果胶等。

碳水化合物与食品的加工、烹调和保藏有密切的关系，例如，食品的褐变就与还原糖有关，食品的

粘性及弹性也与淀粉和果胶等多糖分不开。至于蔗糖，果糖等作为甜味剂，更是人类饮食中不可缺少的物

质。

一、单糖(monosaccharides)及糖苷(glycosides)

1、结构

单糖根据羰基类型可分为醛糖和酮糖两大类。

2

单糖的衍生物有糖醇、醇糖酸、糖醛酸及糖酸等。

根据所含糖原子的数目，单糖有可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。

最简单的醛糖为甘油醛，它具有一个不对称碳原子（四个取代基不同），因而有两个对

映异构体，以D及L来区别。

由D-甘油醛衍生出来的四、五、六碳糖，都称为D-XX糖，而与其对应，由L-甘油醛衍生出

来的糖，则为L系列，天然存在的糖多为D-系列的。普通的醛会形成半缩醛、缩醛：

单糖分子内含有-CHO及-OH，所以也会在分子内发生此种反应，以己糖为例，若-CHO和第

五碳上的-OH反应，则生成六元环的半缩醛，称为吡喃糖。

果糖的>C=O与第五碳上的-OH反应，生成五元环的半缩醛，称为呋喃糖。

3

这种环状结构，称为Haworth结构式，糖一般以环状形式存在。

环的生成使羰基变为手性碳，因而产生了两个异构体，它们的差别只在于链端手性碳构型的

不同，分别称为α-和β-型。如：

这是由变旋光现象而发现的。新配制的单糖溶液在放置时，其比旋光度会逐渐增加或减少，

最后达到一个恒定的数值。如，葡萄糖配成水溶液，其比旋光度是+112.2°，但放置若干天

后就降低至+52.7°，这是因为普通葡萄糖晶体为α-D-吡喃葡萄糖，当它溶解于水时，一部

分分子通过开链结构逐渐变为β-D-葡萄糖，最后达到动态平衡。由于α-和β-异构体的比旋

光度不一样，所以溶液的旋光度逐渐减小，

4

最后达到相当于平衡混合物的恒定数值。

新形成的-OH称为半缩醛-OH，具有强的反应性，它易与其它羟基化合物反应，形成缩醛，称

为苷。

吡喃型葡萄糖具有椅式构象，体积大的-OH尽量处于平伏键上，如：

β-D-葡萄糖

2、反应

(1)酸：稀酸无影响，而和强酸共热则会生成糠醛，糠醛和各种酚有显色反应，这可用

于糖的定性和定量检测。

(2)碱：在弱碱环境，糖会发生异构化，例：葡萄糖在弱碱性环境变为葡萄糖、果糖与甘露糖

的混合物。在强碱性环境下，糖会被空气中的O2氧化生成其它复杂的混合物。

(3)氧化

①醛或酮糖与Tollens试剂（AgNO

3

-NH

3

）作用会产生银镜；与Benedict试剂（CuSO

4

、

柠檬酸和Na

2

CO

3

）或Fehling试剂（CuSO

4

，酒石酸钾钠、NaOH）一起加热时，溶液的蓝色消

失，同时生成Cu

2

O的砖红色沉淀。

能与这些试剂发生反应的糖叫还原糖，还原糖分子中必定有半缩醛羟基，它能变

为链状结构，即有-CHO或>C=O，而不与这些试剂反应的糖为非还原糖，其分子中无半缩醛羟

基。如苷中就没有半缩醛-OH，所以它在碱性不能被氧化。

Tollens试剂、Fehling试剂和Benedict试剂通常用于糖的检验测定，由于这些反应的

产物很复杂，它们无合成价值。

②醛糖与弱氧化剂（碱性溴水）反应生成醇糖酸，与强氧化剂（热HNO3）反应得糖

酸。

(4)成脎反应

单糖与苯肼（C6H5NHNH2）作用生成脎

5

糖脎都是不溶于水的黄色晶体，不同的糖所生成的脎晶形不同，在反应中生成的速度也不同，

据此可鉴定糖的种类。

(5)作为醇的反应

除进行醚化生成苷外，单糖能与酸反应生成酯，己糖和戊糖的磷酸酯是生物体中糖代

谢的中间体。

3、天然存在的主要单糖

天然存在的主要单糖有戊糖及己糖

[1]戊糖

戊糖多作为多糖成分或核酸成分存在，游离状态甚少。如D-木糖，L-阿拉伯糖

是大豆脂多糖的主要构成糖。

（A）D-木糖:存在于木材、稻草杆等的半纤维素中。

（B）L-阿拉伯糖:多在果汁和胶质的半纤维素中与果胶质共存。

（C)D-核糖和D-脱氧核糖:D-核糖和D-脱氧核糖分别为核糖核酸（RNA）

和脱氧核糖核酸（DNA）的成分。

[2]己糖

6

（1）D-葡萄糖：以结合核游离的形式广泛存在于自然界，游离态多存在于水果中，淀粉、

糖原、纤维素，葡聚糖等碳水化合物都是D-葡萄糖的聚合物。

（2）D-果糖：广泛存在于自然界，游离型多存在于水果中。寡糖的蔗糖、棉子糖、

蜜二糖中均有存在，菊粉是D-果糖的聚合物。果糖的甜度在糖类中最大。在工业上，常

利用异构酶把葡萄糖异构化为果糖来代替蔗糖。

（3）半乳糖：没有游离型，存在于乳糖和棉子糖中。

（4）D-甘露糖：它是魔芋甘露聚糖的成分。

表4-1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-arabino）

（β）

150.1158（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-xylo）

（β）

150.1145.8

+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-deoxyribo）

134.187～91-56（最终）脱氧核糖核酸（DNA）

D-核糖150.186～87

-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-galacto）

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

7

D-葡萄糖

（D-gluco）

（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-manno）

（β）

180.1133（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-fructo）

（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

L-山梨糖

（L-sovbo）

(L-木己酮糖)

（α）

180.1165

-43.4(最

终)

由弱氧化醋酸杆菌

（dans）作

用于山梨糖醇而得

到，为果胶的结构单

糖

L-岩藻糖

（L-fuco）

(6-脱氧-L-半乳糖)

（α）

164.2145

-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-rhammno）

(6-脱氧-甘露糖)

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-galacturonicacid)

（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-glucuronicacid）

（β）

194.1165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-manuronicacid）

（β）

194.1

165～

167(β)

-47.9（β）

→23.9

海藻酸、微生物多糖

8

D-葡糖胺

（D-glucosamine）

(2-氨基-2脱氧-D-葡萄糖)

（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)

182.1110～112-2.0浆果、果实、海藻类

D-甘露（糖）醇

（D-mannitol）

182.1166～168+23～+24

广泛存在于植物的

渗出液甘露聚糖、海

藻类

半乳糖醇

（galactitol）

C

6

H

14

O

6

182.1188～189

马达加斯加甘露聚

糖

3、糖苷

单糖分子中的半缩醛羟基与醇或其它分子的羟基缩合生成的缩醛称为糖苷。如：

糖苷中的非糖部分称为糖苷配基（又叫苷元，配糖体），糖有α-及β-型。

所以糖苷也有α-及β-型。在苷分子中不再含有半缩醛-OH，因此苷没有变旋光现象，也没有

还原性，它在碱性稳定，但在酸性溶液中很易水解。

苷在自然界中分布很广，许多植物色素、生物碱等都是苷。动物、微生物体中也有许多

苷类物质。

9

表4-2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4-3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4-4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

糖尿病

二、寡糖（Oligasaccharides）

聚合度≤10、而≥2的多糖，常见的为二糖。

1、蔗糖

10

在水果、花、种子等植物中广为存在，工业上由甘蔗或甜菜制备。甜味较强，为常用的

甜味剂。蔗糖是一种苷，分子中没有半缩醛-OH，因而无还原性。

它在酸或转化酶作用下，水解为D-葡萄糖和果糖：

通常把上述变化称为蔗糖的转化，其生成物称为转化糖。

2、麦芽糖

以麦芽中含量最多，故而得名。淀粉和糖原在淀粉酶作用下，生成麦芽糖。它是饴糖的

主成分。它分子中有半缩醛-OH，因而有还原性。

3、乳糖

仅存在于哺乳动物的乳中，故而得名。是半乳糖和葡萄糖用β-1，4-半乳糖苷键结合而

得。

4、环糊精环糊精是6-8个葡萄糖以α-1，4-苷键结合的环状寡糖。聚合度6、7、

8，依次称为α-，β-及γ-环糊精，为一个中间为空穴的圆柱体。其底部有6个C6羟基，

上部排列12个C2、C3羟基。内壁被C-H所覆盖，与外侧相比有较强的疏水性。环糊精的环

内侧相对地比外侧憎水，当溶液中有亲水和憎水性物质共存时，憎水性物质会被环内的憎水

性基团吸引而形成包接物。利用这一性质，可以使油质化合物在水中成为可“溶“，食物的

芳香成分可以制成干粉状而香味持久，苦味及其它异味的药物可以变成无味。

5、D-葡糖酸及其内酯

D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成D-葡糖酸，商品D-葡糖酸及其内酯的

制备如图所示。在室温下葡糖酸-δ-内酯和γ-内酯都可以水解生成D-葡糖酸，这两种内酯

通过中间双环的形式相互转变。D-葡糖酸-δ-内酯（Gluconar-Lactone,GDL系统命名为D-

葡萄糖-1，5-内酯），在室温下完全水解需要3小时，随着水解不断进行，pH值逐渐下降，

是一种温和的酸化剂，可用于要求缓慢释放酸的食品中。例如肉制品、乳制品和豆制品，特

别是焙烤食品中作为发酵剂、作内酯豆腐的凝固剂等。

11

表4-5食品中的低聚糖

种类存在分子式

二糖类

纤维二糖

(cellobio)4-O-β-D-吡喃

葡糖基-D-吡喃葡萄糖)

纤维素、玉米嫩枝

龙胆二糖

(qentiobio)6-O-β-D-吡

喃葡糖基-D-吡喃葡萄糖

树木渗出液、各种糖

苷、酵母β-葡聚糖

等多糖

异麦芽糖(isomalto)

6-O-α-D-吡喃葡糖基-D-吡

喃葡萄糖

蜂蜜、葡萄糖母液、

饴糖、发酵酒。

12

曲二糖

(kojibio)2-O-α-D-吡喃

葡糖基-D-吡喃葡萄糖

发酵酒、蜂蜜。

乳糖(lacto)4-O-β-D-吡

喃半乳糖基-D-吡喃葡萄糖

乳汁

昆布二糖（laminaribio）

3-O-β-D-吡喃葡糖基-D-吡

喃葡萄糖

海藻、β-(1→3)葡

聚糖

麦芽糖（malto）4-O-α-D-

吡喃葡糖基-D-吡喃葡萄糖

麦芽汁、蜂蜜、广泛

分布各种植物中，淀

粉等多糖

蜜二糖(melibio)

6-O-α-D-吡喃半乳糖基-D-

吡喃葡萄糖

植物树胶、可可豆

13

α-葡糖-β-葡糖苷

(sophoro)α-O-β-D吡喃

葡萄糖基-D-吡喃葡萄糖

糖苷、游离形式存在

于葡萄糖母液中

蔗糖(sucro)β-D-呋喃果

糖基-α-D-吡喃糖苷

广泛分布于甘蔗、甜

菜等植物中，是非还

原性糖。

黑曲霉二糖（nigero）

3-O-α-D-吡喃糖-D-吡喃葡

萄糖

葡萄糖母液、啤酒

α,α-海藻糖

（α,α-trehalo）

鞘翅类昆虫分泌的

蜜

三糖类

松三糖

松柏类树的渗出液、蜂蜜，

是非还原性糖

O-α-D-吡喃葡糖基-(1→3)-O-β-D-

呋喃果糖基-(2→1)-α-D-吡喃葡萄糖

苷

棉子糖（rafino）

棉籽、大豆、甘蔗、甜菜。

非还原性糖

O-α-D-吡喃半乳糖基-(1→6)-

O-α-D-吡喃葡糖基-(1→2)-β-D-呋喃

果糖苷

水苏四糖

（stachyo）

大豆、甜菜，非还原性糖

α-D-吡喃半乳糖基-(1→6)-O-α-D-

吡喃葡糖基-(1→2)-β-D-呋喃果糖苷

环状糊精

（cyclodextrin）

软化芽孢杆菌

（Bacillusma-cerans）作用

于淀粉形成的微生物多糖

14

食品中单糖和低聚糖的功能

一、甜味

低分子量糖类化合物的甜味是最容易辨别和令人喜爱的性质之一。蜂蜜和大多数水果的

甜味主要取决于蔗糖、D-果糖或D-葡萄糖的含量。人所能感觉到的甜味因糖的组成、构型和

物理形态不同而异(表4-6）。

表4-6糖的相对甜

度（W/W，%）

糖溶液的相对甜度a结晶的相对甜度

蔗糖ß-D-果糖

α-D-葡萄糖

ß-D-葡萄糖

α-D-半乳糖

ß-D-半乳糖

α-D-甘露糖

ß-D-甘露糖

α-D-乳糖

ß-D-乳糖

ß-D-麦芽糖

棉子糖

水苏四糖

100

100～175

40～79

＜α异头体

27

-

59

苦味

16～38

48

46～52

23

-

100

180

74

82

32

21

32

苦味

16

32

-

1

10

a.以蔗糖的甜度为100作为比较标准

即甜度：果糖>蔗糖>葡萄糖>麦芽糖>半乳糖>乳糖。

即使同一种糖，其α-型和β-型的甜度也不同。如：葡萄糖的α-比β-

型甜1.5倍。通常，葡萄糖的结晶为α-型。在溶液中αβ平衡时，α：β=1：

1.7，所以溶解后时间越长，甜度就越低。此平衡受温度的影响很小，故冷和热葡萄

糖液的甜味几乎无变化。

果糖β-型的甜度为α-型的3倍。普通的结晶为β-型，溶液中αβ的平

衡随浓度和温度而异，如：10%果糖液，0℃下α：β=3：7，80℃下为7：3，且浓度

高则β多，因此，在低温下，浓液甜。

蔗糖是糖苷-OH相互结合的二糖，无半缩醛-OH，溶液没有αβ变化，

甜味也不随时间变化。

15

糖醇也可用作食品甜味剂。有的糖醇例如木糖醇的甜度超过其母体糖（木

糖）的甜度，并具有低热量或无致龋齿等优点，我国已开始生产木糖醇甜味剂。某些

糖醇的相对甜度见表4-7。

表4-7糖醇的相对甜度（%）（25℃，自来水中）

糖醇相对甜度a糖醇相对甜度a

木糖醇

山梨糖醇

半乳糖醇

90

63

58

麦芽糖醇

乳糖醇

68

35

三、亲水功能

糖类化合物对水的亲和力是其基本的物理性质之一，这类化合物含有许多亲水性羟

基，因而在水中有很好的溶解性。

表4-8糖吸收潮湿空气中水分

的百分含量（%）

糖

不同相对湿度（RH）和时间吸收水（%）（20℃）

60%，1h60%，9d100%，25d

D-葡萄糖0.070.0714.5

D-果糖0.280.6373.4

蔗糖0.040.0318.4

麦芽糖（无水）0.807.018.4

含结晶水麦芽糖5.055.1—

无水乳糖0.541.21.4

含结晶水乳糖5.055.1—

虽然D-果糖和D-葡萄糖的羟基数目相同，但D-果糖的吸湿性比D-葡萄糖要大得多。在

100％相对湿度环境中，蔗糖和麦芽糖的吸水量相同，而乳糖所能结合的水则很少。当糖的水

合物形成稳定的结晶结构以后,则不容易从环境中吸收水,实际上，结晶很好的糖完全不吸湿，

因为它们的大多数氢键键合位点已经形成了糖-糖氢键。不纯的糖或糖浆一般比纯糖吸收水分

更多，有少量的低聚糖存在时吸湿更为明显，例如饴糖、玉米糖浆中存在的麦芽低聚糖。杂

质可干扰糖分子间的作用力，主要是妨碍糖分子间形成氢键，使糖的羟基更容易和周围的水

分子发生氢键键合。

糖类化合物结合水的能力和控制食品中水的活性是最重要的功能性质之一，结合

水的能力通常称为保湿性。根据这些性质可以确定不同种类食品是需要限制从外界吸入水分

或是控制食品中水分的损失。例如糖霜粉可作为前一种情况的例子，糖霜粉在包装后不应发

生粘结，添加不易吸收水分的糖如乳糖或麦芽糖能满足这一要求。另一种情况是控制水的活

16

性，特别重要的是防止水分损失，如糖果蜜饯和焙烤食品，必须添加吸湿性较强的糖，即玉

米糖浆、高果糖玉米糖浆或转化糖、糖醇等。

三、风味结合功能

很多食品，特别是喷雾或冷冻干燥脱水的食品，碳水化合物在脱水过程中对保持

食品的色泽和挥发性风味成分起着重要作用，它可以使糖-水的相互作用转变成糖-风味剂的

相互作用。

糖-风味剂+水糖-水+风味剂

多糖是一类很好的风味固定剂，应用最广泛的是阿拉伯树胶。阿拉伯树胶和明胶的

混合物用于微胶囊和微乳化技术，这是食品风味固定方法的一项重大进展。阿拉伯树胶

还用作柠檬、莱姆、橙和可乐等乳浊液的风味乳化剂。

四、糖类化合物褐变产物和食品风味

糖类化合物会发生美拉德反应并生成多种有挥发性风味的物质，详细内容见第三

章中的第二节

五、多糖(Polysaccharides)

（一）分类：

为聚合度≥10的单糖的高聚物，广泛存在于动植物及微生物中。多糖中的纤维素、半纤

维素、果胶、壳质、硫酸软膏素等，主要起细胞的支撑（骨骼）作用；淀粉、糖原、菊粉等

起能的贮藏作用。而粘质多糖等起保护、润滑、离子固定、防冻等作用。

加水分解仅产生糖类的称单纯多糖，若还生成糖以外的成份称复合多糖。由一种

单糖组成的称均一多糖。否则称非均一多糖。

通常天然多糖的聚合度为100-1000。

表1食品中常见的多糖

（同多糖）

名称结构单糖结构分子量溶解性存在

直链淀粉

(amylo)

D-葡萄糖

α-(1→4)葡聚糖直链

上形成支链

104-105

稀碱

溶液

谷物和其他植物

支链淀粉

(amylopectin)

D-葡萄糖

直链淀粉的直链上连有

α-(1→6)键构成的支

链

105-106水淀粉的主要组成成分

纤维素

(cellulo)

D-葡萄糖

聚β-(1→4)葡聚糖直

链，有支链

104-105植物结构多糖

几丁质

(chitin)

N-乙酰-

D-葡糖胺

β-(1→4)键形成的直

链状聚合物有支链

稀、浓

盐酸或

硫酸、

碱溶液

甲壳类动的壳

昆虫的表皮

17

葡聚糖

(右旋糖酐)

(dextran)

α-(1→6)葡聚糖为主

链，

α-(1→4)(0%-50%)，

α-(1→2)(0%-0.3%)，

α-(1→3)(0%-0.6%)键

结合在主链上构成支

链，形成网状结构

104-106

肠膜状明串珠菌

(ceuconostoc

menteroides)

产生的微生物多

糖

糖原

(glycogen)

D-葡萄糖

类似支链淀粉的高度支

化结构α-(1→4)和

α-(1→6)键

3×105-

4×106

水

动物肝脏内的贮藏多

糖

菊糖

(inulin)

D-果糖

β-(2→1)键结合构成

直链结构

3-7×103热水

菊科植物大量存在的

多聚果糖，大理菊、

菊芋的块茎和菊苣的

根中最多

甘露聚糖

(manna)

D-甘露糖

种籽甘露聚糖：

β-(1→4)键连接成主

链，α-(1→6)键结合在

主链上构成支链。酵母

甘露聚糖：α-(1→4)

键结合成主链，具有高

度支化结构

碱棕榈科植物如椰子

种籽胚乳，酵母

木聚糖

(xylan)

D-木糖

β-（1→4）键结

合构成直链结构

1-2×104

稀碱溶

液

玉米芯等植物的半纤

维素

出芽短梗孢糖茁

霉胶

(pulluan)

D-葡萄糖

-[(1→6)α-D-吡喃葡

萄糖-(1→4)α-D-吡喃

葡萄糖-(1→4)-α-D-

吡喃葡萄糖-]n-

-2×105水

一种类酵母真菌茁霉

(pullularia

pulluans)作用于蔗

糖、葡萄糖、麦芽糖

而产生的孢外胶质多

糖

果胶

(protin)

D-半乳糖

醛酸

-[(1→4)-α-D-吡喃半

乳糖-]n-

水植物

表2食品中常见的多糖（杂多

糖）

名称结构单糖与结构分子量溶解性存在

海藻酸

(alginicacid)

D-甘露糖醛酸和L-古洛糖醛酸的共聚物

-105碱

褐藻细胞壁

的结构多糖

琼脂糖

(agaro)

由D-半乳糖和3、6-脱水-L-半乳糖以

β-(1→3)键相间隔连结而成的

-(1→3)-[β-D-吡喃半乳糖(1→4)-3、

6-无水α-L-吡喃半乳糖-(1→3)]n-。主

链上连接硫酸、丙酮酸和葡萄糖醛酸残

1-2×105热水

红藻类细胞

的粘性多糖

18

基称为琼胶。琼脂为琼脂糖和琼胶的混

合物

阿拉伯树胶

(arabicgum)

是由D-半乳糖、D-葡萄糖醛酸、L-鼠李

糖、L-阿拉伯糖组成的105-106水

金合欢属植

物树皮的渗

出物

鹿角藻胶

(carageenan)

3、6-脱水-D-半乳糖及其2-或6-硫酸酯、

D-半乳糖-2、6-二硫酸酯、2、4-和6-

硫酸酯构成复杂的支化结构，有κ、ι、

λ、μ四种

热水

红藻类鹿角

藻细胞壁结

构多糖

1、纤维素

是自然界中存在最多的多糖，是植物的主成分，它由木材用热碱抽提，除去木素和半纤

维素而得，它是D-葡萄糖以β-1，4苷键结合而得，呈直链。聚合度为3000---6000。

由于纤维素不溶于水，故酶不易与之作用，用菌类、细菌等软体动物具有的纤维

素酶可将其分解为葡萄糖和寡糖。纤维素连同某些其他惰性多糖构成植物性食品，如蔬菜、

水果和谷物中的不可消化的碳水化合物（称为膳食纤维），人体消化道没有纤维素酶，不能

消化纤维素作为能源，但纤维素有防止便秘的作用，膳食纤维在人类营养中的重要性主要是

维护肠道蠕动，纯化的纤维素常作为配料添加到面包中，增加持水力和延长货架期，提供一

种低热量食品。动物除草食动物能利用纤维素外，其他动物的体内消化道也不含纤维素酶。

而一些草食动物（牛、马、羊等）的消化道中含有纤维素酶，可以消化纤维素为D-葡萄糖。

纤维素不显示还原性，水解也很困难，需要浓酸或稀酸在加压下长时期加热才能水

解。纤维素的羧甲基衍生物（CMC）易溶于水，有粘性，其钠盐可在食品工业中作增

稠剂。n=100-200

2、淀粉（Starch）

结构

19

广泛分布于植物的根、茎、种子中，其贮藏能的作用，构成淀粉的糖，几乎都是D-

葡萄糖，淀粉有两种，仅以α-1，4-苷键结合、构成直链状的叫直链淀粉，而以α-1，4-苷

键结合为主，并有α-1，6-苷键结合、且在此处分枝的叫支链淀粉。

直链淀粉(amvlo)

支链淀粉(amvlopectin)

普通淀粉由15∽30%直链淀粉，70∽85%支链淀粉组成，糯米则几乎全由支链淀粉组成。

一般直链淀粉的聚合度为数百∽数千，而支链淀粉为数万，支链的平均链长为20∽25个葡萄

糖单位。

20

大多数淀粉中含有大约75％的支链淀粉（表3-10），蜡质淀粉中几乎完全为支

链淀粉。马铃薯淀粉是唯一含有磷酸酯基的淀粉，其中60%～70%是在Ｏ-6位酯化，其余的在

Ｏ-3位酯化。平均每215～560个α-D-吡喃葡萄糖基含有一个磷酸酯基，大约88%在B链上。

马铃薯淀粉略带负电荷，在水中加热可形成非常粘的透明溶液，一般不易老化。

3、一些淀粉中直链淀粉与支

链淀粉的比例

淀粉来源直链淀粉(%)支链淀粉(%)淀粉来源直链淀粉(%)支链淀粉(%)

高直链玉米50-8515-50米1783

玉米2674马铃薯2179

蜡质玉米199木薯1783

小麦2575

淀粉粒的显微形态呈卵形、球形或不规则形，依植物种类而异如：

1、玉米2、马铃薯3、稻米4、小麦

表4、各种玉米淀粉的性质

种类

直链淀粉/支链淀

粉

糊化温度范围(℃)性质

普通淀粉1:362～72冷却解冻稳定性不好

糯质淀粉0:163～70不易老化

高直链淀

粉

3:2—4:166～92颗粒双折射小于普通淀粉

酸变性淀

粉

可变69～79

与未变性淀粉相比，热糊的粘性

降低

羟乙基化可变58～68(DS0.04)增加糊的透明性，降低老化作用

磷酸单酯可变56～66降低糊化温度和老化作用

交联淀粉可变

高于未改性的淀粉，取决于交联

度

峰值粘度减小，糊的稳定性增大

乙酰化淀可变55～65糊状物透明，稳定性好

21

粉

香蕉奶

昔的制作

3、糖原（phytoglycogen）

是存在于动物体内的碳水化合物，又称动物淀粉。其结构类似于支链淀粉，但分支更

多，分子也更大。

4、菊糖

菊糖大量存在于菊科植物，它溶于水，加酒精便由水中析出，加酸水解成果糖及少量葡

萄糖。

5、魔芋甘露聚糖

存在于魔芋块根中，为葡甘露聚糖，其中甘露糖：葡萄糖=2：1至3：2，小肠内没有

此糖的分解酶，故几乎不能用作能源，因而称魔芋豆腐为减肥食品。

6、果胶质

果胶质存在于植物的果实、茎、块茎等细胞隙中，它是D-吡喃半乳糖醛酸以α-1，

4-苷键结合的长链，通常以部分甲酯化状态存在，结构式如下：

果胶质一般有三种形态

⑴原果胶：与纤维素结合在一起的甲酯化聚半乳糖醛酸苷链，不溶于水，水解

后生成果胶，存在于细胞壁中。

⑵果胶：羧基不同程度甲酯化的聚半乳糖醛酸苷链，存在于植物汁液中，溶于

水，其中甲氧基含量>7%的称高甲氧基果胶(High-methoxylpectin)，7%以下的为低甲氧基果

胶。

⑶果胶酸：几乎完全不含甲氧基的聚半乳糖醛酸，溶于水。

未成熟的果实细胞间含有大量原果胶，因而组织坚硬，随着成熟的进程，原果胶

在聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶作用下，水解成分子量较小的可溶于水的果胶，并与纤维素分

离，渗入细胞液中，果实组织就变软而有弹性。若进一步水解，则果胶进一步失去甲氧基并

降低分子量形成果胶酸，由于果胶酸不具粘性，果实就变成软疡的过熟状态。

22

果胶是亲水性的胶状物，其中高甲氧基果胶，在酸性（PH2.0∽3.5）、蔗糖含量

60∽65%的条件下有凝固成凝胶的性质，而低甲氧基果胶与糖、酸即使比例恰当也难以形成凝

胶，但它在Ca2+作用下可形成凝胶，食品工业中利用它们的凝胶性将其用于果酱、果冻等食

品的制作。

图3-1果胶和海藻酸的褶裥螺条构象链段

7、植物胶质

为结构复杂的多糖，食品工业中用其作增稠剂、凝冻剂、固香剂、乳化剂、泡沫稳定剂、

浊度稳定剂等，按其来源可分为三类：

表4-13某些多糖树胶的性质

名称主要单糖组成来源可供区别的性质

瓜尔豆胶D-甘露糖D-半乳糖瓜尔豆低浓度时形成高粘度溶液

角豆胶D-甘露糖D-半乳糖角豆树与鹿角藻胶产生协同作用

阿拉伯胶D-半乳糖D-葡糖醛酸阿拉伯胶树水中溶解性大

黄蓍胶

D-半乳糖醛酸D-半乳糖，

L-岩藻糖，D-木糖，L-阿

拉伯糖

黄蓍属植物在广泛pH范围内性质稳定

琼脂

D-半乳糖；3,6-脱水L-半

乳糖

红海藻形成极稳定的凝胶

鹿角藻胶

硫酸化D-半乳糖，硫酸化

3,6-脱水

D-半乳糖

鹿角藻

与K+以化学方式凝结成为

凝胶

海藻酸盐

D-甘露醛酸，L-古洛糖醛

酸

褐藻与Ca2+形成凝胶

葡聚糖D-葡萄糖

肠膜状明串珠菌属(Leucontosoc

menteroidos)

在糖果或冷冻甜食中防止

糖结晶

黄原胶

D-葡萄糖，D-甘露糖，D-

葡萄醛酸

甘蓝黑腐黄杆菌和(Xanthomonas

campestris)

分散体为强假塑性

23

8、微生物多糖

许多微生物在生长过程中产生一些胶质的多糖，其中一些已用于食品工业及医疗上，如

右旋糖酐、黄杆菌胶、茁霉胶及环状糊精等，它们被用作稳定剂、乳化剂、增稠剂、悬浮剂、

泡沫稳定剂、成型助剂等。

9、氨基多糖

主要存在于动物中，大多由氨基己糖与糖醛酸组成二糖单位经重复连接而成，包

括粘多糖（透明质酸、硫酸软骨素）、肝素、壳多糖等，其中硫酸软骨素为治疗冠心病的药

物，肝素是天然抗凝血物质，壳多糖是昆虫、甲壳类（虾、蟹）动物外壳的成分之一，可作

为增稠剂、稳定剂。

（二）、性质

从结构上看，淀粉的多苷链末端仍有游离的半缩醛-OH，但是由于数百以至数千

个葡萄糖单位中才存在一个游离的半缩醛-OH，所以淀粉一般不显示还原性。

淀粉很容易水解，它与水一起加热即可引起分子的裂解，当与无机酸共热时，可彻底

水解为D-葡萄糖。

淀粉与碘能发生非常灵敏的颜色反应，直链淀粉呈深蓝色，支链淀粉呈蓝紫色，

该反应常被用作淀粉的定性鉴定。

（三）、糊化(gelatinization)及老化(retrogradation)

淀粉粒在受热（60-80℃）时会在水中溶胀，形成均匀的糊状溶液，称为糊化，

它的本质是淀粉分子间的氢键断开，分散在水中。

24

糊化后的淀粉又称为α-化淀粉，将新鲜制备的糊化淀粉浆脱水干燥，可得分散

于凉水的无定形粉末，即“可溶性α-淀粉”。即食型的谷物制品的制造原理就是使生淀粉“α

化”。

六、多糖(Polysaccharides)

淀粉溶液经缓慢冷却，或淀粉凝胶经长期放置，会产生不透明甚至产生沉淀的现象，称

为淀粉的“老化”，其本质是糊化的淀粉分子又自动排列成序，形成致密的不溶性分子微束，

分子间氢键又恢复。因此老化可视为糊化作用的逆转，但是老化不可能使淀粉彻底复原成生

淀粉（β-淀粉）的结构状态，与生淀粉相比，晶化程度低。老化的淀粉不易为淀粉酶作用。

直链淀粉易发生老化而支链淀粉则不易。一般已糊化了的淀粉类食品，其水分含

量为30-60%，温度0℃附近最易老化。

淀粉能被消化道内的淀粉酶分解成葡萄糖而被吸收，只有糊化后的淀粉才易于消

化，所以我们吃的为“熟食”。

许多食品在贮藏过程中品质变差，如面包的陈化（staling）、米汤的粘度下降并产生白

色沉淀等，都是由于淀粉老化的结果。糊化淀粉在有单糖、二糖和糖醇存在时则不易老化，

因此可用于阻止淀粉分子链的缔合。这类化合物之所以能防止淀粉老化主要是它们能进入淀

粉分子的末端链之间，妨碍淀粉分子缔合并且本身吸水性强能夺取淀粉凝胶中的水，使溶胀

的淀粉成为稳定的状态。表面活性剂或具有表面活性的极性脂如单酰甘油及其衍生物硬脂酰-

α-乳酸钠（SSL）添加到面包和其他食品中，可延长货架期。直链淀粉的疏水螺旋结构，使

之可与极性脂分子的疏水部分相互作用形成配合物，从而影响淀粉糊化和抑制淀粉分子的重

新排列，推迟了淀粉的老化过程。

（四）、粘性

可溶性大分子多糖都可以形成粘稠溶液。在天然多糖中,阿拉伯树胶溶液(按单

位体积中同等重量百分数计)的粘度最小,而瓜尔胶(guargum)或瓜尔聚糖(guaran)及魔芋葡

甘聚糖溶液的粘度最大。多糖(胶或亲水胶体)的增稠性和胶凝性是在食品中的主要功能，此

外，还可控制液体食品及饮料的流动性与质地，改变半固体食品的形态及O/W乳浊液的稳定

性。在食品加工中，多糖的使用量一般在0.25%～0.50%范围，即可产生很高的粘度甚至形成

凝胶。

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。多糖

分子在溶液中的形状是围绕糖基连接键振动的结果，一般呈无序状态的构象有较大的可变性。

多糖的链是柔顺性的，有显著的熵运动，在溶液中为紊乱或无规线团状态（图3-22）。但是

25

大多数多糖不同于典型的无规线团，所形成的线团是刚性的，有时紧密，有时伸展，线团的

性质与单糖的组成和连接方式相关。

淀粉增稠的食品、肉汁和淀粉糊经冷冻-解冻处理后稳定性降低，主要是由于直

链淀粉发生老化。樱桃饼馅用普通淀粉增稠，经过冷冻-解冻处理可产生纤维或颗粒状质地结

构。在冷冻食品中，糯质淀粉的加工特性要比含大量直链淀粉的好得多。磷酸交联淀粉在冷

冻食品中具有抗老化的能力。淀粉类食品，例如面包和馒头质地变干硬，是由于直链淀粉分

子间的缔合造成的，直链淀粉和脂类物质形成复合物可阻止这种作用的发生。干硬的面包经

加热可促进淀粉分子的热运动和水分的润滑作用，从而使质地变得较柔软。

淀粉添加在食品工业中主要是作为粘接剂，食品工业中常使用改性淀粉，如可溶

性淀粉，是经过轻度酸处理的淀粉，其溶液在热时有良好的流动性，冷凝时变成坚柔的凝胶，

前述的α-化淀粉就是用物理方法生成的可溶性粉。磷酸淀粉，是以无机磷酸酯化的淀粉，具

有良好的稠性，它用于冷冻食品、带馅糕点中，可改善其抗冻结-解冻性能，降低冻结-解冻

过程中水分的离析。

拉面