第二節(jié) 碳水化合物的化學(xué)

一、碳水化合物的分類   

    可以從三種角度對(duì)碳水化合物進(jìn)行分類，也即依據(jù)碳水化合物的來源、功能和化學(xué)結(jié)構(gòu)的分類法。   

    1、根據(jù)來源進(jìn)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(dòng)物性碳水化合物(乳糖、糖原等)。   

    2、根據(jù)功能進(jìn)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(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的分類

    可以將碳水化合物區(qū)分為三類，即單糖、寡糖和多糖。凡是不能被進(jìn)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(chǔ)單元。凡是可以水解生成少數(shù)(2～6個(gè))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(gè)單糖分子的殘基構(gòu)成，在自然界中存在廣泛。凡是水解時(shí)可以生成多個(gè)單糖分子的碳水化合物，就稱作為多糖。

    多糖是由多個(gè)單糖分子相互連接形成的。多糖分子中的單糖殘基數(shù)目差別很大，約可變動(dòng)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(zhì)

    從化學(xué)結(jié)構(gòu)來看，碳水化合物的性質(zhì)存在有很大的差異，很難進(jìn)行統(tǒng)一，特別是寡糖和多糖與單糖的化學(xué)性質(zhì)之間具有許多的差別，因此，一般就多數(shù)物質(zhì)或結(jié)構(gòu)所具有的共性進(jìn)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(guān)，一般分子量越大，則水溶性越差，溶解度越小(表4—2)。溫度對(duì)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(chǎn)生過飽和現(xiàn)象。利用人為的控制處理，可以運(yùn)用所產(chǎn)生的過飽和溶液生產(chǎn)夾心食品糖。當(dāng)控制過飽和溶液的冷卻速度很慢時(shí)，則可以產(chǎn)生大而且堅(jiān)固的結(jié)晶，如利用蔗糖制備冰糖就是依據(jù)的這個(gè)原理。

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

表4—2  部分碳水化合物在水中的溶解情況

表4—3  幾種碳水化合物的甜度

在水溶液中，碳水化合物中的寡糖和多糖可以發(fā)生分解(水解)，酸和酶可以催化這個(gè)過程。一般，酸水解的速度比酶水解的要快。一個(gè)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(jī)酸比有機(jī)酸的水解作用強(qiáng)，同時(shí)水解作用隨溫度的升高而加強(qiáng)或加速。運(yùn)用碳水化合物的水解性，可以由多糖和寡糖生產(chǎn)多種水解產(chǎn)品，例如葡萄糖、糖漿和人造蜂蜜等。一般相信，酸水解是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，酶分解則是消化過程和微生物酵母發(fā)酵過程的基礎(chǔ)。目前，生化方面的酶分解方式也開始移植用于工業(yè)化生產(chǎn)。

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

    一些碳水化合物可以被酵母、細(xì)菌和霉菌產(chǎn)生的酶進(jìn)行發(fā)酵。這樣的例子是很多的，如我國(guó)人民所喜愛的白酒，就是由酵母所進(jìn)行的乙醇發(fā)酵的直接產(chǎn)物。在乙醇發(fā)酵過程中，只有少部分的碳水化合物可以被酵母直接發(fā)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(jìn)行分解，然后才能被發(fā)酵。在工業(yè)生產(chǎn)中，具有比較重要意義的另一種發(fā)酵，為檸檬酸發(fā)酵，這是另外的一種發(fā)酵種類，即好氧發(fā)酵。也就是說檸檬酸發(fā)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(shí)，將會(huì)發(fā)生乳酸發(fā)酵。

    6、凝膠性，