食品中的单糖及低聚糖

一、食品中单糖及低聚糖的结构

（一）单糖的结构

1.单糖的链状结构

单糖是最简单的碳水化合物，按照羰基在分子中的位置可分为醛糖或酮糖。依分子中碳原子的数目，单糖可依次命名为丙糖、丁糖、戊糖及己糖等。碳水化合物含有手性碳原子，手性碳原子即不对称碳原子，它连接4个不同的原子或功能基团，在空间上存在两种不同构型，即D-型及L-型两种构型。天然存在的单糖大多为D-型，食物中只有两种天然存在的L-糖，即L-阿拉伯糖和L-半乳糖。单糖中最重要的是戊糖和己糖，下面是自然界存在的重要的单糖（图4-1）。

图4-1　常见单糖的结构

单糖的直链状构型的写法，以费歇尔式（E.Fischer）最具代表性。常见的单糖可以看成是D-甘油醛的衍生物，从C3～C6衍生出来的D-醛糖的构型用费歇尔式表示，即为图4-2。

图4-2　D-醛糖的结构式（C3～C6）

2.单糖的环状结构

戊糖以上的单糖除了直链式外，还存在着环状结构，尤其在水溶液中多以环状结构——分子内半缩醛式或半缩酮式的构型存在，即单糖分子中的羰基与其本身的一个醇基反应，形成五元呋喃糖环（furanoses）和更为稳定的六元吡喃糖环（pyranoses）。由于环状结构中增加了一个手性碳原子，因此又多了两种构型，即α-型和β-型。图4-3为D-葡萄糖环状结构的形成，在20℃和处于平衡状态时，两种构型的比例为α：β=37：63。纯的D-葡萄糖属于α-D-吡喃葡萄糖，制成水溶液时，由于α与β转换，比旋光度由最初+112°逐渐降到+52.7°时恒定下来，这种现象称为变旋现象（mutarotation）。温度越高，变旋速度越快。

单糖环状结构的书写以哈武斯式（W.N.Haworth）最为常见（图4-4）。天然存在的糖环实际上并非平面结构，吡喃葡萄糖有两种不同的构象——椅式或船式，但大多数己糖是以椅式存在（图4-5）。

图4-3　D-葡萄糖的平衡状态（Haworth表示法）

图4-4　几种单糖的环状构型

图4-5　椅式吡喃环

（二）低聚糖的结构及命名

低聚糖是由2～20个糖单位通过糖苷键连接起来，形成直链的或具有分支结构的一类糖的总称。低聚糖可溶于水，普遍存在于自然界。自然界中的低聚糖的聚合度一般不超过6个糖单位，其中主要是双糖和三糖，食品中天然低聚糖以双糖最多，其中蔗糖、乳糖、麦芽糖最常见。食品中天然含有的其他低聚糖很少，主要分布在豆科植物种子和一些植物的块茎中，其中棉子糖、水苏糖和松三糖等较常见，尤其在大豆中低聚糖含量较高。

低聚糖的糖基组成可以是同种的（均低聚糖），也可以是不同种的（杂低聚糖）。低聚糖的糖基单位几乎全部都是己糖，除果糖为呋喃环结构外，葡萄糖、甘露糖和半乳糖等均是吡喃环结构。

此外，还有相对分子质量更大的低聚糖，特别应该提到的是饴糖和玉米糖浆中的麦芽低聚糖（聚合度DP或单糖残基数为4～10），以及环状糊精（cyclodextrin）。环状糊精是食品工业中广泛应用的另一类低聚糖，是由6～8单位α-D-吡喃葡萄糖基通过α-1，4糖苷键首尾相连形成的环状低聚物，主要有α、β和γ环状糊精3种。

低聚糖的名称通常采用系统命名，即用规定的符号D或L和α或β分别表示单糖残基的构型和糖苷键的构型，用阿拉伯数字和箭头（→）表示糖苷键连接的碳原子位置和连接方向，用“O”表示取代位置在羟基氧上。如：麦芽糖的系统名称为4-O-α-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-D-吡喃葡萄糖；乳糖的系统名称为β-D-吡喃半乳糖基-（1→4）-D-吡喃葡萄糖，蔗糖系统名称为α-D-吡喃葡萄糖基-（1→2）-β-D-呋喃果糖苷（图4-6）。除系统命名外，因习惯名称使用简单方便，沿用已久，故目前仍然经常使用，如蔗糖、乳糖、海藻糖、棉籽糖等。

图4-6　几种低聚糖的结构式

二、食品中单糖及低聚糖的物理性质

（一）甜度

甜味是糖的重要性质，甜味的强弱用甜度来表示，但甜度目前还不能用物理或化学方法定量测定，只能采用感官比较法，即通常以蔗糖（非还原糖）为基准物，一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20℃时的甜度为100，其他糖的甜度则与之相比较而得，如葡萄糖的甜度为70，果糖的甜度为150。麦芽糖为44，麦芽二糖为32，麦芽四糖为20，麦芽五糖为17，麦芽六糖为10，随着聚合度的增加甜度下降。由于这种甜度是相对的，所以又称为比甜度或相对甜度。常见单糖及低聚糖相对甜度见表4-2。

表4-2　糖的相对甜度

糖甜度的高低与糖的分子结构、相对分子质量、分子存在状态及外界因素有关，即相对分子质量越大，溶解度越小，则甜度越小。此外，糖的α型和β型也影响糖的甜度，如对于D-葡萄糖，如把α型的甜度定为100，则β型的甜度为66.6左右；结晶葡萄糖是α型，溶于水以后一部分转为β型，所以刚溶解的葡萄糖溶液最甜。果糖与之相反，若β型的甜度为100，则α型果糖的甜度是33；结晶的果糖是β型，溶解后，一部分变为α型，达到平衡时其甜度下降。

优质的糖应具备甜味纯正，甜度高低适当，甜感反应快，消失得也迅速的特点。常用的几种单糖基本上符合这些要求，但仍有差别。例如，与蔗糖相比，果糖的甜味感觉反应快，达到最高甜味的速度快，持续时间短；而葡萄糖的甜味感觉反应慢，达到最高甜度的速度也慢，甜度较低，并具有凉爽的感觉。

不同种类的糖混合时，对其甜度有协同增效作用。例如，蔗糖与果葡糖浆结合使用时，可使其甜度增加20%～30%；5%葡萄糖溶液的甜度仅为同浓度蔗糖甜度的1/2，但若配成5%葡萄糖与10%蔗糖的混合溶液，甜度相当于15%蔗糖溶液的甜度。

低聚糖除蔗糖、麦芽糖等双糖外，其他低聚糖可作为一类低热值低甜度的甜味剂，在食品中被广泛利用，尤其是作为功能性食品甜味剂，备受青睐。

（二）旋光性

旋光性是一种物质使直线偏振光的振动平面发生旋转的特性。旋光方向以符号表示：右旋为D-或（+），左旋为L-或（-）。

除丙酮糖外，其余单糖分子结构中均含有手性碳原子，故都具有旋光性，旋光性是鉴定糖的一个重要指标。

糖的比旋光度是指1mL含有1g糖的溶液在其透光层为0.1m时使偏振光旋转的角度，通常用[α]tλ表示，t为测定时的温度，λ为测定时光的波长。一般采用钠光，用符号D表示。表4-3为几种单糖的比旋光度数值。

表4-3　几种单糖在20℃（钠光）时的比旋光度数值

糖刚溶解于水时，其比旋光度是处于变化中的，经过一定时间后，就稳定在一恒定的旋光度上，这种现象称为变旋现象（mutarotation）。例如D-葡萄糖，在20℃和处于平衡状态时，两种构型的比例为α：β=37:63。纯的D-葡萄糖属于α-D-吡喃葡萄糖，制成水溶液时，由于α与β转换，比旋光度由最初+112°逐渐降到+52.7°时恒定下来，且温度越高，变旋速度越快。因此对有变旋光性的糖，在测定其旋光度时，必须使糖液静置一段时间再测定。

（三）溶解性

在同一温度下，各种单糖的溶解度不同，其中果糖的溶解度最大，其次是葡萄糖；各种单糖的溶解速度也不相同，其中葡萄糖溶于水的速度比蔗糖慢很多，不同葡萄糖异构体之间也存在差别，如设蔗糖的溶解速度为1.0，则无水β-葡萄糖、无水α-葡萄糖、含水α-葡萄糖的溶解速度分别为1.40、0.55和0.35。温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响，一般随温度升高，溶解度增大。不同温度下果糖、蔗糖和葡萄糖的溶解度如表4-4所示。

表4-4　几种糖的溶解度

糖溶解度的大小还与其水溶液的渗透压密切相关，在一定温度下，随着浓度增加，其渗透压也增大。对果酱、蜜饯类食品，是利用高浓度糖的保存性质（渗透压），这需要糖具有高溶解度。因为糖浓度只有在70%以上才能抑制酵母、霉菌的生长。在20℃时，单独的蔗糖、葡萄糖、果糖最高浓度分别为66%、50%与79%，故此时只有果糖具有较好的食品保存性，而单独使用蔗糖或葡萄糖均达不到防腐保质的要求。果葡糖浆的浓度因其果糖含量不同而异，当果糖含量为42%、55%和90%时，其浓度分别为71%、77%和80%，因此，果糖含量较高的果葡糖浆，其保存性能较好。

（四）吸湿性及保湿性

吸湿性和保湿性都表明糖结合水的能力。吸湿性是指糖在较高的环境湿度下吸收水分的性质；保湿性是指糖在较低的环境湿度下保持水分的性质。这两种性质对于保持糕点类食品的柔软性和食品的储藏、加工都有重要的实际意义。不同的糖吸湿性不一样，在所有的糖中，果糖的吸湿能力最强，转化糖中由于含有果糖，所以吸湿能力也较强。常见糖的吸湿性强弱为：

果糖≥转化糖＞麦芽糖＞葡萄糖＞蔗糖＞无水乳糖

一些糖醇，是糖的还原产物，比糖类具有更好的保湿性。面包、糕点需要保持柔软的口感，软糖果需要保持一定的水分，避免在干燥天气中干缩，所以在制作时，用转化糖和果葡糖浆为宜；糕饼表面的糖霜起限制水进入食品的作用，在包装后，糖霜也不应当结块，因此应选用吸湿性较小的蔗糖，吸湿性最小的乳糖也适宜用于食品挂糖衣。食品加工中利用糖的吸湿性或保湿性，实际上就是为了达到限制水进入食品或是将水保持在食品中的目的。

含有一定数量转化糖的糖制品，比如蜜饯，如果没有合适的包装，便会吸收空气中的水分，增加自由水含量，使水分活度增大，降低耐藏性。用果糖或果葡糖浆生产面包、糕点，软糖、调味品等食品，效果很好，但也正因其吸湿性、保湿性强，不能用于生产硬糖、酥糖及酥性饼干。葡萄糖经氢化生成的山梨醇具有良好的保湿性，作为保水剂广泛应用于食品、烟草、纺织等工业，效果优于甘油。

（五）结晶性

单糖和双糖可能会形成过饱和溶液。但各种糖液在一定的浓度和温度条件下都能析出晶体，这就是糖的结晶性。糖结晶形成的难易与溶液的黏度和糖的溶解度有关。蔗糖易结晶且晶粒较大；葡萄糖也易结晶，但晶粒较小；果糖和转化糖较难结晶；淀粉糖浆是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，不能结晶，并能防止蔗糖的结晶。

在糖果生产中，就需利用糖结晶性质上的差别。例如当饱和蔗糖溶液由于水分蒸发后，形成了过饱和的溶液，此时在温度骤变或有晶种存在情况下，蔗糖分子会整齐地排列在一起重新结晶，利用这个特性可以制造冰糖等。又如生产硬糖时，不能单独使用蔗糖，否则，当熬煮到含水量小于3%时，冷却下来后就会出现蔗糖结晶，硬糖碎裂而得不到透明坚韧的硬糖产品；如果在生产硬糖时添加适量的淀粉糖浆（DE值42），就不会形成结晶体而可以制成各种形状的硬糖。这是因为淀粉糖浆不含果糖，吸湿性较小，糖果保存性好。同时因淀粉糖浆中的糊精能增加糖果的黏性、韧性和强度，使糖果不易碎裂。此外，在糖果制作过程中加入其他物质，如牛奶、明胶等，也会阻止蔗糖结晶的产生。而对于蜜饯制品，需要高糖浓度，若使用蔗糖则易产生返砂现象，不仅影响外观且防腐效果降低，因此可利用果糖或果葡糖浆的不易结晶性，适当替代蔗糖，可大大改善产品的品质。

蔗糖的结晶性质还用于面包、糕点及其他一些食品表面糖霜的形成。另外，一些食品外表面糖衣的形成，也是利用了蔗糖的结晶性。利用蔗糖与风味物质共结晶的方法是一种有用的微胶囊技术。将风味物掺到熔化的蔗糖溶液中，蔗糖在冷却结晶时可包裹住风味物，当此种结晶蔗糖加入到食品中时，风味物也随之进入，有利于提高风味物的储藏稳定性。这种技术也可用于提高固体饮料和添加剂的稳定性和速溶性。

糖类的结晶性有其可利用的一面，但对另外某些食品可能会带来不良的后果。糖溶液中晶体的析出，直接降低了糖液的浓度，减小了糖液的渗透压，不能有效地抑制微生物的生长，不利于食品的保藏，还可能造成糖果、糕点等食品口感的变化（如返砂现象）。

（六）黏度

一般来说，糖的黏度是随着温度的升高而下降，但葡萄糖的黏度则随温度的升高而增大；单糖的黏度比蔗糖低，低聚糖的黏度多数比蔗糖高；淀粉糖浆的黏度随转化程度增大而降低。

糖浆的黏度特性对食品加工具有现实的生产意义。如在一定黏度范围，可使由糖浆熬煮而成的糖膏具有可塑性，以适合糖果工艺中的拉条和成型的需要；在搅拌蛋糕蛋白时，加入熬好的糖浆，就是利用其黏度来包裹稳定蛋白中的气泡。

（七）渗透压

单糖的水溶液与其他溶液一样，具有冰点降低，渗透压增大的特点。糖溶液的渗透压与其浓度和分子质量有关，即渗透压与糖的摩尔浓度成正比；在同一浓度下，单糖的渗透压为双糖的2倍。例如，果糖或果葡糖浆就具有高渗透压特性，故其防腐效果较好。低聚糖由于其分子质量较大，且水溶性较小，所以其渗透压也较小。因此，糖藏是保存食品的重要方法之一，如果酱、蜜饯等，这是由于糖液的渗透压使微生物菌体失水，其生长受到抑制。不同微生物受糖液抑制生长的性质存在差别，如对于蔗糖来说：50%可以抑制酵母的生长，65%可以抑制细菌的生长，80%可以抑制霉菌的生长。而对于链球菌，35%～45%的葡萄糖可抑制其生长，而用蔗糖溶液则需要50%～60%的浓度。

（八）发酵性

糖类发酵对食品具有重要的意义，酵母菌能使葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、甘露糖等发酵生成酒精，同时产生CO2，这是酿酒生产及面包疏松的基础。但各种糖的发酵速度不一样，大多数酵母发酵糖的顺序为：葡萄糖＞果糖＞蔗糖＞麦芽糖。乳酸菌除可发酵上述糖类外，还可发酵乳糖产生乳酸。但大多数低聚糖却不能被酵母菌和乳酸菌等直接发酵，必须先水解产生单糖后，才能被发酵。

另外，由于蔗糖、葡萄糖、果糖等具有发酵性，故在某些食品的生产中，可用其他甜味剂代替糖类，以避免微生物生长繁殖而引起食品变质或汤汁浑浊现象的发生。

三、单糖及低聚糖的化学性质

（一）美拉德反应

美拉德反应（Maillard reaction）又称羰氨反应，即指羰基与氨基经缩合、聚合反应生成类黑色素的反应。由于此反应最初是由法国生物化学家美拉德（Louis Camille Maillard）于1912年发现，故以他的姓氏命名。美拉德反应的最终产物是结构复杂的有色物质，使反应体系的颜色加深，所以该反应又称为“褐变反应”。这种褐变反应不是由酶引起的，故属于非酶褐变反应。

几乎所有食品中均含有羰基（来源于糖或油脂氧化酸败产生的醛和酮）和氨基（来源于蛋白质），因此都可能发生羰氨反应，故在食品加工中由羰氨反应引起食品颜色加深的现象比较普遍。如焙烤面包产生的金黄色，烤肉产生的棕红色，熏干产生的棕褐色，酿造食品如啤酒的黄褐色，酱油、醋的棕黑色等均与其有关。

1.美拉德反应的机理

美拉德反应过程可分为初期、中期、末期三个阶段。每一个阶段包括若干个反应。

（1）初期阶段

包括羰氨缩合和分子重排两种作用。

①羰氨缩合。羰氨反应的第一步是氨基化合物中的游离氨基与羰基化合物的游离羰基之间的缩合反应（图4-7），最初产物是一个不稳定的亚胺衍生物，称为薛夫碱（schiff base），此产物随即环化为氮代葡萄糖基胺。

在反应体系中，如果有亚硫酸根的存在，亚硫酸根可与醛形成加成化合物，这个产物能和R-NH2缩合，但缩合产物不能再进一步生成薛夫碱和氮代葡萄糖基胺（图4-8），因此，亚硫酸根可以抑制羰氨反应褐变。

羰氨缩合反应是可逆的，在稀酸条件下，该反应产物极易水解。羰氨缩合反应过程中由于游离氨基的逐渐减少，使反应体系的pH值下降，所以在碱性条件下有利于羰氨反应。

图4-7　羰氨缩合反应式

图4-8　亚硫酸根与醛的加成反应式

②分子重排。氮代葡萄糖基胺在酸的催化下经过阿姆德瑞（amadori）分子重排作用，生成1-氨基-2-酮糖即单果糖胺；此外，酮糖也可以与氨基化合物生成酮糖基胺，而酮糖基胺可经过海因斯（heyenes）分子重排作用异构成2-氨基-2-脱氧葡萄糖（图4-9）。

图4-9　糖基胺的分子重排反应

（2）中期阶段

重排产物果糖基胺可通过多条途径进一步降解，生成各种羰基化合物，如羟甲基糠醛（hydroxymethylfural，HMF）、还原酮等，这些化合物还可进一步发生反应。

①果糖基胺脱水生成羟甲基糠醛。果糖基胺在pH≤5时，首先脱去胺残基（R-NH2），再进一步脱水生成5-羟甲基糠醛（图4-10）。HMF的积累与褐变速度有密切的相关性，HMF积累后不久就可发生褐变。因此，可用分光光度计测定HMF积累情况来监测食品中褐变反应发生的情况。

②果糖基胺脱去胺残基重排生成还原酮（reductones）。除上述反应历程中发生阿姆德瑞分子重排的1，2-烯醇化作用外（烯醇式果糖基胺），还可发生2，3-烯醇化，最后生成还原酮类化合物（图4-11）。还原酮类化合物的化学性质比较活泼，可进一步脱水后再与胺类缩合，也可裂解成较小的分子如二乙酰、乙酸、丙酮醛等。

图4-10　果糖基胺脱水生成羟甲基糠醛的反应

图4-11　果糖基胺重排反应式

③氨基酸与二羰基化合物的作用。在二羰基化合物存在下，氨基酸可发生脱羧、脱氨作用，生成醛和二氧化碳，其氨基则转移到二羰基化合物上并进一步发生反应生成各种化合物（风味成分，如醛、吡嗪等），这一反应称为斯特勒克（strecker）降解反应（图4-12）。通过同位素示踪法已证明，在羰氨反应中产生的二氧化碳中90%～100%来自氨基酸残基而不是来自糖残基部分。所以，斯特勒克降解反应在褐变反应体系中即使不是唯一的，也是主要产生二氧化碳的途径。

图4-12　斯特勒克（strecker）降解反应

④果糖基胺的其他反应产物的生成。在美拉德反应中间阶段，果糖基胺除生成还原酮等化合物外，还可以通过其他途径生成各种杂环化合物，如吡啶、苯并吡啶、苯并吡嗪、呋喃化合物、吡喃化合物等（图4-13），所以此阶段的反应是一个复杂的反应。

图4-13　美拉德反应过程中吡啶化合物的生成

此外，阿姆德瑞（amadori）产物还可以被氧化裂解，生成有氨基取代的羧酸化合物（图4-14）。因此，ε-羧甲基赖氨酸可以作为该反应体系中美拉德反应进程的一个指标。

图4-14　阿姆德瑞（amadori）产物的氧化裂解

（3）末期阶段

羰氨反应的末期阶段，多羰基不饱和化合物（如还原酮等）一方面进行裂解反应，产生挥发性化合物；另一方面又进行缩合、聚合反应，产生褐黑色的类黑精物质（melanoidin），从而完成整个美拉德反应。

①醇醛缩合。醇醛缩合是两分子醛的自相缩合，并进一步脱水生成不饱和醛的过程（图4-15）。

图4-15　醇醛缩合反应

②生成类黑精物质的聚合反应。该反应是经过中期反应后，产物中有糠醛及其衍生物、二羰基化合物、还原酮类、由斯特勒克降解和糖的裂解所产生的醛等，这些产物进一步缩合、聚合形成复杂的高分子色素。

总之，食品体系中发生羰氨反应的生成产物众多，对食品的风味、色泽等方面有重要的影响。

2.影响美拉德反应的因素

美拉德反应的机制十分复杂，不仅与参与的单糖及氨基酸的种类有关，同时还受到温度、氧气、水分及金属离子等因素的影响。控制这些因素，就可以产生或抑制非酶褐变，这对食品加工具有实际意义。

（1）底物的影响

对于不同的还原糖，美拉德反应的速度不同，在五碳糖中：核糖＞阿拉伯糖＞木糖；在六碳糖中：半乳糖＞甘露糖＞葡萄糖；并且五碳糖的褐变速度大约是六碳糖的10倍，醛糖＞酮糖，单糖＞二糖。另外一些不饱和羰基化合物（如2-己烯醛）、α-二羰基化合物（如乙二醛）等的反应活性比还原糖更高。

一般地，氨基酸、肽类、蛋白质、胺类均与褐变有关，简单胺类比氨基酸的褐变速度快。而就氨基酸来说，碱性氨基酸的褐变速度快；对于不同的氨基酸，具有ε-NH2氨基酸的美拉德反应速度，远大于α-NH2氨基酸。因此，可以发现，在美拉德反应中赖氨酸损失较大。对于α-NH2氨基酸，碳链长度越短的α-NH2氨基酸，反应性越强。

（2）pH值的影响

美拉德反应在酸、碱环境中均可发生，但在pH=3以上，其反应速度随pH值的升高而加快。一般在蛋粉干燥前，加酸降低pH值，在蛋粉复溶时，再加碳酸钠恢复pH值，这样可以有效地抑制蛋粉的褐变。在很低的pH值下，氨基完全质子化，羰氨反应停止。所以降低pH值是控制褐变的较好方法。同时，也可加入亚硫酸盐来防止食品褐变，因亚硫酸盐与羰基反应，能抑制葡萄糖生成5-羟基糠醛，从而可抑制褐变发生。

（3）反应物浓度

美拉德反应速度与反应物浓度成正比，水也是反应物之一，因此在完全干燥条件下，反应难以进行。水分在10%～15%时，褐变易进行，水分含量在3%以下时，褐变反应会受到抑制。水分过多，则会过度稀释其他反应物而减速。此外，褐变与脂肪也有关，当水分含量超过5%时，脂肪氧化加快，褐变也加快。

（4）温度

美拉德反应受温度的影响很大，温度相差10℃，褐变速度相差3～5倍，一般在30℃以上褐变较快，而20℃以下则进行较慢，所以置于10℃以下冷藏，则可较好地防止褐变。

（5）金属离子

铁和铜催化还原酮类的氧化，促进美拉德反应。Fe3+比Fe2+更为有效，在食品加工处理反应避免这些金属离子的混入。而钙可同氨基酸结合生成不溶性化合物，可抑制美拉德反应，Mn2+、Sn2+等离子也可抑制美拉德反应。而Na+对褐变没有什么影响。

（6）氧气

氧气的存在影响美拉德反应，真空或充入惰性气体，则降低了脂肪等的氧化和羰基化合物的生成，也减少了它们与氨基酸的反应。此外，氧气被排除虽然不影响美拉德反应早期的羰氨反应，但是可影响反应后期色素物质的形成。

对于很多食品，为了增加色泽和香味，在加工处理时利用适当的褐变反应是十分必要的，例如，茶叶的制作，可可豆、咖啡豆的烘焙，酱油的加热杀菌等。然而对于某些食品，由于褐变反应可引起其色泽变劣，则要严格控制，如乳制品、植物蛋白饮料的高温灭菌。

（二）焦糖化反应

糖类尤其是单糖在没有含氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上的高温（一般是140～170℃以上），因糖发生脱水与降解，也会产生褐变反应，这种反应称为焦糖化反应（caramelization）。

各种单糖因熔点不同，其反应速度也各不一样，葡萄糖的熔点为146℃，果糖的熔点为95℃，麦芽糖的熔点为103℃。由此可见，果糖引起焦糖化反应最快。

糖液的pH值不同，其反应速度也不相同，pH值越大，焦糖化反应越快，在pH值为8时要比pH值为5.9时快10倍。

焦糖化反应主要有以下两类产物：一类是糖的脱水产物——焦糖（或称酱色，caramel）；另一类是糖的裂解产物——挥发性醛、酮类等。对于某些食品如焙烤、油炸食品，焦糖化作用适当，可使产品获得悦人的色泽与风味。另外，利用此反应，还可以生产作为食品着色剂的焦糖色素。

1.焦糖的形成

糖类在无水条件下加热，或者在高浓度时用稀酸处理，可发生焦糖化反应。由葡萄糖生成右旋光性的葡萄糖酐（1，2-脱水-α-D-葡萄糖）和左旋光性的葡萄糖酐（1，6-脱水-β-D-葡萄糖），前者的比旋光度为+69°，后者为-67°，酵母菌只能发酵前者，两者很容易区别。在同样条件下果糖可形成果糖酐（2，3-脱水-β-D-呋喃果糖）。

图4-16　葡萄糖和果糖的焦糖化反应

由蔗糖形成焦糖色的过程可分为3个阶段。开始阶段，蔗糖熔融，继续加热，当温度达到约200℃时，经约35min的起泡（foaming），蔗糖失去一分子水，生成异蔗糖酐（图4-17），无甜味而具有温和的苦味，这是蔗糖焦糖化的初始反应。

图4-17　异蔗糖酐的生成

生成异蔗糖酐后，起泡暂时停止。稍后又发生二次起泡现象，这就是形成焦糖的第二阶段，持续时间比第一阶段长，约为55min，在此期间失水量达9%，形成的产物为焦糖酐，平均分子式为C24H36O18。

焦糖酐的熔点为138℃，可溶于水及乙醇，味苦。中间阶段起泡55min后进入第三阶段，进一步脱水形成焦糖稀：

焦糖稀的熔点为154℃，可溶于水。若再继续加热，则生成高分子量的深色难溶的物质，称为焦糖素（caramelin），分子式为C125H188O80。这些复杂色素的结构目前尚不清楚，但具有下列的官能团：羰基、羧基、羟基和酚基等。

生产焦糖色素的原料一般为蔗糖、葡萄糖、麦芽糖或糖蜜，高温和弱碱性条件可提高焦糖化反应速度，催化剂可以加速此反应，并可生产具有不同类型的焦糖色素。现在，市场上有三种商品化焦糖色素。第一种是由亚硫酸氢铵催化蔗糖生产的耐酸焦糖色素，可应用于可乐饮料、其他酸性饮料、烘焙食品、糖浆、糖果以及调味料中，这种色素的溶液呈酸性（pH值为2～4.5），含有带负电荷的胶体粒子，酸性盐催化蔗糖糖苷键的裂解，铵离子参与amadori重排。第二种是将糖与铵盐加热，产生红棕色并含有带正电荷的胶体粒子的焦糖色素，其水溶液的pH值为4.2～4.8，用于烘焙食品、糖浆以及布丁等。第三种是由蔗糖直接热解产生红棕色并含有略带负电荷的胶体粒子的焦糖色素，其水溶液的pH值为3～4，应用于啤酒和其他含醇饮料。焦糖色素的等电点在食品的制造中有重要意义。例如，在一种pH值为4～5的饮料中若使用了等电点的pH值为4.6的焦糖色素，就会发生凝絮、浑浊乃至出现沉淀。

磷酸盐、无机酸、碱、柠檬酸、延胡索酸、酒石酸、苹果酸等对焦糖的形成有催化作用。

2.糠醛和其他醛的形成

糖在强热下的另一类变化是裂解脱水，形成一些醛类物质。如单糖在酸性条件下加热，主要进行脱水形成糠醛或糠醛衍生物。它们经聚合或与胺类反应，可生成深褐色的色素。单糖在碱性条件下加热，首先发生互变异构作用，生成烯醇糖，然后断裂生成甲醛、五碳糖、乙醇醛、四碳糖、甘油醛、丙酮醛等。这些醛类经过复杂缩合、聚合反应或发生羰氨反应均可生成黑褐色的物质。

（三）与碱的作用

单糖在碱性溶液中不稳定，易发生异构化和分解等反应。碱性溶液中单糖的稳定性与温度有很大关系，在温度较低时稳定，而温度增高，单糖会很快发生异构化和分解反应，并且这些反应发生的程度和形成的产物受许多因素的影响，如单糖的种类和结构、碱的种类和浓度、作用的温度和时间等。

1.异构化（isomerization）

稀碱溶液处理单糖，首先生成烯醇式中间体，C2失去手性。当葡萄糖烯醇式中间体C1羟基上的氢转回C2时，如果由左面加到C2上，则C2上的羟基便在右面，即仍然得到D-葡萄糖；但当C1羟基上氢原子由右面加到C2上，则C2上羟基便转至左面，产物便是D-甘露糖；且C2羟基上的氢原子也同样可以转移到C1上，这样得到的产物便是D-果糖。因此，D-葡萄糖在稀碱作用下，可通过烯醇式中间体转化得到D-葡萄糖，D-甘露糖和D-果糖三种物质的平衡混合物。同理，用稀碱处理D-果糖或D-甘露糖，也可得到相同的平衡混合物（图4-18）。

单糖的烯醇化不仅仅发生在1、2位生成1，2-烯二醇，随着碱浓度的增高，还可以发生在2、3位和3、4位上，从而形成其他的己醛糖和己酮糖。但在弱碱作用下，烯醇化作用一般停止于2、3位的阶段。

在未使用酶法以前，就是利用此反应处理葡萄糖溶液或淀粉糖浆来生产果葡糖浆，此时果糖的转化率只有21%～27%，糖分损失10%～15%，同时还产生有色物质，精制很困难。在1957年开始使用异构酶后，已有3代果葡糖浆产品在食品工业应用。第一代果葡糖浆产品中D-葡萄糖为52%，D-果糖为42%，高碳糖为6%，固形物约71%；第二代果葡糖浆产品中D-葡萄糖为40%，D-果糖为55%，高碳糖为5%，固形物约77%；第三代果葡糖浆产品中D-葡萄糖为7%，D-果糖为90%，高碳糖为3%，固形物约80%。

图4-18　葡萄糖的异构化反应

2.糖精酸的生成

单糖与碱作用时，随碱浓度的增加、加热温度的提高或加热作用时间的延长，单糖还会发生分子内氧化还原反应与重排作用，生成羧酸类化合物。此羧酸类化合物的组成与原来单糖的组成没有差异，只是分子结构（或原子连接顺序）改变，此羧酸类化合物称为糖精酸类化合物，有多种异构体，因碱浓度不同而不同，且不同的单糖生成不同结构的糖精酸（图4-19）。

图4-19　糖精酸的生成反应

3.分解反应

在浓碱的作用下，单糖分解产生较小分子的糖、酸、醇和醛等化合物。此分解反应，因有无氧气或其他氧化剂的存在而其分解产物各不相同。在有氧化剂存在时，己糖受碱作用，先发生连续烯醇化，然后在氧化剂存在的条件下从双键处裂开，生成含1、2、3、4和5个碳原子的分解产物（图4-20）。若没有氧化剂存在时，则碳链断裂的位置为距离双键的第二单键上，具体的反应式如图4-21所示。

图4-20　氧化条件下单糖的分解反应

图4-21　非氧化条件下单糖的分解反应

（四）与酸的作用

酸对于糖的作用，受酸的种类、浓度、温度和pH值的影响。在室温下稀酸对单糖的稳定性无影响，但在较高的温度下，则发生复合反应（分子间脱水）生成低聚糖，发生脱水反应（分子内脱水）生成非糖物质。糖在不同条件下可发生如下反应。

1.缩聚反应

缩聚反应实质上是分子间的缩合脱水。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通过1，3-或1，6-糖苷键缩合，失水生成双糖。若缩聚反应程度高，还能生成三糖和其他低聚糖，这种反应称为缩聚反应。

如：2C6H12O6→C12H22O12+H2O

不同酸对此反应的催化程度依次为盐酸＞硫酸＞草酸。D-葡萄糖、D-甘露糖主要通过1，6-糖苷键复合成双糖，L-阿拉伯糖则主要通过1，3-糖苷键复合，且只能得到β-二糖。值得注意的是，复合反应并不是水解反应的副反应，如麦芽糖由2分子葡萄糖通过α-1，4-糖苷键结合而成，水解后生成两分子的葡萄糖；但两分子葡萄糖发生复合时并不是通过α-1，4-糖苷键缩合，而是通过α-1，6-糖苷键缩合成异麦芽糖或通过β-1，4-糖苷键形成龙胆二糖。

缩聚反应是淀粉水解不利的副反应，在工业上用酸水解淀粉产生葡萄糖时，产物往往含有5%左右的异麦芽糖和龙胆二糖，影响葡萄糖的产率，还会影响葡萄糖的结晶性和风味。这些缩聚糖类最终存留于葡萄糖废蜜中，不能被酵母发酵，约占废蜜中糖分的三分之一。葡萄糖废蜜是制备异麦芽糖和龙胆二糖的好原料，龙胆二糖具有苦味，苦杏仁中含有此糖。葡萄糖结晶后，这些缩聚糖存留于母液中，为收回这些缩聚的葡萄糖，工业上再添加酸于母液中，加热水解，使缩聚糖转变成葡萄糖，如此提高葡萄糖的产率。另外为防止或尽量降低复合葡萄糖含量，可采取如下措施：严格控制加酸量和淀粉溶液的浓度，0.15%盐酸、35%淀粉溶液是比较合适的，另外控制液化温度和液化时间。

2.脱水反应

糖受酸和热的作用，易发生分子内脱水反应，生成环状结构体或双键化合物。与较浓的酸共热，脱水反应更容易进行，并产生非糖物质。如戊糖在加热和酸性条件生成糠醛，己糖在加热和酸性条件生成5-羟甲基糠醛，5-羟甲基糠醛进一步分解甲酸，乙酰丙酸和聚合成有色物质。这种反应在糖果加工中易出现，硬糖的黄色与糠醛及其衍生物有关。另外在此反应过程中还可产生麦芽酚和异麦芽酚，它们具有特殊的气味（焦糖香型），可增强其他风味，如增强甜味等。麦芽酚可以使蔗糖的阈值浓度降低一半，而异麦芽酚作为甜味的增强剂时，它所产生的效果相当于麦芽酚的6倍。

糖分子发生分子内脱水产生的糠醛及5-羟甲基糠醛与各种酚易发生显色反应，如与α-萘酚显紫色，此反应常用于糖的定性和定量分析。

（五）糖的氧化与还原反应

简单的单糖和大多数低聚糖分子中具有羰基和羟基，因此具有醇羟基的成酯、成醚、成缩醛等反应和羰基的一些加成反应以及一些特殊反应。这里主要介绍几种与食品有关而且比较重要的反应。

1.还原反应（reduction）

单糖分子中的醛或酮能被还原生成多元醇，常用的还原剂有钠汞齐（NaHg）和四氢硼钠（NaBH4）。如，D-葡萄糖还原生成山梨醇，木糖还原生成木糖醇，D-果糖还原生成甘露醇和山梨醇的混合物。

山梨醇、甘露醇等多元醇存在于植物中，如山梨醇存在于梨、苹果和李等多种水果中。山梨醇无毒，有轻微的甜味和吸湿性，甜度为蔗糖的50%，可用作食品、化妆品和药物的保湿剂。木糖醇的甜度为蔗糖的70%，可以替代蔗糖作为糖尿病患者的甜味剂。

2.氧化反应

（1）土伦试剂、费林试剂氧化

单糖含有游离羰基或酮基，而酮基在稀碱溶液中能转化为醛基，因此单糖具有醛的通性，既可被氧化成酸又可被还原为醇。所以醛糖与酮糖都能被像土伦试剂或费林试剂这样的弱氧化剂氧化，前者产生银镜，后者生成氧化亚铜的砖红色沉淀，糖分子的醛基被氧化为羧基。

凡是能被上述弱氧化剂氧化的糖，都称为还原糖，所以果糖也是还原糖。这主要是果糖在稀碱溶液中可发生酮式一烯醇式互变，羰基不断地变成醛基，并与氧化剂发生反应之故。

（2）溴水氧化

溴水能氧化醛糖，生成糖酸，糖酸加热很容易失水而得到γ-和δ-酯。例如D-葡萄糖被溴水氧化生成D-葡萄糖酸和D-葡萄糖酸-δ-内酯（GDL）（图4-22），后者是一种温和的酸味剂，适用于肉制品与乳制品。而葡萄糖酸还可与钙离子生成葡萄糖酸钙，它是口服钙的配料。但酮糖不能被溴水氧化，因为酸性条件下，不会引起糖分子的异构化作用，所以可用此反应来区别醛糖和酮糖。

图4-22　溴水氧化D-葡萄糖反应

（3）硝酸氧化

稀硝酸的氧化作用比溴水强，它能将醛糖的醛基和伯醇基都氧化，生成具有相同碳数的二元酸。例如图4-23中D-葡萄糖被硝酸氧化成D-葡萄糖二酸，然后互变成它的内酯。

图4-23　硝酸氧化D-葡萄糖反应

而半乳糖氧化后生成半乳糖二酸。半乳糖二酸不溶于酸性溶液，而其他己醛糖氧化后生成的二元酸都能溶于酸性溶液，利用这个反应可以鉴定半乳糖和其他己醛糖。

（4）高碘酸氧化

糖类像其他有两个或更多的在相邻的碳原子上有羟基或羰基的化合物一样，也能被高碘酸所氧化，碳碳键发生断裂（图4-24）。该反应是定量的，每断裂1个碳碳键就消耗1摩尔高碘酸。因此，该反应现在是研究糖类结构的重要手段之一。

图4-24　高碘酸氧化单糖反应

（5）其他

除了上面介绍的一些氧化反应外，如酮糖在强氧化剂作用下，在酮基处裂解，生成草酸和酒石酸。单糖与强氧化剂反应还可生成二氧化碳和水。葡萄糖在氧化酶的作用下，可以保持醛基不被氧化，仅第六个碳原子上的伯醇基被氧化生成羧基而形成葡萄糖醛酸。

四、食品中的重要的单糖及低聚糖

（一）核糖

核糖和脱氧核糖是五个碳原子的单糖，它们是戊醛糖。核糖和脱氧核糖是组成核酸的主要成分，核酸在生命过程中起着重要的作用。核糖的开链和环状立体结构式如图4-25所示。

图4-25　核糖结构

（二）木糖

木糖（结构如图4-26所示）是无色至白色结晶或白色结晶性粉末，略有特殊气味和爽口甜味。易溶于水和热乙醇，不溶于乙醇和乙醚。相对密度1.525，熔点144℃，呈右旋光性和变旋光性，比旋光度[α]D20为+18.6°-+92°。甜度约为蔗糖的40%。

图4-26　D-木糖结构式

木糖是多缩戊糖的一个组分，在自然界迄今还未发现游离状态的木糖。天然D-木糖以多糖的形态存在于植物中，在农产品的废弃部分如玉米芯、棉籽壳、甘蔗渣、稻壳以及其他禾秆、种子皮壳等中含量较多。木糖也存在于动物肝素、软骨素和糖蛋白中，它是某些糖蛋白中糖链与丝氨酸（或苏氨酸）的连接单位。

木糖不能被人体消化吸收，是无热量甜味剂，适用于肥胖者及糖尿病患者，亦用于脂肪氧化防止剂、制酱色的原料及香料原料。美国和西欧一些国家限于糖尿病患者作甜味剂使用。另外木糖能促进双岐杆菌增殖，调节人体微生物环境，提高机体免疫能力。木糖加氢制成木糖醇，做为甜味剂在食品、饮料中应用，在制药、化工业也广泛应用。

（三）葡萄糖

葡萄糖在自然界分布极广，以在葡萄中含量较多而得名。由于葡萄糖呈右旋性又叫做右旋糖。游离状态的葡萄糖不仅存在于植物特别是果实中，在蜂蜜和动物体中亦有存在，在正常人体每100mL血液中含有葡萄糖80～120mg，糖尿病病人的尿中常有大量葡萄糖存在。葡萄糖是许多糖类化合物如蔗糖、麦芽糖、淀粉、糖原和纤维素的组成成分。

葡萄糖的性质：葡萄糖为白色晶体，易溶于水，难溶于酒精，不溶于醚、氯仿等有机溶剂中，有甜昧，对石蕊呈中性反应。

葡萄糖或其他醛糖是一种多羟基醛，因此同时具有醇和醛的性质。凡具有环状结构的单糖，不仅表现环状结构的化学性质，同时也表现开链结构的化学性质。在水溶液中起化学反应时一般是以开链结构进行的。现将葡萄糖的几项重要化学性质分述如下。

1.氧化作用

葡萄糖或其他单糖都容易被氧化，因此都是还原糖。葡萄糖被氧化后，氧化产物一般是羧酸。

葡萄糖在不同的氧化剂作用下产生不同的氧化物。在酸性或中性溶液里，用溴水氧化可生成葡萄糖酸，再用碳酸钙中和即得葡萄糖酸钙。

在酸性溶液中经硝酸强烈氧化可生成二元羧酸，这就是葡萄糖在工业上可作为生产草酸原料的原因。

在碱性溶液中氧化，碳链就分解，尤其在加热情况下，能生成各种各样的产物，如乳酚、甲酸和其他带有颜色的产物。因此在葡萄糖工业生产中，始终是保持在酸性溶液中，以防止产生这些副产物。

在人体肝脏中的葡萄糖，其中一部分被氧化为葡萄糖醛酸。在人体代谢中产生对机体无用的物质和有毒物质，在肝脏中能与葡萄糖醛酸结合，使有毒物质毒性减弱，或成为更易溶于水的物质，便于从尿中排出体外，这是人体自行解毒的一种方式。

在临床上医生常给肝病患者服用葡萄糖醛酸类药物，帮助机体解毒，如“肝泰乐”就是葡萄糖醛酸内酯。

2.成酯作用

葡萄糖分子中具有醇的羟基，亦能与酸作用生成酯。葡萄糖与磷酸作用生成的葡萄糖磷酸酯，对医学关系密切。在细胞内葡萄糖和磷酸经酶的催化作用，可生成下列几种葡萄糖磷酸酯。

糖在代谢和发酵过程中常常是经过磷酸酯的生成，这是动植物组织内糖类储存和分解的基本步骤之一。

3.成苷作用

苷是由糖（葡萄糖或其他糖）与某种非糖物质（多为羟基化合物，又叫做苷元）缩去一分子水而成的化合物。例如熊果苷是由一分子葡萄糖和一分子对苯二酚缩去一分子水而成的苷。

从结构来看苷是一种缩醛，糖与苷元两部分通过氧原子连接起来，这种键叫做苷键，或称氧桥键。苷在稀酸或酶的作用下易水解产生糖和苷元。苷在自然界中分布极广，尤以植物的果实、花、叶、树皮和根等部分含量较多。

4.成脎反应

成脎反应是单糖和苯胼作用，经加热后生成一种不溶于水的结晶性化合物的反应。成脎反应是单糖的共同反应，但各种糖所成脎的结晶态、生成的时间、颜色，在显微镜下观察各有不同。据此，可用来区别各种糖。葡萄糖脎是深黄色结晶。

5.加氢还原

葡萄糖在碱性和加压条件下，以活性镍为催化剂，可与氢加成，羟基被还原成相应的醇羟基，结果分别生成山梨醇和甘露醇，总称己六醇。

（四）果糖

果糖是己糖的一种，其分子式与葡萄糖相同，但结构式不同，因此果糖是葡萄糖的同分异构体。

果糖有两种环状结构（图4-27）：一种成六元环，比较稳定，叫做吡喃果糖，以游离状态存在于水果果实和蜂蜜中。另一种成五元环，叫做呋喃果糖，较不稳定，是构成蔗糖成分之一。

从果糖的结构式可以看到它不含醛基，而且有酮的羰基，因此果糖是一种多羟基酮，为己酮糖的一种。

图4-27　D-果糖结构式

果糖虽不含醛基，但有还原性，是由于果糖的羰基受邻近的羟基影响，亦能被弱氧化剂如碱性硫酸铜试剂氧化，C-2和C-3之间的键断裂生成两个羟基酸。

果糖呈左旋型，又叫做左旋糖。将蔗糖水解即可得到果糖和葡萄糖。果糖比葡萄糖甜，蜂蜜的甜度主要是因果糖的存在。

（五）蔗糖

蔗糖（sucrose，saccharose，cane sugar）是α-D-葡萄糖的C1与β-D-果糖的C2通过糖苷键结合的非还原糖（图4-28）。在自然界中，蔗糖广泛地分布于植物的果实、根、茎、叶、花及种子内，尤以甘蔗、甜菜中含量最高。蔗糖是人类需求最大，也是食品工业中最重要的能量型甜味剂。

图4-28　蔗糖结构式

纯净蔗糖为无色透明的单斜晶体结晶，相对密度1.588，熔点160℃，加热到熔点，便形成玻璃样固体，加热到200℃以上形成棕褐色的焦糖。蔗糖易溶于水，溶解度随温度上升而增加；当KCl，K3PO4，NaCl等存在时，其溶解度也增加，而当CaCl2存在时，反而减少。蔗糖在乙醇、氯仿、醚等有机溶剂中难溶解。

蔗糖是右旋糖，其水溶液的比旋光度为[α]D20=+66.5°，当其水解后，得到等量的葡萄糖和果糖混合物，此时的比旋光度为[α]D20=-19.9°，即水解混合物的旋光方向发生改变，因此将蔗糖的水解产物称为转化糖。

蔗糖不具还原性，无变旋现象，也无成脎反应，但可与碱土金属的氢氧化物结合，生成蔗糖盐。工业上利用此特性可从废糖蜜中回收蔗糖。

在烘制面包的面团中，蔗糖是不可缺少的添加剂，它不仅有利于面团的发酵，而且在面包的烘烤过程中，蔗糖产生的焦糖化反应能增进面包的颜色。蔗糖被摄入人体内后，在小肠内因蔗糖酶的作用，水解生成葡萄糖和果糖而被人体吸收。蔗糖由于具有极大的吸湿性和溶解性，因此能形成高浓度浓缩的高渗透压溶液，对微生物有抑制效应。

（六）麦芽糖

麦芽糖（maltose）是由2分子葡萄糖通过α-1，4糖苷键结合而成的二糖（图4-29），有α-麦芽糖和β-麦芽糖两种异构体。麦芽糖为透明针状晶体，易溶于水，微溶于酒精，不溶于醚。其熔点为102～103℃，相对密度1.540，甜度为蔗糖的1/3，味爽，口感柔和。α-麦芽糖的[α]D20为+168°，β-麦芽糖[α]D20为+112°，变旋达平衡时的[α]D20为+136°。

图4-29　麦芽糖结构

麦芽糖存在于麦芽、花粉、花蜜、树蜜及大豆植株的叶柄、茎和根部，在淀粉酶（即麦芽糖酶）或唾液酶作用下，淀粉水解可得麦芽糖。面团发酵和甘薯蒸烤时就有麦芽糖生成，啤酒生产时所用的麦芽汁中所含糖的主要成分就是麦芽糖。

由于麦芽糖具有还原性，能与过量苯肼形成糖脎，工业上将淀粉用淀粉酶糖化后加酒精使糊精沉淀除去，再经结晶即可制得纯冷麦芽糖。

（七）乳糖

乳糖（lactose）是哺乳动物乳汁中的主要糖成分，牛乳含乳糖4.6%～5.0%，人乳含5%～7%。乳糖是由一分子β-D-半乳糖与另一分子D-葡萄糖通过β-1，4-糖苷键结合生成（乳糖结构如图4-30所示）。乳糖在常温下为白色固体，溶解度小，甜度仅为蔗糖的1/6，具有还原性，能形成脎，有旋光性，其比旋光度[α]D20=+55.4°，常用于食品工业和医药工业。

图4-30　乳糖的结构

乳糖有助于机体内钙的代谢和吸收，但对体内缺乳糖酶的人群，它可导致乳糖不耐症，此时只有它在水解成单糖之后才能作为能量利用。

乳糖存在于绝大多数哺乳动物的乳汁中，牛乳含乳糖4.6%～5.0%，人乳含5%～7%。乳糖有助于机体内钙的代谢和吸收，同时，乳糖的存在能促进婴儿肠道双歧杆菌的生长。乳酸菌使乳糖发酵变成乳酸。在乳酸酶的作用下，乳酸可水解成D-葡萄糖和D-半乳糖而被人体吸收。但对体内缺乳糖酶的人群，可导致乳糖不耐症。

（八）果葡糖浆

果葡糖浆（fructose，corn syrups）又称高果糖浆或异构糖浆，是以酶法水解淀粉所得的葡萄糖液经葡萄糖异构酶的异构化作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖而形成的由果糖和葡萄糖组成的一种混合糖浆。

果葡糖浆根据其所含果糖的多少，分为果糖含量为42%、55%、90%三种产品，其甜度分别为蔗糖的1.0、1.4、1.7倍。

果葡糖浆作为一种新型食用糖，其最大的优点就是含有相当数量的果糖，而果糖具有多方面的独特性质，如甜度的协同增效，冷甜爽口性，高溶解度与高渗透压，吸湿性，保湿性与抗结晶性，优越的发酵性与加工储藏稳定性，显著的褐变反应等，而且这些性质随果糖含量的增加而更加突出。因此，目前作为蔗糖的替代品在食品领域中的应用日趋广泛。

（九）环状糊精

环状糊精（cyclodextrin）是由α-D-葡萄糖以α-l，4-糖苷键结合而成的闭环结构的低聚糖，聚合度分别为6，7，8个葡萄糖单位，依次称为α-，β-，γ-

环状糊精。工业上多用软化芽孢杆菌（Bacitlus macemw）产生的葡萄糖苷基转移酶（EC.2.4.1.19）作用于淀粉而制得（图4-31）。

图4-31　环状糊精的结构图

α-环状糊精、β-环状糊精、γ-环状糊精的结构如图4-32所示。其立体结构如上下无底盖、上口和下口大小不一的木桶，中间的空腔被称为环糊精的空穴。

图4-32　α-环状糊精、β-环状糊精和γ-环状糊精结构

环状糊精结构具有高度对称性，呈圆筒形立体结构，空腔深度和内径均为0.7～0.8nm；分子中糖苷氧原子是共平面的，分子上的亲水基葡萄糖残基上的伯醇羟基均排列在环的外侧，而疏水基C—H键则排列在圆筒内壁，使中间的空穴呈疏水性。鉴于其这一分子结构特性，环状糊精很容易以其内部空间包合脂溶性物质如香精油、风味物等，因此可作为微胶囊化的壁材充当易挥发嗅感成分的保护剂，不良气味的修饰包埋剂，食品化妆品的保湿剂、乳化剂、起泡促进剂、营养成分和色素的稳定剂等。其中，以β-环状糊精的应用效果最佳。此外，还可以利用它对被分析物质的包埋作用来提高其分析的灵敏度。

β-环糊精为白色结晶性粉末、无臭、微甜。在β-环糊精分子中7个葡萄糖基的C6上的伯醇羟基都排列在环的外侧，而空穴内壁侧由呈疏水性的C—H键和环氧组成，使中间的空穴是疏水区域，环的外侧是亲水的。由于中间具有疏水空穴，因此可以包含脂溶性物质或适当大小的疏水物质，形成各种包合物。在溶液中同时存在有憎水性物质和亲水性物质时，憎水性物质能被环内侧疏水基吸附，主动进入空穴，并稳定在其中。由于环糊精具有这种特性，它可对油脂起乳化作用，对挥发性的芳香物质有防止挥发的作用，对易氧化和易光解的疏水小分子物质有保护作用，对食品中一些苦味和异味物的不良风味可以去除。