食品生物化学第五版 课件 郝涤非 项目0-6 绪论、糖与食品加工- 维生素与食品加工

食品生物化学（第五版）教学目标（1）了解食品的化学组成。（2）了解食品生物化学的研究内容。基本知识重点与难点:食品的概念及化学组成；食品生物化学的研究对象和研究内容。考核要求:了解食品生物化学的研究内容和研究对象。绪论0.1食品的概念及化学组成1.食品的概念食物是维持人类的生存和健康的物质基础。食物是指能被食用并经消化吸收后给机体提供建造自身的组成成分、提供能量或调节生理机能的无毒物质。经过加工制作的食物称食品。一般来讲，食品的概念可从以下几点把握：食物——人体生长发育、更新细胞、修补组织、调节机能必不可少的营养物质，也是产生热量以保持体温、进行体力活动的能量来源。食品——经过加工制作的食物。特殊的一些物质，满足部分人群嗜好需求，虽无营养但从食用途径被人体消化、吸收，也属于食品。食品加工——把原材料或成分转变为可供消费的食品的过程。0.1食品的概念及化学组成食品的化学组成0.2食品生物化学的研究对象和研究内容1.食品生物化学的研究对象食品生物化学研究的基本对象是食品与生命。食品生物化学是揭示人类食品体系的化学组成、性质以及在生物体内外的化学变化规律的一门科学。2.食品生物化学的研究内容（1）食品成分的理化性质和功能。包括基本营养成分（糖类、脂类、蛋白质、核酸、维生素、水、矿物质）及其他组成成分。（2）食品摄取后在体内的代谢及酶的作用。（3）食品从贮藏、运输、加工到产品销售每一过程所涉及的一系列的化学变化。包括果蔬采摘后的化学变化，动物屠宰后的化学变化。（4）食品的色、香、味方面的知识。（5）基因和遗传信息对食品原料品质形成的规律及对食品质量和营养价值的影响。（6）食品安全性的研究和食品在加工、贮运过程中如何防止嫌忌成分的产生。0.3食品生物化学的学习方法（1）地位和作用食品工业中食品资源开发、加工方法改进、贮藏方式选择等，都必须建立在对人类食品体系的化学组成、性质以及在生物体内外各种条件下的化学变化规律的深入了解的基础上。因此食品生物化学是食品科学体系中的一门核心课程。0.3食品生物化学的学习方法（2）学习方法学习食品生物化学，要做到以下几点：①明确课程的知识体系。食品生物化学的内容涉及面广，要明确课程的知识体系。包括：要了解食品的化学组成，注重学习食品中主要成分的基本化学特点及它们在食品加工与贮藏条件下的典型反应；要熟悉重要反应与食品品质的关系，了解控制或加速相关反应的限制性条件或非限制性条件。0.3食品生物化学的学习方法②要善于归纳总结，理解并加强记忆。要善于分析比较和归纳总结，针对不同的知识点找出其共性与特性，使知识系统化、条理化。对重要的部分在理解的基础上加强记忆，做到得心应手，游刃有余。③注重理论联系实际。一是要联系生产、生活实际，注重所学知识在专业、生活实践中的应用；二是联系实验实训实际，提高分析问题和解决问题的能力，达到学中用、用中学，不断增强学习兴趣与信心。习题一、填空题1.食品中的无机成分包括

、

。2.食品化学组成中的非天然成分包括

、

。3.食品中的有机成分包括

、

、

、

、

等。二、简答题食品生物化学的研究内容是什么？教学目标（1）了解糖的概念、分类、化学组成和来源。（2）掌握单糖（主要是葡萄糖和果糖）、双糖（主要是蔗糖和麦芽糖）和多糖（主要是淀粉）的主要生化性质。（3）了解糖类在食品加工中的应用。基本知识重点与难点：单糖及多糖的结构和性能。考核要求：掌握部分重要单糖及多糖的结构，从而掌握它们的性能。项目1糖与食品加工1.1概述1.1.1糖的概念糖类（Carbohydrate）是多羟基的醛或多羟基的酮及其缩聚物、衍生物的总称。它是生物界最重要的有机化合物之一，也是与发酵工业关系最为密切的一类化合物。糖类化合物主要由碳、氢、氧三种元素组成，其分子式通常以Cn（H2O）n

表示。1.1.1糖的概念由于一些糖分子中氢和氧原子数之比往往是2∶1，与水相同，过去误认为此类物质是碳与水的化合物，所以称为“碳水化合物”。实际上这一名称并不确切，如脱氧核糖（C5H10O4）、鼠李糖（C6H12O5）等糖类都不符合通式，而甲醛（CH2O）、乙酸（C2H4O2）等虽符合这个通式但并不是糖。根据其他特性分类：还原糖与非还原糖‌：根据糖分子是否具有还原性质，如葡萄糖、果糖、麦芽糖是还原糖，而蔗糖和海藻糖是非还原糖。简单糖与复合糖‌：根据分子结构的复杂程度，简单糖如葡萄糖、果糖、蔗糖，复合糖如淀粉和纤维素。天然糖与人工糖‌：天然糖来自天然食物，如蜂蜜和水果中的糖分；人工糖则是通过化学合成或加工制造的，如葡萄糖浆和高果糖糖浆。

单糖：不能再水解的糖；寡糖：水解能生成2～20个单糖分子的糖；多糖：能水解生成许多单糖的高分子化合物。

1.1.2糖的分类（1）单糖葡萄糖、果糖是常见的单糖。根据羰基在分子中的位置，单糖可分为醛糖和酮糖。醛糖和酮糖还可分为D-型和L-型两类。根据碳原子数目，可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖等。（1）单糖结构最简单的单糖是丙糖，甘油醛是丙醛糖，二羟丙酮是丙酮糖。二羟丙酮是唯一不含手征性（不对称性）碳原子的糖

。甘油醛二羟丙酮（2）寡糖寡糖又称低聚糖，由2～20个单糖分子构成，其中以双糖最普遍。寡糖和单糖都可溶于水，多数有甜味。寡糖定义问题（补充）权威生物化学教材（王镜岩第三版）：由2~20个单糖残基以糖苷键相连形成的糖类化合物食品领域几本相关教材：由2~10个单糖残基以糖苷键相连形成的糖类化合物。补充说明：寡糖处在单糖和多糖之间。寡糖和多糖没有绝对的界限，天然游离糖里很少天然存在11-20个单糖残基构的糖，它们是多糖水解的产物（如糊精）。不能说10个以上单糖构成的糖是多糖。低聚糖二糖三糖四糖其他低聚糖蔗糖麦芽糖乳糖棉子糖水苏糖低聚果糖低聚木糖（3）多糖多糖是水解时产生20个以上单糖分子的糖类，多糖可分为同聚多糖和杂聚多糖。同聚多糖由同一种单糖构成，杂聚多糖由两种以上单糖或单糖衍生物构成。糖类与蛋白质、脂质等生物分子形成的共价化合物称为复合糖或糖复合物，如糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等。1.1.3糖类的生物学意义糖在生物界中分布很广，几乎所有的动物、植物、微生物体内都含有糖。糖占植物干重的85%～90%，微生物干重的10%～30%，动物干重的2%以下。糖在植物体内起着重要的结构作用，而动物则用蛋白质和脂类代替，所以行动更灵活，适应性强。动物中只有昆虫等少数动物采用多糖构成外骨骼，其形体大小受到很大限制。（1）分布在人体中，糖主要以三种形式存在:（1）以糖原形式贮藏在肝和肌肉中。糖原代谢速度很快，对维持血糖浓度恒定，满足机体对糖的需求有重要意义。（2）以葡萄糖形式存在于体液中。细胞外液中的葡萄糖是糖的运输形式，它作为细胞的内环境条件之一，浓度相当恒定。（3）存在于多种含糖生物分子中。糖类作为组成成分直接参与多种生物分子的构成。如:DNA分子中含脱氧核糖，RNA和各种活性核苷酸（ATP、许多辅酶）含有核糖，糖蛋白和糖脂中有各种复杂的糖结构。（2）功能糖在生物体内的主要功能是构成细胞的结构和作为贮藏物质。植物细胞壁是由纤维素、半纤维素或胞壁质组成的，它们都是糖类物质。作为贮藏物质的主要有植物中的淀粉和动物中的糖原。此外，糖脂和糖蛋白在生物膜中占有重要位置，担负着细胞和生物分子相互识别的作用。糖在人体中主要作用①能源物质。糖是机体最经济，最容易得到，也最重要的能源物质。一般情况下，人体所需能量的70%来自糖的氧化。②结构成分。糖蛋白和糖脂是细胞膜的重要成分；蛋白聚糖是结缔组织如软骨、骨的结构成分；人体内有肌糖原、肝糖原。③构成生物活性物质。核酸中含有糖。有运输作用的血浆蛋白，有免疫作用的抗体，有识别、转运作用的膜蛋白等绝大多数都是糖蛋白。许多酶和激素也是糖蛋白。糖蛋白在免疫、细胞识别、血型区分等多种生理功能中发挥作用。④合成其他生物分子。如糖可用来合成脂类、氨基酸等。1.2糖的结构与性质1.2.1单糖的结构（1）单糖的链式结构葡萄糖和果糖的分子式均为C6H12O6，葡萄糖具有一个醛基和5个羟基，葡萄糖是己醛糖，结构为2，3，4，5，6-五羟基己醛，其中含4个手征性碳原子。果糖为己酮糖，结构为1,3,4,5,6-五羟基-2-己酮，其中含3个手征性碳原子。葡萄糖（己醛糖）、果糖（己酮糖）的非立体链式结构如下（手征性碳原子用“*”标出）：（2）葡萄糖的构型葡萄糖分子中含有4个手征性碳原子，根据规定，单糖的D、L构型由离官能团最远的手征性碳原子的构型决定。人体中的糖绝大多数是D-型糖。德国化学家费歇尔（Fischer）建议，带手征性碳原子的分子的直链方式书写的碳链中，以甘油醛为参照，羟基位于左侧或右侧表示不对称碳原子上羟基的不同取向，形成差向同分异构体。羟基在左定为L，在右定为D。单糖构型通常是指分子中离羰基最远的那个手征性碳原子的构型：葡萄糖在水溶液中，只有极小部分（<1%）以链式结构存在，大部分以稳定的环式结构存在。环式结构的发现是因为葡萄糖的某些性质不能用链式结构来解释，如:葡萄糖不能发生醛的NaHSO3加成反应；葡萄糖不能和醛一样与两分子醇形成缩醛，只能与一分子醇反应;葡萄糖溶液有变旋现象。当新制的葡萄糖溶解于水时，最初的比旋光度是+112°，放置后变为+52.7°，并不再改变。溶液蒸干后，仍得到+112°的葡萄糖。把葡萄糖浓溶液在110℃结晶，得到比旋光度为+19°的另一种葡萄糖。这两种葡萄糖溶液放置一定时间后，比旋光度都变为+52.7°。我们把+112°的葡萄糖叫作α-D（+）-葡萄糖，+19°的葡萄糖叫作β-D（+）-葡萄糖。这些现象都是由葡萄糖的环式结构引起的。（3）葡萄糖的环式结构（3）葡萄糖的环式结构葡萄糖分子中的醛基可以和C5上的羟基缩合形成六元环的半缩醛。这样，原来羰基的C1就变成不对称碳原子，并形成一对非对映旋光异构体。一般规定，半缩醛碳原子上的羟基（称为半缩醛羟基）与决定单糖构型的碳原子（C5）上的羟基在同一侧的称为α-葡萄糖，不在同一侧的称为β-葡萄糖。半缩醛羟基比其他羟基活泼，糖的还原性一般指半缩醛羟基。葡萄糖的环式结构如图所示葡萄糖的醛基除了可以与C5上的羟基缩合形成六元环外，还可与C4上的羟基缩合形成五元环。五元环化合物不甚稳定，天然葡萄糖多以六元环的形式存在。五元环化合物可以看成呋喃的衍生物，叫作呋喃糖；六元环化合物可以看成吡喃的衍生物，叫作吡喃糖。因此，葡萄糖的全名应为α-D（+）-吡喃葡萄糖或β-D（+）-吡喃葡萄糖。α-糖和β-糖互为端基异构体，也叫作异头物。D-葡萄糖在水介质中达到平衡时，β-异构体占63.6％，α-异构体占36.4％，以链式结构存在的极少。（3）葡萄糖的环式结构单糖的透视结构式为了更好地表示糖的环式结构，哈武斯（Haworth，1926）设计了单糖的透视结构式。规定：碳原子按顺时针方向编号，氧位于环的后方；环平面与纸面垂直，粗线部分在前，细线部分在后；将费歇尔式中左右取向的原子或基团改为上下取向，原来在左边的写在上方，右边的写在下方；D-型糖的末端羟甲基在环上方，L-型糖的在环下方；半缩醛羟基与末端羟甲基同侧的为β-异构体，异侧的为α-异构体。在D-型糖中，半缩醛羟基在平面之上为β异构体，在平面之下为α异构体；D-吡喃葡萄糖和D-呋喃葡萄糖的透视结构式如下：葡萄糖主要以六元环即吡喃糖形式存在，果糖主要以五元环即呋喃糖形式存在。单糖的透视结构式D-吡喃葡萄糖、D-呋喃果糖的透视结构式对比如下：（4）葡萄糖的构象葡萄糖六元环上的碳原子不在一个平面上，因此有船式和椅式两种构象。椅式构象比船式稳定，椅式构象中β-型构象的羟基为平键，比α-型构象稳定，所以吡喃葡萄糖主要以β-型椅式构象存在。构型：静态有机分子中基团在空间的取向。若构型改变，共价键断裂和重新生成，导致光学活性改变；构型较稳定，是由化学键决定的化学结构，是几何结构。构象：在分子中由于共价键的旋转所表现出的原子或基团的不同空间排布。构象改变，不要求共价键的断裂和重新生成，不改变分子的光学活性。（4）葡萄糖的构象β-D-吡喃葡萄糖的两种椅式构象如下：1.2.2单糖的性质（1）单糖的物理性质①旋光性除二羟丙酮外，所有的糖都有旋光性。旋光性是鉴定糖的重要指标。一般用比旋光度（或旋光率）来衡量物质的旋光性。公式为式中［α］tD是比旋光度（简称为比旋），［α］tD是在钠光灯（D线，λ：589.6nm与589.0nm）为光源，温度为t，旋光管长度为L（dm），浓度为c（g/100mL）时所测得的旋光度。在比旋光度数值前面加“+”号表示右旋，加“-”号表示左旋。表1-1列出了一些重要单糖、低聚糖和多糖的比旋光度。②甜度每种糖的甜度不同，常以蔗糖的甜度为标准进行比较，一般将10%或15%的蔗糖溶液在20℃时的甜度定为100（有的文献定为1，其他糖的甜度也相应改变），则果糖为175，葡萄糖为70，乳糖为27。因为这种甜度是相对的，所以又称为比甜度。某些糖、糖醇及其他甜味剂的相对甜度见表1-2。②甜度糖的甜味强弱与糖的分子结构、状态以及温度等外界因素有关。晶体果糖中，β-型的甜度比α-型大，而晶体葡萄糖的α-型比β-型更甜。固态糖与液态糖的甜度也有差异，如果糖在溶液中比蔗糖甜，但添加在某些饼干、小甜饼等焙烤食品中时却与蔗糖的甜度相似。在溶液中，同一种糖的α-型和β-型会互变且达到平衡，因此某一种异构式的糖在溶解过程中会发生甜度的变化直到一定条件下平衡后，才达到一个相对稳定的甜度。温度的高低也会影响糖的甜度，一些糖在温度升高时甜度下降。果糖的甜度与温度有很大关系，在40℃以下时，温度越低，果糖甜度越高，最高可达蔗糖的1.73倍。其他物质的存在也有可能影响甜味强弱。③溶解度

单糖分子中有多个羟基，这些羟基增加了单糖的水溶性，尤其在热水中溶解度极大。单糖、低聚糖易溶于水，常形成过饱和溶液称为糖浆。但单糖不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。糖浆（2）单糖的化学性质单糖是多羟基醛或酮，因此具有醇羟基和羰基的性质，如具有醇羟基的成酯、成醚、成缩醛等反应和羰基的一些加成反应，又具有由于它们互相影响而产生的一些特殊反应。①形成糖苷（Glycoside）单糖的半缩醛羟基很容易与醇或酚的羟基发生反应，失水而形成缩醛式衍生物，称为糖苷。非糖部分叫作配糖体，如配糖体也是单糖，就形成二糖，也叫作双糖。糖苷有α、β两种形式。核糖和脱氧核糖与嘌呤或嘧啶碱形成的糖苷称为核苷或脱氧核苷，在生物学上具有重要意义。α-与β-甲基葡萄糖苷是最简单的糖苷。天然存在的糖苷多为β-型。苷与糖的化学性质完全不同，苷是缩醛，糖是半缩醛。半缩醛很容易变成醛式，因此糖可显示醛的多种反应。苷需水解后才能分解为糖和配糖体。所以苷比较稳定，不与苯肼发生反应，不易被氧化，也无变旋现象。糖苷对碱稳定，遇酸易水解。①形成糖苷（Glycoside）葡萄糖与甲醇反应生成糖苷的反应式如下：②氧化作用单糖含有游离羟基，因此具有还原能力。单糖，无论是醛糖（如葡萄糖）还是酮糖（如果糖）都具有还原性。某些弱氧化剂（如铜的氧化物的碱性溶液）与单糖作用时，单糖的羰基被氧化，而氧化铜被还原成砖红色的氧化亚铜。测定氧化亚铜的生成量，即可测定溶液中的糖含量。实验室常用的斐林（Fehling）试剂就是氧化铜的碱性溶液。本尼迪克（Benedict）试剂（也称为班氏试剂）是其改进型，用柠檬酸做络合剂，碱性弱，干扰少，灵敏度高。单糖与斐林试剂的反应如下：②氧化作用除羰基外，单糖分子中的羟基也能被氧化，在不同的条件下可产生不同的氧化产物。醛糖可用三种方式氧化成相同原子数的酸：（A）在弱氧化剂如溴水作用下形成相应的糖酸；（B）在较强的氧化剂如硝酸作用下，除醛基被氧化外，伯醇基也被氧化成羧基，生成葡萄糖二酸；（C）某些醛糖在特定的脱氢酶作用下可以只氧化它的伯醇基成羧基，形成糖醛酸。己醛糖的三种方式反应式如下：②氧化作用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，因此可将酮糖与醛糖分开。在强氧化剂作用下，酮糖将在羰基处断裂，形成两个酸，反应式如下：③还原作用单糖有游离羰基，所以易被还原。在钠汞齐及硼氢化钠类还原剂作用下，醛糖被还原成糖醇，酮糖被还原成一对差向异构体的糖醇（如D-果糖被还原成D-山梨醇和D-甘露醇）。葡萄糖被还原后生成山梨醇的反应式如下：D-果糖被还原成D-山梨醇和D-甘露醇：④美拉德反应法国化学家美拉德（L.C.Maillard）于1912年发现，羰基与氨基经缩合、聚合反应生成类黑色素，又称为羰氨反应，产物是棕色缩合物，又称为褐变反应。这种褐变不是由氧气和酶引起的，故称之为非氧化褐变或非酶褐变。在食品加工中美拉德反应现象比较常见，如焙烤面包产生的金黄色，烤肉产生的棕红色，松花蛋蛋清的茶褐色，酿造食品中啤酒的黄褐色，酱油和陈醋的褐黑色等。美拉德反应式如下：⑤焦糖化反应单糖、低聚糖尤其是单糖加热到熔点以上的温度（140～170℃）时，脱水褐变，称为焦糖化反应。糖在强热下生成两类物质：一类是糖的脱水产物，即焦糖或酱色；另一类是裂解产物，即一些挥发性的醛、酮类物质，它们进一步缩合、聚合，最终形成深色物质。各种单糖及低聚糖因熔点不同，反应速度各异，葡萄糖熔点为146℃，果糖为95℃，麦芽糖为103℃，所以果糖引起焦糖化反应最快。与美拉德反应相似，对于某些食品如焙烤、油炸食品，焦糖化反应得当，可使产品得到悦人的色泽与风味。作为食品色素的焦糖色，就是利用此反应得来的。1.2.3重要单糖及其衍生物（1）丙糖丙糖有D-甘油醛和二羟丙酮，它们的磷酸酯是糖代谢的重要中间产物。二羟丙酮无光学活性；甘油醛是具有光学活性的最简单的单糖，常被作为确定生物分子D、L构型的标准物。两者的结构式如下：（2）丁糖自然界常见的丁糖有D-赤藓糖和D-赤藓酮糖，常见于藻类、地衣等低等植物中。它们的磷酸酯也是糖代谢的中间产物。D-赤藓糖的4-磷酸酯是戊糖磷酸途径和光合作用固定CO2的卡尔文（Calvin）循环中的重要中间物。D-赤藓酮糖是联系D系酮糖立体化学的重要一员。（3）戊糖自然界存在的戊醛糖主要有D-核糖、D-2-脱氧核糖、D-木糖和L-阿拉伯糖。它们大多以多聚戊糖或糖苷的形式存在。戊酮糖有D-核酮糖和D-木酮糖，均是糖代谢的中间产物。①D-核糖D-核糖是活细胞的普遍成分之一，它是核糖核酸的重要组成成分。在核苷酸中，核糖以其醛基与嘌呤或嘧啶的氮原子结合，而其2、3、5位的羟基可与磷酸连接。核糖在衍生物中总以呋喃糖形式出现。它的衍生物核醇是某些维生素（B2）和辅酶的组成成分。D-核糖的比旋是-23.7°。②D-2-脱氧核糖细胞核中的D-2-脱氧核糖，是DNA的组分之一。它和核糖一样，以醛基与含氮碱基结合，但因2位脱氧，只能以3、5位的羟基与磷酸结合。D-2-脱氧核糖的比旋是-60°。③L-阿拉伯糖阿拉伯糖又称为果胶糖，广泛存在于植物和细菌的细胞壁以及树皮创伤处的分泌物（树胶）中。它一般结合成半纤维素、树胶及植物糖蛋白等。L-阿拉伯糖熔点为160℃，比旋为+104.5°。酵母不能使其发酵。④D-木糖木糖在植物中分布很广，以结合状态的木聚糖存在于半纤维素中。木材中的木聚糖达30％以上。陆生植物很少有纯的木聚糖，常含有少量其他的糖。动物组织中也发现了木糖的成分。D-木糖熔点为143℃，比旋为+18.8°。酵母不能使其发酵。（4）己糖重要的己醛糖有D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖，重要的己酮糖有D-果糖、D-山梨糖。①葡萄糖（Glucose，Glc）葡萄糖是生物界分布最广泛、最丰富的单糖，多以D-型存在。它是人体内最主要的单糖，是糖代谢的中心物质。在绿色植物的种子、果实及蜂蜜中有游离的葡萄糖，蔗糖由D-葡萄糖与D-果糖结合而成，糖原、淀粉和纤维素等多糖也是由葡萄糖聚合而成的。在许多杂聚糖中也含有葡萄糖。D-葡萄糖的比旋为+52.5°，呈片状结晶。酵母可使其发酵。②果糖（Fructose，Fru）植物的蜜腺、水果及蜂蜜中存在大量果糖。它是单糖中最甜的糖类，D-果糖的比旋为-92.4°，呈针状结晶。含42％果糖的果葡糖浆（果糖与葡萄糖的混合物）的甜度与蔗糖相同（40℃），在5℃时甜度为143，适于制作冷饮。食用果糖后血糖不易升高，且有滋润肌肤的作用。游离的果糖为β-吡喃果糖，结合状态为β-呋喃果糖。酵母可使其发酵。③甘露糖（Man）甘露糖是植物黏质与半纤维素的组成成分。D-甘露糖的比旋为+14.2°。酵母可使其发酵。④半乳糖（Gal）半乳糖仅以结合状态存在。乳糖、蜜二糖、棉子糖、琼脂、树胶、黏质和半纤维素等都含有半乳糖。它的D-型和L-型都存在于植物产品中，如琼脂中同时含有D-型和L-型半乳糖。D-半乳糖熔点为167℃，比旋为+80.2°。可被乳糖酵母发酵。⑤山梨糖山梨糖又称为清凉茶糖，存在于被细菌发酵过的山梨汁中。它是合成维生素C的中间产物，在制造维生素C工艺中占有重要地位。其还原产物是山梨醇，存在于桃、李等果实中。工业上先用催化加氢的方法将D-葡萄糖还原为山梨醇，然后用一种醋酸杆菌在充分供氧条件下氧化山梨醇为L-山梨糖。（5）庚糖庚糖在自然界中分布较少，主要存在于高等植物中。最重要的庚糖有D-景天庚酮糖和D-甘露庚酮糖。前者存在于景天科及其他肉质植物的叶子中，以游离状态存在。它是光合作用的中间产物，呈磷酸酯态，在碳循环中占重要地位。后者存在于樟梨果实中，也以游离状态存在。①糖醇糖的羰基被还原（加氢）生成相应的糖醇，如葡萄糖加氢生成山梨醇。糖醇溶于水及乙醇，较稳定，有甜味，不能还原斐林试剂。常见的糖醇有甘露醇和山梨醇。甘露醇广泛分布于各种植物组织中，熔点为106℃，比旋为-0.21°。海带中甘露醇占干重的5.2%～20.5％，是制取甘露醇的原料。山梨醇在植物中分布也很广，熔点为97.5℃，比旋为-1.98°。山梨醇积存在眼球晶状体内可引起白内障。山梨醇氧化时可形成葡萄糖、果糖或山梨糖。糖的羟基被还原（脱氧）生成脱氧糖。除脱氧核糖外还有两种脱氧糖：L-鼠李糖和6-脱氧-L-甘露糖（岩藻糖）。它们是细胞壁的成分。（6）单糖的重要衍生物②糖醛酸单糖具有还原性，可被氧化。糖的醛基被氧化成羧基时生成糖酸；糖的末端羟甲基被氧化成羧基时生成糖醛酸。重要的糖醛酸有D-葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等。葡萄糖醛酸是肝脏内的一种解毒剂，半乳糖醛酸存在于果胶中。③氨基糖单糖的羟基（一般为C2）可以被氨基取代，形成糖胺（或称为氨基糖）。自然界中存在的氨基糖都是氨基己糖。D-葡萄糖胺是甲壳质（几丁质）的主要成分。甲壳质是组成昆虫及甲壳类结构的多糖。D-半乳糖胺是软骨类动物的主要多糖成分。糖胺是碱性糖。糖胺氨基上的氢原子被乙酰基取代时，生成乙酰氨基糖。④糖苷糖苷主要存在于植物的种子、叶子及皮内。天然糖苷中的糖苷基有醇类、醛类、酚类、固醇和嘌呤等。糖苷大多极毒，但微量糖苷可作药物。重要糖苷有：能引起溶血的皂角苷，有强心剂作用的毛地黄（又名洋地黄）苷，能引起葡萄糖随尿排出的根皮苷。苦杏仁苷也是一种毒性物质。配糖体一般对植物有毒，形成糖苷后则无毒。这是植物的解毒方法，也可保护植物不受外来伤害。⑤糖脂单糖羟基可与酸作用生成酯。糖的磷酸酯是糖在代谢中的活化形式。糖的硫酸酯存在于糖胺聚糖中。低聚糖亦称为寡糖，它是由2～20个单糖通过糖苷键连接而成的糖类物质。有些低聚糖的结构非常复杂，单糖残基的上限数目并不确定，因此低聚糖与多糖之间并无绝对的界线。低聚糖主要存在于植物中，目前已知的低聚糖不止500种。低聚糖按单糖基数量的多少可分为二糖（双糖）、三糖、四糖、五糖、六糖等。寡糖中以双糖分布最普遍，意义也较大。1.2.4低聚糖的结构和性质低聚糖亦称为寡糖，它是由2～20个单糖通过糖苷键连接而成的糖类物质。有些低聚糖的结构非常复杂，单糖残基的上限数目并不确定，因此低聚糖与多糖之间并无绝对的界线。低聚糖主要存在于植物中，目前已知的低聚糖不止500种。低聚糖按单糖基数量的多少可分为二糖（双糖）、三糖、四糖、五糖、六糖等。寡糖中以双糖分布最普遍，意义也较大。1.2.4.1双糖双糖是具有代表性的低聚糖，双糖是由两个单糖分子缩合而成的。它可以认为是一种糖苷，其中的配基是另外一个单糖分子。在自然界中，仅有三种双糖（蔗糖、乳糖和麦芽糖）以游离状态存在，其他多以结合状态存在（如纤维二糖）。蔗糖是最重要的双糖，麦芽糖和纤维二糖是淀粉和纤维素的基本结构单位。三者均易水解为单糖。（1）麦芽糖麦芽糖（Maltose）大量存在于发酵的谷粒，特别是麦芽中。它是淀粉的组成成分。淀粉和糖原在淀粉酶作用下水解可产生麦芽糖。麦芽糖是α-D-吡喃葡萄糖-（1，4）-α-D-吡喃葡萄糖苷，因为有一个醛基是自由的，所以它是还原糖，能还原斐林试剂。支链淀粉水解产物中除麦芽糖外还含有少量异麦芽糖，它是α-D-吡喃葡萄糖-（1，6）-α-D-吡喃葡萄糖苷。麦芽糖在水溶液中有变旋现象，极易被酵母发酵[α]D20=+130.4°。麦芽糖在缺少胰岛素的情况下也可被肝脏吸收，不引起血糖升高，可供糖尿病人食用。α-麦芽糖结构式如下:（2）乳糖乳糖存在于哺乳动物的乳汁中（牛奶中含4%～6％），高等植物花粉管及微生物中也含有少量乳糖。它是β-D-半乳糖-（1，4）-α-D-葡萄糖苷。乳糖不易溶解，味不甚甜（甜度为16），有还原性，且能成脎，纯酵母不能使它发酵，能被酸水解，[α]D20=+55.4°。乳糖的水解需要乳糖酶，婴儿一般都可消化乳糖，成人则不然。某些成人缺乏乳糖酶，不能利用乳糖，食用乳糖后会在小肠积累，产生渗透作用，使体液外流，引起恶心、腹痛、腹泻等乳糖不适症。乳糖结构式如下：（3）蔗糖蔗糖（Sucrose）是主要的光合作用产物，也是植物体内糖贮藏、积累和运输的主要形式。在甜菜、甘蔗和各种水果中含有较多的蔗糖。日常食用的糖主要是蔗糖。蔗糖很甜，易结晶，易溶于水，但较难溶于乙醇。若加热到160℃，便成为玻璃样的晶体，加热至200℃时成为棕褐色的焦糖。它是α-D-吡喃葡萄糖-（1，2）-β-D-呋喃果糖苷。它是由葡萄糖的半缩醛羟基和果糖的半缩酮羟基之间缩水而成的，因为两个还原性基团都包含在糖苷键中，没有裸露的羰基，所以没有还原性，是非还原性杂聚二糖。右旋，[α]D20=+66.5°。常见的非还原性低聚糖，除了蔗糖外，还有海藻糖、棉子糖。海藻糖是二分子葡萄糖通过α，α-（1，1）-糖苷键相连，与蔗糖相似，不具有还原性。蔗糖和海藻糖的结构式如下：（3）蔗糖蔗糖极易被酸水解，其水解速度比麦芽糖和乳糖大1000倍。水解后产生等量的D-葡萄糖和D-果糖，这个混合物称为转化糖，甜度为160。蜜蜂体内有转化酶，因此蜂蜜中含有大量转化糖。因为果糖的比旋比葡萄糖的比旋绝对值大，所以转化糖溶液是左旋的。在植物中有一种转化酶催化这个反应。果品糖制加工时，经糖煮工序，利用加热的方法，不仅可以提高蔗糖的溶解度，而且，由于果品含一定量的有机酸，糖煮过程中发生蔗糖的酸催化水解，可以使转化糖的含量达到30%～40%，这样蔗糖就不易结晶析出，可保证加工品的质量。当果品的有机酸含量不高时，可以加入少量的酒石酸或柠檬酸。通常糖水罐头等制品中，16%的糖甜度最为适宜，8%的糖甜度可感觉有甜味。1.2.4.2其他简单低聚糖除双糖外，其他的简单低聚糖主要有三糖、四糖和五糖等。常见的有棉子糖、龙胆糖、龙胆三糖、松三糖、水苏糖和环糊精等。（1）棉子糖主要存在于棉籽、甜菜、大豆及桉树的干性分泌物（甘露蜜）中。它是α-D-吡喃半乳糖-（1，6）-α-D-吡喃葡萄糖-（1，2）-β-D-呋喃果糖苷。棉子糖的水溶液比旋为+105.2°，不能还原斐林试剂。在蔗糖酶作用下分解成果糖和蜜二糖；在α-半乳糖苷酶作用下分解成半乳糖和蔗糖。棉子糖结构式如下：（2）环糊精环糊精是芽孢杆菌属的某些种子中的环糊精转葡糖基转移酶作用于淀粉（以直链淀粉为佳）而成。环糊精也称为糊精或环直链淀粉，一般由6、7或8个葡萄糖单位通过α-1，4-糖苷键连接而成，分别称为α-、β-和γ-环糊精或环六、环七和环八直链淀粉。环糊精属于非还原糖，对酸水解较慢，对α-和β-淀粉酶有较大的抗性。（2）环糊精环糊精分子的结构像一个轮胎，其特点是所有葡萄糖残基的C6羟基都在大环一面的边缘，而C2和C3的羟基位于大环的另一面的边缘。其结构式如下：（2）环糊精环糊精分子及其多聚体，内部是疏水环境，外部是亲水的，它们既能很好地溶于水，又能从溶液中吸入疏水分子或疏水部分到分子的空隙中，形成水溶性的包含络合物。通常被包含的物质对光、热、氧变得更加稳定，某些物理性质也发生改变，如溶解度、分散度增大。环糊精还能使食品的色、香、味得到保存和改善。在医药、食品、化妆品等工业中被广泛地用作稳定剂、抗氧化剂、抗光解剂、乳化剂和增溶剂等。1.2.5多糖的结构与性质多糖由多个单糖缩合而成。它是自然界中分子结构复杂且庞大的糖类物质。多糖按功能可分为两大类：一类是结构多糖，如构成植物细胞壁的纤维素、半纤维素，构成细菌细胞壁的肽聚糖等；另一类是贮藏多糖，如植物中的淀粉、动物体内的糖原等。还有一些多糖具有更复杂的生理功能，如黏多糖、血型物质等，它们在生物体内起着重要的作用。1.2.5多糖的结构与性质多糖可由一种单糖缩合而成，称为同聚多糖，如戊糖胶（木糖胶、阿拉伯糖胶）、己糖胶（淀粉、糖原、纤维素等），也可由不同类型的单糖缩合而成，称为杂聚多糖，如半乳糖甘露糖胶、阿拉伯胶和果胶等。多糖在水中不形成真溶液，只能形成胶体。多糖没有甜味，也无还原性。多糖有旋光性，但无变旋现象。（1）淀粉淀粉（Starch）是植物中最重要的贮藏多糖，在植物中以淀粉粒状态存在，形状为球状或卵形。淀粉是由麦芽糖单位构成的链状结构，有直链淀粉与支链淀粉之分。直链淀粉是由α-1，4-糖苷键连接的α-葡萄糖残基组成，相对分子质量从几万到十几万，平均在60000左右，相当于300～400个葡萄糖分子缩合而成。其空间构象是卷曲的螺旋形，每一螺旋为6个残基。支链淀粉分子中除有α-1，4-糖苷键连接而成的直链外，还有α-1，6-糖苷键连接的支链。25～30个葡萄糖基有1个分支点，各分支卷曲成螺旋状。支链淀粉相对分子质量在20万以上，含有1300个葡萄糖或更多。直链淀粉和支链淀粉的结构式如下：直链淀粉和支链淀粉的空间构象如下：直链淀粉、支链淀粉都不溶于冷水。直链淀粉在热水中可部分溶解，静置时析出淀粉晶体。支链淀粉在热水中膨胀成糊状，形成稳定的胶体，静置时不出现沉淀。支链淀粉溶于热的有机溶剂。淀粉能在酸或酶的作用下被逐步降解，生成分子大小不一的中间产物，统称为糊精。水解的终产物为葡萄糖，中间产物有红色糊精、无色糊精、麦芽糖。淀粉遇碘起呈色反应，直链淀粉遇碘变蓝色，支链淀粉遇碘呈紫红色。淀粉与碘的呈色反应是由于碘分子进入淀粉螺旋圈内，形成淀粉-碘络合物，其颜色与螺旋数量的多少有关，链长少于6个葡萄残基时不能形成一个完整的螺旋，因而不能形成淀粉-碘络合物，故不起呈色反应。当链长在6个以上螺旋（36个以上葡萄糖残基）时形成的淀粉-碘络合物能吸收可见光中较长的波长的光（约620nm，澄红色），根据互补色原理，吸收澄红色光后，络合物呈蓝色。支链淀粉相对分子量虽大，但分支单位的长度只有25～30个葡萄糖残基，形成较少螺旋数量的链，络合形成的短串碘分子较直链淀粉形成的长串碘分子吸收更短波长的光（约550nm，绿色），根据互补色原理，吸收绿色光后，络合物呈紫红色。淀粉与碘的呈色反应互补色原理，是指物质选择吸收自然光中某些波长的光后，反射或透过未被吸收的光（互补色）就呈现出来。例如，红色化合物在490nm附近有最大吸收峰，而490nm的光是青绿色，青绿色的光被吸收后，这个化合物显示的颜色就是青绿色光的互补色——红色。互补色原理

淀粉的糊化和老化淀粉在适当温度下吸水膨胀形成均匀糊状溶液的现象称为糊化。糊化的淀粉更可口，易消化吸收。糊化作用的本质是淀粉颗粒中维持其空间结构的化学力之一的氢键断裂。淀粉分子之间的束缚减弱，淀粉分子分散在水中成为胶体溶液。

淀粉的糊化和老化淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶长期放置会变成不透明状甚至产生沉淀，这种现象称为淀粉的老化。如烘焙食品冷却后或长期放置，其硬度增加，新鲜度下降，这就是典型的老化现象。老化现象产生的快慢与淀粉种类有关，直链淀粉比支链淀粉更易产生老化现象。淀粉含水量为30%～60%时较易老化，含水量小于10%或在大量水中不易老化；老化作用最适宜的温度为2～4℃，高于60℃或低于-20℃不发生老化（速冻包子、速冻水饺就是依据此原理）；在偏酸（pH为4以下）或偏碱条件下也不易老化。

淀粉的糊化和老化老化后的淀粉与水失去亲和能力，并且难以被淀粉酶水解，因而不易被人体消化吸收。淀粉老化作用的控制在食品工业中有重要意义。如面包烤好后，糊化的淀粉就开始老化，导致面包变硬，新鲜程度下降，若将表面活性物质硬脂酰乳酸钠添加到面包中，可抑制淀粉的再结晶，即可延缓面包变硬，从而延长货架期。具有表面活性的大多数极性脂类可延缓老化现象的发生。支链淀粉含量高的淀粉（如糯米）糊化后黏性大，透明度高，适合制作年糕、汤圆等。直链淀粉含量高的淀粉（如籼米）糊化后黏性低，易老化，适合制作粉丝、米粉等。支链淀粉的胶体稳定性使其常用于增稠剂、稳定剂（如果冻、酱料）。直链淀粉的凝胶特性用于食品包装膜或缓释药物载体。

淀粉的改性变性淀粉是利用加热、酸、碱、氧化剂、酶制剂及具有某些官能团的化学试剂，将天然淀粉的部分结构、物理性质、化学性质进行一定的改变的产品，又称改性淀粉。如实验室常用的可溶性淀粉就是一种改性淀粉。改性分为：物理变性、化学变性（氧化反应、交联反应）、酶变性（水解反应、合成反应）。（2）糖原糖原又称为动物淀粉，是动物中的主要多糖，主要贮存于动物的肝脏和骨骼肌中，在某些细菌如大肠杆菌和个别植物如甜玉米中也可以找到。糖原是葡萄糖极易利用的贮藏形式。糖原的结构与支链淀粉相似，但分支密度更大，分支链更短，平均8~12个葡萄糖残基发生一次分支。每个糖原分子有一个还原末端和很多非还原末端。与碘反应呈红色，光吸收在430～490nm。（2）糖原糖原的分支多，分子表面暴露出许多非还原末端，每个非还原末端既能与葡萄糖结合，也能分解产生葡萄糖，从而迅速调整血糖浓度，调节葡萄糖的供求平衡。所以糖原是人和动物餐间及肌肉剧烈运动时最易动用的葡萄糖贮存库（葡萄糖是体内各器官的重要代谢燃料，更是大脑可利用的燃料）糖原在肝脏中浓度较高，但在骨骼肌中总量较多。糖原在细胞的胞液中以颗粒状存在，直径为10~40nm。（3）纤维素纤维素是自然界中含量最丰富的有机物，它占植物界碳含量的50％以上。棉花和亚麻是较纯的纤维素，纤维素占90％以上。木材中的纤维素常和半纤维素及木质素结合存在。用煮沸的1％氢氧化钠（NaOH）处理木材，然后加氯及亚硫酸钠，即可去掉木质素，留下纤维素。纤维素由葡萄糖分子以β-1，4-糖苷键连接而成，无分支。纤维素相对分子质量在5万到40万之间，每分子含300～2500个葡萄糖残基。纤维素是直链，100～200条链彼此平行，以氢键结合，所以不溶于水，但溶于铜盐的氨水溶液，可用于制造人造纤维。纤维素分子排列成束状，和绳索相似，纤维就是由许多这种绳索集合组成的。（3）纤维素纤维素经弱酸水解可得到纤维二糖。在浓硫酸（低温）或稀硫酸（高温、高压）下水解木材废料，可以产生约20％的葡萄糖。纤维素的三硝酸酯称为火棉，遇火迅速燃烧。一硝酸酯和二硝酸酯可以溶解，称为火棉胶，用于医药工业。纯净的纤维素是无色、无臭、无味的物质。人体内没有纤维素酶，不能分解纤维素。某些反刍动物在肠道内共生着能产生纤维素酶的细菌，因而能消化纤维素。①果胶果胶存在于高等植物的薄壁细胞组织中，又名甲氧基半乳糖醛酸聚糖，是果胶酸分子与甲醇发生酯化反应的产物。果胶是亲水物质，其水溶液在适当条件下可形成凝胶。在食品工业中常利用这一特性生产果酱、果冻等食品。果胶的甲氧基由酶催化或高温高压蒸煮可水解产生甲醇，酒类发酵中的甲醇即来源于此。人体内不能产生果胶酶，因此，果胶不能被人体消化。（4）食品中的其他多糖果冻②

菊糖菊糖是一种大量存在于菊科植物中的多聚果糖。在这些植物中，菊糖代替淀粉成为贮藏物质。菊糖由约34个果糖残基及1个葡萄糖残基组成。菊糖溶于水，加乙醇可使菊糖从水中析出，加酸水解则生成果糖及少量葡萄糖。③琼脂琼脂是某些海藻（如石花菜属）所含的多糖物质，主要成分是多缩半乳糖，含有硫和钙。琼脂不易被微生物分解，可作为微生物培养基成分，也可作为电泳支持物。食品工业中常用来制造果冻、果酱等。1%～2％的琼脂溶液在室温下就能形成凝胶。琼脂条④几丁质几丁质又名壳多糖，是N-乙酰-2-氨基葡萄糖以β-1，4-糖苷键相连而成的多糖。它是甲壳动物的结构多糖，也叫作甲壳素。它是地球上仅次于纤维素的第二大类有机资源，主要存在于甲壳类动物的骨骼中。几丁质在温和的受控条件下可局部酸水解后粉碎成末得到微晶多糖，可用作冷冻食品和室温存放食品的增稠剂和稳定剂。几丁质亦可水解成N-乙酰氨基葡萄糖，作为婴儿食品的添加剂。⑤黏多糖黏多糖也叫作糖胺聚糖，属于杂聚多糖。它与蛋白质结合构成蛋白聚糖，又称为黏蛋白。它存在于软骨、腱等结缔组织中，构成组织间质。各种腺体分泌出的起润滑作用的黏液多富含黏多糖。它在组织生长和再生过程中，在受精过程中以及机体与许多传染源（细菌、病毒）的相互作用上都?鹱胖匾饔谩?糖胺聚糖是由特定二糖单位多次重复构成的杂聚多糖，因其二糖单位中都含有己糖胺而得名。不同糖胺聚糖的二糖单位不同，但一般都由一分子己糖胺和一分子己糖醛酸或中性糖构成。单糖之间以1，3-键或1，4-键相连。⑤黏多糖糖胺聚糖按其分布和组成分为以下五类：硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、肝素和透明质酸。其中除硫酸角质素外，都含有糖醛酸；除透明质酸外，都含有硫酸基。糖胺聚糖是高相对分子质量的胶性物质，相对分子质量可达500万，存在于动物细胞的细胞衣中，起润滑和黏合的作用。⑤黏多糖透明质酸存在于眼睛的玻璃液及脐带中，可溶于水，成黏稠溶液。其主要功能是在组织中吸收水分，具有保护及黏合细胞使其不分散的作用。在具有强烈侵染性的细菌中，在迅速生长的恶性肿瘤中，在蜂毒与蛇毒中都含有透明质酸酶，它能引起透明质酸的分解。硫酸软骨素是软骨、腱及骨骼的主要成分，有A、B和C三种。肝素在动物体内分布很广，因在肝脏中含量丰富而得名。它具有阻止血液凝固的特性。目前广泛应用肝素为输血时的血液抗凝剂，临床上也常用它防止血栓形成。相对分子质量为17000。1.3.1作为甜味剂很多糖类具有甜味，糖类是最主要的天然甜味物质，在食品加工行业中得到广泛的应用，如蔗糖是目前用量最大的糖类。为适应不同需求的消费者，一些具有特殊功效的衍生糖也越来越多地用于食品加工。如木糖醇因在人体内代谢不需要借助胰岛素作用而直接被人体利用提供能量，不会造成血糖升高，并能消除糖尿病人的三多（吃得多、喝得多、尿得多）症状，因此可作为糖尿病人的营养甜味剂。1.3糖类及其衍生物在食品中的应用1.3.2用于食品的保藏单糖、低聚糖有良好的溶解性，高浓度的糖液能有效地束缚水分子，减少自由水的含量，降低水分活度。当糖液浓度高于70%时，能有效抑制酵母、霉菌的生长。高浓度的糖液产生高渗透压，使微生物细胞原生质收缩，与细胞壁分离，生长受到抑制甚至死亡。此外，由于氧在糖液中的溶解度降低，也使微生物的活动受阻，从而提高食品的保藏性。1.3.3用于食用色素的生产单糖或其他还原糖能与胺、氨基酸、蛋白质等物质发生羰基和氨基之间的缩合反应——羰氨反应或美拉德反应，进一步形成类黑色素。如烤面包时表面形成的金黄色、酱油发酵过程形成的棕褐色、奶粉在贮藏过程中的变色等。糖类在没有氨基化合物存在时，加热到熔点以上，发生脱水，也会逐步生成黑褐色物质——焦糖，这一反应称为焦糖化作用。焦糖是一种黑褐色胶态物质，在食品生产中可用作色素。1.3.4用于发酵食品的生产糖类中的可发酵性糖能被微生物利用生产出多种发酵食品，如酒类、醋、味精、维生素、氨基酸、有机酸、酶制剂等。糖类还可以生产转化糖、果葡糖浆、葡萄糖酸、葡萄糖酸钙、脂肪酸蔗糖酯等多种食品或食品添加剂。习题一、填空题1.单糖分子中有多个＿＿＿＿增加了它的水溶性，尤其在＿＿＿水中溶解度极大，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。2.糖原又称＿＿＿＿，在＿＿＿＿中浓度较高，但在＿＿＿＿中总量较多，其结构与＿＿＿＿相似。3.果胶的甲氧基由酶催化或高温高压蒸煮可水解产生＿＿＿＿，人不能产生＿＿＿＿，因此，果胶不能被人体消化。4.淀粉在适当温度下吸水膨胀形成均匀糊状溶液的现象称为＿＿。这是淀粉颗粒中的维持其空间结构的化学力之一的＿＿断裂，淀粉分子之间的束缚减弱，淀粉分子分散在水中成为＿＿溶液。淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶长期放置会变成不透明甚至产生沉淀，这种现象称为淀粉的＿＿，这种现象产生快慢与淀粉种类有关，直链淀粉比支链淀粉更＿＿产生这种现象，具有表面活性的大多数极性脂类可延缓＿＿现象的发生。

二、简答题1.自然界中有哪几种重要的双糖？它们的组成有何不同？2.简述纤维素开发的前景3.为什么直链淀粉与支链淀粉遇碘呈色不同？4.什么叫糖苷？它有何特性？5.淀粉在食品加工中有何用途？教学目标（1）了解脂类化合物的特征及分类。（2）掌握脂肪及脂肪酸的性质。（3）了解油脂加工中的化学变化。基本知识重点与难点：脂类及脂肪酸的性质；脂肪的自动氧化机制及其控制。考核要求：掌握脂肪及脂肪酸的结构及性质、食品热加工中油脂的变化、脂肪的自动氧化机制及其控制。项目2脂与食品加工2.1概述2.1.1脂类特征脂类是指一类广泛存在于生物体内，不溶于水而易溶于有机溶剂，化学组成和结构存在很大差异的有机化合物，如脂肪、磷脂、糖脂、胆固醇等。脂类这种不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等非极性溶剂（有机溶剂）的性质，称为脂溶性。由于脂类具有脂溶性，因此可用乙醚、氯仿、苯等?有机溶剂将它们从细胞或组织中提取出来，从而进行利用或研究。2.1概述2.1.1脂类特征脂类的元素组成主要是碳、氢、氧三种，某些脂类化合物含有少量氮、磷及硫。大多数脂类化合物是由脂肪酸与醇形成的酯及其衍生物，并且参与脂类组成的脂肪酸多为长链一元羧酸，参与脂类组成的醇包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。2.1.2脂的分类脂类按其化学组成和结构有多种分类方法。在此主要介绍以下两种。（1）将脂类分为脂肪与类脂（类似于脂肪的物质）。具体如下：2.1.2脂的分类（2）将脂类分为简单脂、复合脂和衍生脂（非皂化脂）。具体如下：2.1.3脂类的生物学意义脂类广泛分布于各种生物细胞和组织中，与其化学组成和结构一样，它的生物学功能也是多种多样的。（1）脂类是生物能量的主要贮存形式油脂是许多生物贮存能量的主要形式，在大多数真核细胞中三酰甘油以微小的油滴形式存在于含水的胞液中。脊椎动物具有贮存大量脂肪的专门化细胞，称脂肪细胞。许多植物的种子中也贮存有大量的脂肪，特别是油料作物的种子，主要依赖脂肪为种子萌发提供能量和合成前体。从健康考虑，对人类来讲，脂肪供给的能量不应超过总能量的30%。（2）脂类对生物体具有保护作用在海豹、海象、企鹅和其他的南北极温血动物皮下都填充着大量脂肪，这些动物贮存的脂肪不仅作为能量的来源，而且是抗低温的绝热层。人和动物的皮下和肠系膜脂肪组织还起防震的填充物作用。脊椎动物的某些皮肤腺分泌蜡以保护毛发和皮肤，使之柔韧、润滑并防水，这与蜡具有排斥水和高稠度的性质有关。鸟类（特别是水禽）的尾羽腺分泌蜡使羽行能防水。冬青、杜鹃花和许多热带植的叶片上覆盖的一层蜡能够防止寄生物侵袭和水分的过度蒸发。在植物的种子和果实表面也有一层稳定、不透水但透气的蜡保护层，起着防止蒸腾、保持温度及其他保护作用。（3）脂类是构成生物膜的基本组成成分细胞膜、细胞的质膜、核膜和各种细胞器的膜，总称为生物膜。磷脂和鞘脂是构成生物膜的重要成分，而且各种生物膜的骨架大多是由磷脂构成脂质双分子层。参与脂双层构成的膜脂还有固醇和糖脂。脂双层的表面是亲水性的，内部由烃链构成疏水区。脂双层有屏障作用，使膜两侧的亲水性物质不能自由通过，这对维持细胞正常的结构和功能是很重要的。（4）脂类是生物细胞内重要的生理活性物质生物细胞内含有许多具有重要生物活性的脂类物质，如雄性激素、雌性激素、肾上腺皮质激素等类固醇激素，萜类化合物中维持人体和动物正常生长所必需的脂溶性维生素A、维生素D、维生素E、维生素K和类胡萝卜素等多种光合色素。2.2脂肪脂肪的主要成分为三酰甘油，又称为甘油三酯，它在生物体内含量最为丰富。2.2.1脂肪的结构（1）

脂肪三酰甘油（脂肪）是由脂肪酸和甘油结合形成的酯，是甘油的三个羟基和三个脂肪酸分子缩合、失水后形成的酯。其分子结构如下：R1、R2、R3可以相同，也可不全同，甚至完全不同当三酰甘油中含不饱和脂肪酸较多时，在室温下呈液态，通常称为油；反之，含饱和脂肪酸较多时，在室温下呈固态，通常称为脂。两者统称为油脂或中性脂。大多数天然油脂都是简单三酰甘油和混合三酰甘油的混合物，前者含有相同的脂肪酸，后者分子中存在两种或三种不相同的脂肪酸。单酰甘油和二酰甘油在自然界中存在量虽不大，但它们常常是多种生物合成反应中的重要中间化合物。特别是单酰甘油，如单硬脂酰甘油，由于其分子中含有游离羟基，在水中有形成分散态的倾向，故在食品工业中常被用作乳化剂。（1）

脂肪（1）

脂肪命名时，若三个脂肪酸相同，则称简单三酰甘油为三某脂酰甘油，如三硬脂酰甘油、三油酰甘油等。如三个脂肪酸不同，则称为混合三酰甘油，且以α、β和α′分别表示不同脂肪酸的位置，如α-软脂酸-β-油酸-α′-硬脂酸甘油酯。天然油脂多数是多种混合三酰甘油的混合物，简单三酰甘油极少，橄榄油中含三油酰甘油较多，约占70％。（2）

甘油甘油味甜，和水或乙醇能以任何比例互溶，但不溶于乙醚、氯仿及苯。甘油可被过氧化氢氧化，形成二羟基丙酮和甘油醛的混合物。甘油在脱水剂如硫酸氢钾、五氧化二磷存在下加热，即生成丙烯醛，成为有刺激臭味的气体。可用这一反应鉴定甘油。甘油是许多化合物的良好溶剂，广泛地用于合成树脂、食品、纺织、皮革、化妆品和医药工业。由于甘油能保持水分，可用作湿润剂。它还大量用于制备硝酸甘油。（3）脂肪酸①脂肪中脂肪酸的种类生物体内的脂肪酸绝大部分是以结合形式存在的，游离形式的数量极少。从动植物和微生物中分离的脂肪酸已有百种以上。所有的脂肪酸都有一大长的碳氢链，其一端有一个羧基。脂肪酸碳氢链通常为直链，但在一些植物和细菌中，还存在含有羟基、环丙烷、环戊烯等取代基的支链脂肪酸。（3）脂肪酸1）脂肪中脂肪酸的种类脂肪酸根据其链内是否含有双键又可分为饱和与不饱和两类，碳氢链饱和的有软脂酸、硬脂酸等；碳氢链不饱和的有油酸、亚油酸和亚麻酸等。不同脂肪酸之间的区别主要在于碳氢链的长度，饱和与否，以及双键的数目和位置。不饱和脂肪酸又分为单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸，含一个双键的为单不饱和脂肪酸，如油酸；含两个或两个以上双键的为多不饱和脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、EPA、DHA等。（3）脂肪酸1）脂肪中脂肪酸的种类EPA为二十碳五烯酸，被誉为“血管清道夫”；DHA为二十二碳六烯酸，被誉为“肾脏守护神”和“脑黄金”，它们对于养生健体具有重要作用。脂肪酸常用简写法表示，它的原则是：先写碳原子数目，再写双键数目，中间以冒号分开，最后写出双键的位置。如软脂酸（棕榈酸）写成16：0；亚油酸写成18：2（9，12）或18：2Δ9，12。一些常见的天然脂肪酸见表2-1。一些常见油脂的性能及其高级脂肪酸的含量见表2-2。2）

各类生物脂肪中脂肪酸组成的特点人体及高等动植物体内的脂肪酸有以下特点：①脂肪酸链长通常为4~36个碳原子，最常见的是10~26个碳原子，且均为偶数。②高等动植物的单不饱和脂肪酸的双键位置一般在9、10碳原子之间，多不饱和脂肪酸中的一个双键一般也位于9、10碳原子之间。其他双键位于9和碳氢链的末端甲基之间，而且在两个双键之间往往隔着一个亚甲基。例如：亚油酸的双键位置为9、10和12、13，其间就有一个亚甲基（－CH2－）。只在少数植物的不饱和脂肪酸中含有共轭双键。2）

各类生物脂肪中脂肪酸组成的特点③高等动植物的不饱和脂肪酸的几何构型绝大多数为顺式（cis），只有极少数的不饱和脂肪酸是反式（trans）的。反式脂肪酸碳原子和双键位置的简写表示法和顺式脂肪酸表示法的不同之处是在表示双键位置的符号的右边加有“trans”的字样。人体及哺乳动物体内能合成饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，不能合成多不饱和脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸等。我们把亚油酸、亚麻酸这两种对人体功能必不可少，但必须由膳食提供的脂肪酸称为必需脂肪酸。2）

各类生物脂肪中脂肪酸组成的特点亚油酸、亚麻酸（α-亚麻酸）属于两个不同的多不饱和脂肪酸家族：omega-6（ω-6）和omega-3（ω-3）系列。ω-6和ω-3系列分别指第一个双键离甲基末端6个碳和3个碳的多不饱和脂肪酸。亚油酸是ω-6家族的原初成员，在人和哺乳类体内能将它转变为γ-亚麻酸（ω-6），并继而延长为花生四烯酸。花生四烯酸是维持细胞膜的结构和功能所必需的，也是合成一类生理活性脂质，类二十碳烷化合物的前体。如果发生亚油酸缺乏症，则必须从膳食中获得γ-亚麻酸或花生四烯酸，因此在某种意义上它们也是必需脂肪酸。2）

各类生物脂肪中脂肪酸组成的特点α-亚麻酸是ω-3家族的原初成员，人体能用于合成ω-3系列中的二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）。膳食中ω-6多不饱和脂肪酸缺乏将导致皮肤病，ω-3多不饱和脂肪酸缺乏将导致神经和视觉疑难症及心脏疾病。此外，多不饱和脂肪酸缺乏会引起生长停滞，生殖衰退和肾、肝功能紊乱。ω-6和ω-3多不饱和脂肪酸的主要膳食来源见表2－3。ω-6和ω-3多不饱和脂肪酸的主要膳食来源见表2－3。2）

各类生物脂肪中脂肪酸组成的特点由表2-3可知，植物是亚油酸、亚麻酸的最初来源。不同脂肪酸的物理性质差异主要由其碳链的长度及不饱和程度所决定。如脂肪酸的碳链越长，其间双键越少，则它越不溶于水。不饱和脂肪酸因其碳链内存在双键，不像饱和脂肪酸中每个单键可以自由旋转而排列整齐有序，往往存在扭曲的空间结构，只要用较少的热量就可以扰乱它不太有序的结构，所以它的熔点低于相同链长的饱和脂肪酸。脂肪酸的结构模型如图2-1所示。脂肪酸常见的反应有两个：①活化硫酰化，生成脂酰辅酶A。这是脂肪酸的活性形式。②不饱和脂肪酸中的双键极易被强氧化剂，如H2O2、超氧化物阴离子自由基、羟自由基等所氧化，因此含不饱和脂肪酸丰富的生物膜容易发生膜脂过氧化作用，从而继发引起膜蛋白氧化，严重影响膜的结构和功能。。纯净的油脂是无色、无味、无臭的物质，常因含色素和杂质而显不同颜色并具有不同的气味。油脂是弱极性的化合物，不溶于水而易溶于乙醚、石油醚、汽油、苯、丙酮、氯仿、四氯化碳、乙醇等有机溶剂。油脂的相对密度小于1，一般在0.86～0.95。天然油脂多是混合物，没有明确的熔点和沸点，沸腾前即发生分解。但各种油脂有一定的熔点范围，如牛油为42～49℃、猪油为36～46℃。2.2.2脂肪的性质2.2.2.1脂肪的物理性质2.2.2.2脂肪的化学性质油脂属于酯类化合物，因此能发生水解反应（官能团反应）。含有不饱和高级脂肪酸的油脂，因分子结构中存在碳碳双键，所以还可以发生加成、氧化、聚合等反应（烃基上的反应）。（1）水解作用油脂在酸、碱或酶的作用下可以发生水解反应。在酸的催化下，水解生成甘油和脂肪酸，其反应为可逆反应。若在碱性条件下（加NaOH）水解，则生成甘油和脂肪酸盐，可完全水解。高级脂肪酸的钠盐和钾盐就是肥皂。因此把脂肪在碱性条件下的水解反应叫作皂化作用，反应式如下：（1）水解作用皂化1g油脂所需要的氢氧化钾的毫克数称为皂化值。每种油脂都有一定的皂化值。根据皂化值的大小可以计算油脂的平均相对分子质量。式中，56是KOH的相对分子质量；因为三酰甘油中含三个脂肪酸，所以乘以3。由上式可知，皂化值越大，油脂平均相对分子质量越小。油脂中含低级脂肪酸甘油酯多，因为相对分子质量越小，则一定质量的油脂中分子数目就越多，水解生成的脂肪酸也就越多，因此，皂化所需要的氢氧化钾量较多。（1）水解作用皂化值是检验油脂质量的重要常数之一。不纯的油脂其皂化值较低，这是由于油脂中含有较多不能被皂化的杂质的缘故。肥皂是高级脂肪酸钠（或钾），其分子中既含有极性的－COO－Na＋基团（易溶于水），又含有非极性的烃基（易溶于脂类），所以肥皂是乳化剂，可使油污分散在水中而被除去。当用含较多钙、镁离子的硬水洗涤时，由于脂肪酸钠转变为不溶的钙盐或镁盐而沉淀，肥皂的去污能力就大大降低。（2）加成反应油脂中的不饱和高级脂肪酸甘油酯，由于含有碳碳双键，因此与烯烃相似，可以与氢、卤素等发生加成反应。①加氢在高温、高压和金属镍催化下，碳碳双键与氢发生加成反应，不饱和脂肪酸甘油酯可以转化为饱和程度较高的油脂。这个过程称为油脂的氢化或硬化。这种加氢后的油脂称为氢化油或硬化油。油脂的氢化或硬化反应式如下：①加氢硬化油饱和程度大，且为固态，因而不易变质，便于贮存和运输。植物油加氢即可生产出人造黄油。植物油适当加氢硬化可作为某些高级糕点的松脆油。棉籽油氢化后形成奶油。可利用油脂氢化来延长产品货架期，稳定食品风味。如植物油容易酸败，海产的脂肪有臭味，氢化可解决这些问题。但油脂氢化过程中脂溶性维生素被破坏，长期摄取含氢化油丰富的食物对健康不利。①加氢天然脂肪酸中的双键多为顺式，少数是反式。植物油催化氢化时，可生成反式脂肪酸。反式脂肪酸是所有含有反式双键的不饱和脂肪酸的总称，其双键上两个碳原子结合的两个氢原子分别在碳链的两侧，其空间构象呈线性，与之相对应的是顺式脂肪酸，其双键上两个碳原子结合的两个氢原子在碳链的同侧，其空间构象呈弯曲状。由于它们的立体结构不同，首先使得二者的物理性质有所不同，例如顺式脂肪酸多为液态，熔点较低；而反式脂肪酸多为固态或半固态，熔点较高。其次二者的生物学性质也相差甚远，主要表现在反式脂肪酸对机体多不饱和脂肪酸代谢的干扰、对血脂和脂蛋白的不良影响及对胎儿生长发育的抑制作用。从保健角度来讲，油脂中人造脂肪含量不应超过2%。顺式脂肪酸、反式脂肪酸的结构如下：②加碘油脂中的碳碳双键与碘的加成反应常用来测定油脂的不饱和程度。通常把100g油脂与碘起反应时所需碘的克数叫作碘值。油脂的碘值越大，其成分中脂肪酸不饱和程度越高。由于碘和碳碳双键的加成反应较慢，所以在实际测定中常用溴化碘或氯化碘的冰醋酸溶液作为试剂，因为其中的溴原子或氯原子能使碘活化，加快反应速度。氯化碘与双键的反应可以表示为②加碘反应完毕后，将被吸收的氯化碘的量换算成碘，即油脂的碘值。碘值是油脂性质的重要参数，也是油脂分析的重要指标。常见油脂的碘值见表2-2。（3）油脂酸败长期贮存的脂肪在湿、热、光的条件下，受空气中氧、水分或霉菌等作用，逐渐产生一种难闻臭味的现象，称为油脂的酸败。阳光可加速这个反应。油脂酸败的化学变化比较复杂，引起酸败的原因有两个：一是油脂中的不饱和脂肪酸的双键被空气中的氧所氧化，生成低分子醛和酸的复杂混合物，这些物质带有难闻的气味。氧化速率的快慢受到光、温度等因素的影响。一般来说，油脂的不饱和程度越大，酸败就越快。二是微生物作用的结果。微生物首先使甘油酯水解为甘油及游离脂肪酸，游离脂肪酸再受微生物的进一步作用，经脱羧形成低级酮或者分解成低级羧酸。（3）油脂酸败油脂酸败产生的低级酮、醛、酸等化合物，不但气味使人厌恶，而且氧化过程中产生的过氧化物能使一些脂溶性维生素被破坏。种子如果贮藏不当，其中的油脂酸败后，种子也会失去发芽能力。①不饱和油脂的自动氧化不饱和油脂易发生游离基自动氧化反应。脂肪分子的不同部位对活化的敏感性不同，一般以双键的α-亚甲基（—CH2-CH＝CH-）最易生成自由基。②饱和脂肪的氧化饱和脂肪的自动氧化与不饱和脂肪不同，它无双键的α-亚甲基，不易形成碳自由基。然而，由于饱和脂肪酸常与不饱和脂肪酸共存，它很容易受到由不饱和脂肪酸产生的氢过氧化物的氧化而生成氢过氧化物。饱和脂肪酸的自动氧化主要在-CO2H的邻位上进行，化学反应式如下：②饱和脂肪的氧化在脂肪氧化过程中，氢过氧化物是不稳定的化合物，易发生分解而重新生成游离基，再进一步氧化生成各种低分子化合物。这些低相对分子质量的醛、酮、酸有不好闻的臭味。同时，不饱和脂肪酸在氧化过程中，形成低分子化合物的同时也生成一些聚合物。②饱和脂肪的氧化影响脂肪自动氧化速度的因素有光照、受热、氧、水分活度、重金属离子（Fe、Cu、Co等）以及血红素、脂氧化酶等，它们都会加速脂肪的自动氧化速度。阻止氧化最普遍的办法是排除O2，采用真空或充N2包装和使用透气性低的有色或遮光的包装材料，并尽可能避免在加工中混入Fe、Cu等金属离子。家中油脂应用有色玻璃瓶装，避免用金属罐装。②饱和脂肪的氧化油脂中游离脂肪酸含量常与油脂品质有关。油脂中游离脂肪酸含量常用酸价表示。中和1g油脂中的游离脂肪酸所需氢氧化钾的毫克数，叫作该油脂的酸价。各种油脂都含有少量游离脂肪酸。但油脂酸败后，游离脂肪酸就增多。所以，酸价低的油脂品质较好。为了防止酸败，油脂应置于密闭容器中，并保存在阴凉、干燥和避光的地方，还可以加入一些抗氧化剂（极易被氧化的物质可保护其他物质不被氧化，如芝麻酚、维生素E等）。（4）干化作用有些植物油（如桐油、亚麻油）在空气中放置，表面能生成一层坚韧且富有弹性的薄膜，这种现象叫作油的干化作用。油的干化是一个很复杂的过程，其本质至今尚未完全了解，可认为与油脂分子中所含的具有共轭双键的不饱和脂肪酸在氧的催化下发生聚合作用有关；也可能是由于氧作用于不饱和脂肪酸的双键，而使油脂分子通过氧原子结合起来构成网状结构，最终形成薄膜。具有干化性能的油称为干性油，没有干化性能的油为非干性油，介于二者之间的为半干性油。（4）干化作用如果组成油脂的脂肪酸中含有较多的共轭双键，油的干性就好。桐油中含桐油酸，是最好的干性油，不但干化快，而且形成的薄膜韧性好，可耐冷、热和潮湿，在工业上有重要价值。桐油最常见的用处就是古代木建筑的防腐。在制作各种面包、点心、巧克力、饼干、糕点、速食面、鱼肉香肠等食品时，都要用到油脂，并且油脂往往要在高温情况下与水分、氧气密切接触，因而会使油脂发生一系列的反应，导致其性质改变。2.2.2.3油脂在食品热加工中的变化（1）油脂受热的劣变热氧化与聚合：油脂过度加热会发生热氧化作用。它是在空气存在的条件下，在高温中进行的氧化反应，结果产生各种低分子化合物和氧化聚合物，引起油脂理化指标（如酸价、过氧化值、碘值、折光指数、黏度等）及风味的变化，从而引起油脂劣变。水解：水解作用是用水切断了油脂的酯结合，产生游离脂肪酸的反应。油脂的水解速度与油脂中所含游离脂肪酸的量成正比。油脂的水解在加热初期不明显，但随着加热时间的延长、油脂中游离脂肪酸的增加，水解加剧。（2）油脂受热劣变的表观现象加热油脂变化结果：①增稠，黏度提高；②发生水解与缩合，生成相对分子质量较大的醚型化合物；③分解为醛、酮、酸等。在煎炸食品时，如用劣变油脂，当放进待炸食品时，会持续起泡。这是因为油脂中氧化聚合物的积聚，积聚量与油的黏度有较密切的关系，油泡随着油脂黏度的增加而趋于稳定。而在未劣变油脂中放入食品时，只有食品周围起泡且泡会很快消失，具有不持续起泡的特征。劣变油脂发烟点降低，即易发烟，这是由于游离脂肪酸、低级羰基化合物等挥发的缘故。（3）影响油脂受热劣变的因素①加热温度在不同温度条件下长时间加热时，加热温度越高，则油脂黏度增加越快，说明过分加热是无益处的。②与空气的接触面积在具有一定表面积的锅内做油炸食品实验，相继提高表面积为最初的2倍、3倍、4倍。结果表明，表面积越大，油脂黏度上升越快。③加热时间实验证明，加热时间越长，油脂黏度越高。因而在煎炸食品时，及时补充新油是有益的。④金属离子如果油脂中混入了铁、铜等金属，尽管是极其微量的（千万分之一），也容易使油脂发生劣变。特别是铜对油脂的损害较大。2.2.3油脂品质的表示方法（1）皂化值1g油脂完全皂化时所需要的氢氧化钾的毫克数叫作皂化值。皂化值的大小