第二节 碳水化合物的化学

一、碳水化合物的分类   

    可以从三种角度对碳水化合物进行分类，也即依据碳水化合物的来源、功能和化学结构的分类法。   

    1、根据来源进行的分类   

    可以将碳水化合物分为两类，即植物性碳水化合物(蔗糖、果糖、淀粉、纤维素等)和动物性碳水化合物(乳糖、糖原等)。   

    2、根据功能进行的分类

    可以将碳水化合物分为三类，即

    （1）支持性碳水化合物，如纤维素；

    （2）贮备性碳水化合物，如淀粉和糖原；

    （3）凝胶性碳水化合物，如果胶、琼脂等。

    3、根据化学结构进行的分类

    可以将碳水化合物区分为三类，即单糖、寡糖和多糖。凡是不能被进一步水解成更小分子的碳水化合物，即被称作为单糖。这种单糖是碳水化合物世界的基础单元。凡是可以水解生成少数(2～6个)单糖分子的碳水化合物，就称作为寡糖。重要的寡糖是双糖，也称作二糖。双糖由两个单糖分子的残基构成，在自然界中存在广泛。凡是水解时可以生成多个单糖分子的碳水化合物，就称作为多糖。

    多糖是由多个单糖分子相互连接形成的。多糖分子中的单糖残基数目差别很大，约可变动在10～5000之间。重要的多糖有淀粉、糖原和纤维素。

二、碳水化合物的性质

    从化学结构来看，碳水化合物的性质存在有很大的差异，很难进行统一，特别是寡糖和多糖与单糖的化学性质之间具有许多的差别，因此，一般就多数物质或结构所具有的共性进行叙述。

    l、水溶性与溶解度

    碳水化合物在水中的水溶性很不相同，一般单糖和寡糖易溶于水，而多糖则难溶或不溶于水，并且不能形成真溶液。这种水溶性的差别，主要与碳水化合物的分子量有关，一般分子量越大，则水溶性越差，溶解度越小(表4—2)。温度对碳水化合物的溶解度影响很大，并可造成反常的溶解过程。碳水化合物，主要是单糖和寡糖，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的这个原理。

    值得指出的是，大多数具有较好水溶性的碳水化合物，都具有吸湿性。这对于商品食用糖等的生产和贮存将是一种危险。例如，在湿度很高的地面贮存白砂糖将造成糖液流失。

表4—2  部分碳水化合物在水中的溶解情况

表4—3  几种碳水化合物的甜度

在水溶液中，碳水化合物中的寡糖和多糖可以发生分解(水解)，酸和酶可以催化这个过程。一般，酸水解的速度比酶水解的要快。一个碳水化合物的水解程度与速度将取决于溶剂的pH值和温度。一般无机酸比有机酸的水解作用强，同时水解作用随温度的升高而加强或加速。运用碳水化合物的水解性，可以由多糖和寡糖生产多种水解产品，例如葡萄糖、糖浆和人造蜂蜜等。一般相信，酸水解是工业生产的基础，酶分解则是消化过程和微生物酵母发酵过程的基础。目前，生化方面的酶分解方式也开始移植用于工业化生产。

焦糖化现象在食品生产过程中，是一个既有益处也有害处的性质。例如，烘烤面包和其他精制的食品时，人们希望通过焦糖化现象来增加和提高食品的色香味；而在生产奶粉或透明无色的糖果时，则就不希望或不允许发生焦糖化现象，否则将严重影响产品质量和外观。

    一些碳水化合物可以被酵母、细菌和霉菌产生的酶进行发酵。这样的例子是很多的，如我国人民所喜爱的白酒，就是由酵母所进行的乙醇发酵的直接产物。在乙醇发酵过程中，只有少部分的碳水化合物可以被酵母直接发酵，如葡萄糖、果糖和麦芽糖等，其余的碳水化合物，如淀粉、蔗糖则必须先进行分解，然后才能被发酵。在工业生产中，具有比较重要意义的另一种发酵，为柠檬酸发酵，这是另外的一种发酵种类，即好氧发酵。也就是说柠檬酸发酵，是在氧气存在下，单糖的一种氧化过程。即：

单糖+氧 →柠檬酸+水

在制作酸菜，如酸黄瓜、酸奶以及干酪等食品时，将会发生乳酸发酵。

    6、凝胶性，