二、重要理化性质

二、重要理化性质

（一）旋光性和变旋性

1.旋光性

一切单糖都含有不对称碳原子，所以都有旋光的能力，能使偏振光平面向左或向右旋转。使偏振光平面向右转的称右旋糖，使偏振光平面向左转的称左旋糖。糖的旋光性是用比旋度[α]20D来表示。比旋度的大小和糖的性质、浓度、温度、旋光管的长度、光源的波长和溶剂的性质都有关。故一种糖的比旋度可按下式求得：

式中，L为旋光管的长度，以分米（dm）表示；ρ为质量浓度，即100mL溶液中所含溶质的质量（g）；α为旋光仪测得的读数。20为20℃；D为所用光源为钠光，[α]20D为上述条件下所计得的比旋光度（旋光率）。

2.变旋性

一个旋光体溶液放置后，其比旋度改变的现象称变旋。变旋的原因是糖从一种结构α-型变到另一种结构β-型，或相反地从β-型变为α-型。变旋作用是可逆的。当α-与β-两型互变达平衡时，比旋光度即不再改变。α-及β-D-葡萄糖平衡时其[α]20D=+52.5°。加微量碱液可促进糖的变旋平衡。

（二）溶解度

单糖和寡糖是典型的亲水性分子，在水中具有较高的溶解度，尤其在热水中，在乙醇等低级醇中也可以溶解，但是在一些有机溶剂（如乙醚、苯等）中单糖的溶解度很低。在食品具有适宜的感官质量条件下，单糖和寡糖的溶解度可以满足食品加工的需要。葡萄糖、果糖、蔗糖在水中具有较大的溶解度，使得可以用于食品中来降低水分活度，达到保存食品的目的，例如在蜜饯、果酱等加工中应用。

多糖类物质由于其分子中含有大量的极性基团，因此对于水分子具有较大的亲和力；但随着多糖相对分子质量增大，其疏水性也增大；因此，相对分子质量较小、分支程度低的多糖在水中有一定的溶解度，加热情况下更容易溶解；而相对分子质量大、分支程度高的多糖在水中溶解度低。

（三）黏度及稳定性

单糖或寡糖溶液在黏度方面无明显体现，多糖溶液具有较大的黏度。多糖分子在溶液中以无规线团的形式存在，其紧密程度与单糖的组成和连接形式有关，当这样的分子在溶液中旋转时需要占有大量的空间，这时分子间彼此碰撞的概率提高，分子间的摩擦力增大，因此具有很高的黏度。

多糖分子的结构不同，其水溶液的黏度也有明显的不同。高度支链的多糖分子比具有相同分子量的直链多糖分子占有的空间体积小得多，因而相互碰撞的概率也要低得多，溶液的黏度也较低；带电荷的多糖分子由于同种电荷之间的静电斥力，导致链伸展、链长增加，溶液黏度大大增加。

大多数多糖溶液黏度在一定范围内随温度的升高而降低，因为温度升高导致水的流动性增加；但黄原胶是一个例外，其在0～100℃内黏度保持基本不变。

多糖形成的胶状溶液其稳定性与分子结构有较大的关系。不带电荷的直链多糖由于形成胶体溶液后分子间可以通过氢键而相互结合，随着时间的延长，缔合程度越来越大，因此在重力作用下就可以沉淀或形成分子结晶。支链多糖胶体溶液也会因分子凝聚而变得不稳定，但速度较慢。带电荷的多糖由于分子间相同电荷的斥力，其胶状溶液具有相当高的稳定性，食品中常用的海藻酸钠、黄原胶、卡拉胶等即属于这样的多糖类化合物。

（四）形成糖苷

单糖的半缩醛羟基很容易与醇及酚的羟基反应，失水而形成缩醛式衍生物，通称糖苷（图3-1）。其中，非糖部分称配糖体，如甲基等。如果配糖体也是单糖，如此缩合生成双糖。连续与单糖缩合可生成寡糖或多糖。由于单糖有α-和β-两种形式，生成的糖苷也有α-型和β-型之分。天然存在的糖苷多为β-型。糖苷没有变旋光现象，也没有还原性，在碱性溶液中稳定，但在酸性溶液中易水解。

核糖与脱氧核糖和嘌呤或嘧啶碱形成的糖苷称核苷或脱氧核苷，在生物学上具有重要意义。(https://www.daowen.com)

（五）氧化作用

糖有羰基或半缩醛基，因此具有还原能力。某些弱氧化剂（Cu2+、Fe3+和Hg2+，常用试剂是碱性硫酸铜溶液）能使还原糖的羰基或半缩醛基氧化成羧基，如氧化还原滴定法测定还原糖含量就是利用了这个性质。碱性硫酸铜和酒石酸钾钠反应生成可溶性氧化铜络合物，再与葡萄糖等分子上的羰基或半缩醛基发生氧化还原反应，在生成糖酸的同时铜离子转化为氧化亚铜，测定氧化亚铜生成量即可测知溶液中的糖含量，各步反应式如图3-2。

除了羰基之外，单糖分子中的羟基也能被氧化。因氧化条件不同，单糖可被氧化成不同的产物。醛糖可以以3种不同的方式进行氧化而产生与原来糖含有的碳原子数相同的酸：在弱氧化剂（如溴水）作用下形成相应的糖酸；在较强的氧化剂（如硝酸）作用下，除了醛基被氧化外，伯醇基也被氧化成羧基，生成1，6-葡萄糖二酸；有时只有伯醇基被氧化成羧基，这样形成糖醛酸。

溴的氧化作用对酮糖无影响，因此可将酮糖和醛糖分开。在强氧化剂作用下，酮糖将在羰基处断裂，形成两个酸。以果糖为例，则生成乙醇酸与三羟基丁酸。

（六）还原作用

单糖的羰基在一定条件下可被还原成羟基（图3-3），常用的还原剂有钠汞齐（Na-Hg）和氢化硼钠（NaBH4）等，如D-葡萄糖还原后可得到山梨糖醇，木糖还原后可得到木糖醇；而果糖由于是酮糖，被还原后生成山梨糖醇和甘露糖醇两种产物，在2-位碳原子上羟基的空间排布位置不同。

在机体内，以NADH或NADPH为供氢体，特异的脱氢酶能催化糖醇的合成。

（七）与氨基反应

糖与氨基的反应包括两个方面，一是羟基与氨基的反应，二是羰基与氨基酸中氨基的反应。

糖分子中的—OH基（主要是C2、C3上的—OH基）可被—NH2基取代而产生氨基糖，也称糖胺。天然存在的氨基糖主要有2-氨基-D-葡萄糖（又称D-葡萄糖胺），2-氨基-D-甘露糖、2-氨基-D-半乳糖和3-氨基-D-核糖等。自然界的氨基糖多以乙酰氨基糖的形式存在，是糖蛋白的组成成分。

糖分子中的—C═O基能与氨基酸发生反应，生成各种挥发性和非挥发性的化合物以及一些褐色多聚体。这就是食品科学中应用极为广泛的美拉德（maillard）反应。

利用美拉德反应可得到各种不同的风味物质。茶、可可和咖啡中的糖与氨基酸的非酶性褐变反应产物中已分离检测出一组N-烷基-2-酰基吡咯类化合物，这就是这些饮料散发的挥发性香味的物质。焙烤面包过程中，蛋白质、肽和氨基酸的氨基与麦芽糖、乳糖作用产生的焦香味为麦芽酚和异麦芽酚。糖与胺的美拉德反应中最终产生黑色物质。

（八）多糖水解

多糖的水解是指在一定条件下，糖苷键断裂，多糖转化为低聚糖或单糖的反应过程，调节或控制多糖水解是食品加工过程中的重要环节。多糖水解的条件主要包括酶促水解和酸碱催化水解。酶促水解常见处理对象、酶种类、意义总结见表3-1。

表3-1　酶促水解常见处理对象、酶种类、意义

酸催化水解对中性多糖起作用，多糖与酸共热即进行水解，最后全部生成单糖。水解温度提高可使酸水解速度提高，α-苷键比β-苷键水解容易，呋喃环比吡喃环容易水解，多糖的结晶区较难水解。

碱催化水解又称转消性水解，即多糖分子在碱催化作用下发生苷键断裂，本质是碱帮助半缩醛羟基形成的苷键发生断裂，类似于醚碱的反应，碱的帮助作用主要体现在亲核取代。果胶在碱性条件下的水解就属于此类反应，常被用在食品加工中的去皮过程。