3.8 食品中的重要低聚糖和多糖简介

3.8.1 食品中重要的低聚糖

蔗糖、麦芽糖、乳糖、和环状糊精是食品加工中最常用的低聚糖。许多特殊的低聚糖（如聚果糖、低聚木糖、甲壳低聚糖和低聚魔芋葡苷露糖）具有显著的生理功能。

常见的双糖主要有纤维二糖、麦芽糖、异麦芽糖、龙胆二糖和海藻糖等，又称还原糖。

蔗糖、乳糖、乳酮糖（lactulose）和二糖是杂低聚糖，除蔗糖外其余都是还原性双糖。如果缺乏乳糖酶，会使乳糖在大肠内受到厌氧微生物的作用，发酵生成醋酸、乳酸和其他短链酸，倘若这些产物大量积累会引起腹泻。

低聚果糖、低聚木糖等，它们又称为功能性低聚糖。特点：不被人体消化吸收，提供的热量很低，能促进肠道双歧杆菌的增殖，预防牙齿龋变结肠癌等。

（1）大豆低聚糖：（soyben oligosaccharide）主要成分是水苏糖（stachyose占成熟大豆干基3.7%）、棉籽糖（raffinose,占大豆干基1.3%）和蔗糖（占大豆干基5%）。

（2）低聚果糖（fructo-oligosaccharide）  存在于果蔬中，如牛蒡（3.6%）、洋葱（2.8%）、大蒜（1.0%）、黑麦（0.7%）、香蕉（0.3%）。是一种防龋齿的甜味剂。

（3）低聚木糖（xylo-oligosaccharide）其甜度约为蔗糖的40%。木二糖含量越高，则低聚木糖的质量越好，低聚木糖一般是以富含木聚糖（xylan）的植物性物质如玉米芯、糖渣、棉籽壳和麸皮等为原料，通过木聚糖酶水解而制得。

（4）甲壳低聚糖生理活性，如提高机体免疫能力、抗肿瘤作用、促进双歧杆菌增殖等。

（5）其他低聚糖

3.8.2  淀粉及糖原

3.8.2.1淀粉

淀粉一般由直链淀粉和支链淀粉构成。当直链淀粉比例较高时不易糊化，直链淀粉容易发生“老化”，糊化形成的糊化物不稳定，而支链淀粉糊化后非常稳定的。在食品工业中淀粉被广泛在用作增稠剂、黏合剂、稳定剂。

（1）淀粉的化学结构

直链淀粉：是由α-D-吡喃葡萄糖残基以1,4键结合而成直链分子，分子量10⁶左右，呈右手螺旋结构，在螺旋内部只含氢原子，具亲油性；糖链上羟基在螺旋外部，具亲水性。

支链淀粉

是一分支很高的大分子支链通过以α-1，6糖苷键与主链连接，分支点的α-1,6糖苷键占总糖苷键的4%-5%。

3.8.2.2 糖原

   糖原又称动物淀粉。

3.8.3   纤维素和半纤维素

通常与半纤维素、果胶、和木质素结合在一起。纤维素是一类重要的膳食纤维。

纤维素是由D-吡喃葡萄糖通过β-D-1,4糖苷键连接构成的线型同聚糖。

微晶纤维素（avieol）。

（1）羧甲基纤维素   可用来增加食品的黏性，溶于水可形成非牛顿流体，其黏度随着温度上升而降低。羧甲基纤维素有助于食品蛋白质的增溶。羧甲基纤维素具有适宜的流变学性质、无毒以及不被人体消化特点，对水的结合能力大。

（2）甲基纤维素和羟丙基纤维素   甲基纤维素的特点是热胶凝性，即溶液加热时形成凝胶，冷却后又恢复溶液状态。是膳食中的无热量多糖。

甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素可增强食品对水的吸收和保持，在冷冻食品中用于抑制脱水收缩，在色拉调味汁中可作为增稠剂和稳定剂。

半纤维素

   食品中最普遍存在的半纤维素是由β-1,4-D-吡喃木糖单位组成的木聚糖。半纤维素在食品焙烤中最主要的作用是提高面粉对水的结合能力，也是膳食纤维的来源之一。

3.8.4 果胶

3.8.5  琼脂

琼脂（agar）。

3.5.5.1琼脂的结构和性质

  琼脂为无色或淡黄色的细条或粉末；无臭、味淡；不容于水，但能膨胀成胶块状，在沸水中能缓缓溶解。

3.5.5.2琼脂在食品工业中的应用

琼脂除作为一种海藻类膳食纤维外，还可作为软糖、羊羹、果冻布丁、果酱、鱼肉类罐头、冰淇淋等的凝固剂、稳定剂、增稠剂。

3.8.6  卡拉胶

   卡拉胶（carrageenan）。

3.5.6.1卡拉胶的结构和性质

卡拉胶是从红藻中提取的一种水溶性、天然高分子多糖化合物。

卡拉胶产品一般为无臭、无味的白色至淡黄色粉末。卡拉胶形成的凝胶是热可逆的。

3.5.6.2卡拉胶在食品工业中的应用

   卡拉胶具有凝固性、溶解性、稳定性、黏性和反应性等特点，主要用作凝固剂、增稠剂、乳化剂、悬浮剂和稳定剂。

3.8.7  褐藻胶

褐藻胶（algin），又称海藻胶，包括水溶性褐藻酸纳、钾等碱金属盐类和水不溶性褐藻酸（alginic acid）。

3.8.7.1褐藻胶的结构和性质

   褐藻胶是由糖醛酸聚合成的大分子线性聚合物，大多以钠盐形式存在。

   褐藻酸在纯水中几乎不溶，为无色非晶体物。

   褐藻酸纳溶于水后具有较高的黏性。

褐藻胶在pH5.8以上时易溶于水，在褐藻酸溶液中加入部分钙离子空置换褐藻酸纳中的钠离子，从而形成较坚固的凝胶。褐藻酸钙是不容于水的。

3.8.7.2  海藻胶在食品工业中的应用

   海藻胶具有增稠、悬浮、乳化、稳定形成凝胶和形成薄膜的作用。

3.8.8 海藻硒多糖

3.8.9  甲壳质与壳聚糖

   甲壳质（chitin）又名甲壳素、几丁质、蟹壳素、乙酰氨基葡萄糖等。

壳聚糖（chitosan）。

3.8.9.1甲壳质和壳聚糖的结构和性质

甲壳质是呈白色或灰白色、不透明无定形固体，大约在270℃分解，不容于水、乙醇等一般有机溶剂以及稀酸和稀碱。 

     壳聚糖可溶于稀有机酸和部分无机酸（盐酸）。

3.8.9.2壳聚糖在食品工业中的应用

 （1）作为食品的天然抗菌剂

（2）作为水果的天然保鲜剂

（3）作为食品的天然抗氧化剂

（4）保健食品添加剂

（5）果汁的澄清剂

（6）水的净化剂

3.8.9.3 甲壳低聚糖在食品工业中的应用

  甲壳低聚糖（chitooligosaccharides）是甲壳素和可聚糖经降解生成的一类低聚物。具有较高的溶解度，所以很容易被机体吸收利用。

（1）甲壳低聚糖可作为人体肠道的微生态调节剂。

（2）甲壳低聚糖可作为功能性甜味剂。不产生热量，是糖尿病人、肥胖病人理想的功能性甜味剂。

（3）甲壳低聚糖具有很好的防腐性能，可作为食品防腐剂。

（4）甲壳低聚糖可用于果蔬食品的保鲜，起到保湿、增湿和防腐作用。

（5）甲壳低聚糖可以促进钙的吸收。

3.8.10  瓜尔豆胶和角豆胶

瓜尔豆胶和角豆胶是重要的增稠多糖。瓜尔豆胶是所有天然胶和商品胶中黏度最高的一种。

瓜尔豆胶能结合大量的水，在冷水中迅速水合生成高度黏稠和触变的溶液。

瓜尔豆胶溶液呈中性，黏度几乎不受pH变化的影响。在冰淇淋中可防止冰晶生成。

角豆胶（carob bean gum）。角豆胶的物理性质与瓜尔豆胶相似，两者都不能单独形成凝胶，但溶液黏度比瓜尔豆胶低。

角豆胶用于冷冻甜食中，可保持水分并作为增稠剂和稳定剂，添加量为0.15%-0.85%。

3.8.11  黄蓍胶

   黄蓍胶（gumtragacanth）对热和酸均很稳定，可作色拉调味汁和沙司的增稠剂。

3.8.12  微生物多糖

   微生物多糖主要有葡萄糖和黄原胶。

   葡萄糖可提高糖果的保湿性、黏度、抑制糖结晶，在口香糖和软糖中作为凝胶剂。

黄原胶（xanthan）是几种黄杆菌所合成的细胞外多糖。黄原胶易溶于热水或冷水，在低浓度时可以形成高黏度的溶液，但在高浓度时胶凝作用较弱，它是一种假塑性黏滞悬浮体，并显示出明显的剪切稀化作用（shearthinning）。

3.8.13  魔芋葡甘露聚糖

魔芋葡甘露聚糖是由D-甘露糖与D-葡萄糖通过β－1,4糖苷键连接而成的多糖，β-1,3糖苷键。魔芋葡甘露聚糖能溶于水，形成高度黏度假塑性流体，形成强度较高的热不可逆弹性凝胶。魔芋葡甘露聚糖的高度亲水性、胶凝性和成膜性。

3.8.14  阿拉伯树胶

阿拉伯树胶易溶于水形成低黏度溶液，只有在高浓度时黏度才开始急剧增大。它最大特点是溶解度高可达到50%（质量分数）。

阿拉伯树胶能防止糖果产生糖结晶，稳定乳胶液并使之产生黏性，阻止焙烤食品的顶端配料糖霜或糖衣吸收过多的水分。

“食事化解”  ：白酒 -传统食品中的东方智慧

古今中外，饮酒是一种文化。酿酒是一种技术，拥有丰富的科学内涵。

白酒和葡萄酒这两种中外最具代表性的酒具有不同的科学内涵。

粮食酒(即白酒)起源于中国，葡萄酒起源于土耳其安纳托利亚地区，后传至欧洲。粮食酒出现在在公元前4300~公元前2600年，比葡萄酒稍迟(公元前5000年)。两类酒都利用碳水化合物(糖)为原料，但其科学内涵相差甚远。你能说说有啥不同吗？

葡萄酒的出现是从发现“水果(如葡萄、苹果)熟烂后会产生酒味”这一现象开始:当时，人们喜欢喝葡萄汁，发现没喝完的葡萄汁放置一段时间后会产生酒味，因此干脆将葡萄汁放置一段时间后获得一种不同于葡萄汁的酒精饮料。葡萄酒就是一种天然存在(含葡萄糖、果糖和蔗糖等原料和菌种酵母)，无需发明创造。即使在葡萄酒产业高度发达的今天，葡萄酒的酿造工艺也与古代差不多：除梗破碎、装罐、添加酵母、发酵、皮渣分离。

粮食酒(白酒)以粮食中的淀粉为原料，结合糖化作用和发酵作用酿造而成。我们知道酵母不能利用淀粉,因此粮食酒的制作非常复杂,需要将两个独立的生化过程一糖化作用和发酵作用结合起来。中国古代发明的曲酿法为复式发酵法，使糖化、酒化两步同时进行，相互催化，提高了酿酒质量，缩短了 酿酒过程，具有深远的科学意义。“曲为酒骨”，因此，制曲糖化是酿酒过程中的重要环节。以《作三斛曲酒法》为例，可见制曲工艺的复杂和科学。蒸麦、炒麦、生麦各一斛，分别磨碎混合。农历7月(即阳历8~9月)，让一童子(不可有污秽的人)汲20斛水，将水与面粉和至坚硬。曲房远离人居住，用茅房而不可用瓦房，地面坚固、干燥且打扫干净，将生曲堆成曲王，司仪(一 人)结束后关门、泥封，一七翻曲，二七制作曲饼叠放(直径2.5寸，厚度0.9寸)，三七将曲饼放入泥缸，四七将曲饼打孔串起晒干。该过程复杂，但每步都蕴含科学道理：(1)淀粉需要经糊化且含水分含量在一定范围内微生物才能生长，所以用蒸麦使淀粉糊化，用炒麦来控制水分含量。(2)生麦中存在酵母、米曲霉、米根霉等微生物。(3)微生物生长需要适宜的温、湿度，所以一般于8月份在保温良好的茅房中制曲。(4)制曲过程不能有其它微生物污染，所以不可有污秽的人，且人越少越好。(5)曲是活的微生物，所以曲的干燥不是烤干而是晒干以保持曲的活力。可见，白酒是真正的发明创造，其酿造过程体现的东方智慧可真不简单。

通过对比两种酒的传统制作工艺，大家可以更深入地了解酶、碳水化合物、生化反应的相关知识，并学习从现象中发现、剖析食品化学等科学原理，做到融会贯通，把书本知识学“活”；还可以清晰地认识到两种酒文化、两种酿酒技术彼此的高度，我们可以自豪地说：璀璨的东方文明真不是“吹的”。

食事化解：淀粉新产品的开发与工业化生产

      吉林中粮生化有限公司（国有企业）花了3年时间，以淀粉为原料，对食品（肉制品、冷冻食品、酱料、乳制品等）、包装用纸等应用领域的变性淀粉新产品进行开发，最终开发出面粉专用变性淀粉、米线粉丝专用变性淀粉、包装用纸变性淀粉新产品3个，形成变性淀粉产品工业化生产成套工艺技术1套，改扩建完成年产3000吨变性淀粉中试示范生产线1条，实现销售收入2320万元，企业增加利润373万元。并申请了“一种用于造纸行业的淀粉组合物”发明专利，此技术处于国内领先地位。

注重培养大家的理论联系实践的能力及创新精神，要学会利用专业知识和技术去促进行业的发展，回报社会；在做研究和开发新产品的过程中，要确保万无一失，背后需要很长的时间和大量的试验，大家要有不怕吃苦、精益求精的科学精神。