单糖中果糖保藏性最强的秘密

单糖是多羟基醛或多羟基酮，其中最重要的是五醛糖、己醛糖和己酮糖。自然界分布最普遍又最重要的单糖是葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等。

（一）单糖的结构

1. 单糖的链状结构式

根据单糖的链状结构分析，其分子是不对称的，有手性碳原子，因此具有旋光性。分子中碳原子数≥3的单糖因含手性碳原子，所以有D及L两种构型，天然存在的单糖大多为D型。糖类物质的D型和L型是以甘油醛为标准比较而确定的相对构型，书写时将羟基放在右边的是D型结构，将羟基放在左边的是L型的结构。它们的构型不同，D型与L型为立体异构体的对映体，由于旋光方向与程度是由分子中所有不对称原子上的羟基方向所决定，而构型只和分子中离羰基最远的不对称碳原子的羟基方向有关，因此单糖的构型D与L并不一定与右旋和左旋相对应。单糖的旋光用D或（+）表示右旋，L或（-）表示左旋。单糖中最重要的是戊糖和己糖，图5-1所示为自然界存在的重要的常见单糖结构。

图5-1 常见单糖的结构

2. 单糖的环状结构

单糖不仅以直链结构存在，还以环状结构存在。由于单糖的链状结构不稳定，所以在溶液、结晶状态和生物体内主要以环状结构形式存在。单糖的环状结构是分子的羰基和本身的一个羟基反应，形成分子内的半缩醛或半缩酮，其中形成的五元环和六元环最稳定。天然的糖多以六元环的形式存在，实验证明，在一般情况下，己醛糖都是第五个碳原子上的羟基与羰基形成半缩醛，构成六元环。环状结构分为α-型和β-型两种，其中形成的半缩醛羟基与原链状C₄或C₅上的羟基处于同侧的为α-型，处于异侧的为β-型。单糖的α-型和β-型环状结构之间可以通过链状结构相互转化。如葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖和脱氧核糖都可形成立体构型不同的α-型和β-型两种异构环状结构，半乳糖环状结构如图5-2所示。

图5-2 半乳糖的环状结构

（二）单糖的性质

1. 物理性质

单糖都是无色晶体，具有吸湿性，易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，有甜味，有旋光性。

（1）结晶性 糖的饱和溶液在一定的浓度和温度条件下，都能析出晶体，形成结晶，这就是糖的结晶性。糖的结晶是否容易形成与溶液的黏度和糖的溶解度有关。单糖中最易结晶的是葡萄糖，但晶体细小，果糖和转化糖较难结晶。在糖果制造时利用结晶性，要根据糖结晶性质上的差别，来合理选用糖的种类。糖类的结晶性有时会给另外某些食品带来不良的后果。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，不仅不能有效地抑制微生物的生长，反而不利于食品的保藏，还可能造成糖果、糕点等食品口感的变化（如返砂现象）。

（2）吸湿性与保湿性 吸湿性和保湿性都表明糖结合水的能力。吸湿性是指糖在环境湿度较高的情况下吸收水分的性质。保湿性是指糖在环境湿度较低的条件下保持水分的性质。这两种性质都与糖分子中的羟基有很大的关系。不同的糖吸湿性不一样，单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＞葡萄糖。糖的吸湿性和保湿性对于保持食品的弹性、柔软性及食品的贮藏和加工都有重要的实际意义。所以用果糖或果葡糖浆制作面包、糕点、软糖等食品，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，效果较好。在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。

（3）溶解度 由于单糖分子结构中含有多个羟基，这使其水溶性增加，尤其是在热水中的溶解度，但它们不能溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。各种单糖的溶解度也不相同，果糖的溶解度最大，其次是葡萄糖。温度对溶解过程和溶解速度具有重要的影响，各种糖的溶解度随温度的升高而增大，室温条件下，果糖饱和溶液的质量分数约为80%，而葡萄糖饱和溶液的质量分数约为50%。糖的溶解性对食品加工具有重要的意义。表5-4所示为果糖、葡萄糖的溶解度。

表5-4 果糖、葡萄糖的溶解度

糖的溶解性在食品加工中可用于食品的保藏，果酱、蜜饯的制造，因为高浓度的糖液，能有效地束缚水分子，减少自由水的含量，降低水分活度。即糖浓度只有在70%以上才能有效抑制酵母、霉菌的生长。室温条件时，葡萄糖和蔗糖都没有达到这个浓度要求，保藏性较差，如在20℃时，单独的葡萄糖、果糖最高浓度分别为50%、79%，故只有果糖具有较好的食品保存性，而单独使用葡萄糖达不到防腐、保质的要求。为了改善这种情况，实际生产中的糖煮工序就是利用升温来增加糖的溶解度，利于保藏。果糖在这一方面却有较好的优势，一些淀粉糖浆、果葡糖浆中因水解和结构互变，含有一定量的果糖，从而提高了保藏性能。

高浓度糖液的保藏性实际上是与其渗透压有关的。糖液的渗透压使食品脱水，降低了水分活度。高渗透压的获得需要有高浓度的糖液。所以在保藏过程中，还应防止糖的结晶析出，否则会降低糖液浓度，使糖液渗透压下降，保藏性下降。

（4）甜度 单糖有甜味，在食品加工中常利用糖作为甜味剂。甜味的强弱是用甜度来表示的，因为甜度目前还不能用物理或化学方法来绝对定量测定，只能采用感官比较法，而这种测定又是带有很大的个体性的，因此所获得的数值只是一个相对值，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1.0，则果糖的甜度为1.5，葡萄糖的甜度为0.7，由于这种甜度是相对的，所以又称比甜度。尽管甜度是相对值且带有很大的个体性，但是测定出不同糖之间甜度的差异仍然具有非常重要的实际意义。表5-5所示为一些单糖的比甜度。

表5-5 单糖的比甜度

就天然单糖而言，果糖最甜，葡萄糖次之，半乳糖又次之。各种糖比甜度强弱顺序为：果糖＞转化糖＞葡萄糖。转化糖（水解后的蔗糖，含自由葡萄糖和果糖）及蜂蜜糖比一般糖较甜，是因为含有一部分果糖的关系，多糖无甜味。

有研究表明，糖的甜度与糖的分子结构、状态以及温度等外界因素有关。晶体果糖中，β-型的甜度大于α-型，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不相同，例如果糖在溶液中比蔗糖甜，但当添加在某些饼干、小甜饼等焙烤食品时却与蔗糖的甜度相似。在溶液中，同一种糖的α-型和β-型会发生异构互变且达到平衡，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。其他物质的存在有可能也会影响甜味强弱。分子结构也决定物质是否具有甜味以及甜味的强弱，单糖、双糖和一些三糖具有甜味，多糖没有甜味。

（5）旋光性 单糖分子（除丙酮糖外）结构中均含有手性碳原子，所以都具有旋光性（或光学活性）。旋光性是鉴定糖的一个重要指标。旋光性是一种物质能使偏振光的振动平面发生旋转的特性。旋光性物质使偏振光的振动平面发生旋转的角度称为 “旋光度”，通常以α表示，旋光方向以符号表示：右旋通常用“+”表示，左旋通常用 “-”表示。旋光度的大小除了与物质本身的结构有关外，还随测定时所用溶液的浓度，盛液管的长度、温度，光波的波长以及溶剂的性质等因素的变化而改变。但在一定的条件下，不同旋光活性物质的比旋光度是一个常数，通常用比旋光度表示。比旋光度是在一定温度和波长下，以1 mL中含有1 g溶质的溶液，放在1 dm长的盛液管中测出的旋光度。计算公式如下：

式中 α——旋光仪测得的旋光度

λ——所用光源的波长

t——测定时的温度

c——糖（光学活性的）溶液的浓度，g/mL，溶剂为水

l——盛液管的长度，dm(www.xing528.com)

当c和l都等于1时，则。糖的比旋光度用表示。20表示测定比旋光度在20℃进行；D表示以钠光灯作光源，波长是589 nm。

（6）其他性质 单糖的黏度很低，黏度大小还与温度有关，通常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。在食品生产中，可借助调节糖的黏度来改善食品的稠度和可口性。适当增加黏度可以防止带肉果汁上下分层，起到稳定作用。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。糖溶液冰点的降低与渗透压的增大与其浓度和分子质量有关。糖液浓度增高，分子质量变小，则其冰点降低得多，而渗透压增大，对冷饮生产有利。单糖溶液还具有抗氧化性，有利于保持水果的风味、颜色和维生素C的含量。

2. 化学性质

（1）还原性 单糖是多羟基的醛或酮，分子结构中具有醛基、酮基、羟基，在不同的条件下可以被氧化剂氧化成不同的产物。氧化条件可分为碱性条件、酸性条件和酶催化。

单糖在碱性溶液中的还原作用常被用来作为还原糖的定性及定量分析的依据。如碱性条件下可被氢氧化铜或托伦试剂等碱性弱氧化剂氧化，生成糖酸或复杂的小分子羧酸混合物和砖红色Cu₂O沉淀或银镜（图5-3）。该性质常用于单糖的定性和定量测定。

图5-3 葡萄糖的还原反应

这种能被碱性弱氧化剂氧化的糖称为还原性糖，在食品检测技术中，也常用此性质定量地测定葡萄糖等还原糖的含量。

单糖在酸性溶液中含醛基的糖比酮基的糖易于氧化。例如，醛糖能被弱氧化剂溴水氧化，而酮糖不能，因此可用此法区分醛糖和酮糖。

在某些酶的作用下，一些糖还可以发生伯醇基氧化反应（醛基不被氧化），如葡萄糖、半乳糖等醛糖能够发生伯醇基氧化反应生成糖醛酸。糖醛酸是组成果胶、半纤维素、黏多糖等的重要成分。

（2）氧化性 单糖分子中的醛基或酮基也能被还原剂还原为醇，所以单糖具有氧化性。糖醇在工业上主要是通过催化加氢来获得。如葡萄糖催化加氢得到山梨糖醇；果糖可还原为山梨糖醇和甘露醇的混合物；木糖被还原为木糖醇。这些还原生成的糖醇，具有甜味且口味较好，化学性质稳定，对微生物的稳定性好，不容易引起龋齿，所以在食品工业中的应用日益广泛。山梨糖醇的甜度为蔗糖的50%，在一些糕点制作中常替代蔗糖作为甜味剂；同时具有很好的保湿性，可用于糕点、糖果、香烟、调味品及化妆品的保湿剂，也可用于制取抗坏血酸。木糖醇的代谢不需要胰岛素的参与，所以木糖醇可作为糖尿病患者食品中的甜味剂。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疗效食品或抗龋齿的胶姆糖的甜味剂，目前木糖醇已被广泛用于制造糖果、果酱、饮料等食品。

（3）异构化反应 单糖在立体化学中，若组成相同的不同分子含有多个手性碳原子，其中只有一个手性碳原子的构型不同，其余的构型都相同的非对映体称为差向异构体。如D-葡萄糖和D-甘露糖互为差向异构体。单糖在冷、稀碱溶液中，α碳上的氢受羰基和羟基的影响变得很活泼，极易转到羰基上，形成烯醇式中间体，然后转为它的差向异构体。如D-葡萄糖在稀、冷的NaOH溶液中，有一部分变为果糖和甘露糖，成为三者的平衡混合物（图5-4）。D-甘露糖或D-果糖用同样的方法处理也得该结果。

图5-4 D-葡萄糖的差向异构化

利用葡萄糖和果糖可以互为异构化的原理，在食品工业上常被用来制备高甜度的果葡糖浆。先利用廉价的谷物淀粉经酶水解成葡萄糖，再经葡萄糖异构化酶的催化作用转化为甜度高的果糖，从而制得含40%以上果糖的果葡糖浆。

（4）成酯反应 单糖为多元醇，分子中的羟基可以与有机酸或无机酸作用生成酯。在生物体内最常见的糖酯为糖的磷酸酯，如人体中的葡萄糖在酶的作用下生成葡萄糖酯磷酸，其中最重要的是1-磷酸葡萄糖、6-磷酸葡萄糖。单糖的磷酸酯在生命过程中具有重要的意义，它们代表了糖的代谢活性形式，糖代谢的中间产物。

单糖的磷酸酯在食品中应用十分广泛，可以作乳化剂，还能防止蛋白质变性和抗菌效果。还可用于含乳饮料，可使脂肪球稳定，防止乳蛋白变性及产生沉淀。

（5）成苷反应 单糖的半缩醛羟基较分子内的其他羟基活泼，很容易与醇及酚等含羟基的化合物脱水形成缩醛（或缩酮）型衍生物，称为糖苷。糖苷分子中糖的部分称为糖基，非糖的部分称为配基或非糖体，连接糖基和配基的是含氧原子的糖苷，糖苷分子中不再有半缩醛羟基，因此无还原性（图5-5）。

图5-5 葡萄糖苷的形成

（6）显色反应 单糖能与浓酸（盐酸、硫酸）反应，脱水生成糠醛及其衍生物，它们在一定条件下，能与酚类或蒽类生成各种不同的有色物质，且反应灵敏，显色清晰，常用于鉴别各类糖。

①莫立许反应：莫立许反应是鉴别糖类常用的方法，在糖的水溶液中加入α-萘酚的乙醇溶液，然后沿试管壁慢慢加入浓硫酸，不要振荡，在浓硫酸与溶液的交界面很快会出现美丽的紫色环，这个过程就是莫立许反应，即糖的颜色反应。

②塞利凡诺夫反应：通过在酮糖（如果糖）的溶液中加入塞利凡诺夫（间苯二酚的盐酸溶液），加热很快出现鲜红色，同样条件下醛糖不发生变化，因此，可用来区别酮糖和醛糖。

（7）羰氨反应与焦糖化 还原性单糖能与胺、氨基酸、蛋白质等物质发生羰基和氨基之间的缩合反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素，这一反应称为羰氨反应或美拉德反应。食品在加热和贮存过程中发生的褐变大多与此反应有关，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。几乎所有的食物中都含有羰基化合物和氨基化合物，所以，羰氨反应在食品加热过程中很普遍，羰氨反应能使食品生色增香。

糖类在没有氨基化合物存在时，受高温（150～200℃）影响发生降解作用，降解后的物质经聚合、缩合生成黏筒状的黑褐色物质——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，在食品生产中可作色素。

（8）其他反应 单糖分子中的各种官能团还可以发生一些其他化学反应，例如发生缩合反应、卤代反应等，它们在多糖的化学改性、美拉德反应中也有实际应用。

小资料

FDP （1，6-二磷酸果糖）的功效

FDP（1，6-二磷酸果糖）是人体内能量代谢所必需的一种活性物质。纯FDP的性状呈白色或类白色的结晶性粉末，易溶于水。FDP能在无氧及缺氧条件下强化细胞的糖酵解过程，迅速将血液中的葡萄糖转化成能量，满足人体的需求。国内外研究均确认，FDP既是人体能量代谢调节剂，又是一种高能基质，是能在分子水平上作用到细胞内部代谢过程的少数几种活性物质之一。特别是在缺血、缺氧时，能迅速将葡萄糖转化为机体需要的能量，增强红细胞供氧能力，迅速改善心脏功能，强壮和修复心肌细胞。FDP被公认是人体能量代谢的生物催化剂和人体细胞的强壮剂。我国卫计委（原卫生部）在1997年已批准将FDP用于保健食品。