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1、第二章 碳水化合物的测定 Carbohydrates Determination,碳水化合物是自然界最丰富的有机物质 是生物界三大物质之一（Pro,Fat）,第一节 概述一、碳水化合物的化学组成、分类和性质1、化学组成(chemical composition)碳水化合物是C、H、O三元素组成一类多羟基醛或多羟基酮化合物。,2、分类化学分类：1）、单糖（葡萄糖、果糖）2）、低聚糖（蔗糖、乳糖、麦芽糖）3）、多糖 营养性多糖（淀粉、糖原）-有效碳水化合物 4）、构造性多糖（纤维素、半纤维素、木质素、果胶）-无效碳水化合物,现代营养工作者分为两大类:营养角度分 有效碳水化合物、无效碳水化合物（膳食
2、纤维）有效碳水化合物：对人体有营养（提供能量）性的碳水化合物无效碳水化合物：膳食纤维：指人们的消化系统或者消化系统中的 酶不能消化、分解、吸收的物质，但是消化系统中的微生物能分解利用其中一部分。,在食物成分表中，碳水化合物含量通常以总碳水化合物或无氮抽出物来表示，二者都以减差法计算。总碳水化合物（%）=100-（水分+粗蛋白质+灰分+粗脂肪）%无氮抽出物（%）=100-（水分+粗蛋白质+灰分+粗脂肪+粗纤维素）%,3、性质（chemical property）不分单、双糖（1）糖的显色反应 单糖与浓盐酸或浓硫酸作用，脱去三分子水生成糖醛。（2）还原性 一些低分子糖具有还原性（蔗糖没有还原性，因
3、为蔗糖没有半缩醛羟基）。（3）旋光性 在一定的条件下，可以测出各种糖类的旋光性。,二、糖类的功能（一）供能与节约蛋白质 糖类对机体最重要的作用是供能，特别是葡萄糖可很快被代谢，提供能量，满足机体的需要。1g葡萄糖氧化可供能17KJ(4Kcal)。食物中糖类供给充分，可使蛋白质作为抗体等的能量免于消耗。糖类与蛋白质共同摄食时，体内贮留的氮比单独摄入蛋白质时多。摄入糖类后可增加机体ATP的合成，有利于蛋白质的活化和合成蛋白质。,（二）构成体质 糖类是构成机体的重要物质，并参与细胞的许多生命活动，核糖和脱氧核糖是核酸的重要组成成分。,（三）维持神经系统的功能与解毒 维持神经系统的功能 血中的葡萄糖水
4、平下降（低血糖），脑缺乏葡萄糖可产生不良反应；糖有解毒作用，机体肝糖元丰富则对某些细菌毒素的抵抗能力增强。尽管心脏和肌肉等可利用脂肪酸为燃料，也可利用由肝脏产生酮体，但大脑所需的葡萄糖则必需由能转化为糖的氨基酸（生糖氨基酸）提供。,解 毒 作 用 葡萄糖醛酸是葡萄糖代谢的氧化产物，它对某些药物的解毒作用非常重要，吗啡、水杨酸和磺胺类药物等都通过它与之结合，生产葡萄糖醛酸衍生物排泄而解毒。,碳水化合物的分类 单 糖 葡 萄 糖 葡萄糖主要由淀粉水解而来。还可来自蔗糖、乳糖等的水解，它是机体吸收、利用最好的单糖。,有些器官实际上完全依靠葡萄糖供给所需的能量。大脑每日约需100200g葡萄糖。尽管心
5、脏和肌肉等可利用脂肪酸为燃料，也可利用由肝脏产生酮体，但大脑所需的葡萄糖则必需由能转化为糖的氨基酸（生糖氨基酸）提供 此外，肾髓质、肺组织和红细胞等也必需依靠葡萄糖供能。机体血糖（血中葡萄糖）浓度保持相对恒定（正常为80120mg/100ml血），对保证组织能源的供应具有重要意义。,果 糖 蜂蜜和许多水果中含有果糖。机体中的果糖主要由肠道的二糖酶将蔗糖分解为葡萄糖和果糖得来；肝脏是实际利用果糖唯一的器官，可将果糖迅速转化，在整个循环血液中果糖的含量最低。,果糖的代谢可不受胰岛素制约，故糖尿病人可食用果糖，但大量食用可导致副作用，会出现恶心、上腹部疼痛及不同血管区的血管扩张现象，此外，大量给予果
6、糖还可引起肝脏中三酰甘油酯合成增多，并可导致高三酰甘油脂血症。果糖的甜度最高，是通常糖类中最甜的物质。人们利用异构化酶将葡萄糖转化为果糖，制成不同规格的果葡糖浆。,双 糖 蔗 糖 人们每天食用蔗糖的量达100g以上，可引起体重过高、糖尿病、龋齿，可能还有动脉硬化和心肌梗塞的发病率高。动物试验表明，大量食用低分子糖有害，应该以高分子糖类为主满足机体对糖类的需要，当然也不可忽视低分子糖类的渗透作用不足影响肠道菌丛的因素。,麦 芽 糖 主要来自淀粉水解，由两分子葡萄糖构成，一般植物含量很少，甜度约为蔗糖的1/2。,乳 糖 是哺乳动物乳汁的主要成分，其含量依动物不同而异，通常人乳含约7%，牛乳含约5%
7、。乳糖是婴幼儿主要食用的糖类物质，乳糖对婴幼儿的重要意义，在于它能够保持肠道中最合适的肠菌丛数，能促进钙的吸收，故在婴幼儿食品中可添加适量的乳糖。成年人食用大量的乳糖，不易消化，食物中乳糖含量高于15%时可导致渗透性腹泻。,多 糖 可被消化、吸收的多糖 淀 粉 淀粉有直链淀粉和支链淀粉之不同，都是植物的贮藏物质，也是人类食物中最重要的供能物质。淀粉在肠道内逐渐水解，需要一定的时间，因此，机体不会突然出现葡萄糖过量，血糖水平上升较慢，且不会达到极限高度。煮熟的淀粉往往可全部消化，生淀粉则不然，有人即不耐受生土豆淀粉。,糊 精 食品工业中常用大麦芽为酶原水解淀粉，得到糊精和麦芽糖的混合物，称为饴糖
8、。食入后在体内消化、水解为葡萄糖后被利用。糊精与淀粉不同，具有易溶于水，强烈保水及易于消化等特点，在食品工业中常被用来增稠、稳定或保水。在制作羊羹时添加少许糊精可以防止结晶析出，避免外观不良。,不被消化、吸收的多糖 纤 维 素 现在，越来越多的人认为纤维素在营养上不是惰性物质，而是人们膳食中不可缺少的成分。上世纪美国摄食的食物纤维下降20%，谷类的食物纤维下降50%，结果居民憩室病（Diverticulosis)发病率增加。食物纤维还可能是防止动脉硬化的因素。,有报告称，鱼和肉烧焦时产生的致癌物质的毒性可以用来自牛蒡、萝卜、笋和葱头等20种蔬菜分离所得的食物纤维抑制。其原因是食物纤维可吸附毒物
9、，同时又加快肠道蠕动，促进有害物质排出。食物纤维可以螯合胆固醇，从而抑制机体对胆固醇的吸收。肠中纤维增多会诱导出大量好气菌群，防止产生结肠癌。,食品加工对糖类的影响 淀粉的糊化 将淀粉加水、加热，使之产生半透明、胶状物质的作用称糊化作用。沥滤损失 食品加工后，烫漂后的沥滤，可使单糖、双糖和某些多糖受到一定的损失。,焦糖化作用 焦糖化作用是糖类在不含氨基化合物时加热到其熔点以上（高于135）的结果，生成焦糖等褐色物质。蔗糖通常被用来制作焦糖色素与风味物质。,焦糖化的三种反应 由亚硫酸氢铵催化产生的耐酸焦糖色素：用于可乐饮料、酸性饮料、烘焙食物、糖浆、糖果及调味食料中。糖与铵盐加热产生红棕色并带有
10、正电荷胶体粒子的焦糖色素，用于烘焙食品、糖浆和布丁等。蔗糖直接热解产生红棕色并含有略带负电荷胶体粒子的焦糖色素，用于啤酒和其他含醇饮料中。,羰氨反应（美拉德反应）是食品中有氨基化合物存在时，还原糖伴随热加工，或长期贮存与之发生反应，生成褐色聚合物。在食品加工和贮藏过程中，还原糖（主要是葡萄糖）同游离氨基酸或蛋白质分子中的游离氨基酸等含氨基化合物发生羰氨反应，生成类黑精色素和褐变风味物质。,三、测定意义 碳水化合物主要包括水溶性糖、淀粉、纤维素、半纤维素、果胶物质等。纤维素、半纤维素、木质素、果胶物质均为植物的结构物质。农产品中主要糖分有单糖(葡萄糖和果糖)及双糖(蔗糖)，它们都溶于水也溶于酒精
11、，统称水溶性糖或可溶性糖。其分析意义，可分为三类：,为了研究植物不同生长期体内C/N代谢，常须分析水溶性糖 以评价农产品品质及其在贮运过程中含糖量的变化（水果、蔬菜中糖分分析）。糖用甜菜、甘蔗等糖料作物中糖的分析以及动物饲料中糖的分析等。因此，可溶性糖的测定，对于鉴定果蔬、糖用作物等品质，以及对改进栽培技术和选择合适的贮藏方法都有重要意义。,淀粉：（1）作为植物的贮藏物质，大量地存在于禾本科种子和薯类作物块根、块茎中，例如禾本科种子中淀粉含量可达干重的5080，块根、块茎中可达鲜重的2030（2）淀粉是人们食品及家畜、家禽饲料的主要成分，也是食品加工工业及轻工业的重要原料之一（加工原料品质）（
12、3）在医药方面（制药）。对淀粉的分析，,是一项极为重要的品质检定工作。,水溶性总糖的测定 农产品中通常含有多种糖类，有具还原性的葡萄糖、果糖、麦芽糖和乳糖等糖类，也有不具还原性的蔗糖等糖类。对这些糖分别加以测定是困难的，通常也是没有必要的。农产品生产中通常要测定其总量。因此提出“总糖”的概念。,总糖主要指具有还原性的糖(葡萄糖、果糖、乳糖和麦芽糖等)和在测定条件下能水解为还原性单糖的蔗糖的总量。它与生物化学中所说的总糖不同，它不包括淀粉等多糖物质，因在测定条件下，淀粉等多糖的水解作用很微弱。,（一）滴定法：*原理：植物性水溶性糖浸出液中包括葡萄糖、果糖和蔗糖。蔗糖必须经稀HCl（6M HCl）
13、水解生成转化糖（等量的葡萄糖和果糖）后与原有的还原糖一起测定，即为水溶性总糖，可以直接用直接滴定法或高锰酸钾容量法或铜还原碘量法（Somogyi法）测定。,测定方法,样品经除去蛋白质后，其中蔗糖经盐酸水解转化为还原糖，再按还原糖测定方法测定，水解前后还原糖的差值，为蔗糖含量.实际上测定还原糖包括两部分：一是样品中原有的还原糖、二是蔗糖经酸水解后的还原糖。,注意事项：（1）测定中应严格控制水解条件，既要保证蔗糖的完全水解又要避免其它多糖的分解。水解结束后应立即取出，迅速冷却中和。（2）总糖测定结果一般以转化糖计。为减少误差，碱性酒石酸铜溶液的标定需采用蔗糖标准溶液，可用葡萄糖表示,费林试剂需另用
14、葡萄糖标定。,碱性酒石酸铜溶液的标定：称取经105烘干至恒重的蔗糖1.0000g，以蒸馏水溶解，移入500ml容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，标准溶液1ml相当于纯蔗糖2mg。吸取蔗糖标准溶液50ml于100ml容量瓶中，加5ml6M盐酸在6870水浴中加热15min，冷却后加2滴甲基红指示剂，用20氢氧化钠中和至中性，加水至刻度，摇匀。此液lml相当于1mg蔗糖。,取经水解的蔗糖标准溶液，按直接滴定法标定碱性酒石酸铜溶液。若需要单纯测定食品中蔗糖量，可分别测定样品水解前的还原糖量及水解后的还原糖量，两者之差再乘以换算系数0.95即为蔗糖量。即1g转化糖量相当于0.95g蔗糖。,总糖量也常用比重法
15、、折光法等简易的物理方法测定。测定结果计算到小数点后二位,两次平行试验结果相对误差；含量在5%以下的不得超过3%；含量在 5%10%的不得超过 2%；含量在10%以上的不得超过 1%。鲜样以鲜基表示,风干样以风干基表示。,注意事项(1)蔗糖在本法规定的水解条件下，可以完全水解，而其他双糖和淀粉等的水解作用很小。所以必须严格控制水解条件，以确保结果的准确性与重现性。此外果糖在酸性溶液中易分解，故水解结束后应立即取出并迅速冷却中和。(2)应测定水解前样品中还原糖的量，水解后增加的还原糖的量为蔗糖水解产生的。,(3)根据蔗糖的水解反应方程式：蔗糖的相对分子质量为342，水解后生成2分子单糖，其相对分
16、子质量之和为360。蔗糖水解物中增加了一分子水，使产物总量增大。,(4)用还原糖法测定蔗糖时，为减少误差，测得的还原糖应以转化糖（D-葡萄糖和D-果糖的混合物,由于水解前后旋光度发生改变（由右旋变为左旋），所以蔗糖的水解产物叫做转化糖）表示，故用直接法滴定时，碱性酒石酸铜溶液的标定需采用蔗糖标准溶液按测定条件水解后进行标定。(5)若选用高锰酸钾滴定时，查附表时应查转化糖项 342/3600.95 即1g转化糖相当于0.95g蔗糖量,（二）旋光法*方法原理 甘蔗和甜菜等作物所含的糖几乎全是蔗糖。旋光法测糖的原理是基于糖类分子具有不对称碳原子，可使通过的光的偏振面旋转。当光的波长、温度和液层厚度一
17、定时，溶液中蔗糖的浓度与偏振光面旋转角度成正比。,各种糖类都有其特定的比旋，因此，可用旋光计或检糖计测定蔗糖的含量。例如蔗糖水溶液的比旋D20是+66.5，葡萄糖是+52.8，果糖是-92.8，麦芽糖是+118等。,P20=Pt1+0.0003(t-20),国际上为统一蔗糖旋光法测定的标准，检糖度的标度采用国际度（S）表示，即指26g纯蔗糖在20时溶成100ml水溶液（比重为1.100）通过2dm荧光管的旋光角度规定为100S。,2.注意事项：(1)糖液待测液的制取的水浴温度不能超过80。(2)除蛋白质用碱性醋酸铅（该液为胶体，须密封保存）对于待测不澄清的样品，常需加入澄清剂处理，广泛使用碱式
18、醋酸铅（BAL）及其它铅化物作为澄清剂。国外把硫酸铝试用于甜菜制糖分析澄清，国内也有报道使用铝盐加碱作为甜菜制糖分析澄清，如碱式氯化铝等。(3)在一般样品测定中，根据可溶性糖的总量，还原糖的量计算蔗糖的含量。,（三）分光光度法 在酸性介质中,蔗糖还原磷钼黄生成磷钼蓝,对该反应进行了详细的研究,确定了最佳反应条件;结果表明,所生成的磷钼蓝最大吸收波长在820,蔗糖溶液在0.5722.56 mg/L服从比尔定律,表观摩尔吸光系数为1.17104l/（mol.cm）,定量下限为0.57 mg/L;该法灵敏度高、选择性好,用于甘蔗汁样品的测定,结果令人满意;,蔗糖与磷钼黄的反应机理：在硫酸溶液中,蔗糖
19、与磷钼黄反应的实质,是蔗糖先水解,然后水解产物果糖与磷钼黄反应生成磷钼蓝,磷钼蓝主要是由果糖还原磷钼黄产生,而不是葡萄糖。,试验结果表明，磷钼蓝分光光度法是一种较好的蔗糖测定方法:()不用有毒试剂()灵敏度高,定量下限达到0.57mg/L()有较好的线性关系,线性范围宽(0.5722.56 mg/L)()精度高、回收率理想()设备简单,测试成本低()选择性好,抗干扰能力强,思考题：1、比较几种可溶性糖的测定方法的优缺点、原理及注意事项？2、说明还原糖测定的原理。用直接滴定法测定还原糖为什么样品要进行预测定?怎样提高测定结果的准确度?3直接滴定法测定食品中的还原糖是如何进行定量的。为什么要用标准的葡萄糖溶液来标定碱性酒石酸铜溶液?,4高锰酸钾法测定还原糖与直接滴定法有什么异同点?5测定食品中蔗糖为什么要进行水解?如何进行水解?6什么是农产品中的总糖?分别叙述各种测定方法的原理及注意事项项。7说明碳水化合物的分类、结构、性质与测定方法的关系。,8如何正确配制和标定碱性酒石酸铜溶液及高锰酸钾标准溶液?9.直接滴定法测定食品中还原糖为什么必须在沸腾条件下进行滴定，且不能随意摇动三角瓶？10.高锰酸钾法测定食品中还原糖的原理是什么，在测定过程中应注意那些问题？,
