食品中碳水化合物的测定方法

第一节 概述 第二节 食品中还原糖的测定 第三节 总糖的测定 第一节 概述 碳水化合物分类 碳水化合物的主要功能 3 测定方法 4 可溶性糖类的提取和澄清 碳水化合物 一 碳水化合物的 分类 一 碳水化合物的分类 （一）单糖类 它是不能分解成更小分子的多羟基醛、酮的糖。是碳水化合物的基本单位。如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖和木糖等。 葡萄糖以游离态存在于水果和植物的汁液中，它是麦芽糖、淀粉和糖苷类的构造单位． 果糖再以游离态存在于水果和蜂蜜中，蜂蜜成分中大约40％左右为果糖． 1 单糖的作用及功能 （1）甜味剂 蜂蜜和大多数果实的甜味主要取决于蔗糖（sucrose） 、 D-果糖（D-fructose）、葡萄糖（glucose）的含量。 ①甜度 定义 是一个相对值，以蔗糖作为基准物,一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20°C时的甜度为1 ②甜度 果糖>蔗糖>葡萄糖>麦芽糖>半乳糖 ③糖的相对甜度 （2）亲水功能(吸湿性或保湿性） 糖分子中含有羟基，具有一定的亲水能力具 有一定的吸湿性或保湿性。 吸湿性顺序 果糖>葡萄糖 保湿性顺序 葡萄糖>果糖 例如： 面包、糕点、软糖应选吸湿性大的果糖或果葡糖浆. 硬糖、酥糖及酥性饼干应选吸湿性小的葡萄糖. 4 单糖在食品贮藏与加工中的化学反应 􀂾脱水反应 �复合反应 �变旋现象 �烯醇化 �褐变反应 褐变反应Browning Reaction ①焦糖化现象 （Phenomena of Caramelization) 在无水（或浓溶液）条件下加热糖或糖浆，用酸或铵盐作催化剂，生成焦糖的过程，称为焦糖化。 A.焦糖化反应产生色素的过程 糖经强热处理可发生两种反应 �子内脱水 向分子内引入双键，然后裂解产生一些挥发性醛、酮，经缩合、聚合生成深色物质。生成焦糖或酱色 �环内缩合或聚合 裂解产生的挥发性的醛、酮经—缩合或聚合—产生深色物质。 B.反应条件 催化剂：铵盐、磷酸盐、苹果酸、延胡索酸、柠檬酸、酒石酸等。 无水或浓溶液，温度150-200℃ C.性质 焦糖是一种黑褐色胶态物质，等电点在pH3.0-6.9,甚至低于pH3，粘度100-3000cp,浓度在33-38波美度pH在2.6-5.6较好。 D.三种色素及用途 NH4HSO4催化:耐酸焦糖色素（可用于可口可乐料） (NH4)2SO4:催化啤酒美色剂 ②美拉达反应（Maillard Reaction） 蔗糖在食品加工受热时,会和氨基酸产生美拉德反应,即糖类的醛基和氨基酸反应,生成褐色并有焦糖味的物质。 Maillard反应对食品品质的影响 不利方面 营养损失，特别是必须氨基酸损失严重产生某些致癌物质 有利方面 褐变产生深颜色及强烈的香气和风味，赋予食品特殊气味和风味. Maillard反应在食品加工的应用 a. 抑制Maillard反应 注意选择原料 如土豆片，选氨基酸、还原糖含量少的品种，一般选用蔗糖。 保持低水分 蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥剂。如SiO2等。 应用SO2 硫处理对防止酶褐变和非酶褐变都很有效。 保持低pH值 常加酸，如柠檬酸，苹果酸。 其它的处理 热水烫漂除去部分可溶固形物，降低还原糖含量。 冷藏库中马铃薯加工时回复处理(Reconditioniny) 钙处理如马铃薯淀粉加工中，加Ca(OH)2可以防止褐变，产品白度大大提高。 b.利用Maillard反应 在面包生产，咖啡，红茶，啤酒，糕点，酱油等生产中产生特殊风味，香味 通过控制原材料、温度及加工方法，可制备各种不同风味、香味的物质。 控制原材料 核糖+ 半胱氨酸：烤猪肉香味 核糖+ 谷胱甘肽：烤牛肉香味 控制温度 葡萄糖+ 缬氨酸 100—150 ℃ 烤面包香味 180 ℃ 巧克力香味 木糖— 酵母水解蛋白 90 ℃ 饼干香型 160 ℃ 酱肉香型 不同加工方法 土豆 大麦 水煮 125种香气 75种香气 烘烤 250种香气 150种香气 （二） 双糖类 （1） 定义： 它是由两个单糖分子缩合而成的糖类，如蔗糖、麦芽糖和乳糖。 蔗糖水解生成等分子的果糖和葡萄糖。 乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，牛乳中的糖类主要是乳糖，含量为4－5％，它的分解产物为葡萄糖和半乳糖． 麦芽糖是用麦芽及其浸出液中淀粉酶分解淀粉而成．它不游离于自然界，它的分解产物是两个葡萄糖． 蔗 糖 葡萄糖-，（12）果糖苷 乳 糖 葡萄糖-（14）半乳糖苷 低聚糖 低聚糖又称为寡糖或寡聚糖。低聚糖（或寡糖01igosaccharides）是指其分子结构由2-10个单糖分子以糖苷键相连接而成的糖类总称。 一些常见低聚糖与功能 作用机理： 功能性低聚糖能促进人体肠道内固有的有益细菌——双歧杆菌的增殖，从而抑制肠道内腐败菌的生长，减少有毒发酵产物的形成。 由于双歧杆菌对氧、力、热和酸的高度敏感性，要想直接将它添加入食品中是相当困难的，但这对于低聚糖来说却是易于反掌。 自然界的分布 自然界中仅有少数几种植物含有天然的功能性低聚糖。例如，洋葱、大蒜、芒壳、天门冬、菊苣根和洋蓟等中含有低聚果糖，大豆中含有大豆低聚糖。 2 碳水化合物的生理功能 （1）它是人体最重要的热量来源。 每克碳水化合物在体内可产生40千卡热量。膳食中最主要的碳水比合物是淀粉。 在肠道吸收的速度，如葡萄糖100，则半乳糖为110，果糖为43．甘露糖为9．进入体内的碳水化合物以糖原的形式暂时储存于肝和肌肉组织中，成为肌肉活动的后备物质． （2）它也是构成人体的主要物质．它参与许多生命过程。 糖蛋白是细胞膜组成成分之一，不少血浆蛋白、激素、粘液中的蛋白质以及胶原等蛋白质，也属于糖蛋白． （3）碳水化合物在食品中的作用 提供适宜的质地、口感和甜味 （如麦芽糊精作增稠剂、稳定剂） 有利于肠道蠕动，促进消化 （如纤维素被称为膳食纤维，低聚糖可促小孩肠道双歧杆菌生长，促消化） 一些食品中的单糖含量 大米 0.1-0.2% 大豆 0.1% 小麦 0.1-2.4% 大米和小麦 70% 干燥的豆类 36-47% 马铃薯 14.7% 叶菜类 0.2% 香蕉 8.8% 一些食品中的淀粉含量 食品中的糖类化合物(%) 4 碳水化合物的含量 总碳水化合物（%）＝100－（水分+粗蛋白质+灰分十粗脂肪）% 第二节 食品中糖的测定方法 糖离子色谱法 还原糖测定的标准方法 GB/T5009.7-2003 这一方法适用于各类食品中还原糖测定。 奶粉中的乳糖测定GB/T 5413.5 常用的提取剂有水和乙醇溶液，提取液的制备方法要根据样的性状而定，但应遵循以下原则： ① 取样量和稀释倍数的确定，要考虑所采用的分析方法的检测范围。一般提取经净化和可能的转化后，每毫升含糖量应在0.5~3.5mg之间，提取10克含糖2%的样品可在100毫升容量瓶中进行；而对于含糖较高的食品，可取5~10克样品于250毫升容量瓶中进行提取。 一 可溶性糖类的提取和澄清 (1) 提取液的制备 ②含脂肪的食品，如乳酪， 巧克力，蛋黄酱及蛋白杏仁糖等，通常需经脱脂后再以水进行提取。一般以石油醚处理一次或几次，必要时可以加热。每次处理后，倾去石油醚层（如分层不好，可以进行离心分离），然后用水提取。 ③ 含大量淀粉和糊精的食品，如粮谷制品，某些蔬菜，调味品，用水提取会使部分淀粉，糊精溶出，影响测定，同时过滤也困难，为此，宜采用乙醇溶液提取。乙醇溶液的浓度应高到足以使淀粉和糊精沉淀，通常用70~75%的乙醇溶液。若样品含水量较高，混合后的最终浓度应控制在上述范围内。提取时可加热回流，然后冷却并离心，倾出上清液，如此提取2~3次，合并提取液，蒸发除去乙醇。用乙醇溶液作提取剂时，提取液不用除蛋白质，因为蛋白质不会溶解出来。 ④ 含酒精和二氧化碳的液体样品，通常蒸发至原体积1/3~1/4，以除去酒精和二氧化碳。但酸性食品，在加热前应预先用氢氧化钠调节样品溶液至中性，以防止低聚糖被部分水解。 ⑤ 提取固体样品时，为提高提取效果，有时需加热，加热温度一般控制在。40~50℃，一般不超过80℃，温度过高时右溶性多糖溶出，增加下步澄清工作的负担，用乙 醇做提取剂，加热时应安装回流装置。 （2）提取液的澄清 ①能较完全地除去干扰物质 ②不吸附或沉淀被测糖分，也不改变被测糖分的理化性质 ③过剩的澄清剂应不干扰后面的分析操作，易于除掉。 作为澄清剂必需具备以下几点要求 常用三种澄清剂： 中性醋酸铅[Pb（CHCOO)2•3H2O] 乙酸锌和亚铁氰化钾溶液 硫酸铜和氢氧化钠溶液 二 食品中还原糖的测定 直接滴定法、 高锰酸钾法、 萨氏法、 碘量法 （一） 直接滴定法 (1) 原理 (2) 适用范围 (3) 试剂 (4) 测定方法 (5) 结果计算 (6) 说明与讨论 将一定量的碱性酒石酸铜甲、乙液等量混合，立即生成天蓝色的氢氧化铜沉淀，这种沉淀很快与酒石酸钾钠反应，生成深蓝色的可溶性酒石酸钾钠铜络合物。在加热条件下，以次甲基蓝作为指示剂，用样液滴定，样液中的还原糖与酒石酸钾钠铜反应，生成红色的氧化亚铜沉淀，待二价铜全部被还原后，稍过量的还原糖把次甲基蓝还原，溶液由蓝色变为无色，即为滴定终点。根据样液消耗量可计算还原糖含量。 (1) 原理 菲林试剂法 ①原理 食物中的还原糖成分能将菲林试剂还原成氧化亚铜，并借助次甲基蓝作指示剂。 ②反应方程式 (2) 适用范围及特点 本法又称快速法，它是在蓝-爱农容量法基础上发展起来的，其特点是试剂用量少，操作和计算都比较简便、快速，滴定终点明显。适用于各类食品中还原糖的测定。但测定酱油、深色果汁等样品时，因色素干扰，滴定终点常常模糊不清，影响准确性。本法是国家标准分析方法。 (3) 试剂 ① 碱性酒石酸铜甲液：称取15g硫酸铜 及0.05g四甲基蓝，溶于水中并稀释到1000 ml ②  碱性酒石酸铜乙液:取50g酒石酸钾钠及75g氢氧化钠，溶于水中，在加4g亚铁氰化钾，完全溶解后，再用水稀到1000 ml，储存于橡胶塞玻璃瓶内。  ③  乙酸锌溶液：称取21.9g乙酸锌，加3 ml冰醋酸 ，加水溶解并稀释1000 ml。 ④   106g/L亚铁氰化钾溶液。  ⑤   盐酸。  ⑥  葡萄糖标准液：准确称取1.000 g干燥至恒量的 纯葡萄糖，加水溶解后加入5 ml 盐酸，并以水稀释至1000 ml。 (4) 测定方法 ① 样品处理 取适量样品，按第二节中的原则对样品进行提取，提取液移入250 ml容量瓶中，慢慢加入5 ml乙酸锌的溶液和5ml亚铁氰化钾溶液，加水至刻度，摇匀后静至30分钟。用干燥滤纸过滤，弃初滤液，收集滤液备用。 ② 碱性酒石酸铜溶液的标定 准确吸取碱性酒石酸铜甲液和乙液各5ml，置于250ml锥形瓶中，加水10ml，加玻璃珠3粒。 从滴定管滴加约9ml葡萄糖标准溶液，加热使其在2分钟内沸腾，准确沸腾30秒，趁热以每2秒一滴的速度滴加葡萄糖标准溶液，直至溶液蓝色刚好图褪去为终点。记录消耗葡萄糖标准溶液的总体积。平行操作3次，取其平均值。 F = c • V 式中：F--------10mg碱性酒石酸铜溶液相当于葡萄糖的质量，mg; C-------葡萄糖标准溶液的浓度，mg/ml； V---------标定时消耗葡萄糖标准溶液的总体积，ml。 ③ 样品溶液预测 吸取碱性酒石酸铜甲液及乙液各 5 ml，置于250ml锥形瓶中，加水10ml，加玻璃珠3粒。加热使其在2分钟内沸腾，准确沸腾30秒钟，趁沸以先快后慢的速度从滴定管中滴加样品液，须始终保持溶液的沸腾状态，待溶液蓝色变浅时，趁热以每2秒一滴的速度滴定，直至溶液蓝色刚好褪去为终点。记录消耗溶液的体积。 ④ 样品溶液测定 吸取碱性酒石酸铜甲液和乙液各5ml，置于250ml锥形瓶中，加水10ml，加玻璃珠3粒。从滴定管加入比预测时样品溶液消耗总体积少1ml的样品液，使其在2分钟内加热至沸，准确沸腾30秒钟，趁热以每2秒一滴的速度继续滴定，直至蓝色刚好褪去为终点。记录消耗样品液的体积。平行操作3次，取其平均值。 (5)结果计算 式中：m-----样品质量, g； F------10ml碱性酒石酸铜溶液相当于葡萄糖的质量，mg； V------测定时平均消耗样品溶液的体积，ml； 250------样品溶液的总体积,ml。 还原糖（以葡萄糖计%） (6) 说明与讨论 ① 醋酸锌及亚铁氰化钾作为蛋白质沉淀剂这两种试剂混合形成白色的氰亚铁酸锌沉淀，能使溶液中的蛋白质共同沉淀下来。 ② 此法所用的氧化剂碱性酒石酸铜的氧化能力较强，醛糖和酮糖都可被氧化，所以测得的是总还原糖量。 ③ 本法是根据一定量的碱性酒石酸铜溶液（Cu 2 +量一定）消耗的样液来计算样液中还原糖含量，反应体系中Cu 2 + 的含量是定量的基础，所以在样品处理时，不能用铜盐作为澄清剂，以免样液中引入Cu 2 + ，得到错误的结果。 ④ 次甲基蓝也是一种氧化剂，但在测定条件下氧化能力比Cu 2 +弱，故还原糖先与Cu 2 + 反应， Cu 2 +完全反应后，稍过量的还原糖才与次甲基蓝指示剂反应，使之由蓝色变为无色，指示到达终点。 ⑤ 为消除氧化亚铜沉淀对滴定终点观察的干扰，在碱性酒石酸铜乙液中加入少量亚铁氰化钾，使之与Cu2O生成可溶性的无色络合物，而不再析出红色沉淀，其反应如下： Cu2O + K4Fe(CN) +H2O＝K2Cu2Fe(CN)6 +2KOH ⑥ 碱性酒石酸铜甲液和乙液应分别贮存，用时才混合，否则酒石酸钾钠铜络合物长期在碱性条件下会慢慢分解析出氧化亚铜沉淀，使试剂有效浓度降低。 ⑦ 滴定必须在沸腾条件下进行 原因：一是可以加快还原糖与的反应速度；二是次甲基蓝变色反应是可逆的，还原型次甲基蓝遇空气中氧时又会被氧化为氧化型。此外，氧化亚铜也极不稳定，易被空气中氧所氧化。 保持反应液沸腾可防止空气进入，避免次甲基蓝和氧化亚铜被氧化而增加耗糖量。 ⑧ 滴定时不能随意摇动锥形瓶，更不能把锥形瓶从热源上取下来滴定，以防空气进入反应液中。 ⑨ 样品溶液预测的目的： 一是本法对样品溶液中还原糖浓度有一定要求（0.1%左右），测定时样品溶液的消耗体积应与标定葡萄糖标准溶液时消耗的体积相近，通过预测可了解样品溶液浓度是否合适，浓度过大或过小应加以调整，使预测时消耗样液量在10ml左右； 二是通过预测可知道样液大概消耗量，以便在正式测定时，预先加入比实际用量少1ml左右的样液，只留下1mL左右样液在续滴定时加入，以保证在1分钟内完成续滴定工作，提高测定的准确度。 ⑩影响测定结果的主要操作因素是 反应液碱度 热源强度 煮沸时间 滴定速度 第三节 总糖的测定 在食品生产中常规分析及成品质量检验中，通常都有“总糖”这一指标，即要求测定食品中还原糖分与蔗糖分的总量。还原糖（乳糖）与蔗糖的总量俗称总糖量。蔗糖经水解生成等量的葡萄糖与果糖的混合物俗称转化糖。 原理 仪器 试剂 测定方法 结果计算 说明 测定总糖通常以还原糖的测定法为基础，将食品中的非还原性双糖，经酸水解成还原性单糖，再按还原糖测定法测定，测出以转化糖计的总糖量。 乳制品中的总糖： 总糖＝还原糖（乳糖）＋蔗糖 旋光法适用与生鲜牛乳中乳糖的测定。 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以及水解后的还原糖量，两者之差再乘以校正系数0.95，即为蔗糖量。 C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 342g 180g 180g 342/（180+180）=0.95 即1g转化糖量相当于0.95g蔗糖量。 在食品加工生产过程中，也常用相对密度法、折光法、旋光法等简易的物理方法还有直接滴定法与色谱法测定总糖量。 总糖的测定的原理是样品经除去蛋白质后，加稀盐酸在加热条件下使蔗糖水解转化为还原糖，再以直接滴定法或高锰酸钾法测定。 （1）原理 （2）仪器 ①    恒温水浴。 ②    其他同还原糖测定。 （3）试剂 ① 6mol/L盐酸溶液。 ② 甲基红指示剂：0.1%（体积分数）乙醇溶液。称取0.1g甲基红溶于100ml 60%（体积分数）乙醇中。 ③ 200g/L（体积分数）氢氧化钠溶液。 ④  其他试剂同还原糖测定。 （4）      测定方法 样品处理 蔗糖水解（样品及蔗糖标准液） 还原糖法测定 ① 样品处理：按还原糖测定法中的方法进行。 ② 样品中总糖量测定：吸取50ml样品处理液于100mL容量瓶中，加6mol/L盐酸5mL，在68～70℃水浴中加热15min，冷却后加2滴甲基红指示剂，用200g/L（体积分数）氢氧化钠中和至中性，加水至刻度，混匀，按还原糖测定方法中直接滴定法或高锰酸钾法进行测定。 （5）      结果计算 式中ω-----以转化糖计，总糖的质量分数，%； m2-----直接滴定法中10mL碱性酒石酸铜相当于转化糖量，mg,或高锰酸钾法中查表得出相当的转化糖量，mg; m-----样品质量，g; V1-----样品处理液总体积，mL; V2-----测定总糖量取用水解液体积，mL; (6)说明 ① 分析结果的准确性及重现性取决于水解的条件，要求样品在水解过程中，只有蔗糖被水解而其他化合物不被水解。蔗糖是一种呋喃果糖苷，其水解速度比其他双糖及多数的低聚糖快的多，且在此反应条件下只有蔗糖能完全水解，其他双糖、低聚糖的水解作用微弱可忽略不计。 果糖在酸性介质中将逐渐被分解，当有蛋白质、氨基酸存在时，这种分解作用更易进行。故在测定中应严格控制水解条件，即保证蔗糖的完全水解又要避免其他多糖的分解。且水解结束后应立即取出，迅速冷却中和，以防止果糖及其他单糖类的损失。 ②在用直接滴定法测定蔗糖时，为减少误差，碱性酒石酸铜溶液的标定需采用蔗糖标准液，按测定条件水解后进行标定。         碱性酒石酸铜溶液的标定 ①称取105℃烘干至恒量的纯蔗糖1.0000g，以蒸馏水溶解，移入500mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。此标准液1mL相当纯蔗糖2mg。 ②吸取蔗糖标准液50mL于100mL容量瓶中，加6mol/L盐酸5mL在68～70℃水浴中加热15min，冷却后加2滴甲基红指示剂，用200g/L氢氧化钠中和至中性，加水至刻度，摇匀。此液1mL相当于1mg蔗糖。 式中m1-----1mL蔗糖标准水解液相当蔗糖 质量，mg; m2-----10mL碱性酒石酸铜溶液相当于转化糖质量，mg; 0.95-----蔗糖换算为转化糖系数； V-----标定中消耗蔗糖标准水解液体积，mL。 ③    取经水解的蔗糖标准液，按直接滴定法标定碱性酒石酸铜溶液。 酸奶中蔗糖含量的测定 蔗糖= 总糖-乳糖 考场提供： f1： 菲林氏液乳糖校正值 f2：菲林氏液蔗糖校正值 考生须查表： F2 乳糖测定时消耗样液毫升数查表 F3 转化糖测定时消耗样液毫升数查表 乳糖转化因子表