食品分析第八章----碳水化合物的测定

食品分析第八章碳水化合物的测定教学目的要求：重点1、掌握糖类的性质、在食品中的存在形式，提取、澄清方法。2、还原糖、淀粉的性质、测定原理、测定方法。难点1、还原糖的测定原理。2、还原糖的操作关键点一、概述二、糖类的提取与澄清三、食品中还原糖的测定四、蔗糖和总糖的测定五、淀粉的测定六、果胶的测定（重量法）七、纤维素的测定(重量法)引入新课富含糖类的食品有哪些？糖是衡量食品营养价值高低的一个重要指标1、糖是新生婴儿重要的营养成分。婴儿消化道内含有较多的乳糖酶，这种乳糖酶能把乳糖分解成葡萄糖和半乳糖。而半乳糖是构成婴儿脑神经的重要物质。如果用蔗糖代替乳糖，婴儿大脑发育受到影响。因此我国对婴儿专用乳粉中的乳糖有特别的要求：婴儿配方乳粉Ⅱ,Ⅲ(GB10766-1997):乳糖占碳水化合物量配方%≥90乳糖对于成年人来说，由于体内乳糖酶减少。乳糖不易被吸收。2、糖是焙烤食品的主要成分之一。在焙烤食品中，糖与蛋白质发生美拉德反应,使焙烤制品产生金黄色的颜色。这种颜色可增加人们的食欲感。同时也增加了食品的色、香、味。测定意义（乳粉中还原糖测定意义）3、生理方面1）提供能量。2）构成细胞成分：糖与蛋白质结合成糖蛋白，糖蛋白都是构成软骨、骨骼等结缔组织的基质成分3）促进消化：果蔬中的纤维素、果胶虽不能被消化机体利用、但可促进胃肠蠕动和消化。但它分泌有助于正常消化和排便功能。测定意义（乳粉中还原糖测定意义）19世纪，化学家测定碳水化合物的组成，发现碳水化合物中含有一定比率的碳、氢、氧元素，并且符合Cm（H2O）n的结构，因此认为是碳和水化合而成，故取名为碳水化合物。进一步研究发现，有些符合这个结构式的化合物不是碳水化合物，如甲醛（CH2O）,乙酸（C2H4O2），乳酸（C3H6O3），而有些碳水化合物却不符合这一结构式如脱氧核糖（C5H10O4），鼠李糖（C6H12O5），有些碳水化合物还含有氮、硫、磷等成分。显然碳水化合物这一名称并不确切，但由于沿用已久，约定俗成，就这样留用下来了。碳水化合物名字由来（一）碳水化合物的定义碳水化合物又称糖类，它是多羟基醛、多羟基酮以及它们的缩合物。确切地说，碳水化合物属于含有羰基及羟基的复合功能团化合物类。从结构来看碳水化合物的定义：多羰基醛或多羟基酮以及水解后能够产生多羟基醛或多羟基酮的一类有机化合物。（二）碳水化合物分类碳水化合物的分类方式很多，通常按结构性质分为：单糖、低聚糖和多糖：还原糖、非还原糖；可溶性糖、不溶性糖、转化糖等。一、概述⑴单糖是指用水解方法不能将其分解的碳水化合物，如葡萄糖、果糖、半乳糖，它们都是含有六个碳原子的多羟基醛或多羟基酮；为结晶性固体，极易溶解于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。水溶液具有甜味，并有旋光性，所有单糖都具有还原性，容易被一些氧化剂氧化。⑵双糖由两分子单糖缩合而成，如蔗糖、乳糖、麦芽糖和海藻糖等。双糖的许多理化性质类似于单糖，但只有部分双糖具有还原性，如乳糖和麦芽糖等。蔗糖经水解后生成两分子单糖，具有还原性，水解过程中，旋光度由右变为左，这种旋光性质的变化称为转化，故蔗糖水解后得到的葡萄糖和果糖的混合物称为转化糖。1、按结构性质分类⑶低聚糖是指3～9个的单糖聚合物，主要有异麦芽低聚糖（多种异麦芽低聚糖的混合物）和棉籽糖、水苏糖、低聚果糖等。所有单糖和双糖都溶于水，又称溶解性糖。⑷多糖：是由10个以上的单糖分子缩合而成的大分子化合物，如淀粉、糊精、果胶、纤维素等。人体可以消化利用的多糖主要是淀粉（包括糊精）。淀粉不溶于冷水、醇、醚等有机溶剂，不具有甜味，无还原性，但在酸或淀粉酶的作用下，可以分步水解，最后能得到具有还原性的葡萄糖。2、还原糖和非还原糖还原糖是指具有还原性的糖类，在糖类中葡萄糖分子中含有游离醛基；果糖分子中含有游离酮基；乳糖和麦芽糖分子中含有半缩醛羟基；因而都具有还原性，这些糖类统称为还原糖。不具有还原性的糖类，称非还原糖。非还原糖蔗糖、低聚糖以及多糖（如糊精、淀粉），其本身不具还原性，但可以通过水解而生成相应的还原性单糖，通过测定水解液的还原糖含量就可以求得试样中相应糖类的含量，因此，还原糖是一般糖类定量的基础。根据营养分为两大类：⑴有效碳水化合物：对人体有营养（提供能量）性的称做有效碳水化合物⑵无效碳水化合物（膳食纤维）：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。3、根据营养分类碳水化合物单糖双糖多糖葡萄糖果糖半乳糖蔗糖乳糖麦芽糖淀粉纤维素果胶有效碳水化合物无效碳水化合物（三）测定方法单糖和低聚糖物理法化学法色谱法：纸色谱法、薄层色谱法、酶法相对密度法折光法旋光法还原糖法（斐林氏法、高锰酸钾法、铁氰化钾法）碘量法缩合反应法多糖淀粉：水解为单糖，再用单糖测定方法测定果胶和纤维素：多采用重量法怎样提取食品中的糖类成分呢？二、糖类物质的提取与澄清（一）提取可溶性的游离单糖和低聚糖总称为可溶性糖类，如葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖。提取糖类时，一般将试样磨碎浸渍成溶液，用石油醚提取，除去其中的脂类和叶绿素。常用的糖类提取剂有水和乙醇的水溶液。食品中的糖类物质的提取溶剂水乙醇水溶液水温度40-50℃范围内中和为中性1.水糖类可用40℃～50℃水作提取剂，如温度高时，将提出相当量的可溶性淀粉和糊精。水提取液中，除了糖类以外，还有蛋白质、氨基酸、多糖及色素等干扰物质，影响过滤时间和结果的准确度，所以还需要进行提取液的澄清。通常糖类及其制品、水果及其制品用水作提取剂。用水作提取剂应注意：（1）温度不可过高：防止可溶性淀粉及糊精提取出来。（2）酸性试样：水果中含有有机酸等酸性物质，可使蔗糖等低聚糖在加热时被部分水解（转化），所以水果及其制品等酸性试样提取时要用碳酸钙中和后提取即提取液应控制在中性。（3）有酶活性时，同样是使糖水解，加入二氯化汞（HgCl2)抑制酶活性。1.3可溶性糖类的提取和澄清2.乙醇的水溶液糖类在乙醇水溶液中具有一定溶解度，当提取液中乙醇体积分数≧70%时，蛋白质及淀粉、糊精等多数都不溶解，形成沉淀，故对于含大量淀粉、糊精的试样宜用乙醇提取。常用的提取液中乙醇的体积分数为75％～85％(V/V)，若试样含水量较高，混合后的乙醇最终浓度应控制在上述范围。乙醇作提取液还可避免糖被酶水解。乙醇体积分数：75-85%蛋白质、淀粉、糊精沉淀经脱脂后用水提取除去酒精和二氧化碳注意事项提取液因此提取液均需要进行澄清处理，即加入澄清剂，使干扰物质沉淀而分离。带有色泽浑浊现象干扰物质，如单宁、色素、蛋白质、有机酸、氨基酸等澄清剂要求：作为糖类提取液的澄清剂必须能够完全地除去干扰物质，不吸附糖类，也不改变糖类的理化性质；同时，残留在提取液中的澄清剂应不干扰分析测定或很容易除去。澄清剂中性醋酸铅碱性醋酸铅醋酸锌溶液和亚铁氰化钾溶液硫酸铜溶液和氢氧化钠溶液氢氧化铝活性炭常用的澄清剂有以下几种：1.中性醋酸铅[pb(Ac)2·3H2O]能除去蛋白质、单宁、有机酸、果胶、还能凝聚其他胶体，作用可靠，不会使还原糖从溶液中沉淀出来，在室温下也不会形成可溶性糖。但它脱色力差，不能用于深色糖液的澄清。适用于植物性试样、浅色糖及糖浆制品、果蔬制品、焙烤制品等。2.碱性醋酸铅能除去蛋白质、色素、有机酸，又能凝聚胶体，但它可形成较大的沉淀，可能带走还原糖，特别是果糖。过量的碱性醋酸铅可因其碱度及铅糖的形成而改变糖类的旋光度，可用于深色的蔗糖溶液的澄清。缺点：沉淀颗粒大，可能带走果糖。3.醋酸锌溶液和亚铁氰化钾溶液澄清效果良好，生成的亚铁氰酸锌沉淀（白色），可带走蛋白质，发生共同沉淀作用，适用于色泽较浅、富含蛋白质的提取液(如乳制品)的澄清，常用于沉淀蛋白质，对乳制品最理想。4.硫酸铜溶液和氢氧化钠溶液二者合并使用生成氢氧化铜，沉淀蛋白质，可作为牛乳试样的澄清剂。5.氢氧化铝能凝聚胶体，但对非胶态物质澄清效果不好，可用作浅色溶液的澄清剂，或作为附加澄清剂。6.活性炭能除去植物性试样中的色素，但在脱色的过程中，伴随的蔗糖损失较大。损失可达6%～8%，限制了它在糖类分析上的应用。提取液的性质干扰物质的种类、含量所采用的糖的测定方法澄清剂的适用范围澄清剂的使用澄清剂的用量在实际工作中避免使用过多的澄清剂。过量的澄清试剂会使分析结果出现失真的现象。使用铅盐作为澄清剂时，用量不宜过大，当试样溶液在测定过程进行加热时，铅与还原糖（果糖）反应，生成铅糖产生误差，使测得糖量降低。可加入除铅剂如草酸钾（K2C2O4）、草酸钠（Na2C2O4）、硫酸钠（Na2SO4）、磷酸氢二钠（Na2HPO4）等来减少误差，使用时加少量固体即可。举例说明乙醇水溶液提取液澄清含量测定三、还原糖的测定直接滴定法高锰酸钾滴定法（一）直接滴定法1、原理Cu2+Cu2O还原糖借助于Cu2+进行定量利用还原糖的还原性，将菲林试剂中的Cu2+还原，稍过量的还原糖将次甲基蓝还原为无色，指示终点根据还原糖的消耗量，计算还原糖的含量；碱性酒石酸铜甲液：称取15g硫酸铜(CuSO4•5H2O)及0.05g次甲基蓝，溶入水中并稀释至1000mL。碱性酒石酸铜乙液：称取50g酒石酸钾钠及75g氢氧化钠，溶于水中，再加入4g亚铁氰化钾，完全溶解后，用水稀释至1000mL，贮存于橡胶塞玻璃瓶内。（1）酒石酸铜甲液、乙液等量混合CuSO4+2NaOH→Cu(OH)2↓+Na2SO4（2）可溶性的酒石酸钾钠铜配合物COONaCOONa︱︱CHOHCHO╲︱+Cu(OH)2=︱Cu（深蓝色、可溶性）+2H2OCHOHCHO╱︱︱COOKCOOK（3）还原糖与酒石酸钾钠铜反应，生成红色的氧化亚铜沉淀COONaCOONa∣CHO∣CHOCHO╲∣CHOH∣6∣Cu+(CHOH)4+6H2O→6∣+(CHOH)4+3Cu2O↓CHO╱∣CHOH∣∣CH2HO∣CH2OHCOOKCOOK（4）溶液蓝色消失，即为终点亚甲基蓝氧化型+还原糖——亚甲基蓝还原型(蓝色)（无色）2、操作步骤①乳类、乳制品及含蛋白质的冷食类：称取约2.50g～5.00g固体试样（或吸取25.00mL～50.00mL液体试样），置于250mL容量瓶中，加50mL水，摇匀后慢慢加入5mL乙酸锌溶液，混匀放置片刻，加入5mL亚铁氰化钾溶液，加水至刻度，混匀，沉淀、静置30min，用干燥滤纸过滤，弃去初滤液，滤液备用。②酒精性饮料：吸取100.0mL试样，置于蒸发皿中，用氢氧化钠(40g/L)溶液中和至中性，在水浴上蒸发至原体积的1/4后，移入250mL容量瓶中,加水至刻度。③含大量淀粉的食品：称取10.00g～20.00g试样，置于250mL容量瓶中，加200mL水，在45℃水浴中加热1h，并时时振摇。冷后加水至刻度，混匀，静置、沉淀，用干燥滤纸过滤，弃去初滤液，滤液备用。④汽水等含有二氧化碳的饮料：吸取100.0mL试样置于蒸发皿中，在水浴上除去二氧化碳后，移入250mL容量瓶中，并用水洗涤蒸发皿，洗液并入容量瓶中，再加水至刻度，混匀后，备用。样品前处理标定碱性酒石酸铜溶液：吸取碱性酒石酸铜甲液和乙液各5.0mL，置于150mL锥形瓶中，加入水10mL，玻璃珠2粒。从滴定管中加约9mL葡萄糖标准液，控制在2min内加热至沸腾，趁热以每两秒一滴的速度继续滴加葡萄糖标准液或其他还原糖标准溶液，直至蓝色刚好褪去为终点。记录消耗的葡萄糖标准溶液或其他还原糖标准溶液的总体积。平行操作三份，取其平均值。计算10mL（甲、乙液各5mL）碱性酒石酸铜液相当于葡萄糖或其它还原糖的质量（mg）。[也可以按上述方法标定4mL～20mL碱性酒石酸铜溶液(甲乙液各半)来适应试样中还原糖的浓度变化]。式中：A—10mL（甲、乙液各5mL）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体积，mL。VcA吸取碱性酒石酸铜甲液及乙液各5.0mL，置于150mL锥形瓶中，加水10mL，玻珠2粒，控制在2m