第三節　低聚糖

低聚糖又稱為寡糖，是由2～10個單糖分子通過糖苷鍵失水縮合形成的聚合物，按所含單糖數稱其為雙糖、三糖、四糖等，其中以雙糖最為常見。天然的低聚糖分子都是由2～6個單糖組成的，很少有超過6個單糖及以上。低聚糖中有的是由相同的單糖組成的，也有的是由不同的單糖組成的。由相同的單糖組成的低聚糖稱為同聚低聚糖；由不同的單糖組成的低聚糖稱為異聚低聚糖。低聚糖在谷物中的數量并不多，但是很重要。一般禾谷類谷物如稻谷、小麥、玉米只含有1％～3％的低聚糖，黑麥中含有4％～6％；大豆中低聚糖的含量為12％～13％。谷物中主要的低聚糖有麥芽糖、纖維二糖、蔗糖、乳糖和棉籽糖，其含量的多少與儲藏條件及食用加工工藝品質有關。

一、谷物中常見的低聚糖

1.麥芽糖

麥芽糖可由α-淀粉酶水解淀粉制得，俗稱飴糖。其結構是由兩分子D-葡萄糖通過α-1，4糖苷鍵失水縮合而成的同聚二糖。其中糖基和配基都是D-葡萄糖基，作為糖基的D-葡萄糖基是縮醛形式，而作為配基的D-葡萄糖基是半縮醛形式，因此麥芽糖具有還原性，是還原糖。麥芽糖在一定的條件下，易水解為D-葡萄糖。其結構式如下。

正常谷物子粒中不含有（或含有少量）麥芽糖，但是如果儲藏條件不當，谷物子粒中的淀粉在淀粉酶的作用下便可以水解產生大量的麥芽糖；在發芽的谷粒（尤其是麥芽）、發酵的面團、蒸煮或烘烤過的甘薯中都含有大量的由淀粉水解而來的麥芽糖。

2.纖維二糖

纖維二糖是由兩分子D-葡萄糖以β-1，4糖苷鍵失水縮合而成的同聚二糖，有還原性。與麥芽糖不同，纖維二糖是由兩分子D-葡萄糖形成的β-D-葡萄糖苷。在自然界中，纖維二糖不以游離的形式存在，而是作為纖維素的組成成分，纖維素水解可以得到纖維二糖。纖維二糖不像麥芽糖那樣容易水解，只有少數能夠產生纖維素酶的微生物可以將纖維二糖快速水解為D-葡萄糖。人體缺乏纖維素酶，因此纖維二糖不能被人體消化吸收。其結構式如下。

3.蔗糖

蔗糖是由1分子α-D-葡萄糖和1分子β-D-果糖分別以半縮醛羥基和半縮酮羥基通過成苷反應失水縮合而成的異聚二糖。由于兩分子單糖的半縮醛和半縮酮上的羥基相結合，無自由的半縮醛或半縮酮的羥基，故無還原性，為非還原糖。蔗糖既可以看成是α-D-葡萄糖苷，又可以看成是β-D-果糖苷，而分子中的糖苷鍵既可以稱為α-1，2糖苷鍵，又可以稱為β-2，1糖苷鍵。如果按照正常的哈瓦斯結構式來書寫蔗糖，糖苷鍵就會寫得過長，顯然不合適，因此常將蔗糖分子中β-D-果糖呋喃環上的碳原子按照逆時針方向編號書寫。其結構式如下。

在一定條件下，蔗糖很容易水解生成D-葡萄糖和D-果糖的等量混合物，這種混合物稱為轉化糖。蔗糖為右旋糖，比旋光度（）為+66.5°。蔗糖水解生成轉化糖后，其比旋光度變為-19.8°，呈左旋性，這是轉化糖中等量的D-葡萄糖和D-果糖兩者旋光性質的綜合體現。

蔗糖是谷物中的主要低聚糖，也是食用糖的主要成分。甘蔗、甜菜、胡蘿卜、香蕉、菠蘿等都含有大量的蔗糖。甘蔗中蔗糖的含量約為20％，是制取蔗糖的重要原料。

4.乳糖

乳糖是由1分子D-半乳糖和1分子D-葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵失水縮合而成的異聚二糖，是一種以D-葡萄糖基為配基的β-D-半乳糖苷。乳糖水解可以得到D-半乳糖和D-葡萄糖。乳糖是哺乳動物乳汁中主要的糖類，是乳嬰的重要營養物質。牛乳含乳糖4.5％～5.5％，人乳含乳糖5.5％～8％。其結構式如下。

5.棉籽糖（棉實糖或蜜三糖）

棉籽糖又稱棉實糖或蜜三糖，主要存在于棉籽和油菜中，小麥中也含有。它是由1分子α-D-半乳糖、α-D-葡萄糖和β-D-果糖通過成苷反應失水縮合而成的異聚三糖。其中α-D-半乳糖基和α-D-葡萄糖基以α-1，6糖苷鍵相連接，α-D-葡萄糖基和β-D-果糖基以α-1，2糖苷鍵相連接。實際上，棉籽糖分子中含有一個蔗糖組分和一個蜜二糖組分。其結構式如下。

在酸的作用下，棉籽糖分子中的兩個糖苷鍵都可以發生水解，分別生成1分子的α-D-半乳糖、α-D-葡萄糖和β-D-果糖。棉籽糖在蔗糖酶的作用下，只有α-1，2糖苷鍵水解，生成蜜二糖和D-果糖；在α-D-半乳糖苷酶的作用下，只有α-1，6糖苷鍵水解，生成D-半乳糖和蔗糖。

二、低聚糖的主要性質

（一）物理性質

低聚糖分子中含有多個極性基團，因此很容易在水中溶解，而不溶于乙醚、丙酮等有機溶劑。低聚糖都可以形成結晶，具有甜味（表3-2）。由于蔗糖水解以后得到的轉化糖中含有D-果糖，因此轉化糖比蔗糖甜。

低聚糖分子中都含有不對稱碳原子，因此低聚糖都具有旋光性，都是旋光性物質（表3-3）。有些低聚糖具有變旋性，而另一些則不具有。如麥芽糖、纖維二糖、乳糖雖然都是糖苷類化合物，但是分子中作為配基的單糖仍然是半縮醛形式，都可以通過開鏈式結構在α-型環狀結構和β-型環狀結構之間互變，因此它們都具有變旋性；而組成蔗糖和棉籽糖的單糖分子都是縮醛或縮酮形式，因此這兩種低聚糖不具有變旋性。

（二）化學性質

低聚糖在酸或堿的作用下都可以水解成為組成它們的單糖。在前面介紹的五種常見低聚糖中，蔗糖分子中的α-1，4糖苷鍵最易水解，而纖維二糖分子中的β-1，4糖苷鍵最難水解。

有的低聚糖具有還原性，是還原糖，可以與弱氧化劑發生反應。如麥芽糖、纖維二糖和乳糖，由于分子中作為配基的單糖仍然是半縮醛形式，都保留著自由的半縮醛羥基，因此它們與單糖一樣都可以與弱氧化劑發生反應，都是還原糖。這三種低聚糖也可以發生成脎反應，生成相應的糖脎。蔗糖和棉籽糖都是縮酮形式，不具有半縮酮羥基，不能與弱氧化劑發生反應，都是非還原糖。這兩種低聚糖也都不能發生成脎反應。

三、谷物中的還原糖對谷物儲藏特性的影響

糖類是谷物中的主要儲存性營養物質。谷物中的糖類主要是淀粉、纖維素等多糖，多糖都是不溶于水的非還原糖。單糖和低聚糖在谷物中的含量雖然很少，但是它們的變化往往是儲糧品質變化的反映。單糖和低聚糖都是可溶性的糖類，在谷物儲藏中，常將谷物子粒中的可溶性糖稱為谷物總糖。谷物總糖包括還原糖（如葡萄糖、果糖、麥芽糖等）和非還原糖（如蔗糖、棉籽糖等）兩類。在成熟的谷物子粒中，谷物總糖占干物質的百分含量不高，如稻谷為0.46％，小麥為2％～5％，大豆為3.4％～15.7％。

在正常儲藏條件下，谷物總糖中非還原糖蔗糖的含量最多，而葡萄糖、果糖等還原糖的含量較少。如果儲藏條件不當，受到微生物的侵害，蔗糖會發生水解，生成葡萄糖和果糖；淀粉、纖維素等多糖也可發生水解產生麥芽糖、葡萄糖等可溶性的還原糖，這樣谷物總糖中的非還原糖含量便減少，而還原糖的含量會增加。高水分谷物在遭受害蟲或微生物侵害時，谷物總糖中的非還原糖含量減少更為明顯，而還原糖的含量先是增加，隨后由于被害蟲或微生物吸收利用又會有所降低。由此可見，谷物在儲藏期間，如果非還原糖的含量減少，還原糖的含量增加，表明谷物的儲藏穩定性有所降低。因此，在谷物儲藏與檢驗工作中，經常要測定谷物總糖中還原糖的含量。

谷物子粒中的可溶性糖主要分布在胚部。當谷物種子發芽時，胚中的蔗糖等可溶性糖迅速被胚的發育消耗掉。胚中的可溶性糖也很容易被微生物所利用，因此谷物子粒生霉往往是從胚部開始，胚是谷物子粒中最不耐儲藏的部分。