第三章碳水化合物.ppt

3.1 概述碳水化合物多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物1分类（1）按组成分•单糖不能再被水解的多羟基醛或酮，是碳水化合物的基本单位•低聚糖（寡糖）由2－10个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖•多糖 由多个单糖分子缩合而成（2）按功能分•结构多糖•贮存多糖•抗原多糖•食品中的糖类化合物•碳水化合物占植物干物质的75％，如谷物，蔬菜，水果等•单糖和低聚糖通常存在于蔬菜和水果中•多糖存在于谷物，植物根、茎、种子3 食品中碳水化合物的作用•提供人类能量的绝大部分•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，低聚糖促进双歧杆菌生长，促消化）3.2 糖类化合物的结构1单糖（1）链式结构醛糖C4差向异构 C2差向异构 酮糖 C5差向异构 醛 糖酮 糖（2） 环状结构（3）己糖构象构象是由原子基团围绕单糖旋转一定位置而形成的，己糖可形成吡喃型和呋喃型己糖一般有船式和椅式两种构象椅式船式2 单糖的作用及功能（1）甜味剂蜂蜜和大多数果实的甜味取决于蔗糖、D－果糖、葡萄糖的含量a 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℃时的甜度为1。

b 甜度果糖＞蔗糖＞葡萄糖＞麦芽糖＞半乳糖（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（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3 糖苷是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的－OH、－NH2、－SH等发生缩合反应而得的化合物1）组成糖和配基（非糖部分）（2）性质a 无变旋现象b 无还原性c 酸中水解，碱中可稳定存在d 吡喃糖苷环比呋喃糖苷稳定（3）生物活性许多糖苷仅存在于植物中，表现出一定的生物活性黄豆苷（大豆中）可促进血液循环，提高脑血流量，对心血管疾病疗效显著，治冠心病、脑血栓银杏中的有效成分——银杏黄酮醇苷，扩张冠状血管，改善血液循环4）糖苷的毒性某些生氰糖苷在体内转化为氢氰酸，使人体中毒苦杏仁苷，在酶作用下生成HCN杏、木薯、马利豆等3.3 低聚糖一般由2－10个糖基构成较重要的低聚糖有：蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖、麦芽糊精和环状糊精1 麦芽糖、乳糖和蔗糖结构2 环状糊精又名沙丁格糊精，由环状α－D－吡喃葡萄糖苷构成聚合度为6、7、8，分别成为α、β、γ－环状糊精α－环状糊精（2）应用环状糊精为中空圆柱形结构，可包埋与其大小相适的客体分子，起到稳定缓释，提高溶解度，掩盖异味的作用。

a 医学用环状糊精包接前列腺素的试剂b 农业 用于农药c 食品行业作增稠剂，稳定剂，提高溶解度，掩盖异味i 食品保鲜将CD与其它生物多糖制成保鲜剂，涂于面包、糕点表面起保水保形的作用ii 除去食品异味鱼品、大豆的腥味，羊肉的膻味，用CD包接可除去iii 作为固体果汁和固体饮料酒的载体d 化妆品作乳化剂，提高稳定性，减轻对皮肤的刺激作用e 其它方面香精包含在CD制成的粉末，而混合到热塑性塑料中，可制成各种加香塑料（玩具或工艺品）如洗衣粉留香，可经CD包接香精后添加到洗衣粉中3 低聚糖的功能•赋予风味褐变产物赋予食品特殊风味，如异麦芽酚，乙基麦芽酚•特殊功能增加溶解性：环状糊精稳定剂：糊精作固体饮料的增稠剂•保健功能促进肠道双歧杆菌生长，促消化4 单糖在食品贮藏和加工中的化学反应•脱水反应•复合反应•变旋现象•烯醇化•褐变反应（1）脱水反应•酸、热条件下的反应•室温下，稀酸对单糖的稳定性无影响•当酸浓度大于12％浓盐酸以及热的作用下，单糖易脱水，生成糠醛及其衍生物（2）复合反应单糖受酸和热的作用，缩合失水生成低聚糖的反应称复合反应，是水解反应的逆反应如：C12H22O11+H2O 2C6H12O6(3)变旋现象葡萄糖溶液经放置一段时间后的旋光值与最初的旋光值不同的现象。

稀碱可催化变旋（4）烯醇化在浓碱条件下，开环，生成差向异构体（5）褐变反应氧化褐变（酶褐变）非氧化褐变（非酶褐变）以多酚氧化酶催化，使酚类物质氧化为醌焦糖化反应美拉德反应a 焦糖化现象在无水（或浓硫酸）条件下加热糖或糖浆，用酸或铵作催化剂，生成焦糖的过程，称为焦糖化i 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•分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，生成焦糖色或酱色•环内缩合或聚合裂解产生的挥发性醛、酮经缩合或聚合生成深色物质B 反应条件催化剂：铵盐、磷酸盐、苹果酸、柠檬酸无水或浓溶液，温度150－200℃C 三种色素及用途NH4HSO4催化 耐酸焦糖色素（可口可乐饮料）（NH4）2SO4 催化 啤酒美色剂加热固态 焙烤用焦糖色素b 美拉德反应食品在加热或贮藏期间，由还原糖（D－葡萄糖）与游离氨基酸或蛋白质链的氨基酸的化学反应引起的褐变i 反应机理：分三个阶段开始和引发阶段 a 氨基和羰基缩合 b Amadori分子排叠中间阶段 c 糖脱水 d 糖裂解 e 氨基酸降解后期 f 醇、醛缩合 g 胺－醛缩合褐色色素ii 条件：氨基酸和还原糖及少量水的参与iii 产物：色素（类黑精） 风味化合物：乙基麦芽酚、异麦芽酚iv 特点随反应的进行，pH值下降（封闭了游离的氨基）还原能力上升（还原酮产生）420－490nm处有吸收褐变初期，紫外吸收增强，伴有荧光物质产生添加亚硫酸盐，可阻止褐变，但在褐变后期加入不能使之褪色v 影响Maillard反应的因素•糖的种类和数量五碳糖＞六碳糖；单糖＞双糖；还原糖含量与褐变成正比•氨基酸及其它含氨物种类含S-H、S-S不易褐变；有吲哚、苯环易褐变；碱性氨基酸易褐变；氨基在ε－位或在末端者，比α－位易褐变•温度：升温易褐变•水分：褐变需一定水分•pH值pH4－9范围内，随pH上升，褐变上升； pH≤4，褐变反应程度较轻微； pH7.8－9.2范围内，褐变较严重；金属离子和亚硫酸盐•氧（间接因素）•Ca处理，抑制Maillard反应vi Maillard反应对食品品质的影响不利方面•营养损失，特别是必需氨基酸损失严重•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vii Maillard反应在食品加工中的应用抑制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，袋里放高效干燥剂，如SiO2•应用SO2硫处理对酶褐变和非酶褐变都很有效•保持低pH值常加酸，如苹果酸，柠檬酸•其它处理热水烫漂 除去部分可溶性固形物，降低还原糖含量冷藏库中马铃薯加工时回复处理•Ca处理 如马铃薯淀粉加工中，加Ca(OH)2可防止褐变，产品白度大大提高利用Maillard反应在面包、咖啡、红茶、啤酒、糕点、酱油生产中•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＋谷胱苷肽：烤牛肉香味•控制温度 葡萄糖＋ji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3.4 多糖1 多糖的来源、组成、结构、性质及在食品中的应用是大分子聚合物，聚合度由10到几千。

常见多糖有淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、瓜尔豆胶等2 多糖的化学性质水解反应低聚糖、糖苷及多糖在酸或酶的作用下，可水解生成单糖或低聚糖影响水解反应的因素i 结构•α异头物水解速度＞β异头物•呋喃糖苷水解速度＞吡喃糖苷•α－D糖苷水解速度＞ β－D糖苷•糖苷键的连接方式α－D：1→6＜1→2 ＜1→4 ＜1→3β－D：1→6＜1→4 ＜1→3 ＜1→2•聚合度（DP）大小水解速度随DP增大而明显减小ii 环境•温度：温度提高，水解速度急剧加快•酸度糖苷在碱性介质中相当稳定，在酸性介质中易降解3.5 淀粉1 淀粉粒的特性淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒•形状圆形，椭圆形，多角形•大小0.001－0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最大，谷物淀粉粒最小•晶体结构用偏振光显微镜观察及X－射线研究，能产生双折射及X－射线现象2 淀粉的结构•直链淀粉（Amylose）•支链淀粉（Amylopectin）3 淀粉的物理性质•白色粉末，在热水中溶胀•纯支链淀粉能溶于冷水，而直链淀粉不能直链淀粉溶于热水4 化学性质•无还原性•遇碘呈蓝色，加热则蓝色消失，冷后呈蓝色•水解：酶解 酸解•5 淀粉的糊化•糊化淀粉粒在适当温度下，在水中溶胀，分裂，形成均匀的糊状溶液的过程。

本质是微观结构从有序转变成无序•糊化温度指双折射消失的温度，不是一个点，而是一段温度范围影响糊化的因素•结构 直链淀粉小于支链淀粉•Aw Aw提高，糊化程度提高•糖 高浓度的糖溶液，抑制淀粉糊化•盐 高浓度的盐抑制淀粉糊化；低浓度的盐对糊化几乎无影响但对马铃薯淀粉例外，因为它含有磷酸基团，低浓度的盐影响电荷效应•脂类 脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋环内，不易从螺旋环内浸出，并阻止水渗透入淀粉粒•酸度 pH＜4，淀粉水解为糊精，粘度降低（故高酸食品的增稠需用交联淀粉）pH4－7，几乎无影响pH＝10，糊化速度迅速加快，但在食品中意义不大•淀粉酶在糊化初期，淀粉粒吸水膨胀已经开始而淀粉酶尚未被钝化前，可使淀粉降解，使淀粉糊化加速故新米（淀粉酶酶活高）比陈米更易煮烂淀粉糊化性质的应用即食性方便食品：方便面；方便米饭（应糊化后瞬时干燥）6 淀粉的老化•老化淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期放置，会变为不透明甚至产生沉淀的现象实质是糊化后的分子又自动排列成序，形成高度致密的、结晶化的、不溶解性分子微束影响淀粉老化的因素•温度 2－4℃，淀粉易老化；＞60℃或＜－20℃，不易发生老化•含水量 含水量30％－60％易老化；含水量过低（＜10％）或过高，均不易老化•结构 直链淀粉比支链淀粉易老化（粉丝）；聚合度n中等的淀粉易老化；淀粉改性后，不均匀性提高，不易老化•共存物的影响 脂类和乳化剂可抗老化，多糖（果胶除外）、蛋白质等亲水大分子，可与淀粉竞争水分子及干扰淀粉分子平行靠拢，从而起到抗老化作用。

3.6 淀粉以外的多聚糖1 纤维素•纤维素是植物细胞壁的主要结构成分，对植物性食品的质地影响较大结构•由β-1，4-D-吡喃葡萄糖单位构成，为线性结构，由无定型区和结晶区构成性质•不溶于水•无还原性•水解比淀粉困难得多，需用浓酸或稀酸在一定压力下长时间加热水解•人体不能产生分解纤维素的酶，一些食草动物可以消化纤维素•改性纤维素•羧甲基纤维素（CMC）•可与蛋白质形成复合物，有助于蛋白质的增溶，在馅饼，牛奶，蛋糊及布丁中作增稠剂和粘接剂由于羧甲基纤维素对水的结合容量大，在冰淇淋和其它冷冻食品中，可阻止冰晶的形成防止糖果，糖浆中产生糖结晶增加蛋糕等烘烤食品的体积，延长食品的货架期•甲基纤维素•优点：热胶凝性，保湿性好•用途：保湿剂，增稠剂，稳定剂•微晶纤维素•用稀酸处理纤维素，可以得到极细的纤维素粉末，称为微晶纤维素•在疗效食品中作为无热量填充剂（2）半纤维素•一些与纤维素一起存在于植物细胞壁中的多糖物质总称•构成半纤维素单体的有：葡萄糖，果糖，甘露糖，半乳糖，阿拉伯糖，木糖，鼠李糖及糖醛酸•（3）果胶物质•结构•D-吡喃半乳糖醛酸以α-1，4苷键相连，通常以部分甲酯化存在，即果胶。

•分类以酯化度分类•原果胶•果胶•果胶酸酯化度：D-半乳糖醛酸残基的酯化数占D-半乳糖醛酸残基总数的百分数•原果胶高度甲酯化的果胶物质，只存在于植物细胞壁中，不溶于水未成熟的果实和蔬菜中，它使果实，蔬菜保持较硬的质地•果胶部分甲酯化的果胶物质，存在于植物汁液中•果胶酸不含甲酯基，即羟基游离的果胶物质原果胶果胶果胶酸甲酯化程度下降•果胶的物理、化学性质水解•果胶在酸、碱条件下发生水解，生成去甲酯及苷键裂解产物，原果胶在果胶酶和果胶甲酯酶作用下，生成果胶酸溶解度•果胶与果胶酸在水中溶解度随链长增加而减少粘度•粘度与链长成正比•果胶凝胶的形成•条件脱水剂（蔗糖，甘油，乙醇）含量60-65%，pH2-3.5，果胶含量0.3-0.7%，可形成凝胶•机制脱水剂使高度含水的果胶脱水以及电荷中和而形成凝集体影响凝胶强度的因素•凝胶强度与分子量成正比•凝胶强度与酯化程度成正比完全酯化的聚半乳糖醛酸的甲氧基含量为16.32%，以此作为100%酯化度甲氧基含量＞7，称高甲氧基果胶甲氧基含量≦7，称低甲氧基果胶（4）植物胶质按来源分类植物树胶：阿拉伯胶，刺梧桐胶种子胶：魔芋胶，瓜尔豆胶海藻胶：琼脂，褐藻胶（5）魔芋胶•魔芋葡甘露聚糖的组成：由D-甘露糖和D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接而成•性质：能溶于水，形成高粘度的假塑性溶液，经碱处理脱乙酰后形成弹性凝胶，是热不可逆凝胶（6）阿拉伯胶•组成：70%是由不含N或少量含N的多糖组成，另一成分是具有高相对分子量的蛋白质结构，多糖是以共价键与蛋白质肽链中的羟脯氨酸相结合•性质：易溶于水，溶解度高，溶液粘度低，是一种好的乳化剂，又是一种好的乳状液稳定剂，且与高聚糖具有相容性（7）瓜尔豆胶与刺槐豆胶•都是半乳甘露聚糖•主要组分：半乳糖和甘露糖，主链由β-D-吡喃甘露糖通过1，4糖苷键连接而成，在1，6位连接α-D-吡喃半乳糖侧链•瓜尔豆胶：商品胶中粘度最高的一种胶，易于水合产生很高的粘度•刺槐豆胶：分子有长的光滑区，能与其它多糖如卡拉胶的双螺旋相互作用，形成三维网状结构的粘弹性凝胶（8）海藻酸盐•来源：褐藻中提取•组成：β-1，4-D-甘露糖醛酸和α-1，4-L-古洛糖醛酸组成的线性高聚物•性质：海藻酸盐分子链中G块很易与Ca2+作用，两条盐分子链G块间形成一个洞，结合Ca2+形成‘蛋盒’模型，形成的凝胶是热不可逆的。

•凝胶强度与海藻酸盐分子中G块含量以及Ca2+的浓度有关•海藻酸盐凝胶具有热稳定性，脱水收缩少。