食品化学碳水化合物一.ppt

食品化学碳水化合物一食品化学食品化学第二章第二章 碳水化合物碳水化合物碳水化合物的分碳水化合物的分类小分子糖的物理和化学性小分子糖的物理和化学性质淀粉的淀粉的结构和淀粉粒构和淀粉粒淀粉的糊化和老化淀粉的糊化和老化淀粉和淀粉和纤维素的改性素的改性植物胶植物胶质的的结构和性构和性质碳水化合物碳水化合物结构与功能的关系构与功能的关系食品中的碳水化合物及分食品中的碳水化合物及分类p碳水化合物作碳水化合物作为生物体的主要生物体的主要结构成构成分，其含量、种分，其含量、种类和存在状和存在状态对食品食品的外的外观、、质地、地、风味和保藏性关系极味和保藏性关系极其密切p碳水化合物按照分子大小，可分碳水化合物按照分子大小，可分为单糖、低聚糖和多糖三糖、低聚糖和多糖三类前两者为小小分子，后者分子，后者为大分子物大分子物质举例：食品中的碳水化合物例：食品中的碳水化合物p各种粮食谷粒含碳水化合物各种粮食谷粒含碳水化合物70%以上以上p多数干豆多数干豆类含碳水化合物含碳水化合物60%左右左右p各种水果含碳水化合物各种水果含碳水化合物10%左右左右p牛奶中含碳水化合物牛奶中含碳水化合物4~5%p甜甜饮料中含碳水化合物料中含碳水化合物10%左右左右p果果酱、果脯等含碳水化合物、果脯等含碳水化合物60%以上以上p甜点心含碳水化合物甜点心含碳水化合物50~70%表：碳水化合物的分表：碳水化合物的分类类别类别举例举例食品中的存在食品中的存在 甜味甜味小分子小分子单糖单糖葡萄糖、果糖葡萄糖、果糖食物中广泛存在食物中广泛存在有有双糖双糖蔗糖、麦芽糖蔗糖、麦芽糖食物中广泛存在食物中广泛存在有有低聚糖低聚糖棉籽糖、低聚果糖棉籽糖、低聚果糖天然或水解产物天然或水解产物有有/无无糖醇糖醇木糖醇、山梨糖醇木糖醇、山梨糖醇天然或人工加氢天然或人工加氢有有大分子大分子可消化多糖可消化多糖淀粉与糖原淀粉与糖原生物中储存物质生物中储存物质无无 纤维素、果胶纤维素、果胶植物的结构物质植物的结构物质无无不可消化不可消化阿拉伯胶、黄芪胶阿拉伯胶、黄芪胶植物渗出胶植物渗出胶无无多糖多糖瓜尔豆胶、角豆胶瓜尔豆胶、角豆胶植物种子胶植物种子胶无无琼脂、褐藻胶琼脂、褐藻胶海藻胶海藻胶无无黄杆菌胶、葡聚糖黄杆菌胶、葡聚糖微生物胶微生物胶无无小分子碳水化合物小分子碳水化合物p单糖糖 多多羟基基醛或多或多羟基基酮n己糖己糖 葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖n戊糖戊糖 阿拉伯糖，木糖，核糖阿拉伯糖，木糖，核糖p低聚糖低聚糖 2~10个糖基个糖基组成成n双糖双糖 蔗糖，乳糖，麦芽糖蔗糖，乳糖，麦芽糖n棉子糖，水棉子糖，水苏糖糖n低聚果糖，低聚异麦芽糖，低聚半乳糖，低聚木糖等低聚果糖，低聚异麦芽糖，低聚半乳糖，低聚木糖等p单糖均可消化吸收，而低聚糖有的可以消化，糖均可消化吸收，而低聚糖有的可以消化，有的有的则是膳食是膳食纤维1 单糖和可消化二糖的糖和可消化二糖的结构和性构和性质p单糖在水中的糖在水中的结构构和旋光性和旋光性p物理性物理性质p化学性化学性质Fisher Projection of Hexose葡萄糖葡萄糖glucose果糖果糖fructose甘露糖甘露糖mannoseA 单糖在水中的糖在水中的结构构p戊糖和己糖在水中形成戊糖和己糖在水中形成环状状结构，其中构，其中5位位上的上的羟基与基与醛基基发生半生半缩醛反反应，形成一个，形成一个半半缩醛羟基。

因基因这个半个半缩醛羟基的方向不同，基的方向不同，糖糖环有有α和和β两种两种结构p为了达到水中了达到水中结构的最大构的最大稳定性，定性，单糖在水糖在水中多呈中多呈现椅式椅式结构，以降低分子内基构，以降低分子内基团的静的静电斥力和空斥力和空间阻力图：吡喃葡萄糖：吡喃葡萄糖(glucose)的的结构构α-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖图：蔗糖：蔗糖(sucrose)的的结构构p蔗糖由蔗糖由1分子分子α-D-葡萄糖和一分葡萄糖和一分子子β-D-果糖以果糖以1，，1键构成，构成，为非非还原糖图：麦芽糖：麦芽糖(maltose)的的结构构p麦芽糖由麦芽糖由2分子分子α-D-葡萄糖以葡萄糖以α-1，，4键构成，构成，为还原糖B 小分子糖的物理性小分子糖的物理性质p甜度甜度sweetnessp旋光性旋光性rotationp溶解度溶解度solubilityp吸湿性和保湿性吸湿性和保湿性moisture retentionp结晶性晶性crystallizationp粘度和粘度和质地地viscosity and texture甜度甜度p比甜度：受到分子比甜度：受到分子结构、分子量、水中构、分子量、水中结构构的影响。

的影响D-葡萄糖以葡萄糖以α型型较甜，甜，D-果糖以果糖以β型型较甜p各种常用糖的比甜度比各种常用糖的比甜度比较：：果糖果糖>蔗糖蔗糖=转化糖化糖>葡萄糖葡萄糖>乳糖乳糖表：一些碳水化合物的甜度糖类糖类相对甜度相对甜度糖类糖类相对甜度相对甜度糖类糖类相对甜度相对甜度蔗糖蔗糖1.0麦芽糖醇麦芽糖醇0.7-0.9果葡糖浆果葡糖浆(42%)0.9-1.0果糖果糖1.2-1.7山梨糖醇山梨糖醇0.5-0.7果葡糖浆果葡糖浆(55%)1.0-1.1葡萄糖葡萄糖0.7-0.8半乳糖醇半乳糖醇0.6果葡糖浆果葡糖浆(90%)1.2-1.6麦芽糖麦芽糖0.4-0.5甘露糖醇甘露糖醇0.7淀粉糖浆淀粉糖浆(30DE)0.3-0.35甘露糖甘露糖0.6木糖醇木糖醇0.9-1.2淀粉糖浆淀粉糖浆(42DE)0.45-0.5半乳糖半乳糖0.5棉子糖棉子糖0.23淀粉糖浆淀粉糖浆(54DE)0.5-0.55乳糖乳糖0.2-0.4转化糖转化糖1.0淀粉糖浆淀粉糖浆(62DE)0.6-0.7资料来源：Jane Bowers, Food Theory and Appications, 1992旋光性旋光性p戊糖和己糖都含有手性碳原子，具有旋光性。

戊糖和己糖都含有手性碳原子，具有旋光性可利用此性可利用此性质鉴定定单糖或二糖糖或二糖p表：各种糖在表：各种糖在20℃℃下的比旋光度下的比旋光度p48p葡萄糖也称葡萄糖也称为右旋糖（右旋糖（+52.2），果糖也称），果糖也称为左旋糖左旋糖(-92.4)蔗糖为+66.5，水解，水解成果糖和葡萄糖的混合液成果糖和葡萄糖的混合液为-19.9，因此称，因此称这种水解液种水解液为转化糖溶解度溶解度p糖具有多个糖具有多个亲水的水的羟基，因此具有基，因此具有较好溶解好溶解性温度升高性温度升高则溶解度增大溶解度增大p各种糖的溶解度比各种糖的溶解度比较：：果糖果糖>转化糖化糖>蔗糖蔗糖>葡萄糖葡萄糖>乳糖乳糖p溶解度与糖的保藏性有关溶解度大溶解度与糖的保藏性有关溶解度大则可更可更好地降低水分活度，从而达到防腐要求好地降低水分活度，从而达到防腐要求表：几种糖在不同温度下的溶解度表：几种糖在不同温度下的溶解度浓度％浓度％溶解度溶解度浓度％浓度％溶解度溶解度浓度％浓度％溶解度溶解度20℃30℃50℃果果 糖糖78.9374.881.5441.786.9665.6蔗蔗 糖糖66.6199.468.2214.372.0257.6葡萄糖葡萄糖46.7 87.754.6120.570.9243.8资料来源：黄梅料来源：黄梅丽等，食品化学，等，食品化学，1986吸湿性和保湿性吸湿性和保湿性p吸湿性是从空气中吸收水分的性吸湿性是从空气中吸收水分的性质。

p保湿性是空气湿度低保湿性是空气湿度低时保持水分的性保持水分的性质p各种糖的吸湿性和保湿性比各种糖的吸湿性和保湿性比较：：果糖果糖=转化糖化糖>蔗糖蔗糖=葡萄糖葡萄糖>乳糖乳糖p需要柔需要柔软的食品可以用高保湿糖，干脆食品的食品可以用高保湿糖，干脆食品就要用低吸湿性糖就要用低吸湿性糖表：几种糖在不同温度下的吸湿性表：几种糖在不同温度下的吸湿性25℃下从下从1至至60天的水分吸收％天的水分吸收％糖的名称糖的名称 相对湿度相对湿度3天天7天天40天天60天天蔗蔗 糖糖62.70.050.05--0.0581.80.050.05--3.8698.84.8513.5345.62--果果 糖糖62.71.412.61--21.8581.810.2218.58--35.3098.818.4330.7454.99--乳乳 糖糖62.70.030.05--0.0581.80.070.07--0.1198.80.050.090.33--资料来源：料来源：Jane Bowers, Food Theory and Applications, 1992结晶性晶性p在在浓度高或温度低度高或温度低时析出析出结晶的性晶的性质。

p结晶性与保湿性基本上晶性与保湿性基本上顺序相反p葡萄糖晶体葡萄糖晶体细小，蔗糖晶体小，蔗糖晶体较大乳糖易大乳糖易结晶，果糖和晶，果糖和转化糖化糖难以以结晶C C 小分子糖的化学性小分子糖的化学性质p单糖的糖的结构特点是多构特点是多羟基基醛或多或多羟基基酮，其，其醛基、基、羟基功能基功能团可可发生相生相应的反的反应，如氧，如氧化和化和还原、原、缩醛化反化反应、成、成酯、成、成醚等p此外，此外，还有一些和食品性有一些和食品性质相关的重要反相关的重要反应n美拉德反美拉德反应n焦糖化反焦糖化反应p这里重点里重点讲和食品有关的反和食品有关的反应美拉德反美拉德反应( (羰胺褐胺褐变) )p美拉德反美拉德反应也称也称羰氨反氨反应，或非，或非酶褐褐变反反应n美拉德反美拉德反应在食品中的意在食品中的意义n美拉德反美拉德反应的机理的机理n美拉德反美拉德反应的影响因素的影响因素食品中的食品中的Maillard reactionp美拉德反美拉德反应在食品中是在食品中是产生生色色泽和香气的重要来源和香气的重要来源p焙烤食品的焙烤食品的红褐色、烤肉的褐色、烤肉的棕棕红色、松花蛋的褐色、啤色、松花蛋的褐色、啤酒的黄色、酒的黄色、酱类的褐色等均的褐色等均来自美拉德反来自美拉德反应。

美拉德反美拉德反应的机理的机理p初期：初期：羰胺胺缩合与分子重排，合与分子重排，产物物为2-氨氨基基-2-脱氧脱氧酮糖，无色糖，无色p中期：重排中期：重排产物降解，脱水生成物降解，脱水生成羟甲基糠甲基糠醛，，重排成重排成还原原酮，或，或发生生Strecker降解反降解反应；；有色但有色但颜色浅色浅p末期：醇末期：醇醛缩合，并合，并进一步聚合，生成高分一步聚合，生成高分子黑色素子黑色素美拉德反美拉德反应初期初期 IR-NH2-H2O初始初始产物：雪夫碱物：雪夫碱 — 氮代葡萄糖基胺氮代葡萄糖基胺美拉德反美拉德反应初期初期 II+H+-H+第一第一阶段段产物：物：1-氨基氨基-1-脱氧脱氧-2-酮糖糖美拉德反美拉德反应：：Amadori分子重排分子重排重排重排产物：物：环式果糖胺式果糖胺酮糖：糖：Heyenes分子重排分子重排重排重排产物：物：2-氨基氨基-2-脱氧葡萄糖脱氧葡萄糖美拉德反美拉德反应中期中期 I-H2O+H+美拉德反美拉德反应中期中期 II-R-NH2-H2O-H2O-H2O中期中期产物：物：羟甲基糠甲基糠醛羟甲基糠甲基糠醛hydroxyl methyl furfuralp羟甲基糠甲基糠醛积累之后很快累之后很快发生褐生褐变。

因此因此测定定HMF是是预测褐褐变速度的指速度的指标可以用分光光可以用分光光度法度法测定美拉德反美拉德反应的的产物物p糠氨酸糠氨酸(furosine)(ε-N-2-呋喃甲基喃甲基-L-赖氨酸氨酸) 是牛奶中美拉德反是牛奶中美拉德反应产物果糖物果糖赖氨氨酸酸经酸解生成的酸解生成的p乳果糖乳果糖Lactulose. 半乳糖苷果糖，半乳糖苷果糖，肠道吸道吸收很少，可被收很少，可被细菌分解成乳酸和醋酸，菌分解成乳酸和醋酸，产生生渗透效渗透效应，，导致致绞痛、痛、胀气和排便，用于治气和排便，用于治疗便秘美拉德反美拉德反应：：产生生风味物味物质p美拉德反美拉德反应中，果糖基胺中，果糖基胺还可能可能发生生2,3烯醇化而重排成醇化而重排成为还原原酮的反的反应p还原原酮与与醛类作用，作用，发生生Strecker降解降解产生生杂环类风味物味物质，如吡咯、吡，如吡咯、吡嗪、吡、吡啶等也可能降解也可能降解产生其它小分子生其它小分子风味物味物质如二乙如二乙酰、乙酸等非非酶褐褐变反反应总结美拉德反美拉德反应过程程简图黑色素形成黑色素形成香气形成香气形成羰氨氨缩合合+ 含氨基物含氨基物质还原糖原糖Amadori重排重排中期中期产物物如如羟甲基糠甲基糠醛裂裂 解解缩合合Strecker降解降解丙丙烯酰胺胺还原原酮AspMet醛类美拉德反美拉德反应的影响因素的影响因素羰基化合物羰基化合物戊糖戊糖>己糖，半乳糖己糖，半乳糖>甘露糖甘露糖>葡萄糖葡萄糖氨基化合物氨基化合物胺类胺类>氨基酸氨基酸>蛋白质，蛋白质， Lys最快，碱性氨最快，碱性氨基酸基酸>其他氨基酸其他氨基酸反应物浓度反应物浓度反应速度与浓度成正比反应速度与浓度成正比水分活度水分活度Aw0.6~0.9之间较快之间较快pHpH3以上随以上随pH上升而加快上升而加快脂肪氧化脂肪氧化脂肪氧化快时速度加快脂肪氧化快时速度加快温度温度温度系数温度系数3-5，温度升高则褐变加快，温度升高则褐变加快金属离子金属离子Fe3+和和Cu2+催化褐变，催化褐变，Ca2+和氨基酸沉淀和氨基酸沉淀而抑制褐变而抑制褐变美拉德反美拉德反应的控制的控制p除去糖或除去糖或选择不易褐不易褐变的碳水化合物的碳水化合物p减少小分子胺减少小分子胺类的形成的形成p控制加工温度控制加工温度p调整整pH趋向酸性向酸性p调整水分活度低于整水分活度低于0.6或高于或高于0.9p加入加入亚硫酸硫酸盐p减少减少铁、、铜离子离子不同氨基酸、不同不同氨基酸、不同pH的褐的褐变性性不同温度、不同水分的褐不同温度、不同水分的褐变速度速度焦糖化反焦糖化反应(caramelization)p没有氨基化合物存在的情况下，加没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点到熔点以上以上时，糖，糖发生脱水与降解，形成褐色物生脱水与降解，形成褐色物质的反的反应为焦糖化反焦糖化反应。

p产物包括焦糖物包括焦糖(caramel)和聚合和聚合产生的黑色生的黑色素即焦糖色素素即焦糖色素p焦糖化反焦糖化反应在碱性条件下加快，低水分活度在碱性条件下加快，低水分活度加快有机酸可催化焦糖形成有机酸可催化焦糖形成表：几种糖的性表：几种糖的性质比比较性质性质果糖果糖蔗糖蔗糖葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖转化糖转化糖溶解性溶解性最高最高高高次高次高低低最高最高吸湿性吸湿性最高最高中中中中低低最高最高甜度甜度最高最高高高中中低低高高褐变性褐变性中中中中高高中中粘度粘度较低较低最高最高较低较低高高较高较高熔点熔点95160146旋光度旋光度-92.4+66.5 +52.2氧化氧化还原反原反应p糖可以被氧化成酸、二酸或糖酸糖可以被氧化成酸、二酸或糖酸这个反个反应可以区可以区别各种糖弱氧化各种糖弱氧化产物葡萄糖酸加物葡萄糖酸加热生成生成D-葡萄糖酸葡萄糖酸-δ-内内酯p糖可以催化加糖可以催化加氢还原成糖醇糖醇是一原成糖醇糖醇是一类功功能性甜味能性甜味剂糖催化加糖催化加氢生成糖醇生成糖醇[H]糖氧化生成糖酸糖氧化生成糖酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖酸葡萄糖酸-δ-内内酯葡萄糖酸葡萄糖酸[O]酸和碱中的反酸和碱中的反应p稀碱当中通稀碱当中通过烯醇式异构体醇式异构体发生异构化。

生异构化p浓碱下碱下发生分解生成小分子糖醇生分解生成小分子糖醇醛酸等，以酸等，以及糖精酸及糖精酸类p弱酸性条件下加温弱酸性条件下加温发生聚合反生聚合反应生成低聚糖生成低聚糖p强酸性条件下加酸性条件下加热脱水生成糠脱水生成糠醛类物物质图：弱碱中的：弱碱中的烯醇式异构化醇式异构化2 低聚糖低聚糖p命名法命名法 β-D-吡喃半乳糖基吡喃半乳糖基-(1-4)-D-吡喃葡糖苷吡喃葡糖苷p褐褐变性：性：较单糖小p粘度：比粘度：比单糖高p抗氧化性：减少溶氧而保抗氧化性：减少溶氧而保护Vcp发酵性：低于酵性：低于单糖p吸湿性：低于吸湿性：低于单糖功能性低聚糖功能性低聚糖p棉子糖棉子糖p水水苏糖糖p低聚果糖：双歧因子，整低聚果糖：双歧因子，整肠，抗，抗龋齿p低聚木糖：甜度低聚木糖：甜度约0.5，双歧因子，整，双歧因子，整肠p帕拉金糖：甜度帕拉金糖：甜度0.42，抗，抗龋齿p环糊精：可保糊精：可保护芳香物芳香物质和小分子物和小分子物质P68图表：功能性低聚糖的有效摄入量p大豆低聚糖可能引起大豆低聚糖可能引起胀气，最大用量男性气，最大用量男性为0.64g/kgBW，女性，女性为0.96g/kgBW低聚糖低聚糖有效摄入量有效摄入量低聚糖低聚糖有效摄入量有效摄入量低聚半乳糖低聚半乳糖2.0-2.5低聚木糖低聚木糖0.7低聚果糖低聚果糖3.1大豆低聚糖大豆低聚糖2.0单位：克位：克/日日环状糊精状糊精p环状糊精是一种特殊的低聚糖，它是由状糊精是一种特殊的低聚糖，它是由6，，7或或8个葡萄糖以个葡萄糖以α-1,4键首尾相首尾相连构成的构成的环状低聚糖。

状低聚糖p环内具有疏水内具有疏水环境，境，环外伸展外伸展亲水基水基团环内可以包容一些内可以包容一些亲脂性小分子，改善其在水脂性小分子，改善其在水中的分散性，并减少它中的分散性，并减少它们在水相体系中的在水相体系中的损失也可以失也可以产生生缓释效效应。