1、會(huì)計(jì)學(xué)1理學(xué)食品化學(xué)碳水化合物理學(xué)食品化學(xué)碳水化合物1.食品中單糖、低聚糖、多糖等物理化學(xué)性質(zhì)；2.食品在儲(chǔ)藏加工條件下糖類化合物的美拉德褐變 反應(yīng)及其對(duì)食品營養(yǎng)、感觀性狀和安全的影響；3.淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的應(yīng)用；糖類化合物的結(jié)構(gòu)與功能間的關(guān)系本章主要內(nèi)容第二節(jié) 單糖及低聚糖第三節(jié) 多糖第一節(jié) 概述4.1 概述一、碳水化合物的一般概念1.碳水化合物 (Carbohydrates) 表達(dá)式Cx(H2O)y多羥基醛或酮及其衍生物和縮合物。n單糖不能再被水解的多羥基醛、酮，是碳水化合物的基本單位。單糖又分為醛糖和酮糖。n低聚糖由2-10個(gè)單糖分子縮合而成，水解后生成單糖。n多糖由10

2、個(gè)以上單糖分子縮合而成。根據(jù)組成多糖的單糖種類,又分為均多糖和雜多糖。二、食品中的碳水化合物u碳水化合物在植物中含量占干重的80%以上u如：玉米，蔬菜，水果等u單糖及低聚糖主要存在于蔬菜和水果中。u多糖主要存在于玉米，種子，根，莖植物。從上圖表中可以看出:天然食物中游離糖的含量很少；加工的食品中則較多。 如何將植物源食物中的貯存多糖和結(jié)構(gòu)多糖轉(zhuǎn)化為可溶性多糖？目前可采取的方法有： 適時(shí)采收； 采后處理； 加工中添加水解酶等玉米-在蔗糖轉(zhuǎn)化為淀粉前采摘，加熱破壞轉(zhuǎn)化酶系，玉米很甜。成熟后采摘或未及時(shí)破壞酶系，玉米失去甜味，而且變硬變老水果成熟前采摘，后熟過程中酶促反應(yīng)使淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，水果變軟，?/p>

3、熟，變甜三、食品中碳水化合物的作用碳水化合物與食品加工質(zhì)量色澤與碳水化合物口感與碳水化合物質(zhì)構(gòu)與碳水化合物碳水化合物與食品的營養(yǎng)提供膳食熱量促進(jìn)腸道蠕動(dòng)具有保健功能4.2 單糖及低聚糖一、單糖和低聚糖的結(jié)構(gòu)及功能1、單糖（Monosaccharides）2、低聚糖（Oligosaccharides）3、糖苷（Glycosides）手性碳原子n碳水化合物含有手性碳原子，手性碳原子連接四個(gè)不同的基團(tuán)，四個(gè)基團(tuán)在空間的兩種不同排列（構(gòu)型）呈鏡面對(duì)稱。u 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)差向異構(gòu)醛糖：C4 差向異構(gòu)、C2 差向異構(gòu)酮糖：C5 差向異構(gòu)u 環(huán)狀結(jié)構(gòu)端位異構(gòu)1、單糖（Monosaccharides）n糖分子中除了

4、C1外，任何一個(gè)手性碳原子 具有不同的構(gòu)型稱為。n如D甘露糖是D葡萄糖的C2差向異構(gòu)。C4 差向異構(gòu)C2 差向異構(gòu)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)醛糖C5 差向異構(gòu)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)酮糖-與-構(gòu)型同側(cè)異側(cè)C1為手性碳原子，它有右側(cè)兩種端位異構(gòu)環(huán)狀結(jié)構(gòu)n 己糖構(gòu)象 己糖可以形成呋喃型和吡喃型n-D-吡喃葡萄糖溶于水時(shí)，形成具有：開環(huán)、五元環(huán)、六元環(huán)及七元環(huán)等不同異構(gòu)體的混合物。n室溫下，以六元環(huán)為主。命 名v3個(gè)碳原子：三糖，1個(gè)手性碳原子 v4個(gè)碳原子：四糖，2個(gè)手性碳原子 v5個(gè)碳原子；五糖，3個(gè)手性碳原子 v6個(gè)碳原子：六糖，己糖，己醛糖 n-糖有n-2個(gè)手性碳原子 2、低聚糖（Oligosaccharides） 食品中重

5、要的低聚糖 具有特殊功能的低聚糖 環(huán)狀低聚糖食品中重要的低聚糖麥芽糖n淀粉水解后得到的二糖 n具有潛在的游離醛基，是一種還原糖 n溫和的甜味劑 1,4糖苷配基D-葡萄糖D-半乳糖D-葡萄糖-1,4糖苷配基食品中重要的低聚糖乳糖n牛乳中的還原性二糖 n發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)化為乳酸 n在乳糖酶作用下水解 n乳糖不耐癥乳糖 D-葡萄糖 + D-半乳糖 乳糖酶 12n-葡萄糖和-果糖頭頭相連n 非還原性二糖 n具有極大的吸濕性和溶解性，能形成具高滲透性的高濃度溶液?？捎米鞣栏瘎┖捅駝?n冷凍保護(hù)劑，可防止脫水和由冷凍引起的結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)的破壞。n甘蔗與甜菜食品中重要的低聚糖蔗糖u三糖 u麥芽三糖、甘露三糖、蔗

6、果三糖 u聚合度為410的低聚糖 u麥芽低聚糖、甘露低聚糖、低聚木糖食品中重要的低聚糖具有特殊功能的低聚糖v功能性食品 西方國家：低熱、低脂、低膽固醇、低鹽、低糖及高纖維食品日本：功能食品因子，低聚糖和短肽v功能性低聚糖 v低聚果糖、乳果聚糖、低聚異麥芽糖、低聚木糖、低聚氨基葡萄糖等。v功能性低聚糖的主要功能v增殖雙歧桿菌維護(hù)腸道健康具有特殊功能的低聚糖低聚果糖21-2,1GF2GF4GF3 增殖雙歧桿菌 難水解，熱量低 抑制腐敗菌，維護(hù)腸道健康 防止齲齒 香蕉、蜂蜜、大蒜、西紅柿、洋蔥生理活性：環(huán)狀低聚糖又名沙丁格糊精或環(huán)狀淀粉，由-葡萄糖通過1,4-糖苷鍵首尾相連構(gòu)成。聚合度為6,7,8,

7、分別稱為,環(huán)狀糊精。N=6N=7N=8環(huán)狀糊精的立體結(jié)構(gòu)示意圖u高度對(duì)稱性 u圓柱形 u-OH在外側(cè)，C-H和O在環(huán)內(nèi)側(cè) u環(huán)的外側(cè)親水，中間空穴是疏水區(qū)域 u作為微膠囊壁材，包埋脂溶性物質(zhì) 風(fēng)味物、香精油、膽固醇 環(huán)狀糊精的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：保持食品香味的穩(wěn)定 食用香精和稠味劑用CD包接，用于烤焙食品，速溶食品，速食食品，肉食及罐頭食品，可使之留香持久，風(fēng)味穩(wěn)定。 保持天然食用色素的穩(wěn)定 如：蝦黃素經(jīng)CD的包接，提高對(duì)光和氧的穩(wěn)定性。 食品保鮮 將CD和其它生物多糖制成保鮮劑涂于面包、糕點(diǎn)表面可起保水保形作用 除去食品的異味魚品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用CD包接可除去環(huán)狀糊精的應(yīng)用n是由單

8、糖或低聚糖的半縮醛羥基和另一個(gè)分子中的-OH、-NH2、-SH（巰基）等發(fā)生縮合反應(yīng)，失去水后形成的化合物。n組成：糖、配基（非糖部分 ）糖苷的基本概念配基部分O-糖苷S-糖苷N-糖苷n類黃酮糖苷：具有苦味和其它風(fēng)味和顏色n毛地黃苷：強(qiáng)心劑 n皂角苷：起泡劑和穩(wěn)定劑 n甜菊苷：甜味劑 n糖苷一般在堿性條件下穩(wěn)定，在溫或熱的酸性水溶液中通過水解產(chǎn)生還原糖。 糖苷的生理功能4.2 單糖及低聚糖一、單糖和低聚糖的結(jié)構(gòu)及功能二、單糖和低聚糖的物理性質(zhì)三、單糖和低聚糖的化學(xué)性質(zhì)1、甜度v 比甜度:以蔗糖（非還原糖）為基準(zhǔn)物，一般以10或15的蔗糖水溶液在20時(shí)的甜度定為1.0。v 產(chǎn)生甜味的基團(tuán):-CH

9、2OH-CH2OH- v 影響甜度的因素： 分子量越大溶解度越小，則甜度也小 糖的不同構(gòu)型（、型）二、單糖和低聚糖的物理性質(zhì)在食品中應(yīng)用T=20時(shí) 蔗糖溶液（10/15） 1.00（甜度） D-葡萄糖 0.70（比甜度） D呋喃果糖 1.50（比甜度）（甜度：果糖蔗糖葡萄糖麥芽糖半乳糖）糖的不同構(gòu)型（、型）葡萄糖: :=1:1.7 1.5倍 0 80果 糖: 葡萄糖,麥芽糖 蔗糖保濕性：糖在空氣濕度較低條件下保持水分的性質(zhì)。 表示糖與氫鍵結(jié)合力的大小有關(guān)，即鍵的強(qiáng)度大小。 糖類具有親水功能： 糖類含有許多羥基與水分子通過氫鍵相互作用 具有親水功能（基本的物理性質(zhì)之一）n硬糖果要求吸濕性低（避免

10、遇潮濕天氣因吸收水分而導(dǎo)致溶化）以蔗糖為主（添加淀粉糖漿防止結(jié)晶） n軟糖果則需保持一定水分（避免遇干燥天氣而干縮），應(yīng)用果葡糖漿、淀粉糖漿為宜。n糕餅為了限制水進(jìn)入食品，其表層涂抹糖霜粉，吸濕性要小。如添加乳糖、蔗糖、麥芽糖。 n蜜餞、面包、糕點(diǎn)為控制水分損失、保持松軟，必須添加吸濕性較強(qiáng)的糖。如淀粉糖漿（轉(zhuǎn)化糖漿）、果葡糖漿 不同種類食品對(duì)于糖的吸濕性和保濕性要求不同5、結(jié)晶性和抗結(jié)晶性 n 不同糖的結(jié)晶特性蔗糖易結(jié)晶，晶體生成很大；葡萄糖易結(jié)晶，晶體生成細(xì)??；果糖、轉(zhuǎn)化糖較難結(jié)晶；n 應(yīng)用：硬糖的生產(chǎn)不能單獨(dú)使用蔗糖舊法：加酸，蔗糖轉(zhuǎn)化糖新法：加入淀粉糖漿吸濕性與結(jié)晶性的關(guān)系：結(jié)晶性越好

11、，則吸濕性越小。5、結(jié)晶性和抗結(jié)晶性 n 淀粉糖漿：葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物 不含果糖，吸潮性低，保存性好； 含糊精，增加糖果韌性、強(qiáng)度和黏性，不易碎裂； 甜度低，溫和可口；n 雪糕、冰淇淋等加淀粉糖漿替代部分蔗糖 23 ，蔗糖結(jié)晶成含水晶體，聚合成球形6、冰點(diǎn)降低 n 溶液濃度越高，分子量越小，冰點(diǎn)降低越多n 葡萄糖蔗糖淀粉糖漿4 應(yīng)用: 雪糕、冰淇淋等加淀粉糖漿替代部分蔗糖 冰點(diǎn)降低小，節(jié)約電能； 抗結(jié)晶性，冰粒細(xì)膩； 粘度，口感好； 甜度，溫和；7、粘 度調(diào)節(jié)食品稠度和可口性 n粘度與糖的種類：淀粉糖漿蔗萄、果 n粘度與溫度有關(guān) 葡萄糖溶液粘度隨T而 ； 蔗糖溶液粘度隨T 而 ；8、

12、抗氧化性保持水果的風(fēng)味、顏色和Vcn糖溶液中溶氧量小n糖本身具有抗氧化性綜合分析4.2 單糖及低聚糖一、單糖和低聚糖的結(jié)構(gòu)及功能二、單糖和低聚糖的物理性質(zhì)三、單糖和低聚糖的化學(xué)性質(zhì)褐變反應(yīng)非氧化褐變氧化褐變酶促褐變非酶促褐變氧或酚類物質(zhì)在多酚氧化酶催化下的反應(yīng)焦糖化反應(yīng)美拉德反應(yīng)三、單糖和低聚糖化學(xué)性質(zhì)在食品中應(yīng)用在稀酸條件下羰氨縮合產(chǎn)物易于水解；亞硫酸根可與醛形成加成化合物可阻止N-葡萄糖基胺控制原材料：核糖+ 半胱氨酸：烤豬肉香味 核糖+ 谷胱甘肽：烤牛肉香味控制溫度：葡萄糖 + 纈氨酸 100-150 烤面包香味 180 巧克力香味 木糖-酵母水解蛋白 90 餅干香型 160 醬肉香型不

13、同加工方法： 土豆 大麥 水煮 125種香氣 75種香氣 烘烤 250種香氣 150種香氣n低聚糖，糖苷及多糖在酸或酶的作用下，可水解生成單糖或低聚糖。C12H22O11 + H20C6H12O6 + C6H1206S右旋FG左旋轉(zhuǎn)化糖v 檸檬酸，蔗糖酶H+3、水解反應(yīng)：影響水解反應(yīng)的因素： 結(jié)構(gòu)-異頭物 -異頭物 呋喃糖苷 吡喃糖苷 -D糖苷 -D糖苷 溫度 溫度提高，水解速度急劇加快。 在稀堿條件下，開環(huán)，生成差向異構(gòu)體。繼續(xù)烯醇化2,3- 3,4- 形成己糖全部可能異構(gòu)體果葡糖漿4、烯醇化和異構(gòu)化反應(yīng)與堿的作用5、復(fù)合反應(yīng)和脫水反應(yīng)與酸的作用4 復(fù)合反應(yīng) 單糖受酸和熱的作用，失水縮合生成

14、 低聚糖的反應(yīng)稱為復(fù)合反應(yīng)。 連接方式: 1,3-糖苷鍵, 1,6-糖苷鍵 不是水解反應(yīng)的逆反應(yīng)。例如：2 C6H12O6 C12H22O11 + H2O 2分子的G復(fù)合成 異麥芽糖(-1,6) 龍膽二糖(-1,6)淀粉酸水解54 脫水反應(yīng)分子內(nèi)脫水4 復(fù)合反應(yīng)分子間脫水例如： HOCHCHOH HCCH HCH CHCHO H+ HC CCHO + 3 H2O OH OH O5、復(fù)合反應(yīng)和脫水反應(yīng)與酸的作用6、氧化反應(yīng)n 在不同氧化條件下，糖類被氧化成不同產(chǎn)物 強(qiáng)氧化劑： G CO2 +H2O Br/H2O： G 葡萄糖酸脫水內(nèi)酯內(nèi)酯 濃硝酸： 醛糖 二元酸 G氧化酶： G 葡萄糖醛酸Con

15、tents本章主要內(nèi)容第二節(jié) 單糖和低聚糖第三節(jié) 多糖第一節(jié) 引 論4.3 多糖 Polysaccharides一、概述 定義: 超過10個(gè)單糖的聚合物為多糖 單糖的個(gè)數(shù)稱為聚合度（DP-Degree of Polymerization） 大多數(shù)多糖的DP為200-3000 纖維素的DP最大，達(dá)7000-15000儲(chǔ)存多糖抗原多糖結(jié)構(gòu)多糖 植物中的纖維素、木聚糖、蝦蟹外殼中的甲殼素、細(xì)菌的夾膜，都是這類糖。這類糖性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水，不易水解。 這類多糖有淀粉、糖原等。淀粉是植物的貯藏養(yǎng)料，分為直鏈和支鏈兩種,聚合度300-500。 糖蛋白是一些具有重要生理功能的物質(zhì)如某些抗體、酶和激素的組成部

16、分。多糖的作用：生理功能 膳食纖維-植物多糖很高的持水力；對(duì)陽離子有結(jié)合交換能力；對(duì)有機(jī)化合物有吸附螫合作用；具有類似填充的容積；可改變腸道系統(tǒng)中的微生物群組成。真菌多糖 增強(qiáng)免疫,降血糖,降血脂,抗腫瘤,抗病毒如香菇多糖，人參多糖，靈芝多糖和茶葉多糖等水的結(jié)合功能：做增稠劑，膠凝劑，澄清劑等多糖的作用：水的結(jié)合功能4 多糖的溶解性: 多羥基，氧原子，形成氫鍵 結(jié)合水，不結(jié)冰，多糖分子溶劑化 不會(huì)顯著降低冰點(diǎn)，提供冷凍穩(wěn)定性 保護(hù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)，提供貯藏穩(wěn)定性 大多數(shù)多糖不結(jié)晶 膠或與親水膠體 4多糖溶液的黏度與穩(wěn)定性: 高聚物溶液的黏度同分子的大小、形態(tài)及其在溶劑中的構(gòu)象有關(guān)。 主要具有增稠

17、和膠凝功能 還控制流體食品與飲料的流動(dòng)性質(zhì)與質(zhì)構(gòu)以及改變半固體食品的變形性等 0.25%0.5%線性分子，很高粘度支鏈分子，粘度較低 占有空間 碰撞頻率4 多糖溶液的黏度與穩(wěn)定性 直鏈多糖r帶電的，粘度提高 靜電斥力，鏈伸展，鏈長增加，占有體積增大 海藻酸鈉、黃原膠及卡拉膠形成穩(wěn)定高粘溶液 r不帶電，傾向于締合、形成結(jié)晶 碰撞時(shí)形成分子間鍵，分子間締合，重力作用 下產(chǎn)生沉淀和部分結(jié)晶 淀粉老化4 多糖溶液的黏度與穩(wěn)定性 4凝膠 三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 氫鍵、疏水相互作用、范德華引力、離子橋連、纏結(jié)或共價(jià)鍵 網(wǎng)孔中液相 凝膠特性二重性v 固體-液體 v 粘彈性的半固體二、淀粉 (Starch)Conten

18、ts （一）淀粉的一般性質(zhì) （二）淀粉的結(jié)構(gòu) （三）淀粉的理化性質(zhì) （四）淀粉的糊化 （五）淀粉的老化 （一）淀粉的一般性質(zhì)形狀：圓形、橢圓形、多角形等。大?。?.001-0.15毫米之間，馬鈴薯淀粉粒最大，谷物淀粉粒最小。晶體結(jié)構(gòu)：用偏振光顯微鏡觀察及X-射線研究，能產(chǎn)生雙折射及X衍射現(xiàn)象。淀粉在植物細(xì)胞內(nèi)以顆粒狀態(tài)存在，故稱淀粉粒。（二）淀粉的結(jié)構(gòu)4 直鏈淀粉（Amylose）4 直鏈淀粉叫糖淀粉，是葡萄糖通過-14連接而成，聚合度300-500。o 空間構(gòu)型：n 呈螺旋形，內(nèi)部僅含-H，親油性;-OH親水性在外部。n 淀粉分子的螺旋結(jié)構(gòu)既可以是雙螺旋也可以是單螺旋；雙螺旋中每一圈每股包含

19、三個(gè)糖基，而單螺旋中每一圈包含六個(gè)糖基。 支鏈淀粉又叫脂淀粉，也是葡萄糖通過-1,4糖苷鍵連接而成，但在C6上有分支糖鏈，聚合度3000，平均支鏈長25個(gè)葡萄糖單位。1,41,6 支鏈淀粉（Amylopectin）支鏈淀粉分子排列 分支是成簇和以雙螺旋形式存在 形成許多小結(jié)晶區(qū) 偏光黑十字 側(cè)鏈的有序排列 （二）淀粉的結(jié)構(gòu)馬鈴薯淀粉的顆粒和偏光十字 （二）淀粉的結(jié)構(gòu) 一些淀粉中直鏈與支鏈淀粉的比例物理性質(zhì) 白色粉末在，熱水中融溶脹。 純支鏈淀粉能溶于冷水中，而直鏈淀粉不能，直鏈淀粉能溶于熱水?；瘜W(xué)性質(zhì) 無還原性；遇碘呈藍(lán)色，加熱則藍(lán)色消失，冷后呈藍(lán)色；水解（酶解 ，酸解）。 （三）淀粉的理化性

20、質(zhì)酸水解 酶水解 淀粉酶 淀粉酶 葡萄糖淀粉酶 淀粉的水解液化酶糖化酶淀粉糊精寡糖麥芽糖葡萄糖 淀粉的水解酶水解淀粉酶 淀粉酶 葡萄糖淀粉酶1,41,6越過1,6？水解單元水解支鏈淀粉終產(chǎn)物能能能否1G葡萄糖麥芽糖異麥芽糖否否2G麥芽糖極限糊精能能能1G葡萄糖概念：淀粉水解過程中所產(chǎn)生的分子量不等的多糖苷片斷分類：根據(jù)與I2呈色不同，分為藍(lán)色糊精紅色糊精無色糊精-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶葡萄糖異構(gòu)酶D-果糖玉米淀粉 D-葡萄糖玉米糖漿n玉米糖漿：58%D-葡萄糖，42%D-果糖 n高果糖漿：55%D-果糖，軟飲料的甜味劑（果葡糖漿） 用來衡量淀粉轉(zhuǎn)化為D-葡萄糖的程度 v 定義：還原糖（按葡萄糖計(jì)

21、）在玉米糖漿中的百分比 DE反映水解程度大小的指標(biāo) 當(dāng)DE，更多的寡糖，更少的多糖 當(dāng)DE，更甜和粘性更小的產(chǎn)品DPDE100DP：聚合度-淀粉-淀粉氫鍵 H2O （四）淀粉的糊化影響淀粉糊化的因素：結(jié)構(gòu)：直鏈淀粉支鏈淀粉。Aw： Aw提高，糊化程度提高。糖： 高濃度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制。鹽：高濃度的鹽使淀粉糊化受到抑制；低濃度的鹽存在，對(duì)糊化幾乎無影響。溫度：溫度越高，糊化程度越大。脂類：抑制糊化。 脂類可與淀粉形成包合物，即脂類被包含在淀粉螺旋環(huán)內(nèi)，不易從螺旋環(huán)中浸出，并阻止水滲透入淀粉粒。酸度：pHT60不老化3060易老化10不易，過高也不易10老化減弱改性淀粉不易老化（改性后，不均勻性提高）聚合度中等的易老化；直鏈比例越高越易于老化脂類和乳化劑，多糖（果膠例外）、蛋白質(zhì)親水分子：阻止淀粉分子的重新排列，起抗老化作用。直鏈和支鏈的比例結(jié)構(gòu)共存