1、碳水化合物(糖 類）,1,是自然界分布最廣泛，數(shù)量最多的有機(jī)化合物。 根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，它的定義是：多羥基醛或酮及其衍生物和縮合物。 碳水化合物主要來(lái)自植物的光合作用，這種作用是太陽(yáng)能向化學(xué)能轉(zhuǎn)化的主要方式；葡萄糖是光合作用中產(chǎn)生出的最基本物質(zhì)。 碳水化合物是生物維持生命活動(dòng)所需能量的主要來(lái)源，是合成其它化合物的基本原料，同時(shí)也是生物體的主要結(jié)構(gòu)成分。,碳水化合物的分類,單糖：是一類結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的碳水化合物，是不能再被水解的糖單位。 低聚糖（寡糖）：一般是由220個(gè)單糖分子縮合而成，水解后產(chǎn)生單糖。 多糖：由多個(gè)單糖分子縮合而成，其聚合度很大；按其功能不同，可分為：結(jié)構(gòu)多糖、儲(chǔ)存多糖、功能多糖

2、等 糖苷：可水解為糖分子和配糖體（通常指醇類、酚類、甾醇類等）的物質(zhì),食品中的碳水化合物,常見(jiàn)的單糖： 葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖、木糖等；其中葡萄糖、果糖、半乳糖是可以被人體吸收利用的。 常見(jiàn)的雙糖： 蔗糖、麥芽糖、乳糖,甜菜,甘蔗,紅糖,白砂糖,綿白糖,麥芽糖,食品中的碳水化合物,低聚糖： 食品中含有的其他低聚糖很少，主要分布于豆科植物種子和一些塊莖植物中，其中：棉籽糖、水蘇糖、松三糖較為常見(jiàn)，尤其在大豆中的含量較高。,食品中的碳水化合物,多糖： 食品中的多糖主要分為：淀粉、膳食纖維。 多糖對(duì)大部分食品的形態(tài)和質(zhì)地起著十分重要的作用。 糖苷： 糖苷類物質(zhì)中因含有一些常見(jiàn)的有害物質(zhì)

3、而受到重視。,碳水化合物的結(jié)構(gòu),單糖： 單糖的相對(duì)分子質(zhì)量較小，一般含有5或6個(gè)碳原子，單糖是D甘油醛的衍生物。 單糖分子中含有手征性碳原子，它連接4個(gè)不同的原子或基團(tuán)，在空間形成兩種不同的差向異構(gòu)體，立體構(gòu)型呈鏡面對(duì)稱。,D-甘油醛產(chǎn)生的8種D-己糖的示意圖,單糖可以形成縮醛或縮酮，糖分子的羰基可以與糖分子本身的一個(gè)醇基反應(yīng)，形成半縮醛或半縮酮。 分子內(nèi)的半縮醛或半縮酮形成五元呋喃糖環(huán)或更穩(wěn)定的六元吡喃糖環(huán)。,D-葡萄糖的環(huán)形和異頭結(jié)構(gòu),C,O,CH,2,OH,OH,C,H,HO,H,H,C,OH,OH,C,H,HO,H,C,OH,OH,C,H,H,C,OH,C,H,H,HO,H,C,CH,

4、2,OH,O,C,C,O,CH,2,OH,C,H,HO,H,H,C,OH,C,H,H,C,OH,or,a- and b- Glucose,D-Fructose -D-Fructose -D-Fructose 果糖的環(huán)形和異頭結(jié)構(gòu),CH,2,OH,O,CH,2,OH,C,HO,H,C,OH,C,H,H,C,OH,O,CH,2,OH,C,HO,H,C,OH,C,H,H,C,CH,2,OH,CH,2,OH,C,H,HO,H,C,OH,C,H,HO,C,OH,CH,2,OH,O,or,碳水化合物的結(jié)構(gòu),低聚糖： 自然界中的低聚糖的聚合度一般不超過(guò)6個(gè)糖單位，其中主要是雙糖和三糖。 均勻低聚糖：由同一單

5、糖構(gòu)成的低聚糖； 非均勻低聚糖（雜低聚糖）：由不同的單糖構(gòu)成的低聚糖。 低聚糖的羰基單位幾乎全部都是己糖，除果糖為呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)外，葡萄糖、甘露糖和半乳糖等均是吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)。,Linkage of Monosaccharides,Maltose（麥芽糖）,4-0-D-Glucopyranosyl- -D-Glucopyranose,O,OH,OH,HO,CH,2,OH,O,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,Sucrose （蔗糖）,2-0-D-Glucopyranosyl -D-Fructofuranoside,1,2,3,4,5,6,Invert sugar is the hydrolyzed

6、 sucrose into glucose and fructose.,Lactose（乳糖）,4-0-D-Galactopyranosyl-D- Glucopyranose 4-0-D-Galactopyranosyl-D-Glucopyranose,O,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,OH,CH,2,OH,O,OH,OH,Raffinose（棉籽糖）,6-0-D-Galactopyranosyl-2-0-D-Glucopyranosyl -D-Fructofuranoside,Stachyose(水蘇糖）,6-0-D-Galactopyranosyl-6-0-D-Galactopyr

7、anosyl -2-0-D-Glucopyranosyl-D-Fructofuranoside “Flatulence Factor”,-環(huán)糊精,碳水化合物的結(jié)構(gòu),多糖： 多糖是大分子聚合物，DP值（聚合度）由20到幾千，但只有少數(shù)小于100。 同多糖（同聚糖、均多糖）：由同一單糖構(gòu)成的多糖； 異多糖（雜聚糖）：由多種不同的單糖構(gòu)成的多糖。,多糖沒(méi)有均勻一致的聚合度。 多糖間、同一多糖的不同位點(diǎn)間具有多種次級(jí)鍵鍵合作用； 多糖又能與水、離子和其它小分子相互作用； 所以使多糖的結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的不確定性，并可形成多種構(gòu)象。,Cellulose(纖維素）,Polymer of b-D-Glucose

8、(1, 4) linkage. Repeating cellobiose moiety.,n,Starch,The reserve carbohydrate of plants. Occurs as granules in the cell. Made of amylose and amylopectin. Amylose - Polymer of a-D- Glucose (1-4) linkage-straight-chain.,Amylose and Amylopectin,碳水化合物的結(jié)構(gòu),糖苷： 單糖分子中的半縮醛羥基與醇或其他分子的羥基縮合而成的化合物。 糖苷中的糖部分稱為糖基；非

9、糖部分稱為糖苷配基 或非糖體。 形成糖苷的配基不只是醇基，如糖和硫醇（RSH）反應(yīng)能夠得到硫糖苷，與胺（RNH2）反應(yīng)生成氨基糖苷。 植物中形成糖苷有利于那些不易溶解的配基變成可溶于水的物質(zhì)。 在酸催化劑作用下生成糖苷的反應(yīng)是可逆的。,皂苷,S - 糖苷,生氰糖苷,有害糖苷 p267,碳水化合物的化學(xué)反應(yīng),水解反應(yīng)： 主要的水解反應(yīng)有： 糖苷的水解 低聚糖的水解 多糖的水解：淀粉、果膠 水解在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用： 酶法生產(chǎn)高果糖玉米糖漿,溫度：隨著溫度的增加，糖苷水解的速度也大大增加 端基異構(gòu)體的構(gòu)型： -D-糖苷鍵比-D-糖苷鍵對(duì)水解更敏感 糖基環(huán)的大?。哼拎h(huán)式糖比呋喃環(huán)式糖更耐水解 糖苷鍵

10、所處的位點(diǎn)：不同位點(diǎn)的糖苷鍵耐水解的順序?yàn)椋?6）（14）（13）（12） 多糖的構(gòu)象：多糖的結(jié)晶區(qū)比無(wú)定形區(qū)或展開(kāi)區(qū)更耐水解,端基 異構(gòu)化反應(yīng),一種糖，當(dāng)它在水溶液中達(dá)到平衡時(shí)，各種異構(gòu)體的數(shù)量取決于它們的相對(duì)穩(wěn)定程度；酸或堿可作為一種催化劑，使變旋速度大大加快。 當(dāng)酸或堿的濃度超過(guò)還原糖變旋作用所要求的濃度時(shí)，糖分子結(jié)構(gòu)便發(fā)生烯醇化。,異構(gòu)化反應(yīng),碳水化合物的化學(xué)反應(yīng),氧化反應(yīng)： 醛糖或能產(chǎn)生醛糖的酮糖在中性或堿性條件下，有弱氧化劑存在時(shí)，就可被氧化生成醛糖酸，通常將此類反應(yīng)用于糖的定量測(cè)定。 D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成D-葡糖酸，利用此反應(yīng)可測(cè)定食品和其他生物材料中D-葡萄糖

11、的含量。,葡萄糖氧化歷程,碳水化合物的化學(xué)反應(yīng),還原反應(yīng)： 單糖通過(guò)電解、硼氫化鈉或催化氫化可被還原成對(duì)應(yīng)的糖醇，酮糖還原中由于形成了一個(gè)新的手性碳原子，所以得到兩種糖醇。 食品加工中有重要用途的糖醇是：木糖醇 己糖醇總共有10種立體異構(gòu)體，其中僅山梨糖醇和甘露糖醇可代替蔗糖用于保健食品、降低中等水分食品的水活性或作為軟化劑、保濕劑、結(jié)晶抑制劑和改善脫水食品的復(fù)水特性 。,酯化：糖中羥基與有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸相互作用生成（蔗糖脂肪酸酯是一種很好的乳化劑）,醚化：糖中羥基除了形成酯外，還能形成醚。 如紅藻多糖C3與C6間形成內(nèi)醚（3,6-脫水環(huán)）,碳水化合物的化學(xué)反應(yīng),酯化與醚化反應(yīng)：,非酶褐變反應(yīng),

12、酶促褐變：多酚氧化酶催化酚類和氧之間的反應(yīng)，這種反應(yīng)與碳水化合物無(wú)關(guān)。 非酶褐變：是食品中常見(jiàn)的重要褐變反應(yīng)。 非酶褐變分為： 焦糖化反應(yīng) Maillard（麥拉德）反應(yīng),焦糖化反應(yīng),糖類在沒(méi)有含氨基化合物存在時(shí)加熱到熔點(diǎn)以上，會(huì)變?yōu)楹诤稚镔|(zhì)，這種作用稱為焦糖化作用。,焦糖化反應(yīng),焦糖形成過(guò)程：,加熱,焦糖化反應(yīng),焦糖化反應(yīng)以熱縮和熱解為主要特征；少量的酸或某些鹽類對(duì)這類反應(yīng)有促進(jìn)作用。 分子內(nèi)脫水主要引起左旋葡萄糖的形成或者在糖環(huán)中形成雙鍵，或者可產(chǎn)生不飽和的環(huán)狀中間體，如呋喃環(huán)，從而引起熱解。 共軛雙鍵具有吸收光和產(chǎn)生顏色的特性，在不飽和環(huán)體系中，通?？砂l(fā)生縮合反應(yīng)使之聚合，使食品產(chǎn)生色

13、澤和風(fēng)味 。,焦糖化反應(yīng),糖類分子糖內(nèi)的脫水和熱解 脫水和熱解是食品中的重要反應(yīng)，酸和堿均能催化這類反應(yīng)的進(jìn)行；其中許多屬于-消去反應(yīng)類型。 戊糖脫水生成的主要產(chǎn)物是2-呋喃醛，己糖生成5-羥甲基-2-呋喃醛（HMF）和其它產(chǎn)物。 這些初級(jí)脫水產(chǎn)物的碳鏈裂解可產(chǎn)生其他化學(xué)物質(zhì)，這些降解產(chǎn)物有的具有強(qiáng)烈的氣味，可產(chǎn)生需宜和非需宜的風(fēng)味。 這類反應(yīng)在高溫下容易發(fā)生。,3-脫氧-D-葡萄糖醛酮的形成,3-脫氧-D-葡萄糖醛酮-3,4-烯的形成,羥甲基呋喃醛的形成,焦糖化反應(yīng),糖的熱解反應(yīng)能產(chǎn)生具有獨(dú)特味道和香氣的不飽和環(huán)狀化合物。 麥芽酚和異麥芽酚使焙烤的面包產(chǎn)生香味。 2-氫-4-羥基-5-甲基呋

14、喃-3-酮有像烤肉的焦香味，可作為各種風(fēng)味和甜味的增強(qiáng)劑。,商業(yè)上生產(chǎn)的焦糖色素有三種： *耐酸焦糖色素：用亞硫酸氫銨作催化劑制備出的焦糖色素（pH為24.5）；主要用于可樂(lè)及其它酸性飲料中。 *蔗糖溶液和銨離子溶液一起加熱制成焙烤食品著色劑，其水溶液的pH為4.24.8。 *蔗糖直接熱解形成略帶負(fù)電荷膠體粒子的焦糖色素，溶液pH為34，用于啤酒和其它酒精飲料。 近來(lái)發(fā)現(xiàn)，加銨鹽制成的焦糖色素中含有4甲基咪唑，有強(qiáng)致驚厥作用，含量高時(shí)對(duì)人體有毒。,Maillard反應(yīng),Maillard反應(yīng)： 食品在加熱和貯存過(guò)程中發(fā)生的褐變是由于還原糖（主要是D-葡萄糖）同游離氨基酸或蛋白質(zhì)鏈上氨基酸殘基的游

15、離氨基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的，這種反應(yīng)稱為Maillard（美拉德、麥拉德） 反應(yīng)。,Maillard反應(yīng),Maillard反應(yīng)所需的反應(yīng)物至少應(yīng)包括： 含氨基的化合物（一般是氨基酸或蛋白質(zhì)）、還原糖和少量水。 Maillard反應(yīng)過(guò)程中: *生成可溶和不溶的高聚物等； *褐變初期，紫外線吸收增強(qiáng)，伴隨著熒光物質(zhì)產(chǎn)生； *隨著反應(yīng)的進(jìn)行，由于有還原酮的生成，因而體系的還原能力上升，滴定酸度也增高（封閉游離的氨基）； *形成的黃色或棕色色素在波長(zhǎng)420nm或490nm處有吸收。,Millard反應(yīng),Maillard反應(yīng)的初期階段：還原糖與胺反應(yīng)N-葡萄糖基胺；再經(jīng)Amadori重排1-氨基-1-脫氧

16、-2-酮糖，以無(wú)紫外吸收的無(wú)色溶液為特征，但溶液的還原能力逐漸增強(qiáng)。 中間階段： 1-氨基-1-脫氧-2-酮糖在不同pH條件下發(fā)生降解。隨著反應(yīng)不斷地進(jìn)行，溶液變成黃色，在近紫外區(qū)吸收明顯增強(qiáng)，同時(shí)還有少量的糖脫水變成HMF（羥甲基糠醛），以及發(fā)生鍵斷裂形成-二羰基化合物并開(kāi)始生成色素。 褐變的終了階段：由于發(fā)生了復(fù)雜的醇醛縮合和聚合反應(yīng)，食品或溶液開(kāi)始變?yōu)榧t棕色或深褐色，并有明顯的焦糖香味和不溶解的膠體狀類黑精物質(zhì)出現(xiàn)，以及少量二氧化碳產(chǎn)生。,葡基胺的Amadori 重排,Amadori 化合物形成類黑精色素的途徑,Strecker降解途徑： 包括-二羰基化合物和-氨基酸之間的相互作用；是食

17、品中氨基酸受到破壞的重要途徑之一。 Strecker反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物，如：醛、吡嗪和糖的裂解產(chǎn)物，可以使食品具有香氣和風(fēng)味。,L-纈氨酸與2,3-丁二酮的Stercker 降解反應(yīng),Maillard反應(yīng)對(duì)食品品質(zhì)的影響,有利方面： 褐變產(chǎn)生的顏色及強(qiáng)烈的香氣和風(fēng)味賦予食品特殊的感官品質(zhì)的風(fēng)味。 （新關(guān)注：褐變產(chǎn)物的抗氧化作用） 不利方面: *營(yíng)養(yǎng)素的損失，特別是必需氨基酸（如：賴氨酸）損失嚴(yán)重； *產(chǎn)生某些有害物質(zhì)（如：丙烯酰胺）。,影響Maillard反應(yīng)的因素,糖的種類及含量： 褐變反應(yīng)的難易程度：D-木糖D-核糖L-阿拉伯糖己糖（D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、D-果糖）雙糖（麥

18、芽糖、乳糖和蔗糖）；D-果糖（酮糖）反應(yīng)活性比醛糖弱得多。 氨基酸及其它含氮物種類： 堿性氨基酸易褐變；氨基在-位比-位易褐變；蛋白質(zhì)褐變速度低于游離氨基酸。,影響Maillard反應(yīng)的因素,溫度： 溫度升高10，褐變速度增加35倍；30以上褐變較快； 丙烯酰胺在170左右生成量達(dá)最高。 pH： pH值2.03.5時(shí)，褐變反應(yīng)程度與pH值呈反比； pH值在49范圍內(nèi)，隨著pH增大褐變轉(zhuǎn)化速率加快； 中等水分含量，當(dāng)pH為7.89.2時(shí)褐變速率最快。,影響Maillard反應(yīng)的因素,水分含量： 食品在中等水分含量時(shí)褐變轉(zhuǎn)化速率最快。,金屬離子： 銅或鐵等金屬離子能促進(jìn)褐變反應(yīng)，且Fe3+比Fe2+的作用更強(qiáng)。,Maillard反應(yīng)在食品加工中的應(yīng)用,利用Maillard反應(yīng)： 在面包、糕點(diǎn)、咖啡、紅茶、醬油等生產(chǎn)中，利用反應(yīng)產(chǎn)生各種不同的風(fēng)味物質(zhì)。 *原料控制： 核糖+半胱氨酸 核糖+谷胱甘肽 烤豬肉香味 烤牛肉香味 *溫度控制：葡萄糖+纈氨酸 木糖+酵母水解蛋白 100150 烤面包香 90 餅干香味 180 巧克力