1、第三章 Chapter 3碳水化合物 Carbohydrates,本章提要,重點： 食品在儲藏加工條件下糖類化合物的美拉德褐變反應及其對食品營養(yǎng)，感觀性狀和安全的影響； 單糖、低聚糖的理化性質(zhì) 淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的應用； 難點： 美拉德反應的過程 糖類化合物的結(jié)構(gòu)與功能間的關系,第一節(jié) 食品中的碳水化合物,自然界最豐富的有機物，約占生物物質(zhì)的3/4 植物體中含量最豐富，約占其干重的85%-90%，其中最多的是纖維素。 人類消費的食品的主要碳水化合物是淀粉和糖（葡萄糖、果糖、乳糖及蔗糖） 是生命活動所需能量的主要來源（80%）,碳水化合物與食品的加工和保藏關系密切 食品的褐變就與還

2、原糖有關 食品的粘性與彈性與淀粉和果膠等多糖有關 蔗糖、果糖等作為甜味劑（天然）,1.定義:碳水化合物 (Carbohydrates) 是由碳、氫、氧三種元素組成的，多羥基醛或酮及其衍生物和縮合物。 按組成分分類 Classification （1） 單糖（Monosaccharides）： 不能再被水解的多羥基醛或酮，是碳水 化合物的基本單位。 如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖,低聚糖（寡糖）(Oligasaccharides) 由210個單糖分子縮合而成，水解后生成單糖，其中以二糖最為多見 如：蔗糖、麥芽糖、乳糖、纖維二糖 多糖(Polysaccharides) 由許多單糖分子(10)縮合而

3、成 如淀粉、糊精、糖原、纖維素及果膠等,2.食品中的糖類化合物（見表一）,表一 食品中的糖類化合物(%),3.食品中碳水化合物的作用,提供人類能量的絕大部分 提供適宜的質(zhì)地、口感和甜味 （如麥芽糊精作增稠劑、穩(wěn)定劑） 有利于腸道蠕動，促進消化 （如纖維素被稱為膳食纖維，低聚糖可促小孩腸道雙歧桿菌生長，促消化）,第二節(jié)單 糖 Monosaccharides,一、分類與結(jié)構(gòu),按結(jié)構(gòu)分：醛糖和酮糖 按官能團分：糖醇、糖酸、醇糖酸、糖醛酸、氨基糖 按所含碳原子數(shù)分：丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖 如：含有5個碳原子的醛糖稱戊醛糖 含有6個碳原子的酮糖稱己酮糖 最簡單的單糖：丙醛糖（甘油醛）和丙酮糖,結(jié)構(gòu)

4、,手性碳原子 D型和L型 型和型 吡喃糖和呋喃糖 船式和椅式,旋光性,一種物質(zhì)使直線偏振光的震動平面向左或向右發(fā)生旋轉(zhuǎn)地特性，使偏振光平面右旋轉(zhuǎn)的稱右旋糖，表示符號為D- 或(+)，使偏振光平面左旋轉(zhuǎn)的稱左旋糖，表示符號為L- 或(-)。 比旋光度：1 mL含有1 g糖的溶液在其透光層為0.1 m時使偏振光旋轉(zhuǎn)的角度。,D型和L型 單糖的構(gòu)型最常用的是D、L標記法。此時，只考慮距羰基最遠的手性碳原子的構(gòu)型，若此手性碳原子上的羥基處于右側(cè)的為D型糖，處于左側(cè)的為L型糖。,醛 糖,鏈式結(jié)構(gòu) C4 差向異構(gòu) C2差向異構(gòu),差向異構(gòu),C-2差向 異構(gòu)體,C-4差向 異構(gòu)體,D-葡萄糖與D-甘露糖在構(gòu)型

5、上只有C2構(gòu)型不同，稱為差向異構(gòu)。,多個手性碳的異構(gòu)體，彼此間只有一個手性碳原子的構(gòu)型不同，而其余的碳原子構(gòu)型都相同的兩種糖，稱為差向異構(gòu)體。,酮糖,C5差向異構(gòu),環(huán)狀結(jié)構(gòu),室溫下，形成六元環(huán)為主，其次是五元環(huán)，七環(huán)出現(xiàn)量很少，開環(huán)的醛只占0.003%。,葡萄糖,在哈武斯透視式中，確定單糖的空間構(gòu)型時，首先找出半縮醛羥基，以確定氧環(huán)上的編號順序。與半縮醛羥基相連的碳原子其編號肯定是較小的（醛糖中編號為1，酮糖中編號為2）。如果氧環(huán)中碳原子的編號按順時針方向排列，編號最大的末端羥甲基在環(huán)平面上方的為D-型，在下方的為L-型。 不管環(huán)上碳原子的編號順序如何，半縮醛羥基與編號最大的末端羥甲基處于環(huán)平

6、面的異側(cè)的為-型，處于同側(cè)的為-型。,己糖一般由船式和椅式兩種構(gòu)象,二、糖苷(Glycosides),單糖的半縮醛羥基在酸性條件下與其他分子醇的羥基或酚羥基結(jié)合，脫去一分子水生成稱為糖苷（類似醚）的化合物。 糖苷一般以呋喃糖苷或吡喃糖苷的形式存在,（1）組成 糖和糖苷配基（非糖部分，也可以是糖 ） O-糖苷：糖在酸性條件下與醇發(fā)生反應，失水 S-糖苷：糖與硫醇RSH作用，生成硫葡萄糖苷 N-糖苷：糖與胺RNH2作用生成氨基葡萄糖苷 形成糖苷，往往可以提高糖配基的水溶性程度。,(2)性 質(zhì),無變旋現(xiàn)象 無還原性 通常易溶于水 能被無機酸和糖苷酶水解，但堿性中較穩(wěn)定 吡喃糖苷環(huán)比呋喃糖苷穩(wěn)定,風味

7、增強 N-糖苷（肌苷、黃苷以及鳥苷的5-單磷酸鹽等）、S-糖苷（芥菜子和辣根） 苦味 分子內(nèi)脫水形成O-糖苷，焙烤或加熱糖或糖漿至高溫的條件下，產(chǎn)生少量苦味物質(zhì)。,(3)生物活性 許多糖苷僅存在于植物中，表現(xiàn)出一定的生物活性。 如：黃豆苷（大豆，葛根中含有)）可以促進血液循環(huán)，提高腦血流量，對心血管疾病有顯著療效，治冠心病，腦血栓。,銀杏中的有效成分：銀杏黃酮醇苷，具有擴張冠狀血管，改善血液循環(huán)。,(4)糖苷的毒性 某些生氰糖苷在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為氫氰酸，使人體中毒。 如：苦杏仁苷，在酶作用下水解成HCN等。 在自然界中，這些糖苷存在于杏仁、木薯、高粱、竹、菜豆中。,三、單糖的物理性質(zhì),1、甜度 蜂蜜

8、和大多數(shù)果實的甜味主要取決于蔗糖、 D-果糖、葡萄糖的含量。 甜度定義 是一個相對值，以蔗糖作為基準物，一般以蔗糖的甜度為100 甜度 果糖(173) 轉(zhuǎn)化糖(130) 蔗糖(100) 葡萄糖(74) 木糖(40)麥芽糖(32)乳糖(16) 轉(zhuǎn)化糖：用稀酸或酶對蔗糖作用后所得含等量的葡萄糖和果糖的混合物。,同一種糖的-型和-型的甜度不同 如：葡萄糖的-型比-型甜1.5倍，通常，葡萄糖的結(jié)晶為-型。 在溶液中型、-型平衡時:=1:1.7，所以溶解后時間越長，甜度就越低。 但此平衡受溫度影響很小，故冷和熱葡萄糖液的甜味相似。,果糖的-型的甜度為-型的3倍。普通果糖的結(jié)晶是-型，溶液中的平衡隨濃度和

9、溫度而異。 如：10%果糖液，0下:=3:7 80下:=7:3 且濃度高則-型多，因此，低溫下，濃液甜,2、溶解度,一般T升高，溶解度增大，在同一T下，果糖的溶解度最高。 溶解度與滲透壓有關，一定濃度的糖溶液其滲透壓隨濃度的增高而增大，滲透壓越高的糖，對食品的保存越好。,糖液的滲透壓對于抑制不同微生物的生長時有差別的。 50%的蔗糖溶液能抑制一般酵母的生長，但抑制細菌和霉菌則分別需要65%和80%的濃度，有些酵母菌和霉菌能耐受高濃度的糖液，如蜂蜜的敗壞就是由于耐高滲透壓酵母的作用。,在室溫下葡萄糖的溶解度較低，其滲透壓不足以抑制微生物的生長，貯藏性差，工業(yè)上一般在較高溫度下55（70%），不會

10、結(jié)晶，貯藏性好。 一般說來糖濃度大于70%就可以抑制微生物的生長。果汁和蜜餞類食品就是利用糖作為保藏劑的。,3、吸濕性和保濕性,吸濕性：糖在較高空氣濕度下吸收水分的性質(zhì)。 保濕性：糖在較低空氣濕度下保持水分的性質(zhì)。 糖的這種性質(zhì)與保持食品彈柔性和儲存密切相關。,對于單糖和雙糖的吸濕性為： 果糖、轉(zhuǎn)化糖葡萄糖、麥芽糖蔗糖。 例如： 面包、糕點、軟糖應選吸濕性大的果糖或果 葡糖漿. 硬糖、酥糖及酥性餅干應選吸濕性小的葡萄 糖或蔗糖.,4、結(jié)晶性,就單糖和雙糖的結(jié)晶性而言： 蔗糖葡萄糖（晶體較蔗糖細?。┕呛娃D(zhuǎn)化糖。 淀粉糖漿：淀粉水解脫色后加工而成的粘稠液體，是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，自身不

11、能結(jié)晶并能防止蔗糖結(jié)晶。其甜味柔和，容易為人體直接吸收。,在生產(chǎn)硬糖時不能完全使用蔗糖，當熬煮到水分含量到3%以下時，蔗糖就結(jié)晶，不能得到堅硬、透明的產(chǎn)品。一般在生產(chǎn)硬糖時添加一定量的（30%-40%）的淀粉糖漿。,5、黏度,在相同濃度下，溶液的粘度有以下順序： 葡萄糖、果糖蔗糖淀粉糖漿（且隨轉(zhuǎn)化程度增高而降低） 葡萄糖溶液的黏度隨溫度升高而增大 蔗糖溶液的黏度隨溫度升高而減小,6、抗氧化性,糖類的抗氧化性實際上是由于糖溶液中氧氣的溶解度降低而引起的 有利于保持水果的風味、顏色和維生素C,7、冰點降低,當在水中加入糖時會引起溶液的冰點降低。糖的濃度越高，相對分子質(zhì)量越小，溶液冰點下降的越大。相

12、同濃度下對冰點降低的程度： 葡萄糖蔗糖淀粉糖漿（取決其轉(zhuǎn)化程度）,四、食品中單糖的化學性質(zhì),1、食品中單糖與堿的作用 單糖在堿性溶液中不穩(wěn)定，隨溫度升高，易發(fā)生異構(gòu)化和分解反應。 如D-葡萄糖在稀堿作用下，通過烯醇式中間體的轉(zhuǎn)化得到D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖三種差向異構(gòu)體的平衡混合物。,2、氧化反應,（1）在堿性溶液中，無論是醛糖或是酮糖都能通過烯二醇中間體而發(fā)生異構(gòu)化。烯醇式和醛基都容易被弱的氧化劑如Tollen試劑和Fehling試劑氧化成糖酸。 酮糖也能被這些氧化劑氧化。,（2）在酸性溶液中氧化 單糖在酸性溶液中不產(chǎn)生異構(gòu)化，醛糖比酮糖易于氧化。醛糖的醛基被弱氧化劑溴水（HOBr）

13、氧化，生成糖酸。 酮糖不能被溴水氧化。 稀硝酸可使醛糖的醛基和伯醇基都氧化成羧基，氧化產(chǎn)物是同數(shù)碳原子的糖二酸。 酮糖在稀硝酸的作用下被氧化，C1-C2鍵發(fā)生斷裂，生成比原來糖少一個碳原子的羧酸。,（3）葡萄糖氧化酶的作用,3、還原反應,山梨糖醇在低溫時，對稀酸、稀堿和大氣中的氧是穩(wěn)定的。它不能還原Fehling試劑，也不被酵母發(fā)酵和細菌分解，能長期保存。 除了再糖果業(yè)中用于保鮮和保軟外，還用于糖尿病人，山梨糖醇在人體代謝中，它被酶氧化首先轉(zhuǎn)化為果糖，果糖容易消化，適用于幼兒和糖尿病人，它不需要胰島素作用，能直接被人體代謝利用，但也不能無限給病人食用，否則會危及胰島素的平衡。,木糖醇可做為糖尿

14、病人的甜味劑、營養(yǎng)補充劑和輔助治療劑。在體內(nèi)缺少胰島素影響糖代謝情況下，無須胰島素促進，也能透過細胞膜，被組織吸收利用，促進肝糖元合成，供細胞以營養(yǎng)和能量，且不會引起血糖值升高，是最適合糖尿病患者食用的營養(yǎng)性的食糖代替品。 防齲齒 所有的甜味劑中木糖醇效果最好，首先是木糖醇不能被口腔中產(chǎn)生齲齒的細菌發(fā)酵利用，抑制鏈球菌生長及酸的產(chǎn)生；其次在咀嚼木糖醇時，能促進唾液分泌，唾液多了既可以沖洗口腔、牙齒中的細菌，也可以增大唾液和齲齒斑點處堿性氨基酸及氨濃度，同時減緩口腔內(nèi)PH值下降，傷害牙齒的酸性物質(zhì)被中和稀釋，抑制了細菌在牙齒表面的吸附，從而減少了牙齒的酸蝕，防止齲齒和減少牙斑的產(chǎn)生，鞏固牙齒。,

15、糖醇的相對甜度,4、酯化與醚化,五、非酶褐變,1.褐變作用概述,褐變(browning)是食品加工最普遍存在的一種變色現(xiàn)象。在 一些食品加工中適當?shù)淖兩切枰?，如面包、紅茶等加工；而 另一些食品加工出現(xiàn)褐變則是不利的，如果蔬的加工、魚片的加 工等。,2.褐變分類,酶促褐變 以多酚氧化酶催化，使酚類物質(zhì)氧化為醌,非酶褐變,焦糖化反應 Phenomena of Caramelization,美拉德反應 Maillard Reaction,3 美拉德反應,定 義,食品在油炸、焙烤、烘焙等加工或貯藏過程中，還原糖（主要是葡萄糖）同游離氨基酸或蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的游離氨基發(fā)生羰氨反應，產(chǎn)生有色大分

16、子，這種反應被稱為Maillard Reaction 。,Amadori重排又稱為葡糖胺重排反應 是由一分子葡糖胺在鹽酸和吡啶的混合溶液中得到1-氨基-1脫氧-2酮糖的過程。,美拉德反應歷程,A、初始階段,N-葡萄糖基胺的形成,N-葡萄糖基胺,分子重排,在稀酸條件下，羰胺縮合 產(chǎn)物易水解；亞硫酸根可 與醛形成加成化合物，可 阻止N-葡萄糖基胺的生成,B、中間階段,果糖基胺的進一步反應可能有兩條：,脫水形成羥甲基糠醛,HMF的積累與褐變速度有很大的關系，因此通過HMF的 生成量、生成速度來監(jiān)測食品中褐變反應的情況。,HMF,B、中間階段,果糖基胺脫去胺殘基重排生成二羰基化合物,2,3烯醇化,-R

17、NH2,二羰 基化 合物,二羰基化合物是非?；顫姷闹虚g產(chǎn)物，它可以進行以下作用：進一步脫水后與 胺類縮合，生成褐色大分子；也可裂解成較小的分子，促使氨基酸脫羧、脫氨，生 成少一個碳的醛（這就是Strecker降解作用），對食品品質(zhì)影響很大。,Strecker降解示意圖,C、終了階段,醇醛縮合物的產(chǎn)生,黑色素的產(chǎn)生,含羰基的中間產(chǎn)物隨機聚合，在連續(xù)不斷的醇醛縮合反應后，在有氨基酸或蛋白質(zhì)的參與下，聚合成黑色素。,+,醇醛縮合物,不穩(wěn)定的醛,控制食品加工貯藏中美拉德褐變的三個重要意義：,（1）褐變產(chǎn)生深顏色及強的香氣和風味，可以使有益的或有害的。如果汁熱加工時為保持其新鮮水果風味，需阻止褐變；而焙

18、烤面包時，要利用褐變；醬油的制作；烤鴨制作；煙葉的烘焙等等。 （2）為了防止營養(yǎng)成分損失，特別是必須氨基酸如賴氨酸的損失，需要避免發(fā)生褐變反應。大豆粉或大豆離析物（大豆植物蛋白提取物）與D-葡萄糖一起加熱時，大豆蛋白質(zhì)中的賴氨酸將會大量損失，同樣對于谷物焙烤食品、面包和豆類焙烤制品也會引起損失。 （3）有報道美拉德反應會形成某些致突變產(chǎn)物。,利用美拉德反應調(diào)制感官質(zhì)量,不同加工方法： 土豆 大麥 水煮 125種香氣 75種香氣 烘烤 250種香氣 150種香氣,控制原料： 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： 100150 烤面包香 180 巧克

19、力香,影響美拉德反應的因素,（1）溫度 熱反應過程，溫度越高，反應時間越長，反應進行的程度越大。溫度相差10，褐變反感應的速度相差3-5 倍。如釀造醬油溫度每升高5，著色度提高35.6%。 一般在30以上，褐變速度較快，而在20 以下，褐變較慢。 將食品在10 下冷藏，可較好地防止褐變反應的發(fā)生。,（2）底物結(jié)構(gòu)和濃度,對于不同的還原糖，反應活性大致有以下順序：五碳糖六碳糖，醛糖酮糖，單糖二糖； 五碳糖中核糖阿拉伯糖木糖，六碳糖中半乳糖甘露糖葡萄糖 果糖。 在胺類化合物中：胺氨基酸多肽蛋白質(zhì)，而在氨基酸中，堿性氨基酸酸性氨基酸； 對于-NH2氨基酸，碳鏈越短的氨基酸反應性強，但氨基在位或末端的

20、比在位的反應快，由于末端-NH2的空間位阻較小 。,美拉德反應的速度與底物濃度成正比，不過在極高的蛋白質(zhì)含量時（此時含水量極低），反應很難進行，這時反應速度有水分活度控制，因此反應速度下降。,（3）水分,在中等水分含量時反應速度最大。 例如：食品中水分在1015時，褐變反應易于進行。 原因： 過高的水含量，對美拉德反應的底物產(chǎn)生稀釋作用，降低反應速度 過低的水含量，造成水分活度低，從而降低反應速度,（4）酸堿度,pH5時，褐變反應進行的程度小 原因： 此時，氨基酸或蛋白質(zhì)的氨基被質(zhì)子化，以-NH3+形式存在，妨礙了氨基與還原糖反應形成糖基胺。 隨著， pH的增加，氨基被游離出來，褐變反應速度隨

21、之加快，在pH89時，反應速度較快。,（5）金屬離子,Fe3+、Cu2+ 等對美拉德反應有促進作用， Fe3+ 比Fe2+更加有效地促進褐變反應。 Mn2+、Sn2+等離子對美拉德反應存在抑制作用,4.焦糖化反應,定義,糖類在沒有含氨基化合物存在的條件下，加熱到其熔點以上溫度時，會生成黑褐色色素物質(zhì)，這種反應稱焦糖化反應。,糖類在受熱情況下，生成兩類物質(zhì)：一類是糖的脫水聚合物，即焦糖或稱醬色物；一類是烈解產(chǎn)物，是一類揮發(fā)性醛、酮類物質(zhì)。 在焙烤、油炸食品中，焦糖化作用控制得當，可以使產(chǎn)品得到悅?cè)说纳珴杉帮L味。,麥芽酚可使蔗糖甜度的檢出閾值濃度降低到正常值的一半，并能改善食品質(zhì)地，使其更可口。,

22、5、抗壞血酸褐變,柑桔類果汁在貯藏中色澤變暗，放出CO2，是抗壞血酸自動氧化分解為糠醛和CO2 ，而糠醛與胺基化合物又可發(fā)生羰氨反應。,6 延緩或抑制非酶褐變的方法：,對于固態(tài)食品，降低水分含量。 對于流體食品稀釋、降低pH、降低溫度或?qū)⒓臃磻牡孜镛D(zhuǎn)化或除去。 如：卵蛋白粉貯藏時，由于賴氨酸殘基與游離葡萄糖的反應而產(chǎn)生褐變問題?？深A先添加一些葡萄糖氧化酶于蛋白中，使葡萄糖氧化成葡萄糖酸，防止褐變反應，干燥后得到的卵蛋白粉可以保持良好的感官質(zhì)量。 使用較不容易發(fā)生褐變的糖類，如蔗糖 添加一些具有抑制作用的化合物，常用的有亞硫酸及其鈉鹽（包括二氧化硫）、硫醇化合物（如半胱氨酸）等。 鈣處理，氨

23、基酸與鈣形成不溶鈣鹽化合物如馬鈴薯淀粉加工中，加Ca(OH)2可以防止褐變，產(chǎn)品白度大大提高。,第三節(jié) 低聚糖 Oligosaccharides,一般由10個糖單位通過糖苷鍵構(gòu)成，較重要的低聚糖有：蔗糖、麥芽糖、乳糖、飴糖、麥芽糊精和環(huán)狀糊精,一、食品中重要的低聚糖,-淀粉酶,還原糖,淀粉水解,（maltose）以麥芽中含量最多，是飴糖的主要成分,叮叮糖的制作？,大腸中厭氧發(fā)酵,（lactose）,Why？,（sucrose）,在水果、花、種子等植物中廣泛存在 工業(yè)上由甘蔗（莖中可高達26%）或甜菜（塊根中約20%）制備 甜味較強，為常用的甜味劑 無還原性，溶液無變化，甜味不隨時間變化 在酸或

24、轉(zhuǎn)化酶作用下，水解為D-葡萄糖和果糖。,同一種糖的-型和-型的甜度不同 如：葡萄糖的-型比-型甜1.5倍，通常，葡萄糖的結(jié)晶為-型。 在溶液中型、-型平衡時:=1:1.7，所以溶解后時間越長，甜度就越低。 但此平衡受溫度影響很小，故冷和熱葡萄糖液的甜味相似。,果糖的-型的甜度為-型的3倍。普通果糖的結(jié)晶是-型，溶液中的平衡隨濃度和溫度而異。 如：10%果糖液，0下:=3:7 80下:=7:3 且濃度高則-型多，因此，低溫下，濃液甜,二、具有特殊功能的低聚糖,食品中的功能性低聚糖主要有低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、甲殼低聚糖等。 低甜度、低熱量、難以被人體消化，食用后

25、基本上不增加血糖和血脂，但有潤腸通便的作用。,1、低聚果糖（又稱寡果糖或蔗果三糖族低聚糖） 分子式特點為：G-F-Fn,生理活性： 增殖雙歧桿菌 難水解，是一種低熱量糖 水溶性食物纖維 抑制腐敗菌，維護腸道健康 防止齲齒,低聚果糖存在于天然植物中 香蕉、蜂蜜、大蒜、西紅柿、洋蔥,-D-呋喃果糖苷酶,米曲霉和黑曲霉,由蔗糖的果糖基與13個果糖通過-2,1鍵形成的,2、低聚木糖,低聚木糖是有不同聚合度的木糖組成的混合物，木二糖含量越高，產(chǎn)品質(zhì)量越好。,木二糖的分子結(jié)構(gòu),低聚木糖的特性 較高的耐熱（100/1h）和耐酸性能（pH 28），穩(wěn)定性好 雙歧桿菌所需用量最小的增殖因子 代謝不依賴胰島素，適

26、用糖尿病患者 抗齲齒,從玉米芯、棉籽殼等原料中提取木聚糖； 木聚糖的酶法水解（內(nèi)切木聚糖酶水解）,低聚木糖的生產(chǎn),絲狀真菌中篩選：木聚糖酶活性高而-1，4-木糖苷酶活性低。,-1,4糖苷鍵,3、甲殼低聚糖,-1,4,甲殼低聚糖的生理功能 降低肝臟和血清中的膽固醇 提高機體的免疫功能 強抗腫瘤 增殖雙歧桿菌,N-乙酰-D-氨基葡萄糖或D-氨基葡萄糖通過-1，4-糖苷鍵連接起來的低聚合度水溶性氨基葡萄糖。,聚合度為57,殼聚糖酶和鹽酸降解,環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)特點： 圓柱形，高度對稱性 -OH在外側(cè)，C-H和環(huán)O在內(nèi)側(cè) 環(huán)內(nèi)側(cè)比外側(cè)憎水，可使油狀物在水中成為“可溶” 作為微膠囊壁材，包埋脂溶性物質(zhì) （風味

27、物、香精油、膽固醇）,三、 環(huán)狀低聚糖環(huán)狀糊精 Cyclodextrin（）,由環(huán)狀-吡喃葡萄糖苷構(gòu)成。聚合度為、，分別成為、-環(huán)狀糊精。,-環(huán)狀糊精,環(huán)狀糊精,環(huán)狀糊精,環(huán)狀糊精,（1）物理性質(zhì),（2）應用,醫(yī)學 環(huán)狀糊精為中空圓柱形結(jié)構(gòu)，可包埋與其大小相適的客體分子，起到穩(wěn)定緩釋，能有效地增加一些水溶性不良的藥物在水中的溶解度和溶解速度，如前列腺素-CD包合物能增加主藥的溶解度從而制成注射劑；減少藥物（如穿心蓮）的不良氣味或苦味，降低藥物刺激和毒副作用等。,農(nóng)業(yè),擬除蟲菊酯是一類非常重要的殺蟲劑，利用環(huán)糊精可以解決其不溶于水，需消耗大量的有機溶劑的問題，是解決擬除蟲菊酯污染環(huán)境的有效途徑。

28、 含不飽和脂肪酸的魚飼料，用環(huán)糊精將脂肪酸包接，可防止其擴散入水。,食品行業(yè),可做增稠劑，穩(wěn)定劑，提高溶解度（做乳化劑），掩蓋異味等。 A.食品保鮮 將和其它生物多糖制成保鮮劑。涂于面包、糕點表面可起到保水保形的作用。 B.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。,化妝品 作乳化劑，提高其穩(wěn)定性，減輕對皮膚的刺激作用。 其它方面 香精包含在環(huán)狀糊精制成的粉末，而混合到熱塑性塑料中，可制成各種加香塑料(玩具及工藝品)。 如tide（汰漬）洗衣粉留香，CD包接香精后添加到洗衣粉中。,第四節(jié) 多糖,Polysaccharides,超過10個單糖的聚合物，是大分子聚合

29、物，聚合度（DP）由10到幾千，大多數(shù)多糖的DP為2003000，纖維素700015000。常見多糖有淀粉，纖維素，半纖維素，果膠，瓜爾豆膠等。,均勻多糖，非均勻多糖（雜多糖）,按結(jié)構(gòu)分,按組成分,直鏈多糖，支鏈多糖 D-吡喃葡萄糖組成,一、多糖的溶解性,多羥基，氧原子（環(huán)氧原子或連接糖環(huán)的糖苷氧原子），形成氫鍵 結(jié)合水（與多糖羥基形成氫鍵的水分子），不結(jié)冰，使多糖分子溶劑化 不會顯著降低冰點，提供冷凍穩(wěn)定性 保護產(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，易于水合和溶解 膠或與親水膠體（常使用的水溶性多糖與改性多糖）,二、多糖溶液的粘度與穩(wěn)定性,主要具有增稠和膠凝功能 還控制流體食品與

30、飲料的流動性質(zhì)與質(zhì)構(gòu)以及改變半固體食品的變形性等 0.25%0.5% 多糖溶液的黏度同分子的大小、形狀、及其在溶劑中的構(gòu)象有關。 一般多糖分子在溶液中呈無序的無規(guī)線性狀態(tài)，溶液中線性高聚物分子旋轉(zhuǎn)時占有很大的空間，分子間彼此碰撞頻率高，產(chǎn)生摩擦，因而具有很高的黏度。 相同相對分子質(zhì)量的多糖黏度：支鏈直鏈,帶電荷的直鏈多糖，溶液黏度大大提高（Why？） 不帶電荷的直鏈均勻多糖傾向締合和形成結(jié)晶（Why？） 卡拉膠等形成高黏度穩(wěn)定溶液的原因？ 親水膠體溶液的流動性同水合分子的大小、形狀、柔順性、所帶電荷的多少有關。 假塑性流體：剪切稀，黏度變化與時間無關。 觸變性流體：剪切稀，黏度變化與時間有關。

31、 大多數(shù)親水膠體溶液隨溫度升高黏度降低（黃原膠溶液除外）,三、凝膠,三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 氫鍵、疏水相互作用、范德華引力、離子橋連、纏結(jié)或共價鍵 網(wǎng)孔中液相（低相對分子質(zhì)量的溶質(zhì)和部分高聚物組成的水溶液） 凝膠具有二重性（固體與液體） 1%高聚物+99%水 果凍、仿水果塊等。,四、多糖水解,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。,粘度下降 熱加工，水解嚴重（溫度提高，水解速度急劇加快 ） 配方中添加過量多糖，使用高粘度耐酸多糖（單糖在pH37范圍內(nèi)穩(wěn)定；糖苷在堿性介質(zhì)中相當穩(wěn)定，但在酸性介質(zhì)中易降解） 酶的影響（pH、溫度、時間等）,第五節(jié) 淀粉 Starch,不溶于水，分散于冷

32、水,淀粉和淀粉的水解產(chǎn)品是人類膳食中可消化的碳水化合物，它為人類提供營養(yǎng)和熱量。,價格低廉（能量提供角度）,淀粉粒的特性,淀粉在植物細胞內(nèi)以顆粒狀態(tài)存在，故稱淀粉粒。,形狀：圓形、橢圓形、多角形等。,大小：0.001 0.15毫米之間，馬鈴薯淀粉粒最大，大米淀粉顆粒最小。 形狀和大小均隨植物的品種而改變,一、淀粉的化學結(jié)構(gòu),直鏈淀粉Amylose,葡萄糖以-1,4糖苷鍵連接而成的線性聚合物。聚合度：數(shù)百數(shù)千；相對分子質(zhì)量約為106左右；分子內(nèi)的氫鍵作用成右手螺旋狀，每個環(huán)含有6個葡萄糖殘基。,大多數(shù)含有0.3%0.5%的 -D-1,6糖苷鍵。 大多數(shù)淀粉含有25%左右的直鏈淀粉。 個別高直鏈玉

33、米淀粉的直鏈含量能達到52%及70%75%。 直鏈淀粉在水溶液中通常以三種形式存在： 一是分子呈彎曲性非常大的無規(guī)則線團結(jié)構(gòu)；二是間斷式螺旋結(jié)構(gòu)；三是螺旋形式存在。,支鏈淀粉Amylopectin,支鏈淀粉是一種高度分支的大分子。葡萄糖通過-1,4糖苷鍵連接構(gòu)成主鏈，支鏈通過 -1,6糖苷鍵與主鏈連接；聚合度數(shù)萬；分子量很大， 1075108,分支點 -1,6糖苷鍵占總糖苷鍵的4%5%。,大多數(shù)淀粉含有75%的支鏈淀粉（口感好）。 含有100%支鏈淀粉稱為蠟質(zhì)淀粉。 馬鈴薯淀粉含有磷酸酯基，因此略帶負電，在溫水中快速吸水膨脹，使其具有高粘度、透明度好以及老化速率慢的特性。,淀粉的主要性質(zhì),1、

34、淀粉的溶解性 淀粉分子間形成的氫鍵眾多，導致淀粉分子間作用力較強，在一般條件下無法破壞這些作用力，淀粉顆粒不溶于冷水。將干燥的淀粉放入冷水中，水分子進入淀粉粒的內(nèi)部，在非結(jié)晶區(qū)同一些親水基團作用，淀粉粒就會因吸收少量的水而產(chǎn)生溶脹作用，但不能破壞淀粉結(jié)晶的完整性。,馬鈴薯淀粉由于含有較多的磷酸基、顆粒較大，所以內(nèi)部結(jié)構(gòu)較松弛，溶解度相對較高。玉米淀粉由于顆粒小、結(jié)構(gòu)致密、同時含有較多的脂類化合物，抑制了淀粉的膨脹和溶解，溶解度相對較低。,提高淀粉溶解性的三種途徑：,（1）引入一些親水基團，增加淀粉分子與水分子間的相互作用，如化學改性淀粉； （2）改變淀粉分子的結(jié)構(gòu)方式，破壞淀粉粒，使原有的結(jié)晶

35、區(qū)不存在，如預糊化淀粉； （3）將淀粉水解，使分子變小、破壞淀粉的結(jié)構(gòu)，如糊精。,2、化學性質(zhì),無還原性 直鏈淀粉遇碘呈藍色，加熱則藍色消失，冷后呈藍色。 支鏈淀粉遇碘呈紫紅色,二、淀粉的糊化（Gelatinization）,淀粉粒在適當溫度（60 80 ）下，在水中溶脹，分裂，形成均勻的糊狀溶液的過程稱為糊化。 本質(zhì)：淀粉分子間的氫鍵斷開，淀粉分子分散在水中，微觀結(jié)構(gòu)從有序轉(zhuǎn)變成無序。此時，雙折射和結(jié)晶結(jié)構(gòu)完全消失，得到半透明的粘稠體系。 糊化后的淀粉又稱- 化淀粉，“即食”型的谷物制品的制造原理就是使生淀粉“化” 如：“方便面”、“方便米粉”等均是淀粉糊化后的產(chǎn)物，糊化后應瞬時干燥。,淀粉

36、在偏光下觀察，通常可以看到一個明顯的偏光十字，十字的交叉點與淀粉顆粒的臍點重合。 臍點：淀粉積累時，先形成淀粉的核心（臍點），然后環(huán)繞核心繼續(xù)積聚。因為有日夜交替的變化，淀粉沉積的疏密不同，因而顯出輪紋（層紋）。 當?shù)矸垲w粒糊化后，有序的結(jié)構(gòu)被打亂，偏光十字消失。,糊化溫度,指雙折射開始消失時的溫度到完全消失的溫度。糊化溫度不是一個點，而是一段溫度范圍。（DSC）,幾種糧食淀粉的糊化溫度（ ）,分子結(jié)構(gòu) 直鏈淀粉分子間存在的作用相對較大，直鏈淀粉含量高，淀粉難糊化； 水活度 Aw提高，糊化程度提高； 糖和鹽 高濃度的糖和鹽，使淀粉糊化受到抑制； 高濃度的糖可推遲糊化，提高糊化溫度。糖分子一方面

37、與淀粉分子爭奪水分子；另一方面阻礙淀粉分子分開。,影響淀粉糊化的因素,脂類 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，從而抑制淀粉糊化； pH值 大多數(shù)食品的PH在47， pH4時，淀粉水解為相對分子量較小的糊精而黏度降低，不利于糊化；對于高酸食品，為提高粘度和增稠，需采用交聯(lián)淀粉（改性淀粉，分子大，粘度大）或加糖。 PH=10時糊化加快，但對食品沒有意義。有人在煮粥時加少量堿，可加速糊化，但從營養(yǎng)角度上是不科學的。,淀粉酶： 淀粉原料中的內(nèi)源淀粉酶較耐熱，糊化初期由于溫度、水分適合致使酶發(fā)生催化作用，淀粉部分降解（稀化），使糊化加速。新米較

38、陳米稠湯好煮，就是因為前者酶活性高。,淀粉溶液經(jīng)緩慢冷卻或淀粉凝膠經(jīng)長期放置，會變?yōu)椴煌该魃踔廉a(chǎn)生沉淀的現(xiàn)象，被稱為淀粉的老化。,實質(zhì)是糊化后的淀粉分子又自動排列成序，形成高度致密的、結(jié)晶化的、不溶解性分子微束，分子間的氫鍵又恢復。,三、淀粉老化,Retrogradation,淀粉的老化是糊化的逆轉(zhuǎn)，但老化不會使淀粉徹底復原成生淀粉的結(jié)構(gòu)，與生淀粉相比，結(jié)晶化程度低 老化的淀粉與水失去親和力，不易為淀粉酶水解，嚴重影響食品的質(zhì)地 淀粉的凝沉作用，在固體狀態(tài)下也會發(fā)生，如冷卻的饅頭、面包或米飯，放置一定時間后，便失去原來的柔軟性，也是由于其中的淀粉發(fā)生了凝沉作用。,影響淀粉老化的因素,1、溫度

39、2-4易老化； 60或-20不易老化；-20以下，淀粉分子間的水分急速、深度凍結(jié)，形成微小冰晶，阻礙淀粉分子間的靠近。 2、水分 含水量3060%，易老化； 10%或過高均不易老化（淀粉分子難以流動、定向，或較高水分阻止淀粉分子間的氫鍵、靠近）。,3、結(jié)構(gòu) 直鏈淀粉比支鏈淀粉易老化，由于直鏈淀粉空間位阻小、分子直鏈，易平行定向靠攏而相互結(jié)合（氫鍵），更易老化。中等聚合度較長鏈易老化。 4、共存物的影響 極性脂類和乳化劑可抗老化（可與恢復螺旋結(jié)構(gòu)的直鏈淀粉形成包合物 ） 多糖（果膠例外）、蛋白質(zhì)等親水大分子，可與淀粉競爭水分子及干擾淀粉分子平行靠攏，從而起到抗老化作用。,凝膠化：一定濃度的淀粉糊

40、化液，在緩慢冷卻的過程中可形成具粘彈性和硬度的持水網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)淀粉凝膠。 淀粉凝膠化與老化間的區(qū)別：淀粉凝膠的連接區(qū)的形成，意味著淀粉分子形成結(jié)晶的開始。凝膠化是老化開始的前奏，當分子間有許多結(jié)合區(qū)迅速形成、少有可持水的網(wǎng)孔時，即達到了老化的程度。,在食品加工中防止淀粉老化的一種有效地方法：就是將淀粉（或含淀粉的食品）糊化后，在80的高溫迅速除去水分，或冷至0 以下迅速脫水。這樣淀粉分子已不能移動和相互靠近，成為固定的-淀粉。 -淀粉加水后，因無膠束結(jié)構(gòu)，水容易進入，淀粉分子迅速吸水，容易重新糊化。,四、淀粉水解,熱和酸的作用 酸（鹽酸或硫酸）輕度水解，少量糖苷鍵被水解 淀粉變稀，稱酸改性或變稀淀

41、粉；此時提高所形成凝膠的透明度，并增加凝膠強度（成膜劑和粘結(jié)劑） 酸水解程度加大 得到低粘度糊精（成膜劑和粘結(jié)劑、糖果涂層、微膠囊壁材）,目前淀粉水解的方法有：酸水解法、酶水解法和酸酶水解法。,酶水解法,淀粉水解的程度通常用DE值表示，DE值是指還原糖（按葡萄糖計）所占干物質(zhì)的百分數(shù)。 DE20的產(chǎn)品稱為麥芽糊精 DE值在2060的為淀粉糖漿,58% 42% 玉米糖漿,高果糖漿（軟飲料的甜味劑） 55%果糖,鈣離子交換樹脂,五、改性淀粉,天然淀粉經(jīng)適當?shù)幕瘜W處理、物理處理或酶處理，使某些加工性能得到改善，以適應特定的需要，這種淀粉被稱為改性淀粉。,定義,淀粉改性的方法,物理方法 主要采用高溫高

42、壓的的方法。只使淀粉的物理性質(zhì)發(fā)生改變。 如將糊化后的淀粉迅速干燥，即得預糊化淀粉。它可在冷水中溶解。,淀粉改性的方法,化學方法 氧化淀粉 淀粉分子中的羥基能夠被次氯酸鈉、雙氧水、臭氧等氧化物氧化為羧基。 優(yōu)點：粘度低，穩(wěn)定性高，不易老化，較透明。 用途：做增稠劑和糖果成型劑。,淀粉改性的方法,化學方法 酸降解淀粉 用H2SO4、HCL，使淀粉降解?？尚纬蔁岬木哂辛鲃有缘恼吵砗隣钗?，與未變性淀粉相比，熱糊的粘性降低。冷后可轉(zhuǎn)變成有一定強度的凝膠。 用途: 用于軟糖、果凍、糕點生產(chǎn)。,淀粉改性的方法,化學方法 淀粉衍生物（淀粉脂、淀粉醚、交聯(lián)淀粉） 淀粉脂：如淀粉磷酸酯（磷酸淀粉）、淀粉醋酸酯（

43、乙?；矸郏?淀粉醚：如羥甲基淀粉（CMS) 交聯(lián)淀粉（抑制淀粉）：淀粉在交聯(lián)劑（甲醛)作用下結(jié)合成更大分子，新的交聯(lián)化學鍵可增強保持顆粒結(jié)構(gòu)的氫鍵，限制了糊化時顆粒的膨脹。 優(yōu)點：降低糊化溫度，提高淀粉糊透明度，提高抗老化以及冷凍-解凍的穩(wěn)定性,淀粉改性的方法,化學方法 淀粉的接枝共聚物 淀粉可以與聚乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯醇共混制成淀粉塑料。 淀粉塑料有一定的生物降解性，對解決塑料制品造成的“白色污染”有很大的意義。,糖原,存在于動物體內(nèi)，又稱動物淀粉 其結(jié)構(gòu)類似于支鏈淀粉只是糖原的分支更多，分子量更大。 當動物血液中葡萄糖含量較高時，就會結(jié)合成糖原儲存于肝臟中。當葡萄糖含量降低時，糖原就可

44、分解成葡萄糖而供給機體能量。,第六節(jié) 纖維素 Cellulose,纖維素是植物細胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分，對植物性食品的質(zhì)地影響較大。 一、結(jié)構(gòu) 由-1,4-D-吡喃葡萄糖單位構(gòu)成。為線性結(jié)構(gòu)，由無定型區(qū)和結(jié)晶區(qū)構(gòu)成。,-1,4,人體不能產(chǎn)生分解纖維素的酶。一些食草動物消化道內(nèi)的共生微生物可以消化纖維素。,二、性 質(zhì),不溶于水,無還原性,水解比淀粉困難得多，需用濃酸或稀酸在一定壓力下長時間加熱水解。,三、改性纖維素,1.羧甲基纖維素 CMC：易溶于水，有粘性，其鈉鹽可做增稠劑,可與蛋白質(zhì)形成復合物，有助于蛋白質(zhì)食品的增溶，在餡餅、牛奶、蛋糊及布丁中作增稠劑和粘接劑。 在冰淇淋和其它冷凍食品中，可阻止

45、冰晶的形成。防止糖果，糖漿中產(chǎn)生糖結(jié)晶，增加蛋糕等烘烤食品的體積，延長食品的貨架期。,應用,2.甲基纖維素（Methylcellulose MC） 3.羥丙基甲基纖維素（Hydroxypropylmethylcellulose HPMC）,優(yōu)點：熱膠凝性、保濕性好。 用途：保濕劑、增稠劑、穩(wěn)定劑。,4. 微晶纖維素 用稀酸處理纖維素,可以得到極細的纖維素粉 末，稱為微晶纖維素。 在療效食品中作為無熱量填充劑。,半纖維素(Hemicellulose),一些與纖維素一起存在于植物細胞壁中的多糖物質(zhì)總稱。 構(gòu)成半纖維素單體的有：葡萄糖，果糖， 甘露糖， 半乳糖，阿拉伯糖，木糖，鼠李糖及糖醛酸。,果膠

46、,果膠物質(zhì)是植物細胞壁成分之一，存在于相鄰細胞壁間的胞間層中，起著將細胞粘在一起的作用，它使水果、蔬菜具有較硬的質(zhì)地。 結(jié)構(gòu)：D-吡喃半乳糖醛酸以-1,4苷鍵相連，通常以部分甲酯化存在。,高甲氧基果膠（HM）：分子中超過一半的羧基是甲酯化的，余下的羧基是以游離酸及鹽的形式存在，相當于甲氧基含量7% 低甲氧基果膠（LM，低果膠酯）：分子中低于一半的羧基是甲酯化型，相當于甲氧基含量7%,根據(jù)果蔬的成熟過程，分有三種形態(tài)：,原果膠 ： (protopectin） 未成熟的果實和蔬菜中高度甲酯化且不溶于水的果膠物質(zhì)。只存在于植物細胞壁中，它使果實，蔬菜保持較硬的質(zhì)地。 果膠：(Pectin) 羧基不同

47、程度甲酯化的果膠物質(zhì)，存在于植物汁液中，成熟果蔬的細胞液內(nèi)含量較多。 果膠酸：(Pectic acid) 完全不含甲酯基的聚半乳糖醛酸，在細胞汁中與Ca2+、Mg2+ 、K+ 、Na+等礦物質(zhì)形成不溶于水或微溶于水的果膠酸鹽。,未成熟果實細胞間含大量原果膠，與纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等在一起，組織堅硬。隨著成熟的進程,原果膠在聚半乳糖醛酸酶和果膠酯酶的作用下，水解成分子量較小的可溶于水的果膠,并與纖維素分離, 摻入細胞內(nèi)、果實組織變軟而有彈性。若進一步水解，則果膠發(fā)生去甲酯化，生成果膠酸。由于果膠酸不具有粘性，果實變成軟瘍的過熟狀態(tài)。,果膠是親水性膠狀物，其中HM在酸性（pH23.5）、蔗糖含

48、量6065%的條件下會生成凝膠，而LM與糖、酸即使比例恰當也難以形成凝膠，但它在Ca2+ 作用下可形成凝膠。 機制 蔗糖的作用脫水以減少膠粒表面的吸附水。促進形成鏈狀膠束，形成果膠分子間氫鍵。 pH23.5，阻止羧基離解，中和電荷，膠束結(jié)晶、凝聚而形成凝膠。,商業(yè)上生產(chǎn)果膠：以桔皮和蘋果渣為原料，在pH1.53，溫度60100提取，再用離子（Al3+）沉淀純化，使果膠形成不溶于水的果膠鹽，用酸性乙醇洗滌除去離子。 果醬和果凍的膠凝劑 酸奶的水果基質(zhì)，能阻止加熱時酪蛋白聚集 飲料和冰激凌的穩(wěn)定劑與增稠劑,魔芋葡甘露聚糖,由D-甘露糖與D-葡萄糖通過-1,4糖苷鍵連接而成。 魔芋葡甘露聚糖能溶于水，形成高黏度的假塑性溶液。其高親水性、膠凝性和成膜性，用于制作魔芋食品和仿生食品（蝦仁、肚片、魷魚等）、果凍、果醬、糖果、食品保鮮膜；在乳制品、冰激凌、肉制品和面包中作增稠劑和穩(wěn)定劑。 小腸內(nèi)無此多糖的分解酶，故幾乎不能被消化，可作減肥食品。,膳食纖維,膳食纖維是一種不能被人體消化的碳水化合物，由兩部分組成。一部分是不溶性的植物細胞壁材料，主要是纖維素與木質(zhì)素（復雜的酚類聚合物），另一部分是非淀粉的水溶性多糖，