西北农林科技大学第三章碳水化合物.ppt

第三章碳水化合物 Carbohydrates 李巨秀食品学院食品化学教研组 一 碳水化合物 Carbohydrates 多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物 1 分类Classification 1 按组成分 单糖 Monosaccharides 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 Oligasaccharides 由2 10个单糖分子缩合而成 水解后生成单糖 多糖 Polysaccharides 由许多单糖分子缩合而成 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 低聚糖可促小孩肠道双歧杆菌生长 促消化 3 糖类化合物的结构 StructureofCarbohydrates 1 单糖 Monosaccharides 醛糖 GlucoseMolecule 酮糖 甘油醛 AllSugarsfromNaturalSourcesareD Sugars Thatis thestereocentermostremotefromthealdehydegroupisontheright NoCorrelationbetweenD andL andopticalrotation DISACCHARIDES MaltoseisaReducingSugar PositiveTestforFehlings Benedicts Tollen s OnemoleAcid Hydrolysedorbya glycosidaseenzymeto2molesofD glucose a GlycosidicLinkage SucroseisTablesugar isaNon ReducingSugar NegativeTestforFehlings Benedicts Tollen s OnemoleAcid Hydrolysedorbysucraseenzymeto1moleofD glucoseandD fructose DehydrationSynthesisVs Hydrolysis Carbohydrates Disaccharidesordoublesugars Figure2 13b 环状糊精Cyclodextrin 又名沙丁格糊精 SchardingerDextrin 由环状 吡喃葡萄糖苷构成 聚合度为 分别成为 环状糊精 3 应用 医学用环状糊精包接前列腺素的试剂 注射剂 卞基青霉素 环糊精 农业应用在农药上 食品行业做增稠剂 稳定剂 提高溶解度 做乳化剂 掩盖异味等 Suntoryltcl已获得粉状醇饮料的应用专利 A 食品保鲜 将 和其它生物多糖制成保鲜剂 涂于面包 糕点表面可起到保水保形的作用 B 除去食品的异味 鱼品的腥味 大豆的豆腥味和羊肉的膻味 用 包接可除去 C 作为固体果汁和固体饮料酒的载体 化妆品作乳化剂 提高其稳定性 减轻对皮肤的刺激作用 其它方面香精包含在环状糊精制成的粉末 而混合到热塑性塑料中 可制成各种加香塑料 玩具及工艺品 如tide 汰渍 洗衣粉留香 可经 包接香精后添加到洗衣粉中 在食品工业中的应用 保持食品香味的稳定食用香精和稠味剂用 包接 用于烤焙食品 速溶食品 速食食品 肉食及罐头食品 可使之留香持久 风味稳定 如食用香精玫瑰油 茴香脑等易挥发 易氧化 用 包接后香味的保持得到改善 保持天然食用色素的稳定如 虾黄素经 的包接 提高对光和氧的稳定性 小分子糖的工艺特性 1 相对甜度甜度是糖的重要性质 但没有正确的物理及化学方法可加以评定 只能利用人的味觉来加以比较 通常以5 或10 的蔗糖水溶液在20 时的甜度为1 比较与其他糖在相同温度下的甜度 把这种相对甜度叫做比甜度 2 溶解度糖的溶解度对食品的加工有重要意义 不同的糖其溶解度是不相同的 各种糖的溶解度虽然不同 但都是随着温度的升高而增大 因此在生产上使用温水和沸水熔化糖 在糖果工业中大量使用蔗糖 如果在蔗糖中加入转化糖 其溶解度比单纯蔗糖更大 增强抗结晶能力 这一原理常用于硬糖的生产 在有些糖果的生产中 如果加入适量的溶解度较低的乳糖 采用适当的加晶技术提高结晶度 可使糖果变得松脆 这种技术应用于生产砂质软糖 3 结晶性质蔗糖极易结晶 晶体能生长很大 葡萄糖也容易结晶 结晶体细小 果糖难结晶 淀粉糖浆 低聚糖和糊精的混合物不能结晶 并能防止蔗糖结晶 利用糖的结晶性质可以制造冰糖 酒心糖 各种硬糖和软糖 4 吸湿性和保湿性吸湿性是指在较高的空气湿度的情况下吸收水分的性质 保湿性是指在较低空气湿度下保持水分的性质 糖的这种性质对于保持食品的柔软性和贮存 加工都具有重要意义 蔗糖和淀粉糖浆与果糖相比 其吸湿性较低 转化糖浆吸湿性高 因为后者含有大量的果糖 因此在饼干 糕点等食品中广泛应用 山梨醇的保湿性好 能使糖果造很长时间里保持柔软 乳糖的吸湿性较低 常用作糖块的糖衣料 在潮湿温暖的环境下涂挂糖衣 防止糖块的溶化现象 5 渗透压较高浓度的糖液具有渗透压 因此可以利用渗透压使食品脱水 以降低水分活性 抑制微生物的发育来提高食品的贮藏性和风味 多数微生物在堂浓度在50 左右就可停止生长 但某些酵母菌和霉菌还能生长 由于渗透压和溶质的浓度成正比 从同一质量的各种糖类的防腐效果来看 相对分子量小的糖防腐效果好 在选用糖时要注意糖的溶解度 如果使用还原糖长期保存食品时 应注意溶解度变小的葡萄糖结晶析出 6 粘度糖浆的粘度对食品的品质具有重要意义 葡萄糖和果糖的粘度较蔗糖低 淀粉糖浆的粘度较高 糖浆的粘度是随着温度的变化而改变的 在一定的范围内 温度升高 粘度降低 温度降低 粘度增加 在一定粘度范围内可以使由糖浆熬煮而成的糖膏具有可塑性 以适应糖果工艺中拉条和成型的需要 在制作蛋糕时 可利用糖浆的粘度稳定蛋白的气泡 7 抗氧化性糖液具有抗氧化性 有利于各种糕点中的油脂的氧化酸败 8 发酵性利用糖的发酵性是生产葡萄酒 啤酒 黄酒和面包的基础 单糖在食品贮藏与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 在室温下 稀酸对单糖的稳定性无影响 当酸的浓度大于12 的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为复合反应 是水解反应的逆反应 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 褐变反应BrowningReaction氧化褐变 以多酚氧化酶催化 使酚类物质氧 酶褐变 化为醌非氧化褐变焦糖化反应PhenomenaofCaramelizati 非酶褐变 麦拉德褐变反应MaillardReaction 焦糖化现象 PhenomenaofCaramelization 在无水 或浓溶液 条件下加热糖或糖浆 用酸或铵盐作催化剂 生成焦糖的过程 称为焦糖化 A 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 生成焦糖或酱色环内缩合或聚合裂解产生的挥发性的醛 酮经 缩合或聚合 产生深色物质 B 反应条件催化剂 铵盐 磷酸盐 苹果酸 延胡索酸 柠檬酸 酒石酸等 无水或浓溶液 温度150 200 SugarTemperature Fructose110Galactose160Glucose160Maltose180Surcrose180 C 性质焦糖是一种黑褐色胶态物质 等电点在pH3 0 6 9 甚至低于pH3 粘度100 3000cp 浓度在33 38波美度pH在2 6 5 6较好 D 三种色素及用途NH4HSO4催化耐酸焦糖色素 可用于可口可乐 NH4 2SO4催化啤酒美色剂加热固态焙烤食品用焦糖色素 MaillardReactioncommonbrowningoffoodsonheatingoronstorageisusuallyduetoachemicalreactionbetweenreducingsugars mainlyD glucose andafreeaminoacidorafreeaminoacidthatispartofaproteinchain ThisactioniscalledtheMaillardreaction MaillardBrowning thesequenceofeventsthatbeginswithreactionoftheaminogroupofaminoacidswithaglycosidichydroxylgroupofsugars thesequenceterminateswiththeformationofbrownnitrogenouspolymersormelanoidins JohndeMan OccursbetweenreducingsugarsandaminesathightemperaturesProducesflavorProducescolorProducesantioxidantproductsProducestoxicproductsDestroysnutrients lysine OpenchainD glucose Aminocompound OpenchainD glucose OpenchainD glucose ThisspeciesisunstableandwilllosewatertoproducetheopenchainformoftheglycosylaminewithaC Ndoublebond Lossofwater Openchainglycosylamine Waterofdehydration RearrangementofthiscompoundwillyieldtheAmadoricompound ThissequenceofreactionsisknownastheAmadorirearrangement Openchainglycosylamine Openchainglycosylamine OpenchainAmadoricompound AttackbyO 6onthecarbonylgroupwillclosetheringproducinga1 deoxy 1 amino D fructopyranosecompound theAmadoriproduct OpenchainAmadoricompound TheAmadoricompound a1 deoxy 1 amino D fructopyranose Additionofanaminetoanaldose Streckeraldehydes PolymerizePyrolyticproducts Amines DH ACrucialIntermediate SugarPyrolyticProducts maltol isomaltol StreckerDegradation Richnutty meatyflavors Asparagine Streckeraldehyde Acrylamide MutagensfromtheMaillardReaction ControlSteps RapidlyacceleratedbytemperatureSignificantaccelerationatintermediatewateractivitiesSugartypePentose hexose disaccharide polysaccharideproteinconcentration freeamines Inhibitedbyacidaminesareprotonatedandusedup pHdropsSulfurdioxide InhibitionbySulfite SO3 DHDSH A 反应机理 过程 反应分为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 B 条件 氨基酸和还原糖及少量的水参与C 产物 色素 类黑精 风味化合物 如麦芽酚 乙基麦芽酚 异麦芽酚D 特点随着反应的进行 pH值下降 封闭了游离的氨基 还原能力上升 还原酮产生 420nm 490nm处有吸收褐变初期 紫外线吸收增强 伴随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 E 影响Maillard反应因素糖的种类及含量a 五碳糖 六碳糖b 单糖 双糖c 还原糖含量与褐变成正比氨基酸及其它含氨物种类a 含S S S H不易褐变b 有吲哚 苯环易褐变c 碱性氨基酸易褐变d 氨基在 位或在末端者 比 位易褐变 温度升温易褐变 水分褐变需要一定水分 pH值pH4 9范围内 随着pH上升 褐变上升当pH 4时 褐变反应程度较轻微pH在7 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 F Maillard反应对食品品质的影响不利方面营养损失 特别是必须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 G Maillard反应在食品加工的应用a 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 袋子里放上高效干燥剂 如SiO2等 应用SO2硫处理对防止酶褐变和非酶褐变都很有效 保持低pH值常加酸 如柠檬酸 苹果酸 其它的处理热水烫漂除去部分可溶固形物 降低还原糖含量 冷藏库中马铃薯加工时回复处理 Reconditioniny 钙处理如马铃薯淀粉加工中 加Ca OH 2可以防止褐变 产品白度大大提高 b 利用Maillard反应在面包生产 咖啡 红茶 啤酒 糕点 酱油等生产中 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 谷胱甘肽 烤牛肉香味 控制温度葡萄糖 缬氨酸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 斯特勒克降解反应在褐变反应中有二氧化碳的放出二氧化碳产生的原因 过程 在二羰基化合物存在下 氨基酸可发生脱羧 脱氨作用 成为少一个碳的醛 氨基则转移到二羰基化合物上 该反应称为斯特勒克降解反应 通过同位素示踪法 发现斯特勒克降解反应在褐变反应体系中即使不是唯一的 也是主要的产生二氧化碳的来源 多糖Polysaccharides StarchComposition Amylose Lineara 1 4glucosechain DP 180 320 MW 106 Branchapproximatelyevery200glucoseunitsAmylopectin Lineara 1 4chainwithana 1 6branchapproximatelyevery20glucoseunits MW 108Amylose amylopectin 1 3WaxystarchesallamylopectinHighamylosemutantsupto70 amylose AmyloseStructure AmylopectinStructure GranuleStructure AmylopectininGranules 淀粉Starch 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 多角形等 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衍射现象 Visco Amylo Graph ViscoAmyloGraph Time Viscosity 65oC 90oC 30oC heating constanttemperature StarchIngredients MustbecookedGelslowlyShowsyneresisBreakdownundershearBreakdownunderacidconditionsFormscomplexes StructureofPolysaccharides 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中 而直链淀粉不能 直链淀粉能溶于热水 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 Gelatinization 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被称为糊化 其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时的温度 糊化温度不是一个点 而是一段温度范围 Starchgranulescontainbothlinearamyloseandbranchedamylopectin Raw uncookedstarchgranulesheatedinwater Swellingisevident Noticelossofamylosefromthegranules Gelatinizationandpastingarecomplete Nowwestarttoco