食品化学碳水化合物部分

1、第三章：碳水化合物 食品化学食品化学一、一、 褐变褐变 褐变褐变(browning)是食品加工最普遍存在的一种变色是食品加工最普遍存在的一种变色现象。在一些食品加工中适当的变色是需要的，如面包、现象。在一些食品加工中适当的变色是需要的，如面包、红茶等加工；而另一些食品加工出现褐变则是不利的，红茶等加工；而另一些食品加工出现褐变则是不利的，如果蔬的加工、鱼片的加工等。如果蔬的加工、鱼片的加工等。第五节第五节 碳水化合物在食品加工贮藏中的变化碳水化合物在食品加工贮藏中的变化褐变分类褐变分类酶促褐变酶促褐变 以多酚氧化酶催化，使酚类物质氧化为醌以多酚氧化酶催化，使酚类物质氧化为醌非酶褐变非酶褐变是指

2、由于各种非酶原因引起的化学反应而是指由于各种非酶原因引起的化学反应而造成的褐变，非酶褐变反应的机制一般可造成的褐变，非酶褐变反应的机制一般可分成分成4种类型：种类型：焦糖化反应、美拉德反应、焦糖化反应、美拉德反应、抗坏血酸氧化分解反应、多元酚氧化缩合抗坏血酸氧化分解反应、多元酚氧化缩合反应。反应。1. 美拉德反应美拉德反应1.1 定定 义义 食品在油炸、焙烤、烘焙等加工或贮藏过程中，食品在油炸、焙烤、烘焙等加工或贮藏过程中，还还原糖原糖（主要是葡萄糖）同（主要是葡萄糖）同游离氨基酸游离氨基酸或蛋白质分子中或蛋白质分子中氨氨基酸残基基酸残基的游离氨基发生的游离氨基发生羰氨反应羰氨反应，产生有色大

3、分子，产生有色大分子，这种反应被称为美拉德反应。这种反应被称为美拉德反应。1.2 美拉德反应步骤： 缩合(Condensation) - 羰氨缩合 重排(Rearrangement)-烯醇化反应(Enolization) 生成氨基醛糖或氨基酮糖 斯特克勒尔降解(Strecker degradation)-产生风味物质，如吡嗪(肉香味) 破碎(Fragmentation) 聚合(Polymerization)-产生类黑精(褐黑色)1.2.1 初始阶段p 还原性羰基和氨基首先发生加成反应，生成羰胺化合物，然后相邻的羟基和氨基之间脱去一份子水生成席夫碱(Schiff),由于席夫碱的C=N双键是一个极

4、性不饱和共价键，遇到分子内的其他位置合适的羟基则反应形成醛糖基胺或酮糖基胺，最后这些含有羟基的糖基胺分别经过分子重排生成氨基酮糖或氨基醛糖。p 一般情况下，醛糖生成的是氨基酮糖，酮糖则生成氨基醛糖。羰基羰基氨基氨基羰胺化合物羰胺化合物席夫碱席夫碱醛羰基胺醛羰基胺醛基醛基氨基氨基羰胺化合物羰胺化合物席夫碱席夫碱醛糖基胺醛糖基胺氨基酮糖氨基酮糖加成反应加成反应脱水反应脱水反应缩合反应缩合反应阿马多利重排阿马多利重排 1.2.2 斯特克勒尔反应v 氨基酮糖或氨基醛糖进一步发生反应，生成许多的羰基或羰基衍生物如羟甲基糠醛和还原酮。 羟甲基糠醛的积累与褐变速度关系密切，还原酮的性质活泼，能与氨基酸反应，

5、生成新的羰基化合物，这种反应称为斯特克勒尔反应。v -氨基酸与-二羰基化合物反应时， -氨基酸氧化脱羧生成比原来氨基酸少一个碳原子的醛，氨基与二羰基化合物结合并缩合成吡嗪。羟甲基糠醛羟甲基糠醛醛基醛基氨基氨基席夫碱席夫碱氨基酮糖氨基酮糖醛羰基胺醛羰基胺二羰基化合物二羰基化合物甲基二羰基化合物甲基二羰基化合物2, 3 烯二醇烯二醇初初始始阶阶段段中中间间阶阶段段还原酮还原酮1.2.3 最后阶段p 多羰基不饱和衍生物，一方面进行裂解反应，产生多羰基不饱和衍生物，一方面进行裂解反应，产生挥发性挥发性化合物化合物；另一方面又进行聚合反应，产生褐黑色的；另一方面又进行聚合反应，产生褐黑色的类黑精类黑精，

6、从而完成整个美拉德反应。从而完成整个美拉德反应。p 特点特点:产生产生焦糖色和烤肉的焦糖色和烤肉的香味香味(caramel-like and roasted aromas develop); 产生胶质、水不溶的产生胶质、水不溶的褐黑色褐黑色类黑精类黑精(colloidal and insoluble melanoidins);产生产生荧光性荧光性(fluorescence);生成具有生成具有还原性还原性(reducing power)的还原酮的还原酮(reductone)。1.3 美拉德反应结果v 有益的(Desirable): 面包外壳、糖浆(syrup)、肉(meat)上色 风味: 咖啡(

7、coffee), 可可(cocoa), 肉(meats) 抗氧化(Antioxidants)v 不利的(Undesirable): 加工或是贮藏过程中变色 加工或是贮藏过程中变味 导致营养损失如:必需氨基酸（尤其赖氨酸）、维生素 Vc 降低食品的可消化性(digestibility) 产生毒性(Toxicity )或突变性(mutation)1.4控制食品加工贮藏中美拉德褐变的意义：（1）褐变产生深颜色及强的香气和风味，可以使有益的或有害的。如果汁热加工时为保持其新鲜水果风味，需阻止褐变；而焙烤面包时，要利用褐变；酱油的制作；烤鸭制作；烟叶的烘焙等等。（2）为了防止营养成分损失，特别是必须氨基

8、酸如赖氨酸的损失，需要避免发生褐变反应。大豆粉或大豆离析物（大豆植物蛋白提取物）与D-葡萄糖一起加热时，大豆蛋白质中的赖氨酸将会大量损失，同样对于谷物焙烤食品、面包和豆类焙烤制品也会引起损失。（3）有报道美拉德反应会形成某些致突变产物。1.5 利用美拉德反应调制感官质量利用美拉德反应调制感官质量不同加工方法：不同加工方法： 土豆土豆 大麦大麦 水煮水煮 125种香气种香气 75种香气种香气 烘烤烘烤 250种香气种香气 150种香气种香气 控制原料：控制原料： 核糖核糖+半胱氨酸：烤猪肉香味半胱氨酸：烤猪肉香味 核糖核糖+谷胱甘肽：烤牛肉香味谷胱甘肽：烤牛肉香味 控制温度：控制温度： 葡萄糖葡

9、萄糖+缬氨酸：缬氨酸： 100150 烤面包香烤面包香 180 巧克力香巧克力香（1）温度 热反应过程，温度越高，反应时间越长，反应进行的程度越大。温度相差10，褐变反感应的速度相差3-5 倍。如酿造酱油温度每升高5，着色度提高35.6%。 一般在30以上，褐变速度较快，而在20 以下，褐变较慢。 将食品在10 下冷藏，可较好地防止褐变反应的发生。1.6 影响美拉德反应的因素（2）底物结构和浓度 对于不同的还原糖，反应活性大致有以下顺序：五碳糖六碳糖，醛糖酮糖，单糖二糖； 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。 在胺类化合物中：胺氨基酸多肽蛋白质，而在氨基酸中，碱性氨基酸

10、酸性氨基酸； 对于-NH2氨基酸，碳链越短的氨基酸反应性强，但氨基在位或末端的比在位的反应快，由于末端-NH2的空间位阻较小 。 美拉德反应的速度与底物浓度成正比，不过在极高的蛋白质含量时（此时含水量极低），反应很难进行，这时反应速度有水分活度控制，因此反应速度下降。（3）水分 在中等水分含量时反应速度最大。 例如：食品中水分在1015时，褐变反应易于进行。 原因： 过高的水含量，对美拉德反应的底物产生稀释作用，降低反应速度 过低的水含量，造成水分活度低，从而降低反应速度（4）酸碱度 pH5时，褐变反应进行的程度小 原因： 此时，氨基酸或蛋白质的氨基被质子化，以-NH3+形式存在，妨碍了氨基与

11、还原糖反应形成糖基胺。 随着， pH的增加，氨基被游离出来，褐变反应速度随之加快，在pH89时，反应速度较快。（5）金属离子 Fe3+、Cu2+ 等对美拉德反应有促进作用， Fe3+ 比Fe2+更加有效地促进褐变反应。 Mn2+、Sn2+等离子对美拉德反应存在抑制作用2.焦糖化反应焦糖化反应2.1 定义定义 糖类在没有含氨基化合物存在的条件下，加热到其糖类在没有含氨基化合物存在的条件下，加热到其熔点以上温度时，会生成黑褐色色素物质，这种反应熔点以上温度时，会生成黑褐色色素物质，这种反应称焦糖化反应。称焦糖化反应。 糖类在受热情况下，生成两类物质：一类是糖的脱糖类在受热情况下，生成两类物质：一类

12、是糖的脱水聚合物，即焦糖或称酱色物；一类是裂解产物，是一水聚合物，即焦糖或称酱色物；一类是裂解产物，是一类挥发性醛、酮类物质。类挥发性醛、酮类物质。 2.2焦糖化结果焦糖化结果蔗糖通常被用来制造焦糖色素和风味物蔗糖通常被用来制造焦糖色素和风味物n耐酸焦糖色素：水溶液耐酸焦糖色素：水溶液pHpH为为pH2-4.5pH2-4.5n亚硫酸氢铵催化产生亚硫酸氢铵催化产生n应用于可乐饮料、酸性饮料，生产量最大应用于可乐饮料、酸性饮料，生产量最大 n焙烤食品用色素：水溶液焙烤食品用色素：水溶液pHpH为为4.2-4.84.2-4.8n糖与胺盐加热，产生棕红色糖与胺盐加热，产生棕红色n啤酒用焦糖色素：水溶液

13、的啤酒用焦糖色素：水溶液的pHpH为为3-43-4n蔗糖直接热解产生棕红色蔗糖直接热解产生棕红色n应用于啤酒和其它含醇饮料应用于啤酒和其它含醇饮料2.32.3三种商品化焦糖色素三种商品化焦糖色素 3、抗坏血酸褐变v 柑桔类果汁在贮藏中色泽变暗，放出CO2，是抗坏血酸自动氧化分解为糠醛和CO2 ，而糠醛与胺基化合物又可发生羰氨反应。4. 抑制非酶褐变的方法 隔氧法。阻止由于与氧接触发生氧化而引起的褐变，如选用隔氧的包装材料、采用吸氧剂、充氮等方法。 低温冷藏法。阻止由高温加热引起的热褐变，温度每升高10 oC，褐变速度增加3-5倍，可以通过低温冷藏来抑制。 降低水分活度法。水分活度0.6时，很容

14、易引起褐变。 降低pH值法。在pH3.0时，随着pH值的升高，非酶褐变加快，易褐变，因此调节pH值3.0为宜。 添加添加剂法。常用的添加剂有亚硫酸及其钠盐、硫醇化合物等，可与褐变中间体羰基化合物相结合，从而阻止其发生聚合反应，最终抑制食品的非酶褐变。二、 碳水化合物与食品的品质 淀粉玻璃化转变对食品品质的影响 淀粉的性质和结构是随着食品加工和贮藏条件的不同而呈现出多样性，所以淀粉的玻璃化转变对以淀粉为主的原料的质构和货架寿命都有显著的影响。例如面包的老化、小吃食品的松脆性、微胶囊包埋等都与淀粉的玻璃化转变有关。 淀粉磷酸酯对食品品质的影响 淀粉磷酸单酯的分散液具有透明、黏度高、抗老化、稳定性好

15、、保水性和冻融性强的性能，在食品中可以起到增黏和保型的作用。例如淀粉磷酸酯在食品工业中可以用作增稠剂、稳定剂及乳化剂等。 氧化玉米淀粉磷酸酯对食品品质的影响 食品中添加适量的氧化玉米淀粉磷酸酯后，能使面糊的析水率降低、冻融稳定性增强。同时，氧化玉米淀粉磷酸酯可以防止制品炸制时水分蒸发，口感变硬。添加适量的氧化玉米淀粉磷酸酯还可以有效地改善食品的弹性、韧性和硬度。 麦芽糊精对食品品质的影响 麦芽糊精广泛应用在糖果、麦乳精、果茶、奶粉、冰欺凌、饮料、罐头及其他食品中。麦芽糊精可以用作填充料和增稠剂，具有改善风味，提高溶解性能，增强稠度，降低甜度的作用，同时还可以预防龋齿、肥胖病、高血压、糖尿病等。 醋酸木薯淀粉对食品品质的影响 醋酸木薯变性淀粉具有糊化温度低、糊丝长、透明度高、膜柔软光亮等特性。将其用于方便面制作过程中可赋予面条光洁平滑的外表、爽滑的口感并可提高面身的筋斗性，且不浑汤，不断条。 抗性淀粉对食品品质的影响 抗性淀粉是指不能被人体消化吸收的淀粉类物质，在食品中的作用类似于食用纤维。将抗性淀粉添加到饼干制品中，可以增加产品的疏松度，改善产品的口感、风味和品质；在软糖中添加抗性淀粉可以延长产品的储存期；采用低度氧化淀粉包裹在油炸食品的表面，可以增加调料的附着性，