食品化学碳水化合物

1、食品化学第二章 碳水化合物碳水化合物的分类小分子糖的物理和化学性质淀粉的结构和淀粉粒淀粉的糊化和老化淀粉和纤维素的改性植物胶质的结构和性质碳水化合物结构与功能的关系1食品中的碳水化合物及分类碳水化合物作为生物体的主要结构成分，其含量、种类和存在状态对食品的外观、质地、风味和保藏性关系极其密切。碳水化合物按照分子大小，可分为单糖、低聚糖和多糖三类。前两者为小分子，后者为大分子物质。2举例：食品中的碳水化合物各种粮食谷粒含碳水化合物70%以上多数干豆类含碳水化合物60%左右各种水果含碳水化合物10%左右牛奶中含碳水化合物45%甜饮料中含碳水化合物10%左右果酱、果脯等含碳水化合物60%以上甜点心含

2、碳水化合物5070%3表：碳水化合物的分类4小分子碳水化合物单糖 多羟基醛或多羟基酮己糖 葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖戊糖 阿拉伯糖，木糖，核糖低聚糖 210个糖基组成双糖 蔗糖，乳糖，麦芽糖棉子糖，水苏糖低聚果糖，低聚异麦芽糖，低聚半乳糖，低聚木糖等单糖均可消化吸收，而低聚糖有的可以消化，有的则是膳食纤维51 单糖和可消化二糖的结构和性质单糖在水中的结构和旋光性物理性质化学性质6Fisher Projection of Hexose葡萄糖glucose果糖fructose甘露糖mannose7A 单糖在水中的结构戊糖和己糖在水中形成环状结构，其中5位上的羟基与醛基发生半缩醛反应，形成一个半缩

3、醛羟基。因这个半缩醛羟基的方向不同，糖环有和两种结构。为了达到水中结构的最大稳定性，单糖在水中多呈现椅式结构，以降低分子内基团的静电斥力和空间阻力。8图：吡喃葡萄糖(glucose)的结构-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖9图：蔗糖(sucrose)的结构蔗糖由1分子-D-葡萄糖和一分子-D-果糖以1，1键构成，为非还原糖。10图：麦芽糖(maltose)的结构麦芽糖由2分子-D-葡萄糖以-1，4键构成，为还原糖。11B 小分子糖的物理性质甜度sweetness旋光性rotation溶解度solubility吸湿性和保湿性moisture retention结晶性crystallization粘

4、度和质地viscosity and texture12甜度比甜度：受到分子结构、分子量、水中结构的影响。D-葡萄糖以型较甜，D-果糖以型较甜。各种常用糖的比甜度比较：果糖蔗糖=转化糖葡萄糖乳糖13表：一些碳水化合物的甜度糖类相对甜度糖类相对甜度糖类相对甜度蔗糖1.0麦芽糖醇0.7-0.9果葡糖浆(42%)0.9-1.0果糖1.2-1.7山梨糖醇0.5-0.7果葡糖浆(55%)1.0-1.1葡萄糖0.7-0.8半乳糖醇0.6果葡糖浆(90%)1.2-1.6麦芽糖0.4-0.5甘露糖醇0.7淀粉糖浆(30DE)0.3-0.35甘露糖0.6木糖醇0.9-1.2淀粉糖浆(42DE)0.45-0.5半乳

5、糖0.5棉子糖0.23淀粉糖浆(54DE)0.5-0.55乳糖0.2-0.4转化糖1.0淀粉糖浆(62DE)0.6-0.7资料来源：Jane Bowers, Food Theory and Appications, 199214旋光性戊糖和己糖都含有手性碳原子，具有旋光性。可利用此性质鉴定单糖或二糖。表：各种糖在20下的比旋光度p48葡萄糖也称为右旋糖（+52.2），果糖也称为左旋糖(-92.4)。蔗糖为+66.5，水解成果糖和葡萄糖的混合液为-19.9，因此称这种水解液为转化糖。15溶解度糖具有多个亲水的羟基，因此具有较好溶解性。温度升高则溶解度增大。各种糖的溶解度比较：果糖转化糖蔗糖葡萄糖

6、乳糖溶解度与糖的保藏性有关。溶解度大则可更好地降低水分活度，从而达到防腐要求。16表：几种糖在不同温度下的溶解度资料来源：黄梅丽等，食品化学，198617吸湿性和保湿性吸湿性是从空气中吸收水分的性质。保湿性是空气湿度低时保持水分的性质。各种糖的吸湿性和保湿性比较：果糖=转化糖蔗糖=葡萄糖乳糖需要柔软的食品可以用高保湿糖，干脆食品就要用低吸湿性糖。18表：几种糖在不同温度下的吸湿性资料来源：Jane Bowers, Food Theory and Applications, 199219结晶性在浓度高或温度低时析出结晶的性质。结晶性与保湿性基本上顺序相反。葡萄糖晶体细小，蔗糖晶体较大。乳糖易结晶

7、，果糖和转化糖难以结晶。20C 小分子糖的化学性质单糖的结构特点是多羟基醛或多羟基酮，其醛基、羟基功能团可发生相应的反应，如氧化和还原、缩醛化反应、成酯、成醚等。此外，还有一些和食品性质相关的重要反应美拉德反应焦糖化反应这里重点讲和食品有关的反应。21美拉德反应(羰胺褐变)美拉德反应也称羰氨反应，或非酶褐变反应美拉德反应在食品中的意义美拉德反应的机理美拉德反应的影响因素22食品中的Maillard reaction美拉德反应在食品中是产生色泽和香气的重要来源。焙烤食品的红褐色、烤肉的棕红色、松花蛋的褐色、啤酒的黄色、酱类的褐色等均来自美拉德反应。23美拉德反应的机理初期：羰胺缩合与分子重排，产

8、物为2-氨基-2-脱氧酮糖，无色中期：重排产物降解，脱水生成羟甲基糠醛，重排成还原酮，或发生Strecker降解反应；有色但颜色浅末期：醇醛缩合，并进一步聚合，生成高分子黑色素。24美拉德反应初期 IR-NH2-H2O初始产物：雪夫碱 氮代葡萄糖基胺25美拉德反应初期 II+H+-H+第一阶段产物：1-氨基-1-脱氧-2-酮糖26美拉德反应：Amadori分子重排重排产物：环式果糖胺27美拉德反应：Heyenes分子重排重排产物：2-氨基-2-脱氧葡萄糖28美拉德反应中期 I-H2O+H+29美拉德反应中期 II-R-NH2-H2O-H2O-H2O中期产物：羟甲基糠醛30羟甲基糠醛hydrox

9、yl methyl furfural羟甲基糠醛积累之后很快发生褐变。因此测定HMF是预测褐变速度的指标。可以用分光光度法测定。31美拉德反应：产生风味物质美拉德反应中，果糖基胺还可能发生2,3烯醇化而重排成为还原酮的反应还原酮与醛类作用，发生Strecker降解产生杂环类风味物质，如吡咯、吡嗪、吡啶等。也可能降解产生其它小分子风味物质如二乙酰、乙酸等。32美拉德反应的影响因素羰基化合物的影响：戊糖己糖，己糖中半乳糖甘露糖葡萄糖。Vc易褐变。氨基化合物的影响：胺类氨基酸蛋白质，碱性氨基酸其他氨基酸，Lys最快反应物浓度的影响：反应速度与浓度成正比水分活度：Aw0.60.9之间较快脂肪氧化：脂肪氧

10、化快时速度加快33美拉德反应的影响因素(续)pH值的影响：pH3以上随pH上升而加快金属离子的影响：三价铁和二价铜催化褐变，钙离子和氨基酸沉淀而抑制褐变温度的影响：温度系数3-5，温度升高则褐变加快。预防措施：除去糖，加入亚硫酸盐，降温，调整pH酸性，调整水分活度低于0.634焦糖化反应(caramelization)没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上时，糖发生脱水与降解，形成褐色物质的反应为焦糖化反应。产物包括焦糖(caramel)和聚合产生的黑色素即焦糖色素。焦糖化反应在碱性条件下加快，低水分活度加快。有机酸可催化焦糖形成。35表：几种糖的性质比较36氧化还原反应糖可以被氧化成酸、

11、二酸或糖酸。这个反应可以区别各种糖。弱氧化产物葡萄糖酸加热生成D-葡萄糖酸-内酯。糖可以催化加氢还原成糖醇。糖醇是一类功能性甜味剂。37糖催化加氢生成糖醇H38糖氧化生成糖酸葡萄糖葡萄糖酸-内酯葡萄糖酸O39酸和碱中的反应稀碱当中通过烯醇式异构体发生异构化。浓碱下发生分解生成小分子糖醇醛酸等，以及糖精酸类。弱酸性条件下加温发生聚合反应生成低聚糖强酸性条件下加热脱水生成糠醛类物质40图：弱碱中的烯醇式异构化412 低聚糖命名法 -D-吡喃半乳糖基-(1-4)-D-吡喃葡糖苷褐变性：较单糖小。粘度：比单糖高。抗氧化性：减少溶氧而保护Vc。发酵性：低于单糖。吸湿性：低于单糖。42功能性低聚糖棉子糖水苏糖低聚果糖：双歧因子，整肠，抗龋齿低聚木糖：甜度约0.5，双歧因子，整肠帕拉金糖：甜度0.42，抗龋齿环糊精：可保护芳香物质和小分子物质。P68图43表：功能性低聚糖的有效摄入量大豆低聚糖可能引起胀气，最大用量男性为0.64g/kgBW，女性为0.96g/kg