食品化学第三章 碳水化合物课件

第三章碳水化合物Contents本章主要内容第二节低聚糖第三节多糖第一节单糖一、概述

多羟基的醛、酮及其衍生物和缩合物。习惯上称为碳水化合物。1、碳水化合物的一般概念知道了吧——糖可不仅仅是我们吃的软糖或硬糖噢！！碳水化合物与食品加工质量碳水化合物与食品的营养色泽与碳水化合物口感与碳水化合物质构与碳水化合物提供膳食热量促进肠道蠕动具有保健功能3、

作用4、食品中的糖类物质存在的概况：植物干重3/4由糖类构成，主要是淀粉和纤维素。第一节单糖

Monosaccharides

吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）

吡喃呋喃-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃果糖-D-呋喃葡萄糖-D-呋喃果糖三碳糖和五碳糖结构链式结构－差向异构醛糖：C4

差向异构C2差向异构酮糖：C5差向异构环状结构－端位异构一、结构糖分子中除了C1外，任何一个手性碳原子具有不同的构型称为差向异构。如D－甘露糖是D－葡萄糖的C2差向异构。一、结构

手性碳原子镜面一、结构C4

差向异构C2

差向异构链式结构－醛糖一、结构C5

差向异构链式结构－酮糖-与-构型同侧异侧一、结构环状结构C1为手性碳原子，它有右侧两种端位异构二、糖类的物理性质1、甜味

甜味是单糖、低聚糖的重要性质之一,以10%或15%的蔗糖为基准物来比较。产生甜味的基团:-CH2OH-CH2OH-

影响甜度的因素：分子量越大溶解度越小，则甜度也小;糖的不同构型（α、β型）3、溶解度：均易溶于水，但溶解度不同果糖＞蔗糖＞葡萄糖＞乳糖

二、糖类的物理性质

温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响。葡萄糖溶解度低，浓度高，则析出晶体；反之采用果糖有利于食品保存。高浓度的糖液具有防腐保质的作用，在70％以上能抑制霉菌、酵母的生长。4、结晶性各种糖的结晶性不一样蔗糖易结晶，晶体大；葡萄糖易结晶，晶体小；果糖、转化糖难结晶。

糖果制造、应用结晶性差异Ａ、硬糖不能单独用蔗糖Ｂ、旧式制造硬糖方法：加入有机酸，蔗糖→转化糖（10-15％）以防止蔗糖结晶。Ｃ、新式制造硬糖方法：添加30-40％淀粉糖浆（DE=42）工艺简单，效果好。二、糖类的物理性质干扰食品形状--奶浓缩到1/3时冷却出现,造成乳制品砂口感6、粘性在食品生产中，可调节糖果的粘度以适应糖果制作中拉条、成型，提高粘度和可口性。二、糖类的物理性质粘度：G和F溶液<蔗糖溶液，淀粉糖浆较高与温度有关

葡萄糖溶液粘度随T↑而↑；蔗糖溶液粘度随T↑而↓.7、渗透压渗透压随Ｃ↑，Ｐ渗↑，摩尔Ｃ同，Ｍ小，分子数目越多，Ｐ渗则大。

单糖的渗透压对于抑制不同的微生物生长是有差别的。50％蔗糖液可以抑制一般酵母生长。65％蔗糖液才能抑制一般细菌生长。80％蔗糖液才能抑制一般霉菌生长。8、抗氧化性—保持水果的风味、颜色和Vc糖溶液中溶氧量小糖本身具有抗氧化性9、冰点降低

溶液浓度越高，分子量越小，冰点降低越多葡萄糖>蔗糖>淀粉糖浆

应用:

雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖冰点降低小，节约电能；抗结晶性，冰粒细腻；粘度，口感好；甜度，温和；糖苷的基本性质Glycosides-Properties糖苷的类型O-糖苷S-糖苷N-糖苷糖苷的基本性质Glycosides-Properties糖苷的物理性质纯品糖苷一般是无色结晶，味苦。糖苷与其相应的配基相比，溶解性增加很多。因此，不同的糖苷是否被水解，对其食品的品质有很大的影响，如黄酮苷类。无还原性，无变旋光现象。由于糖苷键水解度V>V，糖苷多为－型，易酸和酶水解。糖苷水解对食品质量的影响对味的影响：

苦味减轻，甜味增加对色的影响：

许多配体具有某种颜色，但不溶于水，水解后会对食品颜色产生影响对香气的影响：2、氨基糖

三常见单糖衍生物

单糖分子中一个或多个羟基被氢原子取代形成的化合物，如脱氧核糖。

单糖中一个或多个羟基被氨基取代形成的氨基糖。

3、脱氧糖

4、糖醛酸

组成低聚糖的单糖或组成多糖的单糖的末端原子（远离醛基）能以氧化形式（羧酸）存在。

5、糖醇概念：糖的加氢还原产物。

性质：不具有还原性（不具半缩醛羟基），具有一定吸湿性，不可进行美拉德反应。

作用：甜味剂，可作软糖。三常见单糖衍生物四糖类的化学性质

1、羰氨反应褐变(1)概念

凡是羰基与氨基经缩合，聚合生成类黑色素的反应称为羰氨反应。又称美拉德反应（Maillardreaction）分三个阶段：初期、中期、末期(2)反应机理初期：两步反应羰氨缩合分子重排中期：三个途径脱水生成酮、醛烯醇化生成还原酮斯特累克降解反应末期：两类反应醇醛缩合聚合成黑色素羰氨反应过程第一步：羰氨缩合

a.初始阶段第二步：分子重排a.初始阶段第二步：分子重排

a.初始阶段b.中期阶段途径Ⅰ:脱水生成A（3-脱氧葡萄糖醛酮）B（3,4-脱氧葡萄糖醛酮）

C（羟甲基糠醛HMF）

途径Ⅱ：经过2，3-烯醇化生成还原酮类化合物。

途径Ⅲ：斯特累克尔（Strecker）降解反应

3-（3，4）-脱氧-葡萄糖醛酮等二羰基化合物与氨基酸反应，生成少一个碳的醛及CO2及氨基羰基化合物。b.中期阶段RC－CR’+CH3CHCOOH→RCH－CR’+CH3CHO+CO2║

║

│

│

║Ｏ

ＯNH2NH2ＯC.末期阶段

含两类反应：Ⅰ醇醛缩合，Ⅱ聚合成黑色素Ⅰ、醇醛缩合：分子醇醛缩合，脱水生成稳定不饱和醛Ⅱ、聚合成类黑色素

A

聚合B+R-NH2

类黑精色素C

聚合Ｄ（氨基羰基化合物）类黑精色素条件：氨基酸和还原糖及少量的水参与。产物：色素（类黑精）风味化合物：如麦芽酚，己基麦芽酚，异麦芽酚。特点：（1）随着反应的进行，pH值下降（减少了游离的氨基）；（2）还原的能力上升（还原酮产生）；420nm-490nm处有吸收；（3）褐变初期，紫外线吸收增强，伴随有荧光物质产生。1、羰氨反应褐变（3）影响因素

羰基：戊糖>已糖>双糖半乳糖>甘露糖>葡萄糖>果糖醛糖>酮糖a、结构

氨基：一般胺类>氨基酸、肽>蛋白质碱性氨基酸(末端)氨基易褐变,如赖、精、组有吲哚、苯环易褐变（3）影响因素10-15%H2O最易褐变，干燥食品褐变抑制，＜3%（冰淇淋粉）。b、温度c、氧气d、水分T↑，V↑，增加10℃，V↑3-5倍。30℃以上快，20℃以下慢，低温防止褐变。室温下氧能促进褐变，氧促进VC、脂肪氧化褐变。催化，Ｖ↑（Fe３＋，Cu２＋）（3）影响因素e、pHf、金属g、亚硫酸盐pH>3时，pH↑，Ｖ↑pH=7.8-9.2，Ｖ↑↑pH≤6,Ｖ增加慢阻止生成薛夫碱和Ｎ-葡萄糖基胺。（４）褐变控制1不易发生褐变的食品原料2降温、降低氧气浓度、控制水分含量、降低pH3形成钙盐，形成不溶物；或加入亚硫酸盐4生物化学方法：加入酵母用发酵；葡萄糖氧化酶及过氧化氢酶2.焦糖化褐变

糖类物质在没有氨基化合物存在下，加热到熔点以上（≥140℃，蔗糖200℃）时，会变成黑褐色的色素物质，这种作用称为焦糖化褐变。

糖脱水形成焦糖（酱色）糖受强热生成两类物质裂解形成一些挥发性的醛酮物质，进一步缩合，聚合成深褐色物质(1)焦糖的形成

第一阶段：蔗糖熔融，温度至200℃左右，第一次起泡经约35分钟，蔗糖脱去一分子水，生成异蔗糖酐，起泡暂停。

C12H22O11--（脱水，加热）--→C12H20O10(异蔗糖酐)蔗糖形成焦糖可分为三个阶段第二阶段：

发生第二次起泡现象，持续55min，失水9%，形成焦糖酐：2C12H22O11-4H2O→C24H36O18焦糖酐(1)焦糖的形成

第三阶段：起泡停后进入第三阶段，进一步脱水形成焦糖烯。3C12H22O11-8H2OC36H50O25(焦糖烯)继续加热，生成焦糖素C125H188O80(1)焦糖的形成蔗糖异蔗糖酐焦糖酐焦糖烯焦糖素蔗糖形成过程(2)

活性醛的形成糖在强热下，可发生分解反应，产生活性醛。羟甲基呋喃醛已糖深褐色物质醛聚合加热(3)焦糖色素制法

a.不加铵盐法糖--（160℃～180℃，加热，H+，3h）→焦糖--（OH¯，中和）→焦糖色（液）--（干燥）→粉（块）状色素

b.加铵盐法以亚硫酸氢铵作催化剂。(产品有耐酸性)非酶褐变类型美拉德反应焦糖化反应抗坏血酸褐变酚类物质褐变食品质量与安全非酶褐变类型有色成分无色成分挥发性成分非挥发性成分1、美拉德反应2、焦糖化反应3、碱的作用4、酸的作用5、氧化还原反应

四糖类的化学性质

被氧化为酸或还原为醇;在弱氧化剂的作用下生成糖酸。主要发生异构化和分解，不稳定。稀酸：影响小，高温下发生复合反应。强酸：使糖脱水生成糠醛,用于鉴定糖。第二节低聚糖低聚糖定义

由2-10个单糖通过糖苷键连接形成的直链或支链的聚合糖。最常见的为蔗糖和麦芽糖，乳糖，饴糖、麦芽糊精和环状糊精（沙丁格糊精）麦芽糖Maltose淀粉水解后得到的二糖具有潜在的游离醛基，是一种还原糖温和的甜味剂

—1,4糖苷配基D-葡萄糖一、结构D-半乳糖D-葡萄糖β-1,4糖苷配基乳糖Lactose牛乳中的还原性二糖发酵过程中转化为乳酸在乳糖酶作用下水解乳糖不耐症非还原性二糖α-葡萄糖和β-果糖头头相连具有极大的吸湿性和溶解性冷冻保护剂蔗糖Sucrose三糖

麦芽三糖、甘露三糖、蔗果三糖

聚合度为4～10的低聚糖

麦芽低聚糖、甘露低聚糖、低聚木糖其他重要低聚糖

二、性质吸湿性水解性发酵性抗氧化性褐变作用高渗透压结晶性三、功能性低聚糖包括：低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、低聚异麦芽糖、棉子糖等。三功能性低聚糖增强肌体免疫力调整肠胃功能抑制病原菌生长抑制病原菌生长双歧杆菌因子生理功能

低聚果糖分子式特点：

G-F-Fn（Glucose,Fructose）

G-F(蔗)G(葡)+G-F(蔗)+G-F-F(蔗果三糖)+G-F-F-F(蔗果四糖)+G-F-F-F-F(蔗果五糖)

果糖转移酶低聚果糖21β-2,1GF2GF4GF3增殖双歧杆菌难水解，是一种低热量糖水溶性食物纤维抑制腐败菌，维护肠道健康防止龋齿生理活性：低聚果糖低聚果糖存在于天然植物中

香蕉、蜂蜜、大蒜、西红柿、洋葱作为新型的食品甜味剂或功能性食品配料产酶微生物

米曲霉、黑曲霉低聚木糖主要成分为木糖、木二糖、木三糖及木三糖以上的木聚糖木二糖含量↑，产品质量↑甜度为蔗糖的40%

木二糖的分子结构β-1，4低聚木糖的特性：较高的耐热（100℃/1h）和耐酸性能（pH2～8）双歧杆菌所需用量最小的增殖因子代谢不依赖胰岛素，适用糖尿病患者抗龋齿低聚木糖低聚木糖的生产：两步：提取木聚糖，木聚糖酶法水解菌株:丝状真菌酶解:内切木聚糖酶水解得到低聚木糖;β-1,4木糖苷酶水解木二糖为木糖菌株筛选β-1,4水溶性D-氨基葡聚糖甲壳低聚糖D-氨基葡萄糖甲壳低聚糖的结构生理功能：降低肝脏和血清中的胆固醇提高机体的免疫功能增殖双歧杆菌

抗肿瘤作用，防治溃疡病等环状糊精(Cyclodextrin)环状糊精的立体结构示意图高度对称性圆柱形-OH在外侧，C-H和O在环内侧环的外侧亲水，中间空穴是疏水区域作为微胶囊壁材，包埋脂溶性物质

风味物、香精油、胆固醇

环状糊精的结构特点：环状糊精(Cyclodextrin)环状糊精的晶体示意图环状糊精制备工艺：淀粉调浆→液化→转化→终止反应→脱色过滤→离交法脱盐→真空浓缩→喷雾干燥→干粉

环状糊精为中空圆柱形结构，可包埋与其大小相适的客体分子，起到稳定缓释，提高溶解度，掩盖异味的作用。保持食品香味的稳定食用香精和稠味剂用CD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CD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CD的包接，提高对光和氧的稳定性。食品保鲜将CD和其它生物多糖制成保鲜剂涂于面包、糕点表面可起保水保形作用除去食品的异味

鱼品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用CD包接可除去。环状糊精的应用果葡糖浆

FG总固形物甜度第一代42%52%71%1第二代55%40%77%1.1第三代90%80%1.5-1.7

发展稀碱异构化异构化酶第三节多糖

polysaccharide超过10个单糖的聚合物为多糖

单糖的个数称为聚合度（DP-DegreeofPolymerization）

大多数多糖的DP为200-3000

纤维素的DP最大，达7000-15000一、概述二、多糖的作用

膳食纤维：植物多糖真菌多糖：增强免疫,降血糖、血脂,抗肿瘤、抗病毒水的结合功能：增稠剂，胶凝剂，澄清剂等凝胶

三维网络结构氢键、疏水相互作用、范德华引力、离子桥连、缠结或共价键网孔中液相凝胶特性——二重性固体-液体粘弹性的半固体多羟基结合水结晶性分子大三、多糖的主要性质多糖的溶解性:

具有亲水性，易水合和溶解。不结冰，多糖分子溶剂化。多数不能结晶，易水合和溶解。不会显著降低冰点，冷冻稳定剂。主要具有增稠和胶凝功能控制流体食品与饮料的流动性质与质构，改变半固体食品的变形性等0.25%～0.5%多糖溶液的黏度与稳定性:

线性分子，很高粘度；支链分子，粘度较低松散结构空间占用大，碰撞机会多三、多糖的主要性质四、重要多糖1、淀粉

淀粉积蓄于植物的种子、茎、根等组织中，是人类食物的重要物质。天然淀粉由直、支链淀粉组成。

1、淀粉（1）

颗粒形态显微形态：园形、卵形（椭园）、多角形园形：玉米、小麦卵形：马铃薯多角形：玉米、大米（2）淀粉粒大小以粒径表示，最小的2μm，最大的达185μm。晶体聚合成球形。

a、直链淀粉糖甙键α-1，4分子量5×105～2×106聚合度2500～10000形状卷曲螺旋形，每环6个单糖

14b、支链淀粉糖甙链α-1，4支接点α-1，6（占4-5%苷键）分子量1×107～5×108聚合度50000～3×106结构形状如高梁穗、树枝状交叉结构

1,61,4天然淀粉的直支链含量不是固定的噢不同来源淀粉不同品种同一品种生长条件不同成熟程度不同含量变化天然淀粉的直、支链淀粉含量（3）淀粉的性质

1)淀粉的糊化概念：在一定温度下,淀粉粒在水中发生膨胀,由紧密的通过H键结合的胶束加热后溶解为空隙加大，胶束崩溃的溶液，形成粘稠的糊状胶体溶液的过程。1）淀粉的糊化

本质:水进入微晶束，折散淀粉分子间的缔合状态，使淀粉分子失去原有的取向排列，而变为混乱状态，即淀粉粒中有序及无序态的分子间的氢键断开，分散在水中成为胶体溶液。（3）淀粉的性质

过程1）淀粉的糊化（3）淀粉的性质糊化的三个阶段第一阶段可逆吸水阶段水进入淀粉粒的非晶部分;第二阶段不可逆吸水阶段水进入淀粉粒的微晶束间隙，吸水膨胀;第三阶段最后解体阶段淀粉粒膨胀，继续分离支解。水分、pH

淀粉结构2糖、脂肪1

温度34淀粉糊化的影响因素2）糊化淀粉的老化定义已糊化的淀粉溶液，经缓慢冷却或室温下放置，会变成不透明，甚至凝结沉淀。实质是糊化的后的分子又自动排列成序，形成高度致密的结晶化的不溶解性分子粉末。（3）淀粉的性质过程2）糊化淀粉的老化（3）淀粉的性质

老化的影响因素1、温度：2－4℃，淀粉易老化>60℃或<-20℃，不易发生老化2、含水量：含水量30－60%易老化；含水量过低（<10%）或过高，均不易老化；3、结构：直链淀粉易老化；聚合度中等的淀粉易老化；淀粉改性后，不均匀性提高，不易老化。

老化的影响因素4、共存物的影响：脂类和乳化剂可抗老化，多糖（果胶例外）、蛋白质等亲水大分子，可与淀粉竞争水分子及干扰淀粉分子平行靠拢，从而起到抗老化作用。5、pH值：

<7或>10，老化减弱

6、其他因素：淀粉浓度，某些无机盐对老化也有一定程度影响糊化与老化的关系

生淀粉

α化

熟淀粉

β淀粉

β化

α淀粉

糊化老化方便食品制作原理（1）提高食品制作过程中淀粉的α化程度。（2）在较长的时间内不易老化。3）淀粉水解反应

工业上常通过淀粉水解来生产各种化工原料。常用的生产方法有酸法和酶法。根据淀粉的水解程度度的不同：可得到糊精、淀粉糖浆、果葡糖浆、麦芽糖浆、葡萄糖等。（3）淀粉的性质酸水解

酶水解－淀粉酶－淀粉酶葡萄糖淀粉酶液化酶糖化酶3）淀粉水解反应

4）改性淀粉为适应食品加工的需要，将天然淀粉经物理、化学、酶等处理，使淀粉原有的物理性质，如水溶性、粘度、色泽、味道、流动性等发生变化，这样经过处理的淀粉称为变（改）性淀粉。定义（3）淀粉的性质如：酸性淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、交联淀粉2、果胶果胶物质是植物细胞壁成分之一，存在于相邻细胞壁之间的胶层中，起着将细胞粘在一起的作用。广泛存在于果实，蔬菜中。（1）存在与制法山楂6.6%、柑橘0.7～1.5%、苹果1～1.8%。（2）结构与分类