食品化学-第四章碳水化合物

§4.碳水化合物(Carbohydrates)

碳水化合物：糖类

多羟基醛、多羟基酮及其衍生物

§4.1概述一、种类1.单糖：最小组成单位

不能再水解2.低聚糖：寡糖

水解→n个单糖，n＝2～103.多糖：

水解→10个以上单糖

二、食品中的碳水化合物种类多、含量高。水果单糖>蔬菜粮食：单、双糖较低多糖高名称碳水化合物(%)总糖单糖和双糖多糖苹果葡萄14.517.3葡萄糖1.17果糖6.04蔗糖3.78甘露糖微量葡萄糖5.35果糖5.33蔗糖1.32甘露糖2.19

淀粉1.5纤维素1.0纤维素0.6胡萝卜马铃薯9.717.1葡萄糖0.85果糖0.85蔗糖4.25淀粉7.8纤维素1.0淀粉14纤维素0.5牛奶蜂蜜4.982.3乳糖4.9葡萄糖28~35果糖34~41蔗糖1~5§4.2单糖及低聚糖一、结构1.单糖的结构

*醛糖：D-甘油醛衍生而来葡萄糖、甘露糖、核糖、木糖*酮糖：二羟基丙酮衍生果糖、山梨糖、木酮糖核糖木糖阿拉伯糖葡萄糖半乳糖甘露糖果糖2.低聚糖的结构一个醛糖上的半缩醛羟基和另一个单糖的羟基脱水而成（形成糖苷键）。甜度：比甜度、甜度倍数蔗糖：1.00 果糖：1.50葡萄糖：0.70半乳糖：0.27 麦芽糖：0.50乳糖：0.40 二、物理性质糖的分子质量越大，溶解度越小，甜度越小。甜度与糖的分子结构有关：D-葡萄糖:>β结晶型，溶解，部分转为β型， :β=36:64，甜度↘果糖:β>

结晶β型，溶解，部分变为型， 平衡时甜度↘不同种类的糖混合，有协同增效作用。2.旋光性：除丙酮糖

变旋现象：糖刚溶于水时，其旋光度处于变化中，经过一定时间后就达到恒定的旋光度.α-D-葡萄糖:+112.9°→+52.2°β-D-葡萄糖：+18.7°→+52.2°3.溶解度：溶于水，不溶于有机溶剂

各种单糖的溶解度不同：

果糖最高，葡萄糖其次

温度↗，溶解度↗浓度↗，渗透压↗：

高浓度糖的保存性质---果酱、蜜饯4.吸湿性、保湿性，结晶性：吸湿性：

果糖(最强)>

葡萄糖结晶性：葡萄糖：易结晶，晶体细小蔗糖：易结晶，晶体粗大果糖、果葡糖浆：较难结晶

淀粉糖浆：不能结晶，并可防止蔗糖结晶5.黏度：

温度↗，黏度↘（但葡萄糖例外）

单糖<蔗糖<低聚糖

淀粉糖浆：转化程度↗，↘6.渗透压：与糖的摩尔浓度成正比同一浓度下，单糖为双糖的2倍食品脱水,抑制微生物生长7.发酵性酵母菌发酵→酒精、CO2（酿酒、面包疏松）葡萄糖>果糖>蔗糖>麦芽糖乳酸菌

还发酵乳糖→乳酸（酸奶）大多低聚糖水解产生单糖才发酵8.冰点：降低溶液浓度越高，分子量越小，冰点降低越多。

9.抗氧化性：氧气在糖液中溶解度<<在水中溶解度阻隔与氧接触，保持风味、色、维生素C三、化学反应(一)美拉德反应(羰氨反应)羰基+氨基→缩合、聚合→黑色素羰基：还原糖、醛和酮氨基：氨基酸、蛋白质得到：风味物质、有色物质褐变反应：非酶褐变1.反应机理：A.初期阶段：①羰基与氨基缩合(薛夫碱)氮代葡萄糖基胺②阿姆德瑞（Amodari)分子重排：

酸催化果糖胺B.中期阶段：3-脱氧葡糖醛酮①果糖胺脱水羟甲基糠醛②果糖胺脱胺残基，分子重排→还原酮③氨基酸与二羰基化合物的反应：

斯特勒克（Strecker）降解反应放出CO2R-C-C-R’+CH3-CH-COOHOONH2R-CH-C-R’+NH2OCH3-C-H+CO2O（二羰基化合物）（氨基酸）④果糖基胺的其他反应产物的生成：C.末期阶段：2类反应：①醇醛缩合：2分子醛自相缩合，脱水→不饱和醛②生成类黑晶的聚合反应中期反应的产物缩合、聚合→黑色素

醇醛缩合反应:不饱和醛2.影响因素：(1)底物：还原糖：五碳糖约为六碳糖的10倍五碳糖：核糖＞阿拉伯糖＞木糖六碳糖：半乳糖＞甘露糖＞葡萄糖醛糖>酮糖，单糖>双糖氨基化合物：

ε-氨基酸>>α-氨基酸

赖氨酸：H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOH

NH2氨基酸：碳链越短，反应性越强氨基酸＞多肽＞蛋白质(2)pH：

>3，褐变速度随pH↗而↗(3)水分：

10~15%，最易褐变完全干燥，难褐变(4)温度：

每差10℃，褐变速度差3~5倍>30℃褐变较快，<20℃较慢（5）亚硫酸盐：

抑制褐变（6）金属离子：

铁、铜：催化还原酮的氧化，促进褐变钙：+氨基酸→不溶性化合物，抑制褐变锰、锡：抑制褐变钠：无影响（二）焦糖化反应

糖类熔点以上的高温，脱水、降解→褐色物质1.机理：

①焦糖（酱色）的形成：葡萄糖→葡萄糖酐果糖→果糖酐蔗糖→异蔗糖酐→

焦糖酐→焦糖稀→焦糖色素催化：磷酸盐、无机酸、碱、柠檬酸、酒石酸、苹果酸②糠醛和其它醛的形成：糖裂解脱水→醛→聚合或与胺类反应→褐色色素D-葡萄糖烯醇式D-果糖D-甘露糖OH-（三）与碱的作用1.异构化：稀碱

果葡糖浆：葡萄糖溶液在碱性条件下，部分转化成果糖，得到葡萄糖和果糖的混合糖液。异构酶：葡萄糖→果糖2.糖精酸的生成：浓碱

糖分子内氧化、重排→糖精酸+强碱稀碱糖精酸异糖精酸间糖精酸D-葡萄糖己糖→

连续烯醇化→烯二醇：①氧化剂→分解产物C6H12O6OH-[O]HCOOHHOCH2COOHHOCH2CHOHCOOHHOCH2(CHOH)2COOHHOCH2(CHOH)3COOH++++3.分解反应：浓碱，单糖→较小分子的糖、酸、醇、醛②无氧化剂，离双键的第二个单键断裂+1，2-烯二醇复合反应2C6H12O6C12H22O11H2O+1.复合反应：稀酸、热

单糖缩合、失水→双糖

（四）与酸的作用脱水反应2.脱水反应:强酸、热→环状或双键化合物

戊糖→糠醛己糖→5-羟甲基糠醛土伦试剂、费林试剂氧化（碱性氧化）

————————————

弱氧化剂

C6H12O6+Ag(NH3)2+OH-

→C6H12O7+Ag↓（葡或果糖）（葡萄糖酸）

C6H12O6+Cu(OH)2

→C6H12O7+Cu2O↓砖红色

（五）氧化与还原反应1.氧化反应(2)溴水氧化（酸性氧化）醛糖→糖酸→加热失水→γ-或δ-内酯酮糖不被溴水氧化

(3)硝酸氧化

稀硝酸醛糖→二元酸(4)高碘酸氧化（5）其他

酮糖

+强氧化剂

→草酸

+酒石酸单糖+强氧化剂

→CO2+水氧化酶，葡萄糖→葡萄糖醛酸2.还原反应

醛基或酮基

→

羟基：糖醇

D-葡萄糖还原D-葡萄糖醇（山梨醇）木糖还原木糖醇（六）酯化反应羟基+酸→

酯四、单糖的衍生物（一）氨基糖一个或多个–OH被氨基取代

α-D-葡萄糖胺(壳糖胺)α-D-半乳糖胺（软骨糖胺）糖分子的半缩醛羟基和其他分子的醇羟基或酚羟基结合，脱去一分子水。糖苷配基+CH3OHH++H2O甲基α-D-葡萄糖苷甲基β-D-葡萄糖苷（二）糖苷无还原性易溶于水无机酸、糖苷酶水解→糖+糖苷配基碱性中较稳定（三）糖醇 不含醛基，无还原性(四)脱氧糖

单糖分子中一个或多个羟基被氢取代

脱氧核糖

五、食品中重要的低聚糖及其性质（一）二糖：1.蔗糖：非还原糖C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6HCl蔗糖葡萄糖果糖右旋，+66.5°右旋，+52.2°左旋，-92.4°最终平衡时，蔗糖水解液-19.9°转化糖（转化糖浆）：

蔗糖水解后得到等量的葡萄糖和果糖的混合物，旋光度发生反向转变。水解：或酶2.麦芽糖：

还原糖易消化还原糖有助钙吸收

乳糖不耐症:

缺乳糖酶3.乳糖：半乳糖葡萄糖4.纤维二糖、海藻糖：

纤维二糖:2葡萄糖β-1,4键

还原糖海藻糖:2葡萄糖1,1键

非还原糖（二）果葡糖浆：高果糖浆、异构糖浆酶法水解淀粉所得的葡萄糖液经葡萄糖异构酶的异构化作用，一部分葡萄糖异构成果糖，形成的葡萄糖和果糖的混合糖浆。

3种：果糖含量42%55%90%（三）功能性低聚糖：1.棉子糖α-1,6-α,β-1,2非还原糖吸湿性最小的低聚糖2.低聚果糖:(寡果糖、蔗果三糖族低聚糖）3.低聚木糖4.异麦芽酮糖（帕拉金糖）α-1,6-糖苷键功能性低聚糖的生理功能：①促进双歧杆菌增殖，称双歧杆菌增殖因子②减少有毒发酵产物、有害细菌酶的产生，抑制病原菌和腹泻③防治便秘④增强免疫力，抗肿瘤⑤降低血清胆固醇⑥保护肝功能⑦合成维生素，促进钙的消化吸收⑧低（无）能量，防龋齿（四）环状糊精：又称沙丁格糊精、环状淀粉聚合度为6、7、8个葡萄糖，称、、-环糊精性质：环内侧比外侧疏水， 疏水物质被环内侧吸附用途：①速溶食品的保香剂：香气成分与环糊精形成包合物,挥发慢②改善食品的气味和风味：降低橘汁苦味

大豆脱苦涩、豆腥味§4.3多糖一、结构数个单糖连接→长链聚合物 线状或分支同多糖：水解→相同的单糖残基(淀粉、纤维素)杂多糖：水解→不同的单糖残基(果胶、半纤维素)二、性质1.溶解性：亲水性较强，易水合、溶解2.黏度：大3.凝胶：氢键、疏水相互作用、范德华力、离子桥联、缠结、共价键4.水解

酶促水解酸催化水解碱稳定但：果胶水解

5.风味结合功能6.生理活性：

膳食纤维真菌多糖一、淀粉（一）结构淀粉粒.分：直链淀粉（葡萄糖-1,4糖苷键）、支链淀粉（-1,4、-1,6糖苷键）§4.4食品中的主要多糖结晶区非结晶区（无定形区）

类别 直链淀粉 支链淀粉

基本构成单位:-葡萄糖 -葡萄糖

键型:-1,4糖苷键-1,4、-1,6糖苷键聚合度:100～6,000>6,000

分子量: 3.2X104～1.6X1051X105～5X108

分子形状:线型，呈螺旋状 树枝

直、支链淀粉的异同：（二）物理性质

白色粉末

含水量较高(12%):

羟基淀粉与碘→有颜色的复合物：

直链淀粉：棕蓝色支链淀粉：兰紫色糊精与碘:颜色随糊精分子质量递减蓝、紫红、橙、无色与直链淀粉形成复合物：脂肪酸、醇类、表面活性剂1.酸水解法（三)水解反应紫色糊精、红色糊精、无色糊精、麦芽糖、葡萄糖不同来源的淀粉，酸水解难易不同。支链淀粉比直链淀粉易水解。2.酶水解法(1)

-淀粉酶：内切酶从内部随机分解-1,4糖苷键不分解-1,6键,能越过-1,6键继续水解-1,4键不能水解麦芽糖中的-1,4键

产物：-葡萄糖、-麦芽糖、很小的糊精

液化酶

(2)β-淀粉酶：外切酶，麦芽糖酶从非还原端切-1,4键（以麦芽糖为单位切）。不水解-1,6键,不能越过-1,6键继续水解-1,4键。产物：β-麦芽糖、β-极限糊精糖化酶

(3)葡萄糖淀粉酶：外切酶从非还原端切-1,4键→β-葡萄糖切-1,6键、-1,3键→β-葡萄糖（速度很慢）

(4)脱支酶：水解-1,6键→直链片断*淀粉糖浆：淀粉水解后，得到的由葡萄糖、低聚糖和糊精组成的透明、粘稠、均匀的混合糖液。糖化水解程度用DE值(葡萄糖值)表示DE值38～42中转化度淀粉糖浆

*麦芽糖浆（饴糖）：麦芽糖酶水解淀粉主要成分：麦芽糖浅黄色，甜味温和，特有的风味（四）淀粉的糊化

1.概念生淀粉(β-淀粉): 分子间氢键，胶束，结构紧密淀粉悬浮液加热到一定温度，淀粉分子突然膨胀，体积比原来增加数十倍（膨润现象），继续加热，变成粘性的糊状溶液，这种现象叫糊化(-化)。-淀粉:处于糊化状态的淀粉糊化分3个阶段：①可逆吸水阶段②不可逆吸水阶段③淀粉粒解体阶段糊化温度:

糊化开始的温度、糊化完成的温度β-淀粉：不易消化吸收-淀粉：易消化吸收糊化的本质：由β-淀粉转变成-淀粉2.影响糊化的因素：①淀粉本身的分子结构：

支链淀粉比直链淀粉易糊化

同种淀粉，颗粒大，易糊化②水分含量：

水分含量低，不易糊化③糖：高浓度糖液降低糊化速度、糊粘度、凝胶强度④脂类：

阻碍糊化⑤盐：

低浓度盐，影响小盐敏感性淀粉：盐促进或阻碍糊化⑥pH： 4~7影响小 10,速度提高 低，粘度低（五）淀粉的老化（回生）1.概念糊化后的淀粉，在室温或低于室温下放置后，变得不透明甚至凝结而沉淀的现象。结果:与水失去亲合力，溶解性变差不易与酶作用，不易消化吸收影响食品的质地2.影响因素：①分子结构：

直链淀粉易老化支链淀粉不易老化②含水量：

３0～６0％，易老化<10%或含大量水，不易老化③温度：

-20℃～60℃易老化2～4℃最易老化

④酸碱度：中性条件：易老化偏酸或偏碱条件：不易老化⑤盐：

阻止老化⑥冷却速度：

缓慢冷却，易老化迅速冷却，减缓老化⑦糖：单糖、二糖、糖醇

阻止老化⑧表面活性剂或有表面活性的极性脂：

推迟老化⑨大分子物质：蛋白质、半纤维素、植物胶

减缓老化

（六）抗消化淀粉按生物可利用性，淀粉分3类：A.快速消化淀粉(readydigestiblestarch,RDS)B.缓慢消化淀粉(slowlydigestiblestarch,SDS)C.抗消化淀粉(resistantstarch,RS)

防止老化：固定的-淀粉

——制作方便食品抗消化淀粉：分４类（1）RS1：物理包埋淀粉

难与酶接触，不易消化

轻度碾磨的谷类、豆类等（2）RS2

：抗消化淀粉颗粒

对酶有高度抗性生的薯类和香蕉（3）RS3:老化淀粉分2部分：RS3a，RS3b（凝沉的支链淀粉、直链淀粉）

RS3b抗酶解性最强（4）RS4：化学改性淀粉（七）淀粉的改性变性淀粉（改性淀粉）：天然淀粉经物理、化学或酶处理，使淀粉原有的物理性质发生变化。物理变性淀粉★化学变性淀粉★物理变性淀粉：（预糊化淀粉、-化淀粉）热滚法（滚筒干燥法）挤压膨化法喷雾干燥法微波法特点：颗粒结构分散，低温下水溶性、吸水性较强性质：溶解速度快用途：脱水汤料、调味剂化学变性淀粉：1.可溶性淀粉（酸变性淀粉）：性质：热时流动好冷凝时能形成坚柔的凝胶用途：胶姆糖、糖果2.酯化淀粉：

淀粉+

酸或酸酐→酯性质：改善抗冻结-解冻性能，降低冻结-解冻过程中水分的离析。用途：肉馅、肉肠ST-OH+醋酸酐淀粉醋酸酯ST-OH+HO-NO2ST-O-NO2

+H2O淀粉硝酸酯3.醚化淀粉：性质：糊化温度糊的保水性、透明度、成膜能力用途：增稠剂4.氧化淀粉：性质：糊化温度低，粘度低 可形成稳定溶液。用途：分散剂或乳化剂5.交联淀粉：性质：良好的机械性能耐热、耐酸、耐碱用途：增稠剂、赋形剂

6.接枝淀粉：溶于水：增稠剂、胶粘剂不溶于水：可降解塑料的填充料二、果胶（一）结构、分类

主链：

-D-半乳糖醛酸-1,4糖苷键侧链：-L-鼠李吡喃糖酯化度（degreeofesterifacation,DE）：酯化的半乳糖醛酸基与总半乳糖醛酸基的比值。

羧基甲酯化的百分数。按酯化度分类：①高甲氧基果胶（high-methoxylpectin,HM）：

DE>50%②低甲氧基果胶（low-methoxylpectin,

LM）：

DE<50%果蔬成熟过程中，果胶物质有3种形态：①原果胶：未成熟 不溶于水 水解→果胶②果胶：成熟 溶于水

③果胶酸：过熟 不溶或稍溶于水的果胶酸盐（二）特性酸性或碱性条件下：水解高温强酸：脱羧聚合度↗，溶解度↘酯化度↗，溶解度↗分子链长↗，溶液黏度↗可形成凝胶

（三）形成凝胶

1.条件

高甲氧基果胶：

含糖量：60%~65%pH：2.0~3.5果胶含量：0.3%~0.7%低甲氧基果胶：二价阳离子：Ca2+产生桥联。

NaCl存在时，Ca2+可少些

pH：2.5～6.5糖：10%～20%

2.影响凝胶强度的因素（1）果胶相对分子质量：↗，凝胶强度↗(2)果胶酯化度：↗，凝胶强度↗

↗，凝胶速度↗

速凝果胶：DE>70%慢凝果胶：DE：50%~70%(3)pH值：

有助于果胶-糖凝胶体系的形成

(4)糖浓度：

LM：不需糖.但加10～20%糖,凝胶质地更好(5)温度：

0～50℃，影响不大。过高或加热时间过长，影响凝胶强度。（四）果胶的制备原料(柑橘皮、苹果渣、山楂、向日葵盘等）加水加热果胶酶失活加水浸提去除杂质调PH至2~2.5加热30~60分冷却、过滤氨水调PH至3.5过滤加乙醇果胶沉淀过滤、干燥（五）果胶的作用1.胶凝性：果冻、果酱2.增稠、稳定功能3.保持烘烤食品的水分三、纤维素、半纤维素（一）纤维素葡萄糖

-1,4糖苷键性质：分子量大

不溶于水稀酸、稀碱：特别稳定高温、高压、高浓度强酸：分解无营养、热量

纤维素的衍生