第三章碳水化合物

第三章碳水化合物

Chapter3CarbohydrateHefeiUniversityofTechnology

SchoolofBiotechnology&FoodEngineeringDepartmentofFoodEngineering前言单糖及其相关化合物低聚糖多糖及其相关化合物本章主要内容一、前言

自然界最丰富的一类天然有机化合物占生物界的3/4占人类食物摄入量的40-80%光合作用的产物，占植物体干重的50-80%是最廉价和最重要的能量资源1、概念是多羟基的醛、酮及其衍生物和缩合物，又称碳水化合物2、分类单糖低聚糖（寡糖）（单糖数

2-10）多聚糖

一、前言

3.生理功能

供能：动物能量生理能量重要来源肌体构成成分：糖脂、糖蛋白：构成神经组织和细胞膜的粘蛋白：生物体软组织、粘液的组成成分；生物体合成其他化合物的基本原料；充当贮存性和结构性物质一、前言

4.食品中的糖类物质植物干重50%-80%由糖类构成主要是淀粉和纤维一、前言

一、前言

一、前言

食品功能风味结合功能：色、香(美拉德反应、焦糖化反应)、味(甜味)防腐保质剂具有高黏度和凝胶能力，保持食品粘、弹性(质构)起稳定性作用如淀粉、果胶等嫩化肌肉、促进发色一、前言

二、单糖及其相关化合物单糖定义：糖类中最简单，最小组成单位不能再进一步水解带有醛基或酮基的多元醇

根据碳原子数：丙糖、丁糖、戊糖、己糖等根据含有的羰基的特性:醛糖（葡萄糖）、酮糖（果糖）单糖的种类二、单糖及其相关化合物单糖结构链状结构式—费歇尔式（L-、D-）环状结构式—哈武斯式(戊糖以上的糖)两种环状构型：吡喃型、呋喃型两种立体异构体：α型和β型天然糖中，无论是在晶体或溶液中，几乎以环状结构即半缩醛或酮存在二、单糖及其相关化合物二、单糖及其相关化合物D,L-葡萄糖开链（非环式）结构二、单糖及其相关化合物二、单糖及其相关化合物环状结构式—哈武斯式二、单糖及其相关化合物二、单糖及其相关化合物D-葡萄糖环式与开环式相互转换**糖的物理性质1.比甜度？？？基准物—蔗糖在20℃时，10％或15％的蔗糖水溶液甜度为1.0，则:果糖的甜度为1.5葡萄糖的甜度为0.7二、单糖及其相关化合物优质甜味剂的条件甜味纯正甜感反应快，消失也迅速与蔗糖相比，果糖的甜味感觉反应快，达到最高甜味的速度快，持续时间短葡萄糖甜味感觉反应慢，达到最高甜度的速度也慢二、单糖及其相关化合物2.旋光性是一种物质使直线偏振光的振动平面发生旋转的特性右旋为（＋），左旋为（－）除丙酮糖外，其余单糖都具有旋光性？？？衡量旋光性的指标—比旋光度二、单糖及其相关化合物二、单糖及其相关化合物3.溶解度水溶性大，尤其是在热水中（？)不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂各种单糖的溶解度不一样，果糖的溶解度最高，其次是葡萄糖温度对溶解度和溶解速度具有决定性影响糖的溶解度大小与其水溶液的渗透压密切相关二、单糖及其相关化合物4.单糖的吸温性、保湿性吸湿性：在空气湿度较高的情况下吸收水分的性质保湿性：在空气湿度较低条件下保持水分的性质不同糖的吸湿性、保湿性不一样

二、单糖及其相关化合物二、单糖及其相关化合物5.单糖的结晶性单糖都具有结晶性，但结晶的难易程度差别很大蔗糖极易结晶，晶体大葡萄糖易结晶，晶体小果糖、转化糖、果葡糖浆难结晶淀粉糖浆、低聚糖和糊精混合物不能结晶，可防止蔗糖结晶二、单糖及其相关化合物结晶性质的应用冰糖和酒心糖等生产：利用过饱和的蔗糖溶液在机械振动（搅拌）、温度骤变、晶种存在的情况下蔗糖分子可重新结晶的性质砂质软糖的生产冷饮产品或蜜饯的生产二、单糖及其相关化合物二、单糖及其相关化合物硬糖的生产不能只用蔗糖

旧式制造硬糖方法：加入有机酸，蔗糖→转化糖(10～15％)以防止蔗糖结晶新式制造硬糖方法：添加30-40％淀粉糖浆(DE=42)具有以下优点：工艺简单，不含果糖，保存性好含糊精，增强糖果韧性，强度，粘性，不易破裂口感甜爽（淀粉糖浆甜度低)二、单糖及其相关化合物6.其它性质：单糖的粘度很低，温度↑粘度↓，但葡萄糖的粘度：温度↑粘度↑调节糖的粘度可改善食品稠度和适口性应用：搅打蛋糕蛋清时，加入熬好的糖浆，就是利用糖浆的粘度来稳定蛋清中的气泡单糖溶液具有抗氧化性，可保持食品的风味、颜色和VC二、单糖及其相关化合物二、单糖及其相关化合物**糖的化学性质**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质二、单糖及其相关化合物**

糖的化学性质

葡萄糖是自然界分布最广的己醛糖，右旋糖构成淀粉、纤维素和糖元的基本单位易结晶，甜味清爽，有清凉感觉可直接被生物体所吸收，易为酵母、乳酸菌利用二、单糖及其相关化合物**几种重要的单糖和单糖衍生物果糖是单糖中最甜的，己酮糖，左旋糖不易结晶果糖可以代替葡萄糖为人体直接吸收有解毒功能抑制人体蛋白质消耗功能在人体内代谢不需要胰岛素参与具有冷甜特性二、单糖及其相关化合物**几种重要的单糖和单糖衍生物

氨基糖单糖分子中C2的羟基被氨基取代由2-氨基-D-葡萄糖和2-氨基-D-半乳糖构成氨基多糖单体存在于动物软组织或粘液中的多糖母乳中也有少量存在

二、单糖及其相关化合物**几种重要的单糖和单糖衍生物糖醇单糖还原产物、重要的甜味剂和润湿剂具有保健功能，如木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇等在体内吸收和代谢不受胰岛素的影响具有预防龋齿的功能糖醇摄食过量会引起腹泻欧共体国家规定的安全食用量位20g/人/天二、单糖及其相关化合物**几种重要的单糖和单糖衍生物糖苷单糖分子的半缩醛羟基与其它羟基化合物缩合而成的化合物多味苦，溶解度大微量时具有药效，多量时则多有毒性广泛分布在自然界，主要存在于植物的种子、叶子及皮肉中二、单糖及其相关化合物**几种重要的单糖和单糖衍生物二、单糖及其相关化合物**几种重要的单糖和单糖衍生物二、单糖及其相关化合物**几种重要的单糖和单糖衍生物二、单糖及其相关化合物**几种重要的单糖和单糖衍生物比较重要的糖苷苦杏仁苷：止咳皂角苷：溶血作用，可作稳定剂和起泡剂黑芥子苷：有消炎止痛作用毛地黄苷：有强心剂作用橙皮苷：有理气化瘀作用甜菊苷：一种甜味剂二、单糖及其相关化合物**几种重要的单糖和单糖衍生物定义由10个以下的单糖分子通过糖苷键形成的化合物即醛糖C-1上半缩醛羟基（酮糖则在C-2上）和其它单糖的羟基经脱水缩合而成

三、低聚糖食品中常见的低聚糖类型根据分子上是否保留自由的半缩醛羟基非还原型低聚糖：两分子单糖通过各自半缩醛羟基结合而成化合物如海藻糖、蔗糖性质：不具还原性，不能还原费林试剂，不发生变旋现象，α-和β-型不互相转变三、低聚糖还原型低聚糖：分子中存在一个自由的半缩醛羟基如麦芽糖、异麦芽糖、纤维二糖，龙胆二糖等性质有还原性，可还原费林试剂有变旋现象，α-和β-型可互相转变、并能达到平衡易发生美拉德反应三、低聚糖三、低聚糖三、低聚糖三、低聚糖功能性低聚糖21世纪功能性甜味剂：棉籽糖、水苏糖、低聚麦芽糖、低聚半乳糖，低聚木糖、低聚乳果糖、甲壳低聚糖等保健功能：能促进人体胃肠道的双歧杆菌的繁殖生长防止龋齿，抑制有害菌的生长不被人体消化酶水解，是低热量的甜味剂存在：广泛存在于天然植物中，如香蕉、蜂蜜、西红柿芦笋、大蒜、菊芋、洋葱和麦类等三、低聚糖水苏糖四糖，广泛存在于豆科植物中属棉子糖、属半乳糖苷类的非还原糖良好的热稳定性和着色性，可用于耐热食品和焙烤食品中低热量、低甜度（仅为蔗糖的22%）在体内不消化、不吸收的特点可替代蔗糖应用于各种甜品中作为一种α-半乳糖苷类物质对多种慢性炎症有缓解作用三、低聚糖菊糖从菊芋（洋姜）中提取兼有可溶性膳食纤维和低聚糖的双重功能特性是良好的双歧杆菌的增殖因子理想的低热量可溶性膳食纤维具有模拟脂肪口感的独特性，是良好的脂肪替代物成分中聚果糖含量高已有40多个国家将其批准列为食品的营养强化剂三、低聚糖甲壳低聚糖水溶性氨基葡聚糖随氨基含量的增加，其氨基特性愈显著是用盐酸水解壳聚糖至聚合度1-7的低聚糖可降低肝脏和血清中的胆固醇，提高免疫力，增强抗病、抗感染能力，可抗肿瘤三、低聚糖环状低聚糖（糊精）

D-吡喃葡萄糖通过-1,4糖苷键连接而成的环状糊精n=6-α,7-β,8-γ糖单位组成的α-，β-，γ-环糊精结构特点：高度对称性，是环型中空的圆柱结构羟基分布在圆周外侧，亲水性强，内穴呈疏水性，是微胶囊化的良好壁材，以β-环糊精效果最好，用途最广三、低聚糖性状:白色结晶性粉末熔点:360℃(稳定)溶解度(26℃):18.5g/100ml三、低聚糖在食品工业中应用食品的保香剂食品中的异味如苦味、腥味等乳化剂、表面活性剂起泡促进剂维生素和色素的稳定剂防潮、保湿剂三、低聚糖四、多糖

定义由许多单糖通过糖苷键连接而得到高分子量的聚合物聚合度(DP)：多糖中单糖的个数多糖的DP为200－3000；纤维素的DP最大、达7000－15000结构直链多糖支链多糖

分类：1.同聚多糖由相同的单糖组成的多糖如淀粉、纤维素等，均由D—吡喃葡萄糖组成2.杂聚多糖由两种或两种以上的单糖组成的多糖，如果胶、半纤维素作用：作为贮存物质：如淀粉、糖原作为结构物质：如果胶、纤维素、半纤维素等四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物**淀粉是多糖中唯一以分离的颗粒形式存在于植物中，颗粒结构比较紧密天然淀粉由直、支链淀粉组成四、多糖及其相关化合物

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

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：

5×104～3×106

四、多糖及其相关化合物

支链淀粉结构形状：如高梁穗、树枝状交叉结构三种链：

A、B、C四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物淀粉糊化

概念：在一定温度下，淀粉粒在水中发生膨胀、形成粘稠的糊状胶体溶液本质：水进入微晶束，拆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分子间氢键断开，分散在水中成为胶体溶液四、多糖及其相关化合物过程第一阶段：为可逆吸水阶段，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、继续分离支解影响因素淀粉结构、温度、水分、糖、脂类、pH四、多糖及其相关化合物变化加热破坏了结晶胶束区弱的氢键后，淀粉颗粒开始水合膨胀，结晶区消失，粘度增加，双折射消失在具有足够的水（至少60％）条件下加热淀粉颗粒，达到特定温度（玻璃化相变温度）、淀粉颗粒的无定形区由玻璃态转向橡胶态四、多糖及其相关化合物关键点糊化点或糊化开始温度双折射开始消失的温度糊化终了温度双折射完全消失的温度测定方法偏光显微镜DSC四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物概念

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、甚至凝结沉本质糊化的淀粉相邻分子间氢键部分恢复、自动排列成序，形成一定晶度化微晶束四、多糖及其相关化合物**糊化淀粉的老化**糊化淀粉的老化影响因素直链淀粉不易老化含有单糖、二糖和糖醇不易老化脂类及单甘酯等乳化剂方便食品制作原理提高食品制作过程中淀粉的α－化程度，在较长的时间内不易老化四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物淀粉的水解定义:淀粉在热的条件下易受酸或酶的作用而水解应用：在食品加工中，该性质可用于制造葡萄糖、酸改性淀粉、淀粉糖浆、果葡糖浆四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物分类（根据变性方法）物理变性淀粉：通过加热、挤压、辐射等方法使淀粉微晶结构发生变化化学变性淀粉：原淀粉经化学试剂处理，发生结构变化酶变性淀粉：通过酶作用产生天然变性淀粉：通过品种培育和遗传技术改变淀粉结构四、多糖及其相关化合物

概念：通过物理、化学、酶等处理，使淀粉分子链被切断、重排或引入其他化学基团，使其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**

改性淀粉1.交联淀粉定义：用具有多元官能团的试剂处理，使淀粉分子内部或之间的化学键(氢键)增强、分子互相交联方法：淀粉浆＋磷酰氯、三偏磷酸钠(２％)→交联淀粉特点：良好的机械性能；耐酸、耐碱、耐热；放置后不脱水，阻止胶凝和老化；具有较高的冷冻稳定性和冻融稳定性用途：增稠剂、稳定剂、赋形剂，如调味汁、馅饼、奶油型玉米食品四、多糖及其相关化合物**

改性淀粉2.酯化淀粉定义：在淀粉颗粒内部分子链上引入部分取代基（如乙酰基）而得的产品特点：不易老化，可改善食品的抗冻结—解冻性能，提高低温稳定性应用：西式肉制品、发酵乳制品的优良增稠剂、稳定剂四、多糖及其相关化合物**

改性淀粉纤维素

由D-葡萄糖以β-1,4糖苷键缩合而成的直链分子是自然界存在量最大的多糖与各种半纤维素、木质素结合在一起菌类、软体动物含有纤维素酶，可将其分解成低聚糖、葡萄糖哺乳动物无此酶，人类对其消化率<5%四、多糖及其相关化合物改性纤维素天然纤维素经适当处理，改变其原有性质如：羧甲基纤维素（CMC）、甲基纤维素（MC）CMC作用：（1）增粘、增稠，增溶（2）持水（3）防止脱水（4）抑制油炸食品的吸油四、多糖及其相关化合物

半纤维素存在于植物木质化部分，如秸杆、种皮、坚果壳、玉米穗等含D-木糖为主的一类杂聚多糖其它糖还有葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、糖醛酸、鼠李糖水解后可产生大量戊糖、葡萄糖醛酸和脱氧糖木聚糖是半纤维素类中最丰富的一种是膳食纤维的一个重要来源，可减少心血管病、防止结肠癌、整肠，降低胆固醇在食品加工中，可作为焙烤食品尤其是面包的品质改良剂。可增加面包体积、延缓面包老化四、多糖及其相关化合物果胶构成单元：D—吡喃半乳糖醛酸

存在与作用：细胞壁间的中胶层，粘结细胞山楂6.6%、柑橘0.7～1.5%、苹果1～1.8%

结构与分类：聚半乳糖酸，部分甲酯化三类：原果胶、果胶、果胶酸

四、多糖及其相关化合物四、多糖及其相关化合物果胶种类原果胶：不溶于水，存在未成熟果实细胞间，与纤维素、木质素、半纤维素等在一起甲酯化聚半乳糖醛酸链，赋于果蔬组织坚硬的质地果胶：

溶于水，存在于成熟果实的汁液中，是羧基不同程度甲酯化的聚半乳糖醛酸链，使果实富有弹性果胶酸：

溶于水，存在于过熟果实中是去甲酯化的聚半乳糖醛酸链，果实变成软饧状态四、多糖及其相关化合物果胶凝胶的形成形成条件

pH：2.0～3.5;蔗糖：

60～65%；果胶：0.3～0.7%；温度：室温～100℃形成机理在蔗糖作用下脱水以减少胶粒表面的吸附水，促进形成链状胶束，形成果胶分子间氢键

四、多糖及其相关化合物果胶凝胶的形成氢键有：羟--羟，羟--羧，羧--羧。C2，C3位上反式结构有利氢键形成胶束失水后而凝聚（结晶沉淀），形成一种具有一定强度和结构类似海绵的凝胶体。空隙处吸附着糖—水分子pH=2.0～3.5阻止羧基离解，中和荷，胶束结晶、凝聚而形成凝胶

四、多糖及其相关化合物魔芋（葡甘聚糖）定义：是含葡萄糖和甘露糖高分子杂多糖化学结构：葡萄糖和甘露糖残基（分子比1：1.6～1.7）、通过β-1,4糖苷键聚合为主链β-1,3糖苷键连接支链而成的天然高分子杂多糖每19个糖基有一酰基分子量为20～200万，是天然植物多糖中分子量和分子扩散度最大多糖四、多糖及其相关化合物魔芋葡甘聚糖性质水溶性：易溶于水，吸水力>100倍。其溶液为假塑性液体，有剪切变稀的性质增稠性：1％魔芋粉水溶液的粘度，可达数千MPas，最高可达五万MPas。若与其它胶体复配，可进一步提高粘度胶凝性：可形成热不可逆弹性凝胶。与卡拉胶、黄原胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶等有良好的复配性能成膜性：当该溶液脱水后、金属粒子存在下，可以形成有粘着力的硬膜四、多糖及其相关化合物魔芋葡甘聚糖应用广泛应用于果冻、冰淇淋、肉制品、冰淇淋冷冻食品等食品行业可制作魔竽糕、魔芋豆腐，仿生食品如虾仁、腰花、肚片、蹄筋、鱿鱼、海参、海蜇皮魔芋葡甘聚糖与黄原胶混合（1：1），可形成热不可逆性凝胶，熔化温度为60～63℃，利用这一特性可制造果冻布丁、果酱、糖果四、多糖及其相关化合物甲壳素，又名几丁(聚糖)质，化学名：(1,4)-2-乙酰胺-2-脱氧-β-D-葡聚糖目前自然界发现的唯一含阳离子基团的碱性多糖有α、β、γ三种结构，最为常见、普通为α型每年自然界产量为数十亿吨，是产量仅次于纤维素的天然高分子化合物四、多糖及其相关化合物壳聚糖(Chitosan)：甲壳素(Chitin)脱乙酰基后的产物，是甲壳素最基本、最重要的衍生物

脱乙酰度越高，生物活性越强壳聚糖分子活性基团为氨基，由于氨基和羟基比较活泼，壳聚糖的化学性质较甲壳素活泼可溶于稀酸、甲酸、乙酸，但不溶于水和绝大多数有机溶剂四、多糖及其相关化合物聚糖改性—羧甲基化：方法：

在碱性环境中，壳聚糖可以与氯乙酸反应引入羧甲基、形成具有强极性的羧酸盐基结构，因而直接溶于水

产物：

O-羧甲基壳聚糖N-羧甲基壳聚糖

羧甲基壳聚糖的结构式四、多糖及其相关化合物羧甲基壳聚糖的优良性能水溶性：取代度>0.6的羧甲基壳聚糖易溶于水，取代度愈高，水溶性越好，溶液的透明度也好保湿性:有较强的吸水性，0.25%的羧甲基壳聚糖溶液的吸湿度和20%的丙三醇相当，溶液的粘度恒定优良成膜性:其膜有光泽，透明柔韧，透气性好高分子性能:

(1)对胶体有稳定作用，有增稠及凝胶的作用，气泡稳定性(2)安全无毒性

四、多糖及其相关化合物羧甲基壳聚糖的功能溶于盐酸、醋酸、柠檬酸液具有食品防腐、保鲜作用，2%液成膜、抑菌保健功能：有利于双歧杆菌增殖有效的膳食纤维四、多糖及其相关化合物甲壳素、壳聚糖功能四调：免疫调节、PH调节、激素调节、神经系统调节四排：排有害胆固醇、排重金属离子、排毒素、排多余脂肪三抑：抑制癌细胞、抑制癌毒素、抑制癌细胞转移四、多糖及其相关化合物海藻多糖

定义：一类多组分混合物，由不同的单糖基通过糖苷键(一般为C1,3和C1,4-键)相连而成，是海藻细胞间和细胞内所含的各种高分子碳水化合物的总称共性：(1)多为水溶性(2)大多含有硫酸基(3)多具高黏度或凝固能力种类：红藻多糖、绿藻多糖、褐藻多糖等，其中褐藻多糖的种类和数量最多四、多糖及其相关化合物海藻多糖功能：持水、持油、增稠、乳化、稳定应用：是一种多功能的食品添加剂；在肉只品、乳制品、饮料、甜点中有良好作用四、多糖及其相关化合物

海藻多糖1.海藻酸钠：由β-1，4-D-甘露糖醛酸和α-1，4-L-古罗糖醛酸组成的线性高聚物整个褐藻酸大分子可由下列三种不同区段嵌合而成：

(G)n,即多聚-α-L-古罗糖醛酸

(M)n,即多聚-β-D-甘露糖醛酸

(GM)n,即G与M交替共聚的区段

四、多糖及其相关化合物海藻酸钠(续)海藻酸盐结合Ca2+形成“蛋盒”模型可形成热不可逆凝胶，具有热稳定性可作组合食品如仿水果、凝胶糖果海藻酸盐与带正电荷氨基酸作用，用于重组肉制品可用作增稠剂四、多糖及其相关化合物2.