食品化学碳水化合物部分

食品化学碳水化合物部分第1页，共62页，2023年，2月20日，星期二第三节多糖定义(Definition)分类(Classification)重要的多糖(Importantpolysaccharides)性质(Properties)功能(Functions)2第2页，共62页，2023年，2月20日，星期二一、定义及分类按结构分按组成分直链多糖，支链多糖D-吡喃葡萄糖组成均匀多糖，非均匀多糖（杂多糖）

超过10个单糖的聚合物，是大分子聚合物，聚合度（DP）由10到几千，大多数多糖的DP为200～3000，纤维素7000～15000。常见多糖有淀粉，纤维素，半纤维素，果胶，瓜尔豆胶等。3第3页，共62页，2023年，2月20日，星期二糖糖单元结构纤维素直链淀粉支链淀粉糖原海藻酸阿拉伯树胶D-葡萄糖β-(1-4)糖苷键D-葡萄糖α-(1-4)糖苷键D-葡萄糖α-(1-4)、α-(1-6)糖苷键D-葡萄糖α-(1-4)、α-(1-6)糖苷键D-葡萄糖,D-甘露糖酸,L-洛糖醛酸D-半乳糖,D-葡萄糖醛酸,L-鼠李糖,L-阿拉伯糖均多糖和杂多糖实例4第4页，共62页，2023年，2月20日，星期二二、纤维素纤维素是通过β-D-(1−>4)糖苷键连接形成的。最基本单位是纤维二糖。145第5页，共62页，2023年，2月20日，星期二纤维素是直链结构，不像淀粉（有螺旋和支链结构），无螺旋和支链结构。纤维素是通过一条链上的OH与另一条链上的-O-形成氢键连接形成并行结构，使得纤维素具有较高的拉伸强度。6第6页，共62页，2023年，2月20日，星期二纤维素是植物细胞壁的主要成分，也是海藻和卵菌的主要形式。植物中33%是纤维素，其中棉花中含有90%纤维素，木质中含有40-50%纤维素。大多数哺乳动物不能利用纤维素。动物中反刍动物和白蚁类能够消化纤维素。7第7页，共62页，2023年，2月20日，星期二纤维素无色、无味，不溶于水和部分溶剂。纤维素可以在纤维素酶作用下水解为纤维糊精，在强酸或稀酸高温下才能彻底分解为葡萄糖。与淀粉相比，纤维素更易结晶化，在

320oC，25MPa压力下易变成无定形结构。8第8页，共62页，2023年，2月20日，星期二纤维素功能：纤维素可以从木质材料和棉花中获得，用来制作木板和纸张。纤维素还可以用作粘合剂，如甲基化的纤维素、羧甲基化纤维素可以用作墙纸和粘合剂。纤维素来自非主食谷物可以用作高效的生物能源来源。如大麻、柳枝、杨树等。纤维素还可被转化为生物燃料，如生物酒精。9第9页，共62页，2023年，2月20日，星期二三、改性纤维素1.羧甲基纤维素

CMC：易溶于水，有粘性，其钠盐可做增稠剂

可与蛋白质形成复合物，有助于蛋白质食品的增溶，在馅饼、牛奶、蛋糊及布丁中作增稠剂和粘接剂。在冰淇淋和其它冷冻食品中，可阻止冰晶的形成。防止糖果，糖浆中产生糖结晶，增加蛋糕等烘烤食品的体积，延长食品的货架期。应用10第10页，共62页，2023年，2月20日，星期二2.甲基纤维素（MethylcelluloseMC）3.羟丙基甲基纤维素（HydroxypropylmethylcelluloseHPMC）优点：热胶凝性、保湿性好。用途：保湿剂、增稠剂、稳定剂。11第11页，共62页，2023年，2月20日，星期二

4.微晶纤维素

用稀酸处理纤维素,可以得到极细的纤维素粉末，称为微晶纤维素。在疗效食品中作为无热量填充剂。12第12页，共62页，2023年，2月20日，星期二四、半纤维素(Hemicellulose)

一些与纤维素一起存在于植物细胞壁中的多糖物质总称。构成半纤维素单体的有：葡萄糖，果糖，甘露糖，半乳糖，阿拉伯糖，木糖，鼠李糖及糖醛酸。13第13页，共62页，2023年，2月20日，星期二五、果胶

果胶物质是植物细胞壁成分之一，存在于相邻细胞壁间的胞间层中，起着将细胞粘在一起的作用，它使水果、蔬菜具有较硬的质地。结构：D-吡喃半乳糖醛酸以α-1,4苷键相连，通常以部分甲酯化存在。14第14页，共62页，2023年，2月20日，星期二高甲氧基果胶（HM）：分子中超过一半的羧基是甲酯化的，余下的羧基是以游离酸及盐的形式存在，相当于甲氧基含量＞7%。低甲氧基果胶（LM，低果胶酯）：分子中低于一半的羧基是甲酯化型，相当于甲氧基含量≤7%。15第15页，共62页，2023年，2月20日，星期二根据果蔬的成熟过程，分有三种形态：原果胶：(protopectin）未成熟的果实和蔬菜中高度甲酯化且不溶于水的果胶物质。只存在于植物细胞壁中，它使果实，蔬菜保持较硬的质地。果胶：(Pectin)

羧基不同程度甲酯化的果胶物质，存在于植物汁液中，成熟果蔬的细胞液内含量较多。果胶酸：(Pecticacid)

完全不含甲酯基的聚半乳糖醛酸，在细胞汁中与Ca2+、Mg2+

、K+

、Na+等矿物质形成不溶于水或微溶于水的果胶酸盐。16第16页，共62页，2023年，2月20日，星期二未成熟果实细胞间含大量原果胶，与纤维素、木质素、半纤维素等在一起，组织坚硬。随着成熟的进程,原果胶在聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶的作用下，水解成分子量较小的可溶于水的果胶,并与纤维素分离,掺入细胞内、果实组织变软而有弹性。若进一步水解，则果胶发生去甲酯化，生成果胶酸。由于果胶酸不具有粘性，果实变成软疡的过熟状态。17第17页，共62页，2023年，2月20日，星期二果胶是亲水性胶状物，其中HM在酸性（pH=2～3.5）、蔗糖含量60～65%的条件下会生成凝胶，而LM与糖、酸即使比例恰当也难以形成凝胶，但它在Ca2+

作用下可形成凝胶。机制蔗糖的作用——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。pH=2～3.5，阻止羧基离解，中和电荷，胶束结晶、凝聚而形成凝胶。18第18页，共62页，2023年，2月20日，星期二商业上生产果胶：以桔皮和苹果渣为原料，在pH=1.5～3，温度60～100℃提取，再用离子（Al3+）沉淀纯化，使果胶形成不溶于水的果胶盐，用酸性乙醇洗涤除去离子。果酱和果冻的胶凝剂酸奶的水果基质，能阻止加热时酪蛋白聚集饮料和冰激凌的稳定剂与增稠剂19第19页，共62页，2023年，2月20日，星期二六、魔芋葡甘露聚糖由D-甘露糖与D-葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成。魔芋葡甘露聚糖能溶于水，形成高黏度的假塑性溶液。其高亲水性、胶凝性和成膜性，用于制作魔芋食品和仿生食品（虾仁、肚片、鱿鱼等）、果冻、果酱、糖果、食品保鲜膜；在乳制品、冰激凌、肉制品和面包中作增稠剂和稳定剂。小肠内无此多糖的分解酶，故几乎不能被消化，可作减肥食品。20第20页，共62页，2023年，2月20日，星期二七、膳食纤维膳食纤维是一种不能被人体消化的碳水化合物，由两部分组成。一部分是不溶性的植物细胞壁材料，主要是纤维素与木质素（复杂的酚类聚合物），另一部分是非淀粉的水溶性多糖，如果胶、树胶等。非水溶性纤维可降低罹患肠癌的风险，同时可经由吸收食物中有毒物质预防便秘，并且减低消化道中细菌排出的毒素。21第21页，共62页，2023年，2月20日，星期二常见的食物中的大麦、豆类、胡萝卜、柑橘、亚麻、燕麦等食物都含有丰富的水溶性纤维。水溶性纤维可减缓消化速度和最快速排泄胆固醇，有助于调节免疫系统功能，促进体内有毒重金属的排出。可让血液中的血糖和胆固醇控制在理想的水平。22第22页，共62页，2023年，2月20日，星期二1.增强肠道功能，防止便秘膳食纤维体积大，可促进肠蠕动、减少食物在肠道中停留时间，其中的水份不容易被吸收。另一方面，膳食纤维在大肠内经细菌发酵，直接吸收纤维中的水份，产生通便作用。排便时间的缩短有利于减少肠内有害细菌的生长，并能避免胆汁酸大量转变为致癌物。23第23页，共62页，2023年，2月20日，星期二2.控制体重、有利于减肥膳食纤维，特别是水溶性纤维，可以减缓食物由胃进入肠道的速度，并具有很强的吸水溶胀性能，吸水后膨胀,体积和重量增加10～15倍，从而产生饱腹感而减少能量摄入，降低膳食中脂肪的热比值，避免热能过剩而导致体内脂肪的过度积累,；在肠道内营养的消化吸收也下降，达到控制体重和减肥的作用。24第24页，共62页，2023年，2月20日，星期二3.改善和预防糖尿病水溶性纤维可降低餐后血糖和血胰岛素升高反应。膳食纤维中的果胶可延长食物在胃肠内的停留时间，延长胃排空时间，降低葡萄糖的吸收速度，使人体进餐后的血糖值不会急剧上升，并降低人体对胰岛素的需求，从而有利于糖尿病病情的改善。25第25页，共62页，2023年，2月20日，星期二4.预防结肠和直肠癌主要与致癌物质在肠道内停留时间长，和肠壁长期接触有关。增加膳食中纤维含量，使致癌物质浓度相对降低，加上膳食纤维有刺激肠蠕动作用，致癌物质与肠壁接触时间大大缩短。长期以高动物蛋白为主的饮食，再加上摄入纤维素不足是导致这两种癌的重要原因。26第26页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.降低血液胆固醇含量、预防心血管疾病高脂肪和高胆固醇是引发心血管疾病的主要原因。肝脏中的胆固醇经人体代谢而转变成胆酸，胆酸到达小肠以消化脂肪，然后胆酸再被小肠吸收回肝脏而转变成胆固醇。膳食纤维在小肠中能形成胶状物质，如“果胶”可结合胆固醇，“木质素”可结合胆酸，从而将胆酸包围，被膳食纤维包围的胆酸便不能通过小肠壁被吸收回肝脏，而是通过消化道被排出体外。肝脏只能靠吸收血液中的胆固醇来补充消耗的胆酸，从而就降低了血液中的胆固醇。27第27页，共62页，2023年，2月20日，星期二糙米、玉米、小米、大麦、小麦皮（米糠）和麦粉（黑面包的材料）等杂粮根菜类和海藻类中食物纤维较多，如胡萝卜、四季豆、豌豆、薯类等过多的摄食膳食纤维会致腹部不适，如增加肠蠕动和增加产气量，影响其他营养素如蛋白质的消化和钙、铁的吸收。28第28页，共62页，2023年，2月20日，星期二八、糖原存在于动物体内，又称动物淀粉其结构类似于支链淀粉只是糖原的分支更多，分子量更大。当动物血液中葡萄糖含量较高时，就会结合成糖原储存于肝脏中。当葡萄糖含量降低时，糖原就可分解成葡萄糖而供给机体能量。29第29页，共62页，2023年，2月20日，星期二通过α-(1−>4)和

α-(1->6)连接形成的。

411630第30页，共62页，2023年，2月20日，星期二九、多糖的功能1.调整粘度(Viscositycontrol)2.改善质构(Texturecontrol)3.用作乳化剂(Emulsifyingagent)4.用作保水性(Water-bindingcapacity)5.用作稳定剂(Stabilizer)31第31页，共62页，2023年，2月20日，星期二第四节淀粉淀粉是大多数植物的主要储备物，主要存在于植物的种子、根和茎中。是很多的植物组分之一。它也是人类营养最重要的碳水化合物来源。制备淀粉所用的原料来源主要有玉米、小麦、马铃薯、甘薯等农作物，此外，豆类、藕也用作淀粉生产的原料。一、来源32第32页，共62页，2023年，2月20日，星期二二、淀粉粒淀粉是植物的主要贮备碳水化合物。淀粉主要是以淀粉颗粒(granules)的形式存在。无定型区结晶区直链淀粉支链淀粉33第33页，共62页，2023年，2月20日，星期二淀粉粒的特性淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒。形状：圆形、椭圆形、多角形等。大小：0.001~0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最大，大米淀粉颗粒最小。形状和大小均随植物的品种而改变34第34页，共62页，2023年，2月20日，星期二三、分类淀粉包括直链淀粉(amylose)和支链淀粉(amylopectin)。淀粉包括天然淀粉(nativestarch)和改性淀粉(modifiedstarch)。普通淀粉含有20%-39%的直链淀粉，有的玉米新品种中直链淀粉含量可达50%-85%称为高直链淀粉玉米。有些淀粉仅由支链淀粉组成。如糯玉米、糯米淀粉等。35第35页，共62页，2023年，2月20日，星期二1.直链淀粉Amylose葡萄糖以-1,4糖苷键连接而成的线性聚合物。聚合度：数百～数千；相对分子质量约为106左右；分子内的氢键作用成右手螺旋状，每个环含有6个葡萄糖残基。36第36页，共62页，2023年，2月20日，星期二大多数含有0.3%～0.5%的

-D-1,6糖苷键。大多数淀粉含有25%左右的直链淀粉。个别高直链玉米淀粉的直链含量能达到52%及70%～75%。直链淀粉在水溶液中通常以三种形式存在：一是分子呈弯曲性非常大的无规则线团结构；二是间断式螺旋结构；三是螺旋形式存在。37第37页，共62页，2023年，2月20日，星期二2.支链淀粉Amylopectin

支链淀粉是一种高度分支的大分子。葡萄糖通过-1,4糖苷键连接构成主链，支链通过

-1,6糖苷键与主链连接；聚合度数万；分子量很大，107~5108分支点

-1,6糖苷键占总糖苷键的4%～5%。38第38页，共62页，2023年，2月20日，星期二大多数淀粉含有75%的支链淀粉（口感好）。含有100%支链淀粉称为蜡质淀粉。马铃薯淀粉含有磷酸酯基，因此略带负电，在温水中快速吸水膨胀，使其具有高粘度、透明度好以及老化速率慢的特性。39第39页，共62页，2023年，2月20日，星期二特点直链淀粉支链淀粉形式连接单位分子量直链(Linear)α-(1,4)200-2,000105-106支链(Branched)α-(1,4);α-(1,6)高达2,000,0001×107-5×10840第40页，共62页，2023年，2月20日，星期二四、淀粉的主要性质1、淀粉的溶解性淀粉分子间形成的氢键众多，导致淀粉分子间作用力较强，在一般条件下无法破坏这些作用力，淀粉颗粒不溶于冷水。将干燥的淀粉放入冷水中，水分子进入淀粉粒的内部，在非结晶区同一些亲水基团作用，淀粉粒就会因吸收少量的水而产生溶胀作用，但不能破坏淀粉结晶的完整性。41第41页，共62页，2023年，2月20日，星期二马铃薯淀粉由于含有较多的磷酸基、颗粒较大，所以内部结构较松弛，溶解度相对较高。玉米淀粉由于颗粒小、结构致密、同时含有较多的脂类化合物，抑制了淀粉的膨胀和溶解，溶解度相对较低。42第42页，共62页，2023年，2月20日，星期二提高淀粉溶解性的三种途径：（1）引入一些亲水基团，增加淀粉分子与水分子间的相互作用，如化学改性淀粉；（2）改变淀粉分子的结构方式，破坏淀粉粒，使原有的结晶区不存在，如预糊化淀粉；（3）将淀粉水解，使分子变小、破坏淀粉的结构，如糊精。43第43页，共62页，2023年，2月20日，星期二2、化学性质无还原性直链淀粉遇碘呈蓝色，加热则蓝色消失，冷后呈蓝色。支链淀粉遇碘呈紫红色44第44页，共62页，2023年，2月20日，星期二鉴定(Determination）定性分析直链淀粉碘离子蓝色红色支链淀粉分光光度仪45第45页，共62页，2023年，2月20日，星期二3.淀粉糊化淀粉糊化机理：淀粉粒是由众多的葡萄糖分子组成的“胶束”集合体，这些“胶束”集合体分子之间的吸引力很强，水分很难进入胶束中，故淀粉不溶于冷水。当温度升高至一定程度时，由于温度增高，胶束分子运动的功能超过了“胶束”分子间的引力时，胶束破裂，破裂的胶束分子便向各方面散乱展开，水分子大量的进入胶束中，扩展开来的胶束分子相互连接成一个网状的含水胶体，这便是糊化。特点：淀粉颗粒体积变大双折射(birefringence)现象消失澄清度提高黏度和稠度显著提高46第46页，共62页，2023年，2月20日，星期二扫描电镜图片47第47页，共62页，2023年，2月20日，星期二分子结构直链淀粉分子间存在的作用相对较大，直链淀粉含量高，淀粉难糊化；水活度Aw提高，糊化程度提高；糖和盐高浓度的糖和盐，使淀粉糊化受到抑制；高浓度的糖可推迟糊化，提高糊化温度。糖分子一方面与淀粉分子争夺水分子；另一方面阻碍淀粉分子分开。影响淀粉糊化的因素48第48页，共62页，2023年，2月20日，星期二脂类脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋环内，不易从螺旋环中浸出，并阻止水渗透入淀粉粒，从而抑制淀粉糊化；pH值大多数食品的PH在4－7，pH<4时，淀粉水解为相对分子量较小的糊精而黏度降低，不利于糊化；对于高酸食品，为提高粘度和增稠，需采用交联淀粉（改性淀粉，分子大，粘度大）或加糖。PH=10时糊化加快，但对食品没有意义。有人在煮粥时加少量碱，可加速糊化，但从营养角度上是不科学的。49第49页，共62页，2023年，2月20日，星期二淀粉酶：淀粉原料中的内源淀粉酶较耐热，糊化初期由于温度、水分适合致使酶发生催化作用，淀粉部分降解（稀化），使糊化加速。新米较陈米稠汤好煮，就是因为前者酶活性高。50第50页，共62页，2023年，2月20日，星期二4.淀粉老化淀粉老化机理：原淀粉（也称为β淀粉），胶束之间以葡萄糖的OH基相结合，加水糊化，并经冷却后，在游离水的存在下，容易引起以水分子为中心的“H”的结合，即发生“老化”。随着淀粉的“老化”，淀粉胶束又重新排列，接近于原有淀粉的结构状态，但不可能复原成原有淀粉的状态，其晶化程度要低于原淀粉。

淀粉糊冷却或贮藏时，淀粉分子通过氢键相互作用的再缔合产生沉淀或不溶解的现象，称为淀粉的老化。51第51页，共62页，2023年，2月20日，星期二

实质是糊化后的淀粉分子又自动排列成序，形成高度致密的、结晶化的、不溶解性分子微束，分子间的氢键又恢复。52第52页，共62页，2023年，2月20日，星期二淀粉的老化是糊化的逆转，但老化不会使淀粉彻底复原成生淀粉的结构，与生淀粉相比，结晶化程度低。老化的淀粉与水失去亲和力，不易为淀粉酶水解，严重影响食品的质地。淀粉的凝沉作用，在固体状态下也会发生，如冷却的馒头、面包或米饭，放置一定时间后，便失去原来的柔软性，也是由于其中的淀粉发生了凝沉作用。53第53页，共62页，2023年，2月20日，星期二影响淀粉老化的因素1、温度

2-4℃易老化；

>60或<-20℃不易老化；-20℃以下，淀粉分子间的水分急速、深度冻结，形成微小冰晶，阻碍淀粉分子间的靠近。2、水分含水量30~60%，易老化；

<10%或过高均不易老化（淀粉分子难以流动、定向，或较高水分阻止淀粉分子间的氢键、靠近）。54第54页，共62页，2023年，2月20日，星期二3、结构直链淀粉比支链淀粉易老化，由于直链淀粉空间位阻小、分子直链，易平行定向靠拢而相互结合（氢键），更易老化。中等聚合度较长链易老化。4、共存物的影响

极性脂类和乳化剂可抗老化（可与恢复螺旋结构的直链淀粉形成包合物）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。55第55页，共62页，2023年，2月20日，星期二在食品加工中防止淀粉老化的一种有效地方法：就是将淀粉（或含淀粉的食品）糊化后，在80℃的高温迅速除去水分，或冷至0℃以下迅速脱水。这样淀粉分子已不能移动和相互靠近，成为固定的-淀粉。-淀粉加水后，因无胶束结构，水容易进入，淀粉分子迅速吸水，容易重新糊化。56第56页，共62页，2023年，2月20日，星期二5.凝胶化凝胶化：一定浓度的淀粉糊化液，在缓慢冷却的过程中可形成具粘弹性和硬度的持水网状结构——淀粉凝胶。淀粉凝胶化与老化间的区别：淀粉凝胶的连接区的形成，意味着淀粉分子形成结晶的开始。凝胶化是老化开始的前奏，