食品化学课件 糖

食品化学河南农业大学食品科学技术学院第三章碳水化合物第一节概述第二节单糖第三节低聚糖第四节多糖第五节淀粉Carbohydrates第一节概述Introduction一、碳水化合物的一般概念碳水化合物

多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物1、分类按组成分单糖（Monosaccharides）：

不能再被水解的多羟基醛、酮，是碳水化合物的基本单位低聚糖（寡糖）（Oligasaccharides）：

由2~10个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖

多糖(Polysaccharides)：

由许多单糖分子缩合而成结构多糖贮存多糖功能多糖按功能分二、食品中碳水化合物的作用提供人类能量的绝大部分提供适宜的质地、口感和甜味（如麦芽糊精作增稠剂、稳定剂）有利于肠道蠕动，促进消化（如纤维素被称为膳食纤维，低聚糖可促小孩肠道双歧杆菌生长，促消化）第二节单糖Monosaccharides一、单糖的结构醛糖第二节单糖Monosaccharides一、单糖的结构酮糖第二节单糖Monosaccharides一、单糖的结构第二节单糖Monosaccharides二、糖苷Glycosides

1、定义：是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的-OH、-NH2、

-SH（巯基）等发生缩合反应而得的化合物。

2、分类：O-糖苷、S-糖苷、N-糖苷

O-糖苷

S-糖苷

N-糖苷

第二节单糖Monosaccharides二、糖苷Glycosides

3、生物活性：糖苷的重要功能在于它们的生理功能。可以促进血液循环，提高脑血流量，对心血管疾病有显著疗效（冠心病、脑血栓）黄酮糖苷：具有苦味和其它风味和颜色毛地黄苷：强心剂皂角苷：起泡剂和稳定剂甜菊苷：甜味剂4、糖苷的毒性：某些氰糖苷在体内转化为氢氰酸，使人体中毒。如：苦杏仁苷，在酶作用下水解成ＨＣＮ等（杏、木薯等）。

第二节单糖Monosaccharides三、化学反应

D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下可被氧化成D-葡萄糖酸，并形成内酯。1、氧化反应第二节单糖Monosaccharides三、化学反应2、还原反应单糖的羰基在一定压力、催化剂镍存在下加氢还原成羟基，得到糖醇（山梨醇、甘露糖醇、木糖醇等）Ni保湿剂甜度为蔗糖的50%第二节单糖Monosaccharides三、化学反应3、酯化与醚化反应酯化糖中羟基与有机酸和无机酸相互作用生成（酯蔗糖酯是一种很好的乳化剂）醚化糖中羟基除了形成酯外，还能形成醚。如红藻多糖C3与C6间形成内醚（3,6-脱水环）第二节单糖Monosaccharides三、化学反应4、褐变反应BrowningReaction(1)褐变作用概述褐变(browning)是食品加工最普遍存在的一种变色现象。在一些食品加工中适当的变色是需要的，如面包、红茶等加工；而另一些食品加工出现褐变则是不利的，如果蔬的加工、鱼片的加工等。第二节单糖Monosaccharides三、化学反应4、褐变反应BrowningReaction(2)褐变分类酶促褐变

以多酚氧化酶催化，使酚类物质氧化为醌非酶褐变焦糖化反应PhenomenaofCaramelization美拉德反应MaillardReaction第二节单糖Monosaccharides三、化学反应4、褐变反应BrowningReaction(3)焦糖化反应定义

糖类在没有含氨基化合物存在的条件下，加热到其熔点以上温度时，会生成黑褐色色素物质，这种反应称焦糖化反应。糖类在受热情况下，生成两类物质：一类是糖的脱水聚合物，即焦糖或称酱色物(Caramel)；一类是烈解产物，是一类挥发性醛、酮类物质。第二节单糖Monosaccharides三、化学反应4、褐变反应BrowningReaction(3)焦糖化反应反应历程A、焦糖的形成蔗糖→熔融→起泡→异蔗糖酐→焦糖酐→起泡、脱水→焦糖烯→焦糖素B、活性醛的形成糖在强烈的热作用下，产生活性醛第二节单糖Monosaccharides三、化学反应4、褐变反应BrowningReaction(4)美拉德反应定义

食品在油炸、焙烤、烘焙等加工或贮藏过程中，还原糖（主要是葡萄糖）同游离氨基酸或蛋白质分子中氨基酸残基的游离氨基发生羰氨反应，产生有色大分子，这种反应被称为美拉德反应。反应过程美拉德反应包含了较多的反应，目前较公认的是：羰氨缩合→分子重排→果糖基胺脱水、脱胺→二羰基化合物作用→产生不稳定的饱和醛、黑色素等。美拉德反应历程A、初始阶段N-葡萄糖基胺的形成N-葡萄糖基胺分子重排在稀酸条件下，羰胺缩合产物易水解；亚硫酸根可与醛形成加成化合物，可阻止N-葡萄糖基胺的生成美拉德反应历程B、中间阶段果糖基胺的进一步反应可能有两条：脱水形成羟甲基糠醛HMF的积累与褐变速度有很大的关系，因此通过测定HMF可预测褐变速度。HMF美拉德反应历程B、中间阶段果糖基胺脱去胺残基重排生成二羰基化合物2,3烯醇化-RNH2二羰基化合物二羰基化合物是非常活泼的中间产物，它可以进行以下作用：进一步脱水后与胺类缩合，生成褐色大分子；也可裂解成较小的分子，促使氨基酸脱羧、脱氨，生成少一个碳的醛（这就是Strecker降解作用），对食品品质影响很大。Strecker降解示意图美拉德反应历程C、终了阶段醇醛缩合物的产生黑色素的产生含羰基的中间产物随机聚合，在连续不断的醇醛缩合反应后，在有氨基酸或蛋白质的参与下，聚合成黑色素。+醇醛缩合物不稳定的醛第二节单糖Monosaccharides三、化学反应5、非酶褐变对食品质量的影响对营养质量的影响糖与氨基酸反应形成色素复合物，导致氨基酸损失，尤其是赖氨酸、缬氨酸的损失；产生某些致癌物质。对感官质量的影响在褐变过程中形成了大量对色、香、味影响的成分，从而影响了食品的感官品质。面包风味各种风味与甜味的增强剂第二节单糖Monosaccharides三、化学反应5、非酶褐变对食品质量的影响利用美拉德反应调制感官质量不同加工方法：

土豆大麦

水煮125种香气75种香气

烘烤250种香气150种香气控制原料：

核糖+半胱氨酸：烤猪肉香味核糖+谷胱甘肽：烤牛肉香味控制温度：

葡萄糖+缬氨酸：100～150

℃

烤面包香180℃巧克力香第二节单糖Monosaccharides三、化学反应6、非酶褐变的控制稀释或降低水分含量降低pH降低温度除去一种作用物

加入葡萄糖转化酶，除去糖，减少褐变色素形成早期加入还原剂（亚硫酸盐）钙盐处理第三节低聚糖Oligosaccharides一、概述一般由2～10个糖基构成，较重要的低聚糖有：蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖、麦芽糊精和环状糊精（沙丁格糊精）。

-1,4D-半乳糖D-葡萄糖β-1,4第三节低聚糖Oligosaccharides二、具有特殊功能的低聚糖1、低聚果糖：分子式特点为：G-F-Fn生理活性：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低聚果糖存在于天然植物中香蕉、蜂蜜、大蒜、西红柿、洋葱第三节低聚糖Oligosaccharides二、具有特殊功能的低聚糖2、低聚木糖低聚木糖是有不同聚合度的木糖组成的混合物，木二糖含量越高，产品质量越好。木二糖的分子结构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从玉米芯、面子壳等原料中提取木聚糖；木聚糖的酶法水解低聚木糖的生产第三节低聚糖Oligosaccharides二、具有特殊功能的低聚糖3、甲壳低聚糖β-1,4甲壳低聚糖的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强抗肿瘤增殖双歧杆菌第三节低聚糖Oligosaccharides二、具有特殊功能的低聚糖4、环状低聚糖又名沙丁格糊精(SchardingerDextrin)，由环状α-Ｄ－吡喃葡萄糖苷构成。聚合度为6、7、8，分别成为α、β、γ－环状糊精。N=6N=7N=8Cyclodextrin(CD)第三节低聚糖Oligosaccharides二、具有特殊功能的低聚糖4、环状低聚糖Cyclodextrin(CD)α－环状糊精β－环状糊精γ－环状糊精环糊精的结构特点：圆柱形，高度对称性-OH在外侧，C-H和环O在内侧环的外侧亲水，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）第三节低聚糖Oligosaccharides二、具有特殊功能的低聚糖4、环状低聚糖Cyclodextrin(CD)环糊精在食品工业中的应用①保持食品香味的稳定②保持天然食用色素的稳定第四节多糖Polysaccharides一、概述是大分子聚合物，聚合度由10到几千，大多数多糖的DP为200～3000，常见多糖有淀粉，纤维素，半纤维素，果胶，瓜尔豆胶等等。直链多糖，支链多糖均匀多糖，非均匀多糖（杂多糖）按结构分按组成分第四节多糖Polysaccharides二、多糖的性质多糖的溶解性与结构之间的关系；多糖结合水对食品质量的影响。2、多糖的粘度和稳定性多糖在水中呈亲水胶体状，具有增稠和凝胶的功能；有控制流动及质构的功效。3、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。4、多糖水解在酸或酶的催化作用下，糖苷键被水解。1、多糖的溶解性第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch1、淀粉粒的特性晶体结构：用偏振光显微镜观察及X-射线研究，能产生双折射及

X衍射现象。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，谷物淀粉粒最小。第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch2、淀粉结构直链淀粉Amylose葡萄糖以-1,4糖苷键连接而成的线性聚合物。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。第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch2、淀粉结构支链淀粉Amylopectin支链淀粉是一种非常大的，支化度很高的大分子；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，分子量很大，107~5108第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch3、淀粉糊化Gelatinization淀粉粒在适当温度下，在水中溶胀，分裂，形成均匀的糊状溶液的过程称为糊化。其本质是微观结构从有序转变成无序。双折射和结晶结构也完全消失。糊化温度指双折射消失时的温度。糊化温度不是一个点，而是一段温度范围。

几种粮食淀粉的糊化温度（℃）第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch3、淀粉糊化Gelatinization影响淀粉糊化的因素分子结构直链淀粉比支链淀粉难糊化；AwAw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；脂类脂类可与淀粉形成包合物，从而抑制淀粉糊化；pH值pH<4时，不利于糊化；pH在4～7时，不影响；淀粉酶淀粉酶的存在有利于糊化。第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch3、淀粉老化Retrogradation淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期放置，会变为不透明甚至产生沉淀的现象，被称为淀粉的老化。

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、不溶解性分子微束。第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch3、淀粉老化Retrogradation影响淀粉老化的因素温度2~4℃易老化，>60℃或<-20℃，不易发生老化；水分含水量30~60%，易老化；<10%或过高均不易老化。结构直链淀粉比支链淀粉易老化；聚合度n中等的淀粉易老化；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。

第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch4、淀粉水解Hydrolization热和酸的作用酸轻度水解淀粉变稀，酸改性或变稀淀粉；提高凝胶的透明度，并增加凝胶强度；成膜剂和粘结剂酸水解程度加大得到低粘度糊精；成膜剂和粘结剂、糖果涂层、微胶囊壁材酶的作用葡萄糖或糖浆第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch5、改性淀粉

天然淀粉经适当的化学处理、物理处理或酶处理，使某些加工性能得到改善，以适应特定的需要，这种淀粉被称为改性淀粉。定义淀粉改性的方法物理方法主要采用高温高压的的方法。只使淀粉的物理性质发生改变。如将糊化后的淀粉迅速干燥，即得预糊化淀粉。它可在冷水中溶解。

第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch5、改性淀粉淀粉改性的方法化学方法

氧化淀粉淀粉分子中的羟基能够被次氯酸钠、双氧水、臭氧等氧化物氧化为羧基。优点：粘度低，不易凝冻。用途：做增稠剂和糖果成型剂。第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch5、改性淀粉淀粉改性的方法化学方法

酸降解淀粉用H2SO4、HCL，使淀粉降解.优点：粘度低、老化性大、易皂化。用途:用于软糖、果冻、糕点生产。第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch5、改性淀粉淀粉改性的方法化学方法

淀粉衍生物（淀粉脂、淀粉醚、交联淀粉）

淀粉脂：如淀粉磷酸酯（磷酸淀粉）淀粉醚：如羟甲基淀粉（CMS)

交联淀粉：淀粉在交联剂（甲醛)作用下结合成更大分子

优点：降低糊化温度，提高淀粉糊透明度，提高抗老化以及冷冻-解冻的稳定性第四节多糖Polysaccharides三、淀粉Starch5、改性淀粉淀粉改性的方法化学方法

淀粉的接枝共聚物淀粉可以与聚乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯醇共混制成淀粉塑料。淀粉塑料有一定的生物降解性，对解决塑料制品造成的“白色污染”有很大的意义。第四节多糖Polysaccharides四、纤维素Cellulose纤维素是植物细胞壁的主要结构成分，对植物性食品的质地影响较大。①结构由β-（1-4）-D-吡喃葡萄糖单位构成。为线性结构，由无定型区和结晶区构成。β-1,4②性质不溶于水无还原性水解比淀粉困难得多，需用浓酸或稀酸在一定压力下长时间加热水解。第四节多糖Polysaccharides四、纤维素Cellulose第四节多糖Polysaccharides四、纤维素Cellulose③改性纤维素羧甲基纤维素

CarboxymethlcelluloseCMC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。应用第四节多糖Polysaccharides四、纤维素Cellulose③改性纤维素甲基纤维素（MethylcelluloseMC）

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。第四节多糖Polysaccharides五、果胶Pectin①结构

主链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，即果胶。-D-半乳糖醛酸基-1,4糖苷键②分类以酯化度分类原果胶（protopectin）：高度甲酯化的果胶物质。果胶（Pectin）：部分甲酯化的果胶物质。果胶酸（Pecticacid）：不含甲酯基，即羟基游离的果胶物质。高甲氧基果胶(HM)：DE>50