食品化学课件(十章全)

第一章绪论一食品化学的定义与性质食品化学(foodchemistry)是一门研究食品中的化学变化与食品质量相关性的科学。

食品质量包括食品的色、香、味、质构、营养、平安等几个主要特征指标，其中每一个指标的优劣都与食品中的化学成分和化学变化相关。该课程以食物中重要成分：水、碳水化合物、油脂、蛋白质、维生素、矿物质、色素、酶等为主要线索，系统地讨论各主要成分的化学特性、功能特性及各类反响对食品质量的影响。二食品化学的开展食品科学源于远古，盛于当今，食品科学的开展，促进了“食品化学〞的开展，如今该门课程已成为一门相对独立的学科。纵观它的开展史，可分为四个阶段。一天然动植物特征成分的别离与分析阶段。二在“农业化学〞开展的过程中不断充实。三生物化学的开展推动食品化学的开展四关注人类自身营养，强调食品的功能作用，食品化学将更系统，更深入的开展。三食品化学理论体系的特点“食品化学〞理论体系的核心就是探讨在食品的生产、贮藏和加工过程中如何提高和保证食品的质量。现代食品化学是以食物中的主要成分和重要成分为主线，以这些物质在食品加工与贮藏条件下的理化特性和化学反响为根底，以食品质量的变化为标准来建立理论体系的，是近百年来食品科学和其它相关科学研究的根本材料的归纳与分析。在对一类食品或一种食品成分的根本介绍，一般都着眼三个层面的问题：①明确食品的品质特性。②分析影响食品质量的化学成分和化学反响。③找出影响食品质量的主要反响的控制条件。尽管在各章中讨论更多的是第二个问题，但是第一、第三个问题贯穿始终。3.1食品的品质特性食品的品质特性通俗地说就食品的质量问题，食品的质量包括:色、香、味、质构、营养、平安等六个方面。不同的食品对其品质特性有不同的要求，在此介绍一些根本的概念。〔1〕食品的平安性问题民以食为天，食以安为先。不管是什么食品，平安性〔safety〕是首要的。平安的食品严格地来说是指“食品在食用时完全无有害物质和无微生物的污染〞。但是实践上无法按照这一定义来执行，主要原因是：第一，物质的有害性不是绝对的，食品中有些物质低剂量时无害，浓度超过一定值后才产生危害；第二，不同的人群对食品的敏感性不一样，如不同的人对乙醇的反响就相差极大，同样道理，有一些物质只对某些人有害，而对另外一些人那么是平安；第三，有害食品对人的毒害作用有急性的和慢性的，有短时间内可感觉到的和不易感觉到的正因为食品与人的作用关系如此复杂，因此，现代科学还很难一一甄别每一种有害的物质那么，食品平安性的控制就必须实际一点。食品平安的可操作性定义是：“食品被食用后，在一定时间内对人体不产生可观察到的毒害〞不平安食品及食品成分主要在以下几种情况下出现：第一，天然存在于食物中的有害物质，如大豆中的有害物，牛奶中的有害物，蘑姑中的毒素；第二，食品生产与加工时有意或无意添加到食品中的有害物，如过量的添加剂，兽药与农药残留等；第三，食品在贮运过程中产生的微生物毒素及不良化学反响形成的有害物质。〔2〕食品的直观性品质特性质构(texture)：它包含了食品的质地〔软、脆、硬、绵〕、形状〔大、小、粗、细〕、形态〔新鲜、衰竭、枯萎〕。不同的食品，其质构方面的要求差异很大，口香糖需要有韧性，饼干需要有脆性，肉制品需要软嫩等。质构的化学本质一般是食品中的大分子自身的作用，以及它们与金属离子、水之间的相互作用。最常见的导致食品质构劣变的原因有：食物成分失去溶解性、失去持水力及各种引起硬化与软化的反响。色〔color〕：是指食品中各类有色物质赋予食品的外在特征，是消费者评价食品新鲜与否，正常与否的重要的感官指标。一种食品应具有人们习惯接受的色泽，天然未加工食品应呈现其新鲜状态的色泽，加工食品应呈现加工反响中正常生成的色素，如新鲜瘦猪肉应为红色，酱油应为黑色。引起食品色泽变化的主要反响为褐变、褪色或产生其它不正常颜色。香〔aroma〕：多指食品中宜人的挥发性成分刺激人的嗅觉器官产生的效果，加工的食品一般具有特征香气。味〔palate〕：俗称味道，是指食品中非挥发性成分作用于人的味觉器官所产生的效果香气和味道有时统称“风味〞〔flavor〕，其内涵就是上述两方面的内容消费者十分关注食品的直观性品质，只有品质特性符合消费心理的食品，才是好的食品。

〔3〕食品的非直观性品质特性消费者难于知晓的食品的质量特性称为非直观性品质特性，如食品的营养和功能特性，即便是专家也不能直接看出产品该项指标的优劣学习食品化学的重点之一,就是要熟知在食品的贮藏与加工过程中常见的化学反响。尽管各类物质之间的反响太多太多，但是的明显影响食品质量的反响还是不多，仅十余种反响类型，它们是：非酶促褐变、酶促褐变、脂类水解、脂类氧化、蛋白质变性、蛋白质交联、蛋白质水解、低聚糖和多糖的水解、多糖的合成、糖酵解和天然色素的降解。以上反响可分为食品主要成分的反响和食品活性成分的反响。3.2影响食品品质特性的化学反响〔1〕食品主要成分的反响食品中的主要成分是指食品中的脂类、碳水化合物及蛋白质三大类物质

①从单一成分自身的反响来看，其反响的活性顺序为：脂肪蛋白质碳水化合物。脂肪与蛋白质都能在常温下反响，但脂肪的反响具有自身催化作用，因此食物主要成分中脂肪是最不稳定的，很多食品通常是先由脂肪变化而导致食品变质。碳水化合物一般条件下是比较稳定的，它只有在加热、酸或碱性较强的情况下才反响，但是决不能小看该类反响对食品质量的影响，因为使用酸、碱和加热是食品加工的常用手段。②食品主要成分之间存在各种反响。脂肪是通过氧化的中间产物与蛋白质和碳水化合物反响；在加热、酸或碱性条件下蛋白质和碳水化合物互相反响。③反响体系中过氧化物与活性羰基化合物是参与反响的最主要的活性基团。④色素、风味物质、维生素在各种反响中最易发生变化〔2〕食品活性成分的反响食品的活性成分主要指：食品中各种酶类，及催化活性高的一些离子

食品中只要以上物质存在，就很容易发生各类反响。酶促褐变、脂类水解、脂类氧化、蛋白质水解、低聚糖和多糖的水解、多糖的合成、糖酵解等都是与酶相关的反响。食品中一些高活性的离子一般在食物原料中较少，往往是在加工过程中由加工试剂和加工设备引入的，由于它们的存在，酶参与的反响和非酶反响都会加速，这也是食品加工中需要高度关注的反响。综上所述，食品中常见的化学反响并不多，但是对于一种天然食品来说，常常有多种能够相互反响的物质同时存在，也同时会发生几种类型的反响，因而就组成了一个十分复杂的反响体系。学习食品化学就是要学会甄别不同的反响，了解反响对食品质量的影响，从中找出影响食品质量的主要反响，并实施控制方案。3.3食品化学反响的控制条件任一种化学反响都有反响发生的条件，掌握了这些条件就能调控反响速度。食品贮藏与加工过程中主要关注以下几个关键条件：温度(T)、时间(t)、温变率(dT/dt)、pH、产品的成分、气相的成分和水分活度(Aw)。温度，对食品加工和贮藏过程中可能发生的所有类型的反响都有影响。温度对单个反响的影响可用Arrhenius关系式表示，k=Ae-E/RT，当绘制logk一l/T图时，符合Arrhenius关系式的数据产生一条直线。在某个中间温度范围内，反响一般符合Arrhenius关系式，但是在温度过高或过低时，会偏离该关系式。因此，只有在经过实验测试的温度范围内，才能将Arrhenius关系式应用于食品体系。以下一些变化可以导致食品体系偏离Arrhenius关系式，其中的大多数是由温度过高或过低引起的：①酶失去活性；②存在的竞争性反响使反响路线改变或受影响；③体系的物理状态可能发生变化；④一个或几个反响物可能短缺。时间，这里指参与反响的物质其反响时间的先后、反响时间的长短，以及指反响时温度随时间变化的速度。其中的每一个参数都十分重要。如，脂类氧化和非酶促褐变都能引起某一种食品的变质，而褐变反响的产物恰恰是抗氧化剂，如果褐变反响在氧化反响之前或同时发生，那么这两个反响对食品质量的影响就有所减少；又如，设计食品贮藏方案时，常常需要根据反响速度预测食品在某一质量水平上食品能保存多久。因此，在一个指定的食品体系中各种化学反响发生的时间与程度，决定了产品的具体贮藏寿命；温变率的控制，在多种食品反响体系中应用，特别是在食品的杀菌工艺与速冻工艺中，可以说是决定产品质量的第一因素。pH，影响食品中许多化学反响和酶催化反响的速度。如酸性条件可抑制碳水化合物与蛋白质的褐变反响；蛋白质对pH的变化很敏感，通过调节pH到蛋白质的等电点可使蛋白质沉淀，有利于别离与纯化蛋白质；用缓冲液调节反响体系的pH到酶最适宜的pH范围，有利于发挥酶的作用。调节pH来加速和控制反响速度，提高加工食品的质量，几乎成为一种常规手段。从化学原理来讲，调节反响体系的pH很容易，但对食品来说，有时也很难，当参加的酸和碱要影响最终产品的pH时，pH太高和太低都不行，因为人的味觉对食品的pH也有一个最适范围。食品组成，指食品中含有多少种物质，各类物质含量多少。这在天然食品中称为组成，在加工食品中可看成是食品的配方。水分活度〔activityofwaterAw〕通俗地讲是指食品中化学反响和微生物生长能够利用的水的多少。许多报道指出，水分活度在酶反响、脂类氧化、非酶褐变、蔗糖水解、叶绿素降解、花色素降解和许多其他反响中是决定反响速度的重要因素探索一种食品加工工艺，以上的所有条件都是要确定的，但在实际工作中，要从方案的可行性、经济性来平衡这些条件，在不同的反响中，各种条件的重要性是不一样的，有的工艺可能仅仅是选择不同的加工温度，有的可能只是调整配方。因此，找出关键反响，确定关键的控制条件，是工艺设计的第一步。四食品化学的学习方法1要记住食品中主要化学成分的食用特点和根本化学特点，如结构特点、特征基团、味感和呈味浓度、加工与贮藏条件下的典型反响等，这些都是本课程的根本知识元素，不了解这些，无法从事产品开发和科学研究。2学习过程中，应注意了解常见食品的特点，特别是它们的化学组成和突出的营养素，这是预测食品在贮藏和加工条件下可能发生的化学反响的根底，具备了这些知识有利于理解教学材料中的实例。4在学习过程中会遇到很多不明确的根底性问题，如一些典型的有机反响，一些普遍的生物学现象，要及时查阅相关的书籍把这些问题弄懂。5食品化学知识与日常生活密切相关，多与自己遇到的实际情况联系，培养对本门课程的学习兴趣。第二章水一水在食品中的作用水在人类生存的地球上普遍存在，它是食品中的重要组分，各种食品都有其特定的水分含量，并且因此才能显示出它们各自的色、香、味、形等特征。

从物理化学方面来看，水在食品中起着分散蛋白质和淀粉等成分的作用，使它们形成溶胶或溶液。

从食品化学方面考虑，水对食品的鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和加工等方面都具有重要的影响，水也是微生物繁殖的重要因素，影响着食品的可储藏性和货架寿命在食品加工过程中，水还能发挥膨润、浸透等方面的作用。在许多法定的食品质量标准中，水分是一个重要的指标。

天然食品中水分的含量范围一般在50~92%食品中水的分类与特征分类特征典型食品中比例（%）结合水化合水食品非水成分的组成部分

0.03%单层水与非水成分的亲水基团强烈作用形成单分子层；水-离子以及水-偶极结合0.1~0.9%多层水在亲水基团外形成另外的分子层；水-水以及水-溶质结合1~5%游离水自由流动水自由流动，性质同稀的盐溶液，水-水结合为主5%到96%滞化水和毛细管水容纳于凝胶或基质中，水不能流动，性质同自由流动水5%到96%食品中水的性质性质结合水游离水一般描述存在于溶质或其他非水组分附近的水。包括化合水、邻近水及几乎全部多层水位置上远离非水组分，以水-水氢键存在冰点（与纯水比较）冰点大为降低，甚至在-40℃不结冰能结冰，冰点略微降低溶剂能力无大平均分子水平运动大大降低甚至无变化很小蒸发焓（与纯水比）增大基本无变化高水分食品中占总水分比例(%)<0.03~3约96%微生物利用性不能能二水分活度

食品中水分的含量与食品的腐败变质存在着一定的关系，浓缩或脱水就是通过降低水分含量，提高溶质的含量来提高食品的保存性由于在含水食品中溶质对水的束缚能力会影响水的汽化、冻结、酶反响和微生物的利用等，考虑到这一点，仅仅将水分含量作为食品中各种生物、化学反响对水的可利用性指标不是十分恰当的，例如我们已经知道在相同的水分含量时，不同的食品的腐败难易程度是不同的(结合程度)。二是水与食品中非水成分作用后处于不同的存在状态，与非水成分结合牢固的水被微生物或化学反响利用程度降低。因此，目前一般采用水分活度〔aw〕表示水与食品成分之间的在较低的温度下，利用食品的水分活度比利用水分含量更容易确定食品的稳定性，所以目前它是食品质量指标中更有实际意义的重要指标。食品中水分活度的表示为：式中：f、f0为食品中水的逸度、相同条件下纯水的逸度；p、po为食品中水的分压、在相同温度下纯水的蒸汽压；ERH为食品的平衡相对湿度〔Equilibriumrelativehumidity〕。固定组成的食品体系其aw值还与温度有关，克劳修斯-克拉贝龙〔Clausius-Clapeyron〕方程表达了aw与温度之间的关系：式中T为绝对温度，R是气体常数，△H是在样品的水分含量下等量净吸附热。还要指出的是，lnaw对T-1作图得到的并非始终是一条直线，在冰点温度出现断点。在低于冰点温度条件下，温度对水活度的影响要比在冰点温度以上大得多，所以对冷冻食品来讲，水分活度的意义就不是太大，因为此时低温下的化学反响、微生物繁殖等均很慢。低于冰点温度aw应按下式计算：pff是局部冷冻食品中水的分压，p0(scw)是纯的过冷水的蒸汽压，pice是纯冰的蒸汽压。三水活度的测定

水活度的测定是食品保藏性能研究中经常采用的一个方法，目前对食品水活度测定一般采用各种物理或化学方法。

常用的方法有：

〔1〕水分活度计测定利用经过氯化钡饱和溶液校正相对湿度传感器，通过测定一定温度下的样品蒸气压的变化，可以确定样品的水分活度；氯化钡饱和溶液在20℃时的水分活度为0.9000。利用水分活度仪的测定是一个准确、快速地测定，现在已有不同的水分活度仪，均可满足不同使用者的需求；〔2〕恒定相对湿度平衡室法：置样品于恒温密闭的小容器中，用不同的饱和盐溶液〔使溶液产生的ERH从大到小〕使容器内样品-环境到达水的吸附-脱附平衡，平衡后测定样品的含水量。通常情况下，温度是恒定在25℃，扩散时间依据样品性质变化较大，样品量约在1g；通过在密闭条件下样品与系列水分活度不同的标准饱和盐溶液之间的扩散-吸附平衡，测定、比较样品重量的变化来计算样品的水分活度〔推测值样品重量变化为零时的aw〕；测定时要求有较长的时间，使样品与饱和盐溶液之间到达扩散平衡才可以得到较好的准确数值。在没有水分活度仪的情况下，这是一个很好的替代方法，缺乏之处是分析繁琐，时间较长。至于不同盐类饱和溶液的aw可以在理化手册上查找，也可以参考下面所给出的局部常用饱和盐溶液；〔3〕化学法利用化学法直接测定样品的水分活度时，利用与水不相溶的有机溶剂〔一般采用高纯度的苯〕萃取样品中的水分，此时在苯中水的萃取量与样品的水活度成正比；通过卡尔-费休滴定法测定样品萃取液中水含量，再通过与纯水萃取液滴定结果比较后，可以计算出样品中水分活度。四水的吸湿等温线要想了解食品中水的存在状态和对食品品质等的影响行为，必须知道各种食品的含水量与其对应aw的关系。在一定温度条件下用来联系食品的含水量〔用每单位干物质中的水含量表示〕与其水活度的图，称为吸湿等温线〔Moisturesorptionisotherms,MSI〕从这类图形所得到的资料对于浓缩脱水过程是很有用的，因为水从体系中消除的难易程度与水活性有关，在评价食品的稳定性时，确定用水分含量来抑制微生物的生长时，也必须知道水活度与水分含量之间的关系。因此了解食品中水分含量与水活度之间的关系是十分有价值的。低水分含量食品的吸湿等温线高含水量食品吸湿等温线

不同食品和生物物质的吸着等温线〔1为40℃,2-5为20℃〕1—蜜饯〔主要成分为蔗糖〕，2—喷雾枯燥菊苣提取物3—焙烤哥伦比亚咖啡，4—猪胰酶提取物，5—天然大米淀粉五水与食品保存性的关系1水分活度与食品保存性同一类的食品，由于其组成、新鲜度和其它因素的不同而使aw有差异，食品中的脂类自动氧化、非酶褐变、微生物生长、酶促反响等都与aw有很大的关系，即食品的稳定性与水分活度有着密切的联系。给出几个典型的变化与水活度之间的关系。水分活度与食品稳定性间的关系

水活度除影响化学反响和微生物的生长以外，还可以影响枯燥和半枯燥食品的质地，所以欲保持饼干、油炸土豆片等食品的脆性，防止砂糖、奶粉、速溶咖啡等结块，以及防止糖果、蜜饯等的粘结，均需要保持适当的水活度2冰与食品稳定性食品的低温冷藏虽然可以提高一些食品的稳定性，但是对一些食品冰的形成也可以带来两个不利的影响作用：

〔1〕水转化为冰后，其体积会相应增加9%，体积的膨胀就会产生局部压力，使细胞状食品受到机械性损伤，造成食品解冻后汁液的流失，或者使得细胞内的酶与细胞外的底物产生接触，导致不良反响的发生；〔2〕冰冻浓缩效应，这是由于在所采用的商业保藏温度下，食品中仍然存在非冻结相，在非冻结相中非水成分的浓度提高，最终引起食品体系的理化性质等发生改变。在此条件下冷冻给食品体系化学反响带来的影响有相反的两方面：降低温度，减慢了反响速度；溶质浓度增加，加快了反响速度六含水食品的水分转移食品在其储、运过程中，一些食品的水分含量、分布不是固定不变的，变化的结果无非有两种：〔1〕水分在同一食品的不同部位或在不同食品之间发生位转移，导致了原来水分的分布状况改变；〔2〕发生水分的相转移，特别是气相和液相水的互相转移，导致了食品含水量的降低或增加，这对食品的贮藏性及其他方面有着极大的影响根据热力学有关定律，食品中水分的化学势〔〕可以表示为：=(T,P)+RTlnaw如果食品的温度〔T〕或水分活度〔aw〕不同，那么食品中水的化学势就不同，水分就要依着化学势降低的趋势发生变化、运动，即食品中的水分要发生转移。从理论上讲，水分的转移必须进行至各部位水的化学势完全相等才能停止，即最后到达热力学平衡。由于温差引起的水分位转移，水分将从高温区域进入低温区域的食品，这个过程较为缓慢。而由于水分活度不同引起的水分位转移，水分从aw高的区域向aw低的区域转移。例如蛋糕与饼干这两种水分活度不同的食品放在同一环境中，由于蛋糕的水分活度大于饼干的水分活度，所以蛋糕里的水分就逐渐转移到饼干里，使得两种食品的品质都受到不同程度的影响。1水分的位转移2水分的相转移由于食品的含水量是指在一定温度、湿度等环境条件下食品的平衡水分含量，所以如果环境条件发生变化，那么食品的水分含量也就发生变化〔1〕水分蒸发食品中的水分由液相转变为气相而散失的现象称为食品的水分蒸发，它对食品质量有重要的影响作用。利用水分的蒸发进行食品的枯燥或浓缩，可得到低水分活度的枯燥食品或中等水分食品；但对新鲜的水果、蔬菜、肉禽、鱼贝等来讲，水分的蒸发那么对食品的品质会发生不良的影响，例如会导致食品外观的萎蔫皱缩，食品的新鲜度和脆度受到很大的影响，严重时会丧失其商品价值；同时，水分蒸发还会导致食品中水解酶的活力增强，高分子物质发生降解，也会产生食品的品质降低、货架寿命缩短等问题。〔2〕水蒸气的凝结空气中的水蒸气在食品的外表凝结成液体水的现象称为水蒸气凝结。一般来讲，单位体积的空气所能容纳水蒸气的最大数量随着温度的下降而减少，当空气的温度下降一定数值时，就使得原来饱和的或不饱和的空气变为过饱和的状态，致使空气中的一局部水蒸气在物体上凝结成液态水。空气中的水蒸气与食品外表、食品包装容器外表等接触时，如果外表的温度低于水蒸气的饱和温度，那么水蒸气也有可能在外表上凝结成液态水在一般情况下，假设食品为亲水性物质，那么水蒸气凝聚后铺展开来并与之溶合，如糕点、糖果等就容易被凝结水润湿，并可将其吸附；假设食品为憎水性物质，那么水蒸气凝聚后收缩为小水珠，如蛋的外表和水果外表的蜡质层均为憎水性物质，水蒸气在其上面凝结时就不能扩展而收缩为小水珠。可以说水不仅是食品中最普遍的组分，而且是决定食品品质的关键成分之一。水也是食品腐败变质的主要影响因素，它决定了食品中许多化学反响、生物变化的进行。但是水的性质及在食品中的作用极其复杂，对水的研究还需深入的进行。第三章碳水化合物

3.1单糖

3.2低聚糖

3.3食品多糖

3.4碳水化合物在食品加工贮存中的变化3.5食品多糖的深加工碳水化合物在食品中的作用

碳水化合物是食品的重要成分，它广泛存在于绿色植物，占植物体干重的50～80％。1.碳水化合物是人和动物主要供能物质，是构成食品的主要成分；2.低分子糖类可作为甜味剂；3.大分子糖类物质能形成凝胶、糊或作为增稠剂、稳定剂。4.碳水化合物还是食品在加工过程中产生香味和色素的前体。3.l单糖

(Monosaccharides)

单糖是结构最简单的碳水化合物，分为醛糖和酮糖。单糖假设含有另一个羰基那么称为二醛糖(二个醛基)或二酮糖(二个酮基)。糖的羟基被氢原子或氨基取代，可分别生成脱氧糖和氨基脱氧糖。除赤藓糖(丁糖)外，单糖分子均以环状结构存在。单糖溶解于水时，开链式与环状半缩醛逐渐到达平衡状态，于是溶液中有很少量的开链式单糖存在。3.1.1单糖的构象

吡喃糖具有两种不同的构象，椅式或船式。

许多己糖主要以相当坚硬的椅式存在，如葡萄糖的四种椅式构象，其中以β一D一葡萄糖(4C1)和α一D一葡萄糖(1C4)最为稳定。以船式存在的己糖较少，因为船式结构较易变形并且能量较高。还有其它形式，例如半椅式和扭曲排列，但这些形式都具有较高的能量，不常遇到。

一般来说，最稳定的环状构象是所有的或大多数的庞大基团处在平伏键的位置，而最小的环取代基(氢)是处在直立键的位置。

呋喃糖是一种比吡喃糖稳定性差的环状体系，它是以所谓的信封形式和扭转形式的快速平衡混合物存在的。几种D-醛糖的结构式〔C6〕几种D-酮糖的结构式〔C6〕3.1.2单糖的物理性质

1甜度甜味是糖的重要性质，甜味的上下用甜度来表示。甜度目前还不能用一些理化方法定量测定，只能采用感官比较法，因此所获得的数值只是一个相对值。甜度通常是以蔗糖为基准物，一般以5%或10%的蔗糖水溶液在20℃时的甜度为1.0，其他糖在同一条件下与其相比较所得的数值，由于这种甜度是相对的，所以又称为比甜度。一些单糖的比甜度糖类名称比甜度糖类名称比甜度蔗糖1.0β-D-果糖1.5α-D-葡萄糖0.7α-D-甘露糖0.6α-D-半乳糖0.3α-D-木糖0.5甜味是由物质的分子结构所决定的。糖都有甜味，绝大多数低聚糖也有甜味，多糖那么无甜味。糖甜度的上下与糖的分子结构、分子量、分子存在状态有关，也受到糖的溶解度、构型及外界因素的影响，优质糖应具备甜味纯粹，甜度上下适当，甜感反响快，无不良风味等特点。2溶解度

单糖分子中的多个羟基增加了它的水溶性，但不能溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。各种单糖的溶解度不同，果糖的溶解度最高，其次是葡萄糖。温度对单糖的溶解过程和溶解速度具有决定性的影响。随温度升高，单糖的溶解度增大，两种单糖的溶解度见表两种单糖的溶解度糖类20℃30℃40℃50℃浓度溶解度浓度溶解度浓度溶解度浓度溶解度%g/100g水%g/100g水%g/100g水%g/100g水果糖葡萄糖78.94374.7881.54441.7084.34538.6386.94665.58

46.7187.6754.64120.4661.89162.3870.91243.76

糖的溶解度大小还与其水溶液的渗透压密切相关，进而影响对糖制食品的保存性。在糖制品中，糖浓度只有在70%以上才能抑制霉菌、酵母的生长。在20℃时，单独的果糖、蔗糖、葡萄糖最高浓度分别为79%、66%、50%，故只有果糖在此温度下具有较好的食品保存性，而单独使用蔗糖、葡萄糖均达不到防腐、保质的要求。3旋光性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。旋光方向以符号表示：右旋为D-或〔+〕，左旋为L-或〔－〕。旋光性是鉴定糖的一个重要指标。除丙酮糖外，其余单糖分子结构中均含有手性碳原子，故都具有旋光性。糖的比旋光度是指1ml含有1g糖的溶液在其透光层为0.1m时使偏振光旋转的角度，通常用[α]λt表示。t为测定时的温度，λ为测定时的波长，一般采用钠光，用符号D表示。各种糖在20℃〔钠光〕时的比旋光度值[α]D20糖类名称比旋光度糖类名称比旋光度D-葡萄糖+52.2°D-果糖-92.4°D-半乳糖+80.2°D-甘露糖+14.2°D-阿拉伯糖-105.0°D-木糖+18.8°L-阿拉伯糖+104.5°4吸湿性、保湿性与结晶性吸湿性是指糖在湿度较高的情况下吸收水分的性质。保湿性是指糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质。这两种性质对于保持食品的柔软性、弹性、贮存及加工都有重要意义。各种糖的吸湿性不同，以果糖、果葡糖浆的吸湿性最强，葡萄糖、麦芽糖次之，蔗糖吸湿性最小。生产面包、糕点、软糖等食品时，宜选用吸湿性强、保湿性强的果糖、果葡糖浆等，而生产硬糖、酥糖及酥性饼干时，以用蔗糖为宜。3.1.3单糖的化学性质

一、碱的作用糖在碱性溶液中不稳定，易发生异构化和分解等反响。碱性溶液中糖的稳定性受许多因素的影响，如糖的种类和结构，碱的种类和浓度，作用时间和温度等。1.烯醇化作用和异构化作用用稀碱处理单糖，能形成某种差向异构体的平衡体系，例如，用稀碱处理D一葡萄糖，就得到D一甘露糖和D一果糖三种物质的平衡混合物。这种转化是通过烯醇式中间体完成的。由于果糖的甜度超过葡萄糖的一倍，故可利用异构化反响，以碱性物质处理葡萄糖溶液或淀粉糖浆，使一局部葡萄糖转变成果糖，提高其甜度。这种糖液称为果葡糖浆。但是用稀碱进行异构化，转化率较低，只有2l一27％，糖分约损失10～15％，同时还生成有色的副产物，影响颜色和风味，精制也较困难，所以工业上未采用。1957年发现异构酶能催化葡萄糖发生异构化反响而转变成果糖，这为工业生产果葡糖浆开辟了新途径。2.糖精酸的生成碱的浓度增高、加热或作用时间延长，糖便发生分子内氧化复原反响与重排作用生成羧酸，此羧酸的总组成与原来糖的组成没有差异，此酸称为糖精酸类化合物。糖精酸有多种异构体，因碱浓度不同，产生不同的糖精酸。

3.分解反响在浓碱作用下，糖发生分解反响，产生较小分子的糖、酸、醇和醛等化合物。此分解反响因有无氧气或其它氧化剂的存在而不相同。己糖受碱的作用，发生连续烯醇化，生成l,2-、2,3-和3,4-烯二醇，这些烯二醇在氧化剂的存在下，于双键处裂开，生成含有1,2,3,4和5个碳原子的分解物。

二、酸的作用1.强酸中的反响：

单糖在稀无机酸作用下发生糖苷水解逆反响生成糖苷，即分子间脱水反响，产物包括二糖和其它低聚糖，如葡萄糖主要生成异麦芽糖和龙胆二糖。这个反响是很复杂的，除要生成α一和β一1，6键二糖外，还有微量的其它二糖生成。

2.弱酸(有机酸)中的反响

糖受弱酸和热的作用，易发生分子内脱水反响，生成环状结构体，如戊糖生成糠醛，糖生成5一羟甲基糠醛。己酮糖较己醛糖更易发生这种反响。戊糖经酸作用生成糠醛的反响如图：戊糖经酸作用脱掉三分子的水，生产糠醛的反响进行得比较完全，同时产物也相当稳定。三、氧化反响糖是多羟基醛或酮，在不同氧化条件下，糖类可被氧化成各种不同的产物。1.在溴水中醛糖的醛基会被氧化成羧基而生成糖酸。糖酸加热很容易失水而得到或γ一内酯或δ—内酯。葡萄糖酸与钙离子形成葡萄糖酸钙，葡萄糖酸钙可作为口服钙的饮食补充剂。酮糖与溴水不起作用，利用这个反响可以区别醛糖与酮糖。2.用浓硝酸这种强氧化剂与醛糖作用时，它的醛基和伯醇基都被氧化，生成具有相同碳数的二元酸，如半乳糖氧化后生成半乳糖二酸。半乳糖二酸不溶于酸性溶液，而其它己醛糖氧化后生成的二元酸都能溶于酸性溶液，利用这个反响可以区别半乳糖与其它己醛糖。

3.酮糖在强氧化剂作用下，在酮基处作裂解，生成草酸和酒石酸。4.葡萄糖在氧化酶作用下，可以保持醛基不被氧化，仅是第六碳原于上的伯醇基被氧化生成羧基而形成葡萄糖醛酸。生物体内某些有毒物质，可以和D一葡萄糖醛酸结合，随尿排出体外，从而起到解毒作用。四、复原作用单糖类的羰基在一定条件下可被复原成羟基，常用的复原剂有钠汞齐和硼氢化钠(NaBH4)。如D一葡萄糖复原后可得到山梨醇，木糖经复原可以得到木糖醇。山梨醇可用于制取抗坏血酸，亦可用于食品和糖果的保湿剂，木糖醇可以代替蔗糖作为糖尿病患者的疗效食品。国外已广泛用木糖醇制造糖果、果酱、软饮料等食品，目前已有大规模的工业化生产，是直接通过催加加氢而生产的。五美拉德反响美拉德反响〔Maillardreaction〕又称羰氨反响，即指羰基与氨基经缩合、聚合生成类黑色素的反响。许多食品在加工和贮藏中的褐变，就是从美拉德反响开始的。3.2低聚糖(Oligosaccharides)

低聚糖含义：单糖能形成糖苷，由2～10个单糖残基以糖苷键结合而成的糖类称为低聚糖。自然界存在的低聚糖其聚合度均不超过6个单糖残基，其中食品中最重要的是双糖类中的蔗糖、麦芽糖和乳糖。双糖分为复原性和非复原性双糖。二个单糖分子的半缩醛羟基之间形成糖苷键，结合成非复原性双糖；一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的醇羟基构成糖苷键那么生成复原性双糖。前者称糖基苷，后者称为糖基糖。

双糖相对于它们的单体成分又可以分为均匀的和非均匀的。所谓均匀是指单糖体成分相同；当单糖体成分不相同时那么称为非均匀。从D一葡萄糖所得的均匀二糖有纤维二糖、麦芽糖、异麦芽糖、龙胆二糖和海藻糖；非均匀二糖有蔗糖、乳糖等。3.2.1结构和命名

低聚糖通过糖苷键结合，即醛糖C1〔酮糖那么在C2〕上半缩醛的羟基〔-OH〕和其他单糖分子的羟基经脱水，通过缩醛方式结合而成。糖苷键有α和β构型之分，结合位置有1→2、1→3、1→4、1→6等。低聚糖的命名通常采用系统命名法。即用规定的符号D或L和α或β分别表示单糖残基的构型；用阿拉伯数字和箭头〔→〕表示糖苷键连接碳原子的位置和方向，其全称为某糖基〔X→Y〕某醛〔酮〕糖苷，X，Y分别代表糖苷键所连接的碳原子位置。如麦芽糖的系统名称为α-D-吡喃葡萄糖基〔1→4〕-D-吡喃葡萄糖苷；蔗糖的系统名称为α-D-吡喃葡萄糖基〔1→2〕-β-D-呋喃果糖苷；乳糖的系统名称为β-D-吡喃半乳糖基〔1→4〕-D-吡喃葡萄糖苷。3.2.2结构和构象

低聚糖的糖残基单位几乎全部是己糖构成的，除果糖为呋喃环结构外，葡萄糖、甘露糖和半乳糖等均是吡喃环结构。低聚糖也存在分支，一个单糖分子同二个糖残基结合可形成三糖分子结构，它主要存在于多糖类支链淀粉和糖原的结构中。

低聚糖的构象：主要靠氢键维持稳定，纤维二糖、麦芽糖、蔗糖、乳糖的构象如下：

3.2.3低聚糖的性质1.水解低聚糖如同其它糖苷一样易被酸水解，但对碱较稳定。蔗糖水解叫做转化，生成等摩尔的葡萄糖和果糖的混合物称为转化糖(invertsugar)。蔗糖的旋光度为正值，经过水解后变成负值,因为水解产物葡萄糖的比旋光[α]D=+52.7˚，而果糖的比旋光度[α]D=一92.4˚，所以蔗糖水解物的比旋光度为一19.8˚。从复原性双糖水解引起的变旋光性可以知道异头碳的构型，因为α一异头物比β—异头物的旋光率大，β一糖苷裂解使旋光率增大，而α一糖苷裂解却降低旋光率。麦芽糖α→2D－葡萄糖[α]D=+130°[α]D=52.7°纤维二糖〔β〕→2D－葡萄糖[α]D=+34.6°[α]D=+52.7°2.氧化复原性复原性低聚糖，由于其含有半缩醛羟基，因此，可以被氧化剂氧化生成糖酸，也可被复原剂复原成醇。而非复原性的低聚糖，如蔗糖、半乳糖，那么不具有氧化一复原性。

3.2.4人工合成的低聚糖

一、环状糊精(cyclodextrin)概念：是一种人工合成的低聚糖，它又名沙丁格糊精(schardinger—dextrin)，是由D-葡萄糖残基以α-1，4糖苷键连接而成的环状低聚糖，聚合度有6,7,8三种，分别称为α-，β-，γ-环状糊精。

环状糊精是软化芽孢杆菌(Bacitlusmacerans)作用于淀粉所形成的产物，为白色粉末状结晶，熔点300—350℃。上世纪70年代中期已开始出品生产，并得到广泛应用。Β-状糊精是食品工业中应用较多的一种。二、环状糊精的结构：如图2．1所示，圆筒上部的广口排列着12个C2，C3羟基，底部狭窄处有6个C6羟基。因而从整体上看环状糊精是亲水的，但是，由于环的内侧被C-H所覆盖，与外侧羟基相比有较强的疏水性。当溶液中同存在亲水和疏水物质时，疏水物质那么被环内疏水基团吸附而形成包含化合物。三、环状糊精的作用3.4食品多糖(Polysaccharidesinfoods)2.3.1概述1.概念：糖基单位数在10个以上的属于多糖，多糖的糖基单位数大多在100以上，甚至1000个左右。多糖可由一种糖基单位或由几种糖基单位构成，分别称为同聚糖和杂聚糖。单糖分子相互间可连接成线性结构(如纤维素和直链淀粉)或带支链结构(支链淀粉、糖原、瓜尔聚糖)，支链多糖的分支位置和支链长度因种类不同存在很大差异。多糖与单糖、低聚糖在性质上有较大差异。它们一般不溶于水，无甜味，不具有复原性。它经酸或酶水解时，可以分解为组成它的结构单糖，中间产物是低聚糖。它被氧化剂和碱分解时，反响一般是复杂的，但不能生成其结构单糖，而是生成各种衍生物和分解产物。多糖具有大量羟基，因而多糖具有较强的亲水性，除了高度有序、具有结晶的多糖不溶于水外，大局部多糖不能结晶，易于水合和溶解。多糖〔亲水胶体或胶〕主要具有增稠和胶凝的功能，此外还能控制流体食品与饮料的流动性质与质构以及改变半流体食品的变形性等。一些多糖还能形成海绵状的三维网状凝胶结构，这种具有粘弹性半固体凝胶具有多功能用途，它可作为增稠剂、泡沫稳定剂、稳定剂、脂肪代用品等。很多多糖具有某种特殊生理活性，如真菌多糖等。许多研究说明，存在于香菇、银耳、金针菇、灵芝、云芝、猪苓、茯苓、冬虫夏草、黑木耳、猴头菇等大型食用或药用真菌中的某些多糖组分，具有通过活化巨噬细胞来刺激抗体产生等而到达提高人体免疫能力的生理功能。这些多糖由于具备比从动物血液中提取的免疫球蛋白更大的适用性而日益受到人们的重视。此外，其中大局部还有很强烈的抗肿瘤活性，对癌细胞有很强的抑制力。一些多糖还具有抗衰老、促进核酸与蛋白质合成、降血糖和血脂、保肝、抗凝血等作用。因此，真菌多糖是一种很重要的功能性食品基料，某些已被作为临床用药。2.多糖的构象：

多糖的链构象是由单糖的结构单位构象、糖苷键的位置和类型来确定的。

伸展或拉伸螺条型构象是1,4-连接的β-D-毗喃葡萄糖残基的特征，例如纤维素，这是由于单糖残基的键呈锯齿形所引起的，而且链略微缩短或压缩，这样就会使邻近残基间形成氢键，以维持构象的稳定。

折叠螺条型构象，例如果胶和海藻酸盐，它们都以同样的折叠链段存在。果胶链段是由l,4连接的α-D-吡喃半乳糖醛酸单位组成，海藻酸盐链段由1,4-α-L-吡喃古洛糖醛酸单位构成，此结构因Ca2+保持稳定构象。3.多糖的作用〔1〕多糖广泛且大量分布于自然界，是构成动、植物体结构骨架的物质，如植物的纤维素、半纤维素和果胶，动物体内的几丁质、粘多糖。〔2〕某些多糖还可作为生物的代谢贮备物质而存在，像植物中的淀粉、糊精、菊糖，动物体内的糖原。〔3〕多糖是水的结合物质，例如琼脂、果胶和海藻酸，以及粘多糖都能结合大量的水，可作为增稠剂或凝胶凝结剂。〔4〕多糖还可用作乳浊液和悬浮液的稳定剂，用以制成膜或防止食品变质的涂布层。

其凝胶机理如下：当多糖分子溶于水时，由于多糖分子之间氢键的作用〔见图2-2〕，须经剧烈搅拌或加热处理，破坏多糖分子间氢键，使多糖分子上的羟基能与水分子作用，形成水层，从而到达溶解或分散的目的。当这种水合多糖分子在溶液中盘旋时，水层发生重新组合或被取代，结果多糖分子会形成环形、螺旋形甚至双螺旋形；假设数个多糖分子链间局部形成氢键而成胶束(micelles)，假设许多多糖分子在不同地方生成胶束，那么成了包有水分的多糖三维构造，称为凝胶(gel)。多糖分子与水之间的这种作用，使其在食品加工中可作为增稠剂或凝胶凝结剂，如海藻酸盐、淀粉、果胶瓜尔豆胶等便属于这一类多糖。

多糖分子间的氢键结合3.4.2常见的食品多糖一、淀粉〔来源、组成、化学性质〕淀粉作为储存的碳水化合物，广泛分布于各种植物器官，是许多食品的组成成分，也是人类营养最重要的碳水化合物来源。〔一〕来源：淀粉的生产原料来源于玉米、小麦、马玲薯、甘薯等农作物，此外，粟、稻和藕也常用作淀粉加工的原料。〔二〕组成和结构：淀粉在植物组织中以独立的淀粉颗粒存在，淀粉在加工中，如磨粉、别离纯化及淀粉的化学修饰，皆能保持其完整；但淀粉糊化时被破坏。1.淀粉粒由二种葡聚糖组成，即直链淀粉和支链淀粉。大多数淀粉含20～39％的直链淀粉，新玉米品种含直链淀粉可达50-80％；普通淀粉粒含70-80％支链淀粉，而糯玉米或糯粟含支链淀粉近100％。此外，糯米、糯稻米和糯高梁等谷物中支链淀粉的含量也很高。2.淀粉颗粒内有结晶区和无定形区之分。结晶区分子排列有序，无定形区分子呈无序排列。〔1〕直链淀粉的结构

直链淀粉是由葡萄糖以α-1,4糖苷键缩合而成的，用不同方法测得的直链淀粉的虎子量为3.2×104～1.6×lO5，甚至更大，聚合度为100～6,000之间，一般为几百。直链淀粉在水溶液中并不是线型分子，而是由分子内的氢键作用使之卷曲成螺旋状，每个环转含有6个葡萄糖残基(图2.3)。〔2〕支链淀粉的结构支链淀粉也是由葡萄糖组成的，但葡萄糖的连接方式与直链淀粉有所不同，是“树枝〞状支叉结构(如图2.4)，支链淀粉具有A、B和C三种链，链的尾端具有一个非复原尾端基，A链是外链，经由α-1,6键与B链连接，B链又经由α-1,6键与C链连接，A链和B链的数目大致相等。C链是主链，每个支链淀粉只有一个C链，C链的一端为非复原端基，另一端为复原端基，A链和B链只有非复原端基。每个分支平均含20～30个葡萄糖残基，分支与分支之间相距一般有11～12个葡萄糖残基，各分支卷曲成螺旋状。支链淀粉分子是近似球形的大分子，聚合度约在l,000～3,000,000之间。〔三〕淀粉的化学性质〔水解、糊化、老化〕1.淀粉的水解淀粉在无机酸或酶的作用下，会发生水解反响，分别称之为酸水解法和酶水解法。〔1〕酸水解法以无机酸为催化剂水解淀粉，因水解程度不同，其产物也有所不同。直链淀粉:紫色糊精(30个葡萄糖残基片断)、红色糊精(20个葡萄糖残基片断)、无色糊精(6个葡萄糖残基)、麦芽糖、葡萄糖。不同来源的淀粉对酸水解的难易有差异，马铃薯淀粉较玉米、麦、高梁等谷类淀粉易水解，大米淀粉较难水解。支链淀粉较直链淀粉易水解，α-l,4糖苷键水解速度较β-l,6糖苷键快另外，酸水解反响还与温度、浓度和无机酸种类有关，一般盐酸和硫酸催化效能较高。〔2〕酶水解法：酶水解在工业上称为酶糖化。酶糖化经过糊化、液化和糖化三道工序。淀粉颗粒的晶体结构抗酶作用力强，因此，淀粉酶不能直接作用于淀粉，需事先加热淀粉乳，破坏其晶体结构使其糊化。淀粉水解应用的淀粉酶主要为:α淀粉酶(液化酶)、β-淀粉酶(转化酶)和葡萄糖淀粉酶。α-淀粉酶水解淀粉是从分子内部进行的，水解中间位置的α-1,4糖苷键，先后次序没有一定的规律，这种由分子内部进行水解的酶称为“内酶〞，生成产物的复原尾端葡萄糖单位为α-构型，故称α-淀粉酶，α-淀粉酶不能水解α-1,6糖苷键，但能越过此键继续水解；α-淀粉酶不能水解麦芽糖分子中的α-1,4糖苷键。β-淀粉酶能水解α-1,4葡萄糖苷键，不能水解α-1,6糖苷键，也不能越过它继续水解，水解从淀粉分子的复原尾端开始，不能从分子内部进行。因此属于外酶，水解最后产物是β-麦芽糖和β-极限糊精。葡萄糖淀粉酶，由非复原尾端水解α-1,4、α-l,6和α-l,3糖苷键,别离出来的葡萄糖构型发生转变，最后产物全部为β-葡萄糖。葡萄糖淀粉酶属于外酶，专一性差。2淀粉的糊化〔1〕淀粉的糊化定义：未受损伤的淀粉颗粒不溶于冷水，但能可逆地吸收水和轻微地溶胀，但随着温度升高，淀粉分子振动剧烈，造成氢键断裂，断裂的氢键与较多的水分子结合。由于水分子的穿透以及更多的与更长的淀粉链段的别离，增加了结构的无序性和减少了结晶区域的数目和大小，溶液呈糊状。〔2〕糊化温度：淀粉粒溶胀、内部结构破坏的温度范围，称为糊化温度。糊化通常发生在一个狭窄的温度范围，较大的颗粒先糊化，较小的颗粒后糊化。〔3〕糊化程度的监测：通常用偏振光显微镜测定淀粉粒悬浮液中完全糊化的淀粉粒数量来表示；淀粉糊化程度与温度的关系是用旋转粘度计连续观察。〔4〕影响淀粉的糊化的因素：糊化程度不仅取决于温度，还取决于共存的其它组分的种类和数量，如糖、蛋白质、脂类、有机酸以及水等物质。1温度：温度越高，糊化程度越大。2水分活度：水分活度低，糊化将不能发生或糊化程度非常有限，因为与水能强烈结合的食品成分和淀粉竞争与水的结合而推迟了淀粉的糊化。3高浓度糖降低了淀粉糊化的程度；脂类如甘油三酯等，能与直链淀粉形成复合物，推迟颗粒的溶胀。4酸、盐对淀粉肿胀或糊化影响很小，但在低PH值时，淀粉水解，产生了非增稠性糊精而变稀，故糊化使用交联淀粉。5直链淀粉与支链淀粉的含量也影响糊化温度。直链淀粉在冷水中不易溶解和分散，在淀粉粒完全溶胀时，直链淀粉才从淀粉粒中渗出分散在溶液中，形成粘稠的悬浮液，直链淀粉含量越高，淀粉越难以糊化，糊化温度越高；相反，一些淀粉仅含有支链淀粉，这些淀粉一般产生清糊，并不会有老化现象，淀粉糊相当稳定。3淀粉老化1)定义：淀粉老化通常是表示淀粉由增溶或分散态向不溶的微晶态的不可逆转变，即大多是直链淀粉分子的重新定位。2〕淀粉老化过程：糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序，相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密、高度晶化的淀粉分子微末。3〕影响淀粉老化的因素：低温(特别在0℃附近)、中性PH、高浓度淀粉和无外表活性剂存在的情况下，老化趋势增强。老化程度还取决于淀粉分子的分子量(链长或聚合度)和淀粉的来源，不同淀粉老化趋势按以下顺序增强，即马铃薯<玉米<小麦。4淀粉在食品加工中的作用3.5膳食纤维膳食纤维〔dietaryfibre，DF〕是指不被人体消化吸收的多糖类碳水化合物和木质素，并且通常将膳食中那些不被消化吸收的、含量较少的成分，如糖蛋白、角质、蜡和多酚酯等，也包括于膳食纤维范围内。膳食纤维的化学组成包括三大局部：〔1〕纤维状碳水化合物——纤维素。〔2〕基料碳水化合物——果胶、果胶类化合物和半纤维素等〔3〕填充类化合物——木质素从具体组成成分上来看，膳食纤维包括阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、半乳聚糖醛酸、阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、糖蛋白、纤维素和木质素等。其中局部成分能够溶解于水中，称为水溶性膳食纤维，其余的称为不溶性膳食纤维。各种不同来源的膳食纤维制品，其化学成分的组成与含量各不相同。膳食纤维的物化特性:

①很高的持水力DF的化学结构中含有许多亲水基团，具有良好的持水性。其持水能力为DF自身质量的数倍，甚至数十倍。DF“持水〞的物理特性，使其具有吸水功能与预防肠道疾病的作用，而且水溶性DF持水性高于水不溶性DF持水性②对阳离子有结合和交换能力③对有机化合物有吸附螯合作用④具有类似填充剂的容积⑤可改善肠道系统中的微生物群组成膳食纤维的生理功能：

①预防结肠癌与便秘；②降低血清胆固醇，预防由冠状动脉硬化引起的心脏病；③改善末梢神经对胰岛素的感受性，调节糖尿病人的血糖水平；④改变食物消化过程，增加饱腹感；⑤预防肥胖症、胆结石和减少乳腺癌的发生率等膳食纤维的平安性：DF虽然与人体健康密切相关，但并非是越多越好。DF如果摄入太多，不仅会引起一些身体不适，而且还会影响人体对脂肪、蛋白质、无机盐和某些微量元素的吸收等。这些营养素的摄入量缺乏会造成骨骸、心脏、血液等脏器功能的损害，降低人体免疫抗病能力等营养不良症。3.5.1纤维素构成植物细胞壁的主要成分，是葡萄糖聚合物，由β—1，4糖苷键连接，人类及大多数动物利用它的能力很低。不溶于水，但能吸水。2纤维素的利用：菌类、软体动物含有纤维素分解酶，可将其分解成低聚糖和葡萄糖；哺乳动物无此酶，仅由消化道内细菌的作用来分解消化，利用率低；食草动物对它的利用率为25％，食肉动物约为5％，人类那么在5％以下。3纤维素的生理作用纤维素虽消化吸收率低，无过多营养价值，但却会产生有益的作用。1〕促进胃肠蠕动，使物质易于通过消化系统，提高了肠的运动速度，因此能防止便秘；2〕能较快地将不吸收的代谢产物排出体外，缩短脂肪停留时间。3〕纤维素与胆汁酸相结合后减少了胆汁酸的再吸收，从而能降低血中胆固醇含量，另据推测，它能阻滞动脉粥样硬化。4〕是很好的减肥食品。

3.5.2果胶

果胶物质是植物细胞壁成分之一，存在于相邻细胞壁间的中胶层中，具有粘着细胞的作用。果胶物质广泛存在于植物中，尤其是在果实蔬菜中含量较多：在果实中以山楂(红果)含量较多，约为6.6％，苹果含量为1.0～1.8％，柑桔含量为0.7～1.5％，桃子含量为0.56～1.25％，梨含量为0.5～1.4％，杏含量为0.5～1.2％。在蔬菜中以南瓜含量较多约为7～17％，胡萝卜含量为8～10％，洋白菜含量为5～7.5％，熟西红柿含量为2—2.9％。〔一〕果胶物质的化学结构与分类

1果胶的结构：果胶物质的根本结构是D-吡喃半乳糖醛酸，以α-1,4糖苷键结合成聚半乳糖醛酸；半乳糖醛酸中局部羧基被甲醇酯化，剩余局部被钠、钾或铵离子全部中和。因此，果胶是不同程度酯化的α-半乳糖醛酸以1,4-糖苷键形成的聚合物。果胶分子的根本结构如下：2果胶的分类酯化度：天然果胶甲酯化程度变动幅度较大，酯化的半乳糖醛酸基对总的半乳糖醛酸基的比值称为酯化度。从天然原料提取的果胶最高酯化度为75％，在各种果胶产品加工过程中，控制酯化度为20~70％。根据果蔬成熟过程，果胶物质一般有三种形态：①原果胶与纤维素和半纤维素结合一起的甲酯化聚半乳糖醛酸苷链，只存在于细胞壁中，不溶于水，水解后生成果胶。在未成熟果蔬组织中与纤维、半纤维素粘结在一起形成较牢固的细胞壁，使整个组织变得比较坚硬。②果胶果胶是羧基不同程度甲酯化和中和的聚半乳糖醛酸苷链，存在于植物细胞汁液中。在成熟果蔬的细胞液内含量较多。

③果胶酸果胶酸是完全未甲酯化的聚半乳糖醛酸苷链；在细胞汁中与Ca2+、Mg2+、K+、Na+等扩等矿物质形成不溶于水或稍溶于水的果胶酸盐。当果蔬变成软疡状态时，含量较多。〔二〕果胶物质的特性1水解和脱羧反响：果胶物质在酸性或碱性条件下，能发生水解，可使酯基水解和糖苷键裂解；在高温强酸条件下，糖醛酸残基发生脱羧作用。2溶解度的变化：果胶及果胶酸在水中的溶解度随聚合度增加而减小，在一定程度上还随酯化程度增加而加大。果胶酸的溶解度较小(<1％)，但其衍生物如甲醇酯和乙醇酯溶解度较大。3胶凝能力：果胶溶液是高粘度溶液，粘度与链长成正比；果胶在一定条件下，具有胶凝能力。(三)果胶物质凝胶的形成1果胶物质凝胶形成的条件与机理条件：当果胶水溶液含糖量在60～65％，pH在2.0~3.5，果胶含量为0.3～0.7％时，果胶溶胶形成凝胶。机理：1在胶凝过程中，溶液中过量的水不利于果胶形成凝胶，因此在果胶溶液中添加糖类脱水，使胶粒外表吸附水减少，胶粒与胶粒易于结合而为链状胶束；2高度失水能加快胶束的凝聚、相互交织，无定向地组成一种连接松弛的三维网络结构；3在网络交界处形成空隙，由于氢键、分子间引力的作用，紧紧吸附着糖-水的分子。果胶的胶束失水后形成结晶而沉淀，形成一种具有一定强度和结构类似海绵的凝胶体。4在果胶-糖溶液分散体系内添加-定数量的酸(酸产生的氢离子能中和果胶所带的负电荷)，当PH到达一定值时，果胶近电中性，于是其溶解度降至最小。故加酸必能加速果胶胶束结晶、沉淀和凝聚，有利于形成凝胶。2影响凝胶强度的因素〔1〕果胶分子量与凝胶强度的关系二者成正比关系，因为在果胶溶液转变为凝胶时是每6～8个半乳糖醛酸单位形成一个结晶中心，所以随着分子量的增大，凝胶强度也随之增大。(2)酯化程度与凝胶强度的关系果胶凝胶的强度随酯化程度增大而增高，因为凝胶网络结构形成时的结晶中心位于酯基团之间，另外果胶的酯化程度也影响胶凝速度，果胶的胶凝速度随酯化度减小而减慢。一般规定甲氧基含量大于7％者为高甲氧基果胶，小于或等于7％者为低甲氧基果胶。依甲酯化程度不等，可将果胶分为以下四类：〔i〕全甲酯化聚半乳糖醛酸100％甲酯化时，只要有脱水剂(如糖)存在即可形成凝胶。(ii)速凝果胶甲酯化程度在70％(相当于甲氧基含量11．4％)以上时，加糖、加酸(PH3.0～3.4)斥可在较高温度下形成凝胶(稍凉即凝)。这类果胶的分子量大小对凝胶性质的影响更为突出，对于所谓“蜜饯型〞果酱食品，可防止果块在酱体中浮起或沉淀。(iii)慢凝果胶

甲酯化程度在50～70％之间(相当于甲氧基含量8.2～11.4％)时，加糖，加酸(PH2.8—3.2)后，在较低的温度下凝聚(凝冻较慢)，所需酸量也因果胶分子中游离羧基增多而增大。慢凝果胶用于柔软果冻、果酱、点心等生产中，在汁液类食品中可用作增稠剂、乳化剂。

(Ⅳ)低甲氧基果胶

甲酯化程度不到50％(相当于甲氧基含量≤7％)时，即使加糖、加酸的比例恰当也难形成凝胶，但其羧基与多价离子(常用Ca2+、A13+)起作用可形成凝胶，多价离子能加强果胶分子的交联作用。这类果胶的胶凝能力受酯化度的影响大于分子量的影响。低甲基果胶在疗效食品制造中有其特殊用途。(3)PH值的影响一定PH值有助于果胶一糖凝胶体的形成，不同类型的果胶形成凝胶有不同的PH范围，低甲氧基果胶(LMP)对PH变化的敏感性差于标准的果胶凝胶，低甲氧基果胶凝胶能在2.5～6.5的PH范围内形成，而正常果胶那么限于2.7～3.5的PH范围，不适当的PH值不但无助于凝胶的形成，反而会导致果胶水解和糖分解，尤其是高甲氧基果胶。当果胶处于高PH(碱性)条件下，即使在室温下，果胶分子中酯键局部也会发生水解，使凝胶强度降低。

(4)糖浓度的影响低甲氧基果胶凝胶不需要糖，但参加10～20％蔗糖所得到的凝胶具有较好的质构。如果不参加糖或某种增稠剂，那么低甲氧基果胶凝胶是脆性的，其弹性比正常果胶差。(5)温度的影响当脱水剂(糖)的含量和PH值适当时，在0—50℃范围内，温度对果胶凝胶影响不大，但温度过高或加热时间长，果胶将发生降解，蔗糖也发生转化，从而影响果胶强度。3.5.3其它多糖〔一〕阿拉伯树胶：阿拉伯树胶是金合欢属植物阿拉伯树(Acaciasenegal)树皮的渗出液，由D-半乳糖、D一葡萄糖醛酸、L-鼠李糖和L-阿拉伯糖组成的多糖大分子，树胶主链由β-D-吡喃半乳糖残基以l→3键连接构成，局部残基的C-6位置连有侧链，阿拉伯树胶以中性或弱酸性盐形式存在，组成盐类的阳离子是Ca2+，Mg2+和K+，树胶易溶于水，浓度可到达50％。阿拉伯树胶溶液只有在高浓度时粘度才开始急剧增大，这与其它许多多糖的性质不相同。阿拉伯树胶用作食品乳化剂和稳定剂，能阻止糖果中的糖结晶和脂肪别离以及冰淇淋中产生冰晶，还可用作饮料的泡沫稳定剂，稳定固体饮料的香味。在香精油中添加阿拉伯树胶可使其乳化，经喷雾枯燥后，便可在油滴外表形成一层阿拉伯树胶薄膜，防止油脂氧化以及其它化学变化的发生。〔二〕瓜尔豆胶：瓜尔豆胶是豆科植物瓜尔豆(Cyarnopsistetragonoloious)种子所含的多糖，原产于印度、我国云南、巴基斯坦和美国。瓜尔豆胶是由β-D-吡喃甘露糖残基以1→4键连接成主链构成的多糖，每间隔一个残基有一个侧链，D-吡喃半乳糖残基以α(1→6)键与主链连接。这种种子胶的溶液非常粘稠，其粘度大小取决于剪切速率。瓜尔豆胶用作食品饮料的增稠剂和稳定剂，添加量一般为0.3％左右，此外，还广泛用于造纸、化装和制药工业。〔三〕卡拉胶(carrageenans)：卡拉胶是红海藻所含的一类多糖又称鹿角藻胶。红海藻产生二种半乳聚糖：一种是由D-半乳糖和3,6-脱水-L-半乳糖残基构成的琼脂多糖；另一种那么是由D-半乳糖和3,6-脱水-D-半乳糖构成酡鹿角海藻胶。局部糖残基的C-2,C-4和C-6羟基形成硫酸酯或2,6-二硫酸酯，半乳糖残基以1→3和l→4键交替地连接。卡拉胶是各种多糖的复杂混合物，用钾离子可将其分段沉淀别离成6个局部，两个主要局部是κ(胶凝和K+不溶局部)和λ(不胶凝和K+不溶的局部)。

〔四〕海藻酸盐：海藻酸盐存在于褐藻(Phaeophycene)细胞壁内，从海藻类植物中用碱提取海藻胶，再加酸或钙盐使之以海藻酸或海藻酸钙的形式沉淀。海藻酸盐的结构单元是由1→4键连接的β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸组成。在有多价阳离子如Ca2+存在时粘度增大，因此，通过Ca2+的添加量可以调节海藻酸溶液的粘度；海藻酸钠溶液中添加Ca2+或酸可形成凝胶、纤维或膜。欲形成均匀的凝胶，必须缓慢地进行这种反响，一般是用海藻酸钠、磷酸钙和δ-葡萄糖酸内酯的混合物或海藻酸钠和硫酸钙的混合物制备成凝胶。海藻酸盐是一种很好的增稠剂、稳定剂和胶凝剂，用于改善和稳定焙烤食品(蛋糕、馅饼)、馅、色拉调味汁、牛奶巧克力的质地以及防止冰淇淋贮存时形成大的冰晶。食品中添加量一般为0.25％一0.5％。海藻酸盐还用来加工各种凝胶食品，例如速溶布丁、果冻、果肉果冻、人造鱼子酱以及稳定新鲜果汁和啤酒泡沫。3.6碳水化合物在食品加工贮存中的变化一、美拉德反响(非酶褐变)含有复原糖或羰基化合物如(由脂氧化衍生得到的醛、酮)的蛋白食品，在加工或保藏过程中，会发生美拉德反响。反响分如下阶段：1.初始阶段美拉德反响开始于一个非解离氨基〔如赖氨酸ε—NH2或N端的α-NH2〕和一个复原糖的缩合：2.中间阶段

氨基酮糖或氨基醛糖进一步发生反响，生成许多的羰基或羰基衍生物如羟甲基糠醛和复原酮。羟甲基糠醛的积累与褐变速度关系密切,复原酮的性质活泼，能与氨基酸反响，生成新的羰基化合物，这种反响称作斯特克勒复原酮的结构式4.食品褐变与品质的关系(三方面)：1)色泽：美拉德反响生成的类黑素,有很好的抗氧化性质，也赋予食品特有的色泽。2)营养：复原糖与赖氨酸结合后的重排产物不能被人体吸收，降低了食品的营养价值，使赖氨酸生物效价有所损失；类黑素与蛋白质、重金属结合后，对消化系统产生不利影响。3)风味：Strecker降解反响的产物是食品产生风味物质的重要途径之一，但过度反响会产生焦糊味。5.褐变反响条件及其抑制褐变初期是食品在热加工过程产生风味所必需的,但它对食品的保藏、品质不利。为防止食品褐变1〕采用隔氧法，以阻止由于与氧接触发生氧化而引起的褐变，例如：选用隔氧的包装材料和采用吸氧剂等。2〕低温冷藏，由因高温加热所引起的褐变，一般称为热褐变。热褐变可通过低温冷藏来加以抑制。3.6食品多糖的深加工主要介绍有关淀粉及纤维素的深加工。一、改性淀粉改性淀粉自1821年在西欧出现以来，主要有物理、化学和酶改性三种改性手段，通过改善淀粉性质来满足食品加工特殊用途的要求。1．预糊化淀粉：淀粉悬浮液在高于糊化温度下加热，然后进行枯燥，即得到可溶于冷水和胶凝的淀粉产品，用于方便食品(例如布丁)或焙烤食品的助剂。2．低粘度改性淀粉：淀粉局部酸水解可生成不易溶于冷水而易溶于沸水的产品。此淀粉粘度小且冷却后仍保持流体，不易老化，可用于增稠和制膜。3．淀粉醚：将30％~40％的淀粉悬浮液与环氧乙烷或环氧丙烷在pH11~13碱性条件下反响，可得到羟乙基或羟丙基淀粉衍生物(R΄=H，CH3)见反响方程式：淀粉粒的糊化温度随交联度的增加成正比例增大，而溶胀力降低，淀粉稳定性在极端pH和剪切力作用下仍很高。交联淀粉衍生物一般用于要求淀粉稳定性高的食品。6．氧化淀粉：淀粉的水悬浮液与次氯酸钠在低于糊化温度下反响，淀粉将发生水解和氧化，生成的产物平均每25~50个葡萄糖残基有一个羧基。用途：氧化淀粉用于色拉调味料和蛋黄酱的填充物，但它不同于低粘度变性淀粉，即不老化，也不能凝结成不透明的凝胶。二纤维素衍生物纤维素通过烷基化处理，可生成许多具有良好溶胀性和溶解度的衍生物，它们的实际应用范围很广。〔一〕烷基纤维、羟烷基纤维素纤维素与氯甲烷或环氧丙烷在强碱存在下进行反响生成甲基羟丙基纤维素，取代度依反响条件而定，取代成分可对纤维素链的正常结晶堆积产生干扰，因此有利于链的溶剂化。同时，还可制备混合取代的纤维素衍生物，如甲基羟丙基纤维素或甲基乙基纤维素。性质：制成的纤维素衍生物其溶胀力和水溶性随取代度不同存在差异。甲基纤维素的特点是：起始粘度随着温度上升而下降，在特定温度下结成凝胶，这种凝胶是可逆性的。

用途：1.在用面筋含量低或不含面筋的稻米、玉米或黑麦粉加工成焙烤食品过程中添加甲基和甲基羟丙基纤维素可以降低产品的破碎性和脆性，在揉和面团时能掺和较多的水分，因此在焙烤时可提高淀粉的溶胀程度。2.用于改善脱水蔬菜、水果再水合的特性和复水后的质地。3.用烷基纤维素膜或保护性涂层可延长易变质食品保存期。4.纤维素衍生物还可用作低热量膳食的增稠剂。5.羟丙基纤维素是一种强的乳胶体稳定剂，而甲基纤维素具有搅奶油的性质，可搅打成稳定的稠性泡沫。〔二〕羧甲基纤维素纤维素在碱性条件下与氯乙酸反响生成羧甲基纤维素，其性质取决于取代度(DS0.3—0.9)和聚合度(DP：500—2000)。低取代度(DS≤0.3)产物不溶于水，而溶于碱性溶液，高取代度(>0.4)产物易溶于水，溶解度和粘度取决于PH。羧甲基纤维素是惰性粘合剂和增稠剂，用于调节和改善很多食品(果冻、糊馅、可涂抹的干酪、色拉调味汁、饼馅、糖霜)的质地。羧甲基纤维素可阻止冰淇淋生成冰晶，并使食品具有爽口、柔软的质地，阻止糖果加工中产生不需要的糖结晶，防止淀粉老化。此外，还能提高脱水食品的稳定性和复水性。

第四章脂类(Lipids)

4.1概述4.2脂类的物理性质4.3脂类的化学性质脂类化合物〔lipids〕是一类含有醇酸酯化结构，溶于有机溶剂(氯仿、乙醚、四氯化碳、丙酮等)而不溶于水的天然有机化合物。分布于天然动植物体内的脂类物质主要为三酰基甘油酯〔占99%左右〕，俗称为油脂或脂肪，除此之外还有磷脂、糖脂、固醇等。一般室温下呈液态的称为油〔oil〕，呈固态的称为脂〔fat〕，油和脂在化学上没有本质区别。

4.1脂类的分类及作用一、分类根据脂类的化学结构及其组成分为：l.单纯脂质：是由脂肪酸与醇形成的酯的总称，包括甘油与脂肪酸的酯(甘油酯)和脂肪酸与高级一元醇如固醇、高级醇等形成的酯〔腊〕。2.复合脂质：由醇与脂肪酸形成的酯，其中还含有P、N、S等其它元素或基团，主要有：<1>磷脂：是含有磷酸、氮碱的单脂衍生物，有甘油磷脂和神经鞘磷脂两大类，它们分别具有以下的化学结构〔见图4-1，4-2〕。

图4.1磷脂的结构

图4.2神经鞘磷脂的结构<2>糖脂：是由脂肪酸、糖及神经鞘氨基醇所构成，的不含磷酸的脂。有甘油糖酯〔由甘油二酸酯与单糖、低聚糖结合组成〕和神经鞘糖脂〔由神经鞘氨醇末端一OH同单糖、低聚糖结合组成〕。<3>硫脂:在人脑及其它动物组织中以神经鞘脂类糖硫酸的形式存在，在植物组织中以甘油磺酸的形式存在。3、衍生脂类：它是具有脂类一般性质，它包括：<1>脂肪酸：有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸<2>甾醇〔固醇〕：如胆固醇、羊毛甾醇、β－谷甾醇等，它们具有以下的根本结构：有一局部固醇是以酯的形式存在。<3>脂肪醇：碳数不低于8个的高级醇<4>烃类：包括直链烃、鲨烯和类胡萝卜类<5>各类脂溶性维生素：如VA、VD、VE、VK在以上脂类中以单纯脂质中的三酰甘油最为丰富，

最为重要，它是动、植物细胞贮脂的主要组成成分，一般把在常温下呈液态的三酰甘油叫作油(Oil)，而把呈固态的三酰甘油称作脂肪(Fat〕

)。二、脂类的作用脂类在人体内具有重要的营养及生理作用。1.提供必需的脂肪酸，2.供给热能，3.