《碳水化合物 》PPT课件.ppt

第三章 碳水化合物,本章主要内容 在食品中应用的一些物理性质 碳水化合物反应 食品多糖及其在食品中的应用,第三章 碳水化合物,3.1 在食品应用中的物理性质 3.1.1. 甜度：甜味的高低。（表3-1）,第三章 碳水化合物,3.1.2 溶解度：果糖 蔗糖 葡萄糖 乳糖,第三章 碳水化合物,3.1.3 结晶性 易蔗糖、葡萄糖，前者晶体大、后者小； 难果糖、转化糖； 不淀粉糖浆，有防止蔗糖结晶的作用。 应用：硬糖不能单独使用蔗糖，否则结晶、碎裂、不透明； 淀粉糖浆含有糊精，可增加糖果的韧性、强度和粘性； 甜度低，可减低蔗糖的甜度，更可口； 吸潮性低于转化糖，可增加保藏性。,第三章 碳水化合物,3.1.4 吸潮性和保湿性 吸潮性在空气湿度较高时吸收水分的性质； 保湿性在较高湿度吸收水分、较低湿度散失水分的性质。 吸潮性： 果糖转化糖葡萄糖麦芽糖蔗糖 应用： 硬糖要求吸湿性低，以蔗糖为主； 软糖要求保持一定水分且干燥时不干缩，以转化糖 浆和果葡糖浆为宜； 面包、糕点要求保持松软，以转化糖浆和果葡糖浆为宜。,第三章 碳水化合物,3.1.5 渗透压 浓度相同时，分子量越小、分子数目越多，渗透压越大，故单糖比双糖高。 应用抑制微生物的生长繁殖，提高食品保藏性能。 3.1.6 黏度 葡萄糖、果糖比蔗糖低；淀粉糖浆较高。黏度性质可提高食品的稠度和可口性能。如水果罐头、果汁饮料、食用糖浆等。 3.1.7 冰点降低 取决于浓度和分子量大小。浓度高、分子量小，降低程度大； 应用：生产雪糕类冷冻食品，混合使用淀粉糖浆和蔗糖，冰点降低比单独使用砂糖时小，既可节约电能，还可使冰粒细腻、增加粘稠度、甜味温和，使雪糕更可口。,第三章 碳水化合物,表 3-3 几种糖液冰点降低的比较 3.1.8 抗氧化性 糖溶液具有抗氧化性，有利于保持风味、颜色和维生素C等。,第三章 碳水化合物,3.2 碳水化合物的反应 3.2.1 水解 糖苷键的水解受许多因素（pH、温度、端基异构体的构型和糖环的大小等）的影响，在酸性介质中较碱性介质水解容易。寡糖的水解尤其要注意蔗糖的水解，这对食品质影响大；对于高聚合度的糖如淀粉等其水解方法大致有三种酸法、酸-酶法、酶法。 C1222112 61266126 葡萄糖 果糖 D20 = + 66.5 D20 = 20,第三章 碳水化合物,表3-4 温度对糖苷水解速度的影响,第三章 碳水化合物,表 3-5 键型与异头体构型对糖苷键水解速度的影响 -D-葡糖苷 K -D-异构体 K -葡糖-萄糖苷 12 1.46 -葡糖- -葡糖苷 12 1.17 黑曲霉糖 13 1.78 昆布二糖 13 0.99 麦芽糖 14 1.55 纤维二糖 14 0.66 异麦芽糖 18 0.40 龙胆二糖 16 0.58 应用： 用淀粉来生产糖浆。 设问：果葡糖浆是怎样加工的呢？,第三章 碳水化合物,3.2.2 碱作用 糖在碱性溶液中易发生异构化和分解，温度低时较为稳定，但温度升高时较为显著。 （1） 异构化：用稀碱处理D-葡萄糖时，可得到D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果糖三种物质的平衡混合液。 当碱性增强时，除生成上述的1，2-烯二醇还可生成2，3-烯二醇、3，4-烯二醇等中间体。 应用：可利用异构化处理葡萄糖或淀粉糖浆，使一部分葡萄糖转化为果糖，提高糖的甜度。异构化方法有碱法、酶法等。,第三章 碳水化合物,第三章 碳水化合物,（2） 糖精酸在较浓碱性条件和加热且长时间作用，糖分子发生分子内氧化和分子重排而生成羧酸。其总组成与原来糖的组成没有差异。这种羧酸即为糖精酸。碱的浓度不同，糖精酸也不同。,第三章 碳水化合物,浓碱条件下，糖小分子糖、酸、醇、醛等。 氧化剂存在时，己糖发生连续烯醇化，生成1，2、2，3、3，4-烯二醇中间体，然后在氧化剂作用下，在双键处断裂，生成的产物为1、2、3、4、5个碳的混合产物。 没有氧化剂时，分解发生于碳链中与 双键相邻的下一单键上。如1，2-烯二醇：,第三章 碳水化合物,第三章 碳水化合物, 请同学们写出葡萄糖的2，3、3，4-烯二醇中间体的无氧分解产物。 3.2.3 酸作用 （1）复合 酸和热作用的结果。单糖分子的半缩醛羟基与另一单糖的羟基发生失水缩合为双糖。还可以缩合为三糖及低聚糖。 26126 122211 2 D-葡萄糖、D-甘露糖主要以1，6键复合；麦芽糖（-1，4键结合）水解产物葡糖糖再复合以1，6键进行，复合产物为异麦芽糖和龙胆二糖。 L-阿拉伯糖主要以1，3键复合为-二糖。 除L-阿拉伯糖外，其它糖的复合产物都有-、-两种型式的二糖。 复合程度与糖的浓度有关。,第三章 碳水化合物,表3-6 葡萄糖浓度对复合反应的影响 (2) 脱水：酸热作用易使糖脱水，生成环状或双键化合物。,第三章 碳水化合物,3）焦糖化 糖浆或低聚糖在酸性环境下加热，可能会引起糖苷键的断裂、环大小的改变和脱水等反应，大多数脱水后生成内酐环或者反双键引入糖环，产生不饱和环中间产物，如呋喃。产生颜色，这种有颜色的环常发生缩合，环体系聚合化产生具有良好的颜色、风味和溶解性的一类物质，我们统称为焦糖色素。 目前生产上用的焦糖色素有三种类型。一类是耐酸性焦糖色素，由亚硫酸胺催化生产的，主要用可乐类饮料，产量大；第二类是加热含铵离子的蔗糖溶液生产的，主要用于啤酒类饮料；第三类是直接热解蔗糖而生产的焦糖色素，主要用于焙烤食品中。 由于焦糖色素生产过程中产生了一些含羟基、羧基等酸性基团，使体系pH随反应不断改变，这种改变会产生一些带苦味的腐殖质成分，所以焦糖色素的生产一定要采用缓冲体系。,第三章 碳水化合物,3.2.4 氧化还原作用 在弱氧化剂（如碱性溴水）作用下:醛糖糖酸;酮糖不发生反应，这一性质可用于分离和鉴定果糖和葡萄糖 在强氧化剂（如氧化性无机酸：硝酸、高碘酸等）作用下醛 糖糖二酸 酮糖在强氧化剂条件下，碳链在羰基处断裂，分解生成两分子低级酸: 果糖乙醇酸+三羟基丁酸 醛糖和酮糖均能与土伦试剂、费林试剂等反应 单糖可被还原为糖醇（常用还原剂：钠汞齐、氢化硼钠） 山梨糖山梨（糖）醇（制备抗坏血酸、保湿剂、抗菌剂） 葡萄糖（果糖）山梨（糖）醇 木糖木糖醇 （用于糖尿病疗效食品）,第三章 碳水化合物,3.2.5 酯化反应 蔗糖的伯醇（-CH2OH）可与脂肪酸反应生成蔗糖酯，是一种 高效安全的乳化剂、抗氧化剂、能提高食品的香味。 3.2.6 褐变反应 单糖和还原糖的羰基能与游离氨基（-NH2）发生羰氨缩合反 应 （褐变反应） 非酶褐变的控制 降低水分含量 液体食品：稀释、降低pH、温度 除去一种底物 鱼：加入戊糖醋酸乳杆菌，可降到最低。 二氧化硫或亚硫酸盐可有效抑制褐变、加入CaCl2可强化抑制作用,第三章 碳水化合物,3.3 多糖在食品中的应用 3.3.1 贮藏性多糖淀粉 淀粉有直链淀粉和支链淀粉。不同植物其直链淀粉与支链淀粉的含量不同。 表3-7 常见植物中直链淀粉与支链淀粉的含量 种类 直链淀粉/ 支链淀粉/ 稻米 小麦 玉米 糯米 粘高粱 ,第三章 碳水化合物,3.3.2 淀粉的性质 1）淀粉的糊化与老化 -淀粉：具有胶束结构的生淀粉。分子排列紧密，彼此间隙很小，即使水分子也难以进入。 膨润现象：加热淀粉乳，部分-淀粉淀粉被溶解而形成空隙，水分子逐渐进入胶束内部并与淀粉分子结合使胶束逐渐被溶解，从而空隙增加，体积迅速增加，胶束消失。这种现象叫膨润。 糊化：膨润淀粉在热的进一步作用下，胶束全部崩溃，单分子淀粉并被水包围，形成具有粘性溶液的现象称为糊化，处于该状态与的淀粉叫-淀粉。 来源不同的淀粉糊化温度不同。,第三章 碳水化合物,表3-7 各种淀粉的糊化温度 淀 粉 开始糊化温度 完全糊化温度 粳 米 59 61 糯 米 58 63 大 麦 58 63 小 麦 65 68 玉 米 64 72 荞 麦 69 71 马铃薯 59 67 甘 薯 70 76,第三章 碳水化合物, 老化：糊化后的淀粉在室温或以下温度放置时，变成不透明、凝结、沉淀等现象。来源不同的淀粉其老化情况不同。 图3-1 不同来源淀粉老化曲线,第三章 碳水化合物,图3-2 淀粉液(0.85%，0 )的老化曲线,第三章 碳水化合物,影响因素 A. 直链淀粉比支链淀粉易老化，支链淀粉几乎不老化； B. 含水量3060%易老化，60%不易老化； 24易老化，60不易老化； C. 偏酸（pH4以下）或偏碱，不易老化。 老化淀粉的特点：与水失去亲和力，不易被酶水解。故不易消化吸收，也不利于加工。 老化的控制：糊化后的淀粉在80以上迅速降低水分至10% 或在0迅速脱水即将-淀粉固定下来，使用时加入水即可糊化。 应用：制造方便米饭、面条、饼干及膨化食品的原理；米线、米粉,第三章 碳水化合物,2）吸附作用 高温时，淀粉中的直链淀粉分子展开，露出极性基团，它们能与含极性基团的有机化合物以氢键的形式结合，失去水溶性而产生结晶。 应用：在粮食淀粉中加入足够的丙醇、丁醇、戊醇、己醇等使直链淀粉结晶出，从而分离支链淀粉和直链淀粉。,3）改性淀粉：生淀粉经过化学或酶处理后，物理特性（水溶性、色泽、味道）、变学特性（黏度、流动性）和功能特性等发生变化，处理后的淀粉统称为。 可溶性淀粉：经过轻度酸或碱处理的淀粉，如-淀粉。热时有良好流动性，冷时能形成坚硬的凝胶。 交联淀粉：经过与醇酯化使淀粉分子互相交联后的淀粉。如羟乙基淀粉、羟丙基淀粉。具有良好的机械性能、耐热耐酸耐碱。可用作增稠剂、赋形剂。 磷酸淀粉：经过与磷酸发生酯化而产生的淀粉（常指磷酸一酯淀粉、磷酸二酯淀粉则为交联淀粉，因每相邻两条淀粉链的一个羟基与磷酸酯化形成了桥键，从而产生交联）。具有良好的稠度，低酯化度的常用于肉汁、馅饼，以改善抗冻结解冻性能，减少水分的析出。 氧化淀粉：在pH10左右用次氯酸对淀粉进行氧化而形成的。具有黏度低、不易老化、可形成稳定的溶液等特性。适合作分散剂或乳化剂。,第三章 碳水化合物, 羟烷基淀粉 包括羟乙基淀粉和羟丙基淀粉，它利用一定浓度的淀粉乳在碱性条件下与环氧乙烷或环氧丙烷反应形成的，这类变性淀粉具有良好的粘度稳定性,在食品工业上增稠剂、悬乳剂、涂料和包装薄膜。 接枝淀粉 这是一类新型的高分子材料。接枝共聚反应及其衍生物的研究，在淀粉转化技术中具有独特的意义。以亲水的、半刚性链的淀粉大分子为骨架，与烯类单体接枝共聚，引入不同官能团和调节亲水（极性）-亲油（非极性）链段结构的比例，可以得到目标产物的聚合物。它们既有多糖化合物的分子间作用力与反应性，又是有合成高分子的机械与生物作用稳定性和线性链展开能力。因此在高分子絮凝剂、高吸水材料 、造纸工业助剂 、油田化学材料、可降解地膜和塑料等多方面的实际就用中具有优异的性能。,第三章 碳水化合物,3.3.3 结构性多糖与膳食纤维 3.3.3.1 膳食纤维的定义与功能 1）定义：不被人体消化吸收的多糖类化合物和木质素合称为膳食纤维。（Trowell 1976定义，1972提出）主要包括了 纤维素、半纤维素、果胶、植物胶（阿拉伯胶、角豆胶、瓜尔豆胶、琼脂、褐藻胶、卡拉胶）、微生物胶（黄原胶、茁霉胶、 -葡聚糖、环状糊精）、氨基多糖（壳聚糖、糖胺聚糖透明质酸，硫酸软骨素，肝素，硫酸皮肤素）、木质素、抗性淀粉 2）膳食纤维的功能 A. 抗腹泻作用：果胶和高度粉碎的高岭土水悬浮物的混合物 是治疗腹泻的常用药之一。 B. 预防癌症与便秘。结肠癌 C. 解毒作用 D. 治疗糖尿病,第三章 碳水化合物,E. 预防和治疗肠憩室病：肠憩室病症状就是结肠壁上形成一些小囊，它是结肠的小部分蠕动收缩过强造成的。慢性便秘便是这种紊乱的主要原因，如果囊部发炎则很疼痛（这就是憩室炎）。高膳食纤维既能预防又能治疗这种病。 F. 治疗胆结石：通过与一种或多种胆酸盐结合而改变胆汁的成分，避免了这些胆酸盐被机体吸收和再循环。经改变的胆汁比没有改变的更容易溶解胆固醇（胆石）。 G. 预防动脉样硬化与冠心病：某些膳食纤维能在肠道内吸附胆酸并排出体外，避免了重新被吸收合成胆固醇，从而降低血液胆固醇和三酰甘油的含量。 H. 预防肥胖和减肥：膳食纤维能阻碍人体对淀粉、脂肪和蛋白质的吸收。,第三章 碳水化合物,3.3.3.2 纤维素 1) 结构 2）应用 在食品上作为食品包装、酒精生产和饲料生产的原料。 也可作为吸附剂和澄清剂。,第三章 碳水化合物,3) 纤维素改性 CMC ：纤维素与氢氧化钠-氯乙酸反应生成的。 白色粉末，无臭无味，具有良好的持水性和粘稠性，在食品上常用作增稠剂和稳定剂。常用于冰淇淋和其它冷冻食品上，也用于焙烤食品、低热量的碳酸饮料中。 MC：由纤维素和氢氧化钠同甲基氯反应制得的。MC溶液加热时形成凝胶，冷却时转变成正常的溶液。用途极为广泛。可用于焙烤食品中增加吸水力和持水力，也可用油炸食品中降低其吸油力；还可用于调味汁、肉、水果和蔬菜中。,第三章 碳水化合物,3.3.5.3 半纤维素 1）结构：主链由-D-(1 4)链结合的木糖链组成, 半纤维素有A和B两种,其差异在于分子组成的侧链上。半纤维素A侧链上有许多由阿拉伯糖组成的短支链，还存在D-葡萄、D-半乳糖和D-甘露糖；半纤维素B支链上不含阿拉伯糖。 2）应用 a. 在焙烤食品中用于增加面包的体积，延缓面包的老化。 b. 可以预防心血管疾病与结肠癌的作用。,第三章 碳水化合物,第三章 碳水化合物,3.3.3.3 果胶 1）基本概述 是植物细胞壁间的一种成分，其作用是将各个细胞粘合于一起。 它 广泛存在于果蔬的嫩组织中。但不同的果蔬其含量是不同的。 表 3-8 果 蔬 中 果 胶 质 含 量 果 蔬 果胶质含量(%) 果 蔬 果胶质含量(%) 胡 萝 卜 6.511.8 苹 果 0.401.30 甘 兰 5.27.5 柑 桔 0.701.50 蕃 茄 22.5 西 瓜 0.84.1 土 豆 0.6 山 楂 67 南 瓜 7 17 黑 醋 粟 0.601.70 杏 0.450.80 草 莓 0.300.80,第三章 碳水化合物,2） 结构 果胶物质的基本构架是D-吡喃半乳糖醛酸，以-1，4-键结合为聚半乳糖醛酸。其中部分羧基被甲醇酯化，其余部分与钠、钾或铵结合，也有仲羟基被乙酯化的。基本结构是：,第三章 碳水化合物,果胶物质包括： A. 原果胶(protopectin)：与纤维素或半纤维素等物质结合在一起存在于细胞壁中，不溶于水，可水解为果胶。在未成熟的组织中有硬化作用。 B. 果胶(pectin)：是羧基不同程度甲酯化和中和的聚半乳糖醛酸苷链，存在于细胞汁中，成熟果蔬含量较多。 C. 果胶酸(pectic acid)：果胶酸分子中脱水半乳糖醛酸单位上的羧基基本上是游离的。在细胞汁中与钙、镁、钾、钠等形成不溶性或微溶性的盐，果蔬变软时含量较多。 果胶酯酸 (pectinic acid)实为果胶的代名词。,第三章 碳水化合物,2) 特性 A. 水解：酸碱条件下，酯键、糖苷键可被水解；高温强酸条件下糖醛酸残基可被脱羧； B. 溶解性：聚合度大、溶解性降低；酯化程度越大，溶解性越低， 但果胶酸被甲醇或乙醇酯化后，溶解度比其前体物大； C. 黏度：属高粘溶液，与链长成正比； D. 凝胶能力：在一定条件下，具有胶凝能力。 3) 凝胶形成 形成条件：pH2.03.5、含糖量6065%、果胶0.30.7%、室温 接近沸腾, 低酯果胶尚需一定量的钙离子。,第三章 碳水化合物, 影响果胶成胶的因素: A. 水分含量：过量水不易形成，糖的主要作用在 于脱水，促使果胶周围的水减少，利于果胶分子 相互结合而形成链状胶束； B. 果胶分子量：凝胶强度与分子量成正比。 表 3-9 果胶分子量与凝胶强度的关系 分 子 量 凝 胶 强 度 10 / 克/平方厘米 18 220300 14 180220 11.5 130180 9 100130 5 2050 3 不成凝胶,第三章 碳水化合物,C. 酯化程度：酯化程度越大，凝胶强度越高。 表3-10 果胶酯化程度对凝胶形成的影响,第三章 碳水化合物,酯化的半乳糖醛酸残基 酯化（程）度DE= 100% 总的D-半乳糖醛酸残基 D. pH：不适当的pH既不易形成凝胶，还会使果胶和糖发生分解。 E. 温度：脱水剂（糖）适量时，050范围，影响不大；温度过高时或加热时间过长，果胶分解、蔗糖转化。 F. 钙离子。低酯果胶成胶需要一定的钙离子存在。,第三章 碳水化合物,4） 果胶分类 （按甲酯化程度进行 ） 全甲酯化聚半乳糖醛酸：DE=100，只要有脱水剂存在即可形成凝胶。 速凝果胶：DE70，加糖加酸（pH3.03.4）后在较高温度下形成凝胶。常用于防止“蜜饯型”果酱食品的果块的上浮或下沉。 慢凝果胶：DE=5070，加糖加酸(pH2.83.2)后在较低温度下缓慢形成凝胶。常用于柔软果冻、果酱、点心等，也可用于汁液类食品做增稠剂、乳化剂。 低甲氧基果胶：DE50，即使加糖加酸的比例适当也不能形成凝胶。但其羧基与多价离子结合后可形成凝胶。常用于特殊疗效食品。,第三章 碳水化合物,3.3.3.4 植物胶 良好的增稠稳定剂、粘合剂 这是碳水化合物中结构最复杂的的一类多糖。其分子是由糖与糖醛酸组成的杂多糖，它是从陆生、海生植物的某个器官提取的。在食品中重要与常见的植物胶有： 阿拉伯胶（Gum arabic）；角豆胶（Locust bean gum）；瓜尔豆胶（Guar gum），琼脂（Agar）;褐藻胶(Algin);卡拉胶（Carrageenan）等。 1) 卡拉胶 它是从角叉菜、松藻、麒麟菜等红藻植物中提取出来的，其分子主要是由D-半乳糖连接而成的聚合体，D-半乳糖上的羟基常与硫酸结合成酯，根据其分子中含硫酸基的多少与成胶等特性将其分为 -卡拉胶、-卡拉胶、-卡拉胶三种。结构如下图所示。,第三章 碳水化合物,第三章 碳水化合物,三种卡拉胶的性质如下： 注：利用其低浓度能与食品中蛋白质、尤其乳酪蛋白反应，生聚合体，使溶液稳定，据此常用作奶制饮料的稳定剂(0.0075%0.02%),第三章 碳水化合物,3.3.3.5 微生物胶 它是由细菌和真菌（包括霉菌和酵母菌）合成的食用胶。在食品中最为重要的是黄杆菌胶（黄原胶）和环状糊精。 1）黄原胶 （甘蓝天黑病黄杆菌发酵产生的多糖） 结构：D-葡萄糖基通过-(1 4)糖苷链连接的主链和三糖侧链组成的生物高分子聚合物。,第三章 碳水化合物,应用： a. 利用其对乳浊液和悬浮体颗粒具有很大的稳定作用，用作巧克力等悬浮液的稳定剂。 b. 利用其高粘性, 将其用作浓缩汁、饮料、调味剂等食品的增稠剂和稳定剂。 c. 利用其粘度受温度影响较小的特点，常将其用作需用高温处理的食品中。,第三章 碳水化合物,2）环糊精 包埋剂