西北农林科技大学三 碳水化合物PPT课件

.,1,第三章碳水化合物(Carbohydrates),李巨秀食品学院食品化学教研组,.,2,一、碳水化合物(Carbohydrates)多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。1.分类Classification（1）按组成分,.,3,单糖（Monosaccharides）：不能再被水解的多羟基醛或酮，是碳水化合物的基本单位。,低聚糖（寡糖）(Oligasaccharides)：由210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。,.,4,（2）按功能分结构多糖贮存多糖抗原多糖,.,5,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）,.,6,3.糖类化合物的结构（StructureofCarbohydrates）（1)单糖（Monosaccharides）醛糖,.,7,.,8,.,9,.,10,.,11,GlucoseMolecule,.,12,酮糖,.,13,.,14,甘油醛,.,15,AllSugarsfromNaturalSourcesareD-Sugars,Thatis,thestereocentermostremotefromthealdehydegroupisontheright,NoCorrelationbetweenD-andL-andopticalrotation,.,16,.,17,.,18,.,19,.,20,.,21,DISACCHARIDES,MaltoseisaReducingSugar,PositiveTestforFehlings,Benedicts,Tollens,OnemoleAcid-Hydrolysedorbya-glycosidaseenzymeto2molesofD-glucose,a-GlycosidicLinkage,SucroseisTablesugarthesequenceterminateswiththeformationofbrownnitrogenouspolymersormelanoidins”JohndeMan,.,63,OccursbetweenreducingsugarsandaminesathightemperaturesProducesflavorProducescolorProducesantioxidantproductsProducestoxicproductsDestroysnutrients(lysine),.,64,.,65,.,66,.,67,OpenchainD-glucose,Aminocompound,.,68,OpenchainD-glucose,.,69,OpenchainD-glucose,.,70,-,.,71,.,72,ThisspeciesisunstableandwilllosewatertoproducetheopenchainformoftheglycosylaminewithaC-Ndoublebond,.,73,Lossofwater,.,74,Openchainglycosylamine,Waterofdehydration,.,75,RearrangementofthiscompoundwillyieldtheAmadoricompound.ThissequenceofreactionsisknownastheAmadorirearrangement.,.,76,Openchainglycosylamine,.,77,Openchainglycosylamine,.,78,OpenchainAmadoricompound,.,79,AttackbyO-6onthecarbonylgroupwillclosetheringproducinga1-deoxy-1-amino-D-fructopyranosecompound(theAmadoriproduct),.,80,OpenchainAmadoricompound,.,81,TheAmadoricompound(a1-deoxy-1-amino-D-fructopyranose),.,82,Additionofanaminetoanaldose,.,83,.,84,.,85,Streckeraldehydes,PolymerizePyrolyticproducts,Amines,DHACrucialIntermediate,.,86,SugarPyrolyticProducts,maltol,isomaltol,.,87,StreckerDegradation,Richnutty,meatyflavors,.,88,Asparagine,Streckeraldehyde,Acrylamide,MutagensfromtheMaillardReaction,.,89,ControlSteps,RapidlyacceleratedbytemperatureSignificantaccelerationatintermediatewateractivitiesSugartypePentosehexosedisaccharidepolysaccharideproteinconcentration(freeamines)Inhibitedbyacidaminesareprotonatedandusedup,pHdropsSulfurdioxide,.,90,InhibitionbySulfite,SO3-,DHDSH,.,91,.,92,.,93,.,94,.,95,.,96,A.反应机理（过程）:反应分为三个阶段开始和引发阶段a.氨基和羰基缩合b.Amadori分子排叠中间阶段c.糖脱水d.糖裂解e.氨基酸降解,.,97,B.条件：氨基酸和还原糖及少量的水参与C.产物：色素（类黑精）风味化合物：如麦芽酚，乙基麦芽酚，异麦芽酚D.特点随着反应的进行，pH值下降（封闭了游离的氨基）还原能力上升（还原酮产生）420nm-490nm处有吸收褐变初期，紫外线吸收增强，伴随有荧光物质产生添加亚硫酸盐，可阻止褐变，但在褐变后期加入不能使之褪色,.,98,E.影响Maillard反应因素糖的种类及含量a.五碳糖六碳糖b.单糖双糖c.还原糖含量与褐变成正比氨基酸及其它含氨物种类a.含S-S，S-H不易褐变b.有吲哚，苯环易褐变c.碱性氨基酸易褐变d.氨基在-位或在末端者，比-位易褐变,.,99,温度升温易褐变水分褐变需要一定水分pH值pH49范围内，随着pH上升，褐变上升当pH4时，褐变反应程度较轻微pH在7.89.2范围内，褐变较严重金属离子和亚硫酸盐氧（间接因素）Ca处理抑制Maillard反应,.,100,F.Maillard反应对食品品质的影响不利方面营养损失，特别是必须氨基酸损失严重产生某些致癌物质有利方面褐变产生深颜色及强烈的香气和风味，赋予食品特殊气味和风味.,.,101,G.Maillard反应在食品加工的应用a.抑制Maillard反应注意选择原料如土豆片，选氨基酸、还原糖含量少的品种，一般选用蔗糖。保持低水分蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥剂。如SiO2等。,.,102,应用SO2硫处理对防止酶褐变和非酶褐变都很有效。保持低pH值常加酸，如柠檬酸，苹果酸。其它的处理热水烫漂除去部分可溶固形物，降低还原糖含量。冷藏库中马铃薯加工时回复处理(Reconditioniny)钙处理如马铃薯淀粉加工中，加Ca(OH)2可以防止褐变，产品白度大大提高。,.,103,b.利用Maillard反应在面包生产，咖啡，红茶，啤酒，糕点，酱油等生产中.产生特殊风味，香味通过控制原材料、温度及加工方法，可制备各种不同风味、香味的物质。控制原材料核糖+半胱氨酸：烤猪肉香味核糖+谷胱甘肽：烤牛肉香味,.,104,控制温度葡萄糖+缬氨酸100150烤面包香味180巧克力香味木糖酵母水解蛋白90饼干香型160酱肉香型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,.,105,斯特勒克降解反应在褐变反应中有二氧化碳的放出二氧化碳产生的原因（过程）在二羰基化合物存在下，氨基酸可发生脱羧、脱氨作用，成为少一个碳的醛，氨基则转移到二羰基化合物上（该反应称为斯特勒克降解反应）。通过同位素示踪法，发现斯特勒克降解反应在褐变反应体系中即使不是唯一的，也是主要的产生二氧化碳的来源。,.,106,.,107,多糖Polysaccharides,.,108,StarchComposition,Amylose.Lineara-1,4glucosechain.DP:180-320,MW106.Branchapproximatelyevery200glucoseunitsAmylopectin.Lineara-1,4chainwithana-1,6branchapproximatelyevery20glucoseunits.MW108Amylose:amylopectin1:3WaxystarchesallamylopectinHighamylosemutantsupto70%amylose,.,109,AmyloseStructure,.,110,AmylopectinStructure,.,111,.,112,GranuleStructure,.,113,AmylopectininGranules,.,114,淀粉Starch（1）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0.0010.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最大，谷物淀粉粒最小.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。,.,115,Visco/Amylo/Graph,.,116,ViscoAmyloGraph,Time,Viscosity,65oC,90oC,30oC,heating,constanttemperature,.,117,.,118,StarchIngredients,MustbecookedGelslowlyShowsyneresisBreakdownundershearBreakdownunderacidconditionsFormscomplexes,.,119,StructureofPolysaccharides,.,120,.,121,.,122,.,123,.,124,.,125,.,126,（2）淀粉的结构直链淀粉（Amylose）支链淀粉（Amylopectin）,.,127,.,128,（3）淀粉的物理性质白色粉末，在热水中溶胀.纯支链淀粉能溶于冷水中，而直链淀粉不能，直链淀粉能溶于热水.（4）化学性质无还原性遇碘呈蓝色，加热则蓝色消失，冷后呈蓝色.水解：酶解酸解,.,129,（5）淀粉的糊化（Gelatinization）糊化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被称为糊化。其本质是微观结构从有序转变成无序。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。,.,130,Starchgranulescontainbothlinearamyloseandbranchedamylopectin.,.,131,Raw,uncookedstarchgranulesheatedinwater,.,132,Swellingisevident,.,133,Noticelossofamylosefromthegranules,.,134,Gelatinizationandpastingarecomplete,.,135,Nowwestarttocool.,.,136,.,137,Thispictureisnotyetcompleteaswehaventaccountedforthewaterinthesystem.,.,138,影响糊化的因素结构直链淀粉小于支链淀粉。AwAw提高，糊化程度提高。糖高浓度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制。盐高浓度的盐使淀粉糊化受到抑制；低浓度的盐存在，对糊化几乎无影响。但对马铃薯淀粉例外，因为它含有磷酸基团，低浓度的盐影响它的电荷效应。,.,139,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。酸度pH60或50%esterifiedisahighmethoxy(HM)pectin7，称为高甲氧基果胶。甲氧基含量7，称为低甲氧基果胶。（或低果胶酯）,.,188,四种不同酯化程度果胶形成凝胶条件,.,189,（4）植物胶质植物树胶：阿拉伯胶、黄芹胶、刺梧桐胶按来源分类种子胶：魔芋胶、瓜尔豆胶、豆角胶和罗望子胶海藻胶:琼胶（脂）、鹿角藻胶和褐藻胶,.,190,.,191,（5)魔芋胶(Konjac)魔芋葡甘露聚糖的组成：由D-甘露糖与D-葡萄糖通过-1，4糖苷键连接而成。性质：能溶于水，形成高黏度的假塑性溶液，经碱处理脱乙酰后形成弹性凝胶，是一种热不可逆凝胶。当魔芋葡甘露聚糖与黄原胶混合时，形成热可逆凝胶。魔芋葡甘露聚糖与黄原胶的比值为1：1时，得到的强度最大。凝胶的熔化温度为30-63，与其比值和聚合物总浓度无关，但凝胶强度随聚合物浓度的增加而增加，随盐浓度的增加而减少。,.,192,魔芋主要经济成分是葡甘聚糖，其化学结构是由分子比1:1.61.7的葡萄糖和甘露糖残基通过-1，4糖苷键聚合而成的高分子杂多糖。葡甘聚糖属于可溶性半纤维素为人体第七营养素纤维素中的优品。一般果蔬中的不溶性纤维，摄入人体后仍以原型排除，葡甘聚糖为可溶性纤维，能吸收水、保水，并通过酵解增加粪便体积和松软度，利于通便，防止便秘。葡甘聚糖又是一种植物胶，但与其它天然胶如黄原胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶等相比，其粘度更高，在PH值降低到3.8以下，仍保持稳定而不沉淀，且与其它胶如黄原胶、卡拉胶等复配后有极佳的协同效果，可使黄原胶的粘度大大增高。当魔芋精粉（葡甘聚糖粗制品）与黄原胶之比为3:2时，使黄原胶出现可逆性凝胶，并达最大凝胶强度，而单纯的黄原胶不能凝胶。由于魔芋葡甘聚糖具有水溶、持水增稠、稳定、悬浮、胶凝、粘接、成膜等多种独特的理化性质而使它具有广泛的应用和开发价值。在食品、饮料工业上利用葡甘聚糖的上述几种特性可作为胶凝剂、增稠剂、粘结保水剂、稳定剂、成膜剂等。,.,193,(6)阿拉伯胶(GumArabic,AcaciaGum)组成：70%是由不含N或少量N的多糖组成，另一成分是具有高相对分子量的蛋白质结构，多糖是以共价键与蛋白质肽链中的羟脯氨酸相结合。性质：易溶于水，溶解度高，溶液黏度低，是一种好的乳化剂，又是一种好的乳状液稳定剂，且与高聚糖具有相容性。,.,194,阿拉伯树胶也称阿拉伯胶、金合欢树胶。英文名称：GumArabic,AcaciaGum，是非洲豆科类植物金合欢树或与金合欢树相近树种的树干或树枝的胶状渗出物经干燥而成。根据生产区域、颜色、级别和取胶的金合欢树种类不同而有不同的名称。阿拉伯胶具有独特的理化特性，广泛用于食品,医药,化妆品等行业。,.,195,阿拉伯胶源于阿拉伯金合欢属植物，无色，无味，植物纤维丰富,公认无毒。具有良好的溶解性及较低的溶液粘度,不溶于酒精等有机溶剂和油脂，能与大部分天然胶相互兼容；热、酸环境稳定。是其它产品无法比拟的，工业上用作：天然的乳化剂、稳定剂、增稠剂、悬浮剂、粘合剂、成膜剂、上光剂、水溶性食用纤维原料等。阿拉伯胶是非洲最古老和最著名的天然胶质。在4000-5000年前古埃及人就已使用过,.,196,(7)瓜尔胶（GG,GuarGum）与刺槐豆胶（LBG,Locustbeangum,）都是半乳甘露聚糖主要组分：半乳糖和甘露糖，主链由-D-吡喃甘露糖通过1，4糖苷键连接而成，在1-6位连接-D-吡喃半乳糖侧链。瓜尔胶（GG）:商品胶中黏度最高的一种胶，易于水合产生很高的黏度。刺槐豆胶（LBG）:分子具有长的光滑区，能与其他多糖如黄原胶和卡拉胶的双螺旋相互作用，形成三维网状结构的黏弹性凝胶。,.,197,瓜儿豆胶是由豆料植物瓜儿豆的胚乳经研磨加工而成。豆科植物是一种抗干旱的植物，主要生长在印度和巴基斯坦，瓜儿豆胶为大分子的天然亲水胶体，主要是由半乳糖和甘露糖聚合而成，属于一种天然半乳甘露聚糖，为食品品质改良剂之一。本品是白色或微黄色，几乎无味，自由流动粉末状，能溶于冷水或热水中，形成一种天然溶液，pH值在5-7之间，主要用作食品增稠剂。,.,198,瓜尔豆胶,.,199,刺槐豆胶,.,200,(8)海藻胶来源：褐藻中提取.组成：-1，4D甘露糖醛酸和-1，4-L古洛糖醛酸成的线形高聚物。性质：海藻酸盐分子链中G块（L古洛糖醛酸）很易与Ca2+作用,两条分子链G块间形成一个洞,结合Ca2+形成“蛋盒”模型。形成的凝胶是热不可逆的。凝胶强度同海藻酸盐分子中的G块的含量以及Ca2+的浓度有关。海藻酸盐凝胶具有热稳定性，脱水收缩较少。海藻酸盐还可与食品中其他组分如蛋白质或脂肪等相互作用。,.,201,AlginSource:SeaweedextractStructure:linearpolysaccharidecontainingtwotypesofresidue(i.e.,aco-polymer):b-D-mannopyranosyluronicacidand(M)a-L-gulopyrasonicacid(G)FunctionalProperties:Viscousinaqueoussolution,gelsinthepresenceofCa2+(orlowpH).GelsaretempstablePGA(propyleneglycolalginate),.,202,.,203,“Egg-box”Structure,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,G-block,M-block,.,204,海藻酸盐,.,205,Carageenan,Source:SeaweedgumStructure:LinearD-galactopyranosylchainwithalternating1,3and1,4links.Someresidueshaveoneortwosulfateesterresidues.Threebroadtypesofrepeatingstructure(i,k,andlcarageenan)FunctionalProperties:pHindependentthickening.Doublehelixformationinkoricarageenancanleadtogelation.k-carageenanindairyfoods,.,206,.,207,kappa-carrageenan,.,208,lambda-carrageenan,.,209,beta-D-man,alpha-D-gal(4:1),.,210,(9)琼脂来源:红藻类的各种海藻。组成:琼脂糖和琼脂胶。琼脂糖:由-D-吡喃半乳糖（1-4）连接3，6-脱水L-吡喃半乳糖基单位构成。琼脂胶:重复单位与琼脂糖相似，但含5%-10%的硫酸脂、一部分D-葡萄糖醛酸残基和丙酮酸酯。性质:当温度大大超过凝胶起始温度时仍然保持稳定。,.,211,(10)微生物多糖葡聚糖（右旋糖酐）黄杆菌胶茧酶胶环状糊精黄原胶,.,212,黄原胶组成:D-葡萄糖，D-甘露糖，D-葡萄醛酸。性质:黄原胶溶液在28-80以及广泛PH1-11范围内黏度基本不变，与高盐具有相容性。黄原胶与瓜儿豆胶具有协同作用。与LBG相互作用形成热可逆凝胶。能溶于冷水和热水，低浓度时具有高的黏度，在宽广的范围内（0-100），溶液黏度不变，与盐具有相容性，在酸性食品中保持溶解与稳定，具有良好的冷冻与解冻稳定性。,.,213,XanthangumSource:ProductofbacteriaXanthomonascampestrisStructure:cellulose-likebackbone(b-1,4-poly-glucose)withtrisaccharidebranches(stubs)onalternatemonomersonthebackbonecarryingcarboxylicacidresidueFunctionalProperties:Watersoluble,viscous,non-gelling.Viscosityisonlyslightlytemperaturedependant,.,214,.,215,Xanthan:Structure-function,LowpH,Linearmolecule,Randomcoil,.,216,黄杆菌胶组成：黄杆菌胶（xunthangum）是D-葡萄糖通过（1-4）糖苷键连接的主链和三糖侧链组成的生物高分子聚合物，该聚合物是由甘蓝黑病黄杆菌发酵产生的一种杂多糖，也称黄单孢杆菌胶。性质：是一种非胶凝的多糖，易溶于水。具有很高的黏度。黏度受温度变化影响不大。,.,217,(11)壳聚糖又称几丁质、甲壳质、甲壳素来源：主要存在于甲壳类（虾、蟹）等动物的外骨壳中。组成:N-乙酰-D-氨基葡萄糖或D-氨基葡萄糖以-1，4糖苷键连接起来的氨基多糖。其基本结构单元是壳二糖。性质：甲壳素脱去分子中的乙酰基后变为壳聚糖，其溶解性增加，称为可溶性的壳多糖。因其分子中带有游离氨基，在酸性容液中易形成盐，呈阳离子性质。,.,218,保鲜剂A.保鲜力强：兼具杀菌保