第三章 碳水化合物

1、第三章 碳水化合物1第三章第三章 碳水化合物碳水化合物4.1 概述概述4.2 碳水化合物的理化性质碳水化合物的理化性质4.3 碳水化合物的食品功能性碳水化合物的食品功能性4.4 非酶褐变反应非酶褐变反应4.5 食品中的重要低聚糖和多糖简介食品中的重要低聚糖和多糖简介4.6 膳食纤维膳食纤维本章主要内容本章主要内容第三章 碳水化合物2要求：掌握碳水化合物的基本要领及对食品质量和营养的影响；糖要求：掌握碳水化合物的基本要领及对食品质量和营养的影响；糖苷的理化性质及水解对食品的作用，几种常见的有毒糖苷；非酶褐变、苷的理化性质及水解对食品的作用，几种常见的有毒糖苷；非酶褐变、糖在非酶褐变中作用及控制方

2、法；食品中重要的低聚糖；多糖的概念糖在非酶褐变中作用及控制方法；食品中重要的低聚糖；多糖的概念及理化性质；淀粉的糊化、老化及其影响因子；膳食纤维的功能及开及理化性质；淀粉的糊化、老化及其影响因子；膳食纤维的功能及开发利用的意义。发利用的意义。难点：非酶褐变的机理及影响因子；多糖生理功能及淀粉糊化老化难点：非酶褐变的机理及影响因子；多糖生理功能及淀粉糊化老化的化学基础。的化学基础。本章要求及难点本章要求及难点第三章 碳水化合物3第一节第一节 概述概述一、碳水化合物的一般概念一、碳水化合物的一般概念碳水化合物术语碳水化合物术语 单糖的数量单糖的数量单糖、寡糖和多糖单糖、寡糖和多糖单糖的种类单糖的种

3、类 均多糖或杂多糖均多糖或杂多糖 多糖的来源多糖的来源 植物多糖、动物多植物多糖、动物多糖和微生物多糖糖和微生物多糖 体内的功能体内的功能 结构多糖、贮藏多结构多糖、贮藏多糖和功能多糖糖和功能多糖 多糖复合物多糖复合物 第三章 碳水化合物4二、食品原料中的碳水化合物二、食品原料中的碳水化合物 水果及水果及蔬菜蔬菜中游离糖含量中游离糖含量(%(%鲜重计鲜重计) )D-D-葡萄糖葡萄糖D-D-果糖果糖蔗蔗 糖糖水果水果葡萄葡萄6.866.867.847.842.252.25桃子桃子0.910.911.181.186.926.92梨子梨子0.950.956.776.771.611.61樱桃樱桃1 1

4、6.496.497.387.380.220.22樱桃樱桃2 22.092.092.402.401.031.03蔬蔬 菜菜甜菜甜菜0.180.180.160.166.116.11硬花甘蓝硬花甘蓝0.730.730.670.670.420.42胡萝卜胡萝卜0.850.850.850.854.244.24黄瓜黄瓜0.860.860.860.860.060.06第三章 碳水化合物5常见部分谷物食品原料中碳水化合物含量常见部分谷物食品原料中碳水化合物含量( (按每按每100g100g可食部分计可食部分计) )谷物名称谷物名称碳水化合物（碳水化合物（g g）纤维素纤维素(g)(g)谷物名称谷物名称碳水化合

5、物碳水化合物(g)(g)纤维素纤维素(g)(g)全粒小麦全粒小麦69.369.32.12.1全粒稻谷全粒稻谷71.871.81.01.0强力粉强力粉70.270.20.30.3糙米糙米73.973.90.60.6中力粉中力粉73.473.40.30.3精白米精白米75.575.50.30.3薄力粉薄力粉74.374.30.30.3全粒玉米全粒玉米68.668.62.02.0黑麦全粉黑麦全粉68.568.51.91.9玉米碴玉米碴75.975.90.50.5黑麦粉黑麦粉75.075.00.70.7玉米粗粉玉米粗粉71.171.11.41.4全粒大麦全粒大麦69.469.41.41.4玉米细粉玉米

6、细粉75.375.30.70.7大麦片大麦片73.573.50.70.7精小米精小米72.472.40.50.5全粒燕麦全粒燕麦54.754.710.610.6精黄米精黄米71.771.70.80.8燕麦片燕麦片66.566.51.11.1高粱米高粱米69.569.51.71.7第三章 碳水化合物6普通食品中的糖含量普通食品中的糖含量食食 品品糖的百分含量（糖的百分含量（%）食食 品品糖的百分含量（糖的百分含量（%）可口可乐9 蛋糕（干）36脆点心 12番茄酱29冰淇淋 18果冻（干）83上表说明，目前加工的食品中水溶性糖含量比其相应上表说明，目前加工的食品中水溶性糖含量比其相应的原料来说，要

7、多得多。这是为满足食品的风味和色的原料来说，要多得多。这是为满足食品的风味和色泽需要而人为加入的。泽需要而人为加入的。第三章 碳水化合物7三、碳水化合物与食品质量三、碳水化合物与食品质量 碳水化合物是营养的基本物质之一。 形成一定色泽和风味。形成一定色泽和风味。 游离糖本身有甜度，对食品口感有重要作用。 食品的粘弹性也是与碳水化合物有很大关系，食品的粘弹性也是与碳水化合物有很大关系，如果胶、卡拉胶等。如果胶、卡拉胶等。 食品中纤维素、果胶等不易被人体吸收，除对食品的质构有重要作用外，还是膳食纤维的构成成分。 某些多糖或寡糖具有特定的生理功能，是保健某些多糖或寡糖具有特定的生理功能，是保健食品的

8、主要活性成分。食品的主要活性成分。第三章 碳水化合物8第二节第二节 碳水化合物的理化性质及食品功能性碳水化合物的理化性质及食品功能性一、碳水化合物的结构一、碳水化合物的结构（一）、（一）、 单糖单糖 食品中的单糖多以食品中的单糖多以D-构型。单糖中部分基团发生变化，即单糖衍生物。构型。单糖中部分基团发生变化，即单糖衍生物。食品中主要的单糖衍生物有：单糖的磷酸酯、脱氧单糖、氨基糖、糖酸、糖食品中主要的单糖衍生物有：单糖的磷酸酯、脱氧单糖、氨基糖、糖酸、糖醛酸、糖二酸、抗坏血酸、糖醇、肌醇、糖苷等。醛酸、糖二酸、抗坏血酸、糖醇、肌醇、糖苷等。（二）、糖醇与糖苷（二）、糖醇与糖苷1、糖醇、糖醇 糖醇

9、指由糖经氢化还原后的多元醇糖醇指由糖经氢化还原后的多元醇(Polyols)，按其结构可分为单糖醇，按其结构可分为单糖醇和双糖醇。目前所知，除海藻中有丰富的甘露糖醇外，在自然界糖醇存在较和双糖醇。目前所知，除海藻中有丰富的甘露糖醇外，在自然界糖醇存在较少。少。 糖醇的商品名称均以相应糖加上糖醇的商品名称均以相应糖加上“醇醇”来称呼。糖醇大都是白色结晶，来称呼。糖醇大都是白色结晶，具有甜味，易溶于水，是低甜度、低热值物质。作为糖类重要的氢化产物，具有甜味，易溶于水，是低甜度、低热值物质。作为糖类重要的氢化产物，不具备糖类典型的鉴定性反应，具有对酸碱热稳定，具备醇类的通性，不发不具备糖类典型的鉴定性

10、反应，具有对酸碱热稳定，具备醇类的通性，不发生美拉德色变反应。生美拉德色变反应。第三章 碳水化合物92、肌醇、肌醇 肌醇是环已六醇，结构上可以排出九个立体异构体。肌醇是环已六醇，结构上可以排出九个立体异构体。 肌醇异构体中具有生物活性的只有肌肌醇异构体中具有生物活性的只有肌-肌醇，一般就称它为肌醇。肌醇，一般就称它为肌醇。在动物的肌肉、心脏、肝、肺等组织中多与磷酸结合形成在动物的肌肉、心脏、肝、肺等组织中多与磷酸结合形成磷酸肌醇磷酸肌醇，在，在高等植物中，肌醇的六个羟基都成磷酸酯，即肌醇六磷酸；磷酸肌醇还高等植物中，肌醇的六个羟基都成磷酸酯，即肌醇六磷酸；磷酸肌醇还易与体内的钙、镁结合，形成糖

11、醇六磷酸的钙镁盐。易与体内的钙、镁结合，形成糖醇六磷酸的钙镁盐。 肌肌-肌醇结构肌醇结构第三章 碳水化合物103、糖苷、糖苷 糖苷是单糖的半缩醛上羟基与非糖物质缩合形成的化合物。糖苷的糖苷是单糖的半缩醛上羟基与非糖物质缩合形成的化合物。糖苷的非糖部分称为非糖部分称为配基或非糖体配基或非糖体，连接糖基与配基的键称，连接糖基与配基的键称苷键苷键。根据苷键的。根据苷键的不同，糖苷可分为不同，糖苷可分为含氧糖苷、含氮糖苷和含硫糖苷含氧糖苷、含氮糖苷和含硫糖苷等。等。第三章 碳水化合物11 糖苷通常包含一个糖苷通常包含一个呋喃糖环呋喃糖环或一个或一个吡喃糖环吡喃糖环，新形成的手性中，新形成的手性中心有心

12、有或或型型两种。因此，两种。因此，D-吡喃葡萄糖应看成是吡喃葡萄糖应看成是-D-和和-D-异头体异头体的混合物，形成的糖苷也是的混合物，形成的糖苷也是-D-和和-D-吡喃葡萄糖苷的混合物。一般吡喃葡萄糖苷的混合物。一般在自然界中存在的糖苷多为在自然界中存在的糖苷多为-糖苷。糖苷。第三章 碳水化合物12（三）、低聚糖（三）、低聚糖 低聚糖又称为寡糖，它是由低聚糖又称为寡糖，它是由210个糖单位以糖苷键结合而构成的碳水个糖单位以糖苷键结合而构成的碳水化合物，可溶于水。自然界中以游离状态存在的低聚糖的聚合度一般不超过化合物，可溶于水。自然界中以游离状态存在的低聚糖的聚合度一般不超过6个糖单位，其中主

13、要是二糖和三糖。如果组成低聚糖的糖基是相同种的为个糖单位，其中主要是二糖和三糖。如果组成低聚糖的糖基是相同种的为均低聚糖，不同为杂低聚糖。均低聚糖，不同为杂低聚糖。1、概述、概述2、环状糊精、环状糊精 环状糊精是由环状糊精是由68个个D-吡喃葡萄糖通过吡喃葡萄糖通过-1，4糖苷键连接糖苷键连接而成的而成的D-吡喃葡萄糖基低聚物。由吡喃葡萄糖基低聚物。由6个糖单位组成的称为个糖单位组成的称为-环环状糊精状糊精，由，由7个糖单位组成的称为个糖单位组成的称为-环状糊精环状糊精，由，由8个糖单位组个糖单位组成的称为成的称为-环状糊精。环状糊精。第三章 碳水化合物13 、及及-环状糊精除分子量不同外，水

14、中溶解度、空穴内径等也环状糊精除分子量不同外，水中溶解度、空穴内径等也有不同。有不同。 环状糊精的结构具有高度的对称性，是一个中间为空穴的圆柱体，环状糊精的结构具有高度的对称性，是一个中间为空穴的圆柱体，内壁被内壁被C-H所覆盖，与外侧相比有较强的疏水性。所覆盖，与外侧相比有较强的疏水性。 环状糊精能稳定的将一些非极性的化合物截留在环状空穴内，从环状糊精能稳定的将一些非极性的化合物截留在环状空穴内，从而起到稳定食品香味的作用而起到稳定食品香味的作用,掩盖异味的作用。掩盖异味的作用。 第三章 碳水化合物14（四）、多糖（四）、多糖1、多糖的结构、多糖的结构 多糖的分子量较大，多糖的分子量较大，D

15、P值由值由11到几千到几千,一般大于一般大于10（也有一些教材将（也有一些教材将DP值大于值大于20时定义为多糖），常见多糖有淀粉，纤维素，半纤维素，果时定义为多糖），常见多糖有淀粉，纤维素，半纤维素，果胶，瓜尔豆胶等等。胶，瓜尔豆胶等等。 多糖的形状有多糖的形状有直链和支链直链和支链两种。两种。 多糖可由一种或由几种单糖单位组成，前者称为多糖可由一种或由几种单糖单位组成，前者称为均多糖均多糖，后者称，后者称杂多杂多糖。糖。 多糖中的纤维素、半纤维素、果胶、壳质、硫酸软膏素等，主要起细多糖中的纤维素、半纤维素、果胶、壳质、硫酸软膏素等，主要起细胞的支撑（骨骼）作用；淀粉、糖原等起能的贮藏作用；

16、而粘质多糖等起胞的支撑（骨骼）作用；淀粉、糖原等起能的贮藏作用；而粘质多糖等起保护、润滑、离子固定、防冻等作用。保护、润滑、离子固定、防冻等作用。 多糖的聚合度实际上是不均一的，也就是说多糖的分子量没有固定多糖的聚合度实际上是不均一的，也就是说多糖的分子量没有固定值。值。 多糖分子的不均一性主要受体内代谢状态有较大关系。此外，某多糖分子的不均一性主要受体内代谢状态有较大关系。此外，某些多糖以糖复合物或混合物形式存在，例如糖蛋白、糖肽、糖脂、糖缀些多糖以糖复合物或混合物形式存在，例如糖蛋白、糖肽、糖脂、糖缀合物等糖复合物，它们的分子量大小受影响因素更多。合物等糖复合物，它们的分子量大小受影响因素

17、更多。第三章 碳水化合物15二、碳水化合物的理化性质二、碳水化合物的理化性质1、溶解性、溶解性 单糖、糖醇、糖苷、低聚糖等一般是可溶于水的。单糖、糖醇、糖苷、低聚糖等一般是可溶于水的。糖醇在水中溶解时糖醇在水中溶解时吸收的热量要比蔗糖高得多，适宜制备具有清凉感的食品。单糖类化合物吸收的热量要比蔗糖高得多，适宜制备具有清凉感的食品。单糖类化合物在水中都有比较大的溶解度，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。在水中都有比较大的溶解度，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。 利用糖类化合物较大的溶解度对于渗透压的改变，可以抑制微生物利用糖类化合物较大的溶解度对于渗透压的改变，可以抑制微生物的活性，从而可以延长食品保

18、质期。常温下，单糖中只有果糖可以达到如的活性，从而可以延长食品保质期。常温下，单糖中只有果糖可以达到如此高的浓度。此高的浓度。 果糖果糖 蔗糖蔗糖葡萄糖葡萄糖 在室温下葡萄糖的溶解度较低，其渗透压不足以抑制微生物的生长，在室温下葡萄糖的溶解度较低，其渗透压不足以抑制微生物的生长，贮藏性差，工业上一般在较高温度下贮藏性差，工业上一般在较高温度下55（70%），不会结晶，贮藏性好。），不会结晶，贮藏性好。一般说来糖浓度大于一般说来糖浓度大于70%就可以抑制微生物的生长。果汁和蜜饯类食品就就可以抑制微生物的生长。果汁和蜜饯类食品就是利用糖作为保藏剂的。是利用糖作为保藏剂的。 第三章 碳水化合物16

19、由于多糖的属性而不会增加水的渗透性和显著降低水的冰点，因此，由于多糖的属性而不会增加水的渗透性和显著降低水的冰点，因此，多糖是一种多糖是一种冷冻稳定剂冷冻稳定剂，在冻藏温度（，在冻藏温度（-18）以下，无论是高分子质）以下，无论是高分子质量或低分子质量的多糖，均能有效阻止食品的质地和结构受到破坏。量或低分子质量的多糖，均能有效阻止食品的质地和结构受到破坏。 大部分多糖不具有结晶结构，因此易在水中溶解或溶胀。在食品大部分多糖不具有结晶结构，因此易在水中溶解或溶胀。在食品工业和其他工业中使用的水溶性多糖和改性多糖，通常被称为胶或亲水工业和其他工业中使用的水溶性多糖和改性多糖，通常被称为胶或亲水胶体

20、。胶体。 大分子多糖溶液都有一定的粘稠性。多糖大分子多糖溶液都有一定的粘稠性。多糖(胶或亲水胶体胶或亲水胶体)的增稠性的增稠性和胶凝性对食品有重要的影响。和胶凝性对食品有重要的影响。第三章 碳水化合物172、水解反应、水解反应（1）、糖苷的水解）、糖苷的水解 在食品中糖苷的含量虽然不高，但具有重要的生理效应和食品功在食品中糖苷的含量虽然不高，但具有重要的生理效应和食品功能性。能性。皂角苷：起泡剂和稳定剂皂角苷：起泡剂和稳定剂黄酮糖苷：具有苦味和其它风味和颜色黄酮糖苷：具有苦味和其它风味和颜色毛地黄苷：强心剂毛地黄苷：强心剂 甜菊苷：甜味剂甜菊苷：甜味剂A、糖苷水解的意义、糖苷水解的意义 氧糖苷

21、连接的氧糖苷连接的O-苷键在中性和弱碱性苷键在中性和弱碱性pH环境中是稳定的，而在酸环境中是稳定的，而在酸性条件下易水解。食品中（除酸性较强的食品外）大多数糖苷都是稳性条件下易水解。食品中（除酸性较强的食品外）大多数糖苷都是稳定的。定的。 生氰糖苷：生氰糖苷：降解时产生氰化氢降解时产生氰化氢 杏仁、木薯、高梁、竹笋和菜豆杏仁、木薯、高梁、竹笋和菜豆 为防止氰化物中毒，必须充分煮熟后再充分洗涤为防止氰化物中毒，必须充分煮熟后再充分洗涤B、糖苷的水解、糖苷的水解第三章 碳水化合物18+OH+OHCH OHHOHOHHOHHOCH22HOHHOHHHOHOHCNCHOOHC NCHH OCNCHOO

22、HHOHOHHOHH222CHOHOHHOHHHOCH OHHO苦杏仁苷酸水解或酶水解示意图苦杏仁苷酸水解或酶水解示意图苯甲醛氢氰酸龙胆二糖苦杏仁苷的苦杏仁苷的功能性消失功能性消失产生有产生有害成分害成分第三章 碳水化合物19食物中主要的硫代糖苷及其水解产生物食物中主要的硫代糖苷及其水解产生物糖苷糖苷食物原料食物原料水解后的分解物水解后的分解物苦杏仁苷和野苦杏仁苷和野黑樱苷黑樱苷苦扁桃和干艳山姜的芯苦扁桃和干艳山姜的芯葡萄糖葡萄糖 + + 氢氰酸氢氰酸+ + 苯甲醛苯甲醛亚麻苦苷亚麻苦苷亚麻籽种子及种子粕亚麻籽种子及种子粕D-D-葡萄糖葡萄糖 + + 氢氰酸氢氰酸 + + 丙酮丙酮巢菜糖苷巢菜

23、糖苷豆类（乌豌豆和巢菜）豆类（乌豌豆和巢菜）巢菜糖巢菜糖 + + 氢氰酸氢氰酸 + +苯甲醛苯甲醛里那苷里那苷金甲豆（黑豆）和鹰嘴金甲豆（黑豆）和鹰嘴豆、蚕豆豆、蚕豆D-D-葡萄糖葡萄糖 + +氢氰酸氢氰酸+ + 丙酮（产物丙酮（产物还未完全确定）还未完全确定）百脉根苷百脉根苷牛角花属的牛角花属的ArabicusArabicusD-D-葡萄糖葡萄糖 + +氢氰酸氢氰酸 + + 牛角花黄牛角花黄素素蜀黍氰苷蜀黍氰苷高梁及玉米高梁及玉米D-D-葡萄糖葡萄糖 + +氢氰酸氢氰酸+ + 水杨醛水杨醛黑芥子苷黑芥子苷黑芥末（同种的黑芥末（同种的JunceaJuncea）D-D-葡萄糖葡萄糖 + + 异硫

24、氰酸盐丙酯异硫氰酸盐丙酯 + + KHSOKHSO4 4葡萄糖苷葡萄糖苷各种油菜科植物各种油菜科植物D-D-葡萄糖葡萄糖 + + 5-乙烯乙烯-2-硫代恶唑硫代恶唑烷烷，或是致甲状腺肿物，或是致甲状腺肿物 + KHSO+ KHSO4 4芸台葡萄糖硫芸台葡萄糖硫苷苷各种油菜科植物各种油菜科植物各种硫化氢化合物各种硫化氢化合物 + H2 2S + S + KHSOKHSO4 4第三章 碳水化合物20（2）、低聚糖及多糖的水解）、低聚糖及多糖的水解 低聚糖容易被酸和酶水解，但对碱较稳定。低聚糖容易被酸和酶水解，但对碱较稳定。 蔗糖水解称为转化，生成等摩尔葡萄糖和果糖的混合物称为蔗糖水解称为转化，生成

25、等摩尔葡萄糖和果糖的混合物称为转化糖转化糖。 多糖在酸或酶的催化下也易发生水解，并伴随粘度降低、甜度增加。多糖在酸或酶的催化下也易发生水解，并伴随粘度降低、甜度增加。在果汁、果葡糖浆等生产过程中常利用酶作催化剂水解多糖。在果汁、果葡糖浆等生产过程中常利用酶作催化剂水解多糖。 用淀粉生产玉米糖浆就是应用了低聚糖及多糖在酸和酶作用下易水解用淀粉生产玉米糖浆就是应用了低聚糖及多糖在酸和酶作用下易水解的原理进行的。的原理进行的。 正如糖苷的水解速度，除了受它的结构有关外，还受正如糖苷的水解速度，除了受它的结构有关外，还受pH、时间、温、时间、温度和酶的活力等因素的影响。低聚糖和多糖的水解速度也受它的结

26、构、度和酶的活力等因素的影响。低聚糖和多糖的水解速度也受它的结构、pH、时间、温度和酶活性等因素的影响。、时间、温度和酶活性等因素的影响。第三章 碳水化合物213、 氧化反应氧化反应 含有游离醛基的醛糖或能产生醛基的酮糖都是含有游离醛基的醛糖或能产生醛基的酮糖都是还原糖还原糖。 在碱性条件下，有弱的氧化剂存在时可被氧化成醛糖酸；有强的氧化剂存在在碱性条件下，有弱的氧化剂存在时可被氧化成醛糖酸；有强的氧化剂存在时，醛糖的醛基和伯醇基均被氧化成羧基，形成的醛糖二酸。时，醛糖的醛基和伯醇基均被氧化成羧基，形成的醛糖二酸。 醛糖在醛糖在酶作用酶作用下也可发生氧化。如某些醛糖在特定的脱氢酶作用下其伯醇下

27、也可发生氧化。如某些醛糖在特定的脱氢酶作用下其伯醇被氧化，而醛基被保留，生成糖醛酸。被氧化，而醛基被保留，生成糖醛酸。 D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成D-葡糖酸，商品葡糖酸，商品D-葡糖酸及其内葡糖酸及其内酯的制备如下图所示。酯的制备如下图所示。 第三章 碳水化合物224、 还原反应还原反应双键加氢称为氢化。双键加氢称为氢化。D-葡萄糖的羰基在一定压力、催化剂镍存在下加氢葡萄糖的羰基在一定压力、催化剂镍存在下加氢还原成羟基，得到还原成羟基，得到D-葡萄糖醇（山梨醇）。图葡萄糖醇（山梨醇）。图3-16甘露糖醇：（甘露糖醇：（C2差向异构）甜度为蔗糖的差向

28、异构）甜度为蔗糖的65%，应用于硬糖、软糖和不，应用于硬糖、软糖和不含糖的巧克力中，保湿性小，作为糖果的包衣。含糖的巧克力中，保湿性小，作为糖果的包衣。 第三章 碳水化合物235、 酯化与醚化反应酯化与醚化反应 糖分子中的羟基能与有机酸和一些无机酸形成酯，如糖分子中的羟基能与有机酸和一些无机酸形成酯，如D-葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酯、磷酸酯、D-果糖果糖-1，6-二磷酸酯等（下图）。商业二磷酸酯等（下图）。商业上常将玉米淀粉衍生化生成单酯和双酯，最典型的是琥珀酸上常将玉米淀粉衍生化生成单酯和双酯，最典型的是琥珀酸酯、琥珀酸半酯和二淀粉己二酸酯。蔗糖脂肪酸酯是食品中酯、琥珀酸半酯和二淀粉己二酸酯。

29、蔗糖脂肪酸酯是食品中一种常用的乳化剂。一种常用的乳化剂。HO2CH OPO H3O3CH OPO HHCOHCHO2HCOHHCOHHOCHOHOHOHD-葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酯磷酸酯 HO POCH3O2CH OPO H 3HO2CH OPO H 332CH OPO HO2HCOHHCOHHOCHOHOHC D-果糖果糖-1，6-二磷酸酯二磷酸酯 第三章 碳水化合物24三、碳水化合物的食品功能性三、碳水化合物的食品功能性（一）、（一）、 亲水功能亲水功能 碳水化合物含有许多亲水性羟基，它们靠氢键键合与水分子相互作用，形成碳水化合物含有许多亲水性羟基，它们靠氢键键合与水分子相互作用，形成了碳

30、水化合物对水有较强的亲和力。了碳水化合物对水有较强的亲和力。糖吸收潮湿空气中水分的百分含量（糖吸收潮湿空气中水分的百分含量（%）糖20、不同相对湿度（RH）和时间60%，1h60%，9d100%，25dD-葡萄糖0.070.0714.5D-果糖0.280.6373.4蔗糖0.040.0318.4麦芽糖（无水）0.807.018.4含结晶水麦芽糖5.055.1未测无水乳糖0.541.21.4含结晶水乳糖5.055.1未测第三章 碳水化合物25 吸湿性和保湿性吸湿性和保湿性反映了单糖和水之间的关系，分别指在较反映了单糖和水之间的关系，分别指在较高空气湿度条件下吸收水分的能力和在较低空气湿度下保持水

31、高空气湿度条件下吸收水分的能力和在较低空气湿度下保持水分的能力。这两种性质对于保持食品的柔软性、弹性、贮存及分的能力。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的意义。加工都有重要的意义。 对于单糖和双糖的吸湿性为：对于单糖和双糖的吸湿性为：果糖、转化糖果糖、转化糖葡萄糖、麦芽糖葡萄糖、麦芽糖蔗糖蔗糖 对于生产硬糖要求生产材料的吸湿性低，如蔗糖；对于生对于生产硬糖要求生产材料的吸湿性低，如蔗糖；对于生产软糖的材料要求吸湿性要高，如转化糖和果葡糖浆。产软糖的材料要求吸湿性要高，如转化糖和果葡糖浆。 不同的单糖其结晶形成的难以程度不同，如葡萄糖容易形不同的单糖其结晶形成的难以程度不同

32、，如葡萄糖容易形成结晶且晶体细小，果糖难于形成结晶等。成结晶且晶体细小，果糖难于形成结晶等。 就单糖和双糖的结晶性而言：就单糖和双糖的结晶性而言： 蔗糖蔗糖葡萄糖葡萄糖果糖和转化糖果糖和转化糖 淀粉糖浆淀粉糖浆是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，自身不能结是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，自身不能结晶并能防止蔗糖结晶。在生产硬糖时不能完全使用蔗糖，当熬晶并能防止蔗糖结晶。在生产硬糖时不能完全使用蔗糖，当熬煮到水分含量到煮到水分含量到3%以下时，蔗糖就结晶，不能得到坚硬、透明以下时，蔗糖就结晶，不能得到坚硬、透明的产品。一般在生产硬糖时添加一定量的（的产品。一般在生产硬糖时添加一定量的（30%-40%

33、）的淀粉）的淀粉糖浆。糖浆。第三章 碳水化合物26（二）、粘度与凝胶作用（二）、粘度与凝胶作用1、粘度的概念、粘度的概念 粘度粘度(viscosity)是表征流体流动时所受内摩擦阻力大小的物理量，是流体是表征流体流动时所受内摩擦阻力大小的物理量，是流体在受剪切应力作用时表现出的特性。粘度常用毛细管粘度计、旋转粘度计、落在受剪切应力作用时表现出的特性。粘度常用毛细管粘度计、旋转粘度计、落球式粘度计和振动式粘度计等来测定。球式粘度计和振动式粘度计等来测定。 对于单糖和双糖，在相同浓度下，溶液的粘度有以下顺序：对于单糖和双糖，在相同浓度下，溶液的粘度有以下顺序：淀粉糖浆淀粉糖浆蔗糖蔗糖葡萄糖、果糖葡

34、萄糖、果糖 淀粉糖浆的粘度随转化度的增大而降低。根据糖类物质的粘度不同，淀粉糖浆的粘度随转化度的增大而降低。根据糖类物质的粘度不同，在产品中选用糖类时就要加以考虑，如清凉型的就要选用蔗糖，果汁、糖浆等在产品中选用糖类时就要加以考虑，如清凉型的就要选用蔗糖，果汁、糖浆等则选用淀粉糖浆。则选用淀粉糖浆。 主要具有增稠和胶凝功能；主要具有增稠和胶凝功能；还控制流体食品与饮料的流动性质，如煮糖还控制流体食品与饮料的流动性质，如煮糖多糖用量在多糖用量在0.25%0.5%范围内即可产生比较大的黏度甚至形成凝胶；范围内即可产生比较大的黏度甚至形成凝胶；2、多糖溶液的粘度、多糖溶液的粘度第三章 碳水化合物27

35、糖分子的无规线团状糖分子的无规线团状 多糖溶液的粘度同分子的多糖溶液的粘度同分子的大小、形状、所带净电荷大小、形状、所带净电荷及及其所在溶液中的其所在溶液中的构象构象有关。有关。 多糖分子在溶液中的形状是围绕糖基连接键振动的结多糖分子在溶液中的形状是围绕糖基连接键振动的结果，一般呈无序的果，一般呈无序的无规线团状态无规线团状态（下图）。大多数多糖在（下图）。大多数多糖在溶液中所呈现的无规线团状性质与多糖的组成及连接方式溶液中所呈现的无规线团状性质与多糖的组成及连接方式有密切关系。有密切关系。第三章 碳水化合物28 支链多糖在溶液中链与链之间的相互作用不太明显，因而分子的溶支链多糖在溶液中链与链

36、之间的相互作用不太明显，因而分子的溶剂化程度较线性多糖高，更易溶于水。特别是高度支化的多糖比同等剂化程度较线性多糖高，更易溶于水。特别是高度支化的多糖比同等DP的直链多糖占有的的直链多糖占有的“有效体积有效体积”的回转空间要小得多（下图），因而分子的回转空间要小得多（下图），因而分子之间相互碰撞的频率也较低，溶液的粘度也就远低于相同之间相互碰撞的频率也较低，溶液的粘度也就远低于相同DP的线性多糖的线性多糖溶液。溶液。相同分子质量的线性多糖和高度支链多糖在溶液中占有的相对体积相同分子质量的线性多糖和高度支链多糖在溶液中占有的相对体积 第三章 碳水化合物29 另外，多糖在溶液中另外，多糖在溶液中所

37、带电荷状态所带电荷状态对其粘度也有重要影对其粘度也有重要影响。对于仅带一种电荷的直链多糖，由于同种电荷产生静电响。对于仅带一种电荷的直链多糖，由于同种电荷产生静电斥力，使得分子伸展、链长增加和占有的斥力，使得分子伸展、链长增加和占有的“有效体积有效体积”增加，增加，因而溶液的粘度大大提高。因而溶液的粘度大大提高。 pH值值对粘度大小有较显著的影响，其原因与多糖在溶液对粘度大小有较显著的影响，其原因与多糖在溶液中所带电荷状态有密切关系。中所带电荷状态有密切关系。 一般而言，不带电荷的直链均多糖，因其分子链中仅具一般而言，不带电荷的直链均多糖，因其分子链中仅具有一种中性单糖的结构单元和一种键型，分

38、子链间倾向于缔有一种中性单糖的结构单元和一种键型，分子链间倾向于缔合和形成部分结晶，这些结晶区不溶于水，而且非常稳定。合和形成部分结晶，这些结晶区不溶于水，而且非常稳定。通过加热，多糖分子溶于水并形成不稳定的分散体系，随后通过加热，多糖分子溶于水并形成不稳定的分散体系，随后分子链间又相互作用形成有序排列，快速形成沉淀或胶凝现分子链间又相互作用形成有序排列，快速形成沉淀或胶凝现象。象。淀粉中出现的这种不溶解效应，称为淀粉中出现的这种不溶解效应，称为“老化老化”。伴随老。伴随老化，水被排除，则称之为化，水被排除，则称之为“脱水收缩脱水收缩”。第三章 碳水化合物303、胶凝作用、胶凝作用 多糖或蛋白

39、质等大分子，可通过氢键、疏水相互作用、范德华引多糖或蛋白质等大分子，可通过氢键、疏水相互作用、范德华引力、离子桥接、缠结或共价键等相互作用，能形成力、离子桥接、缠结或共价键等相互作用，能形成海绵状的三维网状海绵状的三维网状凝胶结构凝胶结构（下图）。网孔中充满着液相，液相是由较小分子质量的溶（下图）。网孔中充满着液相，液相是由较小分子质量的溶质和部分高聚物组成的水溶液。凝胶中含有大量水，如果冻。质和部分高聚物组成的水溶液。凝胶中含有大量水，如果冻。典型的三维网络凝胶结构示意图典型的三维网络凝胶结构示意图第三章 碳水化合物31（三）、风味结合功能（三）、风味结合功能 碳水化合物是一类很好的碳水化合

40、物是一类很好的风味固定剂风味固定剂，能有效地保留挥，能有效地保留挥发性风味成分，如醛类、酮类及酯类。发性风味成分，如醛类、酮类及酯类。 环状糊精环状糊精由于内部呈非极性环境，能有效地截留非极性由于内部呈非极性环境，能有效地截留非极性的风味成分和其他小分子化合物。的风味成分和其他小分子化合物。 阿拉伯树胶阿拉伯树胶在风味物颗粒的周围形成一层厚膜，从而可在风味物颗粒的周围形成一层厚膜，从而可以防止水分的吸收、挥发和化学氧化造成的损失。以防止水分的吸收、挥发和化学氧化造成的损失。 第三章 碳水化合物32（四）、（四）、 碳水化合物褐变产物与食品风味碳水化合物褐变产物与食品风味 碳水化合物在非酶褐变过

41、程中除了产生深颜色类黑精色素外，还产碳水化合物在非酶褐变过程中除了产生深颜色类黑精色素外，还产成了多种挥发性物质，使加工食品产生特殊的风味，例如花生、咖啡豆成了多种挥发性物质，使加工食品产生特殊的风味，例如花生、咖啡豆在焙烤过程中产生的褐变风味。在焙烤过程中产生的褐变风味。 褐变产物除了能使食品产生风味外，它本身可能具有特殊的风味或褐变产物除了能使食品产生风味外，它本身可能具有特殊的风味或者能增强其他的风味，具有这种双重作用的焦糖化产物是麦芽酚和乙基者能增强其他的风味，具有这种双重作用的焦糖化产物是麦芽酚和乙基麦芽酚。麦芽酚。 糖的热分解产物有吡喃酮、呋喃、呋喃酮、内酯、羰基化合物、酸糖的热分

42、解产物有吡喃酮、呋喃、呋喃酮、内酯、羰基化合物、酸和酯类等。这些化合物总的风味和香味特征使某些食品产生特有的香味。和酯类等。这些化合物总的风味和香味特征使某些食品产生特有的香味。第三章 碳水化合物33（五）、（五）、 甜味甜味 甜度是食品鉴评学中的单位，这是因为甜度目前还难以通过化学或物理的方法甜度是食品鉴评学中的单位，这是因为甜度目前还难以通过化学或物理的方法进行测定，只能通过感官比较法来得出相对的差别，所以进行测定，只能通过感官比较法来得出相对的差别，所以甜度是一个相对值甜度是一个相对值。一般。一般以相同条件下以相同条件下以蔗糖甜度为以蔗糖甜度为100来确定其它甜味物质的甜度。来确定其它甜

43、味物质的甜度。糖的相对甜度（糖的相对甜度（W/W，%） 糖糖溶液的相对甜度溶液的相对甜度结晶的相对甜度结晶的相对甜度蔗糖 -D-果糖-D-葡萄糖 -D-葡萄糖-D-半乳糖 -D-半乳糖-D-甘露糖 -D-甘露糖-D-乳糖 -D-乳糖 -D-麦芽糖棉子糖水苏四糖1001001754079异头体27-59苦味163848465223-1001807482322132苦味1632-110第三章 碳水化合物34非酶褐变非酶褐变的类型的类型酚类物质褐酚类物质褐 变变美拉德反应美拉德反应焦糖化褐变焦糖化褐变抗坏血酸褐变抗坏血酸褐变非挥发性成分非挥发性成分 有色成分有色成分无色成分无色成分挥发性成分挥发性成

44、分食品质量食品质量与安全与安全四、非酶褐变反应四、非酶褐变反应(一一)、非酶褐变的类型及历程、非酶褐变的类型及历程第三章 碳水化合物35第三章 碳水化合物361. Maillard（美拉德（美拉德)反应反应 Maillard（Maillard, L. C.；法国化学家）反应指；法国化学家）反应指含含羰基化合物（如糖类等）与含氨基化合物（如氨基酸等）羰基化合物（如糖类等）与含氨基化合物（如氨基酸等）通过缩合、聚合而生成类黑色素的反应。通过缩合、聚合而生成类黑色素的反应。由于此类反应由于此类反应得到的是棕色的产物且不需酶催化，所以也将其称为非得到的是棕色的产物且不需酶催化，所以也将其称为非酶褐变。

45、酶褐变。几乎所有的食品或食品原料内均含有羰基类物质和几乎所有的食品或食品原料内均含有羰基类物质和氨基类物质，因此均可能发生氨基类物质，因此均可能发生Maillard反应。对这类反应反应。对这类反应的讨论是食品化学的一个重点内容。的讨论是食品化学的一个重点内容。 Maillard反应是一个非常复杂的过程，需经历亲核加反应是一个非常复杂的过程，需经历亲核加成、分子内重排、脱水、环化等步骤。其中又可分为成、分子内重排、脱水、环化等步骤。其中又可分为初初期、中期和末期期、中期和末期三个阶段。三个阶段。到目前为止，到目前为止，Maillard反应中还有许多反应的细节问反应中还有许多反应的细节问题没有搞清

46、楚，就现有的研究成果简单分述如下。题没有搞清楚，就现有的研究成果简单分述如下。第三章 碳水化合物37 （1 1）初期阶段）初期阶段 MaillardMaillard反应的初期阶段包括两个过程，即羰氨缩合反应的初期阶段包括两个过程，即羰氨缩合与分子重排。与分子重排。 CHOCH2OHRNH2-H2OCH2OHCHNRCH2OHCHNRHO葡萄糖Schiffs碱葡糖胺 羰氨缩合：羰氨缩合：第三章 碳水化合物38上步产物葡糖胺酸性条件下可以发生上步产物葡糖胺酸性条件下可以发生AmadoriAmadori（阿姆德（阿姆德瑞）重排而转化为环式果糖胺：瑞）重排而转化为环式果糖胺：CH2OHCHNRHO葡糖

47、胺H+CH2OHCHNRH+-H+CH2OHCHNRH1-氨基-1-脱氧-2-酮糖CH2OHCNRHOHH酮式果糖胺环式果糖胺CH2OHCNRHOHHAmadoriAmadori分子重排分子重排第三章 碳水化合物39 （2 2） 中期阶段中期阶段 酮式果糖胺在中期阶段主要的分解过程可能有三个途酮式果糖胺在中期阶段主要的分解过程可能有三个途径，这里仅介绍脱水转化成羟甲基糠醛的途径。其过程可以径，这里仅介绍脱水转化成羟甲基糠醛的途径。其过程可以表示为：表示为：CH2OHCNRHOHH酮式果糖胺CH2OHCHNRHH+CH2OHCHNR-H2OCHCOH+RNH2-H2OCH2OHCHCH2CO-H

48、2OCH2OHCHCOCHCHOO-H2OOCHOHOH2C烯醇式果糖基胺Schiffs碱3-脱氧奥苏糖不饱和奥苏糖羟甲基糠醛第三章 碳水化合物40 反应过程中形成的醛类、酮类都不稳定，它们可发生聚合反应产生醛反应过程中形成的醛类、酮类都不稳定，它们可发生聚合反应产生醛醇类脱氮聚合物类：醇类脱氮聚合物类：（3） 末期阶段末期阶段 在美拉德反应过程中有氨基存在时，反应的中间产物在美拉德反应过程中有氨基存在时，反应的中间产物都能与氨基发生缩合、脱氢、重排、异构化等一系列反应，都能与氨基发生缩合、脱氢、重排、异构化等一系列反应，最终形成含氮的棕色聚合物或共聚物，统称为最终形成含氮的棕色聚合物或共聚物

49、，统称为类黑素类黑素(Mlanoidin)。-H2O-H2O第三章 碳水化合物412、美拉德反应及其反应历程、美拉德反应及其反应历程 醛醇类及脱氮聚合醛醇类及脱氮聚合物类物类醛亚胺类和酮亚胺类醛亚胺类和酮亚胺类HMF或糠醛或糠醛类黑素类（含氮的褐色的聚合物或共聚物类）类黑素类（含氮的褐色的聚合物或共聚物类）醛糖醛糖Amadori重排重排N-葡萄葡萄糖基胺糖基胺含自由氨基化合物含自由氨基化合物还原酮类还原酮类Amadori重排产品（重排产品（ARP）（）（1-氨基氨基-1-脱氧脱氧-2-酮糖）酮糖）羟甲基糠醛羟甲基糠醛(HMF)或糠醛的或糠醛的Schiffs碱碱裂解产物（丙酮醇、裂解产物（丙酮醇

50、、二乙酰基二乙酰基、丙酮醛等）丙酮醛等）脱氢还原酮类脱氢还原酮类pH7pH7pH7醛类醛类Strecker降解降解+ 氨基化合物氨基化合物+ 氨基化合物氨基化合物 氨基化合物氨基化合物+ 氨基化合物氨基化合物+ 氨基化合物氨基化合物+ 氨基化合物氨基化合物第三章 碳水化合物423、焦糖化褐变及其反应历程、焦糖化褐变及其反应历程 糖类尤其是单糖类在没有含氨基化合物存在的情况糖类尤其是单糖类在没有含氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上（一般为下，加热到熔点以上（一般为140170）时，会因发生）时，会因发生脱水、降解等过程而发生褐变反应，这种反应称为脱水、降解等过程而发生褐变反应，这种反应称为焦

51、糖化焦糖化反应反应，又叫卡拉蜜尔作用。，又叫卡拉蜜尔作用。 焦糖化反应有两种反应方向，一是经脱水得到焦糖焦糖化反应有两种反应方向，一是经脱水得到焦糖（酱色）等产物；二是经裂解得到挥发性的醛类、酮类物（酱色）等产物；二是经裂解得到挥发性的醛类、酮类物质，这些物质还可以进一步缩合、聚合最终也得到一些深质，这些物质还可以进一步缩合、聚合最终也得到一些深颜色的物质。颜色的物质。第三章 碳水化合物43蔗糖蔗糖熔融起泡异蔗糖酐异蔗糖酐-H2O加热加热加热-H2O焦糖酐焦糖酐（Caramelan）焦糖素焦糖素（Caramelin）焦糖烯焦糖烯起泡、脱水-H2O-H2O加热 从该图可知从该图可知焦糖化作用是以

52、连续的加热失水、聚合作用为主线焦糖化作用是以连续的加热失水、聚合作用为主线的反应，的反应，所产生的焦糖是一类结构不明的大分子物质所产生的焦糖是一类结构不明的大分子物质, 广泛应用于糖果、饮料等食广泛应用于糖果、饮料等食品。品。焦糖的形成焦糖的形成第三章 碳水化合物44、热降解产物的产生、热降解产物的产生A.A.酸性条件下醛类形成酸性条件下醛类形成：在酸性条件下加热，醛糖或酮糖进行烯醇化，生：在酸性条件下加热，醛糖或酮糖进行烯醇化，生成成1,2-1,2-烯醇式己糖烯醇式己糖1,2-烯醇式己糖 葡萄糖 3-脱氧葡萄糖醛酮 第三章 碳水化合物453-脱氧葡萄糖醛酮脱氧葡萄糖醛酮CCCCH2OHHOH

53、HOHCCHOOHHCCCCH2OHHHOHCCHOOHOHOH2CCHO-H2O-H2O环 构 化羟甲基糠醛羟甲基糠醛B、碱性条件醛类的形成、碱性条件醛类的形成 还原糖在碱性条件下发生互变异构作用，形成中间产物还原糖在碱性条件下发生互变异构作用，形成中间产物1,2-烯醇式己烯醇式己糖，糖，1,2-烯醇式己糖形成后，在强热下裂解生成醛类。烯醇式己糖形成后，在强热下裂解生成醛类。 第三章 碳水化合物46第三章 碳水化合物47 在食品工业中，利用蔗糖焦糖化的过程可以得到在食品工业中，利用蔗糖焦糖化的过程可以得到不同类型的焦糖色素：不同类型的焦糖色素： A. 耐酸焦糖色素耐酸焦糖色素：蔗糖在亚硫酸氢

54、铵催化下加热：蔗糖在亚硫酸氢铵催化下加热形成，其水溶液形成，其水溶液pH24.5，含有负电荷的胶体离子；常，含有负电荷的胶体离子；常用在用在可乐饮料、其它酸性饮料、焙烤食品、糖浆、糖果可乐饮料、其它酸性饮料、焙烤食品、糖浆、糖果以及调味料中以及调味料中。 B. 糖与铵盐加热所得色素糖与铵盐加热所得色素：红棕色，含有带正电：红棕色，含有带正电荷的胶体离子，水溶液荷的胶体离子，水溶液pH4.24.8；用于；用于焙烤食品、糖焙烤食品、糖浆、布丁等的生产浆、布丁等的生产。 C. 蔗糖直接加热焦糖色素蔗糖直接加热焦糖色素：红棕色，含有略带负：红棕色，含有略带负电荷的胶体离子，水溶液的电荷的胶体离子，水溶液的pH34；用于啤酒和其它含用于啤酒和其它含醇饮料的生产醇饮料的生产。第三章 碳水化合物48(二二)、非酶褐变对食品质量的影响、非酶褐变对食品质量的影响 二大类对食品色泽有影响的成分，二大类对食品色泽有影响的成分，其一其一是一类分子量低于是一类分子量低于1 000水可溶的小分水可溶的小分子有色成分；子有色成分；其二其二是一类分子量达到是一类分子量达到10万水不可溶的大分子高聚物质。非酶褐变万水不可溶的大分子高聚物质。非酶褐变反应中呈色成分较多且复杂，到目前为止，人们根据不同的模拟反应结果，得到反应中呈色成分较多且复杂，到目前为止，人们根据不同的模拟反应结果，得到水