食品化学课件笔记第二章碳水化合物

1、第二章 碳水化合物 Unit2 Carbohydrates2.1roduction 引言一、碳水化合物的一般概念 表达式Cx(H2O)y多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。2. Classification 分类 ：按组成分类1) 单糖（Monosaccharides）：不能再被水解的多羟基醛、酮，是碳水化合物的基本糖和酮糖。低聚糖（寡糖 Oligosaccharides)：由 2-10 个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖。多糖(Polysaccharides) ：由 10 个以上单糖分子缩合而成。根据组成多糖的单糖种类,又分为均多糖和杂多糖按功能组成分类。单糖又分为醛1）结构多糖2）多糖3）抗原

2、多糖二、食品原料中的碳水化合物天然食物中游离糖的含量很少；加工的食品中则较多。如何将植物源食物中的多糖和结构多糖转化为可溶性多糖？目前可采取方法有：适时采收；采后处理；加工中添加水解酶等糖淀粉的转化玉米在蔗糖转化为淀粉前采摘，加热破坏转化酶系，玉米很甜成熟后采摘或未及时破坏酶系，玉米失去甜味，而且变硬变老水果成熟前采摘，后熟过程中酶促反应使淀粉转变为糖，水果变软，变熟，变甜三、食品中碳水化合物的作用碳水化合物与质量色泽与碳水化合物；口感与碳水化合物；质构与碳水化合物碳水化合物与食品的营养提供膳食热量；促进肠道蠕动；具有功能2.2 Monosaccharide & Oligosaccharide

3、s一、单糖和低聚糖的结构及功能1、单糖（Monosaccharides）链式结构差向异构醛糖：C4 差向异构 C2 差向异构酮糖：C5 差向异构环状结构端位异构糖分子中除了 C1 外，任何一个手性碳原子具有不同的构型称为差向异构。如 D甘露糖是D葡萄糖的 C2 差向异构。 己糖构象构象：是由原子基团围绕单糖旋转一定位置而形成的。己糖可以形成呋喃型和吡喃型命名n-糖有n-2 个手性碳原子3 个碳原子：三糖， 1 个手性碳原子D-甘油醛糖，L-甘油醛糖4 个碳原子：四糖，2 个手性碳原子5 个碳原子；五糖，3 个手性碳原子 6 个碳原子：六糖，己糖，己醛糖L-糖：最高性C 原子上的-OH 在左边两

4、种L-糖，具有生物化学作用 L-半乳糖，L- 2、低聚糖（Oligosaccharides）一般由个糖基糖，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）食品中重要的低聚糖；具有特殊功能的低聚糖； 环状低聚糖#麦芽糖 Maltose1,4 糖苷配基#乳糖淀粉水解后得到的二糖具有潜在的游离醛基，是一种还原糖温和的甜味剂Lactose -1,4D-半乳糖D-葡萄糖牛的还原性二糖发酵过程中转化为乳酸在乳糖酶作用下水解 乳糖不耐症#蔗糖 Sucrose非还原性二糖-葡萄糖和-果糖头头相连具有极大的吸湿性和溶解性冷冻保护剂三糖 麦芽三糖、甘露三糖、蔗果三糖聚合度为 410 的

5、低聚糖麦芽低聚糖、甘露低聚糖、低聚木糖&食品中单糖和低聚糖的功能甜味剂：蜂蜜和大多数果实的甜味主要取决于蔗糖、果糖、葡萄糖等含量（甜度：果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖）亲水功能：糖分子中含有羟基，具有一定的亲水能力、吸湿性或保湿性和防腐能力。赋予风味：褐变产物赋予食品特殊风味,如麦芽酚,异麦芽酚特殊功能：增加溶解性，如环状糊精、麦芽糊精。稳定剂： 糊精做固体饮料的增稠剂和稳定剂。功能：功能性食品低热、低脂、低胆固醇、低盐、高低聚糖（寡糖）和短肽（寡肽）素具有特殊功能的低聚糖低聚果糖、乳果聚糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚氨基葡萄糖#具有特殊功能的低聚糖低聚果糖分子式特点： G-F-Fn （Gluc

6、ose, Fructose）G-F (蔗)果糖转移酶 G(葡) + G-F(蔗) +生理活性：G-F-F(蔗果三糖) + G-(蔗果四糖) + G-F(蔗果五糖)增殖双歧杆菌 ；难水解，是一种低热量糖 ；水溶性食物；抑制菌，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、洋葱作为新型的食品甜味剂或功能性食品配料产酶微生物 ：米、#具有特殊功能的低聚糖低聚木糖两步：提取木聚糖，木聚糖酶法水解丝状真菌内切木聚糖酶水解得到低聚木糖 -1,4 木糖苷酶水解木二糖为木糖菌株筛选主要成分为木糖、木二糖、木三糖及木三糖以上的木聚糖木二糖含量，产品质量甜度为蔗糖的 40%特性：较高的

7、耐热（100/1h）和耐酸性能（28）具有特殊功能的低聚糖甲壳低聚糖双歧杆菌所需用量最小的增殖因子生理功能：降低肝脏和中的胆固醇代谢不依赖胰岛素，适用抗龋齿患者提高机体的免疫功能增殖双歧杆菌抗肿瘤作用，防治溃疡病等#低聚木糖的生产#环状低聚糖(Cyclodextrin)又名沙丁格糊精（Schardinger Dextrin）或环状淀粉，由-葡萄糖通过 1,4-糖苷键首尾相连。聚合度为 6,7,8,分别称为,环状糊精。环状糊精的结构特点高度对称性 ；圆柱形-OH 在外侧，C-H 和 O 在环内侧 ；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、胆固醇环状糊精为

8、中空圆柱形结构，可包埋与其大小相适的客体分子，起到稳定缓释，提高溶解度，掩盖异味的作用。环状糊精工艺： 淀粉调浆液化转化终止反应脱色,过滤离交法脱盐真空浓缩喷雾干燥干粉环状糊精的应用食品行业:做增稠剂,稳定剂, 提高溶解度（做保持食品香味的稳定剂）,掩盖异味等等。固体果汁和固体饮料酒载体。食用香精和稠味剂用CD 包接，用于烤焙食品，速溶食品，速食食品，肉食及罐头食品，可使之留香持久，风味稳定。如食用香精玫瑰油，茴香脑等易挥发，易氧化，用 CD 包接后香味的保持得到改善。如：虾经 CD 的包接，提高对光和氧的稳定性。保持天然食用色素的稳定食品保鲜将 CD 和其它生物多糖制成保鲜剂涂于面包、糕点表

9、面可起保水保形作用除去食品的异味 鱼品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用 CD 包接可除去素的试剂,注射剂,青霉素-环糊精医学：如用环状糊精包接农业: 应用在上其它方面：香精包含在环状糊精制成的粉末，而混合到热塑性中，可制成各种加香。如tide（汰渍）洗衣粉留香，可经包接香精后添加到洗衣粉中。 3、糖苷（Glycosides）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。 组成：糖配基（非糖部分 ）类型 O-糖苷 S-糖苷 N-糖苷 糖苷功能特性黄酮糖苷：具有苦味和其它风味和颜色皂角苷：起泡剂和稳定剂(1) 糖苷的物理性质 无还原性，

10、无变旋光现象。毛地：强心剂甜菊苷：甜味剂纯品糖苷一般是无色结晶，味苦。糖苷与其相应的配基相比，溶解性增加很多。因此，不同的糖苷是否被水解，对其食品的品质有很大的影响，如黄酮苷类。由于糖苷键多为型，易酸和酶水解(2) 糖苷的酸水解糖苷键的构型：型型 糖环上的取代基 课件 58糖基氧环的大小： 呋喃糖苷比吡喃糖苷快 10100 倍酶水解的位置均在糖苷的C-O 之间；酶对糖苷和配基均有一定的专一性；糖苷水解对食品质量的影响对味的影响： 苦味减轻，甜味增加对色的影响： 许多配体具有某种颜色，但不溶于水，水解后会对食品颜色产生影响对香气的影响：糖苷的生物活性和毒性 生物活性 许多糖苷仅存在于植物中，一定

11、的生物活性。如：黄豆苷（大豆，葛根中含有）可以促进血液循环，提高脑血流量，对心银杏中的有效成分：银杏黄酮醇苷，扩张冠状,改善血液循环。 糖苷的毒性疾病有显著疗效，治冠心病， 脑血栓。某些 糖苷在体内转化为氢 酸，使。)在酶的作用下水解成 HCN苷(杏,木薯,)和亚麻苦苷(如： 有害糖苷多为生配糖体类，糖基多为葡萄糖、鼠李糖，必须充分煮熟后再充分洗涤为防止 化物有害糖苷主要存在于木薯、甜土豆、干果类、菜豆、利马豆、小米、黍等作物中。食入过量的有害糖苷类，主要表现在阻断细胞呼吸、造成胃与肠道不适症、影响糖及钙的转运、高剂量使碘失活等。# O-糖苷糖在酸性条件下与醇发生反应，失去水后形成的产品。糖苷

12、的形成提高了配糖基的水溶性糖苷一般含有呋喃或吡喃糖环。在中性和碱性条件下一般是稳定的在酸性条件下能被水解可被糖苷酶水解食品中的许多风味成分是以 O糖苷存在，如芳香醇糖苷、脂肪醇糖苷、酚化苷( enolic glycosides, 黄酮醇及黄酮化合物与糖结合所产生的糖苷。）N-糖苷稳定性不如O-糖苷在水中容易水解,使溶液的颜色变深，黄色变为暗棕色，导致有些相当稳定 N-葡基酰胺、嘌呤、嘧啶lard 褐变S-糖苷是一类生例如肌苷、风味增效剂、鸟苷的 5 -单磷酸盐糖苷，它们的降解会产生氢化物，性。二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用1、甜度山梨醇：食品工业中良好的保湿剂4、结晶性和抗结晶性乳糖结晶

13、特性：T93.5 -脱水乳糖结晶 玻璃状T=93.5 -水化乳糖结晶 无定形干扰食品形状，奶浓缩到 1/3 时冷却出现造成乳制品砂口感定义 Definition:比甜度:以蔗糖（非还原糖）为基准物.一般以 10或15的蔗糖水溶液在 20时的甜度定为 1.0产生甜味的基团:-CH2OH-CH2OH-影响甜度的：分子量越大溶解度越小，则甜度也小构型（、型）；糖的不同不同糖的结晶特性乳糖结晶蔗结晶，晶体生成很大；T=20时 蔗糖溶液（10/15） 1.00（甜度）D-葡萄糖 D呋喃果糖0.70（比甜度）1.50（比甜度）葡萄结晶，晶体生成细小；果糖、转化糖较难结晶；（甜度：果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖

14、）应用：硬糖的生产不能单独使用蔗糖葡萄糖: 与温度无关 1.5 倍:=1:1.7旧法：加酸，蔗糖新法：加入淀粉糖浆淀粉糖浆：G、低聚糖和糊精的混合物转化糖0:=3:780:=7:3果 糖: 与温度有关3 倍不含果糖，吸潮性低，保存性好；含糊精，增加糖果韧性、强度和黏性，不易碎裂；甜度低，温和可口；与浓度有关浓度高，构型多2、溶解度（g/100gH2OT=60时，葡萄糖蔗糖；T60时，葡萄糖蔗糖，T=60时，反之； T蔗糖淀粉糖浆应用: 雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖果葡糖浆的浓度717780果葡糖浆中果糖含量425590冰点降低小，节约电能；抗结晶性，冰粒细腻； 粘度，口感好；甜度，温和

15、；果糖含量较高的果葡糖浆，其保存性能较好3、吸湿性和保湿性 概念吸湿性：糖在空气湿度较高情况下吸收水分的性质保温性：糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质 应用:果糖、转化糖 葡萄糖,麦芽糖 蔗糖 硬糖生产: 蔗糖:葡萄糖 3:1，不翻砂不发烊（季节地区变化）7、粘 度调节食品稠度和可口性G 和 F 溶液-异头物呋喃糖苷 吡喃糖苷-D 糖苷 -D 糖苷温度提高，水解速度急剧加快。完全水解需要 3h，随着水解不断进行，质子均匀缓慢地出来，逐渐下降，慢慢酸化在豆制品中，形成三维网络结构，细嫩的凝胶结2、烯醇化和异构化反应与碱的作用 在稀碱条件下，开环，生成差向异构体继续烯醇化 2,3- 3,4-形成

16、己糖全部可能异构体果葡糖浆构在焙烤食品中作为膨松剂的一个组分缓慢的 H+与 CO32-结合，缓慢CO2与Ca2+Fe2+Zn2+结合，矿物质饮食补充剂5、还原反应F第一代第二代第三代G总固形物甜度71%77%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还原成羟基，得到D-葡萄糖醇（山梨醇）42%55%90%52%40%11.11.5-1.7山梨糖醇 保湿剂 ；甜度为蔗糖 50%；不被微生物利用；不依赖胰岛素甘露糖醇 甜度为蔗糖的 65% ；应用于硬糖、软糖和不含糖的巧克力中 ；保湿性小，作为糖果的包衣稀碱异构化异构化酶 异构化乳糖：一分子半乳糖，一分子果糖3、复合反应和脱水

17、反应与酸的作用单糖受酸和热的作用，缩合失水生成低聚糖的反应称为复合反应。木糖醇由半素制得的木糖氢化 ；甜度为蔗糖的70% ；在硬糖或胶姆糖中替代蔗糖防止龋齿，治疗6、酯化与醚化反应酯化；注意安全性连接方式: 1,3-糖苷键, 1,6-糖苷键不是水解反应的逆反应。复合反应分子间脱水脱水反应分子内脱水糖中羟基与有机酸和无机酸作用生成酯天然多糖中存在醋酸酯、磷酸酯（薯淀粉）、硫酸酯（卡拉胶）等羧酸酯酸、热条件下的反应在室温下，稀酸对单糖的稳定性无影响当酸浓度大于 12%的浓盐酸以及热的作用下，单分子内脱水，生成糠醛及其衍生物。蔗糖酯是一种很好的剂卡拉胶中含有硫酸酯基（OSO3），和酸性饮料中带正电荷

18、的蛋白质结合，是4、氧化反应 在不同氧化条件下，糖类被氧化成不同产物一种很好的、稳定剂醚化进一步改良功能性 如羧甲基淀粉强氧化剂： Br/H2O：酯浓硝酸：G 氧化酶：CO2 +H2O葡萄糖酸脱水内酯和内素钠，羟丙基红藻多糖 C3 与 C6 间形成内醚（3,6-脱水环）琼脂胶、卡拉胶醛糖-二元酸葡萄糖醛酸2.3 Polysaccharides 多糖一，超过 10 个单糖的聚合物为多糖单糖的个数称为聚合度（DP-Degree of Polymerization）水的结合功能：做增稠剂，胶凝剂，澄清剂等大多数多糖的 DP 为 200-3000素的DP 最大，达 7000-15000多糖的溶解性:多

19、羟基，氧原子，形成氢键结合水，不结冰，多糖分子溶剂化 不会显著降低冰点，提供冷冻稳定性保护产品结构和质构，提供贮藏稳定性大多数多糖不结晶胶或与亲水胶体多糖的作用膳食-植物多糖很高的持水力；对阳离子有结合交换能力；对有机化合物有吸附螫合作用；具有类似填充的容积；可改变肠道系统中的微生物群组成。 真菌多糖多糖溶液的黏度与稳定性高聚物溶液的黏度同分子的大小、形态及其在溶剂中的构象有关。增强免疫,降血脂,抗肿瘤,抗如香菇多糖，人参多糖，灵芝多糖和茶叶多糖等主要具有增稠和胶凝功能还控制流体食品与饮料的变半固体食品的变形性等0.25%0.5%性质与质构以及改碰撞时形成分子间键，分子间缔合，重力作用下产生沉

20、淀和部分结晶淀粉老化线性分子，很高粘度 支链分子，粘度很低多糖溶液的黏度与稳定性 直链多糖凝胶三维网络结构氢键、疏水相互作用、缠结或共价键网孔中液相凝胶特性二重性引力、离子桥连、 带电的，粘度提高静电斥力，链伸展，链长增加，占有体积增大海藻酸钠、粘溶液 不带电，倾向于缔合、形成结晶胶及卡拉胶形成稳定高固体-液体粘弹性的半固体二，淀粉淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒酸水解形状：圆形、椭圆形、多角形等。大小：酶水解淀粉酶 液化酶淀粉酶 糖化酶 葡萄糖淀粉酶 糖化酶0.001-0.15 毫米之间，谷物淀粉粒最小。晶体结构：薯淀粉粒最大，淀粉酶能否能1G淀粉酶能否否 2G麦芽糖极限糊精葡萄糖

21、淀粉酶能能能 1G葡萄糖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。直链淀粉：由 D-吡喃葡萄糖，1，4 糖苷键连接25%直链淀粉分子内的氢键作用成右手 螺旋状，每个环含有 6个葡萄糖残基支链淀粉：由 D-吡喃葡萄糖，-1，4 和-l，6糖苷键连接起来的带分枝的复杂大分子1,41,6越过1,6？水解单元葡萄糖解支淀终产物麦芽糖异麦芽糖淀粉的水解糊精淀粉水解过程中所产生的分子量不等的多糖苷片断。根据与I2 呈色不同，分为蓝色糊精，红色糊精，无色糊精淀粉的水解酶水解玉米淀粉-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶D-葡萄糖葡萄糖异构酶D-果糖玉米糖浆（果葡糖浆） 玉米糖浆：58%D-葡萄糖，42%

22、D-果糖支链淀粉：由 D-吡喃葡萄糖，-1，4 和-l，6糖苷键连接起来的带分枝的复杂大分子支链淀粉分子排列分支是成簇和以双螺旋形式存在形成许多小结晶区偏光黑侧链的有序排列糖浆：55%D-果糖，软饮料的甜味剂葡萄糖当量（DE）用来衡量淀粉转化为D-葡萄糖的程度定义：还原糖（按葡萄糖计）在玉米糖浆中的百分比DE=100/DPDP：聚合度DE 反映还原性、水解程度的大小 DE20 的水解产品为麦芽糊精 DE=2060，玉米糖浆-淀粉：具有胶束结构的生淀粉称为-淀粉。 -淀粉：指经糊化的淀粉直链与支链分子呈径向有序排列结晶区和非结晶区交替排列淀粉理化性质 物理性质白色粉末在，热水中融溶胀。纯支链淀粉

23、能溶于冷水中，而直链淀粉不能，直链淀粉能溶于热水。 化学性质结晶区，偏光，胶束，氢键淀粉的糊化：淀粉粒在适当温度下，破坏结晶区弱的氢键，在水中溶胀，胶束则全部，形成均匀的糊状溶液的过程被称为糊化。 本质：微观结构从有序转变成无序，结晶区被破无还原性；遇碘呈蓝色，加热则蓝色后呈蓝色；水解（酶解 ，酸解）。，冷坏a 可逆吸水阶段：水分进入淀粉粒的非晶质部分，体积略有膨胀，此时冷却干燥，可以复原，双折射现象不变。b 不可逆吸水阶段：随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，不可逆大量吸水，结晶“溶解”。淀粉酶：使淀粉糊化加速。新米（淀粉酶酶活高）比淀粉的老化更易煮烂。-淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期放置，会变为不透