碳水化合物 (8)课件

1、关于碳水化合物 (8)第一张，PPT共七十页，创作于2022年6月3.1 引言3.1.1 碳水化合物(Carbohydrates)分类 碳水化合物占生物界干重3/4，占人体摄入热量80%。 自然界最丰富碳水化合物是纤维素。 人类消费的主要食品成分是淀粉。1 定义:多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物2 分类:单糖（Monosaccharides）结构最简单 不能再水解。 1）按原子数目分: 丙糖 丁糖 戊糖 己糖； 2）按官能团分 : 醛糖 酮糖低聚糖(寡糖Oligasaccharide)：2-20个糖单位缩合而成。多糖(Polysaccharides) ：20个以上单糖分子缩合而成第二张，PPT共

2、七十页，创作于2022年6月多糖：20个以上单糖分子缩合而成 组成单元： 均一聚糖 相同单糖 杂聚多糖 不同种单糖组成 2、3、6种 分子中有无支链: 直链多糖 支链多糖 按其功能不同: 结构多糖 贮存多糖 抗原多糖 第三张，PPT共七十页，创作于2022年6月3.1.2 碳水化合物的膳食利用碳水化合物功能 提供主要的热量、质构、口感、甜味。 其中糖原、淀粉和某些葡聚糖是人类仅能消化的多糖 糖原：是人体能量的储备形式，主要贮存于肝中,在肌肉中也有低浓度糖原。 葡聚糖：非常少，一般不存在于天然食品中 淀粉(starch)：提供热能的碳水化合物中淀 粉占47% 、蔗糖占52%第四张，PPT共七十页

3、，创作于2022年6月 淀粉（糖原） 嘴 -淀粉酶、该金属酶，PH=6 麦芽低聚糖 甜味 胃 PH=0.8-1.0，水解 十二指肠 -淀粉酶 D-葡萄糖 门静脉血液中第五张，PPT共七十页，创作于2022年6月 表3-1 3-2给出了水果、蔬菜中的游离糖.蔗糖在大多数植物性食品中含量相当少.而源于加工类食品中获得。普通食品中的糖 食品 糖百分含量（%） 可口可乐 9 饼干 12 冰淇淋 18 即食谷类食品 1-50 桔子汁 10 调味番茄酱 29 蛋糕 36 非牛乳奶油 65 果冻 83第六张，PPT共七十页，创作于2022年6月3.2 碳水化合物的结构3.2.1单糖1、概念： 手性碳原子：与

4、四个不同的原子或功能基团相连, 在空间存在两种不同构型,呈镜面对称. 差向异构：任何一个手性碳原子具有不同的构型. 醛糖: C4 差向异构 C2差向异构 酮糖： C5差向异构 L-糖：在最高编号的手性碳原子的羟基位在左边。 天然存在的L-糖不多，食品仅L-阿拉伯糖，L-半乳糖。2、 葡萄糖的构型： -D-葡萄糖； -D-葡萄糖第七张，PPT共七十页，创作于2022年6月醛 糖第八张，PPT共七十页，创作于2022年6月酮糖第九张，PPT共七十页，创作于2022年6月环状结构第十张，PPT共七十页，创作于2022年6月己糖构象构象：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

5、吡喃型第十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月己糖一般由船式和椅式两种构象船式椅式第十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月3、D-葡萄糖开环式与各种环式转换-D葡萄糖溶于水时，形成具有开环、五元环、六元环及七元环等不同异构体组成的混合物。在室温下，以六元环为主，其次是五元环、七元环出现量很少，开环的醛只占0.003%。第十三张，PPT共七十页，创作于2022年6月3.2.2 糖苷(glycoside,glucoside)1、 定义： 糖苷：也称配糖体。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。糖苷广泛分布于植物的根、茎、叶

6、、花和果实中。大多是带色晶体，能溶于水。水解时生成糖和其他物质。一般味苦。有些有剧毒。例如苦杏仁苷水解的最终产物是葡萄糖、苯甲醛和氢氰酸。糖苷可用作药物。很多中药的有效成分就是糖苷，例如柴胡、桔梗、远志等。第十四张，PPT共七十页，创作于2022年6月糖苷组成： 一部分是糖的残基（糖去掉半缩醛羟基） 另一部分是糖苷配基：与糖结合形成糖苷的母体醇基R。 配基部分可以是很简单的，也可以是很复杂的。糖苷性质： 糖苷可以提高不溶性配糖基R的水溶性。糖苷的结构： A、糖苷一般含有呋喃或吡喃环，吡喃环最稳定。故吡喃糖苷占极大多数。但是在糖基化反应早期阶段呋喃糖苷一般占多数。 B、由于立体构型的不同，糖苷有

7、和两类型。葡萄糖的苷（葡萄苷）和其他糖的苷，大多数是-型糖苷。第十五张，PPT共七十页，创作于2022年6月第十六张，PPT共七十页，创作于2022年6月2 、糖苷的稳定性 O-糖苷在中性或碱性条件下稳定，在酸性条件下能被水解，也能被各种不同的食品酶（糖苷酶）水解。例：果胶酶、淀粉酶。 （对于糖苷可用化学反应、光谱法鉴定，最为有效的是核磁共振，仅1-50mg试样，不破坏其结构即可得到端基异构构型、环的构象、环的大小等。） N-糖苷与O-糖苷相比稳定性较差，在水中易于水解，一些不稳定的N-糖苷在水中通过一系列复杂的反应而分解同时使溶液颜色变深（黄色-暗棕色-Mailard褐变）。但也有一些N-糖

8、苷非常稳定。例：N-葡基酰胺，N-葡基嘌呤，N-葡基嘧啶。S-糖苷由于天然存在硫基葡萄糖苷酶作用，导致糖苷配基的裂解和分子重排。图3-9 第十七张，PPT共七十页，创作于2022年6月3、 糖苷的功能性生物的自身保护功能 。苦味防御动物的侵蚀;当有病毒侵蚀时,水解酶水解产生杀菌剂毒素糖苷是糖的一种贮存形式。现公认红藻中的-D-半乳糖苷为一种代替蔗糖的贮存物质。糖苷的水溶性，在植物体液中传递、运输、调节原生质表面的通透等方面起作用。现已确定糖苷是一种解毒形式的产物。生物活性 O-糖苷： 毛地黄苷-强心剂；皂角苷-起泡剂、稳定剂； 甜菊苷-甜味剂 N-糖苷：肌苷、黄苷-风味增效剂 S-糖苷：烯丙基

9、硫葡萄糖苷-特殊风味剂第十八张，PPT共七十页，创作于2022年6月4、分子内糖苷 形成O-糖苷时，若O-供体基团是同一分子的羟基，形成分子内糖苷。反应P.51 在焙烤或加热糖或糖浆至高温热解条件下会产生。所以分子内糖苷有苦味，应尽量控制。另外，在食品中还有一种生氰糖苷，降解产生HCN，例：杏仁、木薯、竹笋、高粱、菜豆必须充分煮熟后，充分洗涤以尽可能除去氰化物。以免引起氰化物中毒。第十九张，PPT共七十页，创作于2022年6月3.2.3 低聚糖低聚糖：由2-20糖单位构成，可溶于水，广泛存在于自然界。天然低聚糖源于核苷酸的糖基衍生物缩合反应或酶作用下多糖水解。二糖：两糖单位缩合失水而成。均匀：

10、纤维二糖、麦芽糖、龙胆二糖、-海藻糖非均匀：蔗糖、乳糖、密二糖还原性：还有一个具有还原性的游离半缩醛基非还原性：第二十张，PPT共七十页，创作于2022年6月三糖： 均匀、非均匀；还原非还原 例：麦芽三糖（含D-葡萄糖、均匀的、还原性糖） 甘露三糖（含D-半乳糖和D-葡萄糖、非均匀、 非还原性糖） 柿子糖（含D-半乳糖、D- 葡萄糖、D-果糖、 非均匀 的、非还原性的糖）第二十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月较大低聚糖:麦芽糖低聚物 ：聚合度=4-10 ，存在于玉米糖浆中 沙丁格糊精： 聚合度=6-10，由- D-吡喃葡萄糖构成的环状低聚物，淀粉在软化芽孢杆菌淀粉酶作用下制的。具有将

11、客体化合物络合到一个非化学计量的包合结构中去的能力。此客体化合物被截留在碳水化合物环中，有助于稳定食品中香气的作用。 第二十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月3.2.4多糖1、多糖：超过20个糖单位的聚合物成为多糖。多糖的聚合度200-3000 纤维素聚合度7000-150002、按结构分类： 直链多糖;直链多糖 均匀多糖(纤维素、直支链淀粉);杂多糖第二十三张，PPT共七十页，创作于2022年6月3.2.5 碳水化合物的化学反应一、水解反应： 低聚糖、糖苷及多糖在酸或酶的作用下，可水解生成单糖或低聚糖。 影响水解反应的因素：结构、温度、酸度 结构： 异头物水解速度 -异头物 呋喃糖苷

12、水解速度 吡喃糖苷 -D糖苷水解速度 -D糖苷。 -D: 16 1 2 14 1 3 -D: 16 14 13 Fe2+； D-葡萄糖D-果糖 ）第二十八张，PPT共七十页，创作于2022年6月3、Maillard反应机理：开始和引发阶段： 氨基和羧基的缩合； Amadori分子重排中间阶段： 糖脱水 糖裂解 氨基酸降解最后阶段： 醇、醛缩合 氨、醛缩合第二十九张，PPT共七十页，创作于2022年6月Maillard 反应产生风味物质不同氨基酸形成的风味Val+葡萄糖奶油香气Leu+葡萄糖巧克力香Glu+葡萄糖木香不同反应时间对风味物质的影响加热时间短，产生较多内酯类物质奶油香甜加热时间长，内

13、酯逐渐消失，吡嗪类物增加焙烤香味第三十张，PPT共七十页，创作于2022年6月控制原材料：核糖 + 半胱氨酸 ： 烤猪肉香味 核糖 + 谷胱甘肽 ： 烤牛肉香味控制温度： 葡萄糖 + 缬氨酸 ： 100-150 ： 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 （恰好增加一倍）第三十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月3、利弊a 益处 Maillard反应褐变产品能产生牛奶、巧克力风味。 还原糖牛奶蛋白质产生乳脂糖、太妃糖及奶糖风味 b 不

14、利 Maillard反应导致部分氨基酸的损失，特别是必需AA，L-赖氨酸、精氨酸、组氨酸都含有参加反应的含N基团。 食品经历Maillard褐变，一定会造成AA与营养损失，然而不发生褐变，也不能保证没损失，因为颜色以前，AA已经降解，营养就损失了。第三十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月4、抑制褐变方法 a 将水分含量降到很低 b 若为流体食品： 稀释； 降低PH； 降低温度； 除去一种作用物，一般是糖例，干制蛋制品加D-葡萄糖氧化酶(干燥前)以分解D-葡萄糖 c 在食品加工过程中，早期色素未形成前，加还原剂（SO2，SO32-）能产生脱色效应。一旦Maillard反应褐变最后阶段，加

15、SO32-对已形成色素无效第三十三张，PPT共七十页，创作于2022年6月焦糖化（caramelization）：1、定义：直接加热糖类化合物，特别是糖或糖浆，可产生一类称为焦糖化复杂反应，少量的酸或某些盐可加速此反应。温和加热或初期分解引起端基异构体的转变、环大小的改变，糖键断裂及生成新的糖键，但在大多数热分解引起左旋葡聚糖形成或在糖环中形成双键，从而产生不饱和环状中间体；共轭双轭双键具有吸光，从而产生颜色；不饱和环体系中，常发生缩合，使环体系聚合，从而产生良好的颜色和风味第三十四张，PPT共七十页，创作于2022年6月2、商业上生产的三种焦糖色素 a 耐酸焦糖色素：由亚硫酸氢铵催化制备（产

16、量最大的） 其溶液PH=2-4.5；用于可乐饮料、其他酸性饮料 b 焙烤食品用焦糖色素：含铵离子的蔗糖溶液加热制备 其溶液PH=4.2-4.8；用于烘焙食品、糖浆、布丁等 c 啤酒用焦糖色素：蔗糖直接加热分解 其溶液PH=3-4 ；用于啤酒及其他含醇饮料3、热解反应产生的不饱和环体系具有独特味道和香气。麦芽酚和异麦芽酚影响焙烤面包的风味，2-氢-4-羟基-5-甲基呋喃-3-酮产生烧肉的焦香味 第三十五张，PPT共七十页，创作于2022年6月3.3 碳水化合物的功能3.3.1 单糖与低聚糖的功能 一、亲水功能 二、风味结合功能 三、褐变产物色素和食品风味 四、甜味 五、特殊生理功能功能第三十六张

17、，PPT共七十页，创作于2022年6月一、亲水功能 碳水化合物具有大量羟基，OH靠H键键合与水分子相互作用，使糖及其聚合物发生溶剂化或增溶作用. 特点:1、碳水化合物的结构大大影响了结合水的速度和结合水的数量 例：D果糖的吸湿性比D葡萄糖强的多 在100%相对湿度环境中，蔗糖与麦芽糖吸水量相同，而乳糖结合水较少第三十七张，PPT共七十页，创作于2022年6月2、不纯的糖或糖浆一般比纯糖吸附较多的水，且吸附速度也较快。 例：结晶完好的糖完全不吸湿，不易潮解，而不纯的糖，杂质干扰定向的分子间的作用力，主要是防碍糖分子间形成H键，使得糖的OH更容易和周围的水分子发生H键键合.3、结合水的能力（称为保

18、湿性）和控制食品水分子活度是碳水化合物最重要的功能性质之一 a .限制水进入食品 例：糕饼表层的糖霜，防止包装后糖霜结块，则需采用吸水能力弱糖，如：乳糖或麦芽糖 b.控制食品水分损失 例：糖果、焙烤食品为防止水分损失，则添加吸湿性较强的糖，如：玉米糖浆、高果糖玉米糖浆、转化糖 第三十八张，PPT共七十页，创作于2022年6月二、风味结合功能 许多食品，特别是喷雾或冷冻干燥脱水的食品，其碳水化合物在脱水过程中，起到保持食品色泽和挥发性风味成分的作用，使糖-水相互作用转变成糖-风味剂相互作用 糖-水风味剂糖-风味剂水其中双糖和分子量较大的低聚糖是有效的风味结合剂。 例如：沙丁格糊精 阿拉伯树胶（大

19、分子），它可在风味物粒子周围形成一层厚膜，阻止其吸潮、蒸发、氧化。 阿拉伯树胶明胶混合物用于微胶囊技术。第三十九张，PPT共七十页，创作于2022年6月三、褐变产物食品风味美拉得反应不同加热温度和反应时间产生不同风味例： 加热时间短，产生奶油香甜味 加热时间长，产生焙烤香味 参加反应的 不同氨基酸产生不同香味 例： Val + 葡萄糖奶油香气 Leu + 葡萄糖巧克力香 Glu + 葡萄糖木香第四十张，PPT共七十页，创作于2022年6月五、特殊生理功能 功能性低聚糖： 低聚果糖（寡果糖或蔗果三糖族低聚糖） 低聚木糖 甲壳低聚糖第四十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月1、 低聚果糖合成

20、 蔗糖和13果糖基通过2,1键与蔗糖中果糖基结合 蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖（混合物） GF G(葡)GF(蔗)GFF(蔗果三糖) GFFF(蔗果四糖)GFFFF(蔗果五糖)生理功能a 能被大肠内对人体有益的双歧杆菌选择性利用，使体内双歧杆菌数量增加b 难以在消化道消化，是一种低热量糖c 是一种水溶性食物纤维d 抑制肠内沙门氏菌、腐败菌生长，促进肠胃功能e 防止龋齿自然界中分布：存在于天然植物中，例：香蕉、蜂蜜、球葱、大蒜、芦笋、西红柿、麦类等第四十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月2、低聚木糖主要成分：木糖、木二糖、木三糖及少量木三糖以上木聚糖有效成分：木二糖（其含量高，产品质量高

21、，木二糖由两个木糖分子以1，4糖苷键连接构成功能特点： 耐热、耐酸性PH2.58.0相当稳定 木二、三糖属不消化但可发酵糖。是双歧杆菌有效的增殖因子，且是所需用量最低的 粘度较低，代谢不依赖胰岛素，抗龋齿生产途径：原料（玉米芯、棉子壳、蔗渣）提取木聚糖 （内切木聚糖酶 ） 水解 低聚木聚糖第四十三张，PPT共七十页，创作于2022年6月3、甲壳低聚糖 由N-乙酰-D-氨基葡萄糖或D-氨基葡萄糖通过1，4糖苷键连接起来的低聚合度水溶性氨基葡萄糖生理活性：a 降低肝脏和血清中的胆固醇b 提高机体免疫功能，增强抗病、抗感染能力c 强抗肿瘤作用d 是双歧杆菌的增殖因子e 可使乳糖分解酶活性上升，以及防

22、治胃溃疡，治疗消化性溃疡和胃酸过多症 生产方法：壳聚糖+ HCl 水解中和 脱盐 脱色DP17 壳聚糖+壳聚糖酶水解 纯化甲壳低聚糖第四十四张，PPT共七十页，创作于2022年6月环状低聚糖 环状低聚糖是由D-吡喃葡萄糖通过-1,4糖苷键连接而成的环糊精，依次右6-,7-,8-个糖单位组成，分别称为-,-,-环糊精。 环糊精有良好的热稳定性。第四十五张，PPT共七十页，创作于2022年6月环状糊精cyclodextrin环状糊精环状糊精环状糊精葡萄糖残基数分子量水中溶解度（gmol.c）.旋光度.空穴内径.空穴高A.第四十六张，PPT共七十页，创作于2022年6月用途：环糊精提高有机化合物的溶

23、解度，并能消除浆液的混浊。如浆液自然出现的橙皮苷会被包结络合。环糊精可降低某些物质的溶解度，用于出去分离一些食物中组分。例可从鸡蛋、猪油、牛脂中去除胆固醇；从天然食品中分离出调味品。环糊精可以防止化合物在光、热、氧作用下发生降解或减慢反应，提高稳定性。环糊精与一些挥发性物质络合，降低挥发性，延长保存期。环糊精可掩蔽某些食品异味。环糊精可包埋某些对咽喉、胃、皮肤产生刺激的成分环糊精可对一些液体组分起固化作用。第四十七张，PPT共七十页，创作于2022年6月3.3.2 多糖的性能 食品中各种多糖分子的结构，大小以及次级键相互作用方式均不相同，这些因素对多糖特性起重要作用。 A 大部分多糖是不溶于水

24、和不被消化的 这些成分主要是蔬菜、果实和种子细胞壁的纤维素和半纤维素，它们使食品具有物理紧密性，松脆性和良好的口感，还有利于肠道蠕动. B食品中多糖除纤维素外都是水溶性的或在水中可分散 特性:硬性、松脆性、紧密性、增稠性、粘着性、形成凝胶、产生口感、使食品具有一定的结构和形状，以及松脆或柔软、溶涨或凝胶、或者完全可溶解。第四十八张，PPT共七十页，创作于2022年6月 一. 多糖的溶解性1、水溶性：多糖具有大量羟基,每个OH可与一个或者几个水分子形成H键；环氧分子及连接糖环的糖苷氧原子也能与水形成H键,所以多糖有较强亲水性,易于水化和溶解。与多糖的-OH氢键相结合的水分子称为水合水或结合水。2

25、、多糖可作为冷冻稳定剂例：淀粉溶液冷冻时,形成两相体系，一相结合水(即冰)；一相 70%淀粉分子+30%非冷冻水非冷冻水是高度浓缩的多糖溶液的组成部分,因为黏度很高,因而H2O分子的运动受到限制,当大多数多糖处于冷冻浓缩状态时,水分子的运动受到极大的限制,水分子不能吸附到晶核或结晶长大活性位置,因而抑制了冰晶长大，提高冷冻稳定性。在食品中T=-18 碳水化合物可有效的保护食品产品的结构与质构不受破坏,提高质量与贮藏稳定性。第四十九张，PPT共七十页，创作于2022年6月3、不溶于水的多糖若多糖分子是一完全均一的线型分子链,可以充分伸展,那么它们能在大部分链段相互紧密的结合在一起,这样就最大限度

26、的减少了同水接触的机会。例：纤维素结构中-D-吡喃葡萄糖基单位以最佳排列方式,且分子中-D连接使之能充分伸展,使纤维素分子的长链与另一纤维素分子中相似的链段结合,导致纤维素分子在结晶区平行排列,纤维素分子间主要靠H键结合,这些部位不能参与水-纤维素H键,所以这些结晶区不溶于水,而且非常稳定.这些性质使大树能生长,存活至几个世纪。 然而结晶排列中只涉及每纤维素分子的某些部位，而其他部分与另一纤维素分子缠绕在一起,不能形成结晶排列,于是这些区域与水发生强烈H键键合.所以结构无定形区域是高度水化的 第五十张，PPT共七十页，创作于2022年6月主要机理：不带电多糖分子链段相互撞碰形成分子间键，分子间

27、产生缔合。若室温不足以在能量上将结合的链段拉开。那么结合区保持下去。当链的热运动引起相邻单位以拉链形成结合在一起，接合区甚至还会继续延长。若较多的分子将自己的链参加到接合区。那么就形成颗粒。当颗粒大到一定大小，由于重力作用产生沉淀。例如：直链淀粉加热条件溶于水，冷却时，产生沉淀。第五十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月二、多糖液的粘度与稳定性1、多糖液具有很高粘度。 一般多糖分子在液中呈无序的无规线状态，溶液中线性高聚物分子旋转时占有很大空间，分子间彼此碰撞频率高，产生摩擦。具有很高。2、影响多糖粘度的因素： 高聚物的相对分子质量大小，形状，在溶液中的构象 ，是否带有电荷。 （相同相对

28、分子量，高度支链多糖直链多糖） 对于带一种电荷的直链多糖（一般带负电荷，由羧基或硫酸半酯基电离而得）由于同种电荷产生静电斥力，引起链的伸展，使链长增加，高聚物占有体积增大 ，所以溶液大大增大 。3、多糖的稳定性： 不带电直链均匀多糖分子倾向于缔合和形成部分结晶。第五十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月补充 概念：弹性：受外力变形，力与变形在瞬间平衡。理想体系弹性又称瞬时弹性。应力：单位作用面积上的作用力。 F/A 剪切应力：F cos/A 正应力：F sin/A应变：单位形状的形状变化率(长度,体积,形状) 弹性变形： 拉伸变形： F ；形状、体积均变 均匀压缩： FV ； 形状不变，

29、体积变剪切作用： F ；体积不变，形状变剪切速率：单位时间内的变形（剪切应变）第五十三张，PPT共七十页，创作于2022年6月塑性：固体与流体交叉成复合物理想塑性：静止时为固体，当受到一较小的作用力时，显现排斥性质，应力与应变成正比。当作用力大于一定值时，物体则发生连续流动，此时应力与剪切速率成正比。见图当应力一定值时，产生连续流动，表现为粘性，连续流动为牛顿流动。区分弹性与粘性的界限称为y ，屈服应力 y 的存在是塑性最重要的特性。只有在作用于上的剪切应力 屈服应力 y，塑性流体才能流动，一旦 y ，塑性流体立即停止流动并保持即时形状。 第五十四张，PPT共七十页，创作于2022年6月流变学食品的分类 a 固体类食品 b 牛顿流体（理想流体） c 非牛顿流体 d 塑性食品 e 粘弹性食品1 、理想流体特性： 不可压缩性； 各向同性； 受剪切作用后产生连续流动； 无弹性，本身没有结构第五十五张，PPT共七十页，创作于2022年6月2 、非理想流体非时变性流体 假塑性：剪切变稀。随着剪切速率增加，粘度快速下降，粘度变化与时间无关。撤去外力，粘度瞬间恢复。例:调味番茄酱、果酱时变