化学第三章碳水化合物

化学第三章碳水化合物第1页/共113页1.2碳水化合物的作用是生物体内的主要能源物质。能够形成糖脂和糖蛋白。与食品的质地（Texture）、加工(Processing）及贮藏(Storage）等特性密切相关。第2页/共113页1.3碳水化合物的分类单糖低聚糖（寡糖）多糖①同多糖②杂多糖第3页/共113页1.4食品中的碳水化合物植物中的碳水化合物动物中的碳水化合物昆虫和甲壳类生物中的碳水化合物第4页/共113页第二节单糖需回忆的内容（有机化学或生物化学）单糖的分类单糖的链状结构和环状结构单糖的构型和构象单糖的变旋现象单糖的氧化反应和还原反应第5页/共113页2.1糖苷2.1.1单糖的成环第6页/共113页2.1.2成环后形成半缩醛羟基第7页/共113页2.1.3成苷反应第8页/共113页2.1.4糖苷的物理性质风味溶解性旋光性稳定性第9页/共113页2.1.5糖苷的化学性质不具有还原性。在一定条件（酸性条件）能够水解，或被酶解。第10页/共113页2.1.6糖苷在食品中的应用2.1.6.1某些糖苷具有生理保健功能人参皂苷大豆皂苷毛地黄苷等。第11页/共113页2.1.6.2某些糖苷是食品风味剂硫葡萄糖苷肌苷酸钠（IMP）鸟苷酸钠（GMP）甜桔苷第12页/共113页2.1.6.3某些糖苷是有毒成分苦杏仁苷水解第13页/共113页菜子中的原甲状腺肿素第14页/共113页几种常见的生氰糖苷第15页/共113页2.2非酶促褐变食品褐变非酶促褐变美拉德反应焦糖化反应酶促褐变第16页/共113页2.2.1美拉德反应

（MaillardReaction）2.2.1.1概念指食品体系中的还原糖和含有氨基的化合物（主要是氨基酸和蛋白质），在食品被加热或贮藏的过程中，所发生的使食品产生褐变的一类反应。主要反应物：羰基、氨基、水。故又称羰氨反应。第17页/共113页2.2.1.2美拉德反应对食品的影响坏处①有时产生一些有害的物质②消耗食品中的营养元素益处①能够赋予某些食品人们期望的颜色②能够产生有些食品特殊的风味第18页/共113页2.2.1.3美拉德反应的机理目前认为Maillard包括三个阶段①初始阶段：a.羰氨缩合；b.分子重排②中期阶段：a.重排产物形成羟甲基糠醛（HFM)；b.二羰基化合物发生斯特累克尔（Strecker）降解，放出CO2,生成降解产物。③最终阶段：a.两分子醛自相缩合；b.中期反应产物自相缩合、聚合，形成高分子色素。第19页/共113页初始阶段a.羰氨缩合，形成葡基氨。第20页/共113页初始阶段b.葡基氨经过Amadori分子重排，产生1-氨基-2-酮醣。第21页/共113页中期阶段a.形成HFM第22页/共113页中期阶段Strecker降解第23页/共113页最终阶段：

缩合、聚合，生成黑色素两类反应A.醇醛缩合反应B.醛、酮、HMF及其衍生物，二羰基化合物，Strecher降解产物等发生缩合、聚合反应，生成复杂的高分子色素（黑色素）。第24页/共113页2.2.1.4影响Maillard反应的因素羰基化合物氨基化合物温度pH氧气催化剂水分含量抑制剂Maillard反应在30℃以上，水分含量10～15％，pH=7.8～9.2，有氧和金属离子催化的条件下，反应速度最快。第25页/共113页2.2.1.5Maillard反应的控制温度底物水分含量pH值抑制剂催化剂和氧气第26页/共113页2.2.2焦糖化反应（Caramelization）2.2.2.1概念糖类在高温（150～200℃）的条件下发生降解，降解产物发生聚合、缩合反应，生成黏稠状的黑褐色物质的一类反应。第27页/共113页2.2.3.2由蔗糖形成焦糖的三个阶段开始阶段：形成异蔗糖酐中间阶段：形成焦糖酐终了阶段：形成焦糖烯，继续加热，可形成焦糖素。第28页/共113页2.2.3.3影响焦糖化反应的因素温度催化剂第29页/共113页第三节低聚糖（寡糖）由2～20个单糖通过糖苷键连接成的碳水化合物，通常称之为低聚糖。第30页/共113页1.食品中重要的低聚糖1.1麦芽糖第31页/共113页1.2乳糖

乳糖细菌β－半乳糖苷酶D-葡萄糖＋D-半乳糖细菌发酵L－乳酸第32页/共113页1.3蔗糖第33页/共113页2.功能性低聚糖功能性低聚糖是指对人、动物具有特殊生理作用的单糖数在210之间的一类寡糖，它的甜度一般只有蔗糖的3050%，具有低热量、抗龋齿、防治糖尿病、改善肠道菌落结构等生理作用。它是当今食品科学与工程研究领域的前沿，被誉为“21世纪食品工业的先导”。第34页/共113页2.1功能性食品因子2.1.1功能性食品其成分能够增强人体的防御功能、调节节律、预防疾病、以及促进康复的一类具有调节身体机能的食品。第35页/共113页2.1.2功能性食品特征五高一低低热、低脂、低盐、低糖、低胆固醇；高纤维素。第36页/共113页2.1.3十一类功能性食品因子活性多糖功能性甜味剂功能性油脂AA、寡肽、Pro.Vitamine矿物质微生态调节剂自由基清除剂醇酮酚与酸类低能量或无能量基料其它第37页/共113页2.2具有特殊功能的低聚糖2.2.1低聚果糖2.2.1.1结构低聚果糖又称为寡果糖或蔗果三糖族低聚糖，它是由蔗糖和1～3个果糖基结合而成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖组成的混合物。第38页/共113页2.2.1.2生理功能能被大肠内对人体有保健作用的双歧杆菌选择性地利用，使双歧扦菌数量大幅度增加。很难被人体消化道酶水解，是一种低热量糖。可认为是一种水溶性食物纤维。抑制肠内沙门氏菌和腐败菌的生长，促进肠胃功能。防止龋齿。常见食物：香蕉、蜂蜜、洋葱、大蒜、西红柿、芦苇、菊芋和麦类中；工业上采用含有果糖转移酶活性的微生物生产。第39页/共113页2.2.2低聚木糖2.2.2.1结构性质低聚木糖分为木糖、木二糖、木三糖及少量木三糖以上的木聚糖，其中木二糖为主要有效成分，木二糖含量越高，则低聚糖产品质量越高。木二糖是由两个木糖分子以β－1，4糖苷键连构成的，甜度为蔗糖的40％。第40页/共113页2.2.2.2生理功能木二糖和木三糖属不消化但可发酵的糖，是双歧杆菌有效的增殖因子。具有粘度较低，代谢不依赖胰岛素，食用后不会使血糖增高→可做为糖尿病人和肥胖病人的甜味剂。抗龋齿。第41页/共113页2.2.3甲壳低聚糖2.2.3.1结构第42页/共113页2.2.3.2生理功能降低肝脏和血清中的胆固醇；提高机体免疫功能．增强机体的抗病和抗感染能力；具有强的抗肿瘤作用，聚合度5—7的甲壳低聚糖具有直接攻击肿瘤细胞的作用，对肿瘤细胞的生长和癌细胞的转移有很强的抑制效果；是双歧杆菌的增殖因子；可使乳糖分解酶活性升高以反防治胃溃疡，治疗消化性溃疡和胃酸过多症。第43页/共113页2.2.3.3改性甲壳低聚糖酰化、酯化、酸化、醚化等。第44页/共113页3.环状糊精（cyclodextrin）3.1结构第45页/共113页3.2应用做为油溶性物质的微胶囊壁材用于包埋生理活性成分、异味成分和易挥发成分第46页/共113页第四节多糖1.多糖的概念和分类由20个以上的单糖聚合而成的碳水化合物。聚合度（DP）：多糖中单糖的个数。分类：组成同多糖杂多糖结构直链多糖支链多糖第47页/共113页2.多糖的基本性质及其在食品中的应用溶解性粘度凝胶性水解性第48页/共113页2.1多糖的溶解性2.1.1多糖的水化、溶解第49页/共113页2.1.2食品体系中多糖水化作用改善和控制水分迁移。不会显著降低溶液的冰点。第50页/共113页2.2多糖溶液的粘度和稳定性粘度影响的多糖性质：增稠性胶凝性流动性食品的texture(质构）第51页/共113页2.2.1多糖溶液粘度（影响因素）分子形状和构象分子带电性分子大小第52页/共113页2.2.2多糖溶液流变性假塑性：剪切变稀现象；剪切速率升高，则溶液的的流动性加快，粘度下降。触变性：另一种剪切变稀现象；随剪切速率升高，溶液流速增加，但粘度的下降并不是瞬时发生的，在恒定的剪切速率下，其粘度是和时间有关的；另外，在剪切停止后，经历一定的时间，溶液重新恢复到原来的粘度。第53页/共113页2.2.3多糖粘度与温度的关系大多数多糖溶液，温度升高，粘度下降。第54页/共113页2.3多糖凝胶2.3.1结构第55页/共113页2.3.2性质具有强持水力具有固液二重性第56页/共113页2.4多糖的水解酸解、酶解影响因素①酸的种类、强度（或酶的种类、活力）②时间③温度④多糖自身的结构第57页/共113页第五节淀粉食品工业至关重要的一种原料或基料。马铃薯淀粉玉米淀粉小麦淀粉第58页/共113页1.物理性质颜色、外观、局部结晶结构（双折射现象）、溶解性第59页/共113页扫描电镜观察淀粉颗粒第60页/共113页扫描电镜观察淀粉颗粒第61页/共113页2.淀粉的分子结构2.1直链淀粉的结构第62页/共113页2.2支链淀粉的结构支链淀粉是随机分叉的:A链，由α-1，4糖苷键连接的葡萄糖单元组成；B链，由α-1，4糖苷键和α-1，6糖苷键连接的葡萄糖单元组成；C链，由α-1，4糖苷键和α-1，6糖苷键连接的葡萄糖单元再加一个还原端组成.还原端第63页/共113页3.淀粉糊化（淀粉α化）生淀粉颗粒在水中受热，吸水膨胀变为胶体状态的一种变化。第64页/共113页3.1机理生淀粉颗粒不溶于水：含有大量的结晶区；直链淀粉和支链淀粉以以氢键形成结合，紧密排列成束，间隙小，水分子很难渗入。机理生淀粉颗粒在水中，受热，淀粉分子剧烈振动，分子间的氢键断开，分子的极性基团水化，由于水的穿透，结晶区链段分离，结晶区域变小、数目变少。微观上的体现：淀粉颗粒极度膨胀，甚至破裂，双折射现象消失。宏观上的体现：淀粉颗粒在冷水中的低粘度浆状转变为高粘度的糊状。第65页/共113页3.2糊化温度糊化开始温度：淀粉颗粒在水中受热，双折射现象开始消失的温度。糊化终了温度：淀粉颗粒在水中受热，双折射现象完全消失的温度。第66页/共113页3.3淀粉糊化曲线糊化温度测定：Brabender粘度仪、DSC、RVA第67页/共113页淀粉的粒度对其糊化的影响对同种淀粉品种而言

,天然淀粉中粒径小的颗粒糊化温度高

,而粒径大的淀粉颗粒糊化温度

较低。第68页/共113页3.4影响淀粉糊化的因素决定性因素：温度（一般55℃～75℃

）含水量其它体系成分：如蛋白质、脂类第69页/共113页3.5淀粉的糊化和食品质量更易水解更易被酶作用更易被消化吸收第70页/共113页4.淀粉老化（淀粉β化）4.1概念和本质经糊化后的α化淀粉糊在室温或低于室温的条件下，放置一定时间后，会变成不透明的、具有粘弹性的凝胶（稀淀粉溶液会形成不溶性的沉淀），这种现象称之为淀粉的老化现象。本质：糊化后的淀粉分子在低温条件下，重新通过氢键作用，发生缔合，形成大量的结晶区。第71页/共113页4.2影响淀粉老化的环境因素浓度来源含水量温度pH值第72页/共113页4.3淀粉老化和食品质量①使食品口感变得粗糙、初感较硬②难以被酶作用，不易被消化系统消化吸收说明：食品加工中也可以利用淀粉的老化，例如粉条、粉皮的加工。第73页/共113页4.4抗淀粉老化的方法快速除去α化淀粉的水分。加入乳化剂（极性酯类），如卵磷脂、硬脂酸单甘酯。第74页/共113页5.淀粉糊化、老化和直链淀粉含量直链淀粉易结晶糊化：含量高，难糊化。老化：含量高，易老化。直/支比和淀粉类食品加工。第75页/共113页6.淀粉水解（糖化）①酸水解；②酶水解葡萄糖当量（DE)：还原糖（按葡萄糖计）在玉米糖浆中所占的百分数（按干物质计）。水解程度较大的产品性质[1]水解程度较小的产品性质[2]甜味产生黏性吸湿性增稠冰点下降稳定泡沫增味剂抑制糖结晶具有发酵能力控制冰晶长大褐变反应淀粉水解产品的功能性质注：[1]高DE值玉米糖浆；[2]低DE值玉米糖浆和麦芽糖第76页/共113页7.淀粉改性7.1什么是淀粉改性？淀粉改性即通过物理或化学或酶法处理后,改变淀粉天然性质,增加其性能或引进新特性,使之符合生产生活需要。经过改性处理的淀粉即为变性淀粉（改性淀粉）。第77页/共113页7.2改性方法物理改性淀粉化学改性淀粉生物改性淀粉复合改性淀粉第78页/共113页7.3简单举例可做为乳化剂。可做为脂肪代用品。第79页/共113页第六节纤维素1.纤维素的结构第80页/共113页1.纤维素的结构第81页/共113页2.纤维素的改性通过一定的手段，对葡萄糖残基进行处理。第82页/共113页2.1甲基纤维素MC和羟丙基纤维素HPMC2.1.1甲基纤维素MC增稠性、表面活性、成膜性、凝胶性改变。第83页/共113页2.1.2羟丙基纤维素HPMC羟丙基比甲基的亲水性强，则羟丙基的取代增加，甲基纤维素的凝胶变软、强度变小，热凝胶温度提高。第84页/共113页2.2羧甲基纤维素CMC改性后的CMC的性能有何改变？分子中的取代度（DS)、体系的pH值对其溶液粘度有何影响？第85页/共113页2.3微晶纤维素MCC一种纯化的不溶性纤维素结晶，约有3000个β-D-吡喃葡萄糖单位组成的直链分子，具有结晶区，相当硬。第86页/共113页第七节海藻酸钠（自学）了解海藻酸钠的分子结构，以及和Ca2＋相互作用形成的“蛋盒结构”。第87页/共113页第八节果胶果胶物质是植物细胞壁成分之一，存在于相邻细胞壁之间的中胶层，起着将细胞粘着在一起的作用。商品果胶：用酸液提取苹果渣或柑橘皮而得（原果胶），具可溶性。用柠檬皮最宜提取分离果胶，质量较好。第88页/共113页1.分子结构及分类1.1分子结构均匀区＋毛发区（参见P75，图3－35）第89页/共113页均匀区＋毛发区第90页/共113页1.2分类①高甲氧基果胶HM：分子结构中的－COOH一半以上被甲酯化，其余的以游离酸及其盐的形式存在。DE≥50％。酯化度（DE）：羧基被酯化的百分数。②低甲氧基果胶LM:分子结构中被甲酯化的－COOH低于一半，即DE<50％。第91页/共113页2.果胶的三种形态原果胶：与纤维素和半纤维素结合在一起的甲酯化聚半乳糖醛酸苷链，不溶于水，水解后生成果胶，存在于细胞壁中。果胶：羧基不同程度甲酯化的聚半乳糖醛酸苷链，存在于植物汁液中，溶于水。果胶酸：几乎完全不含甲氧基的聚半乳糖醛酸，溶于水，不具粘性。第92页/共113页3.果胶形成凝胶的条件及机理HM和LM胶凝条件和机理是不一样的。3.1HM凝胶形成条件：必须具有足够的酸和糖存在。机理：①酸的作用：使羧酸盐转化为羧酸基团。②糖的作用：与果胶分子争夺结合水，使果胶分子链的溶剂化程度降低。第93页/共113页3.2LM凝胶形成条件：固型物10～20％，pH值2.5～3.5，必须有适量的二价阳离子（Ca2＋）存在。机理：通过Ca2＋的架桥作用，使不同分子链的均一的半乳糖醛酸间形成分子间的连接区。第94页/共113页4.影响果胶凝胶强度的因素分子量：强度与分子量成正比。酯化程度（DE）：甲酯化程度越高，则强度越高，凝胶速度越快。pH值：不同的凝胶只有在适当的pH值范围内才能形成凝胶。温度：0～50℃影响不大，但不能过高。其它胶及食品组分：注意和其它胶复配使用。第95页/共113页第九节卡拉胶（自学）了解卡拉胶的3种类型：k、l和λ卡拉胶胶凝的机理凝胶的品质和其它胶的协同作用第96页/共113页第十节瓜儿豆胶和刺槐豆胶（自学）了解瓜儿豆胶和刺槐豆胶的①结构特征②凝胶品质第97页/共113页第十一节半纤维素（自学）了解半纤维素的①结构特征②凝胶品质第98页/共113页第十二节黄原胶（汉生胶）目前市售的唯一的一种经微生物（甘蓝黑腐病黄单胞菌）发酵途径制得的胶。第99页/共113页1.分子结构“五碳重复单元”聚合而成。第100页/共113页3.性质很稳定，溶解性好，能溶于冷水和热水中。粘度高。具有高度的假塑性。（剪切变稀，粘度瞬时回复）与盐类具有很好的相容性。与其他胶具有很好的相容性。第101页/共113页4.黄原胶的协同增效黄原胶能够和大多数食用盐和食用酸共存于食品体系之中，与瓜尔豆胶共存时产生协同效应，黏性增大，与角豆胶合并使用则形成热可逆性凝胶。第102页/共113页第十三节磨芋葡苷露聚糖（自学）了解凝胶品质。第103页/共113页第十四节阿拉伯胶（自学）了解