刘食化糖2011春课件

食品碳水化合物

2011第一节概述碳水化合物术语糖类的种类单糖、寡糖和多糖多糖的种类均多糖或杂多糖多糖的来源植物多糖、动物多糖和微生物多糖

体内的功能结构多糖、贮藏多糖和功能多糖多糖复合物定义糖类化合物的分子组成可用Cn(H2O)m通式表示，统称为碳水化合物。但后来发现有些糖如鼠李糖（C6H12O5）和脱氧核糖（C5H10O4）并不符合上述通式，而且有些糖还含有氮、硫、磷等成分，显然碳水化合物的名称已经不适当，但由于沿用已久，至今还在使用这个名词。根据糖类的化学结构特征，糖类的定义应是多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。食品中的碳水化合物

水果及蔬菜中游离糖含量(%鲜重计)D-葡萄糖D-果糖蔗糖水果葡萄6.867.842.25桃子0.911.186.92生梨0.956.771.61樱桃6.497.380.22樱桃2.092.401.03蔬菜甜菜0.180.166.11硬花甘蓝0.730.670.42胡萝卜0.850.854.24黄瓜0.860.860.06普通食品中的糖含量食品糖的百分含量（%）食品糖的百分含量（%）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谷物食品原料中碳水化合物含量(按每100g可食部分计)谷物名称碳水化合物（g）纤维素(g)谷物名称碳水化合物(g)纤维素(g)全粒小麦69.32.1全粒稻谷71.81.0强力粉70.20.3糙米73.90.6中力粉73.40.3精白米75.50.3薄力粉74.30.3全粒玉米68.62.0黑麦全粉68.51.9玉米碴75.90.5黑麦粉75.00.7玉米粗粉71.11.4全粒大麦69.41.4玉米细粉75.30.7大麦片73.50.7精小米72.40.5全粒燕麦54.710.6精黄米71.70.8燕麦片66.51.1高粱米69.51.7

第二节单糖和其衍生物糖的结构甘油醛和单糖结构的比较环式和开环式的转化异头物常见单糖衍生单糖举例Glyceraldehydes:Modelcompoundsofmonosaccharides

D-Glyceraldehyde甘油醛

L-GlyceraldehydeD-Erythrose L-Threose环式和开环式之间的转化OOHOHOHOHCH2OHHHHHHOHHHHHOHOHOHOHCH2OHCHCOHHCHOHCOHHCHCH2OHOOHCHCHOHCOHHCHOHCHCH2OHOHO-D-glucose-

L-glucose

HOCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHHOOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOCCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHOHCOCH2OHOHCHHOHHCOHCHOHHCOHOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOC-D-Glucofuranose

(0.5%)aa-D-Glucopyranose(35%)-D-Glucofuranose(0.5%)bb-D-Glucopyranose

(65%)Aldehydo-D-glucose(0.03%)FisherProjectionFormAnomersStereoisomersformedwhenringisformed(a,b).

COCH2OHOHCHHOHHCOHOHCHHOHOHCOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOCCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHoraissamesidewithringHOWDOYOUDRAWTHECARBOHYDRATESINTHEHAWORTHPROJECTIONMANNOSEFORAHEXOSEALDOSESUGAR,DRAWTHERINGASBELOW;THENLOOKATTHEHYDROXYLSONTHEFISCHERPROJECTION;WITHTHEEXCEPTIONOFCARBONS1AND5,IFTHEHYDROXYLSAREONTHERIGHTSIDETHEYAREDOWNONTHERING,IFONTHELEFTSIDETHEYAREUPONTHERING165432OHOHOHHO

Galactose

Componentoflactosea-D-Galactopyranose

OOHOHCH2OHHOOH

b-D-Fructofuranose a-D-Fructofuranose

OHOOHCH2OHHOCH2OH

OHOOHHOCH2CH2OHOH

OOHCH2OHHOHOHOHCH2OHCHOHCOHCHHCOHOOHCH2OHCHHCOHCHHHOHCOHCH2OHOCNaturally-occurringfreeformFructose

赤藓糖艾杜糖塔罗糖阿卓糖阿洛糖甘露糖古罗糖葡萄糖半乳糖木糖阿拉伯糖核糖苏糖来苏糖甘油醛糖酸和糖醛酸

胺基糖和酰胺基糖

糖苷糖的半缩醛上的羟基与醇、硫醇、胺基反应可形成苷，一般的说糖苷包括糖基和配糖体两部分。某些天然糖苷在食品中具有重要意义，例如苦杏仁苷为生氰苷，可能引起食物中毒，硫代葡萄糖苷是芥子等十字花科植物中的风味成分，但有一些可以起甲状腺肿大。核糖核苷是核酸的重要组分。甲基葡糖苷、次黄嘌呤核苷酸和硫代葡萄糖苷酸钾的结构

LinkageofMonosaccharides

OOHOHHOCH2OHOOHOHCH2OHOOH4-0-b-D-Glucopyranosyl-b-D-Glucopyranoseβ-D-Glucopyranosyl（1-4）β

-D-GlucopyranoseCellobiose纤维二糖

2-0-a-D-Glucopyranosylb-D-Fructofuranosidea-D-Glucopyranosyl-（1-2）-β

-D-Fructofuranoside

OOHOHHOCH2OHCH2OHOCH2OHOHOOHH123456Invertsugaristhehydrolyzedsucroseintoglucoseandfructose.Sucrose

蔗糖Lactose

乳糖Principalsugarinmilk

OOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOH4-0-b-D-Galactopyranosyl-a-D-Glucopyranose4-0-b-D-Galactopyranosyl-b-D-GlucopyranoseGalactoseopensandclosessoREDUCINGsugarLactasedeficiencyleadstolactoseintolerance.(Moreresistantthansucrosetoacidhydrolysis).乳糖不耐受4-0-a-D-Glucopyranosyl-a-D-Glucopyranose

OOHOHHOCH2OHOOHOHCH2OHOOHMaltoseMaltsugar,enzymaticdegradationproductfromstarchMildsweetnesscharacteristicflavorTwoglucosepyranoseringslinkedbyana-1-4bondRingcanopenandclosesoaREDUCINGSUGAR海藻糖（漏芦糖，酵母糖）TrehaloseTwoglucosemoleculeswithana1,1linkageNonreducing,mildsweetness,non-hygroscopic吸潮性Protectionagainstdehydration

海藻糖的生物特性海藻糖自身性质非常稳定，对生物体具有神奇的保护作用，是因为海藻糖在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下在细胞表面能形成独特的保护膜，有效地保护蛋白质分子不变性失活，从而维持生命体的生命过程和生物特征。许多对外界恶劣环境，表现出非凡抗逆耐受力的物种，都与它们体内存在大量的海藻糖有直接的关系。科学家已经在酵母中发现和提取出这种糖。利用海藻糖保存食品非常理想，既可以防止食品腐烂变质，又可以保鲜，并且大大延长保存食物的时间。龙胆双糖

6-o-β-D-吡喃葡萄糖基-D-吡喃葡萄糖

异麦芽糖

6-o-α-D-吡喃葡萄糖基-D-吡喃葡萄糖

密二糖

6-o-α-D-吡喃半乳糖基-D-吡喃葡萄糖

曲二糖

2-o-α-D-吡喃葡萄糖基-D-吡喃葡萄糖槐二糖

2-o-β-D-吡喃葡萄糖基-D-吡喃葡萄糖

昆布二糖

3-o-β-D-吡喃葡萄糖基-D-吡喃葡萄糖6-0-a-D-Galactopyranosyl-6-0-a-D-Galactopyranosyl-2-0-a-D-Glucopyranosyl-b-D-Fructofuranoside“FlatulenceFactor”Stachyose

水苏四糖

6-0-a-D-Galactopyranosyl-2-0-a-D-Glucopyranosyl-b-D-FructofuranosideRaffinose棉籽糖

α、β及γ-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。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C-H所覆盖，与外侧相比有较强的疏水性。因此，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。第三节小分子糖的功能性质常见功能性质糖果加工中对原料的选择小分子糖的功能性质甜味物保湿性结晶性渗透压抗氧化性增塑性相对甜度RelativeSweetnesofSugars

Sucrose 100 Glucose 74 Fructose 174 Lactose 16 InvertSugar 126 Maltose 32 Galactose 32

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，形成了碳水化合物对水有较强的亲和力。例如，将不同结构的单糖或低聚糖放置在不同的湿度（RH）若干时间后就能结合一定的空气中水分（下表）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未测糖果加工时选择糖原料时考虑的原料性质relativesweetnessofsweetenersolubilityandcrystallizationcharacteristicsdensityofliquidsweetenersandmoisturecontentofsolidsweetenershygroscopicityuponstorageflavorandcolordevelopmentfermentationorpreservativepropertiesosmoticpressureanddepressionoffreezingpoint第四节多糖的结构及性质常见多糖的结构和性质淀粉结构的变化及相应的性质变化（糊化与老化、改性淀粉）淀粉水解物——糖浆Polymerofb-D-Glucose(1,4)linkage.Repeatingcellobiosemoiety.

OOHOHCH2OHOHOOOOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHCH2OHnCellulose纤维素的结构Cellulose纤维素结构纤维素的三维结构Thereservecarbohydrateofplants.Occursasgranulesinthecell.Madeofamyloseandamylopectin.Amylose---Polymerofa-D-Glucose(1->4)linkage-straight-chain.StarchAmylose直链淀粉

直链淀粉的螺旋构象AmylopectinPolymerofa-D-Glucose(1->4)linkageinadditiontoa-D-Glucose(1->6)linkage.Thelengthoflinearunitsinamylopectinisonly25.a-(1->4)linkage(25)toa-(1->6)linkage.支链淀粉的结构

支链淀粉总体结构示意

AmyloseandAmylopectin的螺旋构象比较

Amaranthstarch

(Bar:1µm)Arrowrootstarch

(Bar:20µm)Buckwheatstarch

(Bar:5µm)

Cassavastarch

(Bar:10µm)Cornstarch

(Bar:10µm)Oatstarch

(Bar:5µm)

Potatostarch

(Bar:50µm)Ricestarch

(Bar:2µm)Kidneybeanstarch

(Bar:20µm)荞麦葛根木薯玉米燕麦土豆大米苋菜菜豆GranuleStructureAmylopectininGranules淀粉的老化（Retrogradation）热的淀粉糊冷却时，通常形成粘弹性的凝胶，凝胶中联结区的形成表明淀粉分子开始结晶，并失去溶解性。通常将淀粉糊冷却或贮藏时，淀粉分子通过氢键相互作用产生沉淀或不溶解的现象，称做淀粉的老化。淀粉的老化实质上是一个再结晶过程。影响淀粉老化的因素淀粉的种类分子量大小淀粉的浓度无机盐的种类

食品的pH值温度的高低冷冻的速度共存物的影响

1.

PregelatinizedStarch---Precookedandrolldriedstarchtogiveproductthatreadilydispersesincoldwater.2.

Thin-boilingorAcid-modifiedStarch---Suspendedgranularstarchinaverydiluteacidundersomewhatbelowitsgelatinizationtemperature(somewhatmild).3.OxidizedStarches---Oxidationofstarchwithalkalinehypochloridetoget-COOHatC6.ModifiedStarches变性淀粉醚化淀粉+淀粉醚是将30-40%的淀粉悬液和环氧乙烷（或环氧丙烷）在50℃、pH11-13条件下，反应的产物。低取代度（≤0.1）羟乙基淀粉糊化温度低，淀粉颗粒溶胀速度快，淀粉糊形成凝胶和老化的趋势减弱。可作为色拉调味料等食品增稠剂。交联淀粉交联淀粉是由淀粉和多官能团试剂反应生成的衍生物，这些试剂如：三偏磷酸钠、环氧氯丙烷、氧氯化磷、表氯醇或二元羧酸。例如：

2R-OH+R-O-CH2-CHOH-O-R2R-OH+(NaPO3)3R-O-PO2Na-O-R交联淀粉增强了溶胀淀粉的稳定性，在高温、低pH和机械作用和反复冻融下保持糊的粘度或凝胶的稳定性。主要用于婴儿食品、色拉调味汁、水果馅饼等。OH-淀粉酯淀粉和酸式磷酸盐、三聚磷酸盐在50-60℃下作用，可得磷酸淀粉。低取代度（≤0.25）磷酸淀粉糊化温度低、更易冷水溶胀，糊状物粘度大、透明、相对不易老化。淀粉单磷酸酯有极好冻融稳定性，适宜加工冷冻食品。用乙酸或乙酸酐处理粒状淀粉可得低取代度的淀粉乙酸酯；在pH7-11和25℃下，淀粉和乙酸酐反应可制得取代度0.5的产品。低取代度淀粉乙酸酯糊化温度低、糊透明稳定、抗老化。较高取代度淀粉乙酸酯能降低凝胶形成能力。Glycogen糖原Polymerof4-0-a-D-Galacturonicacid(14)&MethylgalacturonatePectin果胶

OOHOHOHOOOOOHOHOOHOHOOHOHOOHOHOOHOHCOOHCOOCH3COOCH3COOHDegreeofMethylation(DM)甲酯化度Thehigherthedegreeofmethylation,thehigherthetemperatureatwhichthegelforms.

Forgelformationatleast50%ofthecarboxylgrouparemethylated.Pectin(about74DM)isusedinjams.ForjelliesDMisabout60.高甲脂果胶凝胶示意低甲脂果胶凝胶示意

果胶能形成具有弹性的凝胶，不同酯化度类型的果胶形成凝胶的机制是有差别的，高甲氧基果胶，必须在低pH值和高糖浓度中方可形成凝胶，一般要求果胶含量＜1%；蔗糖浓度58%～75%；pH2.8～3.5。果胶凝胶加热至温度接近100℃时仍保持其特性。果胶的胶凝作用不仅与其浓度有关，而且因果胶的种类而异，普通果胶在浓度1%时可形成很好的凝胶。果胶酯化度对形成凝胶的影响酯化度%a形成凝胶的条件凝胶形成的快慢pH糖(%)二价离子＞702.8～3.465无快50-702.8～3.465无慢＜502.5～2.6无有快a.酯化度=(酯化的D-半乳糖醛酸残基数/D-半乳糖醛酸残基总数)×100。半纤维素Hemicelluloseisaheteropolymercomposedofavarietyofsugars,includingxylose,arabinoseandmannoseinabranchedstructure.Incontrasttothehighlyorderedstructureofcellulose,hemicelluloseassumesanamorphosestructureandbecomeshighlyhydratedtoformagel.Novertebratecellhasbeenidentifiedthatproducesanenzymethathydrolyzescellulosesorhemicelluloses.Certainly,amylasewillnotcleavethesetwopolysaccharides.Dietaryfiberthereforeisindigestableandpassesthroughthesmallintestineessentiallyunchanged.葡甘聚糖魔芋胶的结构魔芋中富含葡甘聚糖。大约占魔芋块根干重的40%。它是一种水溶性良好的多糖，被认为具有防止便秘、降低血脂、胆固醇和低密度脂蛋白、防止肥胖等保健功能。它还被作为作为增稠剂、稳定剂、面条增筋剂、凝胶剂等而发挥功能。甲壳质与壳聚糖甲壳质（Chitin）又名甲壳素、几丁质、蟹壳素、乙酰氨基葡聚糖等。甲壳质广泛分布于自然界甲壳纲动物（虾、蟹、昆虫）的甲壳、真菌和植物的细胞壁中的一种天然有机高分子多糖。甲壳质资源丰富，蕴藏量仅次于纤维素，在地球的天然有机高分子物质中占第二位，估计年产量达1×1011t。壳聚糖（Chitosan），又名甲壳胺、脱乙酰甲壳质、可溶性甲壳素、氨基葡聚糖。

甲壳质的化学名为β-（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖。甲壳质是呈白色或灰白色、半透明无定形固体，大约在270℃分解，不溶于水、乙醇等一般有机溶剂、稀酸和稀碱。壳聚糖的化学名为β-（1，4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，壳聚糖呈白色或灰白色，略有珍珠光泽，半透明无定形固体，约在185℃分解，不溶于水和稀碱溶液，可溶于稀有机酸和部分无机酸（盐酸），但不溶于稀硫酸、稀硝酸、稀磷酸、草酸等。壳聚糖极性强，易结晶，但由于熔点高于自身的分解温度，故不易得到非结晶态的壳聚糖。1、甲壳质和壳聚糖的结构和性质

甲壳质、壳聚糖和纤维素的化学结构壳聚糖在食品工业中的应用①、作为食品的天然抗菌剂

②、作为水果的天然保鲜剂

③、作为食品的天然抗氧化剂

④、保健食品添加剂

⑤、果汁的澄清剂⑥、水的净化剂

⑦、酶固定化剂

多糖功能小结FunctionsofPolysaccharides1. Viscositycontrol2. Texturecontrol3. Emulsifyingagent4. Water-bindingcapacity5. Stabilizer第五节碳水化合物的化学反应碳水化物有许多重要的化学反应发生在食品加工的过程中，或是被作为生产食品添加剂的过程中。

水解、异构化、氧化、还原、酯化、高温热解及脱水、焦糖化、美拉德反应、斯特雷科尔降解等1、水解反应（1）、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能性（链接相关文献）。如，天然存在的皂角苷是强泡沫形成剂和稳定剂，黄酮糖苷使食品产生苦味和颜色。一旦糖苷发生水解不仅其苷元的溶解度相应降低，而且其苦涩味减轻，对食品的色泽及口感都产生了重要影响。与此同时，糖苷的某些功能消失，有害性的产生或消除。A、糖苷水解的意义氧糖苷连接的O-苷键在中性和弱碱性pH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）大多数糖苷都是稳定的。B、糖苷的水解糖苷在酸性条件下水解过程以甲基吡喃糖苷①为例加以说明，其酸水解过程是：其一通过佯盐（Oxoniunsalt）②和离子③；其二经过⑤和环离子⑥。最终都生成吡喃糖④。但以①→⑤→⑥→④途径为主（左图）。糖苷的酶水解时，糖基部分变为反应活性高的半椅式构象，使糖苷键变弱，糖苷从酶分子上得到质子给糖苷氧原子，当氧从这个碳原子上分离出来时，即产生一个正碳离子，此正碳离子与酶分上的阴离子基团-COO-作用而暂时稳定，直到与溶剂中的-OH-作用，完成水解作用。酶水解的对糖苷和配基均有一定的专一性。硫代葡萄糖苷在硫代葡萄糖苷酶作用下的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功能性消失产生有害成分食物中主要的硫代糖苷及其水解产生物糖苷食物原料水解后的分解物苦杏仁苷和野黑樱苷苦扁桃和干艳山姜的芯葡萄糖

+氢氰酸+苯甲醛亚麻苦苷亚麻籽种子及种子粕D-葡萄糖

+氢氰酸

+丙酮巢菜糖苷豆类（乌豌豆和巢菜）巢菜糖

+氢氰酸

+苯甲醛里那苷金甲豆（黑豆）和鹰嘴豆、蚕豆D-葡萄糖

+氢氰酸+丙酮（产物还未完全确定）百脉根苷牛角花属的ArabicusD-葡萄糖

+氢氰酸

+牛角花黄素蜀黍氰苷高梁及玉米D-葡萄糖

+氢氰酸+水杨醛黑芥子苷黑芥末（同种的Juncea）D-葡萄糖

+异硫氰酸盐丙酯

+KHSO4葡萄糖苷各种油菜科植物D-葡萄糖

+5-乙烯-2-硫代恶唑烷，或是致甲状腺肿物

+KHSO4芸台葡萄糖硫苷各种油菜科植物各种硫化氢化合物+H2S+KHSO4（2）、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。

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转化糖（invertsuger）。

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。

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。

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。2、氧化反应含有游离醛基的醛糖或能产生醛基的酮糖都是还原糖，在碱性条件下，有弱的氧化剂存在时可被氧化成醛糖酸（aldonicacid）；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（aldaricacid）。醛糖在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被氧化，而醛基被保留，生成糖醛酸（uronicacid）。

D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成D-葡糖酸，商品D-葡糖酸及其内酯的制备如下图所示。Oxidation氧化

AldehydescanbeoxidizedtocorrespondingcarboxylicacidsCu(II) Cu(I)UseasaTEST3、还原反应单糖的羰基在适当的还原条件下可被还原成对应的糖醇（polyol），酮糖还原由于形成了一个新的手性碳原子，因此能得到两种相应的糖醇。下图是葡萄糖及果糖还原产生的糖醇。

Reduction还原

(or“Whatdoesitmeantobeareducingsugar”)Carbonylgroupscanbereducedtoalcohols(catalytichydrogenation)SweetbutslowlyabsorbedGlucoseisreducedtosorbitol(glucitol)XylosecanbereducedtoxylitolOncereduced–lessreactive;notabsorbed4、酯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D-葡萄糖-6-磷酸酯、D-果糖-1，6-二磷酸酯等（下图）。商业上常将玉米淀粉衍生化生成单酯和双酯，最典型的是琥珀酸酯、琥珀酸半酯和二淀粉己二酸酯。蔗糖脂肪酸酯是食品中一种常用的乳化剂。D-葡萄糖-6-磷酸酯D-果糖-1，6-二磷酸酯

Esterification酯化AnacidchlorideoracidanhydridecanaddtoanalcoholtoformanesterFrequentwaytoreactwithafattyacidsAfewsubsituentstoformasurfactantssugar糖中羟基如醇羟基，除能形成酯外还可生成醚。多糖醚化后可明显改善其性能。例如，食品中使用的羧甲基纤维素钠和羟丙基淀粉等（将在下节中介绍）。在红藻多糖特别是琼脂胶、κ-卡拉胶和ι-卡拉胶中存在一种特殊的醚，即这些多糖中的D-半乳糖基的C3和C6之间由于脱水形成的内醚。3,6-脱水-α-Ｄ-半乳糖吡喃基5、醚化

HOCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHHOOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOCCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHOHCOCH2OHOHCHHOHHCOHCHOHHCOHOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOC-D-Glucofuranose

(0.5%)aa-D-Glucopyranose(35%)-D-Glucofuranose(0.5%)bb-D-Glucopyranose

(0.5%)Aldehydo-D-glucose

(0.03%)HAWORTHPROJECTIONFORMULASFORSUGARS

以Haworth投影式表示的D-葡萄糖的几种存在形式间的互变6、互变7、异构化反应8、Caramelization焦糖化反应Caramelizationoccursabove80oC,takingplaceinbothaliquidandadrymixture.几种糖的焦糖化温度

：Fructose110°CGalactose160°CGlucose160°CMaltose180°CSucrose160°CsimpleSugars+Water+Heat=奥苏糖deoxyhexosuloses＋5-羟甲基糠醛＝风味物flavour+黑色物melanoidins

蔗糖高温下的焦糖化Heatto200°C35minheating,4%moisturelossSucrosedehydrated(isosacchrosan)55minheating,total9%moisturelossSucrosedimerizationanddehydrationcaramelan55minheating.Total14%moisturelossSucrosetrimerizationanddehydrationcaramelenMoreheatingdarker,largerpolymersinsolubilizationFlavor蔗糖熔融起泡异蔗糖酐-H2O加热加热加热-H2O焦糖酐（Caramelan）焦糖素（Caramelin）焦糖烯起泡、脱水-H2O-H2O加热

从该图可知焦糖化作用是以连续的加热失水、聚合作用为主线的反应，所产生的焦糖是一类结构不明的大分子物质。催化剂可加速这类反应的发生，如，蔗糖是用于生产焦糖色素和食用色素香料的物质，在酸或酸性铵盐存在的溶液中加热可制备出焦糖色素，并广泛应用于糖果、饮料等食品。焦糖的形成焦糖化反应机理多种分子内脱水和分子间脱水。其中糖经过烯醇式结构，发生β－消除而脱去水分是一个重要途径。β－消除发生后，生成物仍然具有烯醇式结构或转化为双羰基结构，可以再次发生β－消除和发生环化反应。酸和碱都具有催化作用。热降解产物的产生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，生成1,2-烯醇式己糖1,2-烯醇式己糖葡萄糖

3-脱氧葡萄糖醛酮3-脱氧葡萄糖醛酮羟甲基糠醛B、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1,2-烯醇式己糖，1,2-烯醇式己糖形成后，在强热下裂解生成醛类。9、美拉德反应美拉德反应食品中极重要的反应之一，它又称为羰氨反应，是食品非酶褐变中最主要的反应之一，反应物主要是还原糖、蛋白质和氨基酸，因此损失营养素，产物主要有小分子风味物、中小分子其他物质和大分子黑色素。美拉德反应总体历程

氨基葡萄糖的生成和α，β－氨基葡萄糖的平衡

AMADORI重排和重排产物的氧化裂分

在pH4-7之间，Amadori产物生成1和3-脱氧双羰基化合物

脱氧奥苏糖进一步转化为呋喃酮类

呋喃酮可进一步胺类反应生成色素和风味物1,2-烯胺醇1-胺－2，3－烯醇甲基－α－双羰基化合物还原酮类黑色素3－脱氧己酮糖5－羟甲基糠醛10、StreckerDegradation

斯特雷克尔降解是发生在糖脱水反应和美拉德反应生成的邻位双羰基化合物与氨基酸之间的反应。该反应使氨基酸降解为相应的醛，破坏了其营养，但产生了风味物。该反应一般是在高温下发生的。H2O丙酮胺乙醛举例说明反应历程Strecker降解反应的产物为strecker醛、二氧化碳和胺基酮

美拉德反应速度受水活度的影响

controlAddglycerolAddsorbitol00.20.81.0AwOD/g褐变速度Control:酪蛋白+葡萄糖+水模拟体系在37℃下反应可用以控制美拉德反应的条件RapidlyacceleratedbytemperatureSignificantaccelerationatintermediatewateractivitiesSugartypePentose>hexose>disaccharide>>polysaccharideproteinconcentration(freeamines)Inhibitedbyacidaminesareprotonatedandaminesusedup,pHdropsSulfurdioxide11、小结非酶褐变NEB食品中可发生的非酶褐变主要指美拉德反应、焦糖化反应和抗坏血酸褐变。抗坏血酸不仅具有酸性还具有还原性，因此，常作为天然抗氧化剂。抗坏血酸在对其它成分抗氧化的同时它自身也极易氧化。其氧化有两种途径：有氧时抗坏血酸被氧化形成脱氢抗坏血酸,再脱水形成DKG(2,3-二酮古洛糖酸)后，脱羧产生酮木糖，,最终产生还原酮。还原酮极易参与美拉德反应的中间及最终阶段。此时抗坏血酸主要是受溶解氧及上部气体的影响，分解反应相当迅速。非酶褐变对食品的主要影响为：发生褐变、降低营养、产生风味物、提高体系的还原性（产生抗氧化物质）和可能产生毒素。非酶褐变反应中产生二大类对食品色泽有影响的成分，其一是一类分子量低于1000水可溶的小分子有色成分；其二是一类分子量达到100000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，得到水可溶的小分子呈色成分主要有下列几种：（1）非酶褐变对食品色泽的影响

水不可溶的大分子呈色成分：关于水不可溶的大分子高聚物质的结构还不是很清楚。正如水可溶的小分子生色成分受起始原料、反应条件的不同，其结构也有很大不同一样，大分子高聚物质的结构受多方面因素的影响。有关于类黑素的结构和形成历程可能如下：（2）非酶褐变对食品风味的影响在高温条件下，糖类脱水后，碳链裂解、异构及氧化还原可产生一些化学物质，如乙酰丙酸、甲酸、丙酮醇（1-羟-2-丙酮）、3-羟基丁酮、二乙酰、乳酸、丙酮酸和醋酸等；非酶褐变反应过程中产生的二羰基化合物，可促进很多成分的变化，如氨基酸在二羰基化合物作用下脱氨脱羧，产生大量的醛类。非酶褐变反应可产生需要或不需要的风味，例如麦芽酚（3-羟基-2-甲基吡喃-4-酮）和异麦芽酚（3-羟基-2-乙酰呋喃）使焙烤的面包产生香味，2-H-4-羟基-5-甲基-呋喃-3-酮有烤肉的焦香味，可作为风味增强剂；非酶褐变反应产生的吡嗪类及某些醛类等是食品高火味及焦糊味的主要成分。氨基酸与葡萄糖（1:1）混合加热后的香型变化氨基酸Strecher反应中生成的醛香型100℃180℃Gly甲醛焦糖香烧糊的糖味Ala乙醛甜焦糖香烧糊的糖味Val异丁醛黑麦面包的风味沁鼻的巧克力香Leu异戊醛果香、甜巧克力香烧糊的干酪味Ile2-甲基丁醛霉腐味、果香烧糊的干酪味Thrα–羟基丙醛巧克力香烧糊的干酪味Pheα–甲基苯丙醛紫罗兰、玫瑰香紫罗兰、玫瑰香（3）非酶褐变产物的抗氧化作用随褐变反应生成醛、酮等还原性物质，它们对食品有一定抗氧化能力，尤其是防止食品中油脂的氧化较为显著。因此，自上世纪八十年代以来，美拉德产物(MRPs)抗氧化性引起广泛关注。Bedingbaus和Ockerman研究不同氨基酸与糖类的MRPs对冷藏的加工牛排脂类氧化抑制作用，结果发现，不同来源MRPs具有良好抑制脂类氧化作用。

Yamaguchi等将由木糖—甘氨酸的MRPs经sephadexG-l5分离出低分子量的类黑精，再进一步用sephadexG-50和G-l00分离，其中一部分类黑精的抗氧化能力在亚油酸中超过BHA、没食子酸丙酯等。

Yoshimura等通过电子自旋共振研究葡萄糖－甘氨酸系统MRPs对活性氧抑制作用，结果表明此模式下的MRPs可抑制90％以上以·OH形式存在的活性氧。（4）非酶褐变降低了食品的营养性a)、氨基酸的损失其中以含有游离ε-氨基的赖氨酸、碱性L-精氨酸和L-组氨酸对美拉德降解反应也很敏感b)、糖及Vc等损失可溶性糖及Vc有大量损失蛋白质上氨基如果参与了非酶褐变反应，其溶解度也会降低。c)、蛋白质营养性降低D、矿质元素的生物有效性也有下降（5）非酶褐变产生有害成分非酶褐变反应历程较为复杂，产生了大量的中间体或终产物，其中一些成分对食品风味的形成有重要的作用，但一些成分对食品的安全构成隐患。近几年来随着仪器分析手段的提高人们对有害成分的研究报道越来越多，推测食物中氨基酸和蛋白质生成了能引起突变和致畸的杂环胺物质；美拉德反应产生的典型产物D-糖胺可以损伤DNA；美拉德反应对胶原蛋白的结构有负面的作用，将影响到人体的衰老和糖尿病的形成。但由于非酶褐变反应的复杂性、中间体的不稳定性等原因，目前对非酶褐变产生的有害成分研究较为清楚只有丙烯酰胺。12．淀粉的水解淀粉中糖苷键在酸及酶的催化下可发生不同程度的随机水解。淀粉分子用酸进行轻度水解，只有少数的糖苷被水解，这个过程即为变稀，也称为酸改性或变稀淀粉。

商业上采用玉米淀粉为原料，应用α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶水解作用制成不同类型的糖浆。如生产高果糖玉米糖浆。淀粉转化为D-葡萄糖的程度（即淀粉糖化值）可用淀粉水解为葡萄糖当量（Dextroseequivalency,DE）来衡量，其定义是还原糖（按葡萄糖计）在玉米糖浆中所占的百分数（按干物质计）。DE与聚合度DP的关系式如下：

通常将DE＜20的水解产品称为麦芽糊精，DE为20～60的叫做玉米糖浆。

CornSyrup玉米淀粉糖浆CornStarchEnzymeHDCornSyrupHighGlucoseMaltoseDextrose+DextroseEquivalent(DE)=GramofReducingSugarGramofTotalSugarx100ThehighertheDE,generallythegreatertheglucosecontentincornsyrup.CornSyrup

%Glucose91443Maltose521232Triose13103Tetrose295

HighMaltoseSyrupLowDEHighDEPentose245512HighFructoseSyrupsGenerally:Glucose 50% Fructose 42% Maltose 1.5% Isomaltose 1.5% HigherSaccharides 5.0%GlucoseinSyrupFructoseGlucoseIsomerase13果胶物质的变化果胶主要聚集在细胞壁中，它与纤维素、半纤维素结合在一起构成细胞壁。它的变化与果实的成熟有不可分割的关系。果实增大期内果皮和果肉的水溶性果胶均出现明显上升，虽起伏较大但进入成熟期仍居较高，而对应原果胶均于果实增大前期居较高，中后期均趋下降。表明果实增大期内水溶性果胶处于一个相对活跃的动态变化之中，这可能与此期果胶酸钙的形成及原果胶和可溶性果胶之间的转换有关。进入成熟期原果胶在果胶酶作用下向可溶性果胶(如水溶性果胶)等形态转化从而致使果实原果胶含量的下降，伴随着果实的成熟软化。有研究报道，通过热处理可以抑制某些果实的后熟，提高贮藏品质，延长贮藏寿命。第六节亲水性多糖胶亲水多糖胶都是线性程度较高的链状高分子多糖，含有或不含有支链，支链很短，均匀或不均匀分布在主链上。构成这类多糖的糖基多为几种（如甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖等单糖及其相应的糖醛酸），可能是中性、碱性或酸性糖基，糖基中有或无荷电基团。链上扭曲、支链空组、静电斥力和键张力等使这些多糖分子的构象变化自由度减低，在局部有螺旋、卵形盒子等高级构象存在，不易结晶，总体呈无定形状态存在。由于分子展开程度较高，许多亲水基游离而暴露，所以分子亲水性高，具有较好的粘性，能与水结合形成胶体溶液，一般在低浓度下就可形成高粘度的水溶液，溶液呈现假塑性流体特性。CMC增稠剂冷冻保护剂乳化剂羧甲基纤维素结构和性质Carboxymethylcellulose-CH2COO-Highviscosity,non-gelling 甲基纤维素抗凝胶脱水收缩增加吸水持水减少脂肪吸收乳化剂甲基纤维素methylcellulose增稠、乳化、高温下可形成凝胶角叉胶（卡拉胶）Carageenan

Source:SeaweedgumStructure:LinearD-galactopyranosylchainwithalternating1,3and1,4links.

Someresidueshaveoneortwosulfateesterresidues.

Threebroadtypesofrepeatingstructure(i,k,andlcarageenan)FunctionalProperties:pHindependentthickening.Doublehelixformationinkoricarageenancanleadtogelation.k-carageenanindairyfoods卡拉胶（角叉胶）κλικ和ι结构相似都含有脱水半乳糖单元，λ不含脱水半乳糖单元KAPPA(25%SO4)nIOTA(30%SO4)nLAMBDA(35%SO4)Κ-卡拉胶的结构

（1→3）－α－D－半乳糖－（1→2）－β－D－3，6－脱水－半乳糖其中部分半乳糖的4位羟基被硫酸基取代(25%SO4)三种卡拉胶都是增稠剂、巧克力乳稳定剂、κ和ι可形成热可逆凝胶、三种卡拉胶在蛋白质等电点附近可与蛋白质共凝、在蛋白质等电点以上可稳定蛋白质瓜尔豆胶高粘度粘度不受酸度影响高浓度糖可降低粘度与小麦淀粉协同增粘o冷水可溶、在宽的pH范围稳定、良好的冻融稳定性、不形成凝胶主链：(1→4)-linkedβ-D-mannopyranose支链：1→

6-linkeda-D-galactopyranose分枝均匀，每两个甘露糖带一个半乳糖分枝HOLOCUSTBEANGUM

角豆胶引自Dr.DavidSmithFScN4111FoodChemistryTopic4-3

CARBOHYDRATESINFOODSGums

主链：(1→4)-linkedβ-D-mannopyranose支链：1→

6-linkeda-D-galactopyranose分枝不均匀，每3.5(2.8-4.5)个甘露糖带一个半乳糖分枝溶于热水、较低的粘性、分子间可行成氢键、阻碍冰晶形成、与卡拉胶复配可形成热可逆凝胶

藻胶AlginSource:Seaweedextract（从海藻中提取，市售产品为藻酸钠）FunctionalProperties:Viscousinaqueoussolution,gelsinthepresenceofCa2+(orlowpH).Gelsaretempstable

（在水中溶解形成粘液，与二价钙离子结合形成热稳定强的凝胶，在低pH溶液中形成凝胶或沉淀）PGA(propyleneglycolalginate)PGA（褐藻酸丙二醇酯）是藻胶的与环氧丙烷反应生成的衍生物（取代度约60％），它比藻胶在水中更稳定，适用于更宽的pH范围，形成的钙交联凝胶更柔软藻胶的结构

藻胶含有多聚古罗糖醛酸和多聚甘露糖醛酸片断(i.e.,aco-polymer)

b-D-mannopyranosyluronicacidand

(M)a-L-gulopyrasonicacid(G)黄原胶XanthangumSource:ProductofbacteriaXanthomonascampestris(黄杆菌)FunctionalProperties:Watersoluble,viscous,non-gelling.