食品化学碳水化合物部分

一、定义及分类按结构分按组成分直链多糖，支链多糖D-吡喃葡萄糖组成均匀多糖，非均匀多糖（杂多糖）

超过10个单糖的聚合物，是大分子聚合物，聚合度（DP）由10到几千，大多数多糖的DP为200～3000，纤维素7000～15000。常见多糖有淀粉，纤维素，半纤维素，果胶，瓜尔豆胶等。第一页1第二页，共61页。糖糖单元结构纤维素直链淀粉支链淀粉糖原海藻酸阿拉伯树胶D-葡萄糖β-(1-4)糖苷键D-葡萄糖α-(1-4)糖苷键D-葡萄糖α-(1-4)、α-(1-6)糖苷键D-葡萄糖α-(1-4)、α-(1-6)糖苷键D-葡萄糖,D-甘露糖酸,L-洛糖醛酸D-半乳糖,D-葡萄糖醛酸,L-鼠李糖,L-阿拉伯糖均多糖和杂多糖实例第二页2第三页，共61页。二、纤维素纤维素是通过β-D-(1−>4)糖苷键连接形成的。最基本单位是纤维二糖。14第三页3第四页，共61页。纤维素是直链结构，不像淀粉（有螺旋和支链结构），无螺旋和支链结构。纤维素是通过一条链上的OH与另一条链上的-O-形成氢键连接形成并行结构，使得纤维素具有较高的拉伸强度。第四页4第五页，共61页。纤维素是植物细胞壁的主要成分，也是海藻和卵菌的主要形式。植物中33%是纤维素，其中棉花中含有90%纤维素，木质中含有40-50%纤维素。大多数哺乳动物不能利用纤维素。动物中反刍动物和白蚁类能够消化纤维素。第五页5第六页，共61页。纤维素无色、无味，不溶于水和部分溶剂。纤维素可以在纤维素酶作用下水解为纤维糊精，在强酸或稀酸高温下才能彻底分解为葡萄糖。与淀粉相比，纤维素更易结晶化，在

320oC，25MPa压力下易变成无定形结构。第六页6第七页，共61页。纤维素功能：纤维素可以从木质材料和棉花中获得，用来制作木板和纸张。纤维素还可以用作粘合剂，如甲基化的纤维素、羧甲基化纤维素可以用作墙纸和粘合剂。纤维素来自非主食谷物可以用作高效的生物能源来源。如大麻、柳枝、杨树等。纤维素还可被转化为生物燃料，如生物酒精。第七页7第八页，共61页。三、改性纤维素1.羧甲基纤维素

CMC：易溶于水，有粘性，其钠盐可做增稠剂

可与蛋白质形成复合物，有助于蛋白质食品的增溶，在馅饼、牛奶、蛋糊及布丁中作增稠剂和粘接剂。在冰淇淋和其它冷冻食品中，可阻止冰晶的形成。防止糖果，糖浆中产生糖结晶，增加蛋糕等烘烤食品的体积，延长食品的货架期。应用第八页8第九页，共61页。2.甲基纤维素（MethylcelluloseMC）3.羟丙基甲基纤维素（HydroxypropylmethylcelluloseHPMC）优点：热胶凝性、保湿性好。用途：保湿剂、增稠剂、稳定剂。第九页9第十页，共61页。

4.微晶纤维素

用稀酸处理纤维素,可以得到极细的纤维素粉末，称为微晶纤维素。在疗效食品中作为无热量填充剂。第十页10第十一页，共61页。四、半纤维素(Hemicellulose)

一些与纤维素一起存在于植物细胞壁中的多糖物质总称。构成半纤维素单体的有：葡萄糖，果糖，甘露糖，半乳糖，阿拉伯糖，木糖，鼠李糖及糖醛酸。第十一页11第十二页，共61页。五、果胶

果胶物质是植物细胞壁成分之一，存在于相邻细胞壁间的胞间层中，起着将细胞粘在一起的作用，它使水果、蔬菜具有较硬的质地。结构：D-吡喃半乳糖醛酸以α-1,4苷键相连，通常以部分甲酯化存在。第十二页12第十三页，共61页。高甲氧基果胶（HM）：分子中超过一半的羧基是甲酯化的，余下的羧基是以游离酸及盐的形式存在，相当于甲氧基含量＞7%。低甲氧基果胶（LM，低果胶酯）：分子中低于一半的羧基是甲酯化型，相当于甲氧基含量≤7%。第十三页13第十四页，共61页。根据果蔬的成熟过程，分有三种形态：原果胶：(protopectin）未成熟的果实和蔬菜中高度甲酯化且不溶于水的果胶物质。只存在于植物细胞壁中，它使果实，蔬菜保持较硬的质地。果胶：(Pectin)

羧基不同程度甲酯化的果胶物质，存在于植物汁液中，成熟果蔬的细胞液内含量较多。果胶酸：(Pecticacid)

完全不含甲酯基的聚半乳糖醛酸，在细胞汁中与Ca2+、Mg2+

、K+

、Na+等矿物质形成不溶于水或微溶于水的果胶酸盐。第十四页14第十五页，共61页。未成熟果实细胞间含大量原果胶，与纤维素、木质素、半纤维素等在一起，组织坚硬。随着成熟的进程,原果胶在聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶的作用下，水解成分子量较小的可溶于水的果胶,并与纤维素分离,掺入细胞内、果实组织变软而有弹性。若进一步水解，则果胶发生去甲酯化，生成果胶酸。由于果胶酸不具有粘性，果实变成软疡的过熟状态。第十五页15第十六页，共61页。果胶是亲水性胶状物，其中HM在酸性（pH=2～3.5）、蔗糖含量60～65%的条件下会生成凝胶，而LM与糖、酸即使比例恰当也难以形成凝胶，但它在Ca2+

作用下可形成凝胶。机制蔗糖的作用——脱水以减少胶粒表面的吸附水。促进形成链状胶束，形成果胶分子间氢键。pH=2～3.5，阻止羧基离解，中和电荷，胶束结晶、凝聚而形成凝胶。第十六页16第十七页，共61页。商业上生产果胶：以桔皮和苹果渣为原料，在pH=1.5～3，温度60～100℃提取，再用离子（Al3+）沉淀纯化，使果胶形成不溶于水的果胶盐，用酸性乙醇洗涤除去离子。果酱和果冻的胶凝剂酸奶的水果基质，能阻止加热时酪蛋白聚集饮料和冰激凌的稳定剂与增稠剂第十七页17第十八页，共61页。六、魔芋葡甘露聚糖由D-甘露糖与D-葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成。魔芋葡甘露聚糖能溶于水，形成高黏度的假塑性溶液。其高亲水性、胶凝性和成膜性，用于制作魔芋食品和仿生食品（虾仁、肚片、鱿鱼等）、果冻、果酱、糖果、食品保鲜膜；在乳制品、冰激凌、肉制品和面包中作增稠剂和稳定剂。小肠内无此多糖的分解酶，故几乎不能被消化，可作减肥食品。第十八页18第十九页，共61页。七、膳食纤维膳食纤维是一种不能被人体消化的碳水化合物，由两部分组成。一部分是不溶性的植物细胞壁材料，主要是纤维素与木质素（复杂的酚类聚合物），另一部分是非淀粉的水溶性多糖，如果胶、树胶等。非水溶性纤维可降低罹患肠癌的风险，同时可经由吸收食物中有毒物质预防便秘，并且减低消化道中细菌排出的毒素。第十九页19第二十页，共61页。常见的食物中的大麦、豆类、胡萝卜、柑橘、亚麻、燕麦等食物都含有丰富的水溶性纤维。水溶性纤维可减缓消化速度和最快速排泄胆固醇，有助于调节免疫系统功能，促进体内有毒重金属的排出。可让血液中的血糖和胆固醇控制在理想的水平。第二十页20第二十一页，共61页。1.增强肠道功能，防止便秘膳食纤维体积大，可促进肠蠕动、减少食物在肠道中停留时间，其中的水份不容易被吸收。另一方面，膳食纤维在大肠内经细菌发酵，直接吸收纤维中的水份，产生通便作用。排便时间的缩短有利于减少肠内有害细菌的生长，并能避免胆汁酸大量转变为致癌物。第二十一页21第二十二页，共61页。2.控制体重、有利于减肥膳食纤维，特别是水溶性纤维，可以减缓食物由胃进入肠道的速度，并具有很强的吸水溶胀性能，吸水后膨胀,体积和重量增加10～15倍，从而产生饱腹感而减少能量摄入，降低膳食中脂肪的热比值，避免热能过剩而导致体内脂肪的过度积累,；在肠道内营养的消化吸收也下降，达到控制体重和减肥的作用。第二十二页22第二十三页，共61页。3.改善和预防糖尿病水溶性纤维可降低餐后血糖和血胰岛素升高反应。膳食纤维中的果胶可延长食物在胃肠内的停留时间，延长胃排空时间，降低葡萄糖的吸收速度，使人体进餐后的血糖值不会急剧上升，并降低人体对胰岛素的需求，从而有利于糖尿病病情的改善。第二十三页23第二十四页，共61页。4.预防结肠和直肠癌主要与致癌物质在肠道内停留时间长，和肠壁长期接触有关。增加膳食中纤维含量，使致癌物质浓度相对降低，加上膳食纤维有刺激肠蠕动作用，致癌物质与肠壁接触时间大大缩短。长期以高动物蛋白为主的饮食，再加上摄入纤维素不足是导致这两种癌的重要原因。第二十四页24第二十五页，共61页。5.降低血液胆固醇含量、预防心血管疾病高脂肪和高胆固醇是引发心血管疾病的主要原因。肝脏中的胆固醇经人体代谢而转变成胆酸，胆酸到达小肠以消化脂肪，然后胆酸再被小肠吸收回肝脏而转变成胆固醇。膳食纤维在小肠中能形成胶状物质，如“果胶”可结合胆固醇，“木质素”可结合胆酸，从而将胆酸包围，被膳食纤维包围的胆酸便不能通过小肠壁被吸收回肝脏，而是通过消化道被排出体外。肝脏只能靠吸收血液中的胆固醇来补充消耗的胆酸，从而就降低了血液中的胆固醇。第二十五页25第二十六页，共61页。糙米、玉米、小米、大麦、小麦皮（米糠）和麦粉（黑面包的材料）等杂粮根菜类和海藻类中食物纤维较多，如胡萝卜、四季豆、豌豆、薯类等过多的摄食膳食纤维会致腹部不适，如增加肠蠕动和增加产气量，影响其他营养素如蛋白质的消化和钙、铁的吸收。第二十六页26第二十七页，共61页。八、糖原存在于动物体内，又称动物淀粉其结构类似于支链淀粉只是糖原的分支更多，分子量更大。当动物血液中葡萄糖含量较高时，就会结合成糖原储存于肝脏中。当葡萄糖含量降低时，糖原就可分解成葡萄糖而供给机体能量。第二十七页27第二十八页，共61页。通过α-(1−>4)和

α-(1->6)连接形成的。

4116第二十八页28第二十九页，共61页。九、多糖的功能1.调整粘度(Viscositycontrol)2.改善质构(Texturecontrol)3.用作乳化剂(Emulsifyingagent)4.用作保水性(Water-bindingcapacity)5.用作稳定剂(Stabilizer)第二十九页29第三十页，共61页。第四节淀粉淀粉是大多数植物的主要储备物，主要存在于植物的种子、根和茎中。是很多的植物组分之一。它也是人类营养最重要的碳水化合物来源。制备淀粉所用的原料来源主要有玉米、小麦、马铃薯、甘薯等农作物，此外，豆类、藕也用作淀粉生产的原料。一、来源第三十页30第三十一页，共61页。二、淀粉粒淀粉是植物的主要贮备碳水化合物。淀粉主要是以淀粉颗粒(granules)的形式存在。无定型区结晶区直链淀粉支链淀粉第三十一页31第三十二页，共61页。淀粉粒的特性淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒。形状：圆形、椭圆形、多角形等。大小：0.001~0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最大，大米淀粉颗粒最小。形状和大小均随植物的品种而改变第三十二页32第三十三页，共61页。三、分类淀粉包括直链淀粉(amylose)和支链淀粉(amylopectin)。淀粉包括天然淀粉(nativestarch)和改性淀粉(modifiedstarch)。普通淀粉含有20%-39%的直链淀粉，有的玉米新品种中直链淀粉含量可达50%-85%称为高直链淀粉玉米。有些淀粉仅由支链淀粉组成。如糯玉米、糯米淀粉等。第三十三页33第三十四页，共61页。1.直链淀粉Amylose葡萄糖以

-1,4糖苷键连接而成的线性聚合物。聚合度：数百～数千；相对分子质量约为106左右；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。第三十四页34第三十五页，共61页。大多数含有0.3%～0.5%的

-D-1,6糖苷键。大多数淀粉含有25%左右的直链淀粉。个别高直链玉米淀粉的直链含量能达到52%及70%～75%。直链淀粉在水溶液中通常以三种形式存在：一是分子呈弯曲性非常大的无规则线团结构；二是间断式螺旋结构；三是螺旋形式存在。第三十五页35第三十六页，共61页。2.支链淀粉Amylopectin

支链淀粉是一种高度分支的大分子。葡萄糖通过

-1,4糖苷键连接构成主链，支链通过

-1,6糖苷键与主链连接；聚合度数万；分子量很大，107~5

108分支点

-1,6糖苷键占总糖苷键的4%～5%。第三十六页36第三十七页，共61页。大多数淀粉含有75%的支链淀粉（口感好）。含有100%支链淀粉称为蜡质淀粉。马铃薯淀粉含有磷酸酯基，因此略带负电，在温水中快速吸水膨胀，使其具有高粘度、透明度好以及老化速率慢的特性。第三十七页37第三十八页，共61页。特点直链淀粉支链淀粉形式连接单位分子量直链(Linear)α-(1,4)200-2,000105-106支链(Branched)α-(1,4);α-(1,6)高达2,000,0001×107-5×108第三十八页38第三十九页，共61页。四、淀粉的主要性质1、淀粉的溶解性淀粉分子间形成的氢键众多，导致淀粉分子间作用力较强，在一般条件下无法破坏这些作用力，淀粉颗粒不溶于冷水。将干燥的淀粉放入冷水中，水分子进入淀粉粒的内部，在非结晶区同一些亲水基团作用，淀粉粒就会因吸收少量的水而产生溶胀作用，但不能破坏淀粉结晶的完整性。第三十九页39第四十页，共61页。马铃薯淀粉由于含有较多的磷酸基、颗粒较大，所以内部结构较松弛，溶解度相对较高。玉米淀粉由于颗粒小、结构致密、同时含有较多的脂类化合物，抑制了淀粉的膨胀和溶解，溶解度相对较低。第四十页40第四十一页，共61页。提高淀粉溶解性的三种途径：（1）引入一些亲水基团，增加淀粉分子与水分子间的相互作用，如化学改性淀粉；（2）改变淀粉分子的结构方式，破坏淀粉粒，使原有的结晶区不存在，如预糊化淀粉；（3）将淀粉水解，使分子变小、破坏淀粉的结构，如糊精。第四十一页41第四十二页，共61页。2、化学性质无还原性直链淀粉遇碘呈蓝色，加热则蓝色消失，冷后呈蓝色。支链淀粉遇碘呈紫红色第四十二页42第四十三页，共61页。鉴定(Determination）定性分析直链淀粉碘离子蓝色红色支链淀粉分光光度仪第四十三页43第四十四页，共61页。3.淀粉糊化淀粉糊化机理：淀粉粒是由众多的葡萄糖分子组成的“胶束”集合体，这些“胶束”集合体分子之间的吸引力很强，水分很难进入胶束中，故淀粉不溶于冷水。当温度升高至一定程度时，由于温度增高，胶束分子运动的功能超过了“胶束”分子间的引力时，胶束破裂，破裂的胶束分子便向各方面散乱展开，水分子大量的进入胶束中，扩展开来的胶束分子相互连接成一个网状的含水胶体，这便是糊化。特点：淀粉颗粒体积变大双折射(birefringence)现象消失澄清度提高黏度和稠度显著提高第四十四页44第四十五页，共61页。扫描电镜图片第四十五页45第四十六页，共61页。分子结构直链淀粉分子间存在的作用相对较大，直链淀粉含量高，淀粉难糊化；水活度Aw提高，糊化程度提高；糖和盐高浓度的糖和盐，使淀粉糊化受到抑制；高浓度的糖可推迟糊化，提高糊化温度。糖分子一方面与淀粉分子争夺水分子；另一方面阻碍淀粉分子分开。影响淀粉糊化的因素第四十六页46第四十七页，共61页。脂类脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋环内，不易从螺旋环中浸出，并阻止水渗透入淀粉粒，从而抑制淀粉糊化；pH值大多数食品的PH在4－7，pH<4时，淀粉水解为相对分子量较小的糊精而黏度降低，不利于糊化；对于高酸食品，为提高粘度和增稠，需采用交联淀粉（改性淀粉，分子大，粘度大）或加糖。PH=10时糊化加快，但对食品没有意义。有人在煮粥时加少量碱，可加速糊化，但从营养角度上是不科学的。第四十七页47第四十八页，共61页。淀粉酶：淀粉原料中的内源淀粉酶较耐热，糊化初期由于温度、水分适合致使酶发生催化作用，淀粉部分降解（稀化），使糊化加速。新米较陈米稠汤好煮，就是因为前者酶活性高。第四十八页48第四十九页，共61页。4.淀粉老化淀粉老化机理：原淀粉（也称为β淀粉），胶束之间以葡萄糖的OH基相结合，加水糊化，并经冷却后，在游离水的存在下，容易引起以水分子为中心的“H”的结合，即发生“老化”。随着淀粉的“老化”，淀粉胶束又重新排列，接近于原有淀粉的结构状态，但不可能复原成原有淀粉的状态，其晶化程度要低于原淀粉。

淀粉糊冷却或贮藏时，淀粉分子通过氢键相互作用的再缔合产生沉淀或不溶解的现象，称为淀粉的老化。第四十九页49第五十页，共61页。

实质是糊化后的淀粉分子又自动排列成序，形成高度致密的、结晶化的、不溶解性分子微束，分子间的氢键又恢复。第五十页50第五十一页，共61页。淀粉的老化是糊化的逆转，但老化不会使淀粉彻底复原成生淀粉的结构，与生淀粉相比，结晶化程度低。老化的淀粉与水失去亲和力，不易为淀粉酶水解，严重影响食品的质地。淀粉的凝沉作用，在固体状态下也会发生，如冷却的馒头、面包或米饭，放置一定时间后，便失去原来的柔软性，也是由于其中的淀粉发生了凝沉作用。第五十一页51第五十二页，共61页。影响淀粉老化的因素1、温度

2-4℃易老化；

>60或<-20℃不易老化；-20℃以下，淀粉分子间的水分急速、深度冻结，形成微小冰晶，阻碍淀粉分子间的靠近。2、水分含水量30~60%，易老化；

<10%或过高均不易老化（淀粉分子难以流动、定向，或较高水分阻止淀粉分子间的氢键、靠近）。第五十二页52第五十三页，共61页。3、结构直链淀粉比支链淀粉易老化，由于直链淀粉空间位阻小、分子直链，易平行定向靠拢而相互结合（氢键），更易老化。中等聚合度较长链易老化。4、共存物的影响

极性脂类和乳化剂可抗老化（可与恢复螺旋结构的直链淀粉形成包合物）多糖（果胶例外）、蛋白质等亲水大分子，可与淀粉竞争水分子及干扰淀粉分子平行靠拢，从而起到抗老化作用。第五十三页53第五十四页，共61页。在食品加工中防止淀粉老化的一种有效地方法：就是将淀粉（或含淀粉的食品）糊化后，在80℃的高温迅速除去水分，或冷至0℃以下迅速脱水。这样淀粉分子已不能移动和相互靠近，成为固定的

-淀粉。

-淀粉加水后，因无胶束结构，水容易进入，淀粉分子迅速吸水，容易重新糊化。第五十四页54第五十五页，共61页。5.凝胶化凝胶化：一定浓度的淀粉糊化液，在缓慢冷却的过程中可形成具粘