食品化学课件碳水化合物

食品化学课件碳水化合物3.1Introduction引言一、碳水化合物的一般概念1.Definition碳水化合物

(Carbohydrates)

表达式Cx(H2O)y多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。第2页,共83页，2024年2月25日，星期天2.1Introduction引言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单位。单糖又分为醛糖和酮糖。葡萄糖、果糖、半乳糖2）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。蔗糖、麦芽糖、乳糖3）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。淀粉、糖原、纤维素第3页,共83页，2024年2月25日，星期天第二节单糖一、结构镜面

手性碳原子第4页,共83页，2024年2月25日，星期天一般单糖含有5~6个碳原子分为醛糖和酮糖第5页,共83页，2024年2月25日，星期天

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。第6页,共83页，2024年2月25日，星期天C4

差向异构C2

差向异构链式结构－醛糖第7页,共83页，2024年2月25日，星期天C5

差向异构链式结构－酮糖第8页,共83页，2024年2月25日，星期天

-与

-构型环状结构第9页,共83页，2024年2月25日，星期天

-与

-构型同侧异侧环状结构C1为手性碳原子，它有右侧两种端位异构第10页,共83页，2024年2月25日，星期天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

n-糖有n-2个手性碳原子

第11页,共83页，2024年2月25日，星期天三糖四糖五糖六糖C4差向异构C2差向异构D-n糖2（n-3）个异构体第12页,共83页，2024年2月25日，星期天L-糖：最高编号的手性C原子上的-OH在左边两种L-糖，具有生物化学作用第13页,共83页，2024年2月25日，星期天

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环状结构第14页,共83页，2024年2月25日，星期天二、糖苷定义：

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）第15页,共83页，2024年2月25日，星期天糖苷的基本概念Glycosides-Definition配基部分第16页,共83页，2024年2月25日，星期天

糖苷～功能特性

黄酮糖苷：具有苦味和其它风味和颜色

毛地黄苷：强心剂

皂角苷：起泡剂和稳定剂

甜菊苷：甜味剂第17页,共83页，2024年2月25日，星期天糖苷的类型O-糖苷S-糖苷N-糖苷第18页,共83页，2024年2月25日，星期天食品中不同类型糖苷简介

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。糖苷一般含有呋喃或吡喃糖环。糖苷配基糖苷的形成提高了配糖基的水溶性糖基第19页,共83页，2024年2月25日，星期天

O-糖苷的性质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(phenolicglycosides,

黄酮醇及黄酮化合物与糖结合所产生的糖苷。）第20页,共83页，2024年2月25日，星期天

N-糖苷糖+胺RNH2

氨基葡萄糖苷(N-糖苷)R=H肌苷5’-单磷酸盐

R=OH黄苷5’-单磷酸盐

R=NH2鸟苷5’-单磷酸盐第21页,共83页，2024年2月25日，星期天

N-糖苷的性质稳定性不如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Maillard褐变有些相当稳定

N-葡基酰胺、嘌呤、嘧啶例如肌苷、黄苷、鸟苷的5’-单磷酸盐风味增效剂第22页,共83页，2024年2月25日，星期天

S-糖苷糖+硫醇RSH硫葡萄糖苷（S-糖苷）糖基与糖苷配基之间有一硫原子芥菜子和辣根的组分另一类生氰糖苷，它们的降解会产生氢化物，有毒性。第23页,共83页，2024年2月25日，星期天1、氧化反应

在不同氧化条件下，糖类被氧化成不同产物

强氧化剂：

GCO2+H2OBr/H2O：

G葡萄糖酸脱水

－内酯

－内酯酮糖如F不发生此反应第24页,共83页，2024年2月25日，星期天

三、氧化反应溴水葡萄糖酸D-葡萄糖

δ-内酯

闭环是酯，加热后开环是酸内酯是一种温和的酸化剂

完全水解需要3h，随着水解不断进行，质子均匀缓慢地释放出来，pH逐渐下降，慢慢酸化

在豆制品中，形成三维网络结构，细嫩的凝胶结构在焙烤食品中作为膨松剂的一个组分

缓慢释放的H+与CO32-结合，缓慢释放CO2

与Ca2+Fe2+Zn2+结合，矿物质饮食补充剂第25页,共83页，2024年2月25日，星期天

强氧化剂：

GCO2+H2OBr/H2O：

G葡萄糖酸脱水内酯

浓硝酸：醛糖二元酸第26页,共83页，2024年2月25日，星期天

浓硝酸：醛糖二元酸第27页,共83页，2024年2月25日，星期天

强氧化剂：

GCO2+H2OBr/H2O：

G葡萄糖酸脱水内酯

浓硝酸：醛糖二元酸G氧化酶：G葡萄糖醛酸第28页,共83页，2024年2月25日，星期天氧化反应G氧化酶：G葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸的功能：有毒物质过多激素芳香物质＋G醛酸甙类排毒第29页,共83页，2024年2月25日，星期天还原反应双键加氢称为氢化。

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）

第30页,共83页，2024年2月25日，星期天保湿剂甜度为蔗糖50%不被微生物利用不依赖胰岛素Ni还原反应——山梨糖醇反应历程第31页,共83页，2024年2月25日，星期天甘露糖醇C2差向异构甜度为蔗糖的65%应用于硬糖、软糖和不含糖的巧克力中保湿性小，作为糖果的包衣第32页,共83页，2024年2月25日，星期天由半纤维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，治疗糖尿病还原反应——木糖醇第33页,共83页，2024年2月25日，星期天水解反应：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。C12H22O11+H20C6H12O6+C6H1206S右旋FG左旋转化糖H+第34页,共83页，2024年2月25日，星期天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-……形成己糖全部可能异构体果葡糖浆第35页,共83页，2024年2月25日，星期天例如：

HO—CH—CH—OHH—C—C—HH—CHCH—CHOH+H—CC—CHO+3H2OOHOH

O

五碳糖糠醛3、复合反应和脱水反应—与酸的作用六碳糖羟甲基糠醛糖果的黄色第36页,共83页，2024年2月25日，星期天酯化与醚化反应

酯化

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（马铃薯淀粉）、硫酸酯（卡拉胶）等羧酸酯蔗糖酯是一种很好的乳化剂卡拉胶中含有硫酸酯基（OSO3－），和酸性饮料中带正电荷的蛋白质结合，是一种很好的乳化、稳定剂第37页,共83页，2024年2月25日，星期天醚化

进一步改良功能性

如羧甲基纤维素钠，羟丙基淀粉

红藻多糖C3与C6间形成内醚（3,6-脱水环）

琼脂胶、卡拉胶

第38页,共83页，2024年2月25日，星期天非酶褐变1.氧化或者酶促褐变：氧与酚类物质在多酚氧化酶催化作用下的一种反应，例如水果的切片2.非氧化或者非酶促褐变：焦糖化美拉德第39页,共83页，2024年2月25日，星期天Maillard反应1.定义：还原糖（主要是葡萄糖）与游离氨基酸或氨基酸残基的游离氨基发生羰氨反应。2.反应三要素：含有氨基的化合物（一般是蛋白质）、还原糖和一些水。第40页,共83页，2024年2月25日，星期天色素：类黑精

风味化合物：如麦芽酚，乙基麦芽酚，异麦芽酚，吡喃酮，呋喃酮，内酯，羰基化合物，酸和酯类。

二氧化碳：通过同位素示踪法，发现斯特勒克降解反应在褐变反应体系中即使不是唯一的，也是主要的产生二氧化碳的来源。第41页,共83页，2024年2月25日，星期天Maillard反应的最适条件1）中等水分活度2）pH7.8~9.23)金属离子：Cu与Fe促进褐变

Fe（Ⅲ）>Fe（Ⅱ）

第42页,共83页，2024年2月25日，星期天糖的种类及含量

a.不饱和醛>饱和醛>酮。

b.五碳糖>六碳糖（10倍）。

c.单糖>双糖。

d.五碳糖：核糖>阿拉伯糖>木糖；六碳糖：半乳糖>甘露糖>葡萄糖。

e.还原糖含量与褐变成正比。影响美拉德反应的因素第43页,共83页，2024年2月25日，星期天氨基酸及其它含氨物种类

a.含S-S，S-H不易褐变。

b.有吲哚，苯环易褐变。

c.碱性氨基酸易褐变。e.胺类>氨基酸>蛋白质。温度

升温易褐变，低温抑制褐变。温度相差10℃，褐变速度相差3～5倍；大于30℃褐变快，小于20℃褐变慢；第44页,共83页，2024年2月25日，星期天水分

褐变需要一定水分，aw小于0.2能抑制褐变反应。中等水分活度有利于褐变反应。pH值

pH4—9范围内，随着pH上升，褐变上升；当pH≤4时，褐变反应程度较轻微；pH在7.8—9.2范围内，褐变较严重。

金属离子和亚硫酸盐

由于铁和铜催化还原酮类氧化，所以促进褐变，Fe3+>Fe2+，Na+无影响；亚硫酸盐抑制褐变。Ca

钙处理能抑制Maillard反应。第45页,共83页，2024年2月25日，星期天Maillard反应对食品品质的影响不利方面营养损失，特别是必须氨基酸损失严重。产生某些致癌物质。有利方面褐变产生深颜色及强烈的香气和风味，赋予食品特殊气味和风味。第46页,共83页，2024年2月25日，星期天

Maillard反应在食品加工的应用a.抑制Maillard反应

注意选择原料

如选氨基酸、还原糖含量少的品种；糖类一般选用蔗糖。

保持低水分

蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥剂。如SiO2等。第47页,共83页，2024年2月25日，星期天应用SO2

硫处理对防止酶褐变和非酶褐变都很有效。保持低pH值

常加酸，如柠檬酸，苹果酸。其它的处理热水烫漂除去部分可溶固形物，降低还原糖含量。冷藏库中马铃薯加工时回复处理。钙处理

如马铃薯淀粉加工中，加Ca(OH)2可以防止褐变，产品白度大大提高。第48页,共83页，2024年2月25日，星期天利用Maillard反应

在面包生产，咖啡，红茶，啤酒，糕点，酱油等生产中。产生特殊风味，香味

通过控制原材料、温度及加工方法，可制备各种不同风味、香味的物质。控制原材料

核糖+半胱氨酸：烤猪肉香味核糖+谷胱甘肽：烤牛肉香味第49页,共83页，2024年2月25日，星期天控制温度

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种香气第50页,共83页，2024年2月25日，星期天焦糖化反应直接加热糖或糖浆；热解反应引起糖分子脱水，双键引入糖环，产生不饱和环中间物；第51页,共83页，2024年2月25日，星期天

A.焦糖化反应产生色素的过程

糖经强热处理可发生两种反应分子内脱水向分子内引入双键，然后裂解产生一些挥发性醛、酮，经缩合、聚合生成深色物质。生成焦糖或酱色。环内缩合或聚合裂解产生的挥发性的醛、酮经—缩合或聚合—产生深色物质。第52页,共83页，2024年2月25日，星期天反应条件催化剂：铵盐、磷酸盐、苹果酸、延胡索酸、柠檬酸、酒石酸等。无水或浓溶液，温度150-200℃。第53页,共83页，2024年2月25日，星期天三种商品化焦糖色素蔗糖通常被用来制造焦糖色素和风味耐酸焦糖色素由亚硫酸氢胺催化应用于可乐饮料，酸性饮料生产量最大焙烤食品用色素糖与铵盐加热产生红棕色啤酒等含醇饮料用焦糖色素糖直接加热产生红棕色第54页,共83页，2024年2月25日，星期天焦糖色素是我国传统使用的天然色素之一，它无毒性，但近年发现加铵盐制成的焦糖含4-甲基咪唑，它对人体有害，所以食品卫生法规定其添加量≤200mg/kg。第55页,共83页，2024年2月25日，星期天第三节低聚糖

食品中重要的低聚糖

具有特殊功能的低聚糖

环状低聚糖第56页,共83页，2024年2月25日，星期天一、食品中重要的低聚糖低聚糖：由2－10个糖单位通过糖苷键链接的碳水化合物，较重要的低聚糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖等。第57页,共83页，2024年2月25日，星期天食品中重要的低聚糖－麦芽糖Maltose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

—1,4糖苷配基D-葡萄糖第58页,共83页，2024年2月25日，星期天D-半乳糖D-葡萄糖β-1,4糖苷配基食品中重要的低聚糖－乳糖Lactose牛乳中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第59页,共83页，2024年2月25日，星期天非还原性二糖α-葡萄糖和β-果糖头头相连具有极大的吸湿性和溶解性冷冻保护剂12食品中重要的低聚糖－蔗糖Sucrose第60页,共83页，2024年2月25日，星期天三糖

麦芽三糖、甘露三糖、蔗果三糖

聚合度为4～10的低聚糖

麦芽低聚糖、甘露低聚糖、低聚木糖食品中重要的低聚糖第61页,共83页，2024年2月25日，星期天具有特殊功能的低聚糖功能性食品

低热、低脂、低胆固醇、低盐、高纤维素低聚糖（寡糖）和短肽（寡肽）

具有特殊保健功能的低聚糖

低聚果糖、低聚木糖、甲壳低聚糖第62页,共83页，2024年2月25日，星期天具有特殊功能的低聚糖－低聚果糖分子式特点：

G-F-Fn（Glucose,Fructose）

G-F(蔗)G(葡)+G-F(蔗)+G-F-F(蔗果三糖)+G-F-F-F(蔗果四糖)+G-F-F-F-F(蔗果五糖)

果糖转移酶第63页,共83页，2024年2月25日，星期天具有特殊功能的低聚糖－低聚果糖21β-2,1GF2GF4GF3增殖双歧杆菌难水解，是一种低热量糖水溶性食物纤维抑制腐败菌，维护肠道健康防止龋齿生理活性：第64页,共83页，2024年2月25日，星期天具有特殊功能的低聚糖－低聚果糖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

米曲霉、黑曲霉第65页,共83页，2024年2月25日，星期天具有特殊功能的低聚糖－低聚木糖主要成分为木糖、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%

木二糖的分子结构β-1，4低聚木糖的特性：较高的耐热（100℃/1h）和耐酸性能（pH2～8）双歧杆菌所需用量最小的增殖因子代谢不依赖胰岛素，适用糖尿病患者抗龋齿第66页,共83页，2024年2月25日，星期天β-1,4水溶性D-氨基葡聚糖具有特殊功能的低聚糖－甲壳低聚糖D-氨基葡萄糖甲壳低聚糖的结构生理功能：降低肝脏和血清中的胆固醇提高机体的免疫功能增殖双歧杆菌

抗肿瘤作用，防治溃疡病等第67页,共83页，2024年2月25日，星期天环状低聚糖(Cyclodextrin)又名沙丁格糊精（SchardingerDextrin）或环状淀粉，由α-Ｄ-葡萄糖通过1,4-糖苷键首尾相连构成。聚合度为6,7,8,分别称为

,

,

环状糊精。N=6N=7N=8第68页,共83页，2024年2月25日，星期天食品行业:做增稠剂,稳定剂,提高溶解度（做乳化剂）,掩盖异味等等。保持食品香味的稳定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。保持天然食用色素的稳定如：虾黄素经CD的包接，提高对光和氧的稳定性。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。环状糊精的应用第69页,共83页，2024年2月25日，星期天第四节

多糖一、概述Introduction

Definition:超过10个单糖的聚合物为多糖

单糖的个数称为聚合度（DP-DegreeofPolymerization）

大多数多糖的DP为200-3000

纤维素的DP最大，达7000-15000第70页,共83页，2024年2月25日，星期天水的结合功能：做增稠剂，胶凝剂，澄清剂等一:

多糖的溶解性

多糖的溶解性:

多羟基，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

第71页,共83页，2024年2月25日，星期天二、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。

主要具有增稠和胶凝功能还控制流体食品与饮料的流动性质与质构以及改变半固体食品的变形性等0.25%～0.5%第72页,共83页，2024年2月25日，星期天线性分子，很高粘度支链分子，粘度较低占有空间碰撞频率多糖溶液的黏度与稳定性

第73页,共83页，2024年2月25日，星期天—直链多糖带电的，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、黄原胶及卡拉胶形成稳定高粘溶液

不带电，倾向于缔合、形成结晶

碰撞时形成分子间键，分子间缔合，重力作用下产生沉淀和部分结晶

淀粉老化多糖溶液的黏度与稳定性

第74页,共83页，2024年2月25日，星期天三、凝胶

三维网络结构氢键、疏水