碳水化合物课件2

碳水化合物碳水化合物在食品中的作用

碳水化合物是食品的重要成分，它广泛存在于绿色植物，占植物体干重的50～80％。1.碳水化合物是人和动物主要供能物质，是构成食品的主要成分；2.低分子糖类可作为甜味剂；3.大分子糖类物质能形成凝胶、糊或作为增稠剂、稳定剂。4.碳水化合物还是食品在加工过程中产生香味和色素的前体。3.l单糖

(Monosaccharides)

单糖是结构最简单的碳水化合物，分为醛糖和酮糖。单糖若含有另一个羰基则称为二醛糖(二个醛基)或二酮糖(二个酮基)。糖的羟基被氢原子或氨基取代，可分别生成脱氧糖和氨基脱氧糖。

除赤藓糖(丁糖)外，单糖分子均以环状结构存在。单糖溶解于水时，开链式与环状半缩醛逐渐达到平衡状态，于是溶液中有很少量的开链式单糖存在。3.1.1单糖的构象

吡喃糖具有两种不同的构象，椅式或船式。

许多己糖主要以相当坚硬的椅式存在，如葡萄糖的四种椅式构象，其中以β一D一葡萄糖(4C1)和α一D一葡萄糖(1C4)最为稳定。以船式存在的己糖较少，因为船式结构较易变形并且能量较高。还有其它形式，例如半椅式和扭曲排列，但这些形式都具有较高的能量，不常遇到。

一般来说，最稳定的环状构象是所有的或大多数的庞大基团处在平伏键的位置，而最小的环取代基(氢)是处在直立键的位置。

呋喃糖是一种比吡喃糖稳定性差的环状体系，它是以所谓的信封形式和扭转形式的快速平衡混合物存在的。

几种D-醛糖的结构式（C6）几种D-酮糖的结构式（C6）

3.1.2单糖的物理性质

1甜度甜度甜味是糖的重要性质，甜味的高低用甜度来表示。甜度目前还不能用一些理化方法定量测定，只能采用感官比较法，因此所获得的数值只是一个相对值。甜度通常是以蔗糖为基准物，一般以5%或10%的蔗糖水溶液在20℃时的甜度为1.0，其他糖在同一条件下与其相比较所得的数值，由于这种甜度是相对的，所以又称为比甜度。

一些单糖的比甜度糖类名称比甜度糖类名称比甜度蔗糖1.0β-D-果糖1.5α-D-葡萄糖

0.7α-D-甘露糖

0.6α-D-半乳糖0.3α-D-木糖

0.5甜味是由物质的分子结构所决定的。糖都有甜味，绝大多数低聚糖也有甜味，多糖则无甜味。糖甜度的高低与糖的分子结构、分子量、分子存在状态有关，也受到糖的溶解度、构型及外界因素的影响，优质糖应具备甜味纯正，甜度高低适当，甜感反应快，无不良风味等特点。2溶解度2溶解度2溶解度

单糖分子中的多个羟基增加了它的水溶性，但不能溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。各种单糖的溶解度不同，果糖的溶解度最高，其次是葡萄糖。温度对单糖的溶解过程和溶解速度具有决定性的影响。随温度升高，单糖的溶解度增大，两种单糖的溶解度见表两种单糖的溶解度糖类20℃30℃40℃50℃浓度溶解度浓度溶解度浓度溶解度浓度溶解度%g/100g水%g/100g水%g/100g水%g/100g水果糖葡萄糖78.94374.7881.54441.7084.34538.6386.94665.58

46.7187.6754.64120.4661.89162.3870.91243.76

糖的溶解度大小还与其水溶液的渗透压密切相关，进而影响对糖制食品的保存性。在糖制品中，糖浓度只有在70%以上才能抑制霉菌、酵母的生长。在20℃时，单独的果糖、蔗糖、葡萄糖最高浓度分别为79%、66%、50%，故只有果糖在此温度下具有较好的食品保存性，而单独使用蔗糖、葡萄糖均达不到防腐、保质的要求。3旋光性3旋光性旋光性是一种物质使直线偏振光的振动平面发生旋转的特性。旋光方向以符号表示：右旋为D-或（+），左旋为L-或（－）。旋光性是鉴定糖的一个重要指标。除丙酮糖外，其余单糖分子结构中均含有手性碳原子，故都具有旋光性。

糖的比旋光度是指1ml含有1g糖的溶液在其透光层为0.1m时使偏振光旋转的角度，通常用[α]λt表示。t为测定时的温度，λ为测定时的波长，一般采用钠光，用符号D表示。各种糖在20℃（钠光）时的比旋光度值[α]D20

糖类名称比旋光度糖类名称比旋光度D-葡萄糖+52.2°D-果糖-92.4°D-半乳糖+80.2°D-甘露糖+14.2°D-阿拉伯糖-105.0°D-木糖+18.8°L-阿拉伯糖+104.5°4吸湿性、保湿性与结晶性4吸湿性、保湿性与结晶性吸湿性是指糖在湿度较高的情况下吸收水分的性质。保湿性是指糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质。这两种性质对于保持食品的柔软性、弹性、贮存及加工都有重要意义。各种糖的吸湿性不同，以果糖、果葡糖浆的吸湿性最强，葡萄糖、麦芽糖次之，蔗糖吸湿性最小。生产面包、糕点、软糖等食品时，宜选用吸湿性强、保湿性强的果糖、果葡糖浆等，而生产硬糖、酥糖及酥性饼干时，以用蔗糖为宜。3.1.3单糖的化学性质

一、碱的作用

糖在碱性溶液中不稳定，易发生异构化和分解等反应。碱性溶液中糖的稳定性受许多因素的影响，如糖的种类和结构，碱的种类和浓度，作用时间和温度等。1.烯醇化作用和异构化作用

用稀碱处理单糖，能形成某种差向异构体的平衡体系，例如，用稀碱处理D一葡萄糖，就得到D一甘露糖和D一果糖三种物质的平衡混合物。这种转化是通过烯醇式中间体完成的。

由于果糖的甜度超过葡萄糖的一倍，故可利用异构化反应，以碱性物质处理葡萄糖溶液或淀粉糖浆，使一部分葡萄糖转变成果糖，提高其甜度。这种糖液称为果葡糖浆。但是用稀碱进行异构化，转化率较低，只有2l一27％，糖分约损失10～15％，同时还生成有色的副产物，影响颜色和风味，精制也较困难，所以工业上未采用。

1957年发现异构酶能催化葡萄糖发生异构化反应而转变成果糖，这为工业生产果葡糖浆开辟了新途径。2.糖精酸的生成

碱的浓度增高、加热或作用时间延长，糖便发生分子内氧化还原反应与重排作用生成羧酸，此羧酸的总组成与原来糖的组成没有差异，此酸称为糖精酸类化合物。糖精酸有多种异构体，因碱浓度不同，产生不同的糖精酸。

3.分解反应

在浓碱作用下，糖发生分解反应，产生较小分子的糖、酸、醇和醛等化合物。此分解反应因有无氧气或其它氧化剂的存在而不相同。己糖受碱的作用，发生连续烯醇化，生成l,2-、2,3-和3,4-烯二醇，这些烯二醇在氧化剂的存在下，于双键处裂开，生成含有1,2,3,4和5个碳原子的分解物。

二、酸的作用1.强酸中的反应：

单糖在稀无机酸作用下发生糖苷水解逆反应生成糖苷，即分子间脱水反应，产物包括二糖和其它低聚糖，如葡萄糖主要生成异麦芽糖和龙胆二糖。这个反应是很复杂的，除要生成α一和β一1，6键二糖外，还有微量的其它二糖生成。

2.弱酸(有机酸)中的反应

糖受弱酸和热的作用，易发生分子内脱水反应，生成环状结构体，如戊糖生成糠醛，糖生成5一羟甲基糠醛。己酮糖较己醛糖更易发生这种反应。戊糖经酸作用生成糠醛的反应如图：

戊糖经酸作用脱掉三分子的水，生产糠醛的反应进行得比较完全，同时产物也相当稳定。三、

氧化反应

糖是多羟基醛或酮，在不同氧化条件下，糖类可被氧化成各种不同的产物。1.在溴水中醛糖的醛基会被氧化成羧基而生成糖酸。糖酸加热很容易失水而得到或γ一内酯或δ—内酯。葡萄糖酸与钙离子形成葡萄糖酸钙，葡萄糖酸钙可作为口服钙的饮食补充剂。酮糖与溴水不起作用，利用这个反应可以区别醛糖与酮糖。

2.用浓硝酸这种强氧化剂与醛糖作用时，它的醛基和伯醇基都被氧化，生成具有相同碳数的二元酸，如半乳糖氧化后生成半乳糖二酸。半乳糖二酸不溶于酸性溶液，而其它己醛糖氧化后生成的二元酸都能溶于酸性溶液，利用这个反应可以区别半乳糖与其它己醛糖。

3.酮糖在强氧化剂作用下，在酮基处作裂解，生成草酸和酒石酸。

4.葡萄糖在氧化酶作用下，可以保持醛基不被氧化，仅是第六碳原于上的伯醇基被氧化生成羧基而形成葡萄糖醛酸。生物体内某些有毒物质，可以和D一葡萄糖醛酸结合，随尿排出体外，从而起到解毒作用。四、还原作用

单糖类的羰基在一定条件下可被还原成羟基，常用的还原剂有钠汞齐和硼氢化钠(NaBH4)。如D一葡萄糖还原后可得到山梨醇，木糖经还原可以得到木糖醇。山梨醇可用于制取抗坏血酸，亦可用于食品和糖果的保湿剂，木糖醇可以代替蔗糖作为糖尿病患者的疗效食品。国外已广泛用木糖醇制造糖果、果酱、软饮料等食品，目前已有大规模的工业化生产，是直接通过催加加氢而生产的。五美拉德反应美拉德反应（Maillardreaction）又称羰氨反应，即指羰基与氨基经缩合、聚合生成类黑色素的反应。许多食品在加工和贮藏中的褐变，就是从美拉德反应开始的。

3.2低聚糖(Oligosaccharides)

低聚糖含义：单糖能形成糖苷，由2～10个单糖残基以糖苷键结合而成的糖类称为低聚糖。自然界存在的低聚糖其聚合度均不超过6个单糖残基，其中食品中最重要的是双糖类中的蔗糖、麦芽糖和乳糖。双糖分为还原性和非还原性双糖。二个单糖分子的半缩醛羟基之间形成糖苷键，结合成非还原性双糖；一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的醇羟基构成糖苷键则生成还原性双糖。前者称糖基苷，后者称为糖基糖。

双糖相对于它们的单体成分又可以分为均匀的和非均匀的。所谓均匀是指单糖体成分相同；当单糖体成分不相同时则称为非均匀。从D一葡萄糖所得的均匀二糖有纤维二糖、麦芽糖、异麦芽糖、龙胆二糖和海藻糖；非均匀二糖有蔗糖、乳糖等。1结构和命名

3.2.1结构和命名

低聚糖通过糖苷键结合，即醛糖C1（酮糖则在C2）上半缩醛的羟基（-OH）和其他单糖分子的羟基经脱水，通过缩醛方式结合而成。糖苷键有α和β构型之分，结合位置有1→2、1→3、1→4、1→6等。低聚糖的命名通常采用系统命名法。即用规定的符号D或L和α或β分别表示单糖残基的构型；用阿拉伯数字和箭头（→）表示糖苷键连接碳原子的位置和方向，其全称为某糖基（X→Y）某醛（酮）糖苷，X，Y分别代表糖苷键所连接的碳原子位置。如麦芽糖的系统名称为α-D-吡喃葡萄糖基（1→4）-D-吡喃葡萄糖苷；蔗糖的系统名称为α-D-吡喃葡萄糖基（1→2）-β-D-呋喃果糖苷；乳糖的系统名称为β-D-吡喃半乳糖基（1→4）-D-吡喃葡萄糖苷。3.2.2结构和构象

低聚糖的糖残基单位几乎全部是己糖构成的，除果糖为呋喃环结构外，葡萄糖、甘露糖和半乳糖等均是吡喃环结构。低聚糖也存在分支，一个单糖分子同二个糖残基结合可形成三糖分子结构，它主要存在于多糖类支链淀粉和糖原的结构中。

低聚糖的构象：主要靠氢键维持稳定，纤维二糖、麦芽糖、蔗糖、乳糖的构象如下：

3.2.3低聚糖的性质

1.水解

低聚糖如同其它糖苷一样易被酸水解，但对碱较稳定。蔗糖水解叫做转化，生成等摩尔的葡萄糖和果糖的混合物称为转化糖(invertsugar)。蔗糖的旋光度为正值，经过水解后变成负值,因为水解产物葡萄糖的比旋光[α]D=+52.7˚，而果糖的比旋光度[α]D=一92.4˚，所以蔗糖水解物的比旋光度为一19.8˚。从还原性双糖水解引起的变旋光性可以知道异头碳的构型，因为α一异头物比β—异头物的旋光率大，β一糖苷裂解使旋光率增大，而α一糖苷裂解却降低旋光率。

麦芽糖α→2D－葡萄糖

[α]D=+130°[α]D=52.7°纤维二糖（β）→2D－葡萄糖

[α]D=+34.6°[α]D=+52.7°

2.氧化还原性

还原性低聚糖，由于其含有半缩醛羟基，因此，可以被氧化剂氧化生成糖酸，也可被还原剂还原成醇。而非还原性的低聚糖，如蔗糖、半乳糖，则不具有氧化一还原性。

3.2.4人工合成的低聚糖

一、环状糊精(cyclodextrin)概念：是一种人工合成的低聚糖，它又名沙丁格糊精(schardinger—dextrin)，是由D-葡萄糖残基以α-1，4糖苷键连接而成的环状低聚糖，聚合度有6,7,8三种，分别称为α-，β-，γ-环状糊精。

环状糊精是软化芽孢杆菌(Bacitlusmacerans)作用于淀粉所形成的产物，为白色粉末状结晶，熔点300—350℃。上世纪70年代中期已开始出品生产，并得到广泛应用。Β-状糊精是食品工业中应用较多的一种。二、环状糊精的结构：如图2．1所示，圆筒上部的广口排列着12个C2，C3羟基，底部狭窄处有6个C6羟基。因而从整体上看环状糊精是亲水的，但是，由于环的内侧被C-H所覆盖，与外侧羟基相比有较强的疏水性。当溶液中同存在亲水和疏水物质时，疏水物质则被环内疏水基团吸附而形成包含化合物。

三、环状糊精的作用

与胶体微相比，在结构上环状糊精对物质的吸附能力明显要高得多，并且还能作为复杂酶的基质被应用。由于环状糊精结构上的特性，在食品加工和保藏上：1.可用作保香、保色、减少维生素损失；2.对油脂起乳化作用，对易氧化和易光解的物质起保护作用，如萜烯类香料和天然素易挥发和光解，若添加环状糊精进行包接，则可起到保护作用；3.环状糊精还可去苦味和异味，如对柑桔罐头中橙皮苷的抑制等等。3.4食品多糖(Polysaccharidesinfoods)2.3.1概述

1.概念：糖基单位数在10个以上的属于多糖，多糖的糖基单位数大多在100以上，甚至1000个左右。多糖可由一种糖基单位或由几种糖基单位构成，分别称为同聚糖和杂聚糖。单糖分子相互间可连接成线性结构(如纤维素和直链淀粉)或带支链结构(支链淀粉、糖原、瓜尔聚糖)，支链多糖的分支位置和支链长度因种类不同存在很大差别。

多糖与单糖、低聚糖在性质上有较大差别。它们一般不溶于水，无甜味，不具有还原性。它经酸或酶水解时，可以分解为组成它的结构单糖，中间产物是低聚糖。它被氧化剂和碱分解时，反应一般是复杂的，但不能生成其结构单糖，而是生成各种衍生物和分解产物。

多糖具有大量羟基，因而多糖具有较强的亲水性，除了高度有序、具有结晶的多糖不溶于水外，大部分多糖不能结晶，易于水合和溶解。多糖（亲水胶体或胶）主要具有增稠和胶凝的功能，此外还能控制流体食品与饮料的流动性质与质构以及改变半流体食品的变形性等。一些多糖还能形成海绵状的三维网状凝胶结构，这种具有粘弹性半固体凝胶具有多功能用途，它可作为增稠剂、泡沫稳定剂、稳定剂、脂肪代用品等。

很多多糖具有某种特殊生理活性，如真菌多糖等。许多研究表明，存在于香菇、银耳、金针菇、灵芝、云芝、猪苓、茯苓、冬虫夏草、黑木耳、猴头菇等大型食用或药用真菌中的某些多糖组分，具有通过活化巨噬细胞来刺激抗体产生等而达到提高人体免疫能力的生理功能。这些多糖由于具备比从动物血液中提取的免疫球蛋白更大的适用性而日益受到人们的重视。此外，其中大部分还有很强烈的抗肿瘤活性，对癌细胞有很强的抑制力。一些多糖还具有抗衰老、促进核酸与蛋白质合成、降血糖和血脂、保肝、抗凝血等作用。因此，真菌多糖是一种很重要的功能性食品基料，某些已被作为临床用药。2.多糖的构象：

多糖的链构象是由单糖的结构单位构象、糖苷键的位置和类型来确定的。

伸展或拉伸螺条型构象是1,4-连接的β-D-毗喃葡萄糖残基的特征，例如纤维素，这是由于单糖残基的键呈锯齿形所引起的，而且链略微缩短或压缩，这样就会使邻近残基间形成氢键，以维持构象的稳定。

折叠螺条型构象，例如果胶和海藻酸盐，它们都以同样的折叠链段存在。果胶链段是由l,4连接的α-D-吡喃半乳糖醛酸单位组成，海藻酸盐链段由1,4-α-L-吡喃古洛糖醛酸单位构成，此结构因Ca2+保持稳定构象。3.多糖的作用（1）多糖广泛且大量分布于自然界，是构成动、植物体结构骨架的物质，如植物的纤维素、半纤维素和果胶，动物体内的几丁质、粘多糖。（2）某些多糖还可作为生物的代谢贮备物质而存在，像植物中的淀粉、糊精、菊糖，动物体内的糖原。（3）多糖是水的结合物质，例如琼脂、果胶和海藻酸，以及粘多糖都能结合大量的水，可作为增稠剂或凝胶凝结剂。

（4）多糖还可用作乳浊液和悬浮液的稳定剂，用以制成膜或防止食品变质的涂布层。

其凝胶机理如下：

当多糖分子溶于水时，由于多糖分子之间氢键的作用（见图2-2），须经剧烈搅拌或加热处理，破坏多糖分子间氢键，使多糖分子上的羟基能与水分子作用，形成水层，从而达到溶解或分散的目的。当这种水合多糖分子在溶液中盘旋时，水层发生重新组合或被取代，结果多糖分子会形成环形、螺旋形甚至双螺旋形；若数个多糖分子链间部分形成氢键而成胶束(micelles)，若许多多糖分子在不同地方生成胶束，则成了包有水分的多糖三维构造，称为凝胶(gel)。多糖分子与水之间的这种作用，使其在食品加工中可作为增稠剂或凝胶凝结剂，如海藻酸盐、淀粉、果胶瓜尔豆胶等便属于这一类多糖。

多糖分子间的氢键结合3.4.2常见的食品多糖一、淀粉（来源、组成、化学性质）

淀粉作为储存的碳水化合物，广泛分布于各种植物器官，是许多食品的组成成分，也是人类营养最重要的碳水化合物来源。（一）来源：淀粉的生产原料来源于玉米、小麦、马玲薯、甘薯等农作物，此外，粟、稻和藕也常用作淀粉加工的原料。（二）组成和结构：淀粉在植物组织中以独立的淀粉颗粒存在，淀粉在加工中，如磨粉、分离纯化及淀粉的化学修饰，皆能保持其完整；但淀粉糊化时被破坏。

1.淀粉粒由二种葡聚糖组成，即直链淀粉和支链淀粉。大多数淀粉含20～39％的直链淀粉，新玉米品种含直链淀粉可达50-80％；普通淀粉粒含70-80％支链淀粉，而糯玉米或糯粟含支链淀粉近100％。此外，糯米、糯稻米和糯高梁等谷物中支链淀粉的含量也很高。

2.淀粉颗粒内有结晶区和无定形区之分。结晶区分子排列有序，无定形区分子呈无序排列。（1）直链淀粉的结构

直链淀粉是由葡萄糖以α-1,4糖苷键缩合而成的，用不同方法测得的直链淀粉的虎子量为3.2×104～1.6×lO5，甚至更大，聚合度为100～6,000之间，一般为几百。直链淀粉在水溶液中并不是线型分子，而是由分子内的氢键作用使之卷曲成螺旋状，每个环转含有6个葡萄糖残基(图2.3)。（2）支链淀粉的结构

支链淀粉也是由葡萄糖组成的，但葡萄糖的连接方式与直链淀粉有所不同，是“树枝”状支叉结构(如图2.4)，支链淀粉具有A、B和C三种链，链的尾端具有一个非还原尾端基，A链是外链，经由α-1,6键与B链连接，B链又经由α-1,6键与C链连接，A链和B链的数目大致相等。C链是主链，每个支链淀粉只有一个C链，C链的一端为非还原端基，另一端为还原端基，A链和B链只有非还原端基。每个分支平均含20～30个葡萄糖残基，分支与分支之间相距一般有11～12个葡萄糖残基，各分支卷曲成螺旋状。支链淀粉分子是近似球形的大分子，聚合度约在l,000～3,000,000之间。（三）淀粉的化学性质（水解、糊化、老化）

1.淀粉的水解

淀粉在无机酸或酶的作用下，会发生水解反应，分别称之为酸水解法和酶水解法。

（1）酸水解法

以无机酸为催化剂水解淀粉，因水解程度不同，其产物也有所不同。直链淀粉:紫色糊精(30个葡萄糖残基片断)、红色糊精(20个葡萄糖残基片断)、无色糊精(6个葡萄糖残基)、麦芽糖、葡萄糖。不同来源的淀粉对酸水解的难易有差别，马铃薯淀粉较玉米、麦、高梁等谷类淀粉易水解，大米淀粉较难水解。支链淀粉较直链淀粉易水解，α-l,4糖苷键水解速度较β-l,6糖苷键快另外，酸水解反应还与温度、浓度和无机酸种类有关，一般盐酸和硫酸催化效能较高。（2）酶水解法：

酶水解在工业上称为酶糖化。酶糖化经过糊化、液化和糖化三道工序。淀粉颗粒的晶体结构抗酶作用力强，因此，淀粉酶不能直接作用于淀粉，需事先加热淀粉乳，破坏其晶体结构使其糊化。淀粉水解应用的淀粉酶主要为:α淀粉酶(液化酶)、β-淀粉酶(转化酶)和葡萄糖淀粉酶。α-淀粉酶水解淀粉是从分子内部进行的，水解中间位置的α-1,4糖苷键，先后次序没有一定的规律，这种由分子内部进行水解的酶称为“内酶”，生成产物的还原尾端葡萄糖单位为α-构型，故称α-淀粉酶，α-淀粉酶不能水解α-1,6糖苷键，但能越过此键继续水解；α-淀粉酶不能水解麦芽糖分子中的α-1,4糖苷键。β-淀粉酶能水解α-1,4葡萄糖苷键，不能水解α-1,6糖苷键，也不能越过它继续水解，水解从淀粉分子的还原尾端开始，不能从分子内部进行。因此属于外酶，水解最后产物是β-麦芽糖和β-极限糊精。葡萄糖淀粉酶，由非还原尾端水解α-1,4、α-l,6和α-l,3糖苷键,分离出来的葡萄糖构型发生转变，最后产物全部为β-葡萄糖。葡萄糖淀粉酶属于外酶，专一性差。2淀粉的糊化（1）淀粉的糊化定义：未受损伤的淀粉颗粒不溶于冷水，但能可逆地吸收水和轻微地溶胀，但随着温度升高，淀粉分子振动剧烈，造成氢键断裂，断裂的氢键与较多的水分子结合。由于水分子的穿透以及更多的与更长的淀粉链段的分离，增加了结构的无序性和减少了结晶区域的数目和大小，溶液呈糊状。（2）糊化温度：淀粉粒溶胀、内部结构破坏的温度范围，称为糊化温度。糊化通常发生在一个狭窄的温度范围，较大的颗粒先糊化，较小的颗粒后糊化。（3）糊化程度的监测：通常用偏振光显微镜测定淀粉粒悬浮液中完全糊化的淀粉粒数量来表示；淀粉糊化程度与温度的关系是用旋转粘度计连续观察。（4）影响淀粉的糊化的因素：糊化程度不仅取决于温度，还取决于共存的其它组分的种类和数量，如糖、蛋白质、脂类、有机酸以及水等物质。1温度：温度越高，糊化程度越大。2水分活度：水分活度低，糊化将不能发生或糊化程度非常有限，因为与水能强烈结合的食品成分和淀粉竞争与水的结合而推迟了淀粉的糊化。3高浓度糖降低了淀粉糊化的程度；脂类如甘油三酯等，能与直链淀粉形成复合物，推迟颗粒的溶胀。4酸、盐对淀粉肿胀或糊化影响很小，但在低PH值时，淀粉水解，产生了非增稠性糊精而变稀，故糊化使用交联淀粉。

5直链淀粉与支链淀粉的含量也影响糊化温度。直链淀粉在冷水中不易溶解和分散，在淀粉粒完全溶胀时，直链淀粉才从淀粉粒中渗出分散在溶液中，形成粘稠的悬浮液，直链淀粉含量越高，淀粉越难以糊化，糊化温度越高；相反，一些淀粉仅含有支链淀粉，这些淀粉一般产生清糊，并不会有老化现象，淀粉糊相当稳定。3淀粉老化1)定义：淀粉老化通常是表示淀粉由增溶或分散态向不溶的微晶态的不可逆转变，即大多是直链淀粉分子的重新定位。2）淀粉老化过程：糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序，相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密、高度晶化的淀粉分子微末。3）影响淀粉老化的因素：低温(特别在0℃附近)、中性PH、高浓度淀粉和无表面活性剂存在的情况下，老化趋势增强。老化程度还取决于淀粉分子的分子量(链长或聚合度)和淀粉的来源，不同淀粉老化趋势按以下顺序增强，即马铃薯<玉米<小麦。4淀粉在食品加工中的作用1）用于糖果制作过程中的填充剂，也可以作为淀粉糖浆的原料。为了防粘、便于操作，可使用少量淀粉代替有害的滑石粉。2）作为雪糕、冰棍及罐头增稠剂，增加制品粘着性和持水性。3）用于稀释饼干的面筋浓度和调节面筋膨润度，解决饼干坯收缩变形的问题。3.5膳食纤维膳食纤维（dietaryfibre，DF）是指不被人体消化吸收的多糖类碳水化合物和木质素，并且通常将膳食中那些不被消化吸收的、含量较少的成分，如糖蛋白、角质、蜡和多酚酯等，也包括于膳食纤维范围内。膳食纤维的化学组成包括三大部分：（1）纤维状碳水化合物——纤维素。（2）基料碳水化合物——果胶、果胶类化合物和半纤维素等

（3）填充类化合物——木质素

从具体组成成分上来看，膳食纤维包括阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、半乳聚糖醛酸、阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、糖蛋白、纤维素和木质素等。其中部分成分能够溶解于水中，称为水溶性膳食纤维，其余的称为不溶性膳食纤维。各种不同来源的膳食纤维制品，其化学成分的组成与含量各不相同。膳食纤维的物化特性:

①很高的持水力

DF的化学结构中含有许多亲水基团，具有良好的持水性。其持水能力为DF自身质量的数倍，甚至数十倍。DF“持水”的物理特性，使其具有吸水功能与预防肠道疾病的作用，而且水溶性DF持水性高于水不溶性DF持水性②对阳离子有结合和交换能力③对有机化合物有吸附螯合作用④具有类似填充剂的容积⑤可改善肠道系统中的微生物群组成膳食纤维的生理功能：

①预防结肠癌与便秘；②降低血清胆固醇，预防由冠状动脉硬化引起的心脏病；③改善末梢神经对胰岛素的感受性，调节糖尿病人的血糖水平；④改变食物消化过程，增加饱腹感；⑤预防肥胖症、胆结石和减少乳腺癌的发生率等膳食纤维的安全性：DF虽然与人体健康密切相关，但并非是越多越好。DF如果摄入太多，不仅会引起一些身体不适，而且还会影响人体对脂肪、蛋白质、无机盐和某些微量元素的吸收等。这些营养素的摄入量不足会造成骨骸、心脏、血液等脏器功能的损害，降低人体免疫抗病能力等营养不良症。3.5.1纤维素构成植物细胞壁的主要成分，是葡萄糖聚合物，由β—1，4糖苷键连接，人类及大多数动物利用它的能力很低。不溶于水，但能吸水。2纤维素的利用：

菌类、软体动物含有纤维素分解酶，可将其分解成低聚糖和葡萄糖；哺乳动物无此酶，仅由消化道内细菌的作用来分解消化，利用率低；食草动物对它的利用率为25％，食肉动物约为5％，人类则在5％以下。3纤维素的生理作用

纤维素虽消化吸收率低，无过多营养价值，但却会产生有益的作用。1）促进胃肠蠕动，使物质易于通过消化系统，提高了肠的运动速度，因此能避免便秘；2）能较快地将不吸收的代谢产物排出体外，缩短脂肪停留时间。3）纤维素与胆汁酸相结合后减少了胆汁酸的再吸收，从而能降低血中胆固醇含量，另据推测，它能阻滞动脉粥样硬化。4）是很好的减肥食品。

3.5.2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中胶层中，具有粘着细胞的作用。果胶物质广泛存在于植物中，尤其是在果实蔬菜中含量较多：在果实中以山楂(红果)含量较多，约为6.6％，苹果含量为1.0～1.8％，柑桔含量为0.7～1.5％，桃子含量为0.56～1.25％，梨含量为0.5～1.4％，杏含量为0.5～1.2％。在蔬菜中以南瓜含量较多约为7～17％，胡萝卜含量为8～10％，洋白菜含量为5～7.5％，熟西红柿含量为2—2.9％。（一）果胶物质的化学结构与分类

1果胶的结构：果胶物质的基本结构是D-吡喃半乳糖醛酸，以α-1,4糖苷键结合成聚半乳糖醛酸；半乳糖醛酸中部分羧基被甲醇酯化，剩余部分被钠、钾或铵离子全部中和。因此，果胶是不同程度酯化的α-半乳糖醛酸以1,4-糖苷键形成的聚合物。果胶分子的基本结构如下：2果胶的分类

酯化度：天然果胶甲酯化程度变动幅度较大，酯化的半乳糖醛酸基对总的半乳糖醛酸基的比值称为酯化度。从天然原料提取的果胶最高酯化度为75％，在各种果胶产品加工过程中，控制酯化度为20~70％。根据果蔬成熟过程，果胶物质一般有三种形态：

①原果胶与纤维素和半纤维素结合一起的甲酯化聚半乳糖醛酸苷链，只存在于细胞壁中，不溶于水，水解后生成果胶。在未成熟果蔬组织中与纤维、半纤维素粘结在一起形成较牢固的细胞壁，使整个组织变得比较坚硬。

②果胶果胶是羧基不同程度甲酯化和中和的聚半乳糖醛酸苷链，存在于植物细胞汁液中。在成熟果蔬的细胞液内含量较多。

③果胶酸果胶酸是完全未甲酯化的聚半乳糖醛酸苷链；在细胞汁中与Ca2+、Mg2+、K+、Na+等扩等矿物质形成不溶于水或稍溶于水的果胶酸盐。当果蔬变成软疡状态时，含量较多。（二）果胶物质的特性1水解和脱羧反应：果胶物质在酸性或碱性条件下，能发生水解，可使酯基水解和糖苷键裂解；在高温强酸条件下，糖醛酸残基发生脱羧作用。2溶解度的变化：果胶及果胶酸在水中的溶解度随聚合度增加而减小，在一定程度上还随酯化程度增加而加大。果胶酸的溶解度较小(<1％)，但其衍生物如甲醇酯和乙醇酯溶解度较大。3胶凝能力：果胶溶液是高粘度溶液，粘度与链长成正比；果胶在一定条件下，具有胶凝能力。(三)果胶物质凝胶的形成1果胶物质凝胶形成的条件与机理条件：当果胶水溶液含糖量在60～65％，pH在2.0~3.5，果胶含量为0.3～0.7％时，果胶溶胶形成凝胶。

机理：1在胶凝过程中，溶液中过量的水不利于果胶形成凝胶，因此在果胶溶液中添加糖类脱水，使胶粒表面吸附水减少，胶粒与胶粒易于结合而为链状胶束；

2高度失水能加快胶束的凝聚、相互交织，无定向地组成一种连接松弛的三维网络结构；

3在网络交界处形成空隙，由于氢键、分子间引力的作用，紧紧吸附着糖-水的分子。果胶的胶束失水后形成结晶而沉淀，形成一种具有一定强度和结构类似海绵的凝胶体。4在果胶-糖溶液分散体系内添加-定数量的酸(酸产生的氢离子能中和果胶所带的负电荷)，当PH达到一定值时，果胶近电中性，于是其溶解度降至最小。故加酸必能加速果胶胶束结晶、沉淀和凝聚，有利于形成凝胶。2影响凝胶强度的因素（1）果胶分子量与凝胶强度的关系

二者成正比关系，因为在果胶溶液转变为凝胶时是每6～8个半乳糖醛酸单位形成一个结晶中心，所以随着分子量的增大，凝胶强度也随之增大。

(2)酯化程度与凝胶强度的关系

果胶凝胶的强度随酯化程度增大而增高，因为凝胶网络结构形成时的结晶中心位于酯基团之间，另外果胶的酯化程度也影响胶凝速度，果胶的胶凝速度随酯化度减小而减慢。一般规定甲氧基含量大于7％者为高甲氧基果胶，小于或等于7％者为低甲氧基果胶。依甲酯化程度不等，可将果胶分为下列四类：

（i）全甲酯化聚半乳糖醛酸

100％甲酯化时，只要有脱水剂(如糖)存在即可形成凝胶。

(ii)速凝果胶甲酯化程度在70％(相当于甲氧基含量11．4％)以上时，加糖、加酸(PH3.0～3.4)斥可在较高温度下形成凝胶(稍凉即凝)。这类果胶的分子量大小对凝胶性质的影响更为突出，对于所谓“蜜饯型”果酱食品，可防止果块在酱体中浮起或沉淀。(iii)慢凝果胶

甲酯化程度在50～70％之间(相当于甲氧基含量8.2～11.4％)时，加糖，加酸(PH2.8—3.2)后，在较低的温度下凝聚(凝冻较慢)，所需酸量也因果胶分子中游离羧基增多而增大。慢凝果胶用于柔软果冻、果酱、点心等生产中，在汁液类食品中可用作增稠剂、乳化剂。

(Ⅳ)低甲氧基果胶

甲酯化程度不到50％(相当于甲氧基含量≤7％)时，即使加糖、加酸的比例恰当也难形成凝胶，但其羧基与多价离子(常用Ca2+、A13+)起作用可形成凝胶，多价离子能加强果胶分子的交联作用。这类果胶的胶凝能力受酯化度的影响大于分子量的影响。低甲基果胶在疗效食品制造中有其特殊用途。

(3)PH值的影响

一定PH值有助于果胶一糖凝胶体的形成，不同类型的果胶形成凝胶有不同的PH范围，低甲氧基果胶(LMP)对PH变化的敏感性差于标准的果胶凝胶，低甲氧基果胶凝胶能在2.5～6.5的PH范围内形成，而正常果胶则限于2.7～3.5的PH范围，不适当的PH值不但无助于凝胶的形成，反而会导致果胶水解和糖分解，尤其是高甲氧基果胶。当果胶处于高PH(碱性)条件下，即使在室温下，果胶分子中酯键部分也会发生水解，使凝胶强度降低。

(4)糖浓度的影响

低甲氧基果胶凝胶不需要糖，但加入10～20％蔗糖所得到的凝胶具有较好的质构。如果不加入糖或某种增稠剂，那么低甲氧基果胶凝胶是脆性的，其弹性比正常果胶差。

(5)温度的影响

当脱水剂(糖)的含量和PH值适当时，在0—50℃范围内，温度对果胶凝胶影响不大，但温度过高或加热时间长，果胶将发生降解，蔗糖也发生转化，从而影响果胶强度。3.5.3其它多糖（一）阿拉伯树胶：阿拉伯树胶是金合欢属植物阿拉伯树(Acaciasenegal)树皮的渗出液，由D-半乳糖、D一葡萄糖醛酸、L-鼠李糖和L-阿拉伯糖组成的多糖大分子，树胶主链由β-D-吡喃半乳糖残基以l→3键连接构成，部分残基的C-6位置连有侧链，阿拉伯树胶以中性或弱酸性盐形式存在，组成盐类的阳离子是Ca2+，Mg2+和K+，树胶易溶于水，浓度可达到50％。阿拉伯树胶溶液只有在高浓度时粘度才开始急剧增大，这与其它许多多糖的性质不相同。

阿拉伯树胶用作食品乳化剂和稳定剂，能阻止糖果中的糖结晶和脂肪分离以及冰淇淋中产生冰晶，还可用作饮料的泡沫稳定剂，稳定固体饮料的香味。在香精油中添加阿拉伯树胶可使其乳化，经喷雾干燥后，便可在油滴表面形成一层阿拉伯树胶薄膜，防止油脂氧化以及其它化学变化的发生。（二）瓜尔豆胶：

瓜尔豆胶是豆科植物瓜尔豆(Cyarnopsistetragonoloious)种子所含的多糖，原产于印度、我国云南、巴基斯坦和美国。瓜尔豆胶是由β-D-吡喃甘露糖残基以1→4键连接成主链构成的多糖，每间隔一个残基有一个侧链，D-吡喃半乳糖残基以α(1→6)键与主链连接。这种种子胶的溶液非常粘稠，其粘度大小取决于剪切速率。瓜尔豆胶用作食品饮料的增稠剂和稳定剂，添加量一般为0.3％左右，此外，还广泛用于造纸、化妆和制药工业。（三）卡拉胶(carrageenans)：

卡拉胶是红海藻所含的一类多糖又称鹿角藻胶。红海藻产生二种半乳聚糖：一种是由D-半乳糖和3,6-脱水-L-半乳糖残基构成的琼脂多糖；另一种则是由D-半乳糖和3,6-脱水-D-半乳糖构成酡鹿角海藻胶。部分糖残基的C-2,C-4和C-6羟基形成硫酸酯或2,6-二硫酸酯，半乳糖残基以1→3和l→4键交替地连接。卡拉胶是各种多糖的复杂混合物，用钾离子可将其分段沉淀分离成6个部分，两个主要部分是κ(胶凝和K+不溶部分)和λ(不胶凝和K+不溶的部分)。

在食品加工中用来提高溶液的粘度、稳定乳胶体和各种分散体。巧克力、牛奶中添加0.03％卡拉胶可阻止脂肪球的分离和稳定可可颗粒悬浮体。此外，还能阻止新鲜干酪脱水收缩、改善面团的性质。在有K+存在时可以使甜点心和肉罐头产生胶凝性质。添加在炼乳中如同κ-酪蛋白一样，能防止蛋白质沉淀和由Ca2+引起的牛乳蛋白凝结，对冰淇淋亦具有稳定作用，还用于澄清饮料。（四）海藻酸盐：

海藻酸盐存在于褐藻(Phaeophycene)细胞壁内，从海藻类植物中用碱提取海藻胶，再加酸或钙盐使之以海藻酸或海藻酸钙的形式沉淀。海藻酸盐的结构单元是由1→4键连接的β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸组成。在有多价阳离子如Ca2+存在时粘度增大，因此，通过Ca2+的添加量可以调节海藻酸溶液的粘度；海藻酸钠溶液中添加Ca2+或酸可形成凝胶、纤维或膜。欲形成均匀的凝胶，必须缓慢地进行这种反应，一般是用海藻酸钠、磷酸钙和δ-葡萄糖酸内酯的混合物或海藻酸钠和硫酸钙的混合物制备成凝胶。海藻酸盐是一种很好的增稠剂、稳定剂和胶凝剂，用于改善和稳定焙烤食品(蛋糕、馅饼)、馅、色拉调味汁、牛奶巧克力的质地以及防止冰淇淋贮存时形成大的冰晶。食品中添加量一般为0.25％一0.5％。海藻酸盐还用来加工各种凝胶食品，例如速溶布丁、果冻、果肉果冻、人造鱼子酱以及稳定新鲜果汁和啤酒泡沫。3.6碳水化合物在食品加工贮存中的变化一、美拉德反应(非酶褐变)

含有还原糖或羰基化合物如(由脂氧化衍生得到的醛、酮)的蛋白食品，在加工或保藏过程中，会发生美拉德反应。反应分如下阶段：

1.初始阶段

美拉德反应开始于一个非解离氨基（如赖氨酸ε—NH2或N端的α-NH2）和一个还原糖的缩合：

在pH4～9时，还原性羰基和氨基可缩合成羰胺化合物，然后脱去一分子水生成schiff碱，schiff碱可生成醛糖基胺或酮糖基胺，这些糖基胺分别经过分子重排生成氨基酮糖或氨基醛糖。

2.中间阶段

氨基酮糖或氨基醛糖进一步发生反应，生成许多的羰基或羰基衍生物如羟甲基糠醛和还原酮。羟甲基糠醛的积累与褐变速度关系密切,还原酮的性质活泼，能与氨基酸反应，生成新的羰基化合物，这种反应称作斯特克勒

尔（Strecker）降解反应即α-氨基酸与α-二羰基化合物反应时，α-氨基酸氧化脱羧生成比原来氨基酸少一个碳原子的醛，胺基与二羰基化合物结合并缩合成吡嗪；此外,还可降解生成较小分子的双乙酰、乙酸、丙酮醛等。在食品加热和烹调过程中斯特克勒尔反应可产生风味化合物。斯特克勒尔反应生成吡嗪的反应过程如下：

还原酮的结构式

3.最后阶段

多羰基不饱和衍生物（如还原酮)一方面进行裂解反应，产生挥发性化合物，另一方面又进行聚合反应，产生褐黑色的类黑精，从而完成整个美拉德反应。一般来说，糖的种类、胺基所处位置都会影响美拉德反应活性，五碳糖大于六碳糖，醛糖大于酮糖，ε—NH2远远大于α一NH2，因此在美拉德反应中赖氨酸损失严重。

4.食品褐变与品质的关系(三方面)：

1)色泽：美拉德反应生成的类黑素,有很好的抗氧化性质，也赋予食品特有的色泽。

2)营养：还原糖与赖氨酸结合后的重排产物不能被人体吸收，降低了食品的营养价值，使赖氨酸生物效价有所损失；类黑素与蛋白质、重金属结合后，对消化系统产生不利影响。

3)风味：Strecker降解反应的产物是食品产生风味物质的重要途径之一，但过度反应会产生焦糊味。

5.褐变反应条件及其抑制

褐变初期是食品在热加工过程产生风味所必需的,但它对食品的保藏、品质不利。为防止食品褐变1）采用隔氧法，以阻止由于与氧接触发生氧化而引起的褐变，例如：选用隔氧的包装材料和采用吸氧剂等。2）低温冷藏，由因高温加热所引起的褐变，一般称为热褐变。热褐变可通过低温冷藏来加以抑制。3）调整水活度，食品的水活度在0.6左右时最容易引起褐变，中等水分食品能阻止微生物繁殖和脂肪氧化，但很容易发生褐变。4）添加酶或化学物质，干蛋白粉在贮藏过程中由于赖氨酸与葡萄糖产生糖胺反应而褐变、若预先添加葡萄糖氧化酶于蛋白粉中，使葡萄糖氧化成酸则可防止褐变。用于抑制食晶非酶褐变常用的添加剂有亚硫酸及其钠盐、硫醇化合物<如半胱氨酸)。亚硫酸化合物抑制褐变反应的机理是它可与褐变中间体羰基化合物相结合，从而阻止其发生聚合反应。3.6食品多糖的深加工

主要介绍有关淀粉及纤维素的深加