江南大学食品学院第三章碳水化合物2

江南大学食品学院课件第三章碳水化合物第一页，共101页。（优选）江南大学食品学院课件第三章碳水化合物第二页，共101页。天然植物中的糖含量很少:1～6%第三页，共101页。糖～淀粉的转化

玉米在蔗糖转化为淀粉前采摘，加热破坏转化酶系，玉米很甜成熟后采摘或未及时破坏酶系，玉米失去甜味，而且变硬变老水果成熟前采摘，后熟过程中酶促反应使淀粉转变为糖，水果变软，变熟，变甜第四页，共101页。第二节单糖

一、结构手性碳原子镜原子或功能基团第五页，共101页。

-与

-构型同侧异侧第六页，共101页。第七页，共101页。第八页，共101页。命名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个手性碳原子第九页，共101页。三糖四糖五糖六糖C4差向异构C2差向异构差向异构D-n糖2（n-3）个异构体第十页，共101页。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十一页，共101页。酮糖单糖中羰基是酮基，例如果糖

CH2OHC=OHOCHHCOHHCOHCH2OH

果糖的开环结构12第十二页，共101页。为主其次第十三页，共101页。二、糖苷糖苷～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：甜味剂第十四页，共101页。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十五页，共101页。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第十六页，共101页。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’-单磷酸盐第十七页，共101页。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’-单磷酸盐都是风味增效剂第十八页，共101页。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第十九页，共101页。裂解和分子重排芥子油具有特殊风味S-糖苷的酶分解第二十页，共101页。分子内糖苷O-供体基团是同一分子中的-OH高温热解产生苦味异头碳第二十一页，共101页。生氰糖苷降解时产生氰化氢杏仁、木薯、高梁、竹笋和菜豆为防止氰化物中毒，必须充分煮熟后再充分洗涤第二十二页，共101页。三、氧化反应D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下可被氧化成D-葡萄糖酸，并形成内酯。加入H2O2酶，消耗H2O2，使反应继续进行第二十三页，共101页。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也适用于肉制品与乳制品第二十四页，共101页。四、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）保湿剂甜度为蔗糖的50%Ni第二十五页，共101页。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，作为糖果的包衣第二十六页，共101页。木糖醇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，治疗糖尿病注意安全性第二十七页，共101页。五、酯化与醚化

酯化糖中羟基与有机酸和无机酸相互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、稳定剂第二十八页，共101页。醚化进一步改良功能性红藻多糖C3与C6间形成内醚（3,6-脱水环）琼脂胶、卡拉胶36第二十九页，共101页。六、非酶褐变氧化或酶促褐变氧或酚类物质在多酚氧化酶催化下的反应例如：水果切片非氧化或非酶促褐变焦糖化反应美拉德反应第三十页，共101页。Maillard反应还原糖（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反应物三要素：包括含有氨基的化合物（一般是蛋白质）、还原糖和一些水产生风味和颜色期望牛奶巧克力风味糖果风味不期望的营养（氨基酸）损失有毒、致突变物质的产生Aw第三十一页，共101页。Maillard反应过程还原糖+胺葡基胺（无色）Amadori重排1-氨基-1-脱氧-D果糖衍生物

pH≤55-羟甲基-2-呋喃甲醛（HMF）

pH＞5快速聚合，生成深色物质第三十二页，共101页。加成反应亲核反应碱性条件第三十三页，共101页。第三十四页，共101页。Maillard反应最适条件Maillard本人的研究，褐变程度为

D-木糖

L-阿拉伯糖

己糖

二糖酮糖在褐变中遵循不同的机制，

D-果糖＜D-葡萄糖中等水分含量pH7.8~9.2（偏碱性）金属离子Cu与Fe促进褐变

Fe(III)

Fe(II)第三十五页，共101页。抑制Maillard反应的方法稀释或降低水分含量降低pH降低温度除去一种作用物加入葡萄糖转化酶，除去糖，减少褐变色素形成早期加入还原剂（亚硫酸盐）第三十六页，共101页。营养变化部分氨基酸的损失尤其是必需氨基酸L-赖氨酸含有2个氨基，第一限制氨基酸组氨酸和精氨酸侧链中含有含氮基团第三十七页，共101页。焦糖化反应直接加热糖和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（呋喃）共轭双键吸收光，产生颜色少量酸和盐可以加速反应不同催化剂产生不同类型的色素第三十八页，共101页。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物耐酸焦糖色素亚硫酸氢铵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胺盐加热，产生红棕色啤酒等含醇饮料用焦糖色素蔗糖直接热解产生红棕色第三十九页，共101页。焦糖化产品的风味

面包风味各种风味和甜味的增强剂第四十页，共101页。第三节低聚糖一、食品中重要的低聚糖低聚糖：2～20个糖单位通过糖苷键连接多糖：超过20个糖单位第四十一页，共101页。麦芽糖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糖苷配基第四十二页，共101页。乳糖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D-半乳糖D-葡萄糖β-1,4糖苷配基第四十三页，共101页。蔗糖非还原性二糖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均可作糖苷配基β-2,1(多见)或

-1,2第四十四页，共101页。单糖中羰基是酮基，例如果糖

CH2OHC=OHOCHHCOHHCOHCH2OH

果糖的开环结构12第四十五页，共101页。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、低聚木糖第四十六页，共101页。二、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、乳果聚糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚氨基葡萄糖第四十七页，共101页。低聚果糖分子式为G-F-Fn，n=1～3glucose,fructoseG-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)果糖转移酶第四十八页，共101页。2β-2,121蔗果三糖第四十九页，共101页。低聚果糖的生理活性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第五十页，共101页。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、黑曲霉第五十一页，共101页。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%β-1，4第五十二页，共101页。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五十三页，共101页。低聚木糖的生产两步：提取木聚糖，木聚糖酶法水解丝状真菌内切木聚糖酶水解得到低聚木糖β-1,4木糖苷酶水解木二糖为木糖菌株筛选第五十四页，共101页。甲壳低聚糖降低肝脏和血清中的胆固醇提高机体的免疫功能抗肿瘤增殖双歧杆菌D-氨基葡萄糖β-1,4水溶性D-氨基葡聚糖第五十五页，共101页。三、环状低聚糖D-吡喃葡萄糖

-1,4糖苷键连接N=6N=7N=8第五十六页，共101页。第五十七页，共101页。环糊精的结构特点高度对称性圆柱形-OH在外侧，C-H和环O在内侧环的外侧亲水，中间空穴是疏水区域作为微胶囊壁材，包埋脂溶性物质风味物、香精油、胆固醇第五十八页，共101页。第四节多糖超过20个单糖的聚合物为多糖单糖的个数称为聚合度（DP）大多数多糖的DP为200-3000纤维素的DP最大，达7000-15000直链多糖，支链多糖均匀多糖，非均匀多糖（杂多糖）第五十九页，共101页。一、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亲水胶体第六十页，共101页。二、多糖溶液的粘度与稳定性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%第六十一页，共101页。多糖的粘度与分子的大小、形状、构象有关无序的无规线团状态，存在偏差紧密或松散的线团无规线团状多糖分子第六十二页，共101页。线性分子，很高粘度支链分子，粘度较低占有空间碰撞频率第六十三页，共101页。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第六十四页，共101页。多糖的流变性质假塑性流体剪切变稀：剪切速率增高，粘度快速下降粘度变化与时间无关触变也是剪切变稀粘度与时间有关温度升高，粘度下降第六十五页，共101页。三、凝胶三维网络结构氢键、疏水相互作用、范德华引力、离子桥连、缠结或共价键网孔中液相第六十六页，共101页。凝胶特性二重性固体-液体粘弹性的半固体1%高聚物～99%水分选择标准功能性质第六十七页，共101页。四、多糖水解在酸或酶的催化作用下，糖苷键水解粘度下降热加工，水解严重配方中添加多糖，使用高粘度耐酸多糖酶的影响第六十八页，共101页。第五节淀粉不溶于水，冷水中少量水合低粘度浆料烧煮时，增稠直链淀粉和支链淀粉营养功能商业淀粉在食品工业中的应用第六十九页，共101页。直链淀粉葡萄糖以

-1,4糖苷键少量

-1,6糖苷键，支链点隔开很远25%直链淀粉分子内的氢键作用成右手螺旋状，每个环含有6个葡萄糖残基相对分子质量约为106，甚至更大聚合度约为100-6,000之间，一般为几百在水溶液中呈线性分子一、淀粉的化学结构第七十页，共101页。支链淀粉C链为主链，由

-1,4连接A、B链是支链，A由

-1,6键与B链连结，B链又经由

-1,6键与C链连接支链淀粉分子如球状DP6,000以上，分子量可达107~5

108第七十一页，共101页。第七十二页，共101页。支链淀粉分子排列分支是成簇和以双螺旋形式存在形成许多小结晶区偏光黑十字侧链的有序排列第七十三页，共101页。马铃薯淀粉的颗粒和偏光十字第七十四页，共101页。第七十五页，共101页。二、糊化直链与支链分子呈径向有序排列结晶区和非结晶区交替排列结晶区，偏光十字直链支链第七十六页，共101页。糊化加热破坏了结晶胶束区弱的氢键后，淀粉颗粒开始水合膨胀，结晶区消失，粘度增加，双折射消失在具有足够的水（至少60%）条件下加热淀粉颗粒达一特定温度（玻璃化相变温度），淀粉颗粒的无定形区由玻璃态转向橡胶态。糊化点或糊化开始温度双折射开始消失的温度糊化终了温度双折射完全消失的温度测定方法偏光显微镜DSC第七十七页，共101页。β-淀粉：生淀粉分子排列紧，成胶束结构

-淀粉：糊化淀粉糊化程度～产品性质（贮藏性和消化性）第七十八页，共101页。粘度～温度第七十九页，共101页。三、老化稀淀粉溶液冷却后，线性分子重新排列并通过氢键形成不溶性沉淀。一般直链淀粉易老化，直链淀粉愈多，老化愈快。支链淀粉老化需要很长时间。第八十页，共101页。面包陈化面包心变硬，新鲜度下降无定形转变为结晶的老化状态加入极性脂（甘油一酯及其衍生物），形成络合物，延迟老化第八十一页，共101页。四、淀粉水解热和酸的作用酸轻度水解淀粉变稀，酸改性或变稀淀粉提高凝胶的透明度，并增加凝胶强度成膜剂和粘结剂酸水解程度加大得到低粘度糊精成膜剂和粘结剂、糖果涂层、微胶囊壁材第八十二页，共101页。

-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶葡萄糖异构酶D-果糖玉米淀粉

D-葡萄糖玉米糖浆玉米糖浆：58%D-葡萄糖，42%D-果糖高果糖浆：55%D-果糖，软饮料的甜味剂（果葡糖浆）第八十三页，共101页。葡萄糖当量（DE）用来衡量淀粉转化为D-葡萄糖的程度定义：还原糖（按葡萄糖计）在玉米糖浆中的百分比DE反映还原性、水解程度的大小DE＜20的水解产品为麦芽糊精DE=20～60，玉米糖浆DP：聚合度第八十四页，共101页。

淀粉产品的功能性质第八十五页，共101页。五、改性食品淀粉

为了适应需要，将天然淀粉经化学处理或酶处理，使淀粉原有物理性质发生改变，如水溶性，粘度，色泽，味道，流动性等。经过处理的淀粉总称为变性淀粉。第八十六页，共101页。改性方法淀粉分子中的少量羟基被改性（酯基或醚基），取代度DS为0.002~0.2。酯化:醋酐、三聚磷酸钠、磷酸、三偏磷酸钠醚化:氧化丙烷作用:阻止链间缔合，防止沉淀，稳定化性能变化降低糊化温度，提高淀粉糊透明度，提高抗老化以及冷冻-解冻的稳定性第八十七页，共101页。醋酐第八十八页，共101页。交联淀粉淀粉羟基与双（多）功能试剂相互作用亲核取代反应第八十九页，共101页。交联淀粉的用途随交联度增加，酸稳定性增加降低了淀粉颗粒吸水膨胀和糊化的速率保持初始的低粘度，有利于快速热传递和升温，均匀杀菌用于罐头、冷冻、焙烤和干燥食品中功能性质改善预糊化淀粉第九十页，共101页。第六节纤维素β-1,4高分子直链不溶性均一多糖纤维素胶（改性纤维素）第九十一页，共101页