食品营养课件--第四章 碳水化合物.ppt

1、第四章 碳水化合物 （Carbohydrate）,本章内容,4.1 碳水化合物的分类 4.2 碳水化合物的功能 4.3 几种重要的碳水化合物 4.4 食品加工过程对碳水化合物的影响 4.5 碳水化合物的摄取与食物来源,本章学习目的与要求,了解碳水化合物的分类及膳食地位 掌握碳水化合物的生理功能 了解碳水化物的适宜摄入量及膳食来源 掌握膳食纤维、低聚糖的特殊意义,4.1 碳水化合物的分类,碳水化合物是C、H、O三元素组成一类多羟基醛或多羟基酮化合物，而且绝大多数氢原子是氧原子的两倍。 常用的表示方法为CH2O，通式为Cn(H2O)m 笼统地说糖类称为CH2O是不太确切的,甲醛CH2O、醋酸C2H

2、4O2、乳酸C3H6O3,去氧核糖5104、鼠李糖6125,4.2 碳水化合物的分类,依据聚合度进行分类（P43）： 单糖（ Monosaccharide ） 双糖（ Disaccharide ） 寡糖（ Oligosaccharide ） 多糖（ Polysaccharide ）,从生理学角度进行分类： 可消化利用性碳水化合物 不可消化利用性碳水化合物,4.2.1 单糖,只有一个糖单元，分子量小，结构简单 每分子含有碳原子数37个，依次可称为丙、丁、戊、己、庚糖 丙、丁糖一般出现在代谢产物中 天然食物中存在着很多种戊糖和已糖,常见的几种己糖,葡萄糖 Glucose 果糖 Fructose 半

3、乳糖 Galactose 甘露糖Mannitose,营养中最重要的单糖,4.1.2 双糖,由两分子单糖缩合而成 常见的天然存在用于食品的有 蔗糖（Sucrose） 乳糖（Lactose） 麦芽糖（Maltose） 海藻糖（trehalose）,4.1.3 多糖（polysaccharides）,可利用的多糖 淀粉 糊精 糖原,不可利用的多糖 纤维素 半纤维素 果胶,树胶 木质素 抗性淀粉 粘胶,4.2 碳水化合物的功能,供能 节约蛋白质 机体的构成成分 维持神经系统的功能 解毒作用 参与其它营养素的代谢，具有抗生酮作用 有益肠道功能 改变食物的感官特征,机体的构成成分 糖脂是细胞膜与神经组织的

4、结构成分之一，对维持神经组织系统的机能活动有特别作用。 糖蛋白是一些具有重要生理功能的物质，如抗体、酶和激素的组成成分。 核糖及脱氧核糖是核酸的重要组成成分。 氨基多糖 粘多糖，构成结缔组织的成分，如硫酸皮肤素，硫酸类肝素，硫酸角质素，硫酸软骨素和透明质酸,解毒作用 机体肝糖原丰富时对某些有害物质如细菌毒素解毒作用增强。 肝糖原不足时，机体对CCl4酒精、砷等有害物的解毒作用显著下降。 肝脏中的葡萄糖醛酸具有解毒作用。,抗生酮作用,（体内的脂肪组织）甘油三酯 脂肪酸 乙酰辅酶A 酮体 （乙酰乙酸、丙酮、羟丁酸） 酮血症或酮尿症,草酰乙酸,TCA,ATP,改变食物的感官特征 甜味剂 美拉德反应

5、利用直链淀粉的特点生产粉条 利用纤维溶解性与温度有关的特点生产果冻,4.3 几种重要的碳水化合物,4.3.1 单糖 4.3.2 双糖 4.3.3 糖醇 4.3.4 功能性低聚糖 4.3.5 膳食纤维 4.3.6 多糖,4.3.1 单糖,葡萄糖 果糖,特性：是一种己醛糖，动物单糖 生理供能： 机体各器官都可以利用葡萄糖提供能量 某些器官完全依葡萄糖供能，如脑、肾髓质、红细胞 葡萄糖在体内的代谢受胰岛素的控制 用途：葡萄糖用作营养剂或调味剂,葡萄糖（glucose）,低血糖症（Hypoglycemia) 成人血糖浓度低于2.8mmol/L 症状： 饥饿感、软弱无力、面色苍白、头晕、心慌、脉快、出冷

6、汗、肢体颤抖等。 精神激动、恐惧、幻觉、狂躁、惊厥、抽搐、嗜睡甚至昏迷死亡。,葡萄糖（glucose）,吸收和利用,肝脏是实际利用果糖的唯一器官,吸收时在肠黏膜细胞,代谢不受胰岛素制约,果糖（Fructose）,特性：是一种最普通和最甜的己酮糖 来源： 天然水果中的含量很高 工业上用酸或酶水解菊粉制造果糖。 用途：果糖在医药上或食品工业中用作增甜剂。,果糖（Fructose）,4.3.2 双糖,蔗糖 异构蔗糖 麦芽糖 乳糖 异构乳糖 乳果糖,性质： 一种非还原性二糖，纯净的蔗糖是无色晶体易溶于水，比葡萄糖、麦芽糖甜，但不如果糖甜。,来源： 广泛存在于植物中，以甘蔗和甜莱中含量最高,蔗糖（Suc

7、rose）,对健康的影响 摄入30g/d蔗糖不会妨碍碳水化物或脂质的代谢，过多有害 蔗糖易于发酵并可产生溶解牙齿珐琅质和矿物质的物质 用途：食品工业中重要的含能甜味剂,蔗糖（Sucrose）,1，2糖苷键 1，6糖苷键 甜味品质极似蔗糖，甜度是蔗糖的42% 是一种能源物质 不致龋 在蜂蜜、蔗汁中微量存在,异构蔗糖（异麦芽酮糖，Isomultose ）,特性：还原糖，甜度低于蔗糖 来源：工业上在淀粉酶的催化下由淀粉水解而得 用途：供能 常见食品如：高梁饴、软糖、酥糖、芝麻糖等都是以麦芽糖为主要糖成分,麦芽糖,性质：由葡萄糖和半乳糖组成，不甜,乳糖（lactose）,-1，4 糖苷键,来源：存在于

8、哺乳动物的乳汁中，人乳中含乳糖5-8%，牛乳中含乳糖4-6%。乳糖的甜味只有蔗糖的70%。有些水果中也含有乳糖。 代谢： 乳糖被人体小肠中乳糖酶，水解生成半乳糖和葡萄糖。,乳糖（lactose）,吸收与代谢： 乳糖被人体小肠中乳糖酶，水解生成半乳糖和葡萄糖。 吸收速度较慢，食物中乳糖含量高于15%可导致渗透性腹泻,乳糖（lactose）,对婴儿重要：提供能量；可促进双歧菌和乳酸菌的生长，能分解产生乳酸和醋酸，抑制大肠杆菌的生长 ；促进钙的吸收,乳糖不耐症,是指摄食乳糖或含乳糖的乳制品后出现的症状，如出现腹部不适，腹泻或酸性便等症状 主要原因：乳糖酶缺乏，乳糖吸收不良,常见 肠粘膜中先天性乳糖酶

9、缺乏(极为罕见的疾病) 乳糖酶过少或原发性乳糖酶缺乏 继发性乳糖酶缺乏,如何应对乳糖不耐症 摄食少含或不含乳糖的乳制品 发酵乳制品 补充乳糖酶,由乳糖异构而来，是乳糖经过加工后产生的 由半乳糖和果糖以-1，3糖苷键连接而成，人体不存在分解它的酶，故不能消化、吸收。 甜度是蔗糖的 0. 6倍 ,是黏度低、热值低、易溶于水、性能稳定、安全性高、使用方便,异构乳糖 isolactose,主要作用 能促进肠道有益菌如双歧乳杆菌的增殖，抑制腐败菌的生长。 促进肠中双歧杆菌自行合成维生素 不被消化、吸收，故有整肠，通便作用,异构乳糖 isolactose,用途： 可广泛用于保健食品中 ,如添加到乳饮料、碳

10、酸饮料、果汁饮料、糖果、奶粉等食品中作膳食疗效食品 ,也可单独作医疗用品 。,由半乳糖和果糖构成，不易被人消化 对人体健康的影响 双歧因子，促使双歧杆菌迅速增殖，从而抑制有害菌的生长，维护肠道菌群平衡。 通肠润便在肠道内通过双歧杆菌发酵，会产生大量的短链脂肪酸，这种脂肪酸能够刺激肠道蠕动、增加粪便湿润度并保持一定的渗透压，从而防止便秘的产生。,乳果糖,4.3.3 糖醇,山梨糖醇 木糖醇 麦芽糖醇 乳糖醇,广泛存在于植物中，工业上可由葡萄糖氢化制得。其甜度为蔗糖的一半。 其特点是代谢时可转化成果糖，而不受胰岛素控制，因而适合用作糖尿病患者的甜味剂。,山梨糖醇(sorbitol),存在于多种水果、

11、蔬菜中，工业上常用木屑等经水解制成木糖后氢化获得，其甜度与蔗糖相等。 木糖醇的供能与蔗糖相同，重要的是木糖醇代谢不受胰岛素调节，因而可被糖尿病病人接受。它还不被口腔细菌发酵，具有防龋作用。,木糖醇（xylitol）,由麦芽糖氢化制得，在食品工业作甜味剂使用，甜度约为蔗糖的7595%。 麦芽糖醇在小肠内的分解量是同量麦芽糖的1/40，为非能源物质，不升高血糖，也不增加胆固醇和中性脂肪的含量，因此它是心血管病、糖尿病等患者食用理想甜味剂。 也有防龋作用。,麦芽糖醇(maltitol),由乳糖催化加氢制成，甜度为蔗糖的30%40% 在肠道内几乎不被消化、吸收、能值很低，通常的摄入量不会引起血糖和胰岛

12、素的变化，可供糖尿病和肥胖病人的食用。,乳糖醇,4.3.4 功能性低聚糖 （Functional oligosaccharide）,低聚糖：由210个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚合糖 功能性低聚糖 主要包括低聚乳糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖、棉籽糖等。 主要存在于人乳、大豆、棉籽、桉树、甜菜、龙胆属植物根及淀粉的酶水解物中。,功能性低聚糖的生理功能 改善肠道功能，预防疾病 生成并改善营养素的吸收 热值低，不引起血糖升高 增强机体免疫，防治癌变的发生,4.3.4 功能性低聚糖 （Functional oligosaccharide）,功能性低聚糖的摄入量及来源

13、功能性低聚糖的摄入量 P53 功能性低聚糖的膳食来源 蔬菜、水果、豆类、甜菜,4.3.4 功能性低聚糖 （Functional oligosaccharide）,4.3.5 膳食纤维（dietary fiber）,是指不能被人体利用的碳水化合物,按照来源进行分类： 非淀粉多糖：来源于植物细胞壁 纤维素、半纤维素、木质素、果胶、树胶、海藻多糖 非细胞壁的化合物 抗性淀粉（resistant starch）、抗性低聚糖、美拉德反应的产物、氨基多糖,(1) 膳食纤维的分类,(1) 膳食纤维的分类 按照物理特性进行分类： 可溶性膳食纤维 胶质、树脂、黏液 不可溶性膳食纤维 纤维素、半纤维素、木质素,4

14、.3.5 膳食纤维（dietary fiber）,Examples- soluble vs insoluble,Sources of fiber,(2) 膳食纤维的生理功能,膳食纤维的促进作用 降低血浆胆固醇的作用 改善血糖生成反应 改善大肠功能 预防肥胖、胆结石和癌症,Mechanism for Fiber Reducing Cardiovascular Risk,High fiber foods are absorbed more slowly Blood sugar levels dont increase so rapidly or increase to such high leve

15、ls Therefore, less insulin is required, so insulin levels remain lower.,Lower insulin results in: Less weight gain More favorable blood fat/cholesterol levels Lower blood pressure Lower fibrinogen levels (affects clotting) And perhaps, less direct vascular injury Less likelihood of diabetes,改善大肠功能 缩

16、短消化残渣灾害大肠的通过时间 增加粪便体积和重量及排便次数 稀释大肠内容物 为大肠内的菌落提供发酵的底物,Weight Gain and Nutrient Intake,JAMA Oct. 27, 99, pp. 1539-46,Weight gain in 10 years (lbs.) n=2,909,(2) 膳食纤维的生理功能,膳食纤维的负面作用： 抑制消化碳水化合物、脂质和蛋白的酶活性 影响食物的消化吸收 引起腹部不适，增加肠道产气和蠕动 可能降低某些维生素和矿物质的吸收率,(3) 膳食纤维的参考摄入量和膳食来源,膳食纤维的参考摄入量 P53 膳食来源： 谷物、薯、豆类、蔬菜、水果等植

17、物性食品,总,可,不可,4.3.6 多糖,淀粉 功能性多糖,4.3.6 多糖,多糖分淀粉多糖和非淀粉多糖。 淀粉分支链淀粉、直链淀粉、改性淀粉。 天然的淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成,直链淀粉 可溶性淀粉 （1-4）糖苷键聚合 碘显紫蓝色 支链淀粉 不溶于热水 支点处存在（1-6）糖苷键 碘显紫红色。,淀粉,NRE,RE,直链淀粉,支链淀粉或糖原分支点的结构,是指利用化学、物理甚至基因工程的方法改变天然淀粉的理化性质，用以满足食品加工所需功能特性的一类淀粉 常用的变性处理方法有化学法、物理法和酶法三种,改性淀粉,改性淀粉中重要的是 取代淀粉（substituted starch）： 由淀粉经酯化

18、（如磷酸淀粉）和醚化（如羟丙基淀粉）引入不同功能基团而制成 淀粉老化的倾向、增加稳定性 交联淀粉（cross-linked starch） 由淀粉羟基与双功能试剂作用引入少量交联剂而制成 增加淀粉的稳定性，提高其耐酸碱、耐热性,改性淀粉,（1）定义： “健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物”。 1992年世界粮农组织 不能被小肠消化吸收和提供葡萄糖 在结肠中可被生理性细菌发酵，产生短连脂肪酸和气体 刺激有益菌群生长 作用类似于膳食纤维，被认为是膳食纤维的一种,抗性淀粉（Resistant Starch ）,（2）食物中存在的抗性淀粉分三类： 生理受限淀粉： 在食品基质中受生理作用所限制，难以被

19、消化,抗性淀粉（Resistant Starch ）,抗性淀粉颗粒： 某些天然淀粉颗粒可以对抗淀粉酶的作用,老化淀粉 淀粉在烹饪、糊化后随时间的延长、其淀粉分子重新排列、缔合形成不溶性的淀粉。,(3) 功能应用,主要应用于低湿食品中作膳食纤维营养素。 持水力低 口感比膳食纤维好 不影响食品的风味， 能改善质地 改善一些食品的膨胀性与脆性,抗性淀粉（Resistant Starch ）,定义：也称为活性多糖，指具有调节人体生理功能的非淀粉多糖。 纯多糖：10个以上的单糖 杂多糖：含有肽链、脂类等成分,重要的功能性多糖 灵芝多糖、虫草多糖、茶叶多糖、魔芋多糖、肝素、透明质酸、海洋生物多糖,功能性多

20、糖,主要生理功能 免疫调节作用 抗病毒作用 抗肿瘤作用 降血糖、降血脂作用 其它功能,功能性多糖,4.4 食品加工对碳水化合物的影响,4.4.1 淀粉水解 4.4.2 淀粉的糊化与老化 4.4.3 沥滤损失 4.4.4 焦糖化作用 4.4.5 羰氨反应 4.4.6 抗性低聚糖的生产,4.4.1 淀粉水解,酸或碱的水解 产物主要为糊精 由淀粉制造葡萄糖，过去是用盐酸在高温高压下水解的，在水解的过程中，同时产生褐色的羟甲基糖醛及龙胆二糖。为了精制葡萄糖，必须反复结晶，因而收率不高。 酶法水解淀粉 产物几乎完全是葡萄糖 在常温常压下进行，副产物少，容易精制，收率高，成本低。,4.4.1 淀粉水解,常

21、见的几种产品 极限糊精 饴糖 高果糖糖浆,4.4.2 淀粉的糊化与老化,淀粉糊化 是指将淀粉加水、加热，使之产生半透明、胶状物质的作用 -淀粉：糊化淀粉 -淀粉：未糊化的淀粉 淀粉糊化后其消化性增加 多糖分子吸水膨胀、氢键断裂，利于酶消化,4.4.2 淀粉的糊化与老化,淀粉老化 糊化后的淀粉（即淀粉)处在较低温度下，会出现不透明，甚至凝结或沉淀的现象。 老化的淀粉粘度降低，使食品的由松软变为发硬，口感变差 消化率降低,4.4.3 沥滤损失,食品加工期间沸水烫漂后的沥滤操作，可使果蔬装罐时低分子化合物甚至膳食纤维受到一定损失。 膳食纤维在漂烫时损失以不同情况而异。 胡萝卜、青豌豆等没有膳食纤维进

22、入加工用水。 但芫菁甘蓝等有大量膳食纤维因煮沸和装罐是进入加工用水而流失.,褐变,褐变指食品在加工、贮藏过程中颜色发生变化而趋向加深的现象。 根据褐变的原因 非酶褐变：焦糖化作用、美拉德反应、抗坏血酸褐变 酶促褐变：酚酶、抗坏血酸氧化酶、过氧化物酶,4.4.4 焦糖化作用(caramelization),焦糖化作用是指在没有含氨基化合物情况下将糖类物质加热到其熔点以上温度，使其发焦变黑的现象。 高温作用下糖类形成两类物质 糖的脱水产物，俗称焦糖或酱色 糖的裂解产物，主要是挥发性的醛、酮等 用途：可改善食品的色泽和风味，但须适当控制,焦糖化反应的三个阶段 从蔗糖熔融开始，有一段时间的起泡，蔗糖脱

23、去一分子水形成异蔗糖酐，起泡暂时停止，形成的产物无甜味有温和的苦味； 继续加热，第二次起泡，持续时间更长，失水量约为9%，形成焦糖酐，有苦味； 焦糖酐进一步脱水生成焦糖烯，继续加热形成难溶性的深色物质焦糖素。焦糖素有一定的等电点，pH3.0-6.9。,4.4.4 焦糖化作用(caramelization),4.4.5 Maillard 反应,起源：法国化学家美拉德在1912年发现，当甘氨酸和葡萄糖的混和液在一起加热时，会形成褐色的色素（又称为类黑色素）。 定义：Maillard 反应又称为羰氨反应，指食品体系中含有氨基的化合物与含有羰基的化合物之间发生反应而使食品颜色加深的反应。,4.4.5 Maillard 反应,食品中 氨基：游离氨基酸、多肽、蛋白质、胺类 羰基：醛、酮、糖或油脂氧化酸败所产生的醛