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第四章碳水化合物（Carbohydrate）一、概述二、单糖、双糖的重要理化性质三、多聚糖—淀粉四、其它多聚糖第一节概述一、概念碳水化合物是多羟基醛或多羟基酮及它们的缩聚物和衍生物。二、组成由C、H、O三种元素组成，可用通式Cn（H2O）m表示。三、分类1.单糖不能被继续水解的最简单的碳水化合物。主要有：戊糖：核糖、木糖－戊醛糖己糖：己醛糖－葡萄糖、半乳糖、甘露糖己酮糖－果糖单糖的衍生物有：糖醇、醇糖酸、糖醛酸及糖酸等2.低聚糖（寡糖）单糖聚合度≤10的碳水化合物。以双糖最为多见：—蔗糖、麦芽糖、乳糖3.多聚糖（多糖）单糖聚合度10的碳水化合物。同多糖：由同一种单糖组成。如淀粉、糖原、纤维素、糊精。杂多糖：由两种或两种以上单糖及衍生物组成。如果胶、琼脂、半纤维素等。第二节单糖、双糖的理化性质一、物理性质二、化学性质三、几种重要的单糖、双糖一、物理性质（一）甜度甜味的高低（甜味强弱的程度）。果糖1.5葡萄糖0.7蔗糖1.0麦芽糖0.5木糖醇1.0乳糖0.4影响因素：1）与聚合度有关：多糖无，单糖、低聚糖有。2）与异构体有关。（二）溶解度单糖、低聚糖：易溶于水，温度升高，溶解度增加；果糖＞蔗糖＞葡萄糖＞半乳糖多聚糖：一般不溶于水。（三）结晶性蔗糖易结晶，晶体较大；葡萄糖也易结晶，但晶体较小；果糖难结晶。淀粉糖浆不能结晶。（四）吸湿性和保湿性吸湿性是指糖在空气湿度较高情况下吸收水分的性质。保湿性是指糖在空气湿度较高的情况下吸收水分后保持水分的性质。果糖吸湿性最强，葡萄糖、麦芽糖次之，蔗糖最小。如面包、糕点需要保持松软，应用转化果糖为好。（五）渗透压一定浓度的糖液具有一定的渗透压，浓度越高渗透压越大；相同浓度下，溶液的分子量越小，分子数目越多，其渗透压越大。单糖渗透压为双糖的两倍。渗透压愈高对食品保存效果越好。（六）冰点降低糖液的冰点降低取决于它的浓度和糖的分子量大小。浓度越高，分子量越小，冰点降低的就越大。二、化学性质（一）水解反应低聚糖在酸或水解酶的催化下可以水解为单糖。如蔗糖水解成葡萄糖和果糖。转化糖通常把上述变化称为蔗糖的转化，其生成物称为转化糖。（二）羰氨反应凡是氨基（—NH2）与羰基（C=O）经缩合、聚合生成黑色素的反应都称为羰氨反应（Maillard，美拉德反应）。如面包、烤（炸）鸡、烤肉、啤酒、酱油等的色泽形成。美拉德反应历程醛醇类及脱氮聚合物类醛亚胺类和酮亚胺类HMF或糠醛类黑素类（含氮的褐色的聚合物或共聚物类）醛糖Amadori重排N-葡萄糖基胺含自由氨基化合物还原酮类Amadori重排产品（ARP）（1-氨基-1-脱氧-2-酮糖）羟甲基糠醛(HMF)或糠醛的Schiffs碱裂解产物（丙酮醇、二乙酰基、丙酮醛等）脱氢还原酮类pH≤7pH7pH7醛类Strecker降解+氨基化合物+氨基化合物–氨基化合物+氨基化合物+氨基化合物+氨基化合物☆影响Maillard反应因素1、糖的种类及含量a.五碳糖六碳糖b.单糖双糖c.还原糖含量与褐变成正比2、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d.氨基在ε-位或在末端者，比α-位易褐变3、温度羰氨反应受温度影响比较大，温度每差10℃，其褐变速度差3－5倍。4、水分羰氨反应需在有水存在的条件下进行，水分在10-15%时最容易发生。完全干燥情况下，褐变反应难进行。5、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7-9范围内，褐变较严重，这恰好是大多数食品的pH值。泡酸菜因pH值低，不易褐变，即使炒泡菜也不易褐变。6、褐变阻剂（金属离子和亚硫酸盐）能抑制羰氨反应，起到防止食品褐变的作用。最常用的是用亚硫酸盐、金属离子。利用氨基酸与Ca２＋或Mg2+能形成不溶性盐来阻止与羰基的接近从而避免反应。Maillard反应在食品加工的应用a.抑制Maillard反应注意选择原料:如土豆片，选氨基酸、还原糖含量少的品种。保持低水分:如蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥剂。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:如柠檬酸，苹果酸。热水烫漂：除去部分可溶固形物，降低还原糖含量。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。b.利用Maillard反应在面包、咖啡、红茶、啤酒、糕点、酱油等生产中。产生特殊风味、香味。如通过控制原材料、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。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。（三）焦糖化反应糖受高温（150-200℃）影响发生降解、缩合、聚合而生成粘稠状的黑褐色物质的反应。蔗糖熔融起泡异蔗糖酐-H2O加热加热加热-H2O焦糖酐焦糖素焦糖烯起泡、脱水-H2O-H2O加热从该图可知焦糖化作用是以连续的加热失水、聚合作用为主线的反应，所产生的焦糖是一类结构不明的大分子物质。催化剂可加速这类反应的发生，如，蔗糖是用于生产焦糖色素和食用色素香料的物质，在酸或酸性铵盐存在的溶液中加热可制备出焦糖色素，并广泛应用于糖果、饮料等食品。焦糖的形成第一阶段：由蔗糖熔融开始，经一段时间起泡，蔗糖脱去一分子水，生成无甜味而具温和苦味的异蔗糖酐（1，3’，2，2’-双脱水-α-D-吡喃葡萄糖苷基-β-D-呋喃果糖）。这是焦糖化的开始反应，起泡暂时停止。由蔗糖形成焦糖素的反应历程可分三阶段：第二阶段：是持续较长时间的失水阶段，在此阶段异蔗糖酐缩合为焦糖酐。焦糖酐是一种平均分子式为C24H36O18的浅褐色色素，焦糖酐的熔点为138℃，可溶于水及乙醇，味苦。第三阶段：是焦糖酐进一步脱水形成焦糖烯，焦糖烯继续加热失水，生成高分子量的难溶性焦糖素。焦糖烯的熔点为154℃，可溶于水，味苦，分子式为C36H50O25。焦糖素的分子式为C125H188O80，难溶于水，外观为深褐色。（四）发酵性某些糖类在微生物所产生的酶的作用下而进行的一系列反应。乳酸乳酸发酵葡萄糖—丙酮酸—乙醛—乙醇乙醇发酵单糖可以进行直接发酵；低聚糖和淀粉需要水解成单糖才能发酵，但是麦芽糖除外。应用：1）面团发酵：乙醇发酵（为主）＋乳酸发酵适度时有酒香，过度发酸；2）泡菜：乳酸发酵，风味独特；3）酿酒、制醋：乙醇发酵为主。（五）成苷反应单糖分子中的半缩醛羟基与醇或其它分子的羟基缩合生成的缩醛称为糖苷。其中非糖部分称为糖苷配基（又叫苷元，配糖体）。许多植物色素、生物碱等都是苷。三、几种重要的单糖、双糖（一）单糖1、葡萄糖淀粉、糖原、纤维素等都是葡萄糖的聚合物。其甜味具有凉爽感。2、果糖果糖与葡萄糖共存水果和蜂蜜中。吸湿性最强。甜度最大。难结晶。在体内不需要胰岛素的作用，可直接被人体代谢利用。（3）半乳糖存在于乳糖中。（4）D-甘露糖它是魔芋甘露聚糖的成分。（二）双糖1、蔗糖一分子果糖和一分子葡萄糖结合。蔗糖是一种苷，分子中没有半缩醛-OH，因而无还原性。256葡萄糖果糖烹饪用途广泛：赋形剂——结晶性、熔化性保存剂——渗透压着色剂、赋香剂——焦糖化、羰氨反应调味剂——甜味易溶水，甜味纯正。结晶性：砂糖——结晶呈大单斜晶形冰糖——纯度高的大晶块棉糖——粉碎的细晶熔化性：蔗糖——变软——熔化—微黄色粘稠的熔化物————无定形玻璃态物质，透明很硬————结晶（返砂）[挂霜]。加热加热迅速冷却放置应用：1）做拔丝菜时需无定形态，具较大粘度、拉丝性。2）制返砂食品时，制浆要嫩，返砂易发生。焦糖化反应：蔗糖加热到熔点以上时，会发生色泽变深，并产生焦香气味，产物为焦糖，用作着色剂。渗透压：蔗糖水溶液具有较大的渗透压，可造成微生物大量失水，抑制其生长或致死。50％溶液可抑制大多数酵母、细菌生长；65～70％溶液可抑制许多霉菌生长；70～80％溶液可抑制所有微生物生长。2、麦芽糖两分子葡萄糖结合，分子中有半缩醛-OH，因而有还原性。它是饴糖的主成分。3、乳糖一分子半乳糖和一分子葡萄糖结合。葡萄糖半乳糖乳糖乳酸（乳酸菌发酵）乳糖乳糖酶葡萄糖＋半乳糖缺少乳糖酶乳糖不耐症方法：发酵；加乳糖酶发酵第三节多聚糖—淀粉淀粉的用途是众所周知的，可它什么性质决定了它这些用途呢？(一)淀粉的结构由葡萄糖组成的链状结构。食物淀粉主要由直链淀粉和支链淀粉两部分组成。一般淀粉由15～30%直链淀粉，组成。70～85%支链淀粉1、直链淀粉的结构仅以α-1，4-苷键结合、构成直链状的叫直链淀粉，长而不分枝的链，卷曲成螺旋形，每个环转含6个葡萄糖残基。直链淀粉分子的聚合度较小为几百到几千，大约是300～1000。实验证明，天然直链淀粉分子的空间结构并非是完全伸展成直线型的，而是卷曲成螺旋状的，结构比较紧密。2、支链淀粉的结构以α-1，4-苷键结合为主，并有α-1，6-苷键结合、且在此处分枝的叫支链淀粉。支链淀粉分子的聚合度较大，约在1000～6000之间。所以，支链淀粉整体结构不同于直链淀粉，一般支链淀粉的相对分子质量比直链淀粉大得多，呈树枝状，结构比较松散，支链都不长，平均含20～30个葡萄糖基，所以支链虽然也可成螺旋，但是螺旋很短。支链淀粉结构示意图（每一个圆圈代表一个葡萄糖单位）(二)淀粉的存在状态天然淀粉在植物细胞内以淀粉粒形态存在。淀粉呈白色粉末状，在显微镜下—形状和大小不同的透明小颗粒。淀粉粒作为天然淀粉的存在方式，具有一定的大小、形状、结构和组成。从形状上分，大体上有大致有圆形、椭圆形、多角形3种。例如：马铃薯淀粉：椭圆形；大米淀粉：多角形；玉米淀粉：圆形和多角形2种。它们大小差别也很大，淀粉粒的直径在2～150μm之间，其中以马铃薯淀粉粒最大（20～120μm），大米淀粉粒为最小（2～10μm）。马铃薯小麦稻米玉米(一)淀粉的物理性质在烹饪中最重要的是淀粉的亲水性和溶解性。淀粉分子有大量的羟基，能与水形成氢键，所以它们是亲水性物质。但因分子太大，而且淀粉中这些羟基趋向于形成分子内氢键，所以限制了淀粉的水化，也就影响了它的溶解，其溶解性并不好。(二)淀粉的化学性质从结构上来看，淀粉最重要的化学性质是水解、结合和改性。1、水解反应淀粉在食品中最重要的化学性质是水解。淀粉水解是一个逐步进行的过程，其不同水解程度的产物，可从下反应过程中看出：淀粉→红色糊精→无色糊精→麦芽糖→葡萄糖（1）糊精是淀粉水解的初步降解产物，它具还原性，与淀粉比较易溶解于水，仍具粘性。（2）淀粉糖浆实际上就是淀粉不完全水解的高分子和低分子产物的混合物，无色、透明、粘稠的液体。常用DE值来表示淀粉的转化程度。（3）麦芽糖浆（饴糖）：麦芽糖又称饴糖，它是淀粉水解成具甜味成分的一个标志，主要成分为麦芽糖。呈浅黄色，甜味温和。（4）葡萄糖：淀粉水解的最终产物。葡萄糖占的比例越高，水解程度越大。2、结合反应碘与淀粉发生结合，形成包合物后，会根据吸附碘的多少呈现不同颜色，糊精遇碘呈现的颜色变化随糊精分子量递减：蓝色—紫红色—橙色—无色直链聚合度＜6不呈色不能形成螺旋圈8～20红色1～3圈20～40紫色3～6圈＞40蓝色＞6圈支链淀粉分支只有20～30个G残基，紫红色。3、改性天然淀粉经过适当的处理，可使它的物理性质发生改变，以适应特定的需要，这种淀粉称为改性淀粉。1、淀粉糊化的概念与本