食品化学碳水化合物.

第三章碳水化合物重点1.食品中单糖、低聚糖、多糖等物理化学性质；2.食品在储藏加工条件下糖类化合物的美拉德褐变反应及其对食品营养、感观性状和安全的影响；3.淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的应用；难点糖类化合物的结构与功能间的关系本章主要内容第二节单糖及低聚糖第三节多糖第一节概述碳水化合物(Carbohydrate)碳水化合物是由多羟基醛、酮或者多羟基醛酮的缩合物或衍生物所构成的一类有机化合物，又称为糖类通式:Cn(H2O)m绿色植物光合作用的直接产物单糖低聚糖或多糖糖苷、糖酸、糖醇等定义分类低聚糖单糖monosaccharide碳水化合物(Carbohydrate)多糖糖苷oligosaccharidedisaccharideglycoside凡不能被水解成更小分子的多羟基醛、酮及其衍生物的糖类，称为单糖凡能被水解为少数单糖分子的多羟基醛、酮的缩合物，称为低聚糖（寡糖）2~20个凡能水解成20个以上分子单糖的聚糖（或者多羟基醛、酮的缩合物）称为多糖可水解成糖分子和配糖体的物质根据水解情况4碳水化合物单糖的数量单糖的种类单糖、寡糖和多糖多糖可分为均多糖或杂多糖多糖可分为植物多糖、动物多糖和微生物多糖多糖可分为结构多糖、贮藏多糖和功能多糖多糖复合物多糖的来源体内的功能多糖衍生物分类碳水化合物在食品中的作用淀粉谷类食品富含碳水化合物主食食品和加工食品的原料碳水化合物(Carbohydrate)食品的辅助材料食用淀粉粉条和凉粉淀粉糖浆和葡萄糖醋、酒绿豆粉豌豆粉土豆淀粉玉米淀粉高梁淀粉藕粉山药粉食品添加剂多糖改善食品的质地和性状淀粉午餐肉饼干糖果水溶性多糖果胶、褐藻胶、琼脂、魔芋多糖、羧甲基纤维素颗粒饮料稳定剂果酱、果胨冰淇淋稳定、调节粘度凝胶和稳定剂碳水化合物在食品中的作用碳水化合物(Carbohydrate)食品和加工食品的原料食品的辅助材料增加粘着性和持水性稀释面筋浓度改善质地和脆度填充剂低聚糖水苏糖、棉子糖不被人体消化酶分解不被龋齿菌分解利用促进肠道有益菌活化和增殖如双歧杆菌用作低热量甜味剂碳水化合物在食品中的作用碳水化合物(Carbohydrate)食品和加工食品的原料食品的辅助材料食品添加剂改善食品的质地和性状功能性食品糖醇碳水化合物在食品中的作用碳水化合物(Carbohydrate)食品和加工食品的原料食品的辅助材料多糖果蔬中果胶面粉中淀粉高纤维素食品决定果蔬食品的质地变化决定面包的品质口感粗糙溶解性差食品添加剂改善食品的质地和性状功能性食品影响和改善食品的形态和质地粗纤维含量是制约一些生物材料在食品中应用的关键因素发生褐变反应产生风味物质小糖类☜单糖和双糖碳水化合物在食品中的作用碳水化合物(Carbohydrate)食品和加工食品的原料食品的辅助材料食品添加剂改善食品的质地和性状功能性食品影响和改善食品的形态和质地影响食品的色泽和风味二、食品中的碳水化合物碳水化合物在植物中含量占干重的80%以上如：玉米，蔬菜，水果等单糖及低聚糖主要存在于蔬菜和水果中。多糖主要存在于玉米，种子，根，茎植物。水果及蔬菜中游离糖含量(%鲜重计)D-葡萄糖D-果糖蔗糖水果葡萄6.867.842.25桃子0.911.186.92梨子0.956.771.61樱桃6.497.380.22草莓2.092.401.03蔬菜甜菜0.180.166.11硬花甘蓝0.730.670.42胡萝卜0.850.854.24黄瓜0.860.860.06常见部分谷物食品原料中碳水化合物含量(按每100g可食部分计)谷物名称碳水化合物（g）纤维素(g)谷物名称碳水化合物(g)纤维素(g)全粒小麦69.32.1全粒稻谷71.81.0强力粉70.20.3糙米73.90.6中力粉73.40.3精白米75.50.3薄力粉74.30.3全粒玉米68.62.0黑麦全粉68.51.9玉米碴75.90.5黑麦粉75.00.7玉米粗粉71.11.4全粒大麦69.41.4玉米细粉75.30.7大麦片73.50.7精小米72.40.5全粒燕麦54.710.6精黄米71.70.8燕麦片66.51.1高粱米69.51.7食品糖的百分含量（%）食品糖的百分含量（%）可口可乐9蛋糕（干）36脆点心12番茄酱29冰淇淋18果冻（干）839普通食品中的糖含量上表说明，目前加工的食品中水溶性糖含量比其相应的原料要多得多。这是为满足食品的风味和色泽需要而人为加入的。返回从上图表中可以看出:天然食物中游离糖的含量很少；加工的食品中则较多。如何将植物源食物中的贮存多糖和结构多糖转化为可溶性多糖？目前可采取的方法有：适时采收；采后处理；加工中添加水解酶等玉米--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10①碳水化合物是营养的基本物质之一。②形成一定色泽和风味。③游离糖本身有甜度，对食品口感有重要作用。④食品的粘弹性也是与碳水化合物有很大关系，如果胶、卡拉胶等。⑤食品中纤维素、果胶等不易被人体吸收，除对食品的质构有重要作用外，还是膳食纤维的构成成分。⑥某些多糖或寡糖具有特定的生理功能，是保健食品的主要活性成分。三、碳水化合物与食品质量11第二节碳水化合物的理化性质及食品功能性一、碳水化合物的结构（一）单糖食品中的单糖多以D-构型存在。单糖中部分基团发生变化，形成单糖衍生物。食品中主要的单糖衍生物有：单糖的磷酸酯、脱氧单糖、氨基糖、糖酸、糖醛酸、糖二酸、抗坏血酸、糖醇、肌醇、糖苷等。（二）糖醇与糖苷1、糖醇糖醇指由糖经氢化还原后的多元醇(Polyols)，按其结构可分为单糖醇和双糖醇。目前所知，除海藻中有丰富的甘露糖醇外，在自然界糖醇存在较少。糖醇的商品名称均以相应糖加上“醇”来称呼。糖醇大都是白色结晶，具有甜味，易溶于水，是低甜度、低热值物质。作为糖类重要的氢化产物，不具备糖类典型的鉴定性反应，具有对酸碱热稳定，具备醇类的通性，不发生美拉德褐变反应。✪✪✪文献122、肌醇肌醇是环已六醇，结构上可以排出九个立体异构体。肌醇异构体中具有生物活性的只有肌-肌醇，一般就称它为肌醇。在动物的肌肉、心脏、肝、肺等组织中多与磷酸结合形成磷酸肌醇，在高等植物中，肌醇的六个羟基都成磷酸酯，即肌醇六磷酸；磷酸肌醇还易与体内的钙、镁结合，形成糖醇六磷酸的钙镁盐。肌-肌醇结构133、糖苷糖苷是单糖的半缩醛上羟基与非糖物质缩合形成的化合物。糖苷的非糖部分称为配基或非糖体，连接糖基与配基的键称苷键。根据苷键的不同，糖苷可分为含氧糖苷、含氮糖苷和含硫糖苷等。糖苷通常包含一个呋喃糖环或一个吡喃糖环，新形成的手性中心有α或β型两种。一般在自然界中存在的糖苷多为β-糖苷。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，失去水后形成的化合物。组成：糖、配基（非糖部分）糖苷的基本概念配基部分O-糖苷S-糖苷N-糖苷14（三）低聚糖1、概述低聚糖又称为寡糖，它是由2～10个糖单位以糖苷键结合而构成的碳水化合物，可溶于水。自然界中以游离状态存在的低聚糖的聚合度一般不超过6个糖单位，其中主要是二糖和三糖。如果组成低聚糖的糖基是相同种的为均低聚糖，不同为杂低聚糖。2、环状糊精环状糊精是由6～8个D-吡喃葡萄糖通过α-1，4糖苷键连接而成的D-吡喃葡萄糖基低聚物。由6个糖单位组成的称为α-环状糊精，由7个糖单位组成的称为β-环状糊精，由8个糖单位组成的称为γ-环状糊精。15α-环状糊精的结构示意图α、β及γ-环状糊精除分子量不同外，水中溶解度、空穴内径等也有不同。环状糊精的结构具有高度的对称性，是一个中间为空穴的圆柱体，内壁被C-H所覆盖，与外侧相比有较强的疏水性。因此，环状糊精能稳定的将一些非极性的化合物截留在环状空穴内，从而起到稳定食品香味的作用。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。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✪✪✪文献16（四）多糖多糖的结构多糖的分子量较大；形状：直链和支链均多糖（homoglycans），杂多糖（heteroglycans）。多糖的结构与活性有密切的关系.多糖的聚合度不均一，分子量没有固定值，多呈高斯分布。多糖分子的不均一性主要受体内代谢状态有较大关系。此外，某些多糖以糖复合物或混合物形式存在，例如糖蛋白、糖肽、糖脂、糖缀合物等糖复合物，它们的分子量大小受影响因素更多。文献17二、碳水化合物的理化性质1、溶解性单糖、糖醇、糖苷、低聚糖等一般是可溶于水的。糖醇在水中溶解时吸收的热量要比蔗糖高得多，适宜制备具有清凉感的食品。糖苷的溶解性能与配体有很大关系。•与多糖的羟基通过氢键结合的水被称为水合水或结合水，这部分水由于使多糖分子溶剂化而自身运动受到限制，通常这种水不会结冰，也称为塑化水，它使多糖分子溶剂化。•在凝胶和新鲜组织食品的总含水分中，这种水合水所占的比例较小。粘稠性多数情况下多糖分子链中每个单糖单位能够完全被溶剂化，使之具有较强的持水能力和亲水性，易于水化和溶解。202、水解反应（1）、糖苷的水解A、糖苷水解的意义食品中糖苷的含量虽然不高，但具有重要的生理效应和食品功能性类黄酮苷使食品具有苦味和其他的风味和颜色。毛地黄苷是一种强心剂皂角苷（淄类糖苷）是起泡剂和稳定剂甜菊苷是一种强甜味剂。糖苷一般在碱性条件下稳定，在温或热的酸性水溶液中通过水解产生还原糖。苷元的溶解度降低、苦涩味减轻、对食品的色泽及口感都产生重要影响。糖苷的某些功能消失，有害性的产生或消除。糖苷酶水解23+HHOHHOHOCH2CH2OHOOHHHHOOOHOHHHHOHCHO+HCNOHCHCNHOCCNHHOHHOHOOHHH2OOCH2OHHHCH2OHHHOOOHH苦杏仁苷酸水解或酶水解示意图苯甲醛氢氰酸龙胆二糖苦杏仁苷的功能性消失产生有害成分食物中主要的硫代糖苷及其水解产生物糖苷苦杏仁苷和野黑樱苷亚麻苦苷巢菜糖苷食物原料苦扁桃和干艳山姜的芯亚麻籽种子及种子粕豆类（乌豌豆和巢菜）水解后的分解物葡萄糖+氢氰酸+苯甲醛D-葡萄糖+氢氰酸+丙酮巢菜糖+氢氰酸+苯甲醛里那苷金甲豆（黑豆）和鹰嘴豆、D-葡萄糖+氢氰酸+丙酮（产物还蚕豆未完全确定）百脉根苷蜀黍氰苷黑芥子苷葡萄糖苷牛角花属的Arabicus高梁及玉米黑芥末（同种的Juncea）各种油菜科植物D-葡萄糖+氢氰酸+牛角花黄素D-葡萄糖+氢氰酸+水杨醛D-葡萄糖+异硫氰酸盐丙酯+KHSO4D-葡萄糖+5-乙烯-2-硫代恶唑烷，或是致甲状腺肿物+KHSO4芸台葡萄糖硫苷各种油菜科植物各种硫化氢化合物+H2S+KHSO42428（2）、低聚糖及多糖的水解低聚糖容易被酸和酶水解，但对碱较稳定。蔗糖水解称为转化，生成等摩尔葡萄糖和果糖的混合物称为转化糖（invertsuger）。多糖在酸或酶的催化下也易发生水解，并伴随粘度降低、甜度增加。在果汁、果葡糖浆等生产过程中常利用酶作催化剂水解多糖。用淀粉生产玉米糖浆就是应用了低聚糖及多糖在酸和酶作用下易水解的原理进行的。正如糖苷的水解速度，除了受它的结构有关外，还受pH、时间、温度和酶的活力等因素的影响。低聚糖和多糖的水解速度也受它的结构、pH、时间、温度和酶活性等因素的影响。293、氧化反应•含有游离醛基的醛糖或能产生醛基的酮糖都是还原糖•在碱性条件下，有弱的氧化剂存在时可被氧化成醛糖酸（aldonicacid）；•有强氧化剂存在时，醛糖的醛基和伯醇基均被氧化成羧基，形成醛糖二酸（aldaricacid）醛糖在酶作用下也可发生氧化。如某些醛糖特定的脱氢酶作用下其伯醇被氧化，而醛基被保留，生成糖醛酸（uronicacid）。D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶