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第三章碳水化合物（carbohydrates）3.1概述3.2单糖的结构及与食品相关的物理学特性3.3单糖的食品化学反应3.4食品中重要的低聚糖及其性质3.5多糖＊1是人和动物的主要供能物质，是构成食品的主要成分。＊2低分子糖类可作为甜味剂。＊3有利于肠道蠕动，促进消化。＊4大分子糖类物质能形成凝胶、糊或作为增稠剂和稳定剂。3.1概述一食品中碳水化合物的作用＊5碳水化合物还是食品加工过程中产生香味和色素的前体。＊6碳水化合物具有不同的分子结构、大小和形状以及各种化学和物理性质，并可以通过化学和物理学方法进行改性。如微孔淀粉、老化淀粉等。单糖Monosaccharides低聚糖oligosaccharides多糖polysaccharides结合糖glycoconjugate※二糖的分类是指不能再水解的最简单的多羟基醛或多羟基酮及其衍生物。是指聚合度小于或等于10的糖类。又称为多聚糖，是指聚合度大于10的糖类。多糖可分为同多糖和杂多糖。由糖与非糖物质如脂类或蛋白质共价结合，分别形成糖酯，糖蛋白和蛋白聚糖，总称为结合糖和复合糖。3.2单糖的结构及与食品相关的物理学特性一单糖的结构1链式结构2环式结构3.己糖构象构象：是由原子基团围绕单糖旋转一定位置而形成的。己糖吡喃环有船式和椅式两种形状1甜度sweetness※比甜度:以蔗糖（非还原糖）为基准物。一般以10％或15％的蔗糖水溶液在20℃时的甜度定为1.0。T=20℃时蔗糖溶液（10％/15％）1.00（甜度）α－D-葡萄糖0.70（比甜度）β－D－呋喃果糖1.50（比甜度）二单糖与食品相关的物理学特性（1）分子量越大溶解度越小，则甜度也小。（2）糖的不同构型（α、β型）也影响糖的甜度（3）温度的影响蔗糖、葡萄糖等溶液的甜度在温度变化时几乎没有变化，而果糖溶液随着温度的提高其甜度下降。（4）介质的影响（5）不同糖类之间的影响蔗糖+果葡糖浆5%葡萄糖+10%蔗糖甜度的影响因素旋光性:是一种物质使直线偏振光的振动平面发生旋转的特性。※单糖的比旋光度定义：指lmL含有1g糖的溶液于20℃，在0.1m长的旋光管内使偏振光旋转的角度。一般采用钠光。可用于糖的鉴别。变旋现象mutarotation：指糖刚溶解于水时，其比旋光度是处于变化中的，但到一定时间后就稳定在一恒定的旋光度上，这种现象叫变旋现象。2旋光性opticalactivty不同糖在水中的溶解度是不相同的，有的极易溶于水，有的则不溶于水。果糖＞葡萄糖＞蔗糖＞麦芽糖＞乳糖（难溶）＞淀粉＞纤维素3溶解度（g/100gH2O）solubility温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响t=20℃时，葡萄糖47％蔗糖66％果糖79％果糖具有较好的食品保存性。果葡糖浆的浓度％果葡糖浆中果糖含量％714277558090果糖含量较高的果葡糖浆，其保存性能较好高浓度的糖液具有防腐保质的作用，在70％以上能抑制霉菌、酵母的生长。4吸湿性和保湿性hydroscopicityandmoistureretention吸湿性：指糖在空气湿度较高的情况下吸收水分的性质。保温性：指糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质。果糖的吸湿性最强，葡萄糖次之。应用：硬糖果以蔗糖为主；软糖果应用果葡糖浆为宜；面包、糕点类食品需要保持松软，同样使用果葡糖浆较好。5结晶性crystallinity﹟糖的特征之一是能形成结晶，糖溶液越纯越易结晶。﹟不同糖类的糖结晶性质是有差别的。﹟蔗糖＞葡萄糖＞果糖（较难结晶）＞淀粉糖浆（不能结晶，并能够防止蔗糖结晶）﹟应用：生产硬糖果时以蔗糖为主，可以添加适量的淀粉糖浆。6渗透压osmoticpressure﹟渗透压越高的糖对食品的保存效果越好，能够有效的抑制微生物的生长。﹟在相同质量浓度下，溶质分子量越小，分子数目越多，渗透压越大。具有醇羟基的成酯、成醚、成缩醛等反应和羰基的一些氧化、还原、加成反应等，还具有一些特殊反应。※非酶褐变反应美拉德反应（Maillardreaction）焦糖化反应（PhenomenaofCaramelization）3.3单糖的食品化学反应美拉德反应（羰氨反应）：指羰基与氨基经缩合、聚合反应生成类黑色素和某些风味物质的非酶褐变反应。烤面包、烤肉啤酒的黄褐色酱油和陈醋的褐色※一美拉德反应Maillardreaction（1）美拉德反应过程初期阶段中期阶段末期阶段羰氨缩合分子重排Amadori重排（醛糖）Heyenes重排（酮糖）脱胺脱水脱胺重排氨基酸降解醇醛缩合聚合初期阶段氨基＋羰基（还原糖)氮代葡萄糖基胺果糖基胺美拉德反应过程羰氨缩合分子重排中期阶段中期阶段果糖基胺脱胺脱水1，2烯醇化羟甲基糠醛（HMF）脱胺重排2，3烯醇化二羰基化合物还原酮Strecker褐色CO2醛脱胺脱水HMF的积累与褐变速度有密切的相关性，HMF积累后不久就可发生褐变。脱胺重排二羰基化合物还原酮○Strecker降解末期阶段缩合与聚合，生成类黑色素和风味化合物。（2）美拉德反应的条件、生成物和特点条件：还原糖（如葡萄糖）和胺类物质（氨基酸）加少量的水，加热或长期贮藏产物：黑色素（类黑精）＋风味化合物特点：pH值下降（封闭了游离的氨基）；还原的能力上升（还原酮产生）；褐变初期，紫外线吸收增强，伴随有荧光物质产生；添加亚硫酸盐，可阻止褐变，但在褐变后期加入不能使之褪色。（3）影响美拉德反应的因素①糖的结构、种类及含量a.α、β不饱和醛α－双羰基化合物酮b.五碳糖:核糖阿拉伯糖木糖;六碳糖：半乳糖甘露糖葡萄糖;五碳糖的褐变速度大约是六碳糖的10倍。c.单糖双糖（如蔗糖，分子比较大，反应缓慢）d.还原糖含量与褐变成正比②氨基化合物的种类a.胺类物质氨基酸肽类蛋白质b.含S-S，S-H不易褐变c.有吲哚，苯环的胺类物质易褐变d.碱性氨基酸易褐变e.氨基在ε-位或在末端者，比α-位易褐变③pH值pH3-9范围内，随着pH上升，褐变上升pH≤3时，褐变反应程度较轻微pH在7.8-9.2范围内，褐变较严重④反应物浓度和水分含量与反应物浓度成正比；10％～15%(H2O)时，褐变易进行5%～10％(H2O)时，多数褐变难进行5%(H2O)时，脂肪氧化加快，褐变加快⑤温度若△t＝10℃，则褐变速度(△v）相差3～5倍。一般来讲：t30℃时，褐变加快,最适150-170℃t20℃时，褐变较慢t10℃时，可较好地控制或防止褐变地发生⑥金属离子Fe(Fe3+Fe2+)CuNa＋对褐变无影响Ca2+可同氨基酸结合生成不溶性化合物而抑制褐变催化还原酮的氧化促进褐变（4）Maillard反应对食品品质的影响不利方面：a.营养损失，特别是必须氨基酸损失严重b.产生某些致癌物质c.对某些食品，褐变反应导致的颜色变化影响质量。（如浓缩果汁，蛋粉的加工）有利方面：褐变产生较深的颜色及强烈的香气，赋予食品特殊风味。（5）maillard反应与食品加工抑制maillard反应注意选择原料：选氨基酸、还原糖含量少的品种。控制水分含量：蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥剂。流体食品则可通过稀释降低反应物浓度。•降低pH：如高酸食品如泡菜就不易褐变。•降低温度：低温贮藏。•除去一种作用物：一般除去糖可减少褐变，如加入葡萄糖氧化酶。•加入亚硫酸盐（羰氨缩合之前加入）•钙离子可抑制褐变利用maillard反应控制原材料：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℃酱肉香型控制加工方法：土豆大麦水煮：125种香气75种香气烘烤：250种香气150种香气美拉德反应小结美拉德反应概念美拉德反应的一般过程反应影响因素美拉德反应对食品品质的影响在食品加工中的应用（包利用和控制）(1)概念：无水（或浓溶液）条件下加热糖或糖浆，用酸或铵盐作催化剂，糖发生脱水与降解，生成深色物质的过程，称为焦糖化反应。(2)过程:脱水:分子双键不饱和的环聚合高聚物。缩合或聚合:裂解挥发性的醛、酮缩合或聚合深色物质※二焦糖化反应Caramelization(3)焦糖化反应条件①无水或浓溶液，温度140-170℃。②催化剂的存在加速反应：铵盐、磷酸盐等。③碱性环境有利于反应，pH8比pH5.9时快10倍。④不同糖反应速度不同，例如果糖大于葡萄糖（熔点的不同）。(4)蔗糖形成焦糖的过程蔗糖异蔗糖酐焦糖酐焦糖稀焦糖素（无甜味而具有温和的苦味）（熔点为138℃，可溶于水及乙醇，味苦）（熔点为154℃，可溶于水）（高分子的深色物质）200℃，约35min起泡二次起泡55min继续加热继续加热焦糖色素是一种结构不明确的大的聚合物分子，这些聚合物形成了胶体粒子，形成胶体粒子的速度随温度和pH的增加而增加。(5)焦糖色素的性质焦糖是一种黑褐色胶态物质等电点在pH3.0-6.9,甚至低于pH3粘度100-3000cp(6)工业上生产的焦糖色素以蔗糖为原料生产的三种色素及用途NH4HSO3催化pH2-4.5耐酸焦糖色素（可用于可口可乐饮料，棕色）糖和铵盐加热pH4.2-4.8焙烤食品用焦糖色素（红棕色）蔗糖加热pH3-4啤酒美色剂（含醇类饮料，红棕色）在稀碱溶液中，发生烯醇化作用和异构化作用在浓碱溶液中，单糖发生分解反应。三与碱的反应reactwithbases1.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。四与酸的反应reactwithacids（以葡萄糖为例）单糖含有游离的羰基，即醛基或酮基，而酮基在稀碱溶液中能转化为醛基，因此，单糖具有醛的通性。1）D-葡萄糖溴水等弱氧化剂D-葡萄糖酸钙离子加热脱水葡萄糖酸钙D-葡萄酸-δ-内酯2）D-葡萄糖浓硝酸1,6-D-葡萄糖二酸五单糖的氧化反应oxidationreaction3）D-葡萄糖强氧化剂作用被氧化成二氧化碳和水4）D-葡萄糖氧化酶D-葡萄糖醛酸D-葡萄糖醛酸具有很重要的生理意义。它可以和人体中的某些有毒物质结合形成苷类，然后随着尿液排除体外，从而起到解毒的作用。单糖分子中含有自由的醛基或半缩醛基，可以被还原剂还原为羟基，从而形成多羟基醇。1）D-葡萄糖还原剂D-葡萄糖醇（D-山梨醇）2）D-甘露糖还原剂D-甘露醇3）D-木糖还原剂D-木糖醇六单糖的还原反应reductionreaction3.4低聚糖（oligosaccharides）一食品中重要的低聚糖通常由3—6个单糖组成的聚合物，其质量优劣的标准取决于其所体现出的生理学性质。低聚果糖、低聚木糖、帕拉金糖、大豆低聚糖、低聚壳聚糖、低聚甘露糖、糊精等。特点：1低热量、低甜度，在体内不易消化，不易吸收。2利于双歧杆菌的生长3提高免疫力，增强抗病能力4食品添加剂二其它低聚糖1多糖的结构：是糖单元连接在一起而形成的长链聚合物，通常以直连或支链方式排列而成。有动物多糖、植物多糖、微生物多糖2多糖的性质★多糖的溶解性---具有较强的亲水性。★多糖溶液的黏度与稳定性---增稠和胶凝的功能。★凝胶---三维网状凝胶性质★多糖的水解---多糖比蛋白质更易水解★多糖的风味结合功能---很好的风味固定剂。3.5多糖（polysaccharides）一多糖的概述（1）淀粉的特性淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒。形状：圆形、椭圆形、多角形等。大小：0.001-0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最大，米淀粉粒最小。晶体结构：用偏振光显微镜观察及X-射线研究，能产生双折射及X衍射现象。二食品中重要的多糖及其作用※1淀粉starch