食品化学

第二章碳水化合物Unit2Carbohydrates曹东旭副教授天津科技大学Contents本章主要内容第二节单糖和低聚糖第三节多糖第一节引论2.1Introduction引言一、碳水化合物的一般概念1.Definition碳水化合物(Carbohydrates)表达式Cx(H2O)y多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。2.1Introduction引言2.Classification分类：按组成分类1)单糖（Monosaccharides）：不能再被水解的多羟基醛、酮，是碳水化合物的基本单位。单糖又分为醛糖和酮糖。2）低聚糖（寡糖Oligosaccharides)：由2-10个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖。3）多糖(Polysaccharides)：由10个以上单糖分子缩合而成。根据组成多糖的单糖种类,又分为均多糖和杂多糖。2.1Introduction引言2.Classification分类：按功能组成分类1）结构多糖2）贮存多糖3）抗原多糖2.1Introduction引言二、食品原料中的碳水化合物Carbohydratescomprisemorethan75%ofthedrymatterofPlants.eg:corn,vegetable,fruit,andsoon.Monosaccharides&Oligasaccharidesisusuallyfoundinthevegetableandfruit.Polysaccharidescanmainlybefoundincorn,seed,root,stemplants.2.1Introduction引言常见水果、蔬菜中的游离糖含量（％鲜重计）2.1Introduction引言常见水果、蔬菜中的游离糖含量（％鲜重计）含量很少:1～6%2.1Introduction引言从上表中可以看出: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2.1Introduction引言玉米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，变甜糖～淀粉的转化2.1Introduction引言三、食品中碳水化合物的作用碳水化合物与食品加工质量碳水化合物与食品的营养色泽与碳水化合物口感与碳水化合物质构与碳水化合物提供膳食热量促进肠道蠕动具有保健功能2.2Monosaccharide&Oligosaccharides一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&FunctionofCarbohydrates1、单糖（Monosaccharides）2、低聚糖（Oligosaccharides）3、糖苷（Glycosides）一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&FunctionofCarbohydrates2.2Monosaccharide&Oligosaccharides链式结构－差向异构醛糖：C4差向异构C2差向异构酮糖：C5差向异构环状结构－端位异构1、单糖（Monosaccharides）糖分子中除了C1外，任何一个手性碳原子具有不同的构型称为差向异构。如D－甘露糖是D－葡萄糖的C2差向异构。一、单糖和低聚糖的结构StructureofCarbohydratesC4差向异构C2差向异构链式结构－醛糖一、单糖和低聚糖的结构StructureofCarbohydratesC5差向异构链式结构－酮糖一、单糖和低聚糖的结构StructureofCarbohydrates环状结构手性碳原子镜面-与-构型一、单糖和低聚糖的结构StructureofCarbohydrates环状结构-与-构型同侧异侧一、单糖和低聚糖的结构StructureofCarbohydrates环状结构C1为手性碳原子，它有右侧两种端位异构一、单糖和低聚糖的结构StructureofCarbohydrates环状结构-与-构型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。己糖可以形成呋喃型和吡喃型一、单糖和低聚糖的结构StructureofCarbohydrates环状结构一、单糖和低聚糖的结构StructureofCarbohydrates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个手性碳原子三糖四糖五糖六糖C4差向异构C2差向异构D-n糖2（n-3）个异构体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2.2Monosaccharide&Oligosaccharides一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&FunctionofCarbohydrates1、单糖（Monosaccharides）2、低聚糖（Oligosaccharides）3、糖苷（Glycosides）2.2Monosaccharide&Oligosaccharides一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&FunctionofCarbohydrates2、低聚糖（Oligosaccharides）食品中重要的低聚糖具有特殊功能的低聚糖环状低聚糖2.2Monosaccharide&Oligosaccharides一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&FunctionofCarbohydrates2、低聚糖（Oligosaccharides）一般由２－１０个糖基构成，较重要的低聚糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖、麦芽糊精和环状糊精（沙丁格糊精）食品中重要的低聚糖－麦芽糖Maltose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D-葡萄糖D-半乳糖D-葡萄糖β-1,4糖苷配基食品中重要的低聚糖－乳糖Lactose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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食品中重要的低聚糖－蔗糖Sucrose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、低聚木糖食品中重要的低聚糖2.2Monosaccharide&Oligosaccharides一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&FunctionofCarbohydrates2、低聚糖（Oligosaccharides）食品中重要的低聚糖具有特殊功能的低聚糖环状低聚糖食品中单糖和低聚糖的功能甜味剂:亲水功能:蜂蜜和大多数果实的甜味主要取决于蔗糖、果糖、葡萄糖等含量（甜度：果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖）糖分子中含有羟基，具有一定的亲水能力、吸湿性或保湿性和防腐能力。褐变产物赋予食品特殊风味,如麦芽酚,异麦芽酚增加溶解性，如环状糊精、麦芽糊精。糊精做固体饮料的增稠剂和稳定剂。赋予风味:特殊功能:稳定剂:保健功能: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、低聚氨基葡萄糖具有特殊功能的低聚糖－低聚果糖分子式特点：G-F-Fn（Glucose,Fructose）G-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)果糖转移酶具有特殊功能的低聚糖－低聚果糖21β-2,1GF2GF4GF3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防止龋齿生理活性：具有特殊功能的低聚糖－低聚果糖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、黑曲霉具有特殊功能的低聚糖－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%木二糖的分子结构β-1，4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抗龋齿具有特殊功能的低聚糖－低聚木糖木二糖的分子结构β-1，4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β-1,4水溶性D-氨基葡聚糖具有特殊功能的低聚糖－甲壳低聚糖D-氨基葡萄糖甲壳低聚糖的结构生理功能：降低肝脏和血清中的胆固醇提高机体的免疫功能增殖双歧杆菌抗肿瘤作用，防治溃疡病等2.2Monosaccharide&Oligosaccharides一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&FunctionofCarbohydrates2、低聚糖（Oligosaccharides）食品中重要的低聚糖具有特殊功能的低聚糖环状低聚糖环状低聚糖(Cyclodextrin)又名沙丁格糊精（SchardingerDextrin）或环状淀粉，由α-Ｄ-葡萄糖通过1,4-糖苷键首尾相连构成。聚合度为6,7,8,分别称为,,环状糊精。N=6N=7N=8环状低聚糖(Cyclodextrin)环状糊精(Cyclodextrin)环状糊精的立体结构示意图高度对称性圆柱形-OH在外侧，C-H和O在环内侧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、胆固醇环状糊精的结构特点：环状糊精(Cyclodextrin)环状糊精的立体结构示意图环状糊精制备工艺：淀粉调浆→液化→转化→终止反应→脱色,过滤→离交法脱盐→真空浓缩→喷雾干燥→干粉环状糊精为中空圆柱形结构，可包埋与其大小相适的客体分子，起到稳定缓释，提高溶解度，掩盖异味的作用。食品行业:做增稠剂,稳定剂,提高溶解度（做乳化剂）,掩盖异味等等。固体果汁和固体饮料酒载体。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。如食用香精玫瑰油，茴香脑等易挥发，易氧化，用CD包接后香味的保持得到改善。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。环状糊精的应用农业:应用在农药上环状糊精的应用化妆品:作乳化剂,提高其稳定性,减轻对皮肤的刺激作用。医学：如用环状糊精包接前列腺素的试剂,注射剂,共基青霉素-β-环糊精其它方面：香精包含在环状糊精制成的粉末，而混合到热塑性塑料中，可制成各种加香塑料。如tide（汰渍）洗衣粉留香，可经ＣＤ包接香精后添加到洗衣粉中。2.2Monosaccharide&Oligosaccharides一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&FunctionofCarbohydrates1、单糖（Monosaccharides）2、低聚糖（Oligosaccharides）3、糖苷（Glycosides）2.2Monosaccharide&Oligosaccharides一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&FunctionofCarbohydrates3、糖苷（Glycosides）糖苷的基本概念糖苷的基本性质食品中不同类型糖苷简介糖苷的基本概念Glycosides-Definition定义：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）等发生缩合反应而得的化合物。组成：糖配基（非糖部分）糖苷的基本概念Glycosides-Definiti