第三章++碳水化合物(carborhydrates)

第三章碳水化合物(carborhydrates)第一节引言1.1碳水化合物的定义“碳水化合物”指的是“糖类”物质，但这一名称并不恰当。定义：糖类是多羟基醛、多羟基酮或其衍生物，或水解时能够产生这些化合物的物质。1.2碳水化合物的作用是生物体内的主要能源物质。能够形成糖脂和糖蛋白。与食品的质地（Texture）、加工(Processing）及贮藏(Storage）等特性密切相关。1.3碳水化合物的分类单糖低聚糖（寡糖）多糖①同多糖②杂多糖1.4食品中的碳水化合物植物中的碳水化合物动物中的碳水化合物昆虫和甲壳类生物中的碳水化合物第二节单糖需回忆的内容（有机化学或生物化学）单糖的分类单糖的链状结构和环状结构单糖的构型和构象单糖的变旋现象单糖的氧化反应和还原反应2.1糖苷2.1.1单糖的成环2.1.2成环后形成半缩醛羟基2.1.3成苷反应2.1.4糖苷的物理性质风味溶解性旋光性稳定性2.1.5糖苷的化学性质不具有还原性。在一定条件（酸性条件）能够水解，或被酶解。2.1.6糖苷在食品中的应用2.1.6.1某些糖苷具有生理保健功能人参皂苷大豆皂苷毛地黄苷等。2.1.6.2某些糖苷是食品风味剂硫葡萄糖苷肌苷酸钠（IMP）鸟苷酸钠（GMP）甜桔苷2.1.6.3某些糖苷是有毒成分苦杏仁苷水解菜子中的原甲状腺肿素几种常见的生氰糖苷2.2非酶促褐变食品褐变非酶促褐变美拉德反应焦糖化反应酶促褐变2.2.1美拉德反应（MaillardReaction）2.2.1.1概念指食品体系中的还原糖和含有氨基的化合物（主要是氨基酸和蛋白质），在食品被加热或贮藏的过程中，所发生的使食品产生褐变的一类反应。主要反应物：羰基、氨基、水。故又称羰氨反应。2.2.1.2美拉德反应对食品的影响坏处①有时产生一些有害的物质②消耗食品中的营养元素益处①能够赋予某些食品人们期望的颜色②能够产生有些食品特殊的风味2.2.1.3美拉德反应的机理目前认为Maillard包括三个阶段①初始阶段：a.羰氨缩合；b.分子重排②中期阶段：a.重排产物形成羟甲基糠醛（HFM)；b.二羰基化合物发生斯特累克尔（Strecker）降解，放出CO2,生成降解产物。③最终阶段：a.两分子醛自相缩合；b.中期反应产物自相缩合、聚合，形成高分子色素。初始阶段a.羰氨缩合，形成葡基氨。初始阶段b.葡基氨经过Amadori分子重排，产生1-氨基-2-酮醣。中期阶段a.形成HFM中期阶段Strecker降解最终阶段：缩合、聚合，生成黑色素两类反应A.醇醛缩合反应B.醛、酮、HMF及其衍生物，二羰基化合物，Strecher降解产物等发生缩合、聚合反应，生成复杂的高分子色素（黑色素）。2.2.1.4影响Maillard反应的因素羰基化合物氨基化合物温度pH氧气催化剂水分含量抑制剂Maillard反应在30℃以上，水分含量10～15％，pH=7.8～9.2，有氧和金属离子催化的条件下，反应速度最快。2.2.1.5Maillard反应的控制温度底物水分含量pH值抑制剂催化剂和氧气2.2.2焦糖化反应（Caramelization）2.2.2.1概念糖类在高温（150～200℃）的条件下发生降解，降解产物发生聚合、缩合反应，生成黏稠状的黑褐色物质的一类反应。2.2.3.2由蔗糖形成焦糖的三个阶段开始阶段：形成异蔗糖酐中间阶段：形成焦糖酐终了阶段：形成焦糖烯，继续加热，可形成焦糖素。2.2.3.3影响焦糖化反应的因素温度催化剂第三节低聚糖（寡糖）由2～20个单糖通过糖苷键连接成的碳水化合物，通常称之为低聚糖。1.食品中重要的低聚糖1.1麦芽糖1.2乳糖乳糖细菌β－半乳糖苷酶D-葡萄糖＋D-半乳糖细菌发酵L－乳酸COOHCHHOCH31.3蔗糖2.功能性低聚糖功能性低聚糖是指对人、动物具有特殊生理作用的单糖数在210之间的一类寡糖，它的甜度一般只有蔗糖的3050%，具有低热量、抗龋齿、防治糖尿病、改善肠道菌落结构等生理作用。它是当今食品科学与工程研究领域的前沿，被誉为“21世纪食品工业的先导”。2.1功能性食品因子2.1.1功能性食品其成分能够增强人体的防御功能、调节节律、预防疾病、以及促进康复的一类具有调节身体机能的食品。2.1.2功能性食品特征五高一低低热、低脂、低盐、低糖、低胆固醇；高纤维素。2.1.3十一类功能性食品因子活性多糖功能性甜味剂功能性油脂AA、寡肽、Pro.Vitamine矿物质微生态调节剂自由基清除剂醇酮酚与酸类低能量或无能量基料其它2.2具有特殊功能的低聚糖2.2.1低聚果糖2.2.1.1结构低聚果糖又称为寡果糖或蔗果三糖族低聚糖，它是由蔗糖和1～3个果糖基结合而成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖组成的混合物。2.2.1.2生理功能能被大肠内对人体有保健作用的双歧杆菌选择性地利用，使双歧扦菌数量大幅度增加。很难被人体消化道酶水解，是一种低热量糖。可认为是一种水溶性食物纤维。抑制肠内沙门氏菌和腐败菌的生长，促进肠胃功能。防止龋齿。常见食物：香蕉、蜂蜜、洋葱、大蒜、西红柿、芦苇、菊芋和麦类中；工业上采用含有果糖转移酶活性的微生物生产。2.2.2低聚木糖2.2.2.1结构性质低聚木糖分为木糖、木二糖、木三糖及少量木三糖以上的木聚糖，其中木二糖为主要有效成分，木二糖含量越高，则低聚糖产品质量越高。木二糖是由两个木糖分子以β－1，4糖苷键连构成的，甜度为蔗糖的40％。2.2.2.2生理功能木二糖和木三糖属不消化但可发酵的糖，是双歧杆菌有效的增殖因子。具有粘度较低，代谢不依赖胰岛素，食用后不会使血糖增高→可做为糖尿病人和肥胖病人的甜味剂。抗龋齿。2.2.3甲壳低聚糖2.2.3.1结构2.2.3.2生理功能降低肝脏和血清中的胆固醇；提高机体免疫功能．增强机体的抗病和抗感染能力；具有强的抗肿瘤作用，聚合度5—7的甲壳低聚糖具有直接攻击肿瘤细胞的作用，对肿瘤细胞的生长和癌细胞的转移有很强的抑制效果；是双歧杆菌的增殖因子；可使乳糖分解酶活性升高以反防治胃溃疡，治疗消化性溃疡和胃酸过多症。2.2.3.3改性甲壳低聚糖酰化、酯化、酸化、醚化等。3.环状糊精（cyclodextrin）3.1结构3.2应用做为油溶性物质的微胶囊壁材用于包埋生理活性成分、异味成分和易挥发成分第四节多糖1.多糖的概念和分类由20个以上的单糖聚合而成的碳水化合物。聚合度（DP）：多糖中单糖的个数。分类：组成同多糖杂多糖结构直链多糖支链多糖2.多糖的基本性质及其在食品中的应用溶解性粘度凝胶性水解性2.1多糖的溶解性2.1.1多糖的水化、溶解2.1.2食品体系中多糖水化作用改善和控制水分迁移。不会显著降低溶液的冰点。2.2多糖溶液的粘度和稳定性粘度影响的多糖性质：增稠性胶凝性流动性食品的texture(质构）2.2.1多糖溶液粘度（影响因素）分子形状和构象分子带电性分子大小2.2.2多糖溶液流变性假塑性：剪切变稀现象；剪切速率升高，则溶液的的流动性加快，粘度下降。触变性：另一种剪切变稀现象；随剪切速率升高，溶液流速增加，但粘度的下降并不是瞬时发生的，在恒定的剪切速率下，其粘度是和时间有关的；另外，在剪切停止后，经历一定的时间，溶液重新恢复到原来的粘度。2.2.3多糖粘度与温度的关系大多数多糖溶液，温度升高，粘度下降。2.3多糖凝胶2.3.1结构2.3.2性质具有强持水力具有固液二重性2.4多糖的水解酸解、酶解影响因素①酸的种类、强度（或酶的种类、活力）②时间③温度④多糖自身的结构第五节淀粉食品工业至关重要的一种原料或基料。马铃薯淀粉玉米淀粉小麦淀粉1.物理性质颜色、外观、局部结晶结构（双折射现象）、溶解性扫描电镜观察淀粉颗粒扫描电镜观察淀粉颗粒2.淀粉的分子结构2.1直链淀粉的结构2.2支链淀粉的结构支链淀粉是随机分叉的:A链，由α-1，4糖苷键连接的葡萄糖单元组成；B链，由α-1，4糖苷键和α-1，6糖苷键连接的葡萄糖单元组成；C链，由α-1，4糖苷键和α-1，6糖苷键连接的葡萄糖单元再加一个还原端组成.还原端3.淀粉糊化（淀粉α化）生淀粉颗粒在水中受热，吸水膨胀变为胶体状态的一种变化。3.1机理生淀粉颗粒不溶于水：含有大量的结晶区；直链淀粉和支链淀粉以以氢键形成结合，紧密排列成束，间隙小，水分子很难渗入。机理生淀粉颗粒在水中，受热，淀粉分子剧烈振动，分子间的氢键断开，分子的极性基团水化，由于水的穿透，结晶区链段分离，结晶区域变小、数目变少。微观上的体现：淀粉颗粒极度膨胀，甚至破裂，双折射现象消失。宏观上的体现：淀粉颗粒在冷水中的低粘度浆状转变为高粘度的糊状。3.2糊化温度糊化开始温度：淀粉颗粒在水中受热，双折射现象开始消失的温度。糊化终了温度：淀粉颗粒在水中受热，双折射现象完全消失的温度。3.3淀粉糊化曲线糊化温度测定：Brabender粘度仪、DSC、RVA淀粉的粒度对其糊化的影响对同种淀粉品种而言,天然淀粉中粒径小的颗粒糊化温度高,而粒径大的淀粉颗粒糊化温度较低。3.4影响淀粉糊化的因素决定性因素：温度（一般55℃～75℃）含水量其它体系成分：如蛋白质、脂类3.5淀粉的糊化和食品质量更易水解更易被酶作用更易被消化吸收4.淀粉老化（淀粉β化）4.1概念和本质经糊化后的α化淀粉糊在室温或低于室温的条件下，放置一定时间后，会变成不透明的、具有粘弹性的凝胶（稀淀粉溶液会形成不溶性的沉淀），这种现象称之为淀粉的老化现象。本质：糊化后的淀粉分子在低温条件下，重新通过氢键作用，发生缔合，形成大量的结晶区。4.2影响淀粉老化的环境因素浓度来源含水量温度pH值4.3淀粉老化和食品质量①使食品口感变得粗糙、初感较硬②难以被酶作用，不易被消化系统消化吸收说明：食品加工中也可以利用淀粉的老化，例如粉条、粉皮的加工。4.4抗淀粉老化的方法快速除去α化淀粉的水分。加入乳化剂（极性酯类），如卵磷脂、硬脂酸单甘酯。5.淀粉糊化、老化和直链淀粉含量直链淀粉易结晶糊化：含量高，难糊化。老化：含量高，易老化。直/支比和淀粉类食品加工。6.淀粉水解（糖化）①酸水解；②酶水解葡萄糖当量（DE)：还原糖（按葡萄糖计）在玉米糖浆中所占的百分数（按干物质计）。水解程度较大的产品性质[1]水解程度较小的产品性质[2]甜味产生黏性吸湿性增稠冰点下降稳定泡沫增味剂抑制糖结晶具有发酵能力控制冰晶长大褐变反应淀粉水解产品的功能性质注：[1]高DE值玉米糖浆；[2]低DE值玉米糖浆和麦芽糖7.淀粉改性7.1什么是淀粉改性？淀粉改性即通过物理或化学或酶法处理后,改变淀粉天然性质,增加其性能或引进新特性,使之符合生产生活需要。经过改性处理的淀粉即为变性淀粉（改性淀粉）。7.2改性方法物理改性淀粉化学改性淀粉生物改性淀粉复合改性淀粉7.3简单举例可做为乳化剂。可做为脂肪代用品。第六节纤维素1.纤维素的结构1.纤维素的结构2.纤维素的改性通过一定的手段，对葡萄糖残基进行处理。2.1甲基纤维素MC和羟丙基纤维素HPMC2.1.1甲基纤维素MC增稠性、表面活性、成膜性、凝胶性改变。2.1.2羟丙基纤维素HPMC羟丙基比甲基的亲水性强，则羟丙基的取代增加，甲基纤维素的凝胶变软、强度变小，热凝胶温度提高。2.2羧甲基纤维素CMC改性后的CMC的性能有何改变？分子中的取代度（DS)、体系的pH值对其溶液粘度有何影响？2.3微晶纤维素MCC一种纯化的不溶性纤维素结晶，约有3000个β-D-吡喃葡萄糖单位组成的直链分子，具有结晶区，相当硬。第七节海藻酸钠（自学）了解海藻酸钠的分子结构，以及和Ca2＋相互作用形成的“蛋盒结构”。第八节果胶果胶物质是植物细胞壁成分之一，存在于相邻细胞壁之间的中胶层，起着将细胞