食品化学第三碳水化合物

13.1碳水化合物的分类概念：碳水化合物也称糖类，是由碳、氢、氧三种元素组成的(Cn（H2O）m)。有些糖如脱氧核糖（C5H10O4）和鼠李糖（C6H12O5）等并不符合上述通式，并且有些糖还含有氮、硫、磷等成分是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物和缩合物的总称。单糖低聚糖多糖分类2单糖：是碳水化合物的基本单位，是不能再被水解的多羟基醛或多羟基酮。丙糖丁糖戊糖：果糖（酮糖）己糖：葡萄糖（醛糖）按所含碳原子数目的不同称为3低聚糖：又叫寡糖，是由2－10个单糖分子脱水缩合而成的糖，完全水解后得到相应分子数的单糖。根据水解后生成单糖分子的数目，又可分为二糖(双糖)，三糖，四糖等。其中以双糖的分布最广，典型的双糖有蔗糖，麦芽糖。4多糖：多糖是由很多个单糖分子失水缩合而成的高分子化合物，其单糖单体少则几十个，多则成千上万个，水解后可以生成多个单糖分子。均多糖(或同聚多糖)：如果多糖是由相同的单糖组成的混合多糖(或杂多糖)：若多糖是由不相同的单糖缩聚而成的研究碳水化合物的意义是重要的能量来源与营养来源：单糖和低聚糖是重要的甜味剂和保藏剂(高浓度糖渗透压大，微生物不易生长)：与食品中其它成分发生反应产生色泽和香味：焦糖化反应，美拉德反应具有较高黏度、凝胶能力和稳定作用：多指多糖563.2单糖单糖的结构：1、单糖的化学组成和链状结构：(1)组成Cn(H2O)n：所有食物中的低聚糖和多糖摄入人体后，都必须水解成单糖后才能被人体吸收。(2)自然界中以4，5，6个碳原子的单糖最普遍。6碳糖：葡萄糖，果糖；5碳糖：核糖等等。醛糖酮糖。丙糖丁糖戊糖己糖庚糖。按照官能团又分为依分子中碳原子的数目CCCCCCH2OHOHOHHOHHOHHOHHCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOHHCCCCCCH2OHOHOHHOHOHHHOHHCCCCCCH2OHOOHHOHHHOHHOHHCCCCCCH2OHOHOHOHHOHHHOHHD-阿洛糖D-葡萄糖D-古洛糖D-甘露糖D-半乳糖图2-1几种D-醛糖的结构式（C6）CCCCCH2OHOHOHHOHHOHCH2OHCCCCCH2OHOHOHHOHHOHCH2OHCCCCCH2OHOHOHHOHHOHCH2OHCCCCCH2OHOHOHHOHHOHCH2OHD-阿洛酮糖D-果糖D-山梨糖D-塔罗糖图2-2几种D-酮糖的结构式（C6）手性碳原子：即不对称碳原子，它连接4个不同的原子或功能集团。L-糖：如果最高编号的手性碳原子上的羟基位于左边位置，则称为L-糖。天然存在的L-糖不多82、单糖的环状结构：单糖分子的羰基可以与糖分子本身的一个醇羟基反应，生成分子内的半缩醛或半缩酮，形成五元呋喃环或更稳定的六元吡喃环。天然的糖多以六元环形式存在。OOHHHHOHOHHOHHCH2OHOOHHHOHHOHHOHHCH2OHOHHHHOHOHHOHOHCH2OHOCH2OHOHHOHOHHCH2OHHα-D-葡萄糖α-D-半乳糖β-D-葡萄糖α-D-果糖β型：如果C1上的O与C6上的羟甲基位于环平面的同一侧，则形成的为β型，α型：若C1上的O与C6上的羟甲基位于环平面的不同侧，则形成的是α型。单糖的物理性质：1、甜度：甜度通常是以蔗糖为基准物，一般以5%或10%的蔗糖水溶液在20℃时的甜度为1.0，其他糖在同一条件下与其相比较所得的数值，由于这种甜度是相对的，所以又称为比甜度。糖类名称比甜度糖类名称比甜度蔗糖1.0β-D-果糖1.5α-D-葡萄糖0.7α-D-甘露糖0.6α-D-半乳糖0.3α-D-木糖0.5一些单糖的比甜度10单糖的物理性质：2、溶解度：纯净的单糖为白色晶体，有较强的吸湿性。单糖分子中有多个羟基，增加了它的水溶解性，所以极易溶于水，尤其在热水中的溶解度极大。单糖在乙醇中也能溶解，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。11单糖的物理性质：3、旋光性：具有手性的分子都具有旋光性，要判断一个化合物是否有旋光性，就要看它是否为手性分子。每个单糖分子都含有不对称碳原子，所以都具有旋光能力。12单糖的物理性质：4、吸湿性、保湿性与结晶性吸湿性:是指糖在湿度较高的情况下吸收水分的性质。保湿性:是指糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质。糖的特征之一是能形成晶体这两种性质对于保持食品的柔软性、弹性、贮存及加工都有重要意义。在糖果制造时，要应用糖结晶性质上的差别。13单糖的化学性质：1、与碱的作用D-葡萄糖的烯醇化和异构化作用CCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOHHCCCCCCH2OHOHHOHOHHHOHHOHHCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOHHCH2OHCCCCCH2OHOOHHHOHHOHD-葡萄糖烯醇式D-甘露糖D-果糖14单糖的化学性质：1、与碱的作用1，2烯二醇的分解反应CHOHCOHCHOHCHOHCHOHCH2OHCHOCCH2OHHOHCCH2OHOCH2OH15单糖的化学性质：2、与酸的作用复合反应2C6H12O6—→C12H22O11+H2O受酸和热的作用，一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的羟基缩合，失水生成双糖，这种反应称为复合反应。16单糖的化学性质：2、与酸的作用脱水反应糖受强酸和热的作用，易发生脱水反应，生成环状结构体或双键化合物。戊糖脱水生成糠醛己糖脱水生成5-羟甲基糠醛己酮糖较己醛糖更易发生此反应。17单糖的化学性质：3、氧化反应：(1)单糖含有自由醛基或酮基具有还原性，都能发生氧化作用。(2)在酸性溶液中醛糖比酮糖易于氧化醛糖能被弱氧化剂溴水氧化，而酮糖不能，借此可将这两种糖区分开来。18单糖在弱氧化剂如吐伦试剂、费林试剂中可被氧化成糖酸，同时还原金属离子。单糖的化学性质：3、氧化反应：在强氧化剂作用下，单糖能完全被氧化而生成二氧化碳和水。19单糖中有游离羰基，易于还原，在一定压力与催化剂或酶的作用下，羰基还原成羟基，单糖被还原成糖醇。单糖的化学性质：3、还原反应：葡萄糖可还原为山梨糖醇果糖可还原为山梨糖醇和甘露糖醇的混合物木糖被还原为木糖醇。203.3低聚糖概念：低聚糖也称寡糖，普遍存在于自然界中，可溶于水，有甜味，有旋光活性，在与稀酸共同加热或在酶的作用下可以水解成单糖。分类：低聚糖中以双糖分布最为普遍，双糖也称为二糖，是由2分子的单糖失水形成的，其单糖单体可以是相同的，也可以是不同的，故可分为同聚二糖和杂聚二糖。同聚二糖：麦芽糖，异麦芽糖，纤维二糖，海藻二糖；杂聚二糖：蔗糖，乳糖等。213.3.1结构和命名3.3低聚糖低聚糖的命名通常采用系统命名法。即用规定的符号D或L和α或β分别表示单糖残基的构型；用阿拉伯数字和箭头（→）表示糖苷键连接碳原子的位置和方向，其全称为某糖基（X→Y）某醛（酮）糖苷，X，Y分别代表糖苷键所连接的碳原子位置。OOHHHHOHHOHHCH2OHOHHHOHOHHOHHCH2OHOHOH2COHHHOHOHHOHHCH2OHOOHCH2OHHOHHOHOOHHHHOHHOHHCH2OHOHHHOHHOHHOHCH2OHO麦芽糖（α-D-吡喃葡萄糖基（1→4）-D-吡喃葡萄糖苷）蔗糖（α-D-吡喃葡萄糖基（1→2）-β-D-呋喃果糖苷）乳糖（β-D-吡喃半乳糖基（1→4）α-D-吡喃葡萄糖苷）除系统命名外，因习惯名称使用简单方便，沿用已久，故目前仍然经常使用。如蔗糖、乳糖、龙胆二糖、海藻糖、棉子糖、水苏糖等。223.3.2低聚糖的性质3.3低聚糖甜度和溶解度:低聚糖随着聚合度的增加，甜度降低。抗氧化性:糖液具有抗氧化性，因为氧气在糖溶液中的溶解度大大减少黏度和吸湿性:糖浆的黏度特性对食品加工具有现实的生产意义。发酵性:不同微生物对各种糖的利用能力和速度不同。结晶性:蔗糖易结晶，晶体粗大；淀粉糖浆是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，不能结晶还原性分子中含有自由醛（或酮）基或半缩醛（或酮）基的糖都具有还原性。233.3.3食品中重要的低聚糖3.3低聚糖还原性二糖：还原性二糖可以看作是一分子单糖的半缩醛羟基与另一分子单糖的醇羟基失水而成的。这样形成的二糖分子中，有一个单糖单位形成苷，而另一个单位仍然保留有半缩醛基。非还原性二糖：非还原性二糖是由一分子单糖的半缩醛羟基与另一分子单糖的半缩醛羟基失水而成的，这类二糖分子中由于不存在半缩醛羟基，因而无还原性，无变旋现象。241、麦芽糖：麦芽糖（maltose）又称饴糖，是由2分子的葡萄糖通过α-1，4糖苷键结合而成的双糖，是淀粉在β-淀粉酶作用下的最终水解产物。----谷物种子发芽时就有麦芽糖的生成，生产啤酒所用的麦芽汁中所含糖成分主要是麦芽糖。麦芽糖的性质：常温下，纯麦芽糖为透明针状晶体，易溶于水，微溶于酒精，不溶于醚。其熔点为102℃～103℃，相对密度1.540，比甜度为0.3，甜味柔和，有特殊风味。麦芽糖是食品中使用的一种温和的甜味剂。饴糖具有一定的黏度，流动性好，有亮度，可用于制作糖果，糖浆等食品。252、乳糖：乳糖是由1分子β－D－半乳糖与1分子D－葡萄糖以β－1，4－糖苷键连接的二糖。在乳糖的分子结构中具有半缩醛羟基，因此乳糖具有还原性。它是哺乳动物乳汁中的主要糖成分，牛乳含乳糖4.6%～5.0%，人乳含乳糖5%～7%，在植物界十分罕见。26乳糖D－葡萄糖+D－半乳糖乳糖酶乳糖的存在可以促进婴儿肠道双歧杆菌的生长，也有助于机体内钙的代谢和吸收，但对体内缺乳糖酶的人群，它可导致乳糖不耐症。乳糖不耐症当未分解吸收的乳糖进入结肠后，被肠道存在的细菌发酵成为小分子的有机酸如醋酸、丙酸、丁酸等，并产生一些气体如甲烷、H2、CO2等,这些产物大部分可被结肠重吸收，新生儿小肠粘膜乳糖酶缺乏是主要病因，部分人群因长期不摄入奶及奶制品也会造成27乳糖乳酸或其他短链脂肪酸厌氧M发酵克服乳糖酶缺乏症的的方法：①利用发酵的方法除去乳糖，如制成酸奶②通过外加乳糖酶减少牛奶中的乳糖。283、蔗糖：结构：蔗糖是食物中主要的低聚糖，是一种典型的非还原性糖，也是一种杂聚二糖，它是由一分子α－D－葡萄糖C1上的半缩醛羟基与β－D－果糖C2上的半缩醛羟基失去1分子水，通过1，2－糖苷键连接而成的二糖。蔗糖分子中没有保留半缩醛羟基，因此它没有还原性，也没有变旋现象。性质：蔗糖是最重要的甜味剂，无色晶体，易溶于水，在稀酸或酶的作用下得到葡萄糖和果糖的等量混合物。由于在水解的过程中，溶液的旋光度由右旋变为左旋，因此通常把蔗糖的水解作用称为转化作用。转化作用所生成的等量葡萄糖与果糖的混合物称为转化糖。29具有特殊功能的低聚糖低聚果糖又称寡果糖或蔗果三糖族低聚糖，其中分子式为G-F-Fnn=1~3（G为葡萄糖，F为果糖）它是由蔗糖和1~3个果糖基通过β-2，1键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖，蔗果四糖和蔗果五糖的混合物。OCH2HOHOHHCH2OHHOCH2HOHOHHCH2OHHOHHHOHOHHOHHCH2OHOOOCH2OHHOHOHHCH2OHHOOCH2OHHOHOHHCH2OHHOCH2HOHOHHCH2OHHOHHHOHOHHOHHCH2OHOOOCH2HOHOHHCH2OHHOCH2HOHOHHCH2OHHOHHHOHOHHOHHCH2OHOOOH2CHOHOHHCH2OHHOOCH2OHHOHOHHCH2OHHO30低聚果糖低聚果糖是一种天然活性物质。甜度为蔗糖的0.3-0.6倍。既保持了蔗糖的纯正甜味性质，又比蔗糖甜味清爽。糖浆为无色或淡黄色、透明粘稠液体，带低聚果糖清香，甜味柔和清爽，无异味，无外来杂质。糖粉为白色或微黄色无定型粉末（颗粒为白色或微黄色无定型颗粒），甜味柔和清爽，带低聚果糖清香，无异味，无外来杂质。31低聚果糖可以使糖尿病患者也能够服用的原因？是因为正常人的体内没有一种酶可以水解低聚果糖这种碳水化合物，所以它不容易被人体吸收，因此糖尿病患者也可以服用低聚果糖具有卓越的生理功能，包括作为双歧杆菌的增殖因子；属于人体难消化的低热值甜味剂；水溶性的膳食纤维；能降低机体血清胆固醇和甘油三酯含量及有抗