食品化學(xué)課件碳水化合物和淀粉概述

1、食品化學(xué)課件碳水化合物和淀粉概述3.1 Introduction 引言一、碳水化合物的一般概念1. Definition碳水化合物 (Carbohydrates) 表達(dá)式Cx(H2O)y多羥基醛或酮及其衍生物和縮合物。2.1 Introduction 引言2. Classification 分類 ： 按組成分類1) 單糖（Monosaccharides）： 不能再被水解的多羥基醛、酮，是碳水化合物的基本單位。單糖又分為醛糖和酮糖。葡萄糖、果糖、半乳糖2）低聚糖（寡糖Oligosaccharides)： 由2-10個(gè)單糖分子縮合而成，水解后生成單糖。蔗糖、麥芽糖、乳糖3）多糖(Polysacch

2、arides) ： 由10個(gè)以上單糖分子縮合而成。 根據(jù)組成多糖的單糖種類,又分為均多糖和雜多糖。淀粉、糖原、纖維素第二節(jié) 單糖一、結(jié)構(gòu)鏡面 手性碳原子一般單糖含有56個(gè)碳原子分為醛糖和酮糖 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)差向異構(gòu)醛糖： C4 差向異構(gòu) C2 差向異構(gòu)酮糖： C5 差向異構(gòu) 環(huán)狀結(jié)構(gòu)端位異構(gòu) 糖分子中除了C1外，任何一個(gè)手性碳原子具有不同的構(gòu)型稱為差向異構(gòu)。如D甘露糖是D葡萄糖的C2差向異構(gòu)。C4 差向異構(gòu)C2 差向異構(gòu)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)醛糖C5 差向異構(gòu)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)酮糖-與-構(gòu)型環(huán)狀結(jié)構(gòu)-與-構(gòu)型同側(cè)異側(cè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)C1為手性碳原子，它有右側(cè)兩種端位異構(gòu)3個(gè)碳原子：三糖， 1個(gè)手性碳原子 D-甘油醛糖，L-甘油醛糖

3、 4個(gè)碳原子：四糖，2個(gè)手性碳原子 5個(gè)碳原子；五糖，3個(gè)手性碳原子 6個(gè)碳原子：六糖，己糖，己醛糖 n-糖有n-2個(gè)手性碳原子 三糖四糖五糖六糖C4差向異構(gòu)C2差向異構(gòu)D-n糖 2（n-3）個(gè)異構(gòu)體L-糖：最高編號(hào)的手性C原子上的-OH在左邊 兩種L-糖，具有生物化學(xué)作用 己糖構(gòu)象構(gòu)象：是由原子基團(tuán)圍繞單糖旋轉(zhuǎn)一定位置而形成的。 己糖可以形成呋喃型和吡喃型環(huán)狀結(jié)構(gòu)二、糖苷定義： 是由單糖或低聚糖的半縮醛羥基和另一個(gè)分子中的-OH、-NH2、-SH（巰基）等發(fā)生縮合反應(yīng)而得的化合物。組成： 糖 配基（非糖部分 ）糖苷的基本概念Glycosides-Definition配基部分 糖苷功能特性 黃

4、酮糖苷：具有苦味和其它風(fēng)味和顏色 毛地黃苷：強(qiáng)心劑 皂角苷：起泡劑和穩(wěn)定劑 甜菊苷：甜味劑 糖苷的類型O-糖苷S-糖苷N-糖苷食品中不同類型糖苷簡(jiǎn)介 O-糖苷糖在酸性條件下與醇發(fā)生反應(yīng)，失去水后形成的產(chǎn)品。 糖苷一般含有呋喃或吡喃糖環(huán)。糖苷配基糖苷的形成提高了配糖基的水溶性糖基 O-糖苷的性質(zhì)在中性和堿性條件下一般是穩(wěn)定的 在酸性條件下能被水解 可被糖苷酶水解 食品中的許多風(fēng)味成分是以O(shè)糖苷存在，如芳香醇糖苷、脂肪醇糖苷、酚化苷(phenolic glycosides, 黃酮醇及黃酮化合物與糖結(jié)合所產(chǎn)生的糖苷。） N-糖苷糖+胺RNH2 氨基葡萄糖苷(N-糖苷)R=H 肌苷5-單磷酸鹽 R=O

5、H 黃苷5 -單磷酸鹽 R=NH2 鳥苷5 -單磷酸鹽 N-糖苷的性質(zhì)穩(wěn)定性不如O-糖苷 在水中容易水解,使溶液的顏色變深，黃色變?yōu)榘底厣?，?dǎo)致Maillard褐變 有些相當(dāng)穩(wěn)定 N-葡基酰胺、嘌呤、嘧啶 例如肌苷、黃苷、鳥苷的5 -單磷酸鹽 風(fēng)味增效劑 S-糖苷糖+硫醇RSH 硫葡萄糖苷（S-糖苷） 糖基與糖苷配基之間有一硫原子 芥菜子和辣根的組分另一類生氰糖苷，它們的降解會(huì)產(chǎn)生氫化物，有毒性。 1、氧化反應(yīng) 在不同氧化條件下，糖類被氧化成不同產(chǎn)物 強(qiáng)氧化劑： G CO2 +H2O Br/H2O： G 葡萄糖酸脫水內(nèi)酯內(nèi)酯酮糖如F不發(fā)生此反應(yīng) 三、氧化反應(yīng)溴水葡萄糖酸D-葡萄糖-內(nèi)酯 閉環(huán)是

6、酯，加熱后開環(huán)是酸 內(nèi)酯是一種溫和的酸化劑 完全水解需要3h，隨著水解不斷進(jìn)行，質(zhì)子均勻緩慢地釋放 出來，pH逐漸下降，慢慢酸化 在豆制品中，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，細(xì)嫩的凝膠結(jié)構(gòu) 在焙烤食品中作為膨松劑的一個(gè)組分 緩慢釋放的H+與CO32-結(jié)合，緩慢釋放CO2 與Ca2+Fe2+Zn2+結(jié)合，礦物質(zhì)飲食補(bǔ)充劑 強(qiáng)氧化劑： G CO2 +H2O Br/H2O： G 葡萄糖酸脫水內(nèi)酯 濃硝酸： 醛糖 二元酸 濃硝酸： 醛糖 二元酸 強(qiáng)氧化劑： G CO2 +H2O Br/H2O： G 葡萄糖酸脫水內(nèi)酯 濃硝酸： 醛糖 二元酸 G氧化酶： G 葡萄糖醛酸氧化反應(yīng) G氧化酶： G 葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸的功

7、能：有毒物質(zhì)過多激素芳香物質(zhì)G醛酸甙類排毒還原反應(yīng)雙鍵加氫稱為氫化。 D-葡萄糖的羰基在一定壓力、催化劑鎳存在下加氫還原成羥基，得到D-葡萄糖醇（山梨醇） 保濕劑 甜度為蔗糖50%不被微生物利用不依賴胰島素Ni還原反應(yīng)山梨糖醇 反應(yīng)歷程甘露糖醇C2差向異構(gòu)甜度為蔗糖的65% 應(yīng)用于硬糖、軟糖和不含糖的巧克力中 保濕性小，作為糖果的包衣由半纖維素制得的木糖氫化 甜度為蔗糖的70% 在硬糖或膠姆糖中替代蔗糖 防止齲齒，治療糖尿病 還原反應(yīng)木糖醇水解反應(yīng)： 低聚糖，糖苷及多糖在酸或酶的作用下，可水解生成 單糖或低聚糖。C12H22O11 + H20C6H12O6 + C6H1206S右旋FG左旋轉(zhuǎn)化

8、糖H+烯醇化和異構(gòu)化反應(yīng)與堿的作用 在稀堿條件下，開環(huán)，生成差向異構(gòu)體。繼續(xù)烯醇化2,3- 3,4- 形成己糖全部可能異構(gòu)體果葡糖漿例如： HOCHCHOH HCCH HCH CHCHO H+ HC CCHO + 3 H2O OH OH O 五碳糖 糠醛3、復(fù)合反應(yīng)和脫水反應(yīng)與酸的作用六碳糖 羥甲基糠醛糖果的黃色酯化與醚化反應(yīng) 酯化 糖中羥基與有機(jī)酸和無機(jī)酸作用生成酯 天然多糖中存在醋酸酯、磷酸酯（馬鈴薯淀粉）、硫酸酯（卡拉膠）等羧酸酯 蔗糖酯是一種很好的乳化劑 卡拉膠中含有硫酸酯基（OSO3），和酸性飲料中帶正電荷的蛋白質(zhì)結(jié)合，是一種很好的乳化、穩(wěn)定劑醚化 進(jìn)一步改良功能性 如羧甲基纖維素鈉

9、，羥丙基淀粉 紅藻多糖C3與C6間形成內(nèi)醚（3,6-脫水環(huán)） 瓊脂膠、卡拉膠 非酶褐變1.氧化或者酶促褐變：氧與酚類物質(zhì)在多酚氧化酶催化作用下的一種反應(yīng)，例如水果的切片2.非氧化或者非酶促褐變： 焦糖化 美拉德 Maillard反應(yīng)1.定義：還原糖（主要是葡萄糖）與游離氨基酸或氨基酸殘基的游離氨基發(fā)生羰氨反應(yīng)。2.反應(yīng)三要素：含有氨基的化合物（一般是蛋白質(zhì)）、還原糖和一些水。色素：類黑精 風(fēng)味化合物：如麥芽酚，乙基麥芽酚，異麥芽酚，吡喃酮，呋喃酮，內(nèi)酯，羰基化合物，酸和酯類。 二氧化碳：通過同位素示蹤法，發(fā)現(xiàn)斯特勒克降解反應(yīng) 在褐變反應(yīng)體系中即使不是唯一的，也是主要的產(chǎn)生二氧化碳的來源。Mai

10、llard反應(yīng)的最適條件1）中等水分活度2）3) 金屬離子：Cu與Fe促進(jìn)褐變 Fe（） Fe（） 糖的種類及含量 a.不飽和醛飽和醛酮。 b.五碳糖六碳糖（10倍）。 c.單糖雙糖。 d.五碳糖：核糖阿拉伯糖木糖； 六碳糖：半乳糖甘露糖葡萄糖。 e.還原糖含量與褐變成正比。影響美拉德反應(yīng)的因素氨基酸及其它含氨物種類 a. 含S-S，S-H不易褐變。 b. 有吲哚，苯環(huán)易褐變。 c. 堿性氨基酸易褐變。 e.胺類氨基酸蛋白質(zhì)。溫度 升溫易褐變，低溫抑制褐變。 溫度相差10，褐變速度相差35倍；大于30 褐變快，小于20 褐變慢；水分 褐變需要一定水分，aw小于能抑制褐變反應(yīng)。中等水分活度有利于

11、褐變反應(yīng)。pH值 pH49范圍內(nèi)，隨著pH上升，褐變上升；當(dāng)pH4時(shí)，褐變反應(yīng)程度較輕微；pH在范圍內(nèi)，褐變較嚴(yán)重 。金屬離子和亞硫酸鹽 由于鐵和銅催化還原酮類氧化，所以促進(jìn)褐變， Fe3+ Fe2+，Na+ 無影響；亞硫酸鹽抑制褐變。Ca 鈣處理能抑制Maillard反應(yīng)。Maillard反應(yīng)對(duì)食品品質(zhì)的影響不利方面 營養(yǎng)損失，特別是必須氨基酸損失嚴(yán)重。 產(chǎn)生某些致癌物質(zhì)。有利方面 褐變產(chǎn)生深顏色及強(qiáng)烈的香氣和風(fēng)味，賦 予食品特殊氣味和風(fēng)味。 Maillard反應(yīng)在食品加工的應(yīng)用a. 抑制Maillard反應(yīng) 注意選擇原料 如選氨基酸、還原糖含量少的品種；糖類一般選用蔗糖。 保持低水分 蔬菜

12、干制品密封，袋子里放上高效干燥劑。如SiO2等。應(yīng)用SO2 硫處理對(duì)防止酶褐變和非酶褐變都很有效。保持低pH值 常加酸，如檸檬酸，蘋果酸。其它的處理熱水燙漂除去部分可溶固形物，降低還原糖含量。冷藏庫中馬鈴薯加工時(shí)回復(fù)處理。鈣處理 如馬鈴薯淀粉加工中，加Ca(OH)2可以防止褐變，產(chǎn)品白度大大提高。利用Maillard反應(yīng) 在面包生產(chǎn)，咖啡，紅茶，啤酒，糕點(diǎn)，醬油等生產(chǎn)中。產(chǎn)生特殊風(fēng)味，香味 通過控制原材料、溫度及加工方法，可制備各種不同風(fēng)味、香味的物質(zhì)?？刂圃牧?核糖+ 半胱氨酸：烤豬肉香味 核糖+ 谷胱甘肽：烤牛肉香味控制溫度 葡萄糖 + 纈氨酸 100-150 烤面包香味 180 巧克力

13、香味 木糖-酵母水解蛋白 90 餅干香型 160 醬肉香型 不同加工方法 土豆 大麥 水煮 125種香氣 75種香氣 烘烤 250種香氣 150種香氣焦糖化反應(yīng)直接加熱糖或糖漿；熱解反應(yīng)引起糖分子脫水，雙鍵引入糖環(huán)，產(chǎn)生 不飽和環(huán)中間物； A.焦糖化反應(yīng)產(chǎn)生色素的過程 糖經(jīng)強(qiáng)熱處理可發(fā)生兩種反應(yīng)分子內(nèi)脫水 向分子內(nèi)引入雙鍵，然后裂解產(chǎn)生一些揮發(fā)性醛、酮，經(jīng)縮合、聚合生成深色物質(zhì)。生成焦糖或醬色。環(huán)內(nèi)縮合或聚合 裂解產(chǎn)生的揮發(fā)性的醛、酮經(jīng)縮合或聚合產(chǎn)生深色物質(zhì)。反應(yīng)條件 催化劑：銨鹽、磷酸鹽、蘋果酸、延胡索酸、檸檬酸、酒石酸等。 無水或濃溶液，溫度150-200。三種商品化焦糖色素蔗糖通常被用來

14、制造焦糖色素和風(fēng)味耐酸焦糖色素由亞硫酸氫胺催化應(yīng)用于可樂飲料，酸性飲料生產(chǎn)量最大焙烤食品用色素糖與銨鹽加熱產(chǎn)生紅棕色啤酒等含醇飲料用焦糖色素糖直接加熱產(chǎn)生紅棕色 焦糖色素是我國傳統(tǒng)使用的天然色素之一，它無毒性，但近年發(fā)現(xiàn)加銨鹽制成的焦糖含4-甲基咪唑，它對(duì)人體有害，所以食品衛(wèi)生法規(guī)定其添加量200mg/kg。 第三節(jié) 低聚糖 食品中重要的低聚糖 具有特殊功能的低聚糖 環(huán)狀低聚糖一、食品中重要的低聚糖低聚糖：由210個(gè)糖單位通過糖苷鍵鏈接的碳水化合物，較重要的低聚糖有蔗糖、麥芽糖、乳糖、飴糖等。食品中重要的低聚糖麥芽糖Maltose淀粉水解后得到的二糖 具有潛在的游離醛基，是一種還原糖 溫和的甜

15、味劑 1,4糖苷配基D-葡萄糖D-半乳糖D-葡萄糖-1,4糖苷配基食品中重要的低聚糖乳糖Lactose牛乳中的還原性二糖 發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)化為乳酸 在乳糖酶作用下水解 乳糖不耐癥非還原性二糖 -葡萄糖和-果糖頭頭相連 具有極大的吸濕性和溶解性 冷凍保護(hù)劑12食品中重要的低聚糖蔗糖Sucrose三糖 麥芽三糖、甘露三糖、蔗果三糖 聚合度為410的低聚糖 麥芽低聚糖、甘露低聚糖、低聚木糖食品中重要的低聚糖具有特殊功能的低聚糖功能性食品 低熱、低脂、低膽固醇、低鹽、高纖維素 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、低聚木糖、甲殼低聚糖具有特殊功能的低聚糖低聚果糖分子式特點(diǎn)： G

16、-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) 果糖轉(zhuǎn)移酶具有特殊功能的低聚糖低聚果糖21-2,1GF2GF4GF3增殖雙歧桿菌 難水解，是一種低熱量糖 水溶性食物纖維 抑制腐敗菌，維護(hù)腸道健康 防止齲齒生理活性：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、西紅柿、洋蔥 作為新型的食品甜味劑或功能性食品配料 產(chǎn)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為木糖、木二糖、木三糖及木三糖以上的木聚糖 木二糖含量，

17、產(chǎn)品質(zhì)量 甜度為蔗糖的40% 木二糖的分子結(jié)構(gòu)-1，4低聚木糖的特性：較高的耐熱（100/1h）和耐酸性能（pH28） 雙歧桿菌所需用量最小的增殖因子 代謝不依賴胰島素，適用糖尿病患者 抗齲齒-1,4水溶性 D-氨基葡聚糖具有特殊功能的低聚糖甲殼低聚糖D-氨基葡萄糖甲殼低聚糖的結(jié)構(gòu)生理功能：降低肝臟和血清中的膽固醇 提高機(jī)體的免疫功能 增殖雙歧桿菌 抗腫瘤作用，防治潰瘍病等環(huán)狀低聚糖(Cyclodextrin)又名沙丁格糊精（Schardinger Dextrin）或環(huán)狀淀粉，由-葡萄糖通過1,4-糖苷鍵首尾相連構(gòu)成。聚合度為6,7,8,分別稱為,環(huán)狀糊精。N=6N=7N=8食品行業(yè):做增稠劑

18、,穩(wěn)定劑, 提高溶解度（做乳化劑）,掩 蓋異味等等。保持食品香味的穩(wěn)定 食用香精和稠味劑用CD包接，用于烤焙食品，速溶食品，速食食品，肉食及罐頭食品，可使之留香持久，風(fēng)味穩(wěn)定。如食用香精玫瑰油，茴香腦等易揮發(fā)，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穩(wěn)定如：蝦黃素經(jīng)CD的包接，提高對(duì)光和氧的穩(wěn)定性。食品保鮮將CD和其它生物多糖制成保鮮劑涂于面包、糕點(diǎn)表面可起保水保形作用除去食品的異味魚品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用CD包接可除去。環(huán)狀糊精的應(yīng)用第四節(jié) 多糖一、概述 Introduction Definition: 超過10個(gè)單糖的聚合物為多糖 單糖的個(gè)數(shù)稱為聚合度（D

19、P-Degree of Polymerization） 大多數(shù)多糖的DP為200-3000 纖維素的DP最大，達(dá)7000-15000水的結(jié)合功能：做增稠劑，膠凝劑，澄清劑等一: 多糖的溶解性 多糖的溶解性: 多羥基，氧原子，形成氫鍵 結(jié)合水，不結(jié)冰，多糖分子溶劑化 不會(huì)顯著降低冰點(diǎn)，提供冷凍穩(wěn)定性 保護(hù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)，提供貯藏穩(wěn)定性 大多數(shù)多糖不結(jié)晶 膠或與親水膠體 二、多糖溶液的黏度與穩(wěn)定性: 高聚物溶液的黏度同分子的大小、形態(tài)及其在溶劑中的構(gòu)象有關(guān)。 主要具有增稠和膠凝功能 還控制流體食品與飲料的流動(dòng)性質(zhì)與質(zhì)構(gòu)以及改變半固體食品的變形性等 0.25%0.5%線性分子，很高粘度支鏈分子，粘度較低占有空間 碰撞頻率多糖溶液的黏度與穩(wěn)定性 直鏈多糖帶電的，粘度提高 靜電斥力，鏈伸展，鏈長增加，占有體積增大 海藻酸鈉、黃原膠及卡拉膠形成穩(wěn)定高粘溶液 不帶電，傾向于締合、形成結(jié)晶 碰撞