食品化學(xué)碳水化合物

1、食品化學(xué)第二章 碳水化合物碳水化合物的分類小分子糖的物理和化學(xué)性質(zhì)淀粉的結(jié)構(gòu)和淀粉粒淀粉的糊化和老化淀粉和纖維素的改性植物膠質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)碳水化合物結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1食品中的碳水化合物及分類碳水化合物作為生物體的主要結(jié)構(gòu)成分，其含量、種類和存在狀態(tài)對食品的外觀、質(zhì)地、風(fēng)味和保藏性關(guān)系極其密切。碳水化合物按照分子大小，可分為單糖、低聚糖和多糖三類。前兩者為小分子，后者為大分子物質(zhì)。2舉例：食品中的碳水化合物各種糧食谷粒含碳水化合物70%以上多數(shù)干豆類含碳水化合物60%左右各種水果含碳水化合物10%左右牛奶中含碳水化合物45%甜飲料中含碳水化合物10%左右果醬、果脯等含碳水化合物60%以上甜點(diǎn)心含

2、碳水化合物5070%3表：碳水化合物的分類4小分子碳水化合物單糖 多羥基醛或多羥基酮己糖 葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖戊糖 阿拉伯糖，木糖，核糖低聚糖 210個(gè)糖基組成雙糖 蔗糖，乳糖，麥芽糖棉子糖，水蘇糖低聚果糖，低聚異麥芽糖，低聚半乳糖，低聚木糖等單糖均可消化吸收，而低聚糖有的可以消化，有的則是膳食纖維51 單糖和可消化二糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)單糖在水中的結(jié)構(gòu)和旋光性物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)6Fisher Projection of Hexose葡萄糖glucose果糖fructose甘露糖mannose7A 單糖在水中的結(jié)構(gòu)戊糖和己糖在水中形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中5位上的羥基與醛基發(fā)生半縮醛反應(yīng)，形成一個(gè)半縮

3、醛羥基。因這個(gè)半縮醛羥基的方向不同，糖環(huán)有和兩種結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到水中結(jié)構(gòu)的最大穩(wěn)定性，單糖在水中多呈現(xiàn)椅式結(jié)構(gòu)，以降低分子內(nèi)基團(tuán)的靜電斥力和空間阻力。8圖：吡喃葡萄糖(glucose)的結(jié)構(gòu)-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖9圖：蔗糖(sucrose)的結(jié)構(gòu)蔗糖由1分子-D-葡萄糖和一分子-D-果糖以1，1鍵構(gòu)成，為非還原糖。10圖：麥芽糖(maltose)的結(jié)構(gòu)麥芽糖由2分子-D-葡萄糖以-1，4鍵構(gòu)成，為還原糖。11B 小分子糖的物理性質(zhì)甜度sweetness旋光性rotation溶解度solubility吸濕性和保濕性moisture retention結(jié)晶性crystallization粘

4、度和質(zhì)地viscosity and texture12甜度比甜度：受到分子結(jié)構(gòu)、分子量、水中結(jié)構(gòu)的影響。D-葡萄糖以型較甜，D-果糖以型較甜。各種常用糖的比甜度比較：果糖蔗糖=轉(zhuǎn)化糖葡萄糖乳糖13表：一些碳水化合物的甜度糖類相對甜度糖類相對甜度糖類相對甜度蔗糖1.0麥芽糖醇0.7-0.9果葡糖漿(42%)0.9-1.0果糖1.2-1.7山梨糖醇0.5-0.7果葡糖漿(55%)1.0-1.1葡萄糖0.7-0.8半乳糖醇0.6果葡糖漿(90%)1.2-1.6麥芽糖0.4-0.5甘露糖醇0.7淀粉糖漿(30DE)0.3-0.35甘露糖0.6木糖醇0.9-1.2淀粉糖漿(42DE)0.45-0.5半乳

5、糖0.5棉子糖0.23淀粉糖漿(54DE)0.5-0.55乳糖0.2-0.4轉(zhuǎn)化糖1.0淀粉糖漿(62DE)0.6-0.7資料來源：Jane Bowers, Food Theory and Appications, 199214旋光性戊糖和己糖都含有手性碳原子，具有旋光性?？衫么诵再|(zhì)鑒定單糖或二糖。表：各種糖在20下的比旋光度p48葡萄糖也稱為右旋糖（+52.2），果糖也稱為左旋糖(-92.4)。蔗糖為+66.5，水解成果糖和葡萄糖的混合液為-19.9，因此稱這種水解液為轉(zhuǎn)化糖。15溶解度糖具有多個(gè)親水的羥基，因此具有較好溶解性。溫度升高則溶解度增大。各種糖的溶解度比較：果糖轉(zhuǎn)化糖蔗糖葡萄糖

6、乳糖溶解度與糖的保藏性有關(guān)。溶解度大則可更好地降低水分活度，從而達(dá)到防腐要求。16表：幾種糖在不同溫度下的溶解度資料來源：黃梅麗等，食品化學(xué)，198617吸濕性和保濕性吸濕性是從空氣中吸收水分的性質(zhì)。保濕性是空氣濕度低時(shí)保持水分的性質(zhì)。各種糖的吸濕性和保濕性比較：果糖=轉(zhuǎn)化糖蔗糖=葡萄糖乳糖需要柔軟的食品可以用高保濕糖，干脆食品就要用低吸濕性糖。18表：幾種糖在不同溫度下的吸濕性資料來源：Jane Bowers, Food Theory and Applications, 199219結(jié)晶性在濃度高或溫度低時(shí)析出結(jié)晶的性質(zhì)。結(jié)晶性與保濕性基本上順序相反。葡萄糖晶體細(xì)小，蔗糖晶體較大。乳糖易結(jié)晶

7、，果糖和轉(zhuǎn)化糖難以結(jié)晶。20C 小分子糖的化學(xué)性質(zhì)單糖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是多羥基醛或多羥基酮，其醛基、羥基功能團(tuán)可發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，如氧化和還原、縮醛化反應(yīng)、成酯、成醚等。此外，還有一些和食品性質(zhì)相關(guān)的重要反應(yīng)美拉德反應(yīng)焦糖化反應(yīng)這里重點(diǎn)講和食品有關(guān)的反應(yīng)。21美拉德反應(yīng)(羰胺褐變)美拉德反應(yīng)也稱羰氨反應(yīng)，或非酶褐變反應(yīng)美拉德反應(yīng)在食品中的意義美拉德反應(yīng)的機(jī)理美拉德反應(yīng)的影響因素22食品中的Maillard reaction美拉德反應(yīng)在食品中是產(chǎn)生色澤和香氣的重要來源。焙烤食品的紅褐色、烤肉的棕紅色、松花蛋的褐色、啤酒的黃色、醬類的褐色等均來自美拉德反應(yīng)。23美拉德反應(yīng)的機(jī)理初期：羰胺縮合與分子重排，產(chǎn)

8、物為2-氨基-2-脫氧酮糖，無色中期：重排產(chǎn)物降解，脫水生成羥甲基糠醛，重排成還原酮，或發(fā)生Strecker降解反應(yīng)；有色但顏色淺末期：醇醛縮合，并進(jìn)一步聚合，生成高分子黑色素。24美拉德反應(yīng)初期 IR-NH2-H2O初始產(chǎn)物：雪夫堿 氮代葡萄糖基胺25美拉德反應(yīng)初期 II+H+-H+第一階段產(chǎn)物：1-氨基-1-脫氧-2-酮糖26美拉德反應(yīng)：Amadori分子重排重排產(chǎn)物：環(huán)式果糖胺27美拉德反應(yīng)：Heyenes分子重排重排產(chǎn)物：2-氨基-2-脫氧葡萄糖28美拉德反應(yīng)中期 I-H2O+H+29美拉德反應(yīng)中期 II-R-NH2-H2O-H2O-H2O中期產(chǎn)物：羥甲基糠醛30羥甲基糠醛hydrox

9、yl methyl furfural羥甲基糠醛積累之后很快發(fā)生褐變。因此測定HMF是預(yù)測褐變速度的指標(biāo)?？梢杂梅止夤舛确y定。31美拉德反應(yīng)：產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)美拉德反應(yīng)中，果糖基胺還可能發(fā)生2,3烯醇化而重排成為還原酮的反應(yīng)還原酮與醛類作用，發(fā)生Strecker降解產(chǎn)生雜環(huán)類風(fēng)味物質(zhì)，如吡咯、吡嗪、吡啶等。也可能降解產(chǎn)生其它小分子風(fēng)味物質(zhì)如二乙酰、乙酸等。32美拉德反應(yīng)的影響因素羰基化合物的影響：戊糖己糖，己糖中半乳糖甘露糖葡萄糖。Vc易褐變。氨基化合物的影響：胺類氨基酸蛋白質(zhì)，堿性氨基酸其他氨基酸，Lys最快反應(yīng)物濃度的影響：反應(yīng)速度與濃度成正比水分活度：Aw0.60.9之間較快脂肪氧化：脂肪氧

10、化快時(shí)速度加快33美拉德反應(yīng)的影響因素(續(xù))pH值的影響：pH3以上隨pH上升而加快金屬離子的影響：三價(jià)鐵和二價(jià)銅催化褐變，鈣離子和氨基酸沉淀而抑制褐變溫度的影響：溫度系數(shù)3-5，溫度升高則褐變加快。預(yù)防措施：除去糖，加入亞硫酸鹽，降溫，調(diào)整pH酸性，調(diào)整水分活度低于0.634焦糖化反應(yīng)(caramelization)沒有氨基化合物存在的情況下，加熱到熔點(diǎn)以上時(shí)，糖發(fā)生脫水與降解，形成褐色物質(zhì)的反應(yīng)為焦糖化反應(yīng)。產(chǎn)物包括焦糖(caramel)和聚合產(chǎn)生的黑色素即焦糖色素。焦糖化反應(yīng)在堿性條件下加快，低水分活度加快。有機(jī)酸可催化焦糖形成。35表：幾種糖的性質(zhì)比較36氧化還原反應(yīng)糖可以被氧化成酸、

11、二酸或糖酸。這個(gè)反應(yīng)可以區(qū)別各種糖。弱氧化產(chǎn)物葡萄糖酸加熱生成D-葡萄糖酸-內(nèi)酯。糖可以催化加氫還原成糖醇。糖醇是一類功能性甜味劑。37糖催化加氫生成糖醇H38糖氧化生成糖酸葡萄糖葡萄糖酸-內(nèi)酯葡萄糖酸O39酸和堿中的反應(yīng)稀堿當(dāng)中通過烯醇式異構(gòu)體發(fā)生異構(gòu)化。濃堿下發(fā)生分解生成小分子糖醇醛酸等，以及糖精酸類。弱酸性條件下加溫發(fā)生聚合反應(yīng)生成低聚糖強(qiáng)酸性條件下加熱脫水生成糠醛類物質(zhì)40圖：弱堿中的烯醇式異構(gòu)化412 低聚糖命名法 -D-吡喃半乳糖基-(1-4)-D-吡喃葡糖苷褐變性：較單糖小。粘度：比單糖高?？寡趸裕簻p少溶氧而保護(hù)Vc。發(fā)酵性：低于單糖。吸濕性：低于單糖。42功能性低聚糖棉子糖水蘇糖低聚果糖：雙歧因子，整腸，抗齲齒低聚木糖：甜度約0.5，雙歧因子，整腸帕拉金糖：甜度0.42，抗齲齒環(huán)糊精：可保護(hù)芳香物質(zhì)和小分子物質(zhì)。P68圖43表：功能性低聚糖的有效攝入量大豆低聚糖可能引起脹氣，最大用量男性為0.64g/kgBW，女性為0.96g/kg