食品化學(xué) 第三章 碳水化合物

食品化學(xué)第三章碳水化合物3.1Concept碳水化合物

(Carbohydrates)

Definition：多羥基醛或酮及其衍生物和縮合物。

Classification：

1.按組成分。單糖（Monosaccharides）：

不能再被水解的多羥基醛或酮，是碳水化合物的基本單位。第2頁,共68頁，2024年2月25日，星期天。低聚糖（寡糖）(Oligasaccharides)：

由2~10個(gè)單糖分子縮合而成，水解后生成單糖。。多糖(Polysaccharides)：

由許多單糖分子縮合而成。2.按功能分結(jié)構(gòu)多糖貯存多糖抗原多糖第3頁,共68頁，2024年2月25日，星期天食品中的糖類化合物（見表一）

Carbohydratescomprisemorethan75%ofthedrymatterofPlants.eg:corn,vegetable,fruit,andsoon.Monosaccharides&Oligasaccharidesisusuallyfoundinthevegetableandfruit.Polysaccharidescanmainlybefoundincorn,seed,root,stemplants.第4頁,共68頁，2024年2月25日，星期天表一食品中的糖類化合物(%)產(chǎn)品總糖量單糖和雙糖多糖蘋果14.5葡萄糖1.17果糖6.04蔗糖3.78淀粉1.5纖維素1.0葡萄17.3葡萄糖2.09果糖2.40蔗糖4.25纖維素0.6胡羅卜9.7葡萄糖2.07果糖1.09蔗糖4.25淀粉7.8纖維素1.0甜玉米22.1蔗糖12~17纖維素0.7甘薯26.3葡萄糖0.87蔗糖2~3淀粉14.65纖維素0.7肉葡萄糖0.1糖原0.1第5頁,共68頁，2024年2月25日，星期天食品中碳水化合物的作用

。提供人類能量的絕大部分。。提供適宜的質(zhì)地、口感和甜味（如麥芽糊精作增稠劑、穩(wěn)定劑）.有利于腸道蠕動(dòng)，促進(jìn)消化（如纖維素被稱為膳食纖維，低聚糖可促小孩腸道雙歧桿菌生長(zhǎng)，促消化）第6頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.2

StructureofCarbohydrates

糖類化合物的結(jié)構(gòu)A.鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)醛糖

C4差向異構(gòu)C2差向異構(gòu)酮糖

C5差向異構(gòu)

3.2.1單糖（Monosaccharides）第7頁,共68頁，2024年2月25日，星期天

醛糖第8頁,共68頁，2024年2月25日，星期天酮糖第9頁,共68頁，2024年2月25日，星期天B.環(huán)狀結(jié)構(gòu)第10頁,共68頁，2024年2月25日，星期天C.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第11頁,共68頁，2024年2月25日，星期天己糖一般由船式和椅式兩種構(gòu)象船式椅式第12頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.2.2單糖的作用及功能。甜味劑：蜂蜜和大多數(shù)果實(shí)的甜味主要取決于蔗糖sucrose、

D-果糖D-fructose、葡萄糖glucose的含量。甜度：是一個(gè)相對(duì)值，以蔗糖作為基準(zhǔn)物，一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20°C時(shí)的甜度為1

甜度：果糖>蔗糖>葡萄糖>麥芽糖>半乳糖第13頁,共68頁，2024年2月25日，星期天糖溶液的相對(duì)甜度結(jié)晶的相對(duì)甜度β—D—果糖100—150180蔗糖100100α—D—葡萄糖40—7974β—D—葡萄糖小于α異構(gòu)體82α—D—半乳糖2732β—D—半乳糖21棉子糖23水赤木糖10糖的相對(duì)甜度第14頁,共68頁，2024年2月25日，星期天糖醇相對(duì)甜度木糖醇90山梨糖醇63半乳糖醇58麥芽糖醇68乳糖醇35糖醇的相對(duì)甜度第15頁,共68頁，2024年2月25日，星期天。親水功能（吸濕性或保濕性）糖分子中含有羥基，具有一定的親水能力，具有一定的吸濕性或保濕性。

吸濕性順序：果糖>葡萄糖

保濕性順序：葡萄糖>果糖

例如：面包、糕點(diǎn)、軟糖應(yīng)選吸濕性大的果糖或果葡糖漿.

硬糖、酥糖及酥性餅干應(yīng)選吸濕性小的葡萄糖.第16頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.2.3糖苷(Glycosides)

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：糖和配基（非糖部分）

第17頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共68頁，2024年2月25日，星期天糖苷的生成反應(yīng)第19頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共68頁，2024年2月25日，星期天性質(zhì)

a。無變旋現(xiàn)象

b。無還原性

第22頁,共68頁，2024年2月25日，星期天c。酸中水解，堿中可穩(wěn)定存在d。吡喃糖苷環(huán)比呋喃糖苷穩(wěn)定

第23頁,共68頁，2024年2月25日，星期天生物活性

許多糖苷僅存在于植物中，表現(xiàn)出一定的生物活性。

如：黃豆苷（大豆，葛根中含有）

可以促進(jìn)血液循環(huán)，提高腦血流量，對(duì)心血管疾病有顯著療效，治冠心病，腦血栓。

銀杏中的有效成分：銀杏黃酮醇苷，具有擴(kuò)張冠狀血管，改善血液循環(huán)。第24頁,共68頁，2024年2月25日，星期天糖苷的毒性：

某些生氰糖苷在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為氫氰酸，使人體中毒。如：苦杏仁苷，在酶作用下水解成ＨＣＮ等杏、木薯、馬利豆等。第25頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.3低聚糖(Oligasaccharides)

。

一般由２－１０個(gè)糖基構(gòu)成，較重要的低聚糖蔗糖、麥芽糖、乳糖、飴糖、麥芽糊精和環(huán)狀糊精（沙丁格糊精）第29頁,共68頁，2024年2月25日，星期天麥芽糖、蔗糖、乳糖結(jié)構(gòu)

麥芽糖

乳糖蔗糖第30頁,共68頁，2024年2月25日，星期天cyclodextrin環(huán)狀糊精（ＣＤ）

又名沙丁格糊精（schardingerＤextrin），由環(huán)狀α－Ｄ－吡喃葡萄糖苷構(gòu)成。聚合度為６、７、８，分別成為α、β、γ－環(huán)狀糊精第31頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共68頁，2024年2月25日，星期天物理性質(zhì)α－環(huán)狀糊精β－環(huán)狀糊精γ－環(huán)狀糊精葡萄糖殘基數(shù)６７８分子量９７２１１３５１２９７水中溶解度（g／mol.２５c）１４.５８.５２３.２旋光度[α]＋１５０.５＋１６２.５＋１７４.４空穴內(nèi)徑Ｃ４.５７.８８.５空穴高A６.７７.０７.０第33頁,共68頁，2024年2月25日，星期天

淀粉調(diào)漿→液化→轉(zhuǎn)化→終止反應(yīng)→脫色、過濾→離交法鹽→真空濃縮→噴霧干燥→干粉

環(huán)狀糊精為中空?qǐng)A柱形結(jié)構(gòu)，可包埋與其大小相適的客體分子，起到穩(wěn)定緩釋，提高溶解度，掩蓋異味的作用。制備工藝第34頁,共68頁，2024年2月25日，星期天應(yīng)用醫(yī)學(xué)如用環(huán)狀糊精包接前列腺素的試劑、注射劑，共基青霉素－β－環(huán)糊精

食品行業(yè)做增稠劑，穩(wěn)定劑，提高溶解度（做如化劑），掩蓋異味等等。

Suntoryltcl已獲得粉狀醇飲料的應(yīng)用專利。農(nóng)業(yè)應(yīng)用在農(nóng)藥上第35頁,共68頁，2024年2月25日，星期天

作乳化劑，提高其穩(wěn)定性，減輕對(duì)皮膚的刺激作用。

香精包含在環(huán)狀糊精制成的粉末，而混合到熱塑性塑料中，可制成各種加香塑料。如tide（汰漬）洗衣粉留香，可經(jīng)ＣＤ包接香精后添加到洗衣粉中?；瘖y品其它方面第36頁,共68頁，2024年2月25日，星期天專題ＣＤ在食品工業(yè)中的應(yīng)用保持食品香味的穩(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。第37頁,共68頁，2024年2月25日，星期天食品保鮮將ＣＤ和其它生物多糖制成保鮮劑。涂于面包、糕點(diǎn)表面可起到保水保形的作用。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。作為固體果汁和固體飲料酒的載體。第38頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.4.1多糖的結(jié)構(gòu)是大分子聚合物，聚合度由１０到幾千，常見多糖有淀粉，纖維素，果膠，瓜爾豆膠等等。3.4Polysaccharides多糖第39頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.4.2ChemistrypropertyofCarbohydrates3.3.1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。水解歷程：第40頁,共68頁，2024年2月25日，星期天

-淀粉酶和

異構(gòu)化酶玉米淀粉D-葡萄糖D-葡萄糖+D-果糖葡萄糖糖化酶（54%）（42%）。第41頁,共68頁，2024年2月25日，星期天影響水解反應(yīng)的因素：

A.結(jié)構(gòu)。α-異頭物水解速度〉β-異頭物。呋喃糖苷水解速度>吡喃糖苷。

-D糖苷水解速度>-D糖苷第42頁,共68頁，2024年2月25日，星期天-D:16<12<14<13-D:16<14<13<12。糖苷鍵的連接方式

。聚合度（DP）大小

水解速度隨著DP增大而明顯減小第43頁,共68頁，2024年2月25日，星期天B.環(huán)境.溫度溫度提高，水解速度急劇加快。。酸度:

單糖在pH3~7范圍內(nèi)穩(wěn)定；糖苷在堿性介質(zhì)中相當(dāng)穩(wěn)定，但在酸性介質(zhì)中易降解。

第44頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.2.5單糖在食品貯藏與加工中的化學(xué)反應(yīng)第45頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.2.5.1脫水反應(yīng)：。酸、熱條件下的反應(yīng)。在室溫下，稀酸對(duì)單糖的穩(wěn)定性無影響。當(dāng)酸的濃度大于12%的濃鹽酸以及熱的作用下，單糖易脫水，生成糠醛及其衍生物。例如：HO—CH—CH—OHH—C—C—HH—CHCH—CHOH+H—CC—CHO+3H2OOHOH

O

五碳糖糠醛第46頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.2.5.2復(fù)合反應(yīng)：。單糖受酸和熱的作用，縮合失水生成低聚糖的反應(yīng)稱為復(fù)合反應(yīng)。是水解反應(yīng)的逆反應(yīng)。例如：2C6H12O6C12H22O11+H2O第47頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.2.5.3變旋現(xiàn)象葡萄糖溶液經(jīng)放置一段時(shí)間后的旋光值與最初的旋光值不同的現(xiàn)象，稀堿可催化變旋。-D-呋喃葡萄糖

-D-吡喃葡萄糖

開鏈?zhǔn)狡咸烟?/p>

-D-呋喃葡萄糖

-D-吡喃葡萄糖第48頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第49頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.2.5.4烯醇化。在濃堿條件下，開環(huán)，生成差向異構(gòu)體。第50頁,共68頁，2024年2月25日，星期天c。酸中水解，堿中可穩(wěn)定存在d。吡喃糖苷環(huán)比呋喃糖苷穩(wěn)定

第51頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.3.6BrowningReaction

褐變反應(yīng)

氧化褐變以多酚氧化酶催化，使酚類物質(zhì)氧化為醌

（酶褐變）非氧化褐變焦糖化反應(yīng)PhenomenaofCaramelizati(非酶褐變）麥拉德褐變反應(yīng)MaillardReaction第52頁,共68頁，2024年2月25日，星期天

在無水（或濃溶液）條件下加熱糖或糖漿，用酸或銨鹽作催化劑，生成焦糖的過程，稱為焦糖化。A.焦糖化現(xiàn)象（PhenomenaofCaramelization)

第53頁,共68頁，2024年2月25日，星期天焦糖化反應(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)。第54頁,共68頁，2024年2月25日，星期天反應(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℃性質(zhì):

焦糖是一種黑褐色膠態(tài)物質(zhì)，等電點(diǎn)在pH3.0-6.9,甚至低于pH3，粘度100-3000cp,濃度在33-38度

pH在2.6-5.6較好。三種色素及用途:

NH4HSO4催化耐酸焦糖色素（可用于可口可樂飲料）

(NH4)2SO4催化啤酒美色劑加熱固態(tài)焙烤食品用焦糖色素第55頁,共68頁，2024年2月25日，星期天

反應(yīng)機(jī)理（過程）：

反應(yīng)分為三個(gè)階段。。開始和引發(fā)階段

a.氨基和羰基縮合。

b.Amadori分子排疊

。中間階段

c.糖脫水

d.糖裂解e.氨基酸降解

B.MaillardReaction

羰基化合物和氨基化合物在少量水存在下的反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物有褐色色素和風(fēng)味物質(zhì)。第56頁,共68頁，2024年2月25日，星期天。后期

f.醇，醛縮合褐色色素

g.胺—醛縮合第57頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第58頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第59頁,共68頁，2024年2月25日，星期天條件：氨基酸和還原糖及少量的水參與產(chǎn)物：色素（類黑精）風(fēng)味化合物：如麥芽酚，己基麥芽酚，異麥芽酚特點(diǎn)：。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，pH值下降（封閉了游離的氨基）還原的能力上升（還原酮產(chǎn)生）。420nm-490nm處有吸收。褐變初期，紫外線吸收增強(qiáng)，伴隨有熒光物質(zhì)產(chǎn)生。添加亞硫酸鹽，可阻止褐變，但在褐變后期加入不能使之褪色第60頁,共68頁，2024年2月25日，星期天影響Maillard反應(yīng)因素:。糖的種類及含量

a.五碳糖>六碳糖

b.單糖>雙糖

c.還原糖含量與褐變成正比。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

d.氨基在ε-位或在末端者，比α-位易褐變第61頁,共68頁，2024年2月25日，星期天。溫度升溫易褐變

。水分褐變需要一定水分

。pH值

pH4—9范圍內(nèi)，隨著pH上升，褐變上升當(dāng)pH≤4時(shí)，褐變反應(yīng)程度較輕微

pH在7.8—9.2范圍內(nèi)，褐變較嚴(yán)重

。金屬離子和亞硫酸鹽

。氧（間接因素）

。Ca處理抑制Maillard反應(yīng)第62頁,共68頁，2024年2月25日，星期天Maillard反應(yīng)對(duì)食品品質(zhì)的影響不利方面：

.營(yíng)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.第63頁,共68頁，2024年2月25日，星期天Maillarcl反應(yīng)在食品加工的應(yīng)用

抑制Maillarcl反應(yīng):

。注意選擇原料如土豆片，選氨基酸、還原糖含量少的品種，一般選用蔗糖。。保持低水分蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥劑。如SiO2等第64頁,共68頁，2024年2月25日，星期天。應(yīng)用SO2

硫處理對(duì)防止酶褐變和非