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1、第三章 碳水化合物,Unit3 Carbohydrates,第一节 食品中的碳水化合物,表达式Cx(H2O)y 存在于所有的谷物、蔬菜、水果及可食植物中 提供膳食能量，提供质构、口感和甜味 分为单糖、低聚糖和多糖 最丰富的碳水化合物是纤维素,3.1 Introduction 引言,一、碳水化合物的一般概念,1. Definition 碳水化合物 (Carbohydrates) 表达式Cx(H2O)y 多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。,2.1 Introduction 引言,2. Classification 分类 ： 按组成分类 1) 单糖（Monosaccharides）： 不能再被水解的多
2、羟基醛、酮，是碳水化合物的基本单位。单糖又分为醛糖和酮糖。葡萄糖、果糖、半乳糖 2）低聚糖（寡糖Oligosaccharides)： 由2-10个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖。蔗糖、麦芽糖、乳糖 3）多糖(Polysaccharides) ： 由10个以上单糖分子缩合而成。 根据组成多糖的单糖种类,又分为均多糖和杂多糖。淀粉、糖原、纤维素,第二节 单糖,一、结构,镜面,手性碳原子,一般单糖含有56个碳原子 分为醛糖和酮糖,链式结构差向异构 醛糖： C4 差向异构 C2 差向异构 酮糖： C5 差向异构 环状结构端位异构,糖分子中除了C1外，任何一个手性碳原子具有 不同的构型称为差向异构。如
3、D甘露糖是D葡萄 糖的C2差向异构。,链式结构醛糖,链式结构酮糖,-与-构型,环状结构,-与-构型,同侧,异侧,环状结构,C1为手性碳原子，它有右侧两种端位异构,3个碳原子：三糖， 1个手性碳原子 D-甘油醛糖，L-甘油醛糖 4个碳原子：四糖，2个手性碳原子 5个碳原子；五糖，3个手性碳原子 6个碳原子：六糖，己糖，己醛糖 n-糖有n-2个手性碳原子,三糖,四糖,五糖,六糖,C4差向异构,C2差向异构,D-n糖 2（n-3）个异构体,L-糖：最高编号的手性C原子上的-OH在左边 两种L-糖，具有生物化学作用,己糖构象 构象：是由原子基团围绕单糖旋转一定位置而形成的。 己糖可以形成呋喃型和吡喃型
4、,环状结构,二、糖苷,定义： 是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的-OH、-NH2、-SH（巯基）等发生缩合反应而得的化合物。 组成： 糖 配基（非糖部分 ）,糖苷的基本概念Glycosides-Definition,糖苷功能特性 黄酮糖苷：具有苦味和其它风味和颜色 毛地黄苷：强心剂 皂角苷：起泡剂和稳定剂 甜菊苷：甜味剂,糖苷的类型,O-糖苷,S-糖苷,N-糖苷,食品中不同类型糖苷简介,O-糖苷,糖在酸性条件下与醇发生反应，失去水后形成的产品。 糖苷一般含有呋喃或吡喃糖环。,糖苷配基,糖苷的形成提高了配糖基的水溶性,糖基,O-糖苷的性质,在中性和碱性条件下一般是稳定的 在酸性条件下能
5、被水解 可被糖苷酶水解,食品中的许多风味成分是以O糖苷存在，如芳香醇糖苷、脂肪醇糖苷、酚化苷(phenolic glycosides, 黄酮醇及黄酮化合物与糖结合所产生的糖苷。）,N-糖苷,糖+胺RNH2 氨基葡萄糖苷(N-糖苷) R=H 肌苷5-单磷酸盐 R=OH 黄苷5 -单磷酸盐 R=NH2 鸟苷5 -单磷酸盐,N-糖苷的性质,稳定性不如O-糖苷 在水中容易水解,使溶液的颜色变深，黄色变为暗棕色，导致Maillard褐变 有些相当稳定 N-葡基酰胺、嘌呤、嘧啶 例如肌苷、黄苷、鸟苷的5 -单磷酸盐 风味增效剂,S-糖苷,糖+硫醇RSH 硫葡萄糖苷（S-糖苷） 糖基与糖苷配基之间有一硫原子
6、 芥菜子和辣根的组分 另一类生氰糖苷，它们的降解会产生氢化物，有毒性。,1、氧化反应,在不同氧化条件下，糖类被氧化成不同产物,酮糖如F不发生此反应,三、氧化反应,葡萄糖酸,D-葡萄糖,-内酯,闭环是酯，加热后开环是酸 内酯是一种温和的酸化剂 完全水解需要3h，随着水解不断进行，质子均匀缓慢地释放 出来，pH逐渐下降，慢慢酸化 在豆制品中，形成三维网络结构，细嫩的凝胶结构 在焙烤食品中作为膨松剂的一个组分 缓慢释放的H+与CO32-结合，缓慢释放CO2 与Ca2+Fe2+Zn2+结合，矿物质饮食补充剂,强氧化剂： G CO2 +H2O,Br/H2O： G 葡萄糖酸,内酯,浓硝酸： 醛糖 二元酸,
7、浓硝酸： 醛糖 二元酸,强氧化剂： G CO2 +H2O,Br/H2O： G 葡萄糖酸,内酯,浓硝酸： 醛糖 二元酸,G氧化酶： G 葡萄糖醛酸,氧化反应,G氧化酶： G 葡萄糖醛酸,葡萄糖醛酸的功能：,甙类,还原反应,双键加氢称为氢化。 D-葡萄糖的羰基在一定压力、催化剂镍存在下加氢还原成羟基，得到D-葡萄糖醇（山梨醇）,保湿剂 甜度为蔗糖50% 不被微生物利用 不依赖胰岛素,Ni,还原反应山梨糖醇 反应历程,甘露糖醇,C2差向异构,甜度为蔗糖的65% 应用于硬糖、软糖和不含糖的巧克力中 保湿性小，作为糖果的包衣,由半纤维素制得的木糖氢化 甜度为蔗糖的70% 在硬糖或胶姆糖中替代蔗糖 防止龋
8、齿，治疗糖尿病,还原反应木糖醇,水解反应： 低聚糖，糖苷及多糖在酸或酶的作用下，可水解生成 单糖或低聚糖。,C12H22O11 + H20,C6H12O6 + C6H1206,转化糖,烯醇化和异构化反应与碱的作用 在稀碱条件下，开环，生成差向异构体。,继续烯醇化 2,3- 3,4- ,形成己糖全部可能异构体,果葡糖浆,酯化与醚化反应,酯化 糖中羟基与有机酸和无机酸作用生成酯 天然多糖中存在醋酸酯、磷酸酯（马铃薯淀粉）、硫酸酯（卡拉胶）等羧酸酯 蔗糖酯是一种很好的乳化剂 卡拉胶中含有硫酸酯基（OSO3），和酸性饮料中带正电荷的蛋白质结合，是一种很好的乳化、稳定剂,醚化 进一步改良功能性 如羧甲基
9、纤维素钠，羟丙基淀粉 红藻多糖C3与C6间形成内醚（3,6-脱水环） 琼脂胶、卡拉胶,非酶褐变 1.氧化或者酶促褐变：氧与酚类物质在多酚氧化酶催化作用下的一种反应，例如水果的切片 2.非氧化或者非酶促褐变： 焦糖化 美拉德,Maillard反应 1.定义：还原糖（主要是葡萄糖）与游离氨基酸或氨基酸残基的游离氨基发生羰氨反应。 2.反应三要素：含有氨基的化合物（一般是蛋白质）、还原糖和一些水。,色素：类黑精 风味化合物：如麦芽酚，乙基麦芽酚，异麦芽酚，吡喃酮，呋喃酮，内酯，羰基化合物，酸和酯类。 二氧化碳：通过同位素示踪法，发现斯特勒克降解反应 在褐变反应体系中即使不是唯一的，也是主要的产生二氧
10、化碳的来源。,Maillard反应的最适条件 1）中等水分活度 2）pH7.89.2 3) 金属离子：Cu与Fe促进褐变 Fe（） Fe（）,糖的种类及含量 a.不饱和醛饱和醛酮。 b.五碳糖六碳糖（10倍）。 c.单糖双糖。 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.还原糖含量与褐变成正比。,影响美拉德反应的因素,氨基酸及其它含氨物种类 a. 含S-S，S-H不易褐变。 b. 有吲哚，苯环易褐变。 c. 碱性氨基酸易褐变。 e.胺类氨基酸蛋白质。 温度 升温易褐变，低温抑制褐变。 温度相差10，褐变速度相差35倍；大于30 褐变快，小于20 褐变慢；,水分 褐变需要一
11、定水分，aw小于0.2能抑制褐变反应。中等水分活度有利于褐变反应。 pH值 pH49范围内，随着pH上升，褐变上升；当pH4时，褐变反应程度较轻微；pH在7.89.2范围内，褐变较严重 。 金属离子和亚硫酸盐 由于铁和铜催化还原酮类氧化，所以促进褐变， Fe3+ Fe2+，Na+ 无影响；亚硫酸盐抑制褐变。 Ca 钙处理能抑制Maillard反应。,Maillard反应对食品品质的影响,不利方面 营养损失，特别是必须氨基酸损失严重。 产生某些致癌物质。 有利方面 褐变产生深颜色及强烈的香气和风味，赋 予食品特殊气味和风味。,Maillard反应在食品加工的应用,a. 抑制Maillard反应
12、注意选择原料 如选氨基酸、还原糖含量少的品种；糖类一般选用蔗糖。 保持低水分 蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥剂。如SiO2等。,应用SO2 硫处理对防止酶褐变和非酶褐变都很有效。 保持低pH值 常加酸，如柠檬酸，苹果酸。 其它的处理 热水烫漂除去部分可溶固形物，降低还原糖含量。 冷藏库中马铃薯加工时回复处理。 钙处理 如马铃薯淀粉加工中，加Ca(OH)2可以防止褐变，产品白度大大提高。,利用Maillard反应 在面包生产，咖啡，红茶，啤酒，糕点，酱油等生产中。 产生特殊风味，香味 通过控制原材料、温度及加工方法，可制备各种不同风味、香味的物质。 控制原材料 核糖+ 半胱氨酸：烤猪肉香味
13、核糖+ 谷胱甘肽：烤牛肉香味,控制温度 葡萄糖 + 缬氨酸 100-150 烤面包香味 180 巧克力香味 木糖-酵母水解蛋白 90 饼干香型 160 酱肉香型 不同加工方法 土豆 大麦 水煮 125种香气 75种香气 烘烤 250种香气 150种香气,焦糖化反应 直接加热糖或糖浆； 热解反应引起糖分子脱水，双键引入糖环，产生 不饱和环中间物；,A.焦糖化反应产生色素的过程 糖经强热处理可发生两种反应 分子内脱水 向分子内引入双键，然后裂解产生一些挥发性醛、酮，经缩合、聚合生成深色物质。生成焦糖或酱色。 环内缩合或聚合 裂解产生的挥发性的醛、酮经缩合或聚合产生深色物质。,反应条件 催化剂：铵盐
14、、磷酸盐、苹果酸、延胡索酸、柠檬酸、酒石酸等。 无水或浓溶液，温度150-200。,三种商品化焦糖色素 蔗糖通常被用来制造焦糖色素和风味 耐酸焦糖色素 由亚硫酸氢胺催化 应用于可乐饮料，酸性饮料 生产量最大 焙烤食品用色素 糖与铵盐加热产生红棕色 啤酒等含醇饮料用焦糖色素 糖直接加热产生红棕色,焦糖色素是我国传统使用的天然色素之一，它无毒性，但近年发现加铵盐制成的焦糖含4-甲基咪唑，它对人体有害，所以食品卫生法规定其添加量200mg/kg。,第三节 低聚糖,食品中重要的低聚糖 具有特殊功能的低聚糖 环状低聚糖,一、食品中重要的低聚糖,低聚糖：由210个糖单位通过糖苷键链接的碳水化合物，较重要的
15、低聚糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖等。,食品中重要的低聚糖麦芽糖Maltose,淀粉水解后得到的二糖 具有潜在的游离醛基，是一种还原糖 温和的甜味剂,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,牛乳中的还原性二糖 发酵过程中转化为乳酸 在乳糖酶作用下水解 乳糖不耐症,非还原性二糖 -葡萄糖和-果糖头头相连 具有极大的吸湿性和溶解性 冷冻保护剂,1,2,食品中重要的低聚糖蔗糖Sucrose,三糖 麦芽三糖、甘露三糖、蔗果三糖 聚合度为410的低聚糖 麦芽低聚糖、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 低热、低脂、低胆固醇、低盐、高纤维素 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、甲壳低聚糖,具有特殊功能的低聚糖低聚果糖,分子式特点： G-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),果糖转移酶,具有特殊功能的低聚糖低聚果糖,2,1,GF2,GF4,GF3,增殖双歧杆菌 难水解，是一种低热量糖 水溶性食物纤维 抑制腐败菌，维护肠道健康 防止龋齿,生理活性：,具有特殊功能的
