食品化学_碳水化合物1

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1、食品化学 第二章 碳水化合物碳水化合物的分类小分子糖的物理和化学性质 淀粉的结构和淀粉粒 淀粉的糊化和老化 淀粉和纤维素的改性 植物胶质的结构和性质 碳水化合物结构与功能的关系食品中的碳水化合物及分类p碳水化合物作为生物体的主要结构成 分，其含量、种类和存在状态对食品 的外观、质地、风味和保藏性关系极 其密切。p碳水化合物按照分子大小，可分为单 糖、低聚糖和多糖三类。前两者为小 分子，后者为大分子物质。举例：食品中的碳水化合物p各种粮食谷粒含碳水化合物70%以上p多数干豆类含碳水化合物60%左右p各种水果含碳水化合物10%左右p牛奶中含碳水化合物45%p甜饮料中含碳水化合物10%左右p果酱、果

2、脯等含碳水化合物60%以上p甜点心含碳水化合物5070%表：碳水化合物的分类类别举例食品中的存在 甜味 小分子单糖葡萄糖、果糖食物中广泛存在有双糖蔗糖、麦芽糖食物中广泛存在有低聚糖棉籽糖、低聚果糖天然或水解产物有/无糖醇木糖醇、山梨糖醇天然或人工加氢有大分子可消化多糖淀粉与糖原生物中储存物质无纤维 素、果胶植物的结构物质无不可消化阿拉伯胶、黄芪胶植物渗出胶无 多糖瓜尔豆胶、角豆胶植物种子胶无琼脂、褐藻胶海藻胶无黄杆菌胶、葡聚糖微生物胶无小分子碳水化合物p单糖 多羟基醛或多羟基酮n己糖 葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖n戊糖 阿拉伯糖，木糖，核糖p低聚糖 210个糖基组成n双糖 蔗糖，乳糖，麦芽糖n

3、棉子糖，水苏糖n低聚果糖，低聚异麦芽糖，低聚半乳糖，低聚木糖等p单糖均可消化吸收，而低聚糖有的可以消化 ，有的则是膳食纤维1 单糖和可消化二糖的结构和性质p单糖在水中的结构 和旋光性p物理性质p化学性质Fisher Projection of Hexose葡萄糖 glucose果糖 fructose甘露糖 mannoseA 单糖在水中的结构p戊糖和己糖在水中形成环状结构，其中5位 上的羟基与醛基发生半缩醛反应，形成一个 半缩醛羟基。因这个半缩醛羟基的方向不同 ，糖环有和两种结构。p为了达到水中结构的最大稳定性，单糖在水 中多呈现椅式结构，以降低分子内基团的静 电斥力和空间阻力。图：吡喃葡萄糖(

4、glucose)的结构-D-吡喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖图：蔗糖(sucrose)的结构p蔗糖由1分子- D-葡萄糖和一分 子-D-果糖以1 ，1键构成，为非 还原糖。图：麦芽糖(maltose)的结构p麦芽糖由2分子-D-葡萄糖以-1，4键 构成，为还原糖。B 小分子糖的物理性质p甜度sweetnessp旋光性rotationp溶解度solubilityp吸湿性和保湿性moisture retentionp结晶性crystallizationp粘度和质地viscosity and texture甜度p比甜度：受到分子结构、分子量、水中结构 的影响。D-葡萄糖以型较甜，D-果糖以 型较甜。p各种

5、常用糖的比甜度比较：果糖蔗糖=转化糖葡萄糖乳糖表：一些碳水化合物的甜度糖类相对甜度糖类相对甜度糖类相对甜度蔗糖1.0麦芽糖醇0.7-0.9果葡糖浆(42%)0.9-1.0果糖1.2-1.7山梨糖醇0.5-0.7果葡糖浆(55%)1.0-1.1葡萄糖0.7-0.8半乳糖醇0.6果葡糖浆(90%)1.2-1.6麦芽糖0.4-0.5甘露糖醇0.7淀粉糖浆 (30DE)0.3-0.35甘露糖0.6木糖醇0.9-1.2淀粉糖浆 (42DE)0.45-0.5半乳糖0.5棉子糖0.23淀粉糖浆 (54DE)0.5-0.55乳糖0.2-0.4转化糖1.0淀粉糖浆 (62DE)0.6-0.7资料来源：Jane

6、Bowers, Food Theory and Appications, 1992旋光性p戊糖和己糖都含有手性碳原子，具有旋光性 。可利用此性质鉴定单糖或二糖。p表：各种糖在20下的比旋光度p48p葡萄糖也称为右旋糖（+52.2），果糖也 称为左旋糖(-92.4)。蔗糖为+66.5，水 解成果糖和葡萄糖的混合液为-19.9，因此 称这种水解液为转化糖。溶解度p糖具有多个亲水的羟基，因此具有较好溶解 性。温度升高则溶解度增大。p各种糖的溶解度比较：果糖转化糖蔗糖葡萄糖乳糖p溶解度与糖的保藏性有关。溶解度大则可更 好地降低水分活度，从而达到防腐要求。表：几种糖在不同温度下的溶解度浓度 溶解度 浓度

7、 溶解度 浓度 溶解度203050果 糖78.9374.881.5441.786.9665.6蔗 糖66.6199.468.2214.372.0257.6葡萄糖46.7 87.754.6120.570.9243.8资资料来源：黄梅丽丽等，食品化学，1986吸湿性和保湿性p吸湿性是从空气中吸收水分的性质。p保湿性是空气湿度低时保持水分的性质。p各种糖的吸湿性和保湿性比较：果糖=转化糖蔗糖=葡萄糖乳糖p需要柔软的食品可以用高保湿糖，干脆食品 就要用低吸湿性糖。表：几种糖在不同温度下的吸湿性25下从1至60天的水分吸收糖的名称 相对湿度3天7天40天60天 蔗 糖62.70.050.05-0.05

8、81.80.050.05-3.86 98.84.8513.5345.62- 果 糖62.71.412.61-21.85 81.810.2218.58-35.30 98.818.4330.7454.99- 乳 糖62.70.030.05-0.05 81.80.070.07-0.11 98.80.050.090.33-资资料来源：Jane Bowers, Food Theory and Applications, 1992结晶性p在浓度高或温度低时析出结晶的性质。p结晶性与保湿性基本上顺序相反。p葡萄糖晶体细小，蔗糖晶体较大。乳糖易结 晶，果糖和转化糖难以结晶。C 小分子糖的化学性质p单糖的结构特

9、点是多羟基醛或多羟基酮，其 醛基、羟基功能团可发生相应的反应，如氧 化和还原、缩醛化反应、成酯、成醚等。p此外，还有一些和食品性质相关的重要反应n美拉德反应n焦糖化反应p这里重点讲和食品有关的反应。美拉德反应(羰胺褐变)p美拉德反应也称羰氨反应，或非酶褐变反应n美拉德反应在食品中的意义n美拉德反应的机理n美拉德反应的影响因素食品中的Maillard reactionp美拉德反应在食品中是产生 色泽和香气的重要来源。p焙烤食品的红褐色、烤肉的 棕红色、松花蛋的褐色、啤 酒的黄色、酱类的褐色等均 来自美拉德反应。美拉德反应的机理p初期：羰胺缩合与分子重排，产物为2-氨 基-2-脱氧酮糖，无色p中期

10、：重排产物降解，脱水生成羟甲基糠醛 ，重排成还原酮，或发生Strecker降解反 应；有色但颜色浅p末期：醇醛缩合，并进一步聚合，生成高分 子黑色素。美拉德反应初期 IR-NH2-H2O初始产物：雪夫碱 氮代葡萄糖基胺美拉德反应初期 II+H+-H+第一阶段产物：1-氨基-1-脱氧-2-酮糖美拉德反应：Amadori分子重排重排产物：环式果糖胺美拉德反应：Heyenes分子重排重排产物：2-氨基-2-脱氧葡萄糖美拉德反应中期 I-H2O+H+美拉德反应中期 II-R-NH2-H2O-H2O-H2O中期产物：羟甲基糠醛羟甲基糠醛hydroxyl methyl furfuralp羟甲基糠醛积累之后

11、很快发生褐变。因此测定 HMF是预测褐变速度的指标。可以用分光光 度法测定。美拉德反应：产生风味物质p美拉德反应中，果糖基胺还可能发生2,3烯 醇化而重排成为还原酮的反应p还原酮与醛类作用，发生Strecker降解产 生杂环类风味物质，如吡咯、吡嗪、吡啶等 。也可能降解产生其它小分子风味物质如二 乙酰、乙酸等。美拉德反应的影响因素p羰基化合物的影响：戊糖己糖，己糖中半 乳糖甘露糖葡萄糖。Vc易褐变。p氨基化合物的影响：胺类氨基酸蛋白质 ，碱性氨基酸其他氨基酸，Lys最快p反应物浓度的影响：反应速度与浓度成正比p水分活度：Aw0.60.9之间较快p脂肪氧化：脂肪氧化快时速度加快美拉德反应的影响因

12、素(续)ppH值的影响：pH3以上随pH上升而加快p金属离子的影响：三价铁和二价铜催化褐变 ，钙离子和氨基酸沉淀而抑制褐变p温度的影响：温度系数3-5，温度升高则褐 变加快。p预防措施：除去糖，加入亚硫酸盐，降温， 调整pH酸性，调整水分活度低于0.6焦糖化反应(caramelization)p没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点 以上时，糖发生脱水与降解，形成褐色物质 的反应为焦糖化反应。p产物包括焦糖(caramel)和聚合产生的黑 色素即焦糖色素。p焦糖化反应在碱性条件下加快，低水分活度 加快。有机酸可催化焦糖形成。表：几种糖的性质比较性质果糖蔗糖葡萄糖乳糖转化糖 溶解性最高高次高低最

13、高吸湿性最高中中低最高甜度最高高中低高褐变性中中高中粘度较低最高较低高较高熔点95160146旋光度-92.4+66.5+52.2氧化还原反应p糖可以被氧化成酸、二酸或糖酸。这个反应 可以区别各种糖。弱氧化产物葡萄糖酸加热 生成D-葡萄糖酸-内酯。p糖可以催化加氢还原成糖醇。糖醇是一类功 能性甜味剂。糖催化加氢生成糖醇H糖氧化生成糖酸葡萄糖葡萄糖酸-内酯葡萄糖酸O 酸和碱中的反应p稀碱当中通过烯醇式异构体发生异构化。p浓碱下发生分解生成小分子糖醇醛酸等，以 及糖精酸类。p弱酸性条件下加温发生聚合反应生成低聚糖p强酸性条件下加热脱水生成糠醛类物质图：弱碱中的烯醇式异构化2 低聚糖p命名法-D-吡

14、喃半乳糖基-(1-4)-D-吡喃葡糖苷p褐变性：较单糖小。p粘度：比单糖高。p抗氧化性：减少溶氧而保护Vc。p发酵性：低于单糖。p吸湿性：低于单糖。功能性低聚糖p棉子糖p水苏糖p低聚果糖：双歧因子，整肠，抗龋齿p低聚木糖：甜度约0.5，双歧因子，整肠p帕拉金糖：甜度0.42，抗龋齿p环糊精：可保护芳香物质和小分子物质。 P68图表：功能性低聚糖的有效摄入量p大豆低聚糖可能引起胀气，最大用量男性为 0.64g/kgBW，女性为0.96g/kgBW低聚糖有效摄入 量低聚糖有效摄入 量 低聚半乳糖2.0-2.5低聚木糖0.7低聚果糖3.1大豆低聚糖2.0单位：克/日环状糊精p环状糊精是一种特殊的低聚糖，它是由6， 7或8个葡萄糖以-1,4键首尾相连构成的 环状低聚糖。p环内具有疏水环境，环外伸展亲水基团。环 内可以包容一些亲脂性小分子，改善其在水 中的分散性，并减少它们在水相体系中的损 失。也可以产生缓释效应。