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1、我们在认识了小分子糖在食品中的特性及应用后，再来认识高分子糖与食品有关的特性及其应用。4.3 食品中多糖的特性与应用Carbohydrates: High-heat treatments cause interactions bwteen reducing sugars and amino groups to give Maillard browning and changes in flavor. Hydrolysis of starch and gums can change texture of food systems .Some starches can be degraded by
2、 enzymes or under acidic conditions.Introduction To Food Science4.3.1 多糖的性质 多糖的溶解性多糖（Polysaccharide）, 由于含有大量羟基 （平均每个糖基含 3 个-OH）,每个-OH可与 1 至 几个 H2O分子形成氢键 ,环氧原子以及糖苷氧原子也可和H2O分子形成氢键 ,故, 多糖的每个糖基具有结合 H2O分子的能力多糖具有 较强的亲水性和易于水合的能力 ，多糖颗粒 （若干多 糖分子聚合）在水溶液中吸水膨胀，然后部分的溶解或全部溶解。但是高度有序而具有结晶 的多糖，不能直接溶于水；不过，多数的多糖不能形成结晶
3、。多糖分子以氢键结合的水，属于 水合水 ，不会结冰，也称塑化水，使多糖分子溶剂化。 多糖的黏度与稳定性多糖（胶，亲水胶体） 主要用于增稠和胶凝 ，也可控制液态食品的流动性和质构。0.25 0.5%的浓度的胶 , 可以产生黏度、形成凝胶。多数亲水胶体的黏度随温度升高而下降。 多糖的凝胶性多糖分子间可以通过氢键、疏水缔合、共价键等连接而成连续的三维网，网孔中充满连 续的液相（如，水，小分子水溶液） ，形似海绵。这种持水的多糖三维网状结构即为 多糖凝胶 。 通常仅含 1%的高聚物（多糖） 。如甜食凝胶、肉冻、水果块等。 蛋白质大分子亦可形成凝胶。多糖凝胶 可看成固态，也具有液体性，有弹性、有一定黏度
4、，所以，它是具有 黏弹性的 半固体。 多糖的水解性酸、酶催化，多糖糖苷键水解。可使溶液黏度下降。热加工可加速水解。 对酶催化水解敏感，易受微生物侵袭 （微生物产酶） 。4.3.2 食品中的典型多糖4.3.2.1 淀粉（ Starch）（1）淀粉的组成与结构 独特性： 1） 以颗粒存在。颗粒紧密，不溶于水，但在冷水中可少量水合。分散于水中， 具低黏度。 2） 含两种结构的分子。 单体 D 葡萄糖 连接方式 1，4苷键和 1，6苷键 淀粉颗粒的组成： 天然淀粉有两种结构 直链淀粉 amylose支链淀粉 amylopectin淀粉粒一般由 2 种葡聚糖， 即直链淀粉和支链淀粉构成。 普通淀粉含约
5、20% 30%(25% 左右) 的直链淀粉，有的新玉米品种可达50% 85% ，称为 高直链淀粉 玉米，这类玉米淀粉不易糊化，甚至有的在温度 100 以上才能 糊化 。有些淀粉仅由支链淀粉组成，例如糯玉米、 糯大麦、梗稻和糯米等。它们在水中加热可形成糊状，与根和块茎淀粉(如藕粉)的糊化相 似。直链淀粉容易发生“ 老化 ，”糊化形成的糊化物不稳定，而由支链淀粉制成的糊是非常稳定 的。表 4-7 一些淀粉中直链淀粉与支链淀粉的比例淀粉来源直链淀粉 (%)支链淀粉 (%)淀粉来源直链淀粉 (%)支链淀粉 (%)高直链玉米50851550米1783玉米2674马铃薯2179蜡质玉米199木薯1783小
6、麦2575表 4-8 直链淀粉和支链淀粉的性质性质直链淀粉支链淀粉分子量50000200000一百万到几百万糖苷键主要是 -D-(1 4)-D-(14)，-D-(1 6)对老化的敏感性高低-淀粉酶作用的产物麦芽糖麦芽糖， -极限糊精葡糖淀粉酶作用的产物D-葡萄糖D-葡萄糖分子形状主要为线型灌木型 淀粉粒的结构特点： 植物体内的淀粉是在生长过程中逐步完成生物合成的，随着淀粉分子的不断合成形成了 由若干淀粉分子、并有一定规则的聚合在一起的颗粒状结构即为 淀粉粒，这是所有多糖 中唯一以小包形式(分散的颗粒)存在的多糖 。不同的植物种类有不同特征的淀粉粒， 显微镜下可观察到 ： 淀粉粒呈球形、卵形、或
7、不规则形 ，大小也各不一样( 1.5 100m)，具体依植物种类而 异，马铃薯淀粉颗粒 最大、为卵形，玉米为圆形和多角形，稻米 最小 、为多角形； 偏光显微镜下，可见 双折射现象 ：淀粉粒的中心有一个裂口(黑色十字) ，将颗粒分成四 个白色区域，称为“ 偏光十字 ”或“ 脐点 ”，说明有晶状结构 (实质上，淀粉分子间以氢 键相互结合，以放射状微晶束形式存在) ； 沿其周围 径向排列 着淀粉分子，使粒不断长大， 在偏振光显微镜下有的颗粒可看到粒上有 疏密相间的层次 。（2）淀粉的一般性质与应用： 物理性质 肉眼可见淀粉为 白色粉末 （显微镜下为 颗粒 ）， 吸湿性不强 ； 冷水中可“分散”纯支链
8、淀粉，而不“溶解”直链淀粉。天然淀粉是由直与支链交替、共同组成的 粒状结构，完全不溶于冷水中 ，60 80热水中淀粉粒可发生溶胀（膨润现象）图 4-15 支链淀粉在淀粉粒中的排列示意图 天然淀粉粒表面 无膜包被 ，表面为无数淀粉分子链端堆积组成（包括直、支链端） ，如同 紧束在一起的稻草 扫帚末端 一样。（图 4-15） 与碘的呈色反应及应用 ： 随着淀粉分子的减短而与碘的呈色越浅，深蓝蓝紫紫红橙色无色。葡萄糖单体 40 呈蓝色， 6 个无色。呈色机制 ：碘分子进入螺旋圈内成为电子受体，羟基为电子供体成为淀粉碘的络合物， 显蓝色。 6 时不能形成螺旋管状结构。应用 ： 其它小分子如乙醇、正丁醇
9、 等进入螺旋圈内成为 “笼状化合物” （包合物） 。 淀粉的水解 在酸、酶、热等催化下水解 。主要有 ： 淀粉酶、 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶等。总称为淀粉酶。产物有 ：糊精（淀粉部分水解的片断） 、淀粉糖浆（葡萄糖、低聚糖与糊精混合物） 、麦 芽糖浆（主要是麦芽糖） 、葡萄糖等。 葡萄糖值（ DE ）： 表示淀粉水解生成葡萄糖的程度，也称 淀粉糖化值 、葡萄糖当量 （ Dextrose Equivalency ），定义为还原糖（以葡萄糖计）在淀粉糖浆中所占的百分数（按干物 质计）。DE= 葡萄糖含量 （%）DE= 固形物 （%） 比重通常将 DE 20的水解产品称为麦芽糊精， DE为 20
10、60的叫做玉米糖浆。由于 DE不同, 糖的成分就不同 , 产物性质也不同。应用 ：工业上利用淀粉水解，生产果葡糖浆、淀粉糖浆等，还可根据果糖、葡萄糖的溶 解度差异控制各自的比例。如 葡萄糖含量 42以下防止结晶 。 （ 3）淀粉的重要性质淀粉的糊化与老化及凝胶化完整的淀粉粒 不溶于冷水，但能可逆地轻微吸水膨胀，干燥后又回到原颗粒大小。而在 水中加热时，颗粒则发生不可逆吸水膨胀，并形成糊状液淀粉的糊化。 淀粉的糊化（ Gelatinization/dextrinization ）： 淀粉粒 在适当温度下（一般 60 80）的水中，吸水溶胀、分裂、形成均匀糊状溶液 的变化过程 称为糊化 。其本质是
11、 ：淀粉粒中的分子间 氢键 断开，分子分散在水中成为胶体溶 液；分子由微观有序状态转变为无序态。 糊化的过程可分为三阶段 ：可逆的吸水阶段： 水分进入淀粉粒的非晶质部分，体积略有膨胀，若冷却干燥可复原； 不可逆的吸水阶段 ：随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，大量吸水，双折射现象消失 .此时的 T，称糊化温度（糊化点 , 实际上为一定的温度范围 , 不是一个温度点 ）。此 阶段溶液的 粘度上升 （因肿胀颗粒间相互作用所致） 。淀粉粒解体阶段： 颗粒破裂，形成均匀、甚至半透明的淀粉糊。大部分淀粉分子进入溶液， 粘度下降（稀化） 。对第二阶段的 肿胀颗粒 搅拌（剪切力） ，则加速稀化。 高温、高剪切
12、力、 过量水存在时，淀粉分子才能完全分散。 糊化后的淀粉又称 化淀粉 。如：“即食”谷物食品、米饭中的淀粉等。 相应将未糊化的淀粉称为 淀粉 （20直 80支的结晶态） ，或生淀粉。 不同来源的淀粉粒的糊化温度不同。 高直链淀粉难以糊化 （高于 100 ），而支链淀粉多 （如 糯米淀粉）的淀粉糊相当稳定。不同淀粉的糊化温度不同，如下表所示：表 4-9 不同来源的淀粉粒特性来淀粉粒糊化温度源直径（m）结晶度 %（）普通淀粉玉米52520256787蜡质玉米525396372高直链淀粉玉米66-170马铃薯15100256268甘薯155525508283木薯535385264小麦23836536
13、5稻米39386178 影响淀粉糊化的因素 ：内在因素淀粉粒的结构 ：直链淀粉含量高的难以糊化，糊化温度高。外在因素 ：除了温度外，还有水分、小分子亲水物等：A. 温度 ：如上所述需在糊化温度下方能糊化。B. 水分含量 ：淀粉自身含水 10左右，加水至少保证总水量达 30，才能充分糊化。有人认 为应大于 55。随水分减少， 糊化温度提高。 有效水分是最重要的， Aw 提高， 糊化程度提高。C. 其它成分： 凡是影响水分活度（有效水分）的成分，都将影响糊化。糖： 高浓度的糖可推迟糊化，提高糊化温度。糖分子一方面与淀粉分子争夺水分子；另一方面阻碍淀粉分子分开，因此，双糖比单糖的阻碍更有效。盐 ：虽
14、然盐离子有结合水的能力，但对于中性的淀粉， 一般低浓度盐对糊化的影响 不大，除非是特殊的离子化淀粉马铃薯淀粉本身含有磷酸基团（负电性） ，低浓度盐亦会 影响其电荷效应。高浓度盐抑制糊化。酸 ：大多数食品的 PH 在 4 7，低 PH4 时因催化淀粉发生水解成糊精稀化而使粘度 下降，糊化温度下降。 对于高酸食品，为提高粘度和增稠，需采用交联淀粉（改性淀粉，分 子大，粘度大）或加糖。 PH=10 时糊化加快，但对食品没有意义。 有人在煮粥时加少量碱， 可加速糊化，但从营养角度上是不科学的。乳化剂 ： 脂肪类物质及相关乳化剂（如一酰甘油）可与直链淀粉形成包合物（进入 疏水的螺旋管内） ，阻止水分子进入，从而干扰和阻止糊化，使糊化温度提高， 也干扰老化和 凝胶的形成。如用油较多的馅饼中的淀粉糊化不彻底，不如面包中糊化好、易消化。酶： 淀粉原料中的内源淀粉酶较耐热，糊化初期由于温度、水分适合致使酶发生催 化作用，淀粉部分降解（稀化） ，使糊化加速。 新米较陈米稠汤好煮，就是因为前者酶活性高 蛋白质 ： 在某些食品中淀粉与蛋白质都是大分子，同时存在时二者间相互作用可使 食品形成一定结构，影响到糊化。 淀粉的老化（ Retrogradation/staling） 定义： 糊化的淀粉 ，随着温度的缓慢下降至常温，特别是近0的低温时，变成不透明甚至产生沉淀的现
