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1、食品化学食品化学第二章第二章 碳水化合物碳水化合物 22 低聚糖低聚糖p命名法命名法 -D-吡喃半乳糖基吡喃半乳糖基-(1-4)-D-吡喃葡糖苷吡喃葡糖苷p褐变性：较单糖小。褐变性：较单糖小。p粘度：比单糖高。粘度：比单糖高。p抗氧化性：减少溶氧而保护抗氧化性：减少溶氧而保护Vc。p发酵性：低于单糖。发酵性：低于单糖。p吸湿性：低于单糖。吸湿性：低于单糖。功能性低聚糖功能性低聚糖p棉子糖棉子糖p水苏糖水苏糖p低聚果糖：双歧因子，整肠，抗龋齿低聚果糖：双歧因子，整肠，抗龋齿p低聚木糖：甜度约低聚木糖：甜度约0.5，双歧因子，整肠，双歧因子，整肠p帕拉金糖：甜度帕拉金糖：甜度0.42，抗龋齿，抗龋
2、齿p环糊精：可保护芳香物质和小分子物质。环糊精：可保护芳香物质和小分子物质。P68图图表：功能性低聚糖的有效摄入量p大豆低聚糖可能引起胀气，最大用量男性为大豆低聚糖可能引起胀气，最大用量男性为0.64g/kgBW，女性为，女性为0.96g/kgBW低聚糖低聚糖有效摄入量有效摄入量低聚糖低聚糖有效摄入量有效摄入量低聚半乳糖低聚半乳糖2.0-2.5低聚木糖低聚木糖0.7低聚果糖低聚果糖3.1大豆低聚糖大豆低聚糖2.0单位：克单位：克/日日环状糊精环状糊精p环状糊精是一种特殊的低聚糖，它是由环状糊精是一种特殊的低聚糖，它是由6，7或或8个葡萄糖以个葡萄糖以-1,4键首尾相连构成的环状低聚糖。键首尾相
3、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。也可以产性，并减少它们在水相体系中的损失。也可以产生缓释效应。生缓释效应。淀粉淀粉（Starch）p淀粉是植物所储藏的主要能量物质，除纤维素之淀粉是植物所储藏的主要能量物质，除纤维素之外产量最大的高分子碳水化合物。外产量最大的高分子碳水化合物。p淀粉分为两类：淀粉分为两类：n直链淀粉，以直链淀粉，以-1，4糖苷键相连的直线大分子；糖苷键相连的直线大分子；n支链淀粉，以支链淀
4、粉，以-1，4糖苷键相连，以糖苷键相连，以-1，6糖苷键糖苷键分支的高度分支大分子；分支的高度分支大分子；p在谷粒当中同时含有直链淀粉和支链淀粉，其中在谷粒当中同时含有直链淀粉和支链淀粉，其中支链淀粉含量高于直链淀粉。支链淀粉含量高于直链淀粉。“蜡蜡”“糯糯”“粘粘”品种品种中几乎中几乎100%为支链淀粉。为支链淀粉。直链淀粉和支链淀粉的性质区别直链淀粉和支链淀粉的性质区别性质性质直链淀粉直链淀粉支链淀粉支链淀粉分子连接分子连接-1,4糖苷键糖苷键-1,4 和和-1,6键键分支状况分支状况线状多聚体线状多聚体多分支的多聚体多分支的多聚体分子量分子量2.4万万165万万2000万万-5亿亿水中构
5、象水中构象卷曲成螺旋状卷曲成螺旋状多分枝，侧链卷曲多分枝，侧链卷曲冷水溶解性冷水溶解性不溶不溶可溶可溶冷却后老化冷却后老化容易老化容易老化不易老化不易老化凝胶能力凝胶能力强凝胶能力强凝胶能力弱或不能凝胶弱或不能凝胶与碘反应与碘反应棕蓝色棕蓝色蓝紫色蓝紫色吸附脂肪吸附脂肪能力强能力强能力差能力差1 淀粉和淀粉粒淀粉和淀粉粒p植物的淀粉粒由质体产生，呈大小、形状植物的淀粉粒由质体产生，呈大小、形状不同的颗粒，具有片层结构。其中充满淀不同的颗粒，具有片层结构。其中充满淀粉分子。粉分子。p加热前，淀粉粒为生淀粉粒。其中部分区加热前，淀粉粒为生淀粉粒。其中部分区域淀粉分子整齐排列呈晶体状态；部分区域淀粉
6、分子整齐排列呈晶体状态；部分区域分子松散排列为域分子松散排列为“无定形区域无定形区域”。p加热后，淀粉粒松散破裂，可放出淀粉分加热后，淀粉粒松散破裂，可放出淀粉分子。子。淀粉粒的基本结构模式淀粉粒的基本结构模式p淀粉粒起源于质粒，淀粉粒起源于质粒，由脐点开始向外生由脐点开始向外生长，淀粉分子向径长，淀粉分子向径向分支延伸，呈现向分支延伸，呈现环状结构。环状结构。淀粉粒结构示意图淀粉粒结构示意图图：淀粉粒的层状结构图：淀粉粒的层状结构p右图为一个用酶侵右图为一个用酶侵蚀的小麦淀粉粒，蚀的小麦淀粉粒，注意其层状结构。注意其层状结构。p大多数淀粉颗粒在大多数淀粉颗粒在脐点周围都有生长脐点周围都有生长
7、环或层次。环或层次。淀粉粒的偏振光性质淀粉粒的偏振光性质p淀粉粒在偏振光照射下表现出双折射性，淀粉粒在偏振光照射下表现出双折射性，称为称为“偏光十字纹偏光十字纹”。这种光学现象说明淀。这种光学现象说明淀粉具有晶体性质。粉具有晶体性质。p十字的亮度、位置和形状都可表明淀粉的十字的亮度、位置和形状都可表明淀粉的种属特征。种属特征。淀粉粒具有种属特征性淀粉粒具有种属特征性p不同来源淀粉的淀粉粒具有特征性，其大不同来源淀粉的淀粉粒具有特征性，其大小、性状、双光十字等方面具有特征性，小、性状、双光十字等方面具有特征性，可以用来鉴别淀粉的种属来源。可以用来鉴别淀粉的种属来源。p马铃薯淀粉粒最大，大米淀粉颗
8、粒最小。马铃薯淀粉粒最大，大米淀粉颗粒最小。p常用的商业淀粉制品主要是马铃薯淀粉、常用的商业淀粉制品主要是马铃薯淀粉、玉米淀粉和甘薯淀粉。玉米淀粉和甘薯淀粉。表：不同来源淀粉的性质差异表：不同来源淀粉的性质差异 p资料来源：资料来源：Chemical and functional properties of food components. Edited by zdzislaw E. Sikorski, Technomic Publication, 1997 淀粉来源淀粉来源直直链淀粉含量淀粉含量%颗粒大小粒大小m糊化温度糊化温度大麦大麦19-225-4051-59玉米玉米21-2410-30
9、67-100燕麦燕麦23-305-1587-90马铃薯薯18-231-10059-68大米大米8-372-1068-78黑麦黑麦24-308-6055-70黑小麦黑小麦23-242-4055-62蜡玉米蜡玉米1-210-3062-72小麦小麦24-292-3859-642 淀粉的化学性质淀粉的化学性质p淀粉的水解淀粉的水解p淀粉与碘的呈色反应淀粉与碘的呈色反应p淀粉与小分子有机化合物的作用淀粉与小分子有机化合物的作用p淀粉与脂类的作用淀粉与脂类的作用淀粉的水解淀粉的水解p淀粉可以被酶水解生成多种淀粉糖产物，包括糊淀粉可以被酶水解生成多种淀粉糖产物，包括糊精、麦芽糖、葡萄糖、不同精、麦芽糖、葡萄
10、糖、不同DE值的淀粉糖浆、葡值的淀粉糖浆、葡萄糖浆、氢化葡萄糖浆、果葡糖浆、环状糊精、萄糖浆、氢化葡萄糖浆、果葡糖浆、环状糊精、山梨糖醇等。山梨糖醇等。pDE值：值：dextrose equivalence，即葡萄糖当，即葡萄糖当量，表示淀粉水解的程度。量，表示淀粉水解的程度。DE值越高，则淀粉水值越高，则淀粉水解程度越高。解程度越高。表：不同表：不同DE的玉米糖浆之性质差异的玉米糖浆之性质差异 糖糖浆的物理性的物理性质淀粉淀粉转化程度低化程度低高高及功能性及功能性质麦芽糊精麦芽糊精(59 DE)增稠、填充能力增稠、填充能力高高低低粘度粘度高高低低防止防止结晶能力晶能力高高低低改善冷改善冷冻食
11、品食品质地地高高低低泡沫泡沫稳定能力定能力高高低低风味改善能力味改善能力低低高高发酵性能酵性能低低高高甜味甜味低低高高吸湿性吸湿性低低高高降低水分活度降低水分活度低低高高褐褐变反反应低低高高淀粉与碘的作用淀粉与碘的作用p直链淀粉分子的一个单螺旋链将淀粉自包围，形直链淀粉分子的一个单螺旋链将淀粉自包围，形成淀粉成淀粉-碘有色复合物。碘有色复合物。p淀粉和碘反应之后的颜色与淀粉螺旋长度有关：淀粉和碘反应之后的颜色与淀粉螺旋长度有关：n直链淀粉直链淀粉棕蓝色棕蓝色n支链淀粉支链淀粉蓝紫色蓝紫色n糊精（糊精（40个糖基以上）个糖基以上）蓝色蓝色n糊精（糊精（20-40个糖基）个糖基）紫红紫红n糊精（糊
12、精（8-20个糖基）个糖基）橙红橙红淀粉与其他小分子物质作用淀粉与其他小分子物质作用p直链淀粉和支链淀粉的长分枝在水中呈现螺旋状直链淀粉和支链淀粉的长分枝在水中呈现螺旋状结构。在螺旋的孔隙当中具有非极性环境，可以结构。在螺旋的孔隙当中具有非极性环境，可以结合小分子物质，如低级醇等，形成结合小分子物质，如低级醇等，形成“包合物包合物”。淀粉与脂类形成复合物淀粉与脂类形成复合物p淀粉和脂肪酸、甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯淀粉和脂肪酸、甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯可以形成稳定的复合物，这种复合物在可以形成稳定的复合物，这种复合物在100以以上才能发生分解。上才能发生分解。p这种复合物可以防止淀粉螺旋
13、在水中分散成为无这种复合物可以防止淀粉螺旋在水中分散成为无规则线团状。规则线团状。3 淀粉的糊化、老化和凝胶淀粉的糊化、老化和凝胶p淀粉的糊化淀粉的糊化p淀粉糊化的影响因素淀粉糊化的影响因素p淀粉的老化淀粉的老化p淀粉老化的影响因素淀粉老化的影响因素p淀粉的凝胶淀粉的凝胶p淀粉凝胶的影响因素淀粉凝胶的影响因素淀粉的糊化淀粉的糊化(gelatinazation)p淀粉在有充足水分的情况下受热，在温度上升到淀粉在有充足水分的情况下受热，在温度上升到某一温度范围以上之后，淀粉大量吸水膨胀，晶某一温度范围以上之后，淀粉大量吸水膨胀，晶体结构解体，失去双折光性，淀粉分子逸散，粘体结构解体，失去双折光性，
14、淀粉分子逸散，粘度急剧增加。这个过程称为淀粉的糊化。度急剧增加。这个过程称为淀粉的糊化。p淀粉糊化的测定方法：淀粉糊化的测定方法：n偏振光显微镜记录偏振光显微镜记录5%，50%和和95%淀粉粒失去双淀粉粒失去双折光性的温度。折光性的温度。n粘度计测定不同温度下的粘度曲线。粘度计测定不同温度下的粘度曲线。n差异扫描量热计测定糊化的热吸收。差异扫描量热计测定糊化的热吸收。糊化过程的微观实质糊化过程的微观实质p生淀粉分子之间由于氢键的结合，排列成十分紧生淀粉分子之间由于氢键的结合，排列成十分紧密的束状，称为密的束状，称为-淀粉，水分很难进入其中。淀淀粉，水分很难进入其中。淀粉粒中的束状结构松散，淀粉
15、分子逸出，与水分粉粒中的束状结构松散，淀粉分子逸出，与水分子充分相互作用，这种状态的淀粉称为子充分相互作用，这种状态的淀粉称为-淀粉。淀粉。p淀粉的糊化就是淀粉从淀粉的糊化就是淀粉从-淀粉向淀粉向-淀粉转化的过淀粉转化的过程。这个过程需要克服氢键力，因此是一个吸热程。这个过程需要克服氢键力，因此是一个吸热过程。过程。p每一种淀粉的糊化温度不同。由于淀粉粒大小不每一种淀粉的糊化温度不同。由于淀粉粒大小不同，糊化速度也不同，因此糊化温度是一个温度同，糊化速度也不同，因此糊化温度是一个温度范围。范围。不同植物来源的淀粉支链直链比不同植物来源的淀粉支链直链比淀粉来源淀粉来源直链直链%支链支链%始糊化始
16、糊化T终糊化终糊化T小麦小麦24766568粳米粳米17835961糯米糯米01005863木薯木薯1783-甘薯甘薯18827076马铃薯马铃薯22785967香蕉香蕉20.579.5-玉米玉米23776472蜡玉米蜡玉米0100-数据来源：常用食品数据手册，数据来源：常用食品数据手册，1989以及食品化学，以及食品化学，1986淀粉糊化的微观过程淀粉糊化的微观过程生淀粉粒生淀粉粒紧密的胶束结构紧密的胶束结构吸水可逆膨胀吸水可逆膨胀水进入无定形区域水进入无定形区域不可逆快速膨胀不可逆快速膨胀胶束瓦解，大量吸水胶束瓦解，大量吸水加热到糊化温度加热到糊化温度常温浸泡常温浸泡淀粉粒极度膨胀淀粉粒极
17、度膨胀淀粉分子开始逸出淀粉分子开始逸出淀粉粒崩溃淀粉粒崩溃淀粉分子大量逸出淀粉分子大量逸出继续加热继续加热分子在氢键作用下分子在氢键作用下重新排列重新排列冷却冷却淀粉粒吸水膨胀过程淀粉粒吸水膨胀过程(1)p右图为油炸馅饼右图为油炸馅饼中心部分淀粉的中心部分淀粉的淀粉粒显微照片。淀粉粒显微照片。可见淀粉粒膨胀可见淀粉粒膨胀增大，但并未扭增大，但并未扭曲崩溃。曲崩溃。淀粉粒吸水膨胀过程淀粉粒吸水膨胀过程(2)p右图为因极度膨右图为因极度膨胀而扭曲的小麦胀而扭曲的小麦淀粉粒，其中可淀粉粒，其中可能还没有大量淀能还没有大量淀粉逸出。粉逸出。淀粉粒吸水膨胀过程淀粉粒吸水膨胀过程(3)p右图为安琪儿蛋右图
18、为安琪儿蛋糕中的小麦淀粉糕中的小麦淀粉粒，淀粉粒高度粒，淀粉粒高度膨胀扭曲，有的膨胀扭曲，有的已经破碎，淀粉已经破碎，淀粉部分逸出。部分逸出。淀粉粒吸水膨胀过程淀粉粒吸水膨胀过程(4)p右图为一个因长右图为一个因长期加热崩溃的小期加热崩溃的小麦淀粉粒，淀粉麦淀粉粒，淀粉已经逸出，只留已经逸出，只留下一个破碎的外下一个破碎的外壳。壳。淀粉糊化与粘度变化淀粉糊化与粘度变化p淀粉浆糊化之前粘度很低。温度达到糊化温度范淀粉浆糊化之前粘度很低。温度达到糊化温度范围之后，粘度急剧上升，达到峰值之后缓慢下降。围之后，粘度急剧上升，达到峰值之后缓慢下降。各种淀粉的粘度曲线不同。各种淀粉的粘度曲线不同。p粘度峰
19、值与淀粉粒极大膨胀而淀粉分子没有大量粘度峰值与淀粉粒极大膨胀而淀粉分子没有大量逸出的时刻相当；淀粉粒破碎之后，分子摩擦力逸出的时刻相当；淀粉粒破碎之后，分子摩擦力减小，因而粘度下降。减小，因而粘度下降。图：淀粉的一般粘度曲线图：淀粉的一般粘度曲线p淀粉的粘度淀粉的粘度达到最高值达到最高值之后下降。之后下降。其高峰与淀其高峰与淀粉粒膨胀的粉粒膨胀的最大值相对最大值相对应。随着淀应。随着淀粉粒破碎，粉粒破碎，粘度下降。粘度下降。淀粉糊化性质的影响因素淀粉糊化性质的影响因素p水分：水分减少则糊化温度升高。水分：水分减少则糊化温度升高。p糖：糖浓度增加则糊化温度提高，可能是因为影糖：糖浓度增加则糊化温
20、度提高，可能是因为影响了水分活度和淀粉分子的伸展空间。糖分子越响了水分活度和淀粉分子的伸展空间。糖分子越大则影响越大。蔗糖大则影响越大。蔗糖麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖果糖果糖 p脂类和乳化剂：甘油酯和脂肪酸均可与直链淀粉脂类和乳化剂：甘油酯和脂肪酸均可与直链淀粉形成复合物而推迟糊化过程，升高糊化温度。乳形成复合物而推迟糊化过程，升高糊化温度。乳化剂可与淀粉螺旋形成包合物，阻止水分子进入化剂可与淀粉螺旋形成包合物，阻止水分子进入淀粉颗粒，因而干扰糊化。淀粉颗粒，因而干扰糊化。 ppH值：值：4-7之间影响小。低之间影响小。低pH值使淀粉水解而值使淀粉水解而降低糊化高峰的粘度。降低糊化高峰的粘度。图
21、：淀粉糊化温度与含水量关系图：淀粉糊化温度与含水量关系p淀粉糊化温度随淀粉糊化温度随着含水量降低而着含水量降低而升高。升高。p横坐标为含水量，横坐标为含水量，纵坐标为绝对温纵坐标为绝对温度度K。淀粉的老化回生和凝胶淀粉的老化回生和凝胶p经过糊化的淀粉冷却至室温之后，会失去原有的经过糊化的淀粉冷却至室温之后，会失去原有的柔软透明状态，发生沉淀或变得干硬，或形成胶柔软透明状态，发生沉淀或变得干硬，或形成胶冻状结构。前者称为老化回生冻状结构。前者称为老化回生retrogradation or staling)，后者称为凝胶后者称为凝胶(gelatinization)。p老化回生是糊化的逆反过程，但不
22、能完全恢复到老化回生是糊化的逆反过程，但不能完全恢复到糊化之前的状态。糊化之前的状态。p老化回生后的淀粉不易被淀粉酶分解，因而不易老化回生后的淀粉不易被淀粉酶分解，因而不易消化吸收。消化吸收。淀粉老化和凝胶的机制淀粉老化和凝胶的机制直链淀粉和长分枝直链淀粉和长分枝相互靠近相互靠近糊化分散于水中的糊化分散于水中的淀粉分子淀粉分子缓慢冷却缓慢冷却分子在氢键作用下分子在氢键作用下重新排列重新排列水分子被从束状结水分子被从束状结构中排出构中排出快速冷却快速冷却直链淀粉分子互相直链淀粉分子互相靠近交联靠近交联形成三维网状持水形成三维网状持水结构结构淀粉的凝胶和老化淀粉的凝胶和老化淀粉老化和凝胶的影响因素淀粉老化和凝胶的影响因素p直链淀粉的含量：不含直链淀粉者不发生凝胶，直链淀粉的含量：不含直链淀粉者不发生凝胶，也不易老化。也不易老化。p温度：最佳老化温度为温度：最佳老化温度为24，60 以上或以上或 0以下不易发生老化。以下不易发生老化。p含水量：含水量含水量：含水量3040%时最容易老化。含水时最容易老化。含水低于低于10%或高于或高于p乳化剂：乳化剂：p酸碱性：酸碱性：pH4以下不易发生老化。以下不易发生老化。
