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1、第二章 碳水化合物,Unit2 Carbohydrates,王 瑞吕梁学院,教学目的：了解碳水化合物的概念 掌握碳水化合物的分类 了解碳水化合物的生理功能、化学结构、化性质 及在食品工业中的应用。教学重点:碳水化合物的分类及其化学性质。教学难点：变旋光现象、常见碳水化合物的结构及其化学性质。,Contents,本章主要内容,第二节 单糖和低聚糖,第三节 多糖,第一节 引 论,2.1 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。,碳水化合物是自然界中最丰富的有机物，
2、自然界的生物物质中，碳水化合物约占3/4，植物体中含量最丰富，约占其干重的85%90%，其中又以纤维素最为丰富。碳水化合物是生物体维持生命活动所需能量的主要来源，人类摄取食物的总能量中大约80%由碳水化合物提供。碳水化合物与食品的加工和保藏有密切关系，如：食品的褐变就与还原糖有关，食品的粘性及弹性与淀粉和果胶等多糖分不开蔗糖，果糖等作甜味剂,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。2）低聚糖（寡糖Oligosaccharides
3、)：由2-10个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖。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。,2.1 Introduction 引言,2.Classification 分类：按功能组成分类 1）结构多糖 2）贮存多糖 3）抗原多糖,2.1 Introduction 引言,二、食品原料中的碳水化合物,Carbohydrates comprise more than 75%of the dry matter of Plants.eg:corn,vegetable,fruit,and so on.Monosaccharid
4、es&Oligasaccharides is usually found in the vegetable and fruit.Polysaccharides can mainly be found in corn,seed,root,stem plants.,2.1 Introduction 引言,常见水果、蔬菜中的游离糖含量（鲜重计）,2.1 Introduction 引言,常见水果、蔬菜中的游离糖含量（鲜重计）,含量很少:16%,2.1 Introduction 引言,从上表中可以看出:天然食物中游离糖的含量很少；加工的食品中则较多。,如何将植物源食物中的贮存多糖和结构多糖转化为可溶性多
5、糖？目前可采取的方法有：适时采收；采后处理；加工中添加水解酶等,2.1 Introduction 引言,玉米 在蔗糖转化为淀粉前采摘，加热破坏转化酶系，玉米很甜 成熟后采摘或未及时破坏酶系，玉米失去甜味，而且变硬变老 水果 成熟前采摘，后熟过程中酶促反应使淀粉转变为糖，水果变软，变熟，变甜,糖淀粉的转化,2.1 Introduction 引言,三、食品中碳水化合物的作用,碳水化合物与食品加工质量,碳水化合物与食品的营养,色泽与碳水化合物,口感与碳水化合物,质构与碳水化合物,提供膳食热量,促进肠道蠕动,具有保健功能,2.2 食品中的单糖和低聚糖,一、单糖 Carbohydrates,1.结构：单
6、糖根据羰基类型可分为醛糖和酮糖两大类。,根据所含糖原子的数目，单糖有可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖,环的生成使羰基变为手性碳，因而产生了两个异构体，它们的差别只在于链端手性碳构型的不同，分别称为-和-型。如：,2.单糖的旋光现象,Nicol棱镜(偏振片),什么叫旋光性？,欲知旋光性，先说偏振光,普通光,有无数个振动平面，振动平面与光的前进方向相垂直,偏振光,与棱镜晶轴平行的振动平面,只有一个振动平面的光,旋光度,光活性物质,a,旋光性物质：具有旋光性的物质。也叫光活性物质。旋光性：能使偏振光的振动面旋转的性质。右旋物质：能使偏振光的偏振面向右旋的物质。左旋物质：能使偏振光的偏振面向左旋的物
7、质。,新配制的单糖溶液在放置时，其比旋光度会逐渐增加或减少，最后达到一个恒定的数值。这是由变旋光现象而发现的。+112.2+17.5 含量 36%0.5%64%52.7,环状结构,手性碳原子,镜面,-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,环状结构,-与-构型,4、天然存在的主要单糖,戊糖多作为多糖成分或核酸成分存在，游离状态甚少。（A）D-木糖 存在于木材、稻草杆等的半纤维素中,（1）戊糖,木糖是一种由木屑、稻草、玉米芯等富含半纤维素的植物经水解而得的一种五碳糖,易溶于热乙醇和嘧啶,甜度为蔗糖的67%。木糖与葡萄糖的化学性质相似，可以还原
8、为相应的醇，例如：木糖醇，或氧化成3-羟基-戊二酸。在中国，木糖是生产木糖醇的主要原材料，已经被多个国家批准为无热量甜味剂。人体无法消化，不能利用 1.无热量甜味剂。使用於肥胖及糖尿病患者。亦用於脂肪氧化防止剂量，制酱色的原料及通过美拉德反应制备猪肉等香料。2.木糖对人体肠道内的双歧杆菌有较高的增殖作用，食用木糖能改善人体的微生物环境。提高机体的免疫能力。木糖与食物的配伍性很好，食物中添加少量木糖，便能体现出很好的保健效果。木糖与钙同时摄入，可以提高人体对钙的吸收率和保留率，还能防止便秘。3.用於制取木糖醇。4.由于其提味效果明显，可用于香料和宠物饲料行业 5.由于其可高效的引起美拉德反应，因
9、此可用于生产食品调味剂 6.由于其提色效果明显，可用于食品行业金褐色的着色，如黄油和面包的着色。7.医药原料和医药中间体 8.适用于香精香料的制备,（B）L-阿拉伯糖 多在果汁和胶质的半纤维素中与果胶质共存,己糖,(A)D-葡萄糖：以结合核游离的形式广泛存在于自然界，游离态多存在于水果中，淀粉、糖原、纤维素，葡聚糖等碳水化合物都是D-葡萄糖的聚合物。,(B)D-果糖：广泛存在于自然界，游离型多存在于水果中。寡糖的蔗糖、棉子糖、蜜二糖中均有存在，菊粉是D-果糖的聚合物。果糖的甜度在糖类中最大。在工业上，常利用异构酶把葡萄糖异构化为果糖来代替蔗糖。,(C)半乳糖：没有游离型，存在于乳糖和棉子糖中。
10、(D)D-甘露糖：它是魔芋甘露聚糖的成分。,二、低聚糖（Oligosaccharides）,一般由个糖基构成，较重要的低聚糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖、麦芽糊精和环状糊精（沙丁格糊精）,2.2 食品中的单糖和低聚糖,麦芽糖Maltose,淀粉糖，饴糖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,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,蔗糖Sucrose,三糖 麦
11、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,食品中单糖和低聚糖的,甜味剂:,亲水功能:,蜂蜜和大多数果实的甜味主要取决于蔗糖、果糖、葡萄糖等含量（甜度：果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖）糖分子中含有羟基，具有一定的亲水能力、吸湿性或保湿性和防腐能力。褐变产物赋予食品特殊风味,如麦芽酚,异麦芽酚增加溶解性，如环状糊精、麦芽糊精。糊精做固体饮料的增稠剂和稳定剂。,赋予风味:,特殊功能:,稳定剂:,保健功能:,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、
12、乳果聚糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚氨基葡萄糖,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：,具有特殊功能的低聚糖低聚果糖,低聚果糖存在于天然植物中 香蕉、蜂蜜、大蒜、西红柿、洋葱 作为新型的食品甜味剂或功能性食品配料 产酶微生物 米曲霉、黑曲霉,具有特殊
13、功能的低聚糖低聚木糖,主要成分为木糖、木二糖、木三糖及木三糖以上的木聚糖 木二糖含量，产品质量 甜度为蔗糖的40%,木二糖的分子结构,-1，4,低聚木糖的特性：,较高的耐热（100/1h）和耐酸性能（pH28）双歧杆菌所需用量最小的增殖因子 代谢不依赖胰岛素，适用糖尿病患者 抗龋齿,具有特殊功能的低聚糖低聚木糖,木二糖的分子结构,-1，4,低聚木糖的生产：,两步：提取木聚糖，木聚糖酶法水解 丝状真菌 内切木聚糖酶水解得到低聚木糖-1,4木糖苷酶水解木二糖为木糖 菌株筛选,水溶性 D-氨基葡聚糖,具有特殊功能的低聚糖甲壳低聚糖,D-氨基葡萄糖,甲壳低聚糖的结构,生理功能：降低肝脏和血清中的胆固醇
14、 提高机体的免疫功能 增殖双歧杆菌 抗肿瘤作用，防治溃疡病等,环状低聚糖(Cyclodextrin),又名沙丁格糊精（Schardinger Dextrin）或环状淀粉，由-葡萄糖通过1,4-糖苷键首尾相连构成。聚合度为6,7,8,分别称为,环状糊精。,N=6,N=7,N=8,环状低聚糖(Cyclodextrin),环状糊精(Cyclodextrin),环状糊精的立体结构示意图,高度对称性 圆柱形-OH在外侧，C-H和O在环内侧 环的外侧亲水，中间空穴是疏水区域 作为微胶囊壁材，包埋脂溶性物质 风味物、香精油、胆固醇,环状糊精的结构特点：,环状糊精(Cyclodextrin),环状糊精的立体结
15、构示意图,环状糊精制备工艺：淀粉调浆液化转化终止反应脱色,过滤离交法脱盐真空浓缩喷雾干燥干粉,环状糊精为中空圆柱形结构，可包埋与其大小相适的客体分子，起到稳定缓释，提高溶解度，掩盖异味的作用。,食品行业:做增稠剂,稳定剂,提高溶解度（做乳化剂）,掩 盖异味等等。固体果汁和固体饮料酒载体。保持食品香味的稳定 食用香精和稠味剂用CD包接，用于烤焙食品，速溶食品，速食食品，肉食及罐头食品，可使之留香持久，风味稳定。如食用香精玫瑰油，茴香脑等易挥发，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稳定如：虾黄素经CD的包接，提高对光和氧的稳定性。食品保鲜将CD和其它生物多糖制成保鲜剂涂于面包
16、、糕点表面可起保水保形作用除去食品的异味鱼品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用CD包接可除去。,环状糊精的应用,农业:应用在农药上,环状糊精的应用,化妆品:作乳化剂,提高其稳定性,减轻对皮肤的刺激作用。,医学：如用环状糊精包接前列腺素的试剂,注射剂,共基 青霉素-环糊精,其它方面：香精包含在环状糊精制成的粉末，而混合到热塑性塑料中，可制成各种加香塑料。如tide（汰渍）洗衣粉留香，可经包接香精后添加到洗衣粉中。,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,1、甜度定义 Definition:比
17、甜度:以蔗糖（非还原糖）为基准物.一般以10或 15的蔗糖水溶液在20时的甜度定为1.0产生甜味的基团:-CH2OH-CH2OH-影响甜度的因素：分子量越大溶解度越小，则甜度也小糖的不同构型（、型）,T=20时 蔗糖溶液（10/15）1.00（甜度）D-葡萄糖 0.70（比甜度）D呋喃果糖 1.50（比甜度）（甜度：果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖）,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,1、甜度-糖的不同构型（、型）葡萄糖:=1:1.7 1.5倍 0 80 果 糖:=3:7:=7:3 3倍 浓
18、度高，构型多,与浓度有关,与温度有关,与温度无关,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,2、溶解度（g/100gH2O）,温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响,高浓度的糖液具有防腐保质的作用，在70以上能 抑制霉菌、酵母的生长。,T=60时，葡萄糖蔗糖；T60时，葡萄糖蔗糖，T=60时，反之；T10时，若配比不合格，常温下G即结晶，反砂；果浆类不易贮存在10以下，以防结晶。工业上贮存G高温高浓，55，70（不结晶）。,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Proper
19、ty of Mono-&Oligosaccharides in food,2、溶解度（g/100gH2O）,温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响,高浓度的糖液具有防腐保质的作用，在70以上能 抑制霉菌、酵母的生长。,t=20时，葡萄糖 48 蔗糖 66 果糖 79 果糖具有较好的食品保存性。果葡糖浆的浓度 果葡糖浆中果糖含量 71 42 77 55 80 90 果糖含量较高的果葡糖浆，其保存性能较好。,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,3、吸湿性和保湿性,概念 吸湿性：糖在空气湿度较
20、高情况下吸收水分的性质 保温性：糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质,应用:果糖、转化糖 葡萄糖,麦芽糖 蔗糖,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,3、吸湿性和保湿性,应用:硬糖生产:蔗糖:葡萄糖 3:1，不翻砂不发烊（季节地区变化）软糖：转化糖浆和果葡糖浆 面包糕点：转化糖浆和果葡糖浆 山梨醇：食品工业中良好的保湿剂,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、结晶性和抗结晶性,不同
21、糖的结晶特性乳糖结晶蔗糖易结晶，晶体生成很大；葡萄糖易结晶，晶体生成细小；果糖、转化糖较难结晶；应用：硬糖的生产不能单独使用蔗糖旧法：加酸，蔗糖 转化糖新法：加入淀粉糖浆,乳糖结晶特性：T93.5-脱水乳糖结晶 玻璃状T=93.5-水化乳糖结晶 无定形,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、结晶性和抗结晶性,应用：淀粉糖浆：G、低聚糖和糊精的混合物不含果糖，吸潮性低，保存性好；含糊精，增加糖果韧性、强度和黏性，不易碎裂；甜度低，温和可口；雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖 23，蔗糖
22、结晶成含水晶体，聚合成球形,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,5、渗透压防腐,浓度越高，分子数目越多，渗透压越大；渗透压越大对食品保存越有利；不同微生物对渗透压的耐受有差别：酵母 50蔗糖溶液霉菌 60蔗糖溶液细菌 80蔗糖溶液 耐高渗酵母、霉菌蜂蜜也会变坏 浓缩奶生产：葡萄糖替代部分蔗糖,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,6、冰点降低,溶液浓度越高，分子量越小，冰点降低越多
23、葡萄糖蔗糖淀粉糖浆,应用:雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖冰点降低小，节约电能；抗结晶性，冰粒细腻；粘度，口感好；甜度，温和；,2.2、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,7、粘 度调节食品稠度和可口性,G和F溶液 蔗糖溶液，淀粉糖浆较高 与温度有关 葡萄糖溶液粘度随T而；蔗糖溶液粘度随T 而；,8、抗氧化性保持水果的风味、颜色和Vc,糖溶液中溶氧量小 糖本身具有抗氧化性,单糖和低聚糖物理性质 小 结,甜度溶解度吸湿性和保湿性结晶性和抗结晶性渗透压冰点降低粘度抗氧化性,2.3、单糖和低聚糖化
24、学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,1、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,柠檬酸，蔗糖酶,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,影响水解反应的因素：结构,-异头物-异头物 呋喃糖苷 吡喃糖苷-D糖苷-D糖苷,温度 温度提高，水解速度急剧加快。,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical
25、 Property of Mono-&Oligosaccharides in food,2、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,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,果葡糖浆,F G 总固形物 甜度第一代 42%52%71%1第二代 55%40%77%1.1第三代 90%7%80%1.5-1.7,发展,稀碱异构化,异构化酶,异构化乳糖,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Pr
26、operty of Mono-&Oligosaccharides in food,3、复合反应和脱水反应与酸的作用,复合反应,单糖受酸和热的作用，缩合失水生成 低聚糖的反应称为复合反应。连接方式:1,3-糖苷键,1,6-糖苷键 不是水解反应的逆反应。,例如：2 C6H12O6 C12H22O11+H2O 2分子的G复合成 异麦芽糖(-1,6)龙胆二糖(-1,6),2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,3、复合反应和脱水反应与酸的作用,脱水反应分子内脱水,酸、热条件下的反应在室温下，稀酸对单
27、糖的稳定性无影响当酸浓度大于12%的浓盐酸以及热的作用下，单糖易分子内脱水，生成糠醛及其衍生物。,复合反应分子间脱水,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、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,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosacchar
28、ides in food,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,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、氧化反应,强氧化剂：G CO2+H2O,Br/H2O：G 葡萄糖酸,内酯,浓硝酸：
29、醛糖 二元酸,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、氧化反应,浓硝酸：醛糖 二元酸,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、氧化反应,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,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in f
30、ood,4、氧化反应,G氧化酶：G 葡萄糖醛酸,葡萄糖醛酸的功能：,甙类,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,5、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,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,5、还原反应山梨糖醇,甘露糖醇,C2差向异构,甜度为蔗糖的65
31、%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 防止龋齿，治疗糖尿病 注意安全性,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,5、还原反应木糖醇,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,6、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
32、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,2.3、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,6、酯化与醚化反应,醚化 进一步改良功能性 如羧甲基纤维素钠，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,6,3,1.美拉德反应（Maillard eaction)食品中的还原糖与氨基化合物发生缩合、聚合生成类黑色素物质的反应，又称羰氨反应。反应物三要素：氨基化合物、还原糖和水,2.3、单糖和低聚
33、糖化学性质在食品中应用,Maillard反应机理（过程）:反应分为三个阶段,开始和引发阶段 a.氨基和羰基缩合葡基胺 b.Amadori分子重排醛糖中间阶段 c.糖脱水 d.糖裂解 e.氨基酸降解后期阶段 f.醇、醛缩合 g.胺-醛缩合褐色色素,在稀酸条件下羰氨缩合产物易于水解；亚硫酸根可与醛形成加成化合物可阻止N-葡萄糖基胺,影响Maillard反应因素,糖的种类：戊糖 已糖 双糖，半乳糖 甘露糖 葡萄糖 果糖，醛糖 酮糖 氨基酸：胺类 氨基酸、肽 蛋白质；碱性氨基酸(末端)的氨基易褐变,如赖AA、精AA、组AA。温度：T，速度，每增加10，速度3-5倍。30以上加快，20以下变慢，故低温可
34、防止褐变氧气：室温下氧能促进褐变，氧促进VC、脂肪氧化褐变。,水分：10-15%含水量最易褐变，干燥食品，褐变抑制，如冰淇淋粉的含水量，不易褐变。pH：pH3时，pH，速度，pH=7.8-9.2，速度pH6,速度增加慢。金属：催化Maillard反应，速度（Fe3+,Fe2+）亚硫酸盐：阻止生成薛夫氏碱，葡萄糖基胺,抑制Maillard反应的方法,稀释或降低水分含量降低pH 降低温度除去一种作用物加入葡萄糖转化酶，除去糖，减少褐变色素形成早期加入还原剂（如亚硫酸盐），可起到脱色效果。,利用Maillard反应调制感官质量,控制原材料：核糖+半胱氨酸：烤猪肉香味 核糖+谷胱甘肽：烤牛肉香味,控制
35、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,美拉德反应对食品的影响,色泽希望和不希望 风味美拉德反应产品能产生牛奶巧克力的风味。当还原糖与牛奶蛋白质反应时，美拉德反应产生乳脂糖、太妃糖及奶糖的风味。营养还原糖与氨基酸的反应破坏氨基酸，特别是必需氨基酸L-赖氨酸所受的影响最大，赖氨酸含有-氨基，即使存在于蛋白质分子中也能参与美拉德反应。安全已从烧煮和油炸的肉和鱼以及牛肉的浸出物中分离得到诱变杂环胺。,2.焦糖化反应（卡拉蜜尔作
36、用）,糖类物质在没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上（蔗糖200）时，糖发生脱水与降解并生成黑褐色物质的反应。糖受强热生成两类物质一种是糖脱水形成焦糖（酱色）另一种是糖裂解形成一些挥发性的醛酮物质，这些物质进一步缩合，聚合成深褐色的物质。,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物耐酸焦糖色素：水溶液pH为pH2-4.5亚硫酸氢铵催化产生应用于可乐饮料、酸性饮料，生产量最大 焙烤食品用色素：水溶液pH为4.2-4.8糖与胺盐加热，产生棕红色啤酒用焦糖色素：水溶液的pH为3-4蔗糖直接热解产生棕红色应用于啤酒和其它含醇饮料,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
37、聚糖。,C12H22O11+H20,C6H12O6+C6H1206,转化糖,柠檬酸，蔗糖酶,3、水解反应：,影响水解反应的因素：结构,-异头物-异头物 呋喃糖苷 吡喃糖苷-D糖苷-D糖苷,温度 温度提高，水解速度急剧加快。,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,4、烯醇化和异构化反应与碱的作用,5、复合反应和脱水反应与酸的作用,复合反应,单糖受酸和热的作用，失水缩合生成 低聚糖的反应称为复合反应。连接方式:1,3-糖苷键,1,6-糖苷键 不是水解反应的逆反应。,例如：2 C6H12O6 C12H22O11+H2O 2分子的G复合成
38、异麦芽糖(-1,6)龙胆二糖(-1,6),脱水反应分子内脱水,复合反应分子间脱水,5、复合反应和脱水反应与酸的作用,6、氧化反应,在不同氧化条件下，糖类被氧化成不同产物,浓硝酸：醛糖 二元酸,G氧化酶：G 葡萄糖醛酸,Contents,本章主要内容,第二节 单糖和低聚糖,第三节 多糖,第一节 引 论,2.3 Polysaccharides 多糖,一、概述 Introduction,Definition:超过10个单糖的聚合物为多糖,单糖的个数称为聚合度（DP-Degree of Polymerization）大多数多糖的DP为200-3000 纤维素的DP最大，达7000-15000,2.3
39、Polysaccharides 多糖,一、概述 Introduction,Function:多糖的作用,生理功能,水的结合功能,Function:多糖的作用,膳食纤维-植物多糖,很高的持水力；对阳离子有结合交换能力；对有机化合物有吸附螫合作用；具有类似填充的容积；可改变肠道系统中的微生物群组成。,真菌多糖 增强免疫,降血糖,降血脂,抗肿瘤,抗病毒如香菇多糖，人参多糖，灵芝多糖和茶叶多糖等,水的结合功能：做增稠剂，胶凝剂，澄清剂等,Function:多糖的作用,多糖的溶解性:,多羟基，氧原子，形成氢键 结合水，不结冰，多糖分子溶剂化 不会显著降低冰点，提供冷冻稳定性 保护产品结构和质构，提供贮藏
40、稳定性 大多数多糖不结晶 胶或与亲水胶体,Function:多糖的作用,多糖溶液的黏度与稳定性:,高聚物溶液的黏度同分子的大小、形态及其在溶剂中的构象有关。,主要具有增稠和胶凝功能 还控制流体食品与饮料的流动性质与质构以及改变半固体食品的变形性等 0.25%0.5%,线性分子，很高粘度,支链分子，粘度较低,占有空间 碰撞频率,多糖溶液的黏度与稳定性,直链多糖,带电的，粘度提高 静电斥力，链伸展，链长增加，占有体积增大 海藻酸钠、黄原胶及卡拉胶形成稳定高粘溶液 不带电，倾向于缔合、形成结晶 碰撞时形成分子间键，分子间缔合，重力作用 下产生沉淀和部分结晶 淀粉老化,Function:多糖的作用,多
41、糖溶液的黏度与稳定性,Function:多糖的作用,凝胶,三维网络结构 氢键、疏水相互作用、范德华引力、离子桥连、缠结或共价键 网孔中液相凝胶特性二重性固体-液体 粘弹性的半固体,二、淀粉(Starch),Contents,（一）淀粉的一般性质,形状：圆形、椭圆形、多角形等。大小：0.001-0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最大，谷物淀粉粒最小。晶体结构：用偏振光显微镜观察及X-射线研究，能产 生双折射及X衍射现象。,淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒。,（二）淀粉的结构,直链淀粉：由D-吡喃葡萄糖，1，4糖苷键连接支链淀粉：由D-吡喃葡萄糖，-1，4和-l，6糖 苷键连接起来的带分枝的
42、复杂大分子,25%直链淀粉 分子内的氢键作用成右手 螺旋状，每个环含有6个葡 萄糖残基,（二）淀粉的结构,支链淀粉：由D-吡喃葡萄糖，-1，4和-l，6糖 苷键连接起来的带分枝的复杂大分子,支链淀粉分子排列,分支是成簇和以双螺旋形式存在 形成许多小结晶区 偏光黑十字 侧链的有序排列,（二）淀粉的结构,马铃薯淀粉的颗粒和偏光十字,（二）淀粉的结构,一些淀粉中直链与支链淀粉的比例,物理性质 白色粉末在，热水中融溶胀。纯支链淀粉能溶于冷水中，而直链淀粉不能，直链淀粉能溶于热水。化学性质 无还原性；遇碘呈蓝色，加热则蓝色消失，冷后呈蓝色；水解（酶解，酸解）。,（三）淀粉的理化性质,酸水解 酶水解淀粉酶
43、淀粉酶葡萄糖淀粉酶,淀粉的水解,淀粉的水解酶水解,淀粉酶 淀粉酶 葡萄糖淀粉酶,1,4,1,6,越过1,6？,水解单元,水解支链淀粉终产物,能,能,能,否,1G,葡萄糖麦芽糖异麦芽糖,否,否,2G,麦芽糖极限糊精,能,能,能,1G,葡萄糖,淀粉的水解糊精,概念：,淀粉水解过程中所产生的分子量不等的 多糖苷片断。,分类：,根据与I2呈色不同，分为,-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶,葡萄糖异构酶,D-果糖,玉米淀粉,D-葡萄糖,玉米糖浆,玉米糖浆：58%D-葡萄糖，42%D-果糖 高果糖浆：55%D-果糖，软饮料的甜味剂,（果葡糖浆）,淀粉的水解酶水解,葡萄糖当量（DE）,用来衡量淀粉转化为D-葡萄糖的程度
44、 定义：还原糖（按葡萄糖计）在玉米糖浆中的百分比 DE反映还原性、水解程度的大小 DE20 的水解产品为麦芽糊精 DE=2060，玉米糖浆,DP：聚合度,淀粉的水解酶水解,（四）淀粉的糊化,几个概念-淀粉：具有胶束结构的生 淀粉称为-淀粉。-淀粉：指经糊化的淀粉。,直链,支链,直链与支链分子呈径向有序排列 结晶区和非结晶区交替排列 结晶区，偏光十字，胶束，氢键,定义：淀粉粒在适当温度下，破坏结晶区弱的氢键，在水中溶胀，分裂，胶束则全部崩溃，形成均 匀的糊状溶液的过程被称为糊化。本质：微观结构从有序转变成无序，结晶区被破坏。,-淀粉,-淀粉,氢键,H2O,（四）淀粉的糊化,糊化作用的三个阶段,a
45、可逆吸水阶段：水分进入淀粉粒的非晶质部分，体积略有膨胀，此时冷却干燥，可以复原，双折射现象不变。b不可逆吸水阶段：随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，不可逆大量吸水，结晶“溶解”。c淀粉粒解体阶段：淀粉分子全部进入溶液。,糊化温度 指双折射消失的温度糊化温度不是一个点，而是一段温度范围。糊化点或糊化开始温度 双折射开始消失的温度 糊化终了温度 双折射完全消失的温度,（四）淀粉的糊化,影响淀粉糊化的因素：,结构：直链淀粉小于支链淀粉。Aw：Aw提高，糊化程度提高。糖：高浓度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制。盐：高浓度的盐使淀粉糊化受到抑制；低浓度的盐存在，对糊化几乎无影响。马铃薯淀粉例外，因为它含有
46、磷酸基团，低浓度的盐影响它的电荷效应。,影响淀粉糊化的因素：,脂类：抑制糊化。脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋环内，不易从螺旋环中浸出，并阻止水渗透入淀粉粒。酸度：pH4时，淀粉水解为糊精，粘度降低。pH4-7时，几乎无影响。pH=10，糊化速度迅速加快，但在食品中意义不大。淀粉酶：使淀粉糊化加速。新米（淀粉酶酶活高）比陈米更易煮烂。,老化：-淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期放 置，会变为不透明甚至产生沉淀的现象。实质：是糊化的后的分子又自动排列成序，形成高 度致密的结晶化的不溶解性分子粉末。,糊化淀粉,老化淀粉,糊化的逆过程,比生淀粉的晶化程度低,（五）淀粉的老化,稀淀粉溶液
47、冷却后，线性分子重新排列并通过氢键形成不溶性沉淀。一般直链淀粉易老化，直链淀粉愈多，老化愈快。支链淀粉老化需要很长时间。,（五）淀粉的老化,影响淀粉老化的因素：,1、温度：24，淀粉易老化 60或-20，不易发生老化2、含水量：含水量3060%易老化；含水量过低（10%）或过高，均不易老化；3、结构：直链淀粉易老化；聚合度中等的淀粉易老化；淀粉改性后，不均匀性提高，不易老化。4、共存物的影响：脂类和乳化剂可抗老化，多糖（果胶例外）、蛋白质等亲水大分子，可与淀粉竞争水分子及干扰淀粉分子平行靠拢，从而起到抗老化作用。,影响淀粉老化的因素：,5、pH值：10，老化减弱 6、其他因素：淀粉浓度，某些无
48、机盐对老化也有一定程度影响,（五）淀粉的老化,果胶物质的化学结构,三、果胶物质(Pectic Substance),三、果胶物质(Pectic Substance),均匀区：-D-吡喃半乳糖醛酸,半乳糖、阿拉伯糖,-L-鼠李吡喃糖基,毛发区：,果胶物质的分类,三、果胶物质(Pectic Substance),部分羧基被甲醇酯化酯化度（DE）：醛酸残基(羧基)的酯化数占D-半乳糖醛酸残基总数的百分数。,高甲氧基果胶 HM DE50%,低甲氧基果胶 LM DE50%,果胶物质的分类,三、果胶物质(Pectic Substance),不含甲酯基，即羟基游离的果胶物质。,原果胶(Protopectin
49、),果胶（Pectin),高度甲酯化的果胶物质.只存在于植物细胞壁和未成熟的果实和蔬菜中,使其保持较硬的质地.不溶于水,果胶酸：(Pectic acid),部分甲酯化的果胶物质存在于植物汁液中。,果胶的物理化学性质,三、果胶物质(Pectic Substance),水解：果胶在酸碱条件下水解，生成去甲酯和糖苷键裂解产物。原果胶在果胶酶和果胶甲酯酶作用下，生成果胶酸。溶解度：果胶与果胶酸在水中溶解度随链长增加而减少粘度：粘度与链长正比。,果胶形成凝胶,机理：脱水剂使高度含水的果胶分子脱水以及电荷中和而形成凝集体。凝胶的形成与pH值、可溶性固形物含量和高价离子的存在有关。,果胶形成条件,HM：有糖、酸的存在下易形成凝胶。Brix55 pH3.5LM：有二价阳离子的存在。Ca2添加量与pH有关，反比例。,凝胶形成速度：HM DE越高形成凝胶的速度越快LM DE越高形成凝胶的速度越慢,影响凝胶强度的因素,凝胶强度与分子量成正比。凝胶强度与酯化程度成正比。,果胶的主要用途：,果酱与果冻的胶凝剂 制造凝胶糖果 酸奶的水果基质（LM）增稠剂和稳定剂 乳制品（HM）,第二章 小 结,单糖和低聚糖的结构单糖的物理性质化学反应食品重要的低聚糖多糖的性质淀粉糊化、老化果胶酯化度与分类,
