第二部分碳水化合物

1、教學目的：教學目的：了解碳水化合物的概念，掌握碳水化合物的分類，了解碳水化合物的生理功能、化學結(jié)構、理化性質(zhì)及在食品工業(yè)中的應用。 教學重點教學重點: : 碳水化合物的分類及其化學性質(zhì)。教學難點：教學難點：變旋光現(xiàn)象、常見碳水化合物的結(jié)構及其化學性質(zhì) 。碳水化合物是自然界中最豐富的有機物，自然界的生物物質(zhì)中，碳水化合物約占3/4，植物體中含量最豐富，約占其干重的85%90%，其中又以纖維素最為豐富。 碳水化合物是生物體維持生命活動所需能量的主要來源，人類攝取食物的總能量中大約80%由碳水化合物提供。碳水化合物與食品的加工和保藏有密切關系，如：食品的褐變就與還原糖有關食品的粘性及彈性與淀粉和果膠

2、等多糖分不開蔗糖，果糖等作甜味劑碳水化合物可分為三類：單糖：不能被水解的簡單碳水化合物 如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖寡糖：單糖聚合度10的碳水化合物 （以雙糖最為多見） 蔗糖、麥芽糖、乳糖、纖維二糖多糖：單糖聚合度10的碳水化合物 淀粉、糊精、糖原、纖維素及果膠等 1. 結(jié)構結(jié)構單糖根據(jù)羰基類型可分為醛糖和酮糖兩大類。單糖根據(jù)羰基類型可分為醛糖和酮糖兩大類。 根據(jù)所含糖原子的數(shù)目，單糖有可分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖 2.單糖的旋光現(xiàn)象單糖的旋光現(xiàn)象 環(huán)的生成使羰基變?yōu)槭中蕴?，因而產(chǎn)生了兩個異構體，它們的差別只在于鏈端手性碳構型的不同，分別稱為-和-型。如： 新配制的單糖溶液在放置時，其

3、比旋光度會逐漸增加或減少，最后達到一個恒定的數(shù)值。這是由變旋光現(xiàn)象而發(fā)現(xiàn)的。 +112.2 +17.5 含量 36% 0.5% 64% 52.7 3、化學反應、化學反應 酸酸：稀酸無影響，而和強酸共熱則會生成糠醛，糠醛和各種酚有顯色反應，這可用于糖的定性和定量檢測。 堿堿：在弱堿環(huán)境，糖會發(fā)生異構化，例：葡萄糖在弱堿性環(huán)境變?yōu)槠咸烟恰⒐桥c甘露糖的混合物。在強堿性環(huán)境下，糖會被空氣中的o2氧化生成其它復雜的混合物。 氧化氧化 醛或酮糖與tollens試劑（agno3-nh3）作用會產(chǎn)生銀鏡。 與benedict試劑（cuso4、檸檬酸和na2co3）或fehling試劑（cuso4，酒石酸鉀鈉

4、、naoh）一起加熱時，溶液的藍色消失，同時生成cu2o的磚紅色沉淀。 醛糖與弱氧化劑（堿性溴水）反應生成醇糖酸，與強氧化劑（熱hno3）反應得糖酸。 成脎反應成脎反應 單糖與苯肼（c6h5nhnh2）作用生成脎 糖脎都是不溶于水的黃色晶體，不同的糖所生成的脎晶形不同，在反應中生成的速度也不同，據(jù)此可鑒定糖的種類。 作為醇的反應作為醇的反應：除進行醚化生成苷外，單糖能與酸反應生成酯，己糖和戊糖的磷酸酯是生物體中糖代謝的中間體。 （1）戊糖）戊糖 戊糖多作為多糖成分或核酸成分存在，游離狀態(tài)甚少。（a） d-木糖 存在于木材、稻草桿等的半纖維素中 （b） l-阿拉伯糖 多在果汁和膠質(zhì)的半纖維素中與

5、果膠質(zhì)共存 己糖己糖(b)d-果糖：廣泛存在于自然界，游離型多存在于水果中。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。果糖的甜度在糖類中最大。在工業(yè)上，常利用異構酶把葡萄糖異構化為果糖來代替蔗糖。(3)、d-葡糖酸及其內(nèi)酯葡糖酸及其內(nèi)酯d-葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成d-葡糖酸，商品d-葡糖酸及其內(nèi)酯的制備如圖所示。隨著水解不斷進行，ph值逐漸下降，是一種溫和的酸化劑，可用于要求緩慢釋放酸的食品中。例如肉制品、乳制品和豆制品，特別是焙烤食品中作為發(fā)酵劑、作內(nèi)酯豆腐的凝固劑等。 5、糖苷、糖苷 單糖分子中的半縮醛羥基與醇或其它分子的羥基縮合生成的縮醛稱為糖苷。如： 水果

6、中游離糖含量水果中游離糖含量(%鮮重計鮮重計) 水 果 d-葡萄糖 d-果糖 蔗 糖 蘋果 1.17 6.04 3.78葡萄 6.86 7.84 2.25桃 0.91 1.18 6.92梨 0.95 6.77 1.61櫻桃 6.49 7.38 0.22草莓 2.09 2.40 1.03溫州蜜桔 1.50 1.10 6.01甜柿肉 6.20 5.41 0.81枇杷肉 3.52 3.60 1.32杏 4.03 2.00 3.04香蕉 6.04 2.01 10.03西瓜 0.74 3.42 3.11番茄 1.52 1.51 0.12 溶液的相對甜度：果糖 蔗糖 葡萄糖 麥芽糖 100-175 100

7、 40-79 46-52 即使同一種糖，其-型和-型的甜度也不同。 如：葡萄糖的-比-型甜1.5倍。通常，葡萄糖的結(jié)晶為-型。在溶液中平衡時，：= 1：1.7，所以溶解后時間越長，甜度就越低。 此平衡受溫度的影響很小，故冷和熱葡萄糖液的甜味幾乎無變化。 果糖-型的甜度為-型的3倍。普通的結(jié)晶為-型，溶液中 的平衡隨濃度和溫度而異，如：10%果糖液，0下：=3：7，80下為7：3，且濃度高則多，因此，在低溫下，濃液甜。 蔗糖是糖苷-oh相互結(jié)合的二糖，無半縮醛-oh，溶液沒有 變化，甜味也不隨時間變化。 蔬菜中游離糖含量(%鮮重計) 蔬 菜 d-葡萄糖 d-果糖 蔗 糖 甜菜 0.180.166

8、.11硬花甘藍 0.730.670.42胡蘿卜 0.850.854.42黃瓜 0.860.860.06苣 菜 0.070.160.07洋蔥 2.071.090.89菠菜 0.090.040.06甜玉米 0.340.313.03甘薯 0.330.303.37 聚合度10、而2的多糖，常見的為二糖。 2、 麥芽糖麥芽糖 以麥芽中含量最多，故而得名。淀粉和糖原在淀粉酶作用下，生成麥芽糖。它是飴糖的主成分。它分子中有半縮醛-oh，因而有還原性。 3、 乳糖乳糖 僅存在于哺乳動物的乳中，故而得名。是半乳糖和葡萄糖用-1，4-半乳糖苷鍵結(jié)合而得 。 4、 環(huán)糊精環(huán)糊精 環(huán)糊精是6-8個葡萄糖以-1，4-苷

9、鍵結(jié)合的環(huán)狀寡糖。環(huán)糊精的環(huán)內(nèi)側(cè)相對地比外側(cè)憎水利用這一性質(zhì)，可以使油質(zhì)化合物在水中成為可“溶“，食物的芳香成分可以制成干粉狀而香味持久，苦味及其它異味的藥物可以變成無味。 分類：分類： 為聚合度10的單糖的高聚物，廣泛存在于動植物及微生物中。多糖中的纖維素、半纖維素、果膠、殼質(zhì)、硫酸軟膏素等，主要起細胞的支撐（骨骼）作用；淀粉、糖原、菊粉等起能的貯藏作用。而粘質(zhì)多糖等起保護、潤滑、離子固定、防凍等作用。 三、多糖三、多糖(polysaccharides) 加水分解僅產(chǎn)生糖類的稱單純多糖，若還生成糖以外的成份稱復合多糖。由一種單糖組成的稱均一多糖。否則稱非均一多糖。 通常天然多糖的聚合度為10

10、0-1000。 食品中常見的多糖食品中常見的多糖 1、 纖維素纖維素 是自然界中存在最多的多糖，是植物的主成分。 纖維素連同某些其他惰性多糖構成植物性食品，如蔬菜、水果和谷物中的不可消化的碳水化合物。（稱為膳食纖維） 纖維素不顯示還原性，水解也很困難，需要濃酸或稀酸在加壓下長時期加熱才能水解。 纖維素的羧甲基衍生物（cmc）易溶于水，有粘性，其鈉鹽可在食品工業(yè)中作增稠劑。 n=100-200 2、 淀粉（淀粉（starch） 廣泛分布于植物的根、莖、種子中，其貯藏能的作用，構成淀粉的糖，幾乎都是d-葡萄糖。（1）淀粉的糊化：淀粉粒在受熱（60-80）時會在水中溶脹，形成均勻的糊狀溶液，稱為糊化

11、，它的本質(zhì)是淀粉分子間的氫鍵斷開，分散在水中。 糊化后的淀粉又稱為-化淀粉，將新鮮制備的糊化淀粉漿脫水干燥，可得分散于涼水的無定形粉末，即“可溶性-淀粉”。即食型的谷物制品的制造原理就是使生淀粉“化”。 影響淀粉的糊化的因素：影響淀粉的糊化的因素： 溫度：溫度越高，糊化程度越大。 水分活度：水分活度低，不能糊化或糊化程度有限 低ph值時，淀粉水解產(chǎn)生糊精而變稀 直鏈淀粉與支鏈淀粉的含量: 直鏈淀粉含量越高，淀粉越難糊化 淀粉老化淀粉老化(retrogradation) 淀粉溶液經(jīng)緩慢冷卻，或經(jīng)長期放置，會產(chǎn)生不透明甚至沉淀的現(xiàn)象，其本質(zhì)是糊化的淀粉分子又自動排列成序，形成致密的不溶性分子微束，

12、分子間氫鍵又恢復。 老化可視為糊化作用的逆轉(zhuǎn)，但是老化不可能使淀粉徹底復原成生淀粉（-淀粉）的結(jié)構狀態(tài)，與生淀粉相比，晶化程度低。老化的淀粉不易為淀粉酶作用。 食品在貯藏中品質(zhì)變差，如面包的陳化、米湯的粘度下降等，都是淀粉老化的結(jié)果。 糊化淀粉在有糖和糖醇存在時不易老化，這是它們能進入淀粉的鏈間，妨礙淀粉分子締合、且本身吸水性強能奪取淀粉凝膠中的水，使淀粉凝膠穩(wěn)定。 表面活性劑如單酰甘油等添加到面包中，可延長貨架期。它可與淀粉的疏水部分作用形成配合物，從而抑制淀粉分子的重排，推遲淀粉的老化。影響淀粉老化的因素影響淀粉老化的因素 低溫(特別在0附近) 中性ph 高濃度淀粉 老化趨勢增強。 無表面

13、活性劑 淀粉的來源，淀粉老化趨勢:馬鈴薯玉米7%的稱高甲氧基果膠(high-methoxyl pectin)，7%以下的為低甲氧基果膠。 果膠酸：幾乎完全不含甲氧基的聚半乳糖醛酸，溶于水。 未成熟的果實細胞間含有大量原果膠，因而組織堅硬，隨著成熟的進程，原果膠在聚半乳糖醛酸酶和果膠酯酶作用下，水解成分子量較小的可溶于水的果膠，并與纖維素分離，滲入細胞液中，果實組織就變軟而有彈性。若進一步水解，則果膠進一步失去甲氧基并降低分子量形成果膠酸，由于果膠酸不具粘性，果實就變成軟瘍的過熟狀態(tài)。 果膠是親水性的膠狀物，其中高甲氧基果膠，在酸性（ph2.03.5）、蔗糖含量6065%的條件下有凝固成凝膠的性質(zhì)，而低甲氧基果膠與糖、酸即使比例恰當也難以形成凝膠，但它在ca2+作用下可形成凝膠，食品工業(yè)中利用它們的凝膠性將其用于果醬、果凍等食品的制作。7、植物膠質(zhì)、植物膠質(zhì) 為結(jié)構復雜的多糖，食品工業(yè)中用其作增稠劑、凝凍劑、固香劑、乳化劑、泡沫穩(wěn)定劑、濁度穩(wěn)定劑等。 按其來源可分為三類： 8、微生物多糖、微生物多糖 許多微生物在生長過程中產(chǎn)生一些膠質(zhì)的多糖，其中一些已用于食品工業(yè)及醫(yī)療上 如右旋糖酐、黃桿菌膠、茁霉膠及環(huán)狀糊精等，它們被用作穩(wěn)定劑、乳化劑、增稠劑、懸浮劑、泡沫穩(wěn)定劑、成型助劑等。9、氨基多糖、