食品化學(xué)-第四章碳水化合物

§4.碳水化合物(Carbohydrates)

碳水化合物：糖類

多羥基醛、多羥基酮及其衍生物

§4.1概述一、種類1.單糖：最小組成單位

不能再水解2.低聚糖：寡糖

水解→n個(gè)單糖，n＝2～103.多糖：

水解→10個(gè)以上單糖

二、食品中的碳水化合物種類多、含量高。水果單糖>蔬菜糧食：?jiǎn)?、雙糖較低多糖高名稱碳水化合物(%)總糖單糖和雙糖多糖蘋(píng)果葡萄14.517.3葡萄糖1.17果糖6.04蔗糖3.78甘露糖微量葡萄糖5.35果糖5.33蔗糖1.32甘露糖2.19

淀粉1.5纖維素1.0纖維素0.6胡蘿卜馬鈴薯9.717.1葡萄糖0.85果糖0.85蔗糖4.25淀粉7.8纖維素1.0淀粉14纖維素0.5牛奶蜂蜜4.982.3乳糖4.9葡萄糖28~35果糖34~41蔗糖1~5§4.2單糖及低聚糖一、結(jié)構(gòu)1.單糖的結(jié)構(gòu)

*醛糖：D-甘油醛衍生而來(lái)葡萄糖、甘露糖、核糖、木糖*酮糖：二羥基丙酮衍生果糖、山梨糖、木酮糖核糖木糖阿拉伯糖葡萄糖半乳糖甘露糖果糖2.低聚糖的結(jié)構(gòu)一個(gè)醛糖上的半縮醛羥基和另一個(gè)單糖的羥基脫水而成（形成糖苷鍵）。甜度：比甜度、甜度倍數(shù)蔗糖：1.00 果糖：1.50葡萄糖：0.70半乳糖：0.27 麥芽糖：0.50乳糖：0.40 二、物理性質(zhì)糖的分子質(zhì)量越大，溶解度越小，甜度越小。甜度與糖的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)：D-葡萄糖:>β結(jié)晶型，溶解，部分轉(zhuǎn)為β型， :β=36:64，甜度↘果糖:β>

結(jié)晶β型，溶解，部分變?yōu)樾停?平衡時(shí)甜度↘不同種類的糖混合，有協(xié)同增效作用。2.旋光性：除丙酮糖

變旋現(xiàn)象：糖剛?cè)苡谒畷r(shí)，其旋光度處于變化中，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后就達(dá)到恒定的旋光度.α-D-葡萄糖:+112.9°→+52.2°β-D-葡萄糖：+18.7°→+52.2°3.溶解度：溶于水，不溶于有機(jī)溶劑

各種單糖的溶解度不同：

果糖最高，葡萄糖其次

溫度↗，溶解度↗濃度↗，滲透壓↗：

高濃度糖的保存性質(zhì)---果醬、蜜餞4.吸濕性、保濕性，結(jié)晶性：吸濕性：

果糖(最強(qiáng))>

葡萄糖結(jié)晶性：葡萄糖：易結(jié)晶，晶體細(xì)小蔗糖：易結(jié)晶，晶體粗大果糖、果葡糖漿：較難結(jié)晶

淀粉糖漿：不能結(jié)晶，并可防止蔗糖結(jié)晶5.黏度：

溫度↗，黏度↘（但葡萄糖例外）

單糖<蔗糖<低聚糖

淀粉糖漿：轉(zhuǎn)化程度↗，↘6.滲透壓：與糖的摩爾濃度成正比同一濃度下，單糖為雙糖的2倍食品脫水,抑制微生物生長(zhǎng)7.發(fā)酵性酵母菌發(fā)酵→酒精、CO2（釀酒、面包疏松）葡萄糖>果糖>蔗糖>麥芽糖乳酸菌

還發(fā)酵乳糖→乳酸（酸奶）大多低聚糖水解產(chǎn)生單糖才發(fā)酵8.冰點(diǎn)：降低溶液濃度越高，分子量越小，冰點(diǎn)降低越多。

9.抗氧化性：氧氣在糖液中溶解度<<在水中溶解度阻隔與氧接觸，保持風(fēng)味、色、維生素C三、化學(xué)反應(yīng)(一)美拉德反應(yīng)(羰氨反應(yīng))羰基+氨基→縮合、聚合→黑色素羰基：還原糖、醛和酮氨基：氨基酸、蛋白質(zhì)得到：風(fēng)味物質(zhì)、有色物質(zhì)褐變反應(yīng)：非酶褐變1.反應(yīng)機(jī)理：A.初期階段：①羰基與氨基縮合(薛夫堿)氮代葡萄糖基胺②阿姆德瑞（Amodari)分子重排：

酸催化果糖胺B.中期階段：3-脫氧葡糖醛酮①果糖胺脫水羥甲基糠醛②果糖胺脫胺殘基，分子重排→還原酮③氨基酸與二羰基化合物的反應(yīng)：

斯特勒克（Strecker）降解反應(yīng)放出CO2R-C-C-R’+CH3-CH-COOHOONH2R-CH-C-R’+NH2OCH3-C-H+CO2O（二羰基化合物）（氨基酸）④果糖基胺的其他反應(yīng)產(chǎn)物的生成：C.末期階段：2類反應(yīng)：①醇醛縮合：2分子醛自相縮合，脫水→不飽和醛②生成類黑晶的聚合反應(yīng)中期反應(yīng)的產(chǎn)物縮合、聚合→黑色素

醇醛縮合反應(yīng):不飽和醛2.影響因素：(1)底物：還原糖：五碳糖約為六碳糖的10倍五碳糖：核糖＞阿拉伯糖＞木糖六碳糖：半乳糖＞甘露糖＞葡萄糖醛糖>酮糖，單糖>雙糖氨基化合物：

ε-氨基酸>>α-氨基酸

賴氨酸：H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOH

NH2氨基酸：碳鏈越短，反應(yīng)性越強(qiáng)氨基酸＞多肽＞蛋白質(zhì)(2)pH：

>3，褐變速度隨pH↗而↗(3)水分：

10~15%，最易褐變完全干燥，難褐變(4)溫度：

每差10℃，褐變速度差3~5倍>30℃褐變較快，<20℃較慢（5）亞硫酸鹽：

抑制褐變（6）金屬離子：

鐵、銅：催化還原酮的氧化，促進(jìn)褐變鈣：+氨基酸→不溶性化合物，抑制褐變錳、錫：抑制褐變鈉：無(wú)影響（二）焦糖化反應(yīng)

糖類熔點(diǎn)以上的高溫，脫水、降解→褐色物質(zhì)1.機(jī)理：

①焦糖（醬色）的形成：葡萄糖→葡萄糖酐果糖→果糖酐蔗糖→異蔗糖酐→

焦糖酐→焦糖稀→焦糖色素催化：磷酸鹽、無(wú)機(jī)酸、堿、檸檬酸、酒石酸、蘋(píng)果酸②糠醛和其它醛的形成：糖裂解脫水→醛→聚合或與胺類反應(yīng)→褐色色素D-葡萄糖烯醇式D-果糖D-甘露糖OH-（三）與堿的作用1.異構(gòu)化：稀堿

果葡糖漿：葡萄糖溶液在堿性條件下，部分轉(zhuǎn)化成果糖，得到葡萄糖和果糖的混合糖液。異構(gòu)酶：葡萄糖→果糖2.糖精酸的生成：濃堿

糖分子內(nèi)氧化、重排→糖精酸+強(qiáng)堿稀堿糖精酸異糖精酸間糖精酸D-葡萄糖己糖→

連續(xù)烯醇化→烯二醇：①氧化劑→分解產(chǎn)物C6H12O6OH-[O]HCOOHHOCH2COOHHOCH2CHOHCOOHHOCH2(CHOH)2COOHHOCH2(CHOH)3COOH++++3.分解反應(yīng)：濃堿，單糖→較小分子的糖、酸、醇、醛②無(wú)氧化劑，離雙鍵的第二個(gè)單鍵斷裂+1，2-烯二醇復(fù)合反應(yīng)2C6H12O6C12H22O11H2O+1.復(fù)合反應(yīng)：稀酸、熱

單糖縮合、失水→雙糖

（四）與酸的作用脫水反應(yīng)2.脫水反應(yīng):強(qiáng)酸、熱→環(huán)狀或雙鍵化合物

戊糖→糠醛己糖→5-羥甲基糠醛土倫試劑、費(fèi)林試劑氧化（堿性氧化）

————————————

弱氧化劑

C6H12O6+Ag(NH3)2+OH-

→C6H12O7+Ag↓（葡或果糖）（葡萄糖酸）

C6H12O6+Cu(OH)2

→C6H12O7+Cu2O↓磚紅色

（五）氧化與還原反應(yīng)1.氧化反應(yīng)(2)溴水氧化（酸性氧化）醛糖→糖酸→加熱失水→γ-或δ-內(nèi)酯酮糖不被溴水氧化

(3)硝酸氧化

稀硝酸醛糖→二元酸(4)高碘酸氧化（5）其他

酮糖

+強(qiáng)氧化劑

→草酸

+酒石酸單糖+強(qiáng)氧化劑

→CO2+水氧化酶，葡萄糖→葡萄糖醛酸2.還原反應(yīng)

醛基或酮基

→

羥基：糖醇

D-葡萄糖還原D-葡萄糖醇（山梨醇）木糖還原木糖醇（六）酯化反應(yīng)羥基+酸→

酯四、單糖的衍生物（一）氨基糖一個(gè)或多個(gè)–OH被氨基取代

α-D-葡萄糖胺(殼糖胺)α-D-半乳糖胺（軟骨糖胺）糖分子的半縮醛羥基和其他分子的醇羥基或酚羥基結(jié)合，脫去一分子水。糖苷配基+CH3OHH++H2O甲基α-D-葡萄糖苷甲基β-D-葡萄糖苷（二）糖苷無(wú)還原性易溶于水無(wú)機(jī)酸、糖苷酶水解→糖+糖苷配基堿性中較穩(wěn)定（三）糖醇 不含醛基，無(wú)還原性(四)脫氧糖

單糖分子中一個(gè)或多個(gè)羥基被氫取代

脫氧核糖

五、食品中重要的低聚糖及其性質(zhì)（一）二糖：1.蔗糖：非還原糖C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6HCl蔗糖葡萄糖果糖右旋，+66.5°右旋，+52.2°左旋，-92.4°最終平衡時(shí)，蔗糖水解液-19.9°轉(zhuǎn)化糖（轉(zhuǎn)化糖漿）：

蔗糖水解后得到等量的葡萄糖和果糖的混合物，旋光度發(fā)生反向轉(zhuǎn)變。水解：或酶2.麥芽糖：

還原糖易消化還原糖有助鈣吸收

乳糖不耐癥:

缺乳糖酶3.乳糖：半乳糖葡萄糖4.纖維二糖、海藻糖：

纖維二糖:2葡萄糖β-1,4鍵

還原糖海藻糖:2葡萄糖1,1鍵

非還原糖（二）果葡糖漿：高果糖漿、異構(gòu)糖漿酶法水解淀粉所得的葡萄糖液經(jīng)葡萄糖異構(gòu)酶的異構(gòu)化作用，一部分葡萄糖異構(gòu)成果糖，形成的葡萄糖和果糖的混合糖漿。

3種：果糖含量42%55%90%（三）功能性低聚糖：1.棉子糖α-1,6-α,β-1,2非還原糖吸濕性最小的低聚糖2.低聚果糖:(寡果糖、蔗果三糖族低聚糖）3.低聚木糖4.異麥芽酮糖（帕拉金糖）α-1,6-糖苷鍵功能性低聚糖的生理功能：①促進(jìn)雙歧桿菌增殖，稱雙歧桿菌增殖因子②減少有毒發(fā)酵產(chǎn)物、有害細(xì)菌酶的產(chǎn)生，抑制病原菌和腹瀉③防治便秘④增強(qiáng)免疫力，抗腫瘤⑤降低血清膽固醇⑥保護(hù)肝功能⑦合成維生素，促進(jìn)鈣的消化吸收⑧低（無(wú)）能量，防齲齒（四）環(huán)狀糊精：又稱沙丁格糊精、環(huán)狀淀粉聚合度為6、7、8個(gè)葡萄糖，稱、、-環(huán)糊精性質(zhì)：環(huán)內(nèi)側(cè)比外側(cè)疏水， 疏水物質(zhì)被環(huán)內(nèi)側(cè)吸附用途：①速溶食品的保香劑：香氣成分與環(huán)糊精形成包合物,揮發(fā)慢②改善食品的氣味和風(fēng)味：降低橘汁苦味

大豆脫苦澀、豆腥味§4.3多糖一、結(jié)構(gòu)數(shù)個(gè)單糖連接→長(zhǎng)鏈聚合物 線狀或分支同多糖：水解→相同的單糖殘基(淀粉、纖維素)雜多糖：水解→不同的單糖殘基(果膠、半纖維素)二、性質(zhì)1.溶解性：親水性較強(qiáng)，易水合、溶解2.黏度：大3.凝膠：氫鍵、疏水相互作用、范德華力、離子橋聯(lián)、纏結(jié)、共價(jià)鍵4.水解

酶促水解酸催化水解堿穩(wěn)定但：果膠水解

5.風(fēng)味結(jié)合功能6.生理活性：

膳食纖維真菌多糖一、淀粉（一）結(jié)構(gòu)淀粉粒.分：直鏈淀粉（葡萄糖-1,4糖苷鍵）、支鏈淀粉（-1,4、-1,6糖苷鍵）§4.4食品中的主要多糖結(jié)晶區(qū)非結(jié)晶區(qū)（無(wú)定形區(qū)）

類別 直鏈淀粉 支鏈淀粉

基本構(gòu)成單位:-葡萄糖 -葡萄糖

鍵型:-1,4糖苷鍵-1,4、-1,6糖苷鍵聚合度:100～6,000>6,000

分子量: 3.2X104～1.6X1051X105～5X108

分子形狀:線型，呈螺旋狀 樹(shù)枝

直、支鏈淀粉的異同：（二）物理性質(zhì)

白色粉末

含水量較高(12%):

羥基淀粉與碘→有顏色的復(fù)合物：

直鏈淀粉：棕藍(lán)色支鏈淀粉：蘭紫色糊精與碘:顏色隨糊精分子質(zhì)量遞減藍(lán)、紫紅、橙、無(wú)色與直鏈淀粉形成復(fù)合物：脂肪酸、醇類、表面活性劑1.酸水解法（三)水解反應(yīng)紫色糊精、紅色糊精、無(wú)色糊精、麥芽糖、葡萄糖不同來(lái)源的淀粉，酸水解難易不同。支鏈淀粉比直鏈淀粉易水解。2.酶水解法(1)

-淀粉酶：內(nèi)切酶從內(nèi)部隨機(jī)分解-1,4糖苷鍵不分解-1,6鍵,能越過(guò)-1,6鍵繼續(xù)水解-1,4鍵不能水解麥芽糖中的-1,4鍵

產(chǎn)物：-葡萄糖、-麥芽糖、很小的糊精

液化酶

(2)β-淀粉酶：外切酶，麥芽糖酶從非還原端切-1,4鍵（以麥芽糖為單位切）。不水解-1,6鍵,不能越過(guò)-1,6鍵繼續(xù)水解-1,4鍵。產(chǎn)物：β-麥芽糖、β-極限糊精糖化酶

(3)葡萄糖淀粉酶：外切酶從非還原端切-1,4鍵→β-葡萄糖切-1,6鍵、-1,3鍵→β-葡萄糖（速度很慢）

(4)脫支酶：水解-1,6鍵→直鏈片斷*淀粉糖漿：淀粉水解后，得到的由葡萄糖、低聚糖和糊精組成的透明、粘稠、均勻的混合糖液。糖化水解程度用DE值(葡萄糖值)表示DE值38～42中轉(zhuǎn)化度淀粉糖漿

*麥芽糖漿（飴糖）：麥芽糖酶水解淀粉主要成分：麥芽糖淺黃色，甜味溫和，特有的風(fēng)味（四）淀粉的糊化

1.概念生淀粉(β-淀粉): 分子間氫鍵，膠束，結(jié)構(gòu)緊密淀粉懸浮液加熱到一定溫度，淀粉分子突然膨脹，體積比原來(lái)增加數(shù)十倍（膨潤(rùn)現(xiàn)象），繼續(xù)加熱，變成粘性的糊狀溶液，這種現(xiàn)象叫糊化(-化)。-淀粉:處于糊化狀態(tài)的淀粉糊化分3個(gè)階段：①可逆吸水階段②不可逆吸水階段③淀粉粒解體階段糊化溫度:

糊化開(kāi)始的溫度、糊化完成的溫度β-淀粉：不易消化吸收-淀粉：易消化吸收糊化的本質(zhì)：由β-淀粉轉(zhuǎn)變成-淀粉2.影響糊化的因素：①淀粉本身的分子結(jié)構(gòu)：

支鏈淀粉比直鏈淀粉易糊化

同種淀粉，顆粒大，易糊化②水分含量：

水分含量低，不易糊化③糖：高濃度糖液降低糊化速度、糊粘度、凝膠強(qiáng)度④脂類：

阻礙糊化⑤鹽：

低濃度鹽，影響小鹽敏感性淀粉：鹽促進(jìn)或阻礙糊化⑥pH： 4~7影響小 10,速度提高 低，粘度低（五）淀粉的老化（回生）1.概念糊化后的淀粉，在室溫或低于室溫下放置后，變得不透明甚至凝結(jié)而沉淀的現(xiàn)象。結(jié)果:與水失去親合力，溶解性變差不易與酶作用，不易消化吸收影響食品的質(zhì)地2.影響因素：①分子結(jié)構(gòu)：

直鏈淀粉易老化支鏈淀粉不易老化②含水量：

３0～６0％，易老化<10%或含大量水，不易老化③溫度：

-20℃～60℃易老化2～4℃最易老化

④酸堿度：中性條件：易老化偏酸或偏堿條件：不易老化⑤鹽：

阻止老化⑥冷卻速度：

緩慢冷卻，易老化迅速冷卻，減緩老化⑦糖：?jiǎn)翁恰⒍?、糖?/p>

阻止老化⑧表面活性劑或有表面活性的極性脂：

推遲老化⑨大分子物質(zhì)：蛋白質(zhì)、半纖維素、植物膠

減緩老化

（六）抗消化淀粉按生物可利用性，淀粉分3類：A.快速消化淀粉(readydigestiblestarch,RDS)B.緩慢消化淀粉(slowlydigestiblestarch,SDS)C.抗消化淀粉(resistantstarch,RS)

防止老化：固定的-淀粉

——制作方便食品抗消化淀粉：分４類（1）RS1：物理包埋淀粉

難與酶接觸，不易消化

輕度碾磨的谷類、豆類等（2）RS2

：抗消化淀粉顆粒

對(duì)酶有高度抗性生的薯類和香蕉（3）RS3:老化淀粉分2部分：RS3a，RS3b（凝沉的支鏈淀粉、直鏈淀粉）

RS3b抗酶解性最強(qiáng)（4）RS4：化學(xué)改性淀粉（七）淀粉的改性變性淀粉（改性淀粉）：天然淀粉經(jīng)物理、化學(xué)或酶處理，使淀粉原有的物理性質(zhì)發(fā)生變化。物理變性淀粉★化學(xué)變性淀粉★物理變性淀粉：（預(yù)糊化淀粉、-化淀粉）熱滾法（滾筒干燥法）擠壓膨化法噴霧干燥法微波法特點(diǎn)：顆粒結(jié)構(gòu)分散，低溫下水溶性、吸水性較強(qiáng)性質(zhì)：溶解速度快用途：脫水湯料、調(diào)味劑化學(xué)變性淀粉：1.可溶性淀粉（酸變性淀粉）：性質(zhì)：熱時(shí)流動(dòng)好冷凝時(shí)能形成堅(jiān)柔的凝膠用途：膠姆糖、糖果2.酯化淀粉：

淀粉+

酸或酸酐→酯性質(zhì)：改善抗凍結(jié)-解凍性能，降低凍結(jié)-解凍過(guò)程中水分的離析。用途：肉餡、肉腸ST-OH+醋酸酐淀粉醋酸酯ST-OH+HO-NO2ST-O-NO2

+H2O淀粉硝酸酯3.醚化淀粉：性質(zhì)：糊化溫度糊的保水性、透明度、成膜能力用途：增稠劑4.氧化淀粉：性質(zhì)：糊化溫度低，粘度低 可形成穩(wěn)定溶液。用途：分散劑或乳化劑5.交聯(lián)淀粉：性質(zhì)：良好的機(jī)械性能耐熱、耐酸、耐堿用途：增稠劑、賦形劑

6.接枝淀粉：溶于水：增稠劑、膠粘劑不溶于水：可降解塑料的填充料二、果膠（一）結(jié)構(gòu)、分類

主鏈：

-D-半乳糖醛酸-1,4糖苷鍵側(cè)鏈：-L-鼠李吡喃糖酯化度（degreeofesterifacation,DE）：酯化的半乳糖醛酸基與總半乳糖醛酸基的比值。

羧基甲酯化的百分?jǐn)?shù)。按酯化度分類：①高甲氧基果膠（high-methoxylpectin,HM）：

DE>50%②低甲氧基果膠（low-methoxylpectin,

LM）：

DE<50%果蔬成熟過(guò)程中，果膠物質(zhì)有3種形態(tài)：①原果膠：未成熟 不溶于水 水解→果膠②果膠：成熟 溶于水

③果膠酸：過(guò)熟 不溶或稍溶于水的果膠酸鹽（二）特性酸性或堿性條件下：水解高溫強(qiáng)酸：脫羧聚合度↗，溶解度↘酯化度↗，溶解度↗分子鏈長(zhǎng)↗，溶液黏度↗可形成凝膠

（三）形成凝膠

1.條件

高甲氧基果膠：

含糖量：60%~65%pH：2.0~3.5果膠含量：0.3%~0.7%低甲氧基果膠：二價(jià)陽(yáng)離子：Ca2+產(chǎn)生橋聯(lián)。

NaCl存在時(shí)，Ca2+可少些

pH：2.5～6.5糖：10%～20%

2.影響凝膠強(qiáng)度的因素（1）果膠相對(duì)分子質(zhì)量：↗，凝膠強(qiáng)度↗(2)果膠酯化度：↗，凝膠強(qiáng)度↗

↗，凝膠速度↗

速凝果膠：DE>70%慢凝果膠：DE：50%~70%(3)pH值：

有助于果膠-糖凝膠體系的形成

(4)糖濃度：

LM：不需糖.但加10～20%糖,凝膠質(zhì)地更好(5)溫度：

0～50℃，影響不大。過(guò)高或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響凝膠強(qiáng)度。（四）果膠的制備原料(柑橘皮、蘋(píng)果渣、山楂、向日葵盤(pán)等）加水加熱果膠酶失活加水浸提去除雜質(zhì)調(diào)PH至2~2.5加熱30~60分冷卻、過(guò)濾氨水調(diào)PH至3.5過(guò)濾加乙醇果膠沉淀過(guò)濾、干燥（五）果膠的作用1.膠凝性：果凍、果醬2.增稠、穩(wěn)定功能3.保持烘烤食品的水分三、纖維素、半纖維素（一）纖維素葡萄糖

-1,4糖苷鍵性質(zhì)：分子量大

不溶于水稀酸、稀堿：特別穩(wěn)定高溫、高壓、高濃度強(qiáng)酸：分解無(wú)營(yíng)養(yǎng)、熱量

纖維素的衍生