第三章 碳水化合物

Chapter3

Carbohydrates

碳水化合物

3.1

概述

3.2

碳水化合物的結構

3.3

碳水化合物的化學性質

3.4

非酶褐變

3.5食品中的單糖和低聚糖的功能

3.6

食品中多糖的結構和功能

3.7

食品中碳水化合物的測定

主要內容3.1概述Introduction1.CarbohydratesServeas:?asourceofenergyandstorage(e.g.sugars,starches)?structuralroles(e.g.cellulose,chitinorexoskeletonmaterial)?andarefoundinotheressentialnaturalproducts(e.g.nucleicacids)Carbohydratesarefoundasintegralcomponentsofmanybiologicallyactivenatural(andsynthetic)compounds

Carbohydratewasatermhistoricallycoinedtodescribecompoundswithanempiricalformulasuchas:Cn(H2O)m-whichappearedtoahydrateofcarbon.Carbohydrates(saccharides)are

polyhydroxy

aldehydesandketones.,orderivativesofsuchcompounds.

2.WhatAreCarbohydrates?

3.Carbohydrates–Classifications1)Monosaccharides-

singlesugarsfreelysolubleinwater.Sweettaste.2)Oligosaccharides-

shortchainsofsinglesugarscovalentlylinked.e.g.disaccharides;sucrose=glucose+fructose3)Polysaccharides-

longchains(hundredsorthousands)ofsinglesugarscovalentlylinked.e.g.cellulose,glycogen,Starch

4)Glycoside3.2

糖類化合物的結構

StructureofCarbohydrates1.單糖（Monosaccharides）Therearetwofamiliesofmonosaccharides:(1).Aldose-containinganaldehydefunctionalgroup(2).Ketose-containingaketonefunctionalgroup(note:thesuffix–oseisusedtodesignatecarbohydrates)單糖的開鏈式結構Themostabundantmonosaccharidesinnaturearethehexoses單糖的環(huán)狀結構Monosaccharideswith5ormorecarbonatomsinthebackboneusuallyoccurinsolutionascyclicorringstructures.Thecommonringformsarebasedon單糖的環(huán)狀結構

HOCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHHOOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOCCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHOHCOCH2OHOHCHHOHHCOHCHOHHCOHOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOC-D-Glucofuranose-D-Glucopyranoseaa

(35%)

(0.5%)Aldehydo-D-glucose(0.03%)-D-Glucofuranoseb-D-Glucopyranoseb

(65%)

(0.5%)FisherProjectionFormOHOH糖結構中幾個概念的復習（1）D-型，L-型：以有一個手性C原子的甘油醛為標準，人為規(guī)定一種構型，-OH寫在右邊為右旋甘油醛，記為D型；-OH寫在左邊的為左旋甘油，記為L-型。其他單糖的構型以編號最大的手性C原子作為定位原子來確定。糖結構中幾個概念的復習糖結構中幾個概念的復習（2）半縮醛（酮）hemiacetalorhemiketalsD-葡萄糖D-甘露糖D-半乳糖～OH～OH～OH（3）α-型和β-型異頭物：當半縮醛羥基與決定糖構型的C原子上的羥基位于同側時稱α-型，位于異側時稱β-型。糖結構中幾個概念的復習糖結構中幾個概念的復習（4）差向異構體：除C1外任何一種手性構型有差別的糖稱差向異構體。H（5）還原糖：含有具有還原性的游離半縮醛基的糖稱為還原糖。

糖結構中幾個概念的復習Sucrose

Maltose（6）轉化糖：糖類化合物（蔗糖）在稀酸或酶的作用下水解生成等量G和F的混合物，稱為轉化糖。糖結構中幾個概念的復習2.低聚糖Oligosaccharides低聚糖Oligosaccharides

OOHOHHOCH2OHCH2OHOCH2OHOHOOHH低聚糖OligosaccharidesSucrose

Invertsugaristhehydrolyzedsucroseintoglucoseandfructose.低聚糖OligosaccharidesOOHCH2OHOOHOHCH2OHOOHOHLactose4-0-b-D-Galactopyranosyl-a-D-Glucopyranose4-0-b-D-Galactopyranosyl-b-D-GlucopyranoseOH–StoragePolysaccharides-Energystorage-starch

andglycogen–StructuralPolysaccharides-Usedtoprovideprotectivewallsorlubricativecoatingtocells-cellulose

andmucopolysaccharides.–StructuralPeptidoglycans-Bacterialcellwalls.–BioactivityPolysaccharides3.多糖Polysaccharides3.3糖類化合物的性質Characterofcarbohydrates1.

成苷反應和復合反應～OH～ORD-葡萄糖烷基D-吡喃葡萄糖苷糖配基（非糖部分）—ROH，RSH，RNH2組成糖苷的性質：①無半縮醛羥基故無變旋現象，無還原性。②氧糖苷在中性或堿性條件下穩(wěn)定，但在酸性溶液或酶的作用下則易水解成原來的糖。③植物中形成糖苷有利于不溶解的配基在水介質中的運輸。④有些糖苷具有重要的生理功能，如類黃酮糖苷，強心糖苷。氮糖苷還是一類風味增強劑。次黃嘌呤核苷5’-磷酸，R=H黃嘌呤核苷5’-磷酸，R=OH

鳥嘌呤核苷5’-磷酸，R=NH2

⑤毒性：有些糖苷具有較強的毒副作用，如生氰糖苷在體內降解即產生HCN，例如廣泛存在于銀杏和許多水果核仁中的苦杏仁苷。

二葡萄糖葡萄糖葡萄糖戊糖葡萄糖苦杏仁苷(amygdain)野黑櫻皮苷(prunasin)蜀黍苷(dhurrin)巢菜苷(vicianin)幾種常見的生氰糖苷苦杏仁酶或酸

龍膽二糖苦杏仁苷的水解硫葡糖苷酸鉀（glucosinolate）

硫葡糖苷酶

異硫氰酸酯

腈硫葡糖苷酸鉀的酶分解

單糖通過成苷反應生成雙糖的變化成為復合反應，它同時是水解反應的逆反應。例如：

H+，△

G←→龍膽二糖+H2O

由于復合反應是可逆反應，糖濃度增加，反應程度增大；不同種類酸對復合反應的催化能力不同，對G而言，HCl>H2SO4>H2C2O4

在酸或酶的催化下，低聚糖和多糖的糖苷鍵易發(fā)生水解，生成單糖和低聚糖。

糖苷鍵在堿性介質中是相當穩(wěn)定的，但在酸性介質中容易斷裂。

2.水解反應玉米淀粉D-葡萄糖D-葡萄糖+D-果糖（54%）（42%）食品工業(yè)上：乳糖半乳糖+葡萄糖-淀粉酶葡萄糖糖化酶異構化酶工業(yè)上生產果葡糖漿影響水解反應的因素（1）結構多糖聚合度↗，水解速度↙呋喃糖苷水解速度>吡喃糖苷

β-D-糖苷的水解速率<α-D異頭物

α-D：1→6<1→2<1→4<1→3β-D：1→6<1→4<1→3<1→2（2）溫度糖苷的水解速率隨溫度升高而急劇增大，符合一般反應速率常數的變化規(guī)律。糖苷（0.5mol硫酸溶液中）溫度(℃)708090甲基α—D—吡喃葡萄糖苷2.8213.876.1甲基β—D—呋喃葡萄糖苷6.0115.4141.0溫度對糖苷水解速度的影響（3）酸：單糖在pH3-7范圍內穩(wěn)定，糖苷在堿性介質中相當穩(wěn)定，但在酸性介質中易水解。（4）酶3.異構化（1）端基異構化（2）差向異構化D-葡萄糖D-葡萄糖,D-甘露糖D-果糖糖在強堿及強熱的作用下，還可發(fā)生分子內氧化與重排，生成羧酸：=OHCHC-OHHO-CHHC-OHHC-OHCH2OH濃堿強熱COOHHOC-CH2OHCH2CHOHCH2OHCOOHCHOHCHOHCHOHCHOHCH2OH+D-G異糖精酸間糖精酸D-葡萄糖3-脫氧-D--葡萄糖松

D-葡萄糖分解生成3-脫氧-D-葡萄糖月公4.脫水和熱降解3-脫氧-D-葡糖月公烯醇式3-脫氧-D-葡糖月公3,4烯由烯醇式3-脫氧-D-葡糖月公成的3-脫氧-D-葡糖月公

-3，4烯

脫水脫水

在室溫下，稀酸對單糖的穩(wěn)定性無影響當酸為濃度大于12%的濃鹽酸以及熱的作用下，單糖易脫水，生成糠醛及其衍生物。5C糖脫水的主要產物為糠醛,6C糖則為HMF3-脫氧-D-葡糖月公-3,4烯C-OHCHOHCHOHCHOHCH2OHCHOH①②①在有氧化劑存在時，糖受堿的作用連續(xù)烯醇化，在雙鍵處斷裂，產生小分子化合物。②無有氧化劑存在時，雙鍵本身強度較高，并增加了鄰位單鍵的強度，下一個單鍵的強度則降低，因而斷裂發(fā)生在下一個單鍵上。熱降解5.氧化還原反應氧化反應：醛（酮）糖在溫和條件下用含溴水的中性或堿性緩沖液氧化，生成醛（酮）糖酸。酮糖在強氧化劑存在下，在酮基處斷裂，醛（酮）糖在強烈氧化條件下，可被氧化成CO2和H2O。葡萄糖氧化歷程

還原反應

H2，NiG山梨糖醇

150℃，1.013×107pa

6.酯化與醚化反應

D-葡萄糖-6-磷酸酯

D-果糖-1，6-二磷酸酯

3,6-脫水-α-Ｄ-吡喃半乳糖基

6.酯化與醚化反應

3.4非酶褐變

NonEnzymicbrowning

酶褐變：多酚氧化酶催化，使酚類物質氧化為醌

焦糖化反應

Caramelization

非酶褐變麥拉德褐變反應MaillardReaction褐變1麥拉德褐變的定義：羰基化合物和氨基化合物在少量水存在下反應，形成褐色色素的過程。2麥拉德褐變發(fā)生的條件：少量氨基化合物、還原糖和少量水存在。

MaillardReaction3麥拉德褐變的反應機理（過程）氨基和羰基縮合。

Amadori重排。

開始階段中間階段醇，醛縮合

類黑精素形成糖脫水糖裂解氨基酸降解終了階段開始階段—葡基胺的形成葡基胺的形成過程和麥拉德褐變起始反應西夫堿開始階段—Amadori重排葡基胺1-氨基-2-酮糖西夫堿陽離子烯醇式開始階段—漢斯重排酮糖α-氨基醛糖中間階段：Amadori產物進一步降解類黑精素甲基-二羰基還原酮5-羥甲基-2-呋喃醛

甲基α-二羰基化合物3-脫氧己糖松+胺+胺+胺+胺1-氨基-2,3-二烯醇阿馬道萊產物1,2-烯氨基醇Controlpoint斯特雷克爾降解反應2,3-丁二酮L-纈氨酸3-氨基-2-丁酮甲基丙醛四甲基吡嗪L-纈氨酸與2，3-丁二酮的斯特克雷爾降解反應NH2終了階段A醇醛縮合：2分子醛自相縮合，加成產物常脫水生成更穩(wěn)定的不飽和醛。

B在連續(xù)不斷的醇醛縮合反應之后，在氨基酸或蛋白質的參與下，聚合成類黑精素。4.麥拉德反應的產物

類黑精素

麥芽酚異麥芽酚乙基麥芽酚

羰基化合物酸和酯類吡嗪,吡啶等風味物質麥拉德反應的產物麥芽酚異麥芽酚2-H-4-羥基-5-甲基-呋喃-3-酮

隨著反應的進行，pH值下降（西夫堿封閉了游離的氨基）還原的能力上升（還原酮產生）褐變初期，紫外線吸收增強，伴隨有熒光物質產生褐變初期，添加亞硫酸鹽，可阻止褐變，但在褐變后期加入不能使之褪色褐變后期，溶液變?yōu)榧t棕色或深褐色，并伴有不溶解的膠體狀類黑精物質出現。5.麥拉德反應的特點6.影響麥拉德反應的因素（1）糖的種類及含量

a.開鏈式＞環(huán)式

b.單糖>雙糖；五碳糖>六碳糖

c.還原糖含量與褐變成正比

d.α-己烯醛>α-二羰基化合物>醛,酮D-核糖＞L-阿拉伯糖＞D-木糖＞己糖（D-半乳糖，D-甘露糖，D-葡萄糖，D-果糖）＞雙糖（麥芽糖、乳糖和蔗糖）。

（2）氨基酸及其它含氨物種類

a.含S-S，S-H不易褐變

b.有吲哚，苯環(huán)易褐變

c.堿性氨基酸易褐變

d.氨基在ε-位或在末端者，比α-位易褐變影響麥拉德反應的因素（3）pH

pH4—9范圍內，隨著pH上升，褐變上升當pH≤6時，褐變反應程度較輕微

pH在7.8—9.2范圍內，褐變嚴重影響麥拉德反應的因素UndernearneutralconditionsUnderacidicconditions

（4）

Temperature

Generally,thehigherthetemperature,thegreaterthebrowning

（5）Water影響麥拉德反應的因素影響麥拉德反應的因素（6）SO2和亞硫酸鹽類黑精素∕亞硫酸鹽防止褐變的機理示意圖影響麥拉德反應的因素（7）Metalions–Cu(I),Cu(II)andFe(II),Fe(III)speedupthereaction.Othermetalsseemstohavelittleeffect.Cancontrolthewithmetalchelators(e.g.,EDTA).(8)Oxygen–Seemstohavelittleeffect①形成風味物質②類黑精素具有抗氧化作用③導致氨基酸損失和產生抗營養(yǎng)作用④產生CO2,引起罐頭食品脹罐⑤形成某些致突變產物7.麥拉德反應對食品品質的影響8.麥拉德反應在食品工業(yè)中的應用面包、咖啡、紅茶、啤酒、醬油等生產產生特殊香味

控制原材料核糖+半胱氨酸：烤豬肉香味核糖+谷胱甘肽：烤牛肉香味控制溫度：葡萄糖+纈氨酸100—150℃烤面包香味

180℃

巧克力香味

木糖—酵母水解蛋白90℃餅干香型；

160℃醬肉香型加工方式：水煮烘烤

土豆125種香氣250種香氣

大麥

75種香氣150種香氣9.ControlofbrowningCreateunfavorableconditionsforthereactionstotakeplace–Water--loworhigh–pH--lower,decreasesbrowning–Temperature--thelowerthetemperature,thelessthebrowning–Principallysulfurdioxideorbisulfite.?Removalofsubstrates–

Glucoseoxidase--removestheopenchainformbyconvertingittogluconicacid.Thistechnologyisusedinpreservingdriedeggwhites.–Riboseoxidase--ThisenzymeactivityoccursinLactobaccilus

pentoaceticum

andisusedtopreventfishfrombrowning.ControlofbrowningCaramelizationReaction1.定義

糖類化合物在沒有氨基化合物存在的條件下，加熱熔融以后，在150-200℃高溫下發(fā)生降解，縮合，聚合等反應，產生粘稠的黑褐色焦糖，這一反應稱焦糖化反應。此反應應用于食品工業(yè)制造焦糖色素。2.反應條件催化劑：銨鹽、磷酸鹽、蘋果酸、延胡索酸、檸檬酸、酒石酸等。無水或濃溶液，溫度150-200℃3.性質焦糖是一種黑褐色膠態(tài)物質，等電點在pH3.0-6.9,甚至低于pH3，粘度100-3000cp,濃度在33-38波美度pH在2.6-5.6較好。CaramelizationReaction糖經強熱處理可發(fā)生兩種反應

在酸性條件下加熱分子內脫水形成糠醛及其衍生物,經縮合、聚合生成深色物質,生成焦糖或醬色在堿性條件下加熱，首先發(fā)生互變異構生成烯醇糖，然后裂解產生揮發(fā)性的醛、酮經縮合或聚合—產生深色物質。4.焦糖色素的形成

開始階段：蔗糖熔融后，溫度約達200℃左右，經過約35分鐘的起泡，蔗糖脫去一分子水，生成無甜味但具有溫和苦味的異蔗糖酐C12H20O10。焦糖色素的形成蔗糖形成焦糖的過程可以分為三個階段中間階段：生成異蔗糖酐后，起泡暫停。稍后又發(fā)生第二次起泡現象，持續(xù)時間約55分鐘，在此階段失水約9%，形成焦糖酐產物，可溶于水及乙醇，味苦，平均分子式為C24H36O18。焦糖色素的形成最后階段：焦糖酐進一步脫水形成焦糖烯（C36H50O25），繼續(xù)加熱則生成高分子量深色難溶焦糖色素，分子式為C125H188O80，其結構尚不清楚。焦糖色素的形成

NH4HSO4催化耐酸焦糖色素（用于可口可樂飲料）（pH2～4.5）(NH4)2SO4催化焙烤食品用焦糖色素，pH

為4.2～4.8直接加熱蔗糖啤酒及飲料著色劑pH為

3～45.焦糖色素在食品工業(yè)上的應用3.5食品中單糖和低聚糖的功能Founctional

properityofmonosaccharideandoligosaccharide1.甜味

甜度：果糖﹥蔗糖﹥葡萄糖﹥麥芽糖﹥半乳糖﹥乳糖低聚糖隨聚合度↗，甜味↙。

Sucrose 100 Glucose 74 Fructose 174 Lactose 16 InvertSugar 126 Maltose 32

Galactose 32RelativeSweetnessofSugars

糖醇相對甜度木糖醇90山梨糖醇63半乳糖醇58麥芽糖醇68乳糖醇35糖醇的相對甜度

食品中單糖和低聚糖的功能2.親水功能吸濕性:指糖在空氣濕度較高的情況下吸收水分的性質.

吸濕性:果糖﹥轉化糖﹥葡萄糖﹥麥芽糖≈蔗糖﹥乳糖。保濕性:指糖在較高濕度下吸水后在較低濕度下保留水的性質.不同糖的溶解度果糖﹥

80%葡萄糖47-61%蔗糖67-70%轉化糖﹥

70%果葡糖漿（含40%果糖）≈

41%果葡糖漿（含60%果糖）≈

77%

食品中單糖和低聚糖的功能

食品中單糖和低聚糖的功能3.結晶性，冰點降低一般蔗糖易結晶，且晶體大，葡萄糖也易結晶，但晶體小，果糖和轉化糖難于結晶，淀粉糖漿不結晶，還能防止蔗糖結晶。

食品中單糖和低聚糖的功能3.結晶性，冰點降低糖液濃度越高，分子量越小，冰點降低得越多。淀粉糖漿冰點降低的程度因轉化程度不同而不同，轉化程度越高，冰點降低越多。4.風味結合功能

食品中單糖和低聚糖的功能糖-水+風味劑糖-風味劑+水風味結合能力：低聚糖﹥雙糖﹥單糖cyclodextrin在食品中的應用α-,β-,γ-Cyclodextrins6to8α-D-Glucoseunitslinkedbyα-1,4glycosidicbondsα－環(huán)狀糊精β－環(huán)狀糊精γ－環(huán)狀糊精葡萄糖殘基數６７８分子量９７２１１３５１２９７水中溶解度（g／mol.２５℃）１４.５８.５２３.２旋光度[α]＋１５０.５＋１６２.５＋１７４.４空穴內徑Ｃ４.５７.８８.５空穴高A６.７７.０７.０Cyclodextrin的物理性質

環(huán)狀糊精為中空圓柱形結構，可包埋與其大小相適的客體分子，起到穩(wěn)定緩釋，提高溶解度，掩蓋異味的作用。

Cyclodextrin①具有乳化作用。②可形成包合物，具有保色，保香等作用。③對于易氧化，易光解的化合物，如香精，香油等有保護作用。④祛除食品中的異味。⑤防腐cyclodextrin在食品中的應用醫(yī)學

如用環(huán)狀糊精包接前列腺素的試劑、注射劑，卞基青霉素－β－環(huán)糊精cyclodextrin在其他方面的應用化妝品

作乳化劑，提高其穩(wěn)定性，減輕對皮膚的刺激作用。

香精包含在環(huán)狀糊精制成的粉末，混合到熱塑性塑料中，可制成各種加香塑料（玩具及工藝品）。如tide（汰漬）洗衣粉留香，可經ＣＤ包接香精后添加到洗衣粉中。精細化工cyclodextrin在其他方面的應用

食品中單糖和低聚糖的功能5.糖類化合物的褐變產物賦予食品風味糖類化合物經非酶褐變產生多種香氣物質焦糖化產物如麥芽酚和乙基麥芽酚具有顯著的增甜，增香作用。糖熱分解也可產生吡喃酮，呋喃酮，內酯，酸等多種風味物。3.4功能性低聚糖簡介Introductionoffounctionaloligosaccharide促進雙歧桿菌增殖抗齲齒難消化性與非胰島素依賴降血糖和膽固醇抑制病源菌，抗腹瀉防便秘保護肝臟生成營養(yǎng)素分解致癌物幾種重要的功能性低聚糖

低聚果糖(Fructooligsaccharide)

大豆低聚糖(soybeanoligsaccharide)

異麥芽低聚糖(Isomaltooligsaccharide)3.6食品中的多糖及其功能

Polysaccharideinfoodsandit’sfounction一多糖的特性（1）多糖的溶解性多糖分子鏈中的每個糖基單位大多數平均含有3個羥基，有幾個氫鍵結合位點，每個羥基均可和一個或多個水分子形成氫鍵。此外，環(huán)上的氧原子以及糖苷鍵上的氧原子也可與水形成氫鍵，因此，每個單糖單位能夠完全被溶劑化，使之具有較強的持水能力和親水性，使整個多糖分子成為水溶性的。

（2）粘度與穩(wěn)定性可溶性大分子多糖都可以形成粘稠溶液。大分子溶液的粘度取決于分子的大小、形狀、所帶凈電荷和溶液中的構象。

相同分子質量的線性多糖和高度支鏈多糖在溶液中占有的相對體積

多糖分子的無規(guī)線團

一多糖的特性一多糖的特性（3）凝膠膠凝作用是多糖的又一重要特性。在食品加工中，多糖或蛋白質等大分子，可通過氫鍵、疏水相互作用、范德華引力、離子橋接(ioniccrossbridges)、纏結或共價鍵等相互作用，在多個分子間形成多個聯(lián)結區(qū)。這些分子與分散的溶劑水分子締合，最終形成由水分子布滿的連續(xù)的三維空間網絡結構

典型的三維網絡凝膠結構示意圖

凝膠的膠凝過程示意圖

一多糖的特性（4）水解

多糖在食品加工和貯藏過程中不如蛋白質穩(wěn)定。在酸或酶的催化下，低聚糖和多糖的糖苷鍵易發(fā)生水解，并伴隨粘度降低。

一多糖的特性一多糖的特性（5）溶液構象二個海藻酸鏈裝配成類似蛋箱的構象，通常稱為蛋箱型構象。果膠和海藻酸的褶裥螺條構象鏈段

螺旋構象的穩(wěn)定作用。a籠形化合物，b雙股或三股螺旋線團，c“筑巢”

一多糖的特性

正規(guī)構象間鏈的聚集

一多糖的特性a雙螺旋，b雙螺旋族，c.蛋箱型，d.螺條-螺條，e.雙螺旋、螺條相互作用二、淀粉Starch直鏈淀粉amylose–alpha(1→4)linkedpolymerofglucose–formshelicalstructure1.淀粉的結構structureofStarch淀粉的結構structureofStarchAmylose

在溶液中，直鏈淀粉可取螺旋結構，部分斷開的螺旋結構和不規(guī)則卷曲結構淀粉的結構structureofStarch支鏈淀粉（Amylopectin）n=600-6000

淀粉粒的結晶區(qū)模型

支鏈淀粉雙螺旋；直鏈淀粉和支鏈淀粉的混合雙螺旋結構；直鏈淀粉的V-螺旋和螺旋中包含的脂；游離脂；游離直鏈淀粉

淀粉顆粒具有晶體結構，一般淀粉結晶區(qū)占30%，無定形區(qū)占70%2.淀粉的性質Characterofstarch溶解性：常溫下純支鏈淀粉能溶于冷水中，而直鏈淀粉不能，直鏈淀粉能溶于熱水.

無還原性遇碘呈藍色，加熱則藍色消失，冷后呈藍色.

水解：酶解酸解化學性質直鏈淀粉和支鏈淀粉的性質性

質直鏈淀粉支鏈淀粉分子量糖苷鍵對老化的敏感性β-淀粉酶作用的產物葡糖淀粉酶作用的產物分子形狀

50000－200000α-D-(1→4)高麥芽糖D-葡萄糖主要為線型

一百萬到幾百萬α-D-(1→4)，α-D-(1→6)低麥芽糖，β-極限糊精D-葡萄糖灌木型淀粉的性質Characterofstarch3.淀粉的糊化（Gelatinization）

(1)糊化:

淀粉粒在適當溫度下，在水中溶脹，分裂，形成均勻的糊狀溶液的過程被稱為糊化。其本質是微觀結構從有序轉變成無序。

各種淀粉糊化溫度不一樣，受顆粒大小，結晶結構，分子量等的影響。玉米淀粉：61-72℃；小麥淀粉：53-64℃甘薯淀粉：82-83℃；馬鈴薯淀粉：62-68℃

糊化溫度：淀粉在有大量水存在并持續(xù)加熱時完全失去結晶性，雙折射從開始消失到完全消失的溫度范圍。淀粉粒特性來源淀

粉

粒

糊化溫度（℃）直徑（μm）結晶度%鏈淀粉玉米蠟質玉米馬鈴薯甘薯木薯小麥稻米5~255~2515~10015~555~352~383~920~25392525~5038363867~8763~7262~6882~8352~6453~6561~78淀粉的糊化（Gelatinization）

StarchGelatinization淀粉的糊化（Gelatinization）

糊化階段可逆吸水階段不可逆吸水階段淀粉顆粒解體糊化的應用：掛糊，上槳，勾芡，方便面制作（2）.影響淀粉糊化的因素結構：直鏈淀粉不易糊化，而易老化，支鏈淀粉易糊化，且淀粉糊穩(wěn)定。Aw：Aw提高，糊化程度提高。高濃度的糖和鹽能降低Aw，故能抑制糊化。脂類：脂類可與淀粉形成包合物，阻止水滲透入淀粉粒。（2）影響淀粉糊化的因素酸度

pH<4時，淀粉水解為糊精，粘度降低

pH4~7時，幾乎無影響；

pH=10時，糊化速度迅速加快

內源性酶：先使淀粉糊化加速，再使淀粉糊稀化（故新米比陳米更易煮爛）。4.淀粉的老化Starchstaling

(1)老化:

淀粉溶液經經緩慢冷卻或淀粉凝膠經長期放置，會變?yōu)椴煌该魃踔廉a生沉淀的現象，被稱為淀粉的老化。其實質是糊化的后的分子又自動排列成序，形成高度致密的結晶化的不溶解性分子微晶束。（2）影響淀粉老化的因素溫度：2~4℃

，淀粉易老化

>60℃

或<-20℃

，不易發(fā)生老化，含水量：含水量30~60%易老化含水量過低或過高，均不易老化；結構：直鏈淀粉易老化；聚合度

n中等的淀粉易老化；淀粉改性后，不均勻性提高，不易老化。

（2）影響淀粉老化的因素共存物的影響糊化淀粉在有單糖、二糖和糖醇存在時則不易老化。

脂類和乳化劑可抗老化，多糖（果膠例外）、蛋白質等親水大分子，可與淀粉競爭水分子及干擾淀粉分子平行靠攏，從而起到抗老化作用。5．淀粉的水解

制備低粘度淀粉制備低粘度糊精生產玉米糖漿

淀粉轉化為D-葡萄糖的程度（即淀粉糖化值）可用淀粉水解為葡萄糖當量（Dextroseequivalency,DE）來衡量，其定義是還原糖（按葡萄糖計）在玉米糖漿中所占的百分數（按干物質計）。DE與聚合度DP（Degreeofpolymerization）的關系如下：

DE＜20的產品稱為麥芽糊精，DE為20～60的為玉米糖漿

淀粉水解DE=100/DP

淀粉水解產品的功能性質水解度較大的產品a水解度較小的產品b水解度較大的產品水解度較小的產品甜味粘稠性可發(fā)酵性阻止冰晶生長吸濕性和保濕性形成質地褐變反應降低冰點泡沫穩(wěn)定性風味增強劑抑制糖結晶注：a高DE糖漿；b低DE糖漿和麥芽糖漿變性淀粉天然淀粉經適當的化學處理、物理處理或酶處理，使某些加工性能得到改善，以適應特定的需要，這種淀粉被稱為變性淀粉.變性方法:

物理變性,化學變性6.變性淀粉Modifiedstarch

只使淀粉的物理性質發(fā)生改變.

如：α-淀粉：將糊化后淀粉迅速干燥即得.α-淀粉應用：鰻魚飼料物理變性淀粉變性淀粉Modifiedstarch

氧化淀粉（oxidizedstarch)

淀粉分子中的羥基能夠被氯酸鈉、雙氧水、臭氧等氧化物氧化為羧基.

優(yōu)點：粘度低，不易老化，凝凍。用途：做增稠劑和糖果成型劑.酸降解淀粉(Aciddegradedstarch)

用H2SO4、HCl使淀粉降解.

優(yōu)點：可形成熱的粘稠物，放冷轉變成硬凝膠.用途:用于軟糖,果凍,糕點生產.變性淀粉Modifiedstarch化學變性淀粉接枝淀粉(Branchedstarch)

淀粉可以與聚乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯醇共混制成淀粉塑料.

淀粉塑料有一定的生物降解性，對解決塑料制品造成的“白色污染”有意義。變性淀粉Modifiedstarch三.果膠物質PecticSubstances

1.結構主鏈主要由D—吡喃半乳糖醛酸以α-1，4苷鍵相連組成的聚合物OOHOHOHOOOOOHOOHOHOOHCOOHCOOCHCOOHCOOCH33n原果膠Protopectin

果膠pectin果膠酸pecticacid2.分類PecticSubstances甲酯化程度下降酯化度：酯化的D-半乳糖醛酸殘基數占總D-半乳糖醛酸殘基總數的百分數3.果膠的物理—化學性質

PecticSubstances水解果膠酸，堿水解去甲酯和苷鍵裂解產物原果膠酶果膠酸溶解度:果膠與果膠酸在水中溶解度隨鏈長增加而減少。粘度:粘度與鏈長正比。PecticSubstances4.果膠凝膠的形成

（1）條件

高甲氧基果膠:脫水劑（蔗糖，甘油，乙醇）含量58—75%，pH2—3.5，果膠含量0.3—0.7%，在室溫甚至接近沸騰時果膠溶液也可以形成凝膠.

低甲氧基果膠:多價金屬離子,pH2.5—6.5

PecticSubstances（2）機制

脫水劑使高度含水的果膠分子脫水以及電荷中和而形成凝集體。

高甲氧基果膠形成凝膠必須在糖和酸存在下才能形成凝膠，又稱糖-酸-果膠凝膠，糖可使果膠粒表面吸附水減少，分子間形成結合區(qū)；酸能中和果膠所帶的負電荷，當pH達到一定值時，果膠接近電中性，溶解度最小，故酸能加速凝膠的形成。PecticSubstancesPecticSubstances

低甲氧基形成凝膠的機理是在二價陽離子等存在下，不同分子鏈的均勻區(qū)間形成分子間結合區(qū)。PecticSubstances（3）影響凝膠強度的因素

凝膠強度與分子量成正比分子量18*10414*10411.5*1045*1043*104凝膠強度（克/cm2）220—300180—220130—18020—50不成凝膠凝膠強度與酯化程度成正比完全酯化的聚半乳糖醛酸的甲氧基含量為

16.32%，以此作為100%酯化度。甲氧基含量>7%，成為高甲氧基果膠。甲氧基含量≤7%，稱為低甲氧基果膠。PecticSubstances（3）影響凝膠強度的因素四種不同酯化程度果膠形成凝膠條件名稱甲酯化度（甲氧基含量）形成凝膠的條件全甲酯化聚半乳糖醛酸100%（16.32%）只要有脫水劑即可形成速凝果膠70%（11.4%）加糖，加酸（pH3.0-3.4）慢凝果膠50-70%（8.2-11.4%）加糖，pH2.8-3.2低甲氧基果膠≤50%（≤7%）利用加糖，酸無效。只有加羥基交聯(lián)劑（Ca2+,Al3+)才形成。PecticSubstances（3）影響凝膠強度的因素PecticSubstances（3）影響凝膠強度的因素溫度：0-50

℃無影響，但溫度過高，果膠將發(fā)生降解

pH:pH太低，糖苷鍵水解，pH太高，果膠酯鍵水解PecticSubstances5.果膠在食品工業(yè)中的應用果凍凝膠軟糖果醬增稠劑酸奶穩(wěn)定劑解毒

其它多糖與支鏈淀粉的結構相似，含α-D-(1→4)和α-D-(1→6)糖苷鍵；但糖原比支鏈淀粉的分子量更大，支鏈更多

其它多糖Glycogenglycogenisastorageformofglucoseinmuscleandliver

四.其它多糖–beta(1→4)linkedpolymerofglucose–formsplanar,crystallinestructurethroughhydrogenbonding人體不能產生分解纖維素的酶。一些食草動物可以消化纖維素。性質不溶于水無還原性水解比淀粉困難得多，需用濃酸或稀酸在一定壓力下長時間加熱水解。cellulose

改性纖維素羧甲基纖維素(CMC)可與蛋白質形成復合物，有助于蛋白質食品的增溶，在餡餅、牛奶、蛋糊及布丁中作增稠劑和粘接劑。由于羧甲基纖維素對水的結合容量大，在冰淇淋和其它冷凍食品中，可阻止冰晶的形成。防止糖果，糖漿中產生糖結晶，增加蛋糕等烘烤食品的體積，延長食品的貨架期。

取代度DS為0.3～0.9，聚合度為500～2000

甲基纖維素

優(yōu)點：熱膠凝性、保濕性好.

用途：保濕劑、增稠劑、穩(wěn)定劑.。改性纖維素

微晶纖維素（Microcrystallinecellulose)

用稀酸處理纖維素,可以得到極細的纖維素粉末，稱為微晶纖維素。在療效食品中作為無熱量填充劑。改性纖維素魔芋葡甘露聚糖（KGM）

結構：由D-甘露糖與D-葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵連接而成。性質：能溶于水，形成高黏度的假塑性溶液，經堿處理脫乙酰后形成彈性凝膠，是一種熱不可逆凝膠。瓊脂

Agar來源

:

紅藻類的各種海藻。組成:瓊脂糖和瓊脂膠。

瓊脂糖:由

β-D-吡喃半乳糖（1-4）連接3，6-脫水α–L-吡喃半乳糖基單位構成。瓊脂膠:重復單位與瓊脂糖相似

，但含5%-10%的硫酸脂、一部分D-葡萄糖醛酸殘基和丙酮酸酯。性質:當溫度大大超過凝膠起始溫度時仍然穩(wěn)定。瓊脂在食品中的應用包括防止冷凍食品脫水收縮和提供需宜的質地，在加工的干酪和奶油干酪中使之具有穩(wěn)定性和需宜的質地，對焙烤食品和糖霜可控制水活性和阻止其變硬。此外，還用于肉制品罐頭。瓊脂

Agar氨基酸多糖

透明質酸硫酸軟骨素肝素

殼聚糖：（幾丁質，甲殼素）粘多糖殼聚糖

又稱幾丁質、甲殼質、甲殼素

①來源

：主要存在于甲殼類（蝦、蟹）等動物的外骨殼中。

②組成:N-乙酰-D-氨基葡萄糖或D-氨基葡萄糖以β-1，4糖苷鍵連接起來的氨基多糖。其基本結構單元是殼二糖。

③性質：甲殼素脫去分子中的乙?；笞?yōu)闅ぞ厶牵淙芙庑栽黾?，稱為可溶性的殼多糖。因其分子中帶有游離氨基，在酸性容液中易形成鹽，呈陽離子性質。在食品工業(yè)中常用作保鮮劑A.保鮮力強：兼具殺菌保鮮和氣調保鮮功能，因此，對呼吸特征較強的果蔬（如桃類、杏類、漿果類水果），保鮮效果特別明顯，B.無毒、安全：是一種具有保健效果的氨基多糖，其安全性與蔗糖相同，因此，對保鮮對象非但不會造成任何化學污染，而且對人體有益。C.成本低廉：使用到果蔬上，每公斤果蔬的保鮮成本僅僅約3分錢，可以大范圍推廣。D.應用范圍廣泛：用于果蔬和新鮮肉類的保鮮保健功能

A.減肥作用：利用β-甲殼素中的帶正電的離子與食物中帶負電的脂肪相結合阻斷脂肪分解酶的作用,使得脂肪在人體內不被吸收而直接排出體外，從而達到身體定型和減肥效果；

B.改善消化功能，強化人體的免疫功能；

C.天然無毒性抗癌效果，能抑制惡性腫瘤擴散與轉移；

D.控制膽固醇，預防動脈硬化和心血管疾病；E.甲殼素與食鹽中的氯離子結合成不被肌體吸收的聚合物排除體外，抑制過量攝入食鹽導致高血壓；F.減少人體內重金屬的積蓄；G.被人體吸收的β-甲殼素中帶正電的離子和人體血液中帶負電的脂肪中和排除體外，降低血脂的含量H.在胃部形成粘膜，保護胃部創(chuàng)傷不受胃酸的侵蝕，并且其準陽離子對細菌有很好的滅殺作用，促進胃傷的愈合，對胃潰瘍和胃炎很好的治療作用。

3.7

糖類化合物的測定

Measurementofcarbohydrate果膠纖維素半纖維素木質素無效碳水化合物（膳食纖維）單糖低聚糖糊精,淀粉，糖原有效碳水化合物糖類化合物的測定方法物理法旋光法相對密度法折光法化學法還原糖法碘量法顯色法色譜法紙色譜薄層色譜法GC,HPLC酶法一.可溶性糖類的提取和澄清提取液的制備常用提取劑為水和乙醇

不同樣品應用不同的制備方法:

取樣量的確定:一般樣品經純化處理后含糖量為0.5-3.5mg/ml.

含脂樣品應先脫脂,再用水提取.

含大量淀粉和糊精的樣品,應用乙醇提取.

含酒精和CO2的液體樣品應先將酒精和CO2除去,含酸樣品應先中和.固體樣品提取時加熱溫度不宜過高.

提取液的制備提取液的澄清能較完全地除去干擾物質不吸附或沉淀被測糖分不改變被測糖分的理化性質過量的澄清劑不干擾后面的分析,或易于除去澄清劑必須滿足的條件常用澄清劑中性醋酸鉛[Pb(CH3C00)2.3H2O]:能除去蛋白質,果膠,有機酸,單寧等雜質,不會沉淀還原糖,也不形成鉛糖,適于還原糖樣液的澄清,但脫色能力差.乙酸鋅和亞鐵氰化鉀溶液:除蛋白質能力強,但脫色能力差,適于高蛋白含量的淺色樣品,如乳制品,豆制品.硫酸銅和氫氧化鈉溶液:在堿性條件下,銅離子可使蛋白質沉淀,適于富含蛋白質的樣品.

此外還有堿性醋酸鉛,氫氧化鋁溶液,活性碳等,但堿性醋酸鉛能沉淀還原糖,氫氧化鋁溶液澄清效果差,活性碳能吸附糖.常用澄清劑中性醋酸鉛[Pb(CH3C00)2.3H2O]:一般先向樣液中加1-3ml飽和醋酸鉛溶液(約30%),待靜置分層后,再用幾滴醋酸鉛檢查上層清夜.乙酸鋅和亞鐵氰化鉀溶液:一般為50-75mL樣液中加乙酸鋅溶液(219gZn(CH3COO)2.2H2O/L)和亞鐵氰化鉀溶液(10.6%)各5mL硫酸銅和氫氧化鈉溶液:一般為50-75mL樣液中加10mL硫酸銅溶液(69.28gCu2SO4.5H2O)/L和4ml氫氧化鈉(1mol/L)澄清劑的用量樣液除鉛常用除鉛劑:草酸鈉,草酸鉀,硫酸鈉,磷酸二氫鈉等,可以以固體和液體狀態(tài)加入.加固體除鉛劑時應先將樣液定容,加液體除鉛劑時應先加除鉛劑再定容.二.還原糖的測定Determinationofreductivesugar

①2NaOH+CuSO4Na2SO4+Cu(OH)2(天藍色)

②氫氧化銅在酒石酸鉀納存在時呈溶液狀態(tài)

HOCH?COONa

O?CHCOONaCu(OH)2+Cu+2H2OHOCH?COOKO?CHCOOK③上述溶液與還原糖作用，在加熱滴定時，產生紅色的氧化亞銅沉淀。

OCHOONa

HOCH?COONaR-CHO+2Cu+2H2OR-COOH+2+Cu2OOCHCOOKHOCH?COOK1.菲林試劑法

原理：可用下列反應方程式表示步驟:1.樣品制備(提取,脫色,定容等)2.堿性酒石酸銅的標定3.樣品溶液預滴定4.樣品溶液正式滴定Determinationofreductivesugar菲林試劑法特點:試劑用量少,操作計算簡便,快速,滴定終點容易判斷

Determinationofreductivesugar適用范圍:為國標法,適于各類食品中還原糖的測定,但深色樣品應注意脫色.注意事項

應在沸騰狀態(tài)下滴定操作要快反應液堿度，煮沸時間，滴定速度均影響結果如果含有蛋白質，鞣質，樹脂等，可加乙酸鋅溶液沉淀，過濾除去。1.菲林試劑法DeterminationofreductivesugarDeterminationofreductivesugar2.碘量法

原理反應方程式

CH2OHCH2OH①(CHOH)4+I2+3NaOH→2NaI+H2O+(CHOH)4CHOCOONa②過量的碘可用硫代硫酸鈉標準溶液滴定.

I2+2NaOH

NaIO+NaI+H2O

NaIO+NaI+2HClI2+2NaCl+H2OI2+2Na2S2O32NaI+Na2S4O6Determinationofreductivesugar2.碘量法注意事項樣品中不能含有乙醇，丙酮等非糖的還原性試劑。加堿液應迅速且過量。樣品應充分研勻。分為常量法和微量法。適用范圍:適于醛糖和酮糖共存時醛糖的測定,適于各類食品.Determinationofreductivesugar3.3，5-二硝基水楊酸比色法原理：在氫氧化鈉和丙三醇（或酒石酸甲鈉）存在下，還原糖能將水楊酸中的硝基還原成氨基，此化合物在過量NaOH溶液中呈橘紅色，在540nm處有最大吸收，在一定范圍內，吸光度與還原糖含量成正比。DeterminationofGlucose---GlucoseOxidaseSystem

D-Glucose+O2

GluconicAcid+H2O2

H2O2+0-Dianisidine 2H2O+Oxidized0-Dianisidine (Colorless) (Brown)GlucoseOxidassePeroxidase三、總糖的測定DeterminationofTotalsugar酸水解后用菲林試劑法樣品酸水解測還原糖換算成總糖（以轉化糖計）2.蒽酮法糖類糠醛及其衍生物藍綠色化合物在620nm處有最大吸收

濃H2SO4蒽酮四.淀粉含量的測定

Determinationofstarch

1.菲林試劑法

原理:

淀粉在酸或酶的作用下水解為還原糖，然后用菲林試劑測定還原糖的含量，然后乘以換算系數0.9，即為淀粉含量。反應方程式

(C6H10O5)n+nH2OH+

?nC6H12O6

由反應可知，淀粉和葡萄糖含量之比

162.1：180.12=0.9：1

即0.9克淀粉水解后可得1克葡萄糖Determinationofstarch注意事項1.樣品含脂時應先用乙醚脫脂。2.水解時間和酸度應嚴格控制。3.水解時應進行回流，保證鹽酸濃度變化不大。4.針對樣品特點，選擇合適的前處理方法。Determinationofstarch2.酶水解法淀粉糊精+麥芽糖葡萄糖淀粉酶酸步驟原理（1）乙醚脫脂（2）85%乙醇去可溶性糖（3）加熱使淀粉糊化（4）酶解（至與碘不顯蘭色為止）（5）酸解（6）菲林試劑法測還原糖，換算3.碘量法（色差法）原理：淀粉與點生成深藍色的絡合物，依據顏色深淺可計算淀粉含量。Determinationofstarch

Amylose+I-BluecolorUsespectrometerfordeterminingtheamylose-iodinebluecolor

Amylopectin+I-

Reddishcolor.V.AnalysisofmonosaccharidesbyThinlayerChromatographyABSSolventForSpotARf=ASSilicagelasstationaryphaseQuantitationbydensitomer

Peaks1.GlucoseL:Linearoligo