食品化學(xué)-03碳水化合物

食品化學(xué)

第三章碳水化合物劉志彬liuzhibin@22866378福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院

Outline概述食品中的單糖食品中的低聚糖食品中的多糖第一節(jié)概述1.碳水化合物的分類（1）按組成分

單糖（Monosaccharides）：不能再被水解的多羥基醛或酮，是碳水化合物的基本單位。低聚糖（寡糖）(Oligasaccharides)

由2-10個(gè)單糖分子縮合而成，水解后生成單糖多糖(Polysaccharides)

由許多單糖分子縮合而成（2）按功能分結(jié)構(gòu)多糖貯存多糖抗原多糖第一節(jié)概述2.食品中的碳水化合物碳水化合物占所有陸生植物和海藻干重的3/4，它們廣泛存在于所有的谷物、蔬菜、水果以及其他人類能食用的植物中。最豐富的碳水化合物是纖維素，它們主要存在于植物細(xì)胞壁中。人類消費(fèi)的主要食品碳水化合物是淀粉和糖（葡萄糖、果糖、乳糖及蔗糖等）。大多數(shù)天然植物產(chǎn)品如蔬菜和水果中糖含量是很少的，谷類中也只含有少量的糖。淀粉是植物中最普遍貯藏能量的碳水化合物，廣泛分布在種子、根和塊莖中。食品中的糖類化合物(%)產(chǎn)品總糖量單糖和雙糖多糖蘋果14.5葡萄糖1.17果糖6.04蔗糖3.78淀粉1.5纖維素1.0葡萄17.3葡萄糖2.09果糖2.40蔗糖4.25纖維素0.6胡羅卜9.7葡萄糖2.07果糖1.09蔗糖4.25淀粉7.8纖維素1.0甜玉米22.1蔗糖12-17纖維素0.7甘薯26.3葡萄糖0.87蔗糖2-3淀粉14.65纖維素0.7肉葡萄糖0.1糖原0.1提供人類能量的絕大部分提供適宜的質(zhì)地、口感和甜味有利于腸道蠕動(dòng)，促進(jìn)消化（如麥芽糊精作增稠劑、穩(wěn)定劑）（如纖維素被稱為膳食纖維，低聚糖可促小孩腸道雙歧桿菌生長，促消化）第一節(jié)概述3.碳水化合物的功能（淀粉、乳糖、蔗糖、葡萄糖和果糖為世界人類膳食提供70%-80%的熱量）第二節(jié)食品中的單糖單糖的結(jié)構(gòu)單糖的物理性質(zhì)單糖的功能和作用單糖的化學(xué)性質(zhì)第二節(jié)食品中的單糖1.單糖的結(jié)構(gòu)——開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)醛糖酮糖第二節(jié)食品中的單糖1.單糖的結(jié)構(gòu)——環(huán)狀結(jié)構(gòu)呋喃糖醛類羰基非常活潑，容易受羥基氧原子親核進(jìn)攻在分子內(nèi)環(huán)化生成半縮醛，形成鄰位羥基內(nèi)醚。其中五元環(huán)稱為呋喃糖，六元環(huán)稱為吡喃糖。吡喃糖

HOCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHHOOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOCCOCH2OHCHHOHHCOHCHHCOHOHCOCH2OHOHCHHOHHCOHCHOHHCOHOHCHHCOHCHHHOHCCH2OHOC-D-Glucofuranose-D-Glucopyranoseaa

(35%)

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

(65%)

(0.5%)OHOH吡喃葡萄糖溶于水時(shí)，形成具有開環(huán)、五元環(huán)、六元環(huán)及七元環(huán)等不同異構(gòu)體組成的混合物。在室溫下以六元環(huán)（吡喃）為主，其次是五元環(huán)，七元環(huán)很少，開環(huán)的醛更少。第二節(jié)食品中的單糖1.單糖的結(jié)構(gòu)——幾個(gè)概念的復(fù)習(xí)（1）D-型，L-型：以有一個(gè)手性C原子的甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)，人為規(guī)定一種構(gòu)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(gòu)型以編號最大的手性C原子作為定位原子來確定。（2）α-型和β-型異頭物：當(dāng)半縮醛羥基與決定糖構(gòu)型的C原子上的羥基位于同側(cè)時(shí)稱α-型，位于異側(cè)時(shí)稱β-型。第二節(jié)食品中的單糖1.單糖的結(jié)構(gòu)——幾個(gè)概念的復(fù)習(xí)第二節(jié)食品中的單糖2.單糖的物理性質(zhì)——吸濕性和溶解性晶體糖會(huì)潮解，潮解的程度主要與糖的結(jié)構(gòu)、異構(gòu)體的存在和糖的純度有關(guān)。單糖和寡糖在水中的溶解性較好，在乙醇的溶解度較小，在其他有機(jī)溶劑如乙醚、三氯甲烷和苯中不溶。第二節(jié)食品中的單糖2.單糖的物理性質(zhì)——感官特性除了一些例外的情況，單糖和寡糖以及他們的糖醇都是甜的。β-D-甘露糖有苦味，某些寡糖也有苦味，如龍膽糖。3種最重要的甜味劑是蔗糖、淀粉糖漿（葡萄糖、麥芽糖和麥芽低聚糖的混合物）和葡萄糖。糖的品質(zhì)和甜度并不相同。蔗糖和其他糖類的區(qū)別在于，即使在高濃度下也有較好的味道。低聚糖的口感隨著鏈的增加而變差。第二節(jié)食品中的單糖3.單糖的作用及功能（1）親水功能（吸濕性或保濕性）糖分子中含有羥基，具有一定的親水能力因此具有一定的吸濕性或保濕性。吸濕性順序果糖>葡萄糖保濕性順序葡萄糖>果糖

面包、糕點(diǎn)、軟糖應(yīng)選吸濕性大的果糖或果葡糖漿.硬糖、酥糖及酥性餅干應(yīng)選吸濕性小的葡萄糖.第二節(jié)食品中的單糖3.單糖的作用及功能（2）甜味劑①甜度定義是一個(gè)相對值，以蔗糖作為基準(zhǔn)物，一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20°C時(shí)的甜度為100。②甜度

果糖>蔗糖>葡萄糖>麥芽糖>半乳糖糖溶液的相對甜度結(jié)晶的相對甜度β-D-果糖100-150180蔗糖100100α-D-葡萄糖40-7974β-D-葡萄糖小于α異構(gòu)體82α-D-半乳糖2732β-D-半乳糖21棉子糖23水赤木糖10③糖的相對甜度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35④糖醇的相對甜度第二節(jié)食品中的單糖4.單糖的化學(xué)反應(yīng)4.1糖苷(Glycosides)是由單糖或低聚糖的半縮醛羥基和另一個(gè)分子中的-OH、-NH2、-SH（巰基）等發(fā)生縮合反應(yīng)而得的化合物?！玂H～OR

糖配基（非糖部分）—ROH，RSH，RNH2組成無半縮醛羥基故無變旋現(xiàn)象，無還原性。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。植物中形成糖苷有利于不溶解的配基在水介質(zhì)中的運(yùn)輸。有些糖苷具有重要的生理功能，如類黃酮糖苷，強(qiáng)心糖苷。氮糖苷還是一類風(fēng)味增強(qiáng)劑。糖苷的性質(zhì)銀杏中的有效成分：銀杏黃酮醇苷，具有擴(kuò)張冠狀血管，改善血液循環(huán)。糖苷的生物活性許多糖苷僅存在于植物中，表現(xiàn)出一定的生物活性。如：黃豆苷（大豆，葛根中含有)可以促進(jìn)血液循環(huán)，提高腦血流量，對心血管疾病有顯著療效，治冠心病，腦血栓。某些生氰糖苷在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為氫氰酸，使人體中毒。如：苦杏仁苷，在酶作用下水解成HCN等杏、木薯、馬利豆等。糖苷的毒性二葡萄糖葡萄糖葡萄糖戊糖葡萄糖苦杏仁苷野黑櫻皮苷蜀黍苷巢菜苷第二節(jié)食品中的單糖4.單糖的化學(xué)反應(yīng)4.2氧化反應(yīng)醛糖非常容易氧化成醛糖酸，常常用于定量測定糖。當(dāng)醛糖的醛基氧化成羰基時(shí)，氧化劑被還原，醛糖稱為還原糖。葡萄糖氧化酶可將D-葡萄糖定量氧化成D-葡萄糖酸。該反應(yīng)通常被用于測量食品和其他生物材料中的D-葡萄糖的含量，還包括測定血中D-葡萄糖的含量。D-葡萄糖醛酸是果汁和蜂蜜中的天然組分。該反應(yīng)還可用于制造D-葡萄糖醛酸-1,5-內(nèi)酯（GDL)。4.2氧化反應(yīng)費(fèi)林法測定糖的含量。葡萄糖氧化酶法測定D-葡萄糖的含量。磚紅色沉淀第二節(jié)食品中的單糖4.單糖的化學(xué)反應(yīng)4.3還原反應(yīng)雙鍵加氫稱為氫化。當(dāng)應(yīng)用于碳水化合物時(shí)，氫加到醛糖或酮糖羰基的碳原子和氧原子的雙鍵上。D-葡萄糖在一定壓力與催化劑鎳存在情況下加氫非常容易氫化，產(chǎn)品為D-葡萄糖醇，通常稱為山梨醇。山梨醇廣泛存在于植物界，甜度為蔗糖的50%，一般用作保濕劑。4.3還原反應(yīng)D-甘露糖與D-果糖經(jīng)氫化可以得到D-甘露糖醇。D-甘露糖醇與山梨醇不同，它不是一種保濕劑，非常容易結(jié)晶，而且微溶，可以作為糖果的包衣。D-甘露糖醇的甜度為蔗糖的65％，被用于不含糖的巧克力、咀嚼的薄荷糖、止咳糖以及硬糖和軟糖等。4.3還原反應(yīng)木糖醇是由半纖維素（特別是樺樹中的半纖維素）制得的D-木糖經(jīng)氫化而成的一種糖醇。它的結(jié)晶在溶液中具有吸熱效應(yīng)，將其放在嘴中具有清涼感覺。它可應(yīng)用于硬糖和不含糖的膠姆糖中，其甜度為蔗糖的70%。木糖醇代替蔗糖使用時(shí)．可以減少齲齒的發(fā)生，因?yàn)槟咎谴疾荒鼙豢谇恢械奈⑸锎x生成牙斑。第二節(jié)食品中的單糖4.單糖的化學(xué)反應(yīng)4.4酯化與醚化碳水化合物中羥基與簡單醇的羥基相同，它能生成酯和醚。碳水化合物中羥基與有機(jī)酸和一些無機(jī)酸相互作用可以生成酯。不存在天然狀態(tài)的碳水化合物醚。但是多糖通過醚化可以改善它們的性質(zhì)使它們具有較廣的用途．例如甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉以及羥丙基纖維素醚和羥丙基酯淀粉等。第二節(jié)食品中的單糖4.單糖的化學(xué)反應(yīng)4.5非酶褐變褐變酶促褐變：多酚氧化酶催化，使酚類物質(zhì)氧化為醌。非酶促褐變焦糖化反應(yīng)

Caramelization美拉德褐變反應(yīng)MaillardReaction4.5非酶褐變——焦糖化反應(yīng)1.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(yīng)，產(chǎn)生粘稠的黑褐色焦糖，這一反應(yīng)稱焦糖化反應(yīng)。此反應(yīng)應(yīng)用于食品工業(yè)制造焦糖色素。2.反應(yīng)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(zhì)焦糖是一種黑褐色膠態(tài)物質(zhì)，等電點(diǎn)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。4.5非酶褐變——焦糖化反應(yīng)4.焦糖化反應(yīng)產(chǎn)生色素的過程蔗糖形成焦糖的過程可以分為三個(gè)階段。開始階段：蔗糖熔融后，溫度約達(dá)200℃左右，經(jīng)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。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(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間約55分鐘，在此階段失水約9%，形成焦糖酐產(chǎn)物，可溶于水及乙醇，味苦，平均分子式為C24H36O18。最后階段：焦糖酐進(jìn)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(jié)構(gòu)尚不清楚。4.5非酶褐變——焦糖化反應(yīng)5.焦糖色素在食品工業(yè)上的應(yīng)用

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

3～44.5非酶褐變——美拉德反應(yīng)1美拉德褐變的定義：羰基化合物和氨基化合物在少量水存在下反應(yīng)，形成褐色色素的過程。2美拉德褐變發(fā)生的條件：少量氨基化合物、還原糖和少量水存在。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4.5非酶褐變——美拉德反應(yīng)3美拉德褐變的反應(yīng)機(jī)理（過程）氨基和羰基縮合形成葡基胺。葡基胺發(fā)生

Amadori重排。

糖脫水糖裂解氨基酸降解醇醛縮合，生成產(chǎn)物常脫水生成更穩(wěn)定的不飽和醛。在連續(xù)不斷的醇醛縮合反應(yīng)之后，在氨基酸或蛋白質(zhì)的參與下，聚合成類黑精素。

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(fēng)味物質(zhì)4美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物麥芽酚異麥芽酚2-H-4-羥基-5-甲基-呋喃-3-酮隨著反應(yīng)的進(jìn)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(chǎn)生）褐變初期，紫外線吸收增強(qiáng)，伴隨有熒光物質(zhì)產(chǎn)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(zhì)出現(xiàn)。5美拉德反應(yīng)的特點(diǎn)6影響美拉德反應(yīng)的因素（1）糖的種類及含量

a.開鏈?zhǔn)剑经h(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（3）pH

pH4-9范圍內(nèi)，隨著pH上升，褐變上升當(dāng)pH≤6時(shí)，褐變反應(yīng)程度較輕微

pH在7.8—9.2范圍內(nèi)，褐變嚴(yán)重6影響美拉德反應(yīng)的因素在中性條件下在酸性條件下（4）溫度：升溫易褐變（5）水分：褐變需要一定水分，但過多的水分會(huì)降低褐變的速率6影響美拉德反應(yīng)的因素6影響美拉德反應(yīng)的因素（6）SO2和亞硫酸鹽類黑精素∕亞硫酸鹽防止褐變的機(jī)理示意圖6影響美拉德反應(yīng)的因素（7）金屬離子Cu(I),Cu(II),Fe(II),Fe(III)能加速美拉德褐變的發(fā)生，其他金屬離子影響較小。可以用一些金屬螯合劑（如EDTA）控制。（8）氧間接因素，影響不大。7美拉德反應(yīng)對食品品質(zhì)的影響營養(yǎng)損失，特別是必須氨基酸損失嚴(yán)重產(chǎn)生某些致癌，致突變產(chǎn)物產(chǎn)生CO2,引起罐頭食品脹罐褐變產(chǎn)生深顏色及強(qiáng)烈的香氣和風(fēng)味，賦予食品特殊氣味和風(fēng)味.類黑精素具有抗氧化作用不利方面有利方面8美拉德反應(yīng)在食品工業(yè)中的運(yùn)用a.抑制Maillard反應(yīng)注意選擇原料如土豆片，選氨基酸、還原糖含量少的品種，一般選用蔗糖。保持低水分蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥劑。如SiO2等。8美拉德反應(yīng)在食品工業(yè)中的運(yùn)用應(yīng)用SO2

硫處理對防止酶褐變和非酶褐變都很有效。保持低pH值常加酸，如檸檬酸，蘋果酸。其它的處理熱水燙漂除去部分可溶固形物，降低還原糖含量。冷藏庫中馬鈴薯加工時(shí)回復(fù)處理(Reconditioniny)鈣處理如馬鈴薯淀粉加工中，加Ca(OH)2可以防止褐變，產(chǎn)品白度大大提高。8美拉德反應(yīng)在食品工業(yè)中的運(yùn)用b.利用Maillard反應(yīng)在面包生產(chǎn)，咖啡，紅茶，啤酒，糕點(diǎn)，醬油等生產(chǎn)中產(chǎn)生特殊風(fēng)味，香味通過控制原材料、溫度及加工方法，可制備各種不同風(fēng)味、香味的物質(zhì)。控制原材料

控制溫度不同加工方法

核糖+半胱氨酸：烤豬肉香味核糖+谷胱甘肽：烤牛肉香味葡萄糖+纈氨酸木糖+酵母水解蛋白100-150℃烤面包香味180℃巧克力香味90℃餅干香型160℃醬肉香型土豆大麥水煮:125種香氣75種香氣烘烤:250種香氣150種香氣第三節(jié)食品中的低聚糖由2-20個(gè)糖單位通過糖苷鍵連接的碳水化合物稱為低聚糖，超過20個(gè)糖單位則稱為多糖。天然存在的低聚糖很少，大多數(shù)低聚糖是由多糖水解而成的。1食品中重要的低聚糖——麥芽糖由淀粉水解制得的二糖，在環(huán)的末端具有潛在的游離醛基，因此是一種還原糖。麥芽糖被少量用作食品的溫和甜味劑。食品中重要的低聚糖——乳糖乳糖是乳中存在的二糖。發(fā)酵乳制品中乳糖含量很少。乳糖具有刺激小腸媳婦和持留鈣的能力。乳糖不耐癥食品中重要的低聚糖——蔗糖蔗糖是非還原糖。商品蔗糖有兩種主要來源—甘蔗糖與甜菜糖。蔗糖親水性極強(qiáng)和溶解性極大，因此，能形成具高滲透性的高濃度溶液。促進(jìn)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(hù)肝臟生成營養(yǎng)素分解致癌物2功能性低聚糖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.環(huán)狀糊精Cyclodextrin（CD）又名沙丁格糊精（Schardinger

Dextrin），由環(huán)狀α-Ｄ-吡喃葡萄糖苷構(gòu)成。聚合度為6、7、8，分別成為α、β、γ-環(huán)狀糊精。環(huán)狀糊精為中空圓柱形結(jié)構(gòu)，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。CD的運(yùn)用①食品行業(yè)做增稠劑，穩(wěn)定劑，提高溶解度（做乳化劑），掩蓋異味等。食品保鮮將CD和其它生物多糖制成保鮮劑。涂于面包、糕點(diǎn)表面可起到保水保形的作用。除去食品的異味魚品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用CD包接可除去。作為固體果汁和固體飲料酒的載體。CD的運(yùn)用②醫(yī)學(xué)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。③農(nóng)業(yè)應(yīng)用在農(nóng)藥上④化妝品作乳化劑，提高其穩(wěn)定性，減輕對皮膚的刺激作用。⑤其他方面香精包含在環(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(jīng)CD包接香精后添加到洗衣粉中。第四節(jié)食品中的多糖

（一）多糖的特性多糖是單糖的聚合物，大多數(shù)是超過20個(gè)單糖的聚合物。多糖中單糖的個(gè)數(shù)稱為聚合度（DP），纖維素的DP最大，達(dá)7000-15000。在自然界，超過90%的碳水化合物是以多糖的形式存在。由相同的糖基單位組成的多糖稱為均一多糖。兩種或多種不同的單糖單位組成的多糖稱為雜多糖。（一）多糖的特性1.多糖的溶解性多糖分子鏈中的每個(gè)糖基單位大多數(shù)平均含有3個(gè)羥基，有幾個(gè)氫鍵結(jié)合位點(diǎn)，每個(gè)羥基均可和一個(gè)或多個(gè)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(gè)單糖單位能夠完全被溶劑化，使之具有較強(qiáng)的持水能力和親水性，使整個(gè)多糖分子成為水溶性的。多糖不會(huì)顯著降低水的冰點(diǎn)，是一種冷凍穩(wěn)定劑。在冷凍情況下，大多數(shù)多糖處于冷凍濃縮狀態(tài)，限制了結(jié)合水的運(yùn)動(dòng)，抑制了冰晶的長大，提供了冷凍穩(wěn)定性。大部分多糖不具有結(jié)晶，易于水合和溶解。水溶性多糖和改性多糖被稱為膠或親水膠體。（一）多糖的特性2.多糖的黏度和穩(wěn)定性多糖（膠、親水膠體）主要用于增稠和膠凝，此外，還能控制液體食品與飲料的流動(dòng)性與質(zhì)構(gòu)以及改變半團(tuán)體食品的變形性等?？扇苄源蠓肿佣嗵嵌伎梢孕纬烧吵砣芤?。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(gòu)象。

多糖分子的無規(guī)線團(tuán)

一般多糖分子在溶液中呈無序的無規(guī)則線團(tuán)狀態(tài)。線團(tuán)的性質(zhì)同單糖的組成與連接有關(guān)。相同分子質(zhì)量的線性多糖和高度支鏈多糖在溶液中占有的相對體積

溶液中線性高聚物分子選擇時(shí)占很大空間，分子間碰撞頻率高，產(chǎn)生摩擦，因此具有很高黏度。大分子溶液的粘度取決于分子的大小、高聚物鏈的形狀及柔順性。

直連多糖分子所占體積比具有相同分子量的支鏈多糖分子大得多，相互碰撞頻率也高，溶液的黏度也比較高。分子大小、形狀對黏度的影響帶電荷的直連多糖，由于同種電荷產(chǎn)生的靜電排斥力，引起鏈伸展，使鏈長增加，高聚物體積增大，因而溶液的黏度大大提高。不帶電荷的直鏈均勻多糖分子傾向于締合和形成部分結(jié)晶，從而出現(xiàn)沉淀或膠凝。

直連淀粉的老化就是不帶電荷的直鏈淀粉分子間發(fā)生締合而發(fā)生沉淀、變硬的現(xiàn)象。海藻酸鈉、黃原膠、卡拉膠具有帶電基團(tuán)，因而能形成穩(wěn)定的具有高黏度的溶液。凈電荷對黏度的影響大多數(shù)親水膠溶液隨溫度身高而黏度下降。利用此性質(zhì)，可在高溫下溶解較高含量的膠，溶液冷卻后黏度上升而變稠。黃原膠是例外，黃原膠在0-100度內(nèi)黏度基本保持不變。溫度對黏度的影響（一）多糖的特性3.凝膠典型的三維網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)示意圖

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(zhì)等大分子，可通過氫鍵、疏水相互作用、范德華引力、離子橋接、纏結(jié)或共價(jià)鍵等相互作用，在多個(gè)分子間形成多個(gè)聯(lián)結(jié)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。凝膠的二重性凝膠既具有固體性質(zhì)，也具有液體性質(zhì)。三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對外界應(yīng)力具有顯著的抵杭作用使其在某些方面呈現(xiàn)彈性固體性質(zhì)。連續(xù)液相中的分子是完全可以移動(dòng)的，使凝膠的硬度比正常固體小，因此，在某些方面呈現(xiàn)黏性液體性質(zhì)。凝膠是一種黏彈性的半固體，即凝膠對應(yīng)力的響應(yīng)具有部分彈性固體性質(zhì)和部分黏性液體性質(zhì)。（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(zhì)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。

第四節(jié)食品中的多糖

（二）淀粉植物中主要的食用貯藏物是淀粉，為世界人類提供70%-80%

的熱量。淀粉和改性淀粉在食品中有廣泛的應(yīng)用，可作為黏著劑、黏合劑、混濁劑、噴粉劑、成膜劑、穩(wěn)泡劑、保鮮劑、膠凝劑、上光劑、持水劑、穩(wěn)定劑、質(zhì)構(gòu)劑以及增稠劑等。淀粉以顆粒的形式存在，淀粉顆粒比較緊密，不溶于水，但在冷水中能少量水合。淀粉漿料燒煮時(shí)，黏度顯著提高，起到增稠作用。大多數(shù)淀粉顆粒是由兩種結(jié)構(gòu)不同的高聚物組成的混合物：一種是直鏈多糖，稱為直鏈淀粉；另一種是具有高度支鏈的多糖．稱為支鏈淀粉。（二）淀粉1.直鏈淀粉(Amylose)葡萄糖以α-1,4糖苷鍵連接。會(huì)形成右手螺旋狀結(jié)構(gòu)。在螺旋內(nèi)部只含有氫原子，是親油的，羥基位于螺旋外側(cè)。（二）淀粉2.支鏈淀粉(Amylopectin)支鏈淀粉是一種高度分支的大分子。主鏈的葡萄糖由α-1,4糖苷鍵連接。支鏈通過α-1,4糖苷鍵連接與主鏈連接。大多數(shù)淀粉中含有75%支鏈淀粉，含100%支鏈淀粉稱為蠟質(zhì)淀粉。馬鈴薯支鏈淀粉略帶負(fù)電，在溫水中快速吸水膨脹，使馬鈴薯淀粉具有粘度高，透明度好及老化速率慢的特性。淀粉粒在適當(dāng)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(zhì)是微觀結(jié)構(gòu)從有序轉(zhuǎn)變成無序。（二）淀粉3.淀粉的糊化(Gelatinization)糊化溫度：淀粉在有大量水存在并持續(xù)加熱時(shí)完全失去結(jié)晶性，雙折射從開始消失到完全消失的溫度范圍。各種淀粉糊化溫度不一樣，受顆粒大小，結(jié)晶結(jié)構(gòu)，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℃

可逆吸水階段不可逆吸水階段淀粉顆粒解體影響淀粉糊化的因素結(jié)構(gòu)：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。糖:高濃度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制。鹽:高濃度的鹽使淀粉糊化受到抑制；低濃度的鹽存在，對糊化幾乎無影響。但對馬鈴薯淀粉例外，因?yàn)樗辛姿峄鶊F(tuán)，低濃度的鹽影響它的電荷效應(yīng)。酸度:內(nèi)源性酶：在糊化初期，淀粉粒吸水膨脹已經(jīng)開始而淀粉酶尚未被鈍化前，可使淀粉降解（稀化），淀粉酶的這種作用將使淀粉糊化加速。故新米（淀粉酶酶活高)比陳米更易煮爛。影響淀粉糊化的因素pH<4時(shí)，淀粉水解為糊精，粘度降低（故高酸食品的增稠需用交聯(lián)淀粉）；pH4-7時(shí)，幾乎無影響；pH=10時(shí)，糊化速度迅速加快（二）淀粉4.淀粉的老化(Starchstaling)淀粉溶液經(jīng)緩慢冷卻或淀粉凝膠經(jīng)長期放置，會(huì)變?yōu)椴煌该魃踔廉a(chǎn)生沉淀的現(xiàn)象，被稱為淀粉的老化。其實(shí)質(zhì)是糊化的后的分子又自動(dòng)排列成序，形成高度致密的結(jié)晶化的不溶解性分子微晶束。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（10%）或過高均不易老化。結(jié)構(gòu)直鏈淀粉比支鏈淀粉易老化（粉絲）。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。共存物的影響糊化淀粉在有單糖、二糖和糖醇存在時(shí)則不易老化。脂類和乳化劑可抗老化，多糖（果膠例外）、蛋白質(zhì)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。淀粉轉(zhuǎn)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(dāng)量（Dextroseequivalency,DE）來衡量，其定義是還原糖（按葡萄糖計(jì)）在玉米糖漿中所占的百分?jǐn)?shù)（按干物質(zhì)計(jì)）。DE與聚合度DP的關(guān)系如下：（二）淀粉5.淀粉的水解DE＜20的產(chǎn)品稱為麥芽糊精，DE為20～60的為玉米糖漿DE=100/DP淀粉水解產(chǎn)品的功能性質(zhì)水解度較大的產(chǎn)品性質(zhì)（高DE玉米糖漿）水解度較小的產(chǎn)品性質(zhì)（低DE玉米糖漿與麥芽糊精）甜味粘稠性吸濕性和保濕性形成質(zhì)地降低冰點(diǎn)泡沫穩(wěn)定性風(fēng)味增強(qiáng)劑抑制糖結(jié)晶可發(fā)酵性阻止冰晶生長褐變反應(yīng)（二）淀粉6.變性淀粉天然淀粉經(jīng)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理、物理處理或酶處理，使某些加工性能得到改善，以適應(yīng)特定的需要，這種淀粉被稱為變性淀粉。天然淀粉燒煮時(shí)形成質(zhì)地差、黏性、橡膠態(tài)的淀粉糊，在淀粉糊冷卻時(shí)形成不期望的凝膠。淀粉的性質(zhì)可通過改性進(jìn)行改善，經(jīng)改性的淀粉糊能耐熱、剪切以及酸等加工條件，并具有特殊的功能性質(zhì)。變性方法:

物理變性,化學(xué)變性

只使淀粉的物理性質(zhì)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(yīng)用：鰻魚飼料家用洗滌劑物理變性淀粉化學(xué)變性淀粉氧化淀粉（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(diǎn)：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(diǎn)：可形成熱的粘稠物，放冷轉(zhuǎn)變成硬凝膠.用途:用于軟糖,果凍,糕點(diǎn)生產(chǎn)。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。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分，對植物性食品的質(zhì)地影響較大.①結(jié)構(gòu)由葡萄糖通過β-（1-4）糖苷鍵連接構(gòu)成。為線性結(jié)構(gòu)，由無定型區(qū)和結(jié)晶區(qū)構(gòu)成。第四節(jié)食品中的多糖

（三）纖維素人體不能產(chǎn)生分解纖維素的酶。一些食草動(dòng)物可以消化纖維素。②性質(zhì)

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(shí)間加熱水解。③改性纖維素羧甲基纖維素(CMC)CMC易溶于水，是應(yīng)用最廣泛的一種食品膠。CMC是帶有負(fù)電的長鏈棒狀分子，由于分子間靜電斥力使分子在溶液中高度伸展，因此CMC溶液不僅穩(wěn)定，而且粘度很高。CMC是陰離子聚合物，可與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，有助于蛋白質(zhì)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(jié)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(chǎn)生糖結(jié)晶，增加蛋糕等烘烤食品的體積，延長食品的貨架期。甲基纖維素（MC)MC是一種非離子纖維素醚，通過醚化在纖維素中引入甲基二制成的。MC有4種重要功能：增稠、表面活性、成膜性及形成熱凝膠（冷卻時(shí)熔化）。熱凝膠性是指在加熱時(shí)形成凝膠，冷卻時(shí)熔化，膠凝溫度范圍為50-70度。由于醚基的存在，MC有一定表面活性并吸附在界面，有助于穩(wěn)定乳狀液和泡沫。食品產(chǎn)品中使用甲基纖維素可減少脂肪用量，它具有兩個(gè)機(jī)理：1.它們能提供類脂肪的性質(zhì)，所以產(chǎn)品的脂肪含量可以減少；2.可以減少油炸食品中的吸附，這是由于由熱膠凝產(chǎn)生的凝膠結(jié)構(gòu)具有阻油和持水的能力，它好似一種粘合劑。第四節(jié)食品中的多糖

（四）半纖維素半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和果膠是構(gòu)成職務(wù)細(xì)胞壁的材料。半纖維素是一種細(xì)胞壁多糖。（五）海藻酸鹽海藻酸是從褐藻中提取得到的，大多以鈉鹽形式存在。海藻酸鹽分子鏈中G塊（L古洛糖醛酸）很易與Ca2+作用,兩條分子鏈G塊間形成一個(gè)洞,結(jié)合Ca2+形成“蛋盒”模型。形成的凝膠是熱不可逆的。

①結(jié)構(gòu)D-吡喃半乳糖醛酸以α-1，4苷鍵相連，通常以部分甲酯化存在，即果膠。②分類

以酯化度分類原果膠

果膠果膠酸第四節(jié)食品中的多糖

（六）果膠物質(zhì)甲酯化程度下降高度甲酯化的果膠物質(zhì)。只存在于植物細(xì)胞壁中，不溶于水。未成熟的果實(shí)和蔬菜中，它使果實(shí)，蔬菜保持較硬的質(zhì)地。部分甲酯化的果膠物質(zhì)。存在于植物汁液中。不含甲酯基，即羥基游離的果膠物質(zhì)。③果膠的物理，化學(xué)性質(zhì)

A.水解果膠在酸、堿條件下發(fā)生水解，生成去甲酯及苷鍵裂解產(chǎn)物。原果膠在果膠酶和果膠甲酯酶作用下，生成果膠酸。

B.溶解度果膠與果膠酸在水中溶解度隨鏈長增加而減少，

C.粘度粘度與鏈長成正比。④果膠凝膠的形成高甲氧基果膠(HM):分子中超過一半的羧基是甲酯化的(DE>50%)。條件：可溶性固形物含量（一般是糖）超過55%，pH2.0-3.5。機(jī)制：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，糖可使果膠粒表面吸附水減少，分子間形成結(jié)合區(qū)；酸能中和果膠所帶的負(fù)電荷，當(dāng)pH達(dá)到一定值時(shí)，果膠接近電中性，溶解度最小，故酸能加速凝膠的形成。④果膠凝膠的形成低甲氧基果膠(LM):分子中低于一半的羧基是甲酯化的(DE<50%)。條件：多價(jià)金屬離子（Ca2+）的參與，可溶性固形物含量為10%-20%，pH2.5-6.5。機(jī)制：低甲氧基形成凝膠的機(jī)理是在二價(jià)陽離子等存在下，不同分子鏈的均勻區(qū)間形成分子間結(jié)合區(qū)。第四節(jié)食品中的多糖

（七）卡拉膠卡拉膠含有硫酸鹽陰離子，易溶于水?？ɡz同牛奶蛋白質(zhì)可以形成穩(wěn)定的復(fù)合物。（八）瓜爾膠與刺槐豆膠瓜爾膠（GG）:商品膠中黏度最高的一種膠，易于水合產(chǎn)生很高的黏度。刺槐豆膠（LBG）:分子具有長的光滑區(qū)，能與其他多糖如黃原膠和卡拉膠的雙螺旋相互作用，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的黏彈性凝膠。第四節(jié)食品中的多糖

（九）黃原膠黃原膠是一種微生物多糖，運(yùn)用廣泛。能溶于冷水和熱水，低濃度時(shí)具有高的黏度，在寬廣的范圍內(nèi)（0-100℃），溶液黏度不變，與鹽具有相容性，在酸性食品中保持溶解與穩(wěn)定，具有良好的冷凍與解凍穩(wěn)定性。（十）魔芋葡甘露聚糖（十一）阿拉