食品化學碳水化合物部分

食品化學碳水化合物部分第一節(jié)概述定義(Definition)經(jīng)驗式(Empiricalformula)分類(Classification)功能(Functions)第2頁,共81頁，2024年2月25日，星期天一、內(nèi)涵碳水化合物是包含一個羰基(carbonylgroup,-C=O)的多羥基化合物（polyhydroxylcompounds,-OH）。經(jīng)驗式(Empiricalformula)：Cm(H2O)n,特殊情況：C2H4O2、C3H6O3(乳酸)、C5H10O4（脫氧核糖）和C6H12O5（鼠李糖）。根據(jù)官能團(functionalgroup)，碳水化合物分為：Aldoses（醛糖）和

ketoses（酮糖）根據(jù)單糖聚合度(singlesugarunit)，碳水化合物分為：

Monosaccharides（單糖）:1unitOligosaccharides（低聚糖）:2-10units(二糖Disaccharides:2units)Polysaccharides（多糖）:>10units第3頁,共81頁，2024年2月25日，星期天Aldoses(醛糖)第4頁,共81頁，2024年2月25日，星期天Ketoses(酮糖)第5頁,共81頁，2024年2月25日，星期天Monosaccharides(單糖)第6頁,共81頁，2024年2月25日，星期天Oligosaccharides(低聚糖)蔗糖麥芽糖第7頁,共81頁，2024年2月25日，星期天Polysaccharides(多糖)纖維素直鏈淀粉第8頁,共81頁，2024年2月25日，星期天二、功能(Functions)碳水化合物可以提供生物體所需的能量和熱量。碳水化合物可以用作重要的甜味劑和保藏劑。碳水化合物可以賦予食物風味和顏色。碳水化合物可以提供黏性、膠凝性和穩(wěn)定性。第9頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.1提供能量和熱量

根據(jù)目前中國膳食碳水化合物的實際攝入量,2000年聯(lián)合國糧農(nóng)組織重新修訂了我國健康人群的碳水化合物供給量應為總能量攝入的55%-65%,以保障人體能量和營養(yǎng)素的需要。第10頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.2用作甜味劑和保藏劑所有的單糖、部分低聚糖和糖醇都具有甜度但是多糖不具有甜味。單糖(Monosaccharides):葡萄糖(glucose),果糖(fructose),果葡糖漿(HFCS)等。低聚糖(Oligosaccharides):蔗糖(Sucrose),麥芽糖(Maltose),龍膽三糖(Gentianose),棉子糖(Raffinose)等。糖醇(Sugaralcohol):山梨糖醇(sorbitol),木糖醇(xylitol),赤蘚糖醇(erythritol),異麥芽糖醇(Isomalt)等。甜味劑第11頁,共81頁，2024年2月25日，星期天葡萄糖和果糖第12頁,共81頁，2024年2月25日，星期天蔗糖和麥芽糖蔗糖麥芽糖第13頁,共81頁，2024年2月25日，星期天山梨醇和木糖醇木糖醇山梨醇第14頁,共81頁，2024年2月25日，星期天以20oC時10%或15%的蔗糖溶液的甜度為1.0。糖度糖甜度蔗糖α-D-葡萄糖β-D-果糖1.000.701.50α-D-半乳糖α-D-甘露糖α-D-木糖0.270.590.50第15頁,共81頁，2024年2月25日，星期天用作保藏劑(Preservers)例如：50%的蔗糖可以抑制酵母(yeasts)。65%的蔗糖可以抑制細菌(bacterias)。80%的蔗糖可以抑制霉菌(molds)。第16頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.3賦予顏色和風味碳水化合物可以賦予食品誘人的色澤(金黃色或褐色)如，美拉德反應(Maillardreaction)產(chǎn)生的類黑精（Melanoidin),以及焦糖化反應(Caramelization)產(chǎn)生的焦糖色(Caramel)。碳水化合物可以賦予食品誘人的風味，如美拉德反應中斯特克勒爾(Streckerreaction)降解產(chǎn)生的吡嗪(Pyrazine)。第17頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.4黏性、膠凝性和穩(wěn)定性所有的糖都有黏性。糖的黏性與分子量成正相關(guān)。淀粉糖漿(Starchsyrup)和果葡糖漿常被用作提高食物黏度。多糖具有膠凝性，如淀粉(starch)、纖維素(cellulose)、羥甲基纖維素(CMC)、果膠(pectin)、瓜爾豆膠(guargum)和瓊脂(agar)。多糖具有很好的親水性和疏水性，可以改善食品的穩(wěn)定性。如糊精(Cyclodextrins)、黃原膠(xanthangum)等。

第18頁,共81頁，2024年2月25日，星期天膠凝性(Gelatinization)Starch淀粉第19頁,共81頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)定性(Stabilization)糊精能夠提高各種化合物的化學和物理穩(wěn)定性。4141lipophilic(疏水的)centralcavityhydrophilic(親水的)outersurfaceCyclodextrins（糊精）CCCCCC第20頁,共81頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)單糖分類(Classification)專業(yè)術(shù)語(Nomenclatures)構(gòu)型和構(gòu)象(Configurationandconformation)物理性質(zhì)(Physicalproperties)化學性質(zhì)(Chemicalproperties)單糖衍生物(Derivants)第21頁,共81頁，2024年2月25日，星期天一、

分類分類(Classification):醛糖(Aldoses)和酮糖(Ketoses)

丙糖(Trioses),丁糖

(Tetroses),戊糖(Pentoses)，己糖(Hexoses)重要的單糖(Importantmonosaccharides):葡萄糖(Glucose),

果糖(Fructose),

半乳糖(Galactose),

甘露糖(Mannose).第22頁,共81頁，2024年2月25日，星期天醛糖(Aldoses)手性碳原子(chiralcarbonatom)差向異構(gòu)體(epimer)C4差向異構(gòu)體C2C2差向異構(gòu)體C4第23頁,共81頁，2024年2月25日，星期天手性碳原子甘油醛(Glyceraldehyde)(1)葡萄糖(Glucose)(4)將連有四個不同基團的碳原子形象地稱為手性碳原子第24頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.1D-/L-型生物界中只存在D-型碳水化合物

。

L-甘油醛

D-甘油醛

根據(jù)甘油醛D-/L-型定義，將碳水化合物中離羰基最遠的手性碳原子上的-OH在右方的，定義為D-型，而指向左方的則定義為L-型。

二、構(gòu)型和構(gòu)象第25頁,共81頁，2024年2月25日，星期天

D-型葡萄糖

L-型葡萄糖第26頁,共81頁，2024年2月25日，星期天酮糖(Ketoses)C5差向異構(gòu)體C5C第27頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.2α/β型半縮醛上連接的羥基與末端碳上連接的羥基，在同側(cè)的，為β型；在異側(cè)的，為α型。αβ葡萄糖656544332211第28頁,共81頁，2024年2月25日，星期天265431αβ果糖221166334455第29頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.3呋喃型/吡喃型

吡喃型比呋喃型穩(wěn)定PyranoidformFuranoidform第30頁,共81頁，2024年2月25日，星期天構(gòu)象：由于分子中的某個原子（基團）繞C-C單鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成的不同的暫時性的易變的空間結(jié)構(gòu)形式。不同的構(gòu)象之間可以互相轉(zhuǎn)變。構(gòu)型：分子中由于某個原子（基團）特有的固定空間排列方式不同而使它呈現(xiàn)出不同的較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。第31頁,共81頁，2024年2月25日，星期天兩個聚合物具有相同的化學成分，但是必須通過鍵斷裂或重組才能形成一樣的空間結(jié)構(gòu)，那么這兩種聚合物被認為是構(gòu)型不同。(e.g.L/D,α/β).兩個聚合物之間可以通過單鍵的旋轉(zhuǎn)形成一樣的空間結(jié)構(gòu)，那么這兩種聚合物被認為是構(gòu)象不同。(e.g.船式和椅式構(gòu)象).第32頁,共81頁，2024年2月25日，星期天三、

單糖物理性質(zhì)甜度(Sweetness):感官評定法(Sensorycomparisonmethod)旋光性(Opticalactivity):旋光度(Opticalrotation),比旋光度(Specificrotation),變旋現(xiàn)象(Mutarotation)溶解性(Dissolubility):分子結(jié)構(gòu)(Molecularstructure)和溫度(Temperature)第33頁,共81頁，2024年2月25日，星期天以20oC時10%或15%的蔗糖溶液的甜度為1.0。其他的碳水化合物與該標準品做對比。3.1甜度(Sweetness)糖甜度蔗糖α-D-葡萄糖β-D-果糖1.000.701.50α-D-半乳糖α-D-甘露糖α-D-木糖0.270.590.50第34頁,共81頁，2024年2月25日，星期天糖的甜度與分子量成負相關(guān)性。所有的單糖、部分低聚糖和糖醇都具有甜度但是多糖不具有甜味。糖的甜度與分子構(gòu)型有關(guān)。α-D-glucose>β-D-glucoseβ-D-fructose>α-D-fructose第35頁,共81頁，2024年2月25日，星期天3.2旋光性(Opticalactivity)旋光性是一種物質(zhì)使偏振光的振動平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的特性，使偏振光平面向右旋轉(zhuǎn)的成為右旋糖，D-或（+）。使偏振光平面向左旋轉(zhuǎn)的成為左旋糖，L-或（-）。除了丙酮糖(acetonesugar)外，單糖分子中都含有手性碳原子，因此其溶液都具有旋光性。糖比旋光度D-果糖D-葡萄糖D-半乳糖-92.4o+52.2o+80.2o麥芽糖蔗糖乳糖+130.4o+66.5o+55.4o第36頁,共81頁，2024年2月25日，星期天變旋現(xiàn)象(Mutarotation)

比旋光度是指1mL含有1g糖的溶液在其透光層為0.1m時使偏振光旋轉(zhuǎn)的角度。變旋現(xiàn)象時比旋光度發(fā)生改變。α-D-glucoseβ-D-glucoseα/β型平衡β-D-fructoseα-D-fructoseα/β型平衡糖比旋光度α-D-glucoseβ-D-glucoseβ-D-fructoseα-D-fructose+112.2o+18.7o-133.5o-21o第37頁,共81頁，2024年2月25日，星期天3.3溶解性(Dissolubility)單糖分子易溶于水，不溶于乙醚(ethylether)和丙酮(acetone)等有機溶劑。糖的溶解性與分子極性和溫度有關(guān)。極性基團越多，溶解度就越高。果糖(fructose)>葡萄糖(glucose)溫度升高，溶解性增大。fructoseandglucose:50oC>40oC>30oC>20oC第38頁,共81頁，2024年2月25日，星期天3.4結(jié)晶性(Crystallinity)單糖中葡萄糖和二糖中蔗糖非常容易發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象。果糖(Frucose),轉(zhuǎn)化糖(invertsugar),淀粉糖漿(starchsyrup)不會發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象。第39頁,共81頁，2024年2月25日，星期天3.5黏度(Viscosity)所有的糖溶液都具有黏度。糖的黏度與分子質(zhì)量成正相關(guān)性。葡萄糖和果糖(glucoseandfructose)<蔗糖(sucrose)淀粉糖漿(Starchsyrup)和果葡糖漿(HFCS)常用于提高食品的黏度。第40頁,共81頁，2024年2月25日，星期天四、

化學性質(zhì)異構(gòu)化作用(Isomerization)葡萄糖Glucose甘露糖Mannose果糖Fructose脫水反應(Dehydrationreaction)

Sugar(糖）Furfural(糠醛)酯化反應(Esterificationformation)Sugar(糖）Ester(酯)氧化反應(Oxidationreaction)

R-CHO(醛基)R-COOH(羧酸基）還原反應(Reductionreaction)

R-CHO(醛基)R-CH2OH(伯醇基)第41頁,共81頁，2024年2月25日，星期天異構(gòu)化反應(Isomerization)果糖葡萄糖甘露糖烯醇式中間體第42頁,共81頁，2024年2月25日，星期天葡萄糖(glucose)葡萄糖醇(glucitol)甘露糖(mannose)甘露醇(mannitol)木糖(xylose)木糖醇(xylitol)還原反應(Reducingreaction)木糖木糖醇第43頁,共81頁，2024年2月25日，星期天五、

單糖衍生物氨基糖

(Aminosugars)糖苷

(Glycosides)糖醇

(Sugaralcohols)脫氧糖

(Deoxysugars)第44頁,共81頁，2024年2月25日，星期天5.1氨基糖(Aminosugars)一個或多酚羥基被氨基取代而生成的化合物。例如葡萄糖胺(D-Glucosamine)半乳糖胺

(D-Galactosamine)

D-GalactosamineD-Glucosamine第45頁,共81頁，2024年2月25日，星期天5.2糖苷(Glycosides)羰基與其他醇分子的羥基或酚羥基結(jié)合形成半縮醛或酮。通過O-(an

O-glycoside),N-(a

glycosylamine),S-(a

thioglycoside)orC-(a

C-glycoside)糖苷鍵連接.第46頁,共81頁，2024年2月25日，星期天5.3糖醇(Sugaralcohols)山梨醇(sorbitol),甘露醇(mannitol),半乳糖醇(dulcitol),木糖醇(xylitol),阿拉伯醇(arabitol)糖醇的性質(zhì):親水性(hydrophilic)潤濕劑(humectants)口感涼爽(Coolfeeling)低熱值(Lowcalories)木糖醇第47頁,共81頁，2024年2月25日，星期天5.4脫氧糖(Deoxysugars)單糖分子中的一個或多個羥基被氫原子取代生成的化合物稱為脫氧糖。

脫氧核糖(desoxyribose),海藻糖(fucose),鼠李糖(rhamnose).脫氧核糖鼠李糖海藻糖第48頁,共81頁，2024年2月25日，星期天總結(jié)(Summary)什么是碳水化合物?為什么碳水化合物如此重要?專業(yè)名詞:手性碳原子差向異構(gòu)體D-/L-型α/β-型構(gòu)型和構(gòu)象第49頁,共81頁，2024年2月25日，星期天總結(jié)(Summary)單糖的物理性質(zhì)甜度、旋光性、溶解度單糖的化學性質(zhì)氧化反應還原反應異構(gòu)化反應第50頁,共81頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)低聚糖定義(Definition)分類(Classification)重要的低聚糖(Importantoligosaccharides)性質(zhì)(Properties)功能(Functions)第51頁,共81頁，2024年2月25日，星期天一、定義及分類低聚糖

(DP=2-10)二糖(Disaccharides)

蔗糖(Sucrose),麥芽糖(Maltose)三糖(Trisaccharides)

龍膽三糖G(entianose),棉子糖(Raffinose),麥芽三糖(Maltotriose)四糖(Tetrasccharides)麥芽四糖(Maltotetraose),水蘇四糖(Stachyose)五糖(Pentosaccharides)麥芽五糖(Maltopentaose)第52頁,共81頁，2024年2月25日，星期天均低聚糖(Homo-oligosaccharides)麥芽糖(Maltose),環(huán)糊精(Cyclodextrin)雜低聚糖(Hetero-oligosaccharides)蔗糖(Sucrose),棉籽糖(Raffinose)還原糖(Reducingoligosaccharides)和

非還原糖(Nonreducingoligosaccharides)

是否含有游離的醛基、酮基或是半縮醛上還原性羥基。第53頁,共81頁，2024年2月25日，星期天二、

二糖定義(DP=2)分類還原(reducingdisaccharides)和非還原二糖(nonreducingdisaccharides)性質(zhì)易溶于水具有甜味具有旋光性可以結(jié)晶重要的二糖第54頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.1蔗糖蔗糖是一個非還原糖(nonreducingsugar)。蔗糖可以水解生成葡萄糖和果糖。

[α]D20變化從+66.5o到-19.9o。蔗糖水解液被稱為轉(zhuǎn)化糖漿(invertsyrup)。α,β-1,2糖苷鍵(glycosidicbond）1第55頁,共81頁，2024年2月25日，星期天在水果、花、種子等植物中廣泛存在工業(yè)上由甘蔗（莖中可高達26%）或甜菜（塊根中約20%）制備甜味較強，為常用的甜味劑無還原性，溶液無αβ變化，甜味不隨時間變化在酸或轉(zhuǎn)化酶作用下，水解為D-葡萄糖和果糖。第56頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.2麥芽糖(Maltose)麥芽糖屬于還原糖，甜度是蔗糖的1/3，口感柔和。淀粉在淀粉酶水解下可生成麥芽糖

，麥芽糖可被酵母發(fā)酵。面團發(fā)酵和甘薯蒸烤時就有麥芽糖產(chǎn)生，生產(chǎn)啤酒所用的麥芽汁中所含糖的主要成分就是麥芽糖。α,α-1,4糖苷鍵

1第57頁,共81頁，2024年2月25日，星期天乳糖是還原糖，有旋光性，甜度是蔗糖的1/6。

乳糖是哺乳動物(mammals)乳汁中的主要成分。有助于有機體內(nèi)鈣質(zhì)的代謝和吸收，缺乏乳糖酶導致乳糖不耐癥。2.3乳糖(Lactose)β,α-1,4糖苷鍵1第58頁,共81頁，2024年2月25日，星期天發(fā)酵乳制品如大多數(shù)酸奶和干酪中乳糖含量很少，一些乳糖發(fā)酵過程中被轉(zhuǎn)化成乳酸。乳糖在水解成單糖D-葡萄糖和D-半乳糖之后才能作為能量利用。乳糖到達小腸后才被消化，小腸內(nèi)存在乳糖酶。乳糖促進腸道吸收和鈣的保留。乳糖D-葡萄糖+D-半乳糖乳糖酶第59頁,共81頁，2024年2月25日，星期天乳糖不耐癥乳糖保留在小腸腸腔內(nèi)，由于滲透壓的作用，乳糖有將液體引向腸腔的趨勢，產(chǎn)生腹脹和痙攣。乳糖不耐癥隨著年齡增大而加重。有兩種方法可以克服乳糖酶缺乏的影響，一種方法是通過發(fā)酵如在生產(chǎn)酸奶和乳制品時除去乳糖另一種方法是加入乳糖酶減少乳中乳糖。第60頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.4纖維二糖(Cellobiose)纖維二糖是還原糖。纖維二糖在自然界中無游離狀態(tài)，可以通過纖維素酶解或酸解(enzymaticoracidichydrolysis)產(chǎn)生。β,β-1,4糖苷鍵

1第61頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.5海藻糖(Trehalose)海藻糖屬于非還原糖，廣泛存在于海藻、真菌、蕨、麥角等高等植物以及酵母、無脊椎動物及昆蟲的血液中。海藻糖具有較高的保濕性，可用作化妝品和食品。α,α-1,1糖苷鍵11第62頁,共81頁，2024年2月25日，星期天2.6果葡糖漿果葡糖漿

(HFCS)是以酶法糖化淀粉所得的糖液經(jīng)葡萄糖異構(gòu)酶的異構(gòu)化，將其中一部分葡萄糖異構(gòu)成果糖，得到由葡萄糖和果糖為主要成分組成的混合糖漿。

玉米淀粉玉米糖漿高糖麥芽糖葡萄糖糖漿中的葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶果糖第63頁,共81頁，2024年2月25日，星期天果葡糖漿的種類:F55(大部分用于軟飲料中),含有55%果糖和42%葡萄糖;F42(廣泛用于焙烤食品中),含有42%果糖和53%葡萄糖;F90,含有90%果糖和10%葡萄糖,主要用于與F42

混合制備F55果葡糖漿。性質(zhì)吸濕性強、發(fā)酵性好、抗結(jié)晶性高。用作蔗糖替代品。第64頁,共81頁，2024年2月25日，星期天3.1棉子糖(Raffinose)

棉籽糖是非還原糖，甜度是蔗糖的1/5-2/5。棉籽糖廣泛存在于植物中，如棉籽、甜菜、馬鈴薯等。1612α,α-1,6糖苷鍵

α,β-1,2糖苷鍵

三、其他低聚糖

第65頁,共81頁，2024年2月25日，星期天3.2水蘇糖(Stachyose)水蘇糖屬于非還原糖水蘇糖廣泛存在于植物中，如綠豆、黃豆等豆科植物中。161612α,α-1,6糖苷鍵

α,β-1,2糖苷鍵第66頁,共81頁，2024年2月25日，星期天3.3麥芽五糖(Maltopentaose)11114444屬于還原糖α,α-1,4糖苷鍵第67頁,共81頁，2024年2月25日，星期天四、功能性低聚糖功能性低聚糖低聚果糖(fructooligosaccharide),低聚木糖(xylooligosaccharide),低聚異麥芽糖(isomaltosehypgather),低聚半乳糖(oligomate),大豆低聚糖(soybean)，甲殼低聚糖(chitooligosacchairides)性質(zhì)低甜度、低熱值、難以被人體消化，食用后基本上不增加血糖和血脂，但有潤腸通便的作用。能被大腸內(nèi)雙歧桿菌選擇性地利用，增加體內(nèi)雙歧桿菌的數(shù)量，促進腸胃功能可以防止齲齒第68頁,共81頁，2024年2月25日，星期天4.1低聚果糖低聚果糖是蔗糖分子中的

D-果糖以β(2?>1)糖苷鍵連接1-3個果糖基而成的蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖及其混合物。G-F-Fn,n=1-3(G代表蔗糖基,F代表果糖基)蔗果三糖kestose(GF2)、蔗果四糖tetrose(GF3)、蔗果五糖kestopentose(GF4)和混合物mixtureFOS屬于非還原糖FOS可以從水果和蔬菜中提取獲得，如香蕉，洋蔥，大蒜，西紅柿，蘆筍，韭菜等。第69頁,共81頁，2024年2月25日，星期天第70頁,共81頁，2024年2月25日，星期天低聚果糖可以通過兩種方法制得:酶解菊芋粉(inulin)。以蔗糖為原料采用β-D-呋喃果糖苷酶(fructosidase)的轉(zhuǎn)果糖基作用，在蔗糖分子上以β-1,2糖苷鍵與1-3個果糖分子相結(jié)合而成，該酶多由米曲霉(Aspergillusoryzae)和黑曲霉(Aspergillusniger)生產(chǎn)制得。第71頁,共81頁，2024年2月25日，星期天低聚果糖可以抑制唾液和腸道消化酶的水解作用，可以用作雙歧桿菌(bifidobacterium)的底物。增加體內(nèi)雙歧桿菌的數(shù)量，抑制腸內(nèi)沙門氏菌和腐敗菌的生長。低聚果糖可以促進鈣吸收。低聚果糖可以防止齲齒。第72頁,共81頁，2024年2月25日，星期天低聚果糖可以用于酸奶(yoghurt)和其他奶制品(dairyproducts)中。低聚果糖可用于膳食纖維產(chǎn)品中，提供低熱值。FOS在日本廣泛用作食品強化劑(dietarysupplement)第73頁,共81頁，2024年2月25日，星期天4.2低聚木糖低聚木糖是由2-7個木糖以β(1?>4)糖苷鍵連接而形成的低聚糖。其中木二糖為主要有效成分。低聚木糖甜度是蔗糖的50%，耐酸、耐熱、不分解，適合加到酸性飲料及發(fā)酵食品中。在

酸性(PH2.5-8)和高溫（高達

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