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第3章 碳水化合物,Unit3 Carbohydrates,郭新华暨南大学,Contents,本章主要内容,第二节 单糖和低聚糖,第三节 多糖,第一节 引 论,3.2 Monosaccharide&Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&Function of Carbohydrates,1、单糖（Monosaccharides）,2、低聚糖（Oligosaccharides）,3、糖苷（Glycosides）,3.2 Monosaccharide&Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&Function of Carbohydrates,3、糖苷（Glycosides）,糖苷的基本概念 糖苷的基本性质 食品中不同类型糖苷简介,糖苷的基本概念Glycosides-Definition,定义：是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的-OH、-NH2、-SH（巯基）等发生缩合反应而得的化合物。组成：糖 配基（非糖部分）,糖苷的基本概念Glycosides-Definition,糖苷的基本性质Glycosides-Properties,糖苷的类型,O-糖苷,S-糖苷,N-糖苷,糖苷的基本概念Glycosides-Definition,糖苷功能特性 黄酮糖苷：具有苦味和其它风味和颜色 毛地黄苷：强心剂 皂角苷：起泡剂和稳定剂 甜菊苷：甜味剂,3.2 Monosaccharide&Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&Function of Carbohydrates,3、糖苷（Glycosides）,糖苷的基本概念 糖苷的基本性质 食品中不同类型糖苷简介,糖苷的基本性质Glycosides-Properties,(1)糖苷的物理性质,(2)糖苷的酸水解,(3)糖苷的酶水解,(5)糖苷的生物活性和毒性,(4)糖苷水解对食品质量的影响,糖苷的基本性质Glycosides-Properties,(1)糖苷的物理性质,纯品糖苷一般是无色结晶，味苦。糖苷与其相应的配基相比，溶解性增加很多。因此，不同的糖苷是否被水解，对其食品的品质有很大的影响，如黄酮苷类。,无还原性，无变旋光现象。,由于糖苷键多为型，易酸和酶水解。,(1)糖苷的酸水解,甲基吡喃的酸水解过程：,(2)糖苷的酸水解,途径一 通过佯盐(Oxoniun salt)和离子；途径二 经过和环离子；最终都生成吡喃糖 但以 途径为主。,2,4,3a,3b,1,5,6a,6a,影响糖苷酸水解的因素：,(2)糖苷的酸水解,糖苷键的构型：型型,糖环上的取代基：ABC,糖基氧环的大小：呋喃糖苷比吡喃糖苷快10100倍,(3)糖苷的酶水解,酶水解的位置均在糖苷的C-O之间；酶对糖苷和配基均有一定的专一性；,(4)糖苷水解对食品质量的影响,对味的影响：苦味减轻，甜味增加 对色的影响：许多配体具有某种颜色，但不溶于水，水解后会对食品颜色产生影响 对香气的影响：,(5)糖苷的生物活性和毒性,生物活性 许多糖苷仅存在于植物中，表现出一定的生物活性。如：黄豆苷（大豆，葛根中含有）,可以促进血液循环，提高 脑血流量，对心血管疾病 有显著疗效，治冠心病，脑血栓。银杏中的有效成分：银杏 黄酮醇苷，扩张冠状血管,改善血液循环。,(5)糖苷的生物活性和毒性,糖苷的毒性 某些氰糖苷在体内转化为氢氰酸，使人体中毒。如：苦杏仁苷(杏,木薯,利马豆)亚麻苦苷(金甲豆),(5)糖苷的生物活性和毒性,糖苷的毒性,有害糖苷多为生氰配糖体类，糖基多为葡萄糖、鼠李糖 为防止氰化物中毒，必须充分煮熟后再充分洗涤,有害糖苷主要存在于木薯、甜土豆、干果类、菜豆、利马豆、小米、黍等作物中。食入过量的有害糖苷类，主要表现在阻断细胞呼吸、造成胃与肠道不适症、影响糖及钙的运转、高剂量使碘失活等。,食品原料中的主要有害糖苷类,3.2 Monosaccharide&Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&Function of Carbohydrates,3、糖苷（Glycosides）,糖苷的基本概念 糖苷的基本性质 食品中不同类型糖苷简介,食品中不同类型糖苷简介,O-糖苷,糖在酸性条件下与醇发生反应，失去水后形成的产品。糖苷一般含有呋喃或吡喃糖环。,糖苷配基,糖苷的形成提高了配糖基的水溶性,糖基,食品中不同类型糖苷简介,O-糖苷的性质,在中性和碱性条件下一般是稳定的 在酸性条件下能被水解 可被糖苷酶水解,食品中的许多风味成分是以O糖苷存在，如芳香醇糖苷、脂肪醇糖苷、酚化苷(phenolic glycosides,黄酮醇及黄酮化合物与糖结合所产生的糖苷。）,食品中不同类型糖苷简介,N-糖苷,糖+胺RNH2 氨基葡萄糖苷(N-糖苷)R=H 肌苷5-单磷酸盐 R=OH 黄苷5-单磷酸盐 R=NH2 鸟苷5-单磷酸盐,食品中不同类型糖苷简介,N-糖苷的性质,稳定性不如O-糖苷 在水中容易水解,使溶液的颜色变深，黄色变为暗棕色，导致Maillard褐变 有些相当稳定 N-葡基酰胺、嘌呤、嘧啶 例如肌苷、黄苷、鸟苷的5-单磷酸盐 风味增效剂,食品中不同类型糖苷简介,S-糖苷,糖+硫醇RSH 硫葡萄糖苷（S-糖苷）糖基与糖苷配基之间有一硫原子 芥菜子和辣根的组分S-糖苷是一类生氰糖苷，它们的降解会产生氰化物，有毒性。,3.2 Monosaccharide&Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&Function of Carbohydrates,二、单糖和低聚糖的物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,三、单糖和低聚糖的化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,单糖和低聚糖物理性质,甜度溶解度吸湿性和保湿性结晶性和抗结晶性渗透压冰点降低粘度抗氧化性,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,1、甜度定义 Definition:比甜度:以蔗糖（非还原糖）为基准物.一般以10或 15的蔗糖水溶液在20时的甜度定为1.0产生甜味的基团:-CH2OH-CH2OH-影响甜度的因素：分子量越大溶解度越小，则甜度也小糖的不同构型（、型）,T=20时 蔗糖溶液（10/15）1.00（甜度）D-葡萄糖 0.70（比甜度）D呋喃果糖 1.50（比甜度）（甜度：果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖）,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,1、甜度-糖的不同构型（、型）葡萄糖:=1:1.7 1.5倍 0 80 果 糖:=3:7:=7:3 3倍 浓度高，构型多,与浓度有关,与温度有关,与温度无关,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,2、溶解度（g/100gH2O）,温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响,高浓度的糖液具有防腐保质的作用，在70以上能 抑制霉菌、酵母的生长。,T=60时，葡萄糖蔗糖；T60时，葡萄糖蔗糖，T=60时，反之；T10时，若配比不合格，常温下G即结晶，反砂；果浆类不易贮存在10以下，以防结晶。工业上贮存G高温高浓，55，70（不结晶）。,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,2、溶解度（g/100gH2O）,温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响,高浓度的糖液具有防腐保质的作用，在70以上能 抑制霉菌、酵母的生长。,t=20时，葡萄糖 48 蔗糖 66 果糖 79 果糖具有较好的食品保存性。果葡糖浆的浓度 果葡糖浆中果糖含量 71 42 77 55 80 90 果糖含量较高的果葡糖浆，其保存性能较好。,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,3、吸湿性和保湿性,概念 吸湿性：糖在空气湿度较高情况下吸收水分的性质 保湿性：糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质,应用:果糖 葡萄糖,麦芽糖 蔗糖,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,3、吸湿性和保湿性,应用:硬糖生产:蔗糖:葡萄糖 3:1，不返砂不发烊（季节地区变化）软糖：转化糖浆和果葡糖浆 面包糕点：转化糖浆和果葡糖浆 山梨醇：食品工业中良好的保湿剂,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、结晶性和抗结晶性,不同糖的结晶特性乳糖结晶蔗糖易结晶，晶体生成很大；葡萄糖易结晶，晶体生成细小；果糖、转化糖较难结晶；应用：硬糖的生产不能单独使用蔗糖旧法：加酸，蔗糖 转化糖新法：加入淀粉糖浆,乳糖结晶特性：T93.5-脱水乳糖结晶 玻璃状T=93.5-水化乳糖结晶 无定形,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、结晶性和抗结晶性,应用：淀粉糖浆：G、低聚糖和糊精的混合物不含果糖，吸潮性低，保存性好；含糊精，增加糖果韧性、强度和黏性，不易碎裂；甜度低，温和可口；雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖 23，蔗糖结晶成含水晶体，聚合成球形,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,5、渗透压防腐,浓度越高，分子数目越多，渗透压越大；渗透压越大对食品保存越有利；不同微生物对渗透压的耐受有差别：酵母 50蔗糖溶液霉菌 60蔗糖溶液细菌 80蔗糖溶液 耐高渗酵母、霉菌蜂蜜也会变坏 浓缩奶生产：葡萄糖替代部分蔗糖,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,6、冰点降低,溶液浓度越高，分子量越小，冰点降低越多 葡萄糖蔗糖淀粉糖浆,应用:雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖冰点降低小，节约电能；抗结晶性，冰粒细腻；粘度，口感好；甜度，温和；,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,7、粘 度调节食品稠度和可口性,G和F溶液 蔗糖溶液，淀粉糖浆较高 与温度有关 葡萄糖溶液粘度随T而；蔗糖溶液粘度随T 而；,8、抗氧化性保持水果的风味、颜色和Vc,糖溶液中溶氧量小 糖本身具有抗氧化性,单糖和低聚糖物理性质 小 结,甜度溶解度吸湿性和保湿性结晶性和抗结晶性渗透压冰点降低粘度抗氧化性,3.2 Monosaccharide&Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能Structure&Function of Carbohydrates,二、单糖和低聚糖的物理性质在食品中应用Physical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,三、单糖和低聚糖的化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,单糖和低聚糖化学性质,水解反应烯醇化和异构化反应复合反应和脱水反应氧化反应还原反应酯化与醚化反应,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,1、水解反应：低聚糖，糖苷及多糖在酸或酶的作用下，可水解生成 单糖或低聚糖。,C12H22O11+H20,C6H12O6+C6H1206,转化糖,柠檬酸，蔗糖酶,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,影响水解反应的因素：结构,-异头物-异头物 呋喃糖苷 吡喃糖苷-D糖苷-D糖苷,温度 温度提高，水解速度急剧加快。,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,2、烯醇化和异构化反应与碱的作用 在稀碱条件下，生成差向异构体。,继续烯醇化2,3-3,4-,形成己糖全部可能异构体,果葡糖浆,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,果葡糖浆,F G 总固形物 甜度第一代 42%52%71%1第二代 55%40%77%1.1第三代,发展,稀碱异构化,异构化酶,异构化乳糖,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,3、复合反应和脱水反应与酸的作用,复合反应,单糖受酸和热的作用，缩合失水生成 低聚糖的反应称为复合反应。连接方式:1,3-糖苷键,1,6-糖苷键 不是水解反应的逆反应。,例如：2 C6H12O6 C12H22O11+H2O,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,3、复合反应和脱水反应与酸的作用,脱水反应分子内脱水,酸、热条件下的反应在室温下，稀酸对单糖的稳定性无影响当酸浓度大于12%的浓盐酸以及热的作用下，单糖易分子内脱水，生成糠醛及其衍生物。,复合反应分子间脱水,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、氧化反应,在不同氧化条件下，糖类被氧化成不同产物,酮糖如F不发生此反应,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,葡萄糖酸,D-葡萄糖,-内酯,闭环是酯，加热后开环是酸 内酯是一种温和的酸化剂 完全水解需要3h，随着水解不断进行，质子均匀缓慢地释放 出来，pH逐渐下降，慢慢酸化 在豆制品中，形成三维网络结构，细嫩的凝胶结构 在焙烤食品中作为膨松剂的一个组分 缓慢释放的H+与CO32-结合，缓慢释放CO2 与Ca2+、Fe2+、Zn2+结合，矿物质饮食补充剂,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、氧化反应,强氧化剂：G CO2+H2O,Br/H2O：G 葡萄糖酸,内酯,浓硝酸：醛糖 二元酸,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、氧化反应,浓硝酸：醛糖 二元酸,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、氧化反应,强氧化剂：G CO2+H2O,Br/H2O：G 葡萄糖酸,内酯,浓硝酸：醛糖 二元酸,G氧化酶：G 葡萄糖醛酸,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,4、氧化反应,G氧化酶：G 葡萄糖醛酸,葡萄糖醛酸的功能：,甙类,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,5、还原反应,双键加氢称为氢化。D-葡萄糖的羰基在一定压力、催化剂镍存在下加氢还原成羟基，得到D-葡萄糖醇（山梨醇）,保湿剂 甜度为蔗糖50%不被微生物利用不依赖胰岛素,Ni,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,5、还原反应山梨糖醇,甘露糖醇,C2差向异构,甜度为蔗糖的65%应用于硬糖、软糖和不含糖的巧克力中 保湿性小，作为糖果的包衣,由半纤维素制得的木糖氢化 甜度为蔗糖的70%在硬糖或胶姆糖中替代蔗糖 防止龋齿，治疗糖尿病 注意安全性,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,5、还原反应木糖醇,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,5、还原反应木糖醇,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,6、酯化与醚化反应,酯化 糖中羟基与有机酸和无机酸作用生成酯 天然多糖中存在醋酸酯、磷酸酯（马铃薯淀粉）、硫酸酯（卡拉胶）等酯 蔗糖酯是一种很好的乳化剂 卡拉胶中含有硫酸酯基（OSO3），和酸性饮料中带正电荷的蛋白质结合，是一种很好的乳化、稳定剂,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,6、酯化与醚化反应,醚化 进一步改良功能性 如羧甲基纤维素钠，用于胶粘剂和洗涤剂；俗称“改性纤维素”。羟丙基淀粉用于食品工业，造纸工业，纺织工业，医药工业，日用化工。,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用Chemical Property of Mono-&Oligosaccharides in food,6、酯化与醚化反应,醚化 红藻多糖C3与C6间形成内醚（3,6-脱水环）琼脂胶、卡拉胶,6,3,单糖和低聚糖化学性质 小 结,水解反应烯醇化和异构化反应复合反应和脱水反应氧化反应还原反应酯化与醚化反应,作业,1.果葡糖浆2.简要叙述碳水化合物的吸湿性和保湿性在食品中的作用。,
