第三章 碳水化合物.ppt

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1、第三章 碳水化合物,第一节 食品中的碳水化合物,存在于所有的谷物、蔬菜、水果及可食植物中 提供膳食热量 提供质构、口感和甜味 早期认为由碳和水组成，表达式Cx(H2O)y 最丰富的碳水化合物是纤维素，主要存在于植物细胞壁中。人类消费的主要食品碳水化合物是淀粉和糖(D-葡萄糖、D-果糖、乳糖及蔗糖)，占总摄入热量的70%80%。,一、碳水化合物的一般概念,但随着研究的不断深入，所发现的符合糖类化合物结构及性质特性、但其组成不符合以上通式的糖类或糖的衍生物逐渐增多，例如鼠李糖、脱氧核糖的组成分别为C6H12O5、C5H10O4，不符合碳水化合物的通式；又如由甲壳素得到的壳聚糖，其分子中含有N元素，

2、也不符合碳水化合物的通式。因此，以碳水化合物定义此类物质是不合适的，应将它们称为糖类化合物。,一、碳水化合物的一般概念,糖类化合物 Classification,按组成分类1)单糖（Monosaccharides）：不能再被水解的多羟基醛、酮，是碳水化合物的基本单位。单糖又分为醛糖和酮糖。常见的为含47个C的单糖分子。2）低聚糖（寡糖Oligosaccharides)：由2-20个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖。3）多糖(Polysaccharides)：由20个以上单糖分子缩合而成。根据组成多糖的单糖种类,又分为均多糖和杂多糖。,糖类化合物可以定义为多羟基的醛类、酮类化合物或其聚合物及其各

3、类衍生物。,一、碳水化合物的一般概念,按功能组成分类 1）结构多糖 2）贮存多糖 3）抗原多糖,糖类化合物 Classification,一、碳水化合物的一般概念,常见水果、蔬菜中的游离糖含量（鲜重计）,二、食品原料中的碳水化合物,常见水果、蔬菜中的游离糖含量（鲜重计）,含量很少:16%,二、食品原料中的碳水化合物,从上表中可以看出:天然食物中游离糖的含量很少；加工的食品中则较多。,如何将植物源食物中的贮存多糖和结构多糖转化为可溶性多糖？目前可采取的方法有：适时采收；采后处理；加工中添加水解酶等,二、食品原料中的碳水化合物,糖淀粉的转化,玉米 在蔗糖转化为淀粉前采摘，加热或冷冻破坏转化酶系，玉

4、米很甜；成熟后采摘或未及时破坏酶系，玉米失去甜味，而且变硬变老。水果 成熟前采摘，后熟过程中酶促反应使贮藏淀粉转变为糖，水果变软，变熟，变甜,二、食品原料中的碳水化合物,三、食品中碳水化合物的作用,碳水化合物与食品加工质量,碳水化合物与食品的营养,色泽与碳水化合物,口感与碳水化合物,质构与碳水化合物,提供膳食热量,促进肠道蠕动,具有保健功能,第一节 食品中的碳水化合物,第二节 单糖,一、结构 手性碳原子,镜,原子或功能基团,第二节 单糖,一、结构 手性碳原子,镜,原子或功能基团,-与-构型,同侧,异侧,吡喃葡萄糖具有椅式或船式两种不同的构象，但大多数己糖以椅式存在。,命名,3个碳原子：三糖，1

5、个手性碳原子 D-甘油醛糖，L-甘油醛糖 4个碳原子：四糖，2个手性碳原子 5个碳原子；五糖，戊糖，3个手性碳原子 6个碳原子：六糖，己糖，己醛糖 n-糖有n-2个手性碳原子,三糖,四糖,五糖,六糖,C4差向异构,C2差向异构,差向异构,D-n糖 2（n-3）个异构体,L-糖：最高编号的手性C原子上的-OH在左边 两种L-糖，具有生物化学作用,酮糖,为主,其次,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,二、糖 苷,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Glycosid

6、es-Definition,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,糖苷重要的生理功能特性 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,糖苷配基大于甲基时，糖苷一般显示苦味和涩味。,糖苷的基本性质Glycosides-Properties,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

7、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(因为分子中没有半 缩醛羟基)。,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,

8、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

9、在体内转化为氢氰酸，使人体中毒。如：苦杏仁苷(杏,木薯,马利豆)亚麻苦苷(金甲豆),高梁、竹笋和菜豆,(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、影响糖及钙的转运、高剂量使碘失活等。,食品原料中的主要有害糖苷类,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,

10、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

11、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，它们的降解会产生氢化物，有毒性。,裂解和分子重排,芥子油 具有特殊风味,S-糖苷的酶分解,分子内糖苷,O-供体基团是同一分子中的-OH 高温热解 产生苦味，尽量控制产生大量的1,6-脱水-D-吡喃葡萄糖。,异头碳,三、氧化反应,D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下可被氧化成D-葡萄糖酸，并形成内酯。,加入H2O2酶，消耗H2O2，使反应继续进行,-内酯,闭环内酯，加热后开环是酸 内酯是一种温和的酸化剂 完全水解

12、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 也适用于肉制品与乳制品,四、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 甜度为蔗糖的50%,Ni,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,木糖醇,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,五、酯化与醚化

13、,酯化 糖中羟基与有机酸和无机酸相互作用生成酯 蔗糖酯是一种很好的乳化剂,天然多糖中存在醋酸酯、磷酸酯（马铃薯淀粉）、硫酸酯（卡拉胶）等羧酸酯,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,醚化 进一步改良功能性 红藻多糖C3与C6间形成内醚（3,6-脱水环）琼脂胶、卡拉胶,3,6,六、食 品 的 褐 变,1、什么是褐变？褐变(Browning)是指食品在加工、贮藏 过程中发生变色的现象。影响外观、风味与营养成分变化,2、食品褐变的种类 酶促褐变（生化褐变）由过氧化物酶引起的褐变 由酚酶引起的褐变 非酶褐变（非生化褐变）羰胺反应（美拉德反应）焦糖

14、化作用 抗坏血酸氧化褐变,（1）什么是酶促褐变？酶促褐变（Enzymic Browning)是直接由酶参与的褐变作用。（2）引起酶促褐变的酶类 过氧化物酶类（以铁卟啉为辅基）酚酶类（以铜为辅基）（3）酶促褐变的机制,2、食品褐变的种类,（3）酶促褐变的机制 植物中的酚类物质在酚酶及过氧化物酶的催化下氧化成醌，醌再进行非酶促反应生成褐色的色素。,（3）酶促褐变的机制,过氧化物酶催化的酶促褐变,1.,2.,3.,4.,黑色素,黑色素,酪氨酸的酶促褐变,（3）酶促褐变的机制,酪氨酸的酶促褐变,土豆褐变、毛发中黑色素形成机制；目前发现的唯一一条动植物共有的褐 变途径。,（3）酶促褐变的机制,绿原酸的酶

15、促褐变,实例：梨心变黑贮存前经两次“发汗”；香蕉心变黑，不能贮存在12以下，但也不能温度过高，乙烯催熟；,（3）酶促褐变的机制,3、酶促褐变发生的条件,植物组织中含有酚类物质，在完整的细胞中作为呼吸链传递物质，在酚-醌之间保持着动态的平衡。当细胞组织破坏后，氧大量侵入，酚在酶的催化作用下造成醌的形成，平衡受到破坏，于是发生醌的积累，醌再进一步氧化聚合形成褐色色素称为黑色素或类黑精，造成食品的褐变。,酶促褐变的机制：,酚类底物 酶 氧,易发生酶促褐变的食品：藕、香蕉、洋葱、茄子、土豆、苹果、梨、桃子等；,不易发生酶促褐变的食品：柠檬、桔子、香瓜、西瓜等；,3、酶促褐变发生的条件,4、控制酶促褐变

16、的方法,酚类底物 酶 氧,主要途径：,钝化酶的活性（热烫、抑制剂等）；改变酶作用的条件（pH,水分活度等）；隔绝氧气；使用抗氧化剂（Vc,SO2等）,（1）热处理法,4、控制酶促褐变的方法,最常用的方法是高温瞬时灭酶，加热处理的关键是在最短时间内达到钝化酶的要求。,一般在80经1020min，100 下需1530s。,4、控制酶促褐变的方法,（2）控制pH,酚酶的最适pH在67，3明显无活性；,A.柠檬酸是最广泛使用的食用酸；降低pH，控制酚酶活性；螯合酚酶的Cu辅基。B.苹果酸C.抗坏血酸,不同有机酸对不同来源多酚氧化酶PPO活性的抑制效果不同，具体选用何种有机酸要通过实验来确定。,（3）二

17、氧化硫或亚硫酸盐处理 抑制酚酶活性；与糖类羰基加成，阻止美拉德反应；将有色物质还原褪色。,优点：防止酶促褐变，防腐；避免VC氧化失效；SO2易去除；方便，成本低；,缺点：漂白，破坏花青素；腐蚀素铁罐的内壁；不愉快嗅味,0.064%；破坏VB1；,4、控制酶促褐变的方法,（4）驱氧或隔绝空气,（5）底物甲基化,4、控制酶促褐变的方法,在果蔬加工过程中，一般采用在破碎时充入惰性气体（N2）或用水蒸气排除系统中的空气。,（6）加入酚类底物类似物,有效抑制苹果汁的酶促褐变,A.肉桂酸,B.对位香豆酸,C.阿魏酸,4、控制酶促褐变的方法,5、非酶褐变,美拉德反应(羰胺反应)焦糖化反应抗坏血酸氧化褐变,M

18、aillard反应,还原糖（主要是葡萄糖）与游离氨基酸或氨基酸残基的游离氨基发生羰氨反应 反应物三要素：包括含有氨基的化合物（一般是蛋白质）、还原糖和一些水 产生风味和颜色 期望 牛奶巧克力风味 糖果风味 不期望的 营养（氨基酸）损失 有毒、致突变物质的产生,Aw,Maillard反应过程,还原糖+胺 葡基胺（无色）Amadori重排 1-氨基-1-脱氧-D果糖衍生物 pH5 5-羟甲基-2-呋喃甲醛（HMF）pH5 快速聚合，生成深色物质,加成反应 亲核反应 碱性条件,Maillard 反应最适条件,Maillard本人的研究，褐变程度为 D-木糖L-阿拉伯糖己糖二糖 酮糖在褐变中遵循不同的

19、机制，D-果糖D-葡萄糖 中等水分含量 pH 7.89.2（偏碱性）金属离子 Cu与Fe促进褐变 Fe(III)Fe(II),抑制Maillard反应的方法,稀释或降低水分含量 降低pH 降低温度 除去一种作用物 加入葡萄糖转化酶，除去糖，减少褐变 色素形成早期加入还原剂（亚硫酸盐）,营养变化,部分氨基酸的损失 尤其是必需氨基酸L-赖氨酸 含有2个氨基，第一限制氨基酸 组氨酸和精氨酸侧链中含有含氮基团,概念：无水（或浓溶液）条件下加热糖或糖浆，用酸或某些盐作催化剂，糖发生脱水与降解，生成深色物质的过程，称为焦糖化反应。过程:脱水:分子双键 不饱和的环 聚合 高聚物。缩合或聚合:裂解 挥发性的醛

20、、酮 缩合或聚合 深色物质,焦糖化反应,焦糖化反应条件:,无水或浓溶液，温度150-200。催化剂的存在加速反应：铵盐,磷酸盐,苹果酸,延胡索酸,柠檬酸,酒石酸等pH8比pH5.9时快10倍。不同糖反应速度不同，例如果糖大于葡萄糖（熔点的不同）,三种商品化焦糖色素,蔗糖通常被用来制造焦糖色素和风味物 耐酸焦糖色素 亚硫酸氢铵催化 应用于可乐饮料、酸性饮料 生产量最大 焙烤食品用色素 糖与胺盐加热，产生红棕色 啤酒等含醇饮料用焦糖色素 蔗糖直接热解产生红棕色,蔗糖溶液和铵离子溶液一起加热制成焙烤食品着色剂，其水溶液的pH为4.24.8，并含有带正电荷的胶体粒子；,蔗糖直接热解形成略带负电荷胶体粒

21、子的焦糖色素，溶液pH为34，用于啤酒和其他酒精饮料。,焦糖色素是我国传统使用的天然色素之一，无毒性。但近来发现，加铵盐制成的焦糖含4-甲基咪唑，有强致惊厥作用，含量高时对人体有毒。我国食品卫生法规定焦糖色素的添加量不得超过200mg/Kg。,焦糖化产品的风味,面包风味,各种风味和甜味的增强剂,抗坏血酸褐变作用 柑桔类果汁在贮藏中色泽变暗，放出CO2，是抗坏血酸自动氧化分解为糠醛和CO2，而糖醛与胺基化合物又可发生羰氨反应。,肉变褐的原因是发生了美拉德反应。酶促褐变必须具备三个条件具有多酚类物质、多酚氧化酶和O2。防止酶促褐变主要采取钝化酶的活性、改变酶作用的条件、隔绝氧气和使用抗氧化剂；抑制

22、酶活的方法主要有热处理，加酶抑制剂、调节pH值和调节水分活度。,解释苹果和土豆等用刀削后会变成褐色，但若将削后的苹果，土豆等迅速放入高糖，高盐溶液或放入沸水中，则不易发生褐变。,这是因为苹果和土豆用刀削了以后细胞膜的结构发生变化和破坏时，则为酶创造了与酚类物质接触的条件，在氧存在的情况下发生了酶促褐变。将削后的苹果，土豆等迅速放入高糖，高盐溶液或放入沸水中，水、糖浆或盐水渗入水果组织占据原来氧所占的空间，由于与氧隔离，褐变就能被抑制，因此就不易发生褐变。,第三节 低聚糖,一、食品中重要的低聚糖 低聚糖：220个糖单位通过糖苷键连接 多 糖：超过20个糖单位,较重要的低聚糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖、

23、饴糖、麦芽糊精和环状糊精（沙丁格糊精）,麦芽糖,淀粉水解后得到的二糖 具有潜在的游离醛基，是一种还原糖 温和的甜味剂,1,4,糖苷配基,乳糖,牛乳中的还原性二糖 发酵过程中转化为乳酸 在乳糖酶作用下水解 乳糖不耐症,D-半乳糖,D-葡萄糖,-1,4,糖苷配基,蔗糖,非还原性二糖 冷冻保护剂,-葡萄糖和-果糖头头相连 具有极大的吸湿性和溶解性,1,2,均可作糖苷配基-2,1(多见)或-1,2,单糖中羰基是酮基，例如果糖 CH2OH C=O HOCH HCOH HCOH CH2OH 果糖的开环结构,1,三糖 麦芽三糖、甘露三糖、蔗果三糖 聚合度为410的低聚糖 麦芽低聚糖、甘露低聚糖、低聚木糖,二

24、、具有特殊功能的低聚糖,功能性食品 低热、低脂、低胆固醇、低盐、高纤维素 低聚糖（寡糖）和短肽（寡肽）具有特殊保健功能的低聚糖 低聚果糖、乳果聚糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚氨基葡萄糖,低聚果糖,分子式为G-F-Fn，n=13 glucose,fructose,G-F(蔗)G(葡)+G-F(蔗)+G-F-F(蔗果三糖)+G-F-F-F(蔗果四糖)+G-F-F-F-F(蔗果五糖),果糖转移酶,2,-2,1,2,1,蔗果三糖,低聚果糖的生理活性,增殖双歧杆菌 难水解，是一种低热量糖 水溶性食物纤维 抑制腐败菌，维护肠道健康 防止龋齿,低聚果糖存在于天然植物中 香蕉、蜂蜜、大蒜、西红柿、洋葱 作为

25、新型的食品甜味剂或功能性食品配料 催化蔗糖产生低聚果糖的酶为-D-果糖基转移酶产酶微生物 米曲霉、黑曲霉,低聚木糖,主要成分为木糖、木二糖、木三糖及木三糖以上的木聚糖 木二糖含量，产品质量 甜度为蔗糖的40%,-1，4糖苷键,低聚木糖的特性,较高的耐热（100/1h）和耐酸性能（pH 2.58.0）；木二糖和木三糖属不消化但可发酵的糖，故是双歧杆菌有效的增殖因子；使双歧杆菌增殖所需用量最小的低聚糖 粘度低，代谢不依赖胰岛素，适用糖尿病患者 抗龋齿,低聚木糖的生产,两步：提取木聚糖，木聚糖的酶法水解；内切木聚糖酶水解木聚糖得到低聚木糖；许多丝状真菌都产木聚糖酶，但往往不 止产一种酶，还产-1,4

26、木糖苷酶；-1,4木糖苷酶水解木二糖为木糖；菌株筛选,甲壳低聚糖,降低肝脏和血清中的胆固醇；提高机体的免疫功能；抗肿瘤，抑制癌细胞生长和转移；增殖双歧杆菌。,特别之处：分子中含游离氨基，在酸性溶液中易成盐，呈阳离子性质。,三、环状低聚糖,环状低聚糖是由D-吡喃葡萄糖通过-1,4糖苷键连接而成的环糊精。,环状糊精(Cyclodextrin),环状糊精的立体结构示意图,高度对称性，分子中糖苷氧原子共平面；环形和中间具有空穴的圆柱结构-OH在外侧，C-H和O在环内侧 环的外侧亲水，中间空穴是疏水区域 作为微胶囊壁材，包埋脂溶性物质 风味物、香精油、胆固醇,环状糊精的结构特点：,食品行业:做增稠剂,稳

27、定剂,提高溶解度（做乳化剂）,掩 盖异味等等。固体果汁和固体饮料酒载体。保持食品香味的稳定 食用香精和稠味剂用CD包接，用于烤焙食品，速溶食品，速食食品，肉食及罐头食品，可使之留香持久，风味稳定。如食用香精玫瑰油，茴香脑等易挥发，易氧化，用CD包接后香味的保持得到改善。保持天然食用色素的稳定如：虾黄素经CD的包接，提高对光和氧的稳定性。食品保鲜将CD和其它生物多糖制成保鲜剂涂于面包、糕点表面可起保水保形作用除去食品的异味鱼品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用CD包接可除去。,环状糊精的应用,农业:应用在农药上,环状糊精的应用,化妆品:作乳化剂,提高其稳定性,减轻对皮肤的刺激作用。,医学：如用

28、环状糊精包接前列腺素的试剂,注射剂,共基 青霉素-环糊精,其它方面：香精包含在环状糊精制成的粉末，而混合到热塑性塑料中，可制成各种加香塑料。如tide（汰渍）洗衣粉留香，可经包接香精后添加到洗衣粉中。,第四节 多 糖,超过20个单糖的聚合物为多糖 单糖的个数称为聚合度（DP）大多数多糖的DP为200-3000 纤维素的DP最大，达7000-15000 多糖具有两种结构：直链多糖,支链多糖 均匀多糖(纤维素、直链淀粉及支链淀粉)，非均匀多糖（杂多糖）,一、Function:多糖的作用,膳食纤维-植物多糖,很高的持水力；对阳离子有结合交换能力；对有机化合物有吸附螫合作用；具有类似填充的容积；可改变

29、肠道系统中的微生物群组成。,真菌多糖 增强免疫,降血糖,降血脂,抗肿瘤,抗病毒如香菇多糖，人参多糖，灵芝多糖和茶叶多糖等,水的结合功能：做增稠剂，胶凝剂，澄清剂等,二、多糖的溶解性,多羟基、氧原子，可以形成氢键，多糖具有较强亲水性，易于水化和溶解；结合水，不结冰，使多糖分子溶剂化；多糖具有较高的相对分子质量，不会显著降低冰点，提供冷冻稳定性；大多数多糖不具有结晶，易于水合和溶解；水溶性多糖与改性多糖被称为胶或与亲水胶体,三、多糖溶液的粘度与稳定性,主要具有增稠和胶凝功能；还控制流体食品与饮料的流动性质与质构以及改变半固体食品的变形性等；食品生产中，一般使用0.25%0.5%浓度的胶即能产生极大

30、的粘度甚至形成 凝胶。,高聚物溶液的粘度同分子的大小、形状及其在溶剂中的构象有关。,线性分子，很高粘度,支链分子，粘度较低,占有空间 碰撞频率,直链多糖,带一种电荷的直链多糖，粘度提高 静电斥力，链伸展，链长增加，占有体积增大 海藻酸钠、黄原胶及卡拉胶形成稳定高粘溶液 不带电的直链均匀多糖，倾向于缔合、形成结晶 碰撞时形成分子间键，分子间缔合，重力作用下产生沉淀和部分结晶 直链淀粉老化,多糖的流变性质,多糖溶液一般具有两类流动性质:假塑性，触变性。假塑性流体 剪切变稀：剪切速率增高，粘度快速下降 粘度变化与时间无关 触变 也是剪切变稀 粘度与时间有关 大多数亲水胶体溶液随温度升高，粘度下降，但

31、黄原胶溶液除外。,四、凝胶,高聚物分子能形成海绵状的三维网状凝胶结构；氢键、疏水相互作用、范德华引力、离子桥连、缠结或共价键；网孔中充满液相；,凝胶特性,二重性 固体性质-液体性质 粘弹性的半固体，显示部分弹性与部分粘性 多糖凝胶含1%高聚物99%水分，能形成很强的凝胶(甜食凝胶、果冻及仿水果块),五、多糖水解,食品加工及贮藏中,多糖比蛋白质更易水解,故添加相对高浓度的食用胶。在酸或酶的催化作用下，糖苷键水解 粘度下降 水解程度取决于酸强度(酶的活力)、时间、温度及多糖结构热加工，水解严重 配方中添加多糖，使用高粘度耐酸多糖,作业4,1、根据组成，可将多糖分为均多糖和杂多糖。2、名词解释：低聚

32、糖、多糖、改性淀粉,3、简述低聚果糖的生理功能。4、简述环糊精的结构特点。,5、简述O-糖苷、N-糖苷的性质。,6、何谓Maillard反应？如何抑制不期望的Maillard反应？,第五节 淀粉(Starch),（一）淀粉的一般性质,形状：圆形、椭圆形、多角形等。大小：0.001-0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最大，谷物淀粉粒最小。晶体结构：用偏振光显微镜观察及X-射线研究，能产 生双折射及X衍射现象。,淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒。淀粉颗粒结构比较紧密，故不溶于水，但在冷水中能少量水合,淀粉广泛分布于植物根、茎、种子中，起贮能作用。,（二）淀粉的结构,直链淀粉：由D-吡喃葡萄糖

33、,1,4糖苷键连接支链淀粉：由D-吡喃葡萄糖，通过-1，4和-l，6糖苷键连接起来的带分枝的复杂大分子，支链的平均链长为20-25个葡萄糖。,大多数淀粉含25%直链淀粉,（二）淀粉的结构,一般直链淀粉的聚合度为数百-数千支链淀粉的聚合度为数万普通淀粉：15-30%直链淀粉+70-85%支链淀粉一般吃的饭米直链淀粉多；糯米的支链淀粉多，口感好。,（二）淀粉的结构,支链淀粉：由D-吡喃葡萄糖通过-1，4和-l，6糖苷键连接起来的带分枝的复杂大分子,支链淀粉分子排列,分支是成簇和以双螺旋形式存在 形成许多小结晶区，结晶区是由支链淀粉的侧链的有序排列生成的。偏光黑十字,（二）淀粉的结构,马铃薯淀粉的颗

34、粒和偏光十字,（二）淀粉的结构,马铃薯支链淀粉含有磷酸酯基，马铃薯支链淀粉略带负电，在温水中快速吸水膨胀，使马铃薯淀粉粘度高、透明度好及老化速率慢。,一些淀粉中直链与支链淀粉的比例,物理性质 白色粉末，在热水中溶胀形成胶体。纯支链淀粉能溶于冷水中，而直链淀粉不能，直链淀粉能溶于热水形成胶体。化学性质 无还原性；遇碘呈蓝色，加热则蓝色消失，冷后呈蓝色；水解（酶解，酸解）。,（三）淀粉的理化性质,酸水解 酶水解淀粉酶淀粉酶葡萄糖淀粉酶,淀粉的水解,热和酸的作用 酸轻度水解 少量糖苷键被水解，淀粉变稀，酸改性或变稀淀粉 提高凝胶的透明度，并增加凝胶强度 成膜剂和粘结剂 酸水解程度加大 得到低粘度糊精

35、 成膜剂和粘结剂、糖果涂层、微胶囊壁材,淀粉的水解,淀粉的水解酶水解,淀粉酶 淀粉酶 葡萄糖淀粉酶,1,4,1,6,水解支链淀粉终产物,能,能,否,葡萄糖麦芽糖异麦芽糖,否,麦芽糖极限糊精,能,能,葡萄糖,-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶,葡萄糖异构酶,D-果糖,玉米淀粉作原料,D-葡萄糖,玉米糖浆,玉米糖浆：58%D-葡萄糖，42%D-果糖 高果糖浆：55%D-果糖，软饮料的甜味剂,（果葡糖浆）,淀粉的水解酶水解,葡萄糖当量（DE）,用来衡量淀粉转化为D-葡萄糖的程度 定义：还原糖（按葡萄糖计）在玉米糖浆中的百分比 DE反映还原性、水解程度的大小 DE20 的水解产品为麦芽糊精 DE=2060，玉米糖

36、浆,DP：聚合度,淀粉的水解酶水解,淀粉的水解糊精（pH4时）,概念：,淀粉水解过程中所产生的分子量不等的 多糖苷片断。,分类：,根据与I2呈色不同，分为,（四）淀粉的糊化,几个概念-淀粉：具有胶束结构的生 淀粉称为-淀粉。-淀粉：指经糊化的淀粉。,直链与支链分子呈径向有序排列；结晶区和非结晶区交替排列；偏光显微镜可观察到偏光十字，说明结晶区存在；支链淀粉与直链淀粉通过氢键缔合形成结晶胶束区，故在冷水中不溶。,定义：淀粉颗粒在适当温度下，破坏结晶区弱的氢键，颗粒开始水合和吸水膨胀，结晶区消失，大部分直链淀粉溶解到溶液中，溶液粘度增加，淀粉颗粒破裂，双折射消失，形成均匀的糊状溶液的过程被称为糊化

37、。本质：微观结构从有序转变成无序，结晶区被破坏。,氢键,（四）淀粉的糊化,糊化作用的三个阶段,a可逆吸水阶段：水分进入淀粉粒的非晶质部分，体积略有膨胀，此时冷却干燥，可以复原，双折射现象不变。b不可逆吸水阶段：随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，不可逆大量吸水，结晶“溶解”。c淀粉粒解体阶段：淀粉分子全部进入溶液。,糊化温度 指双折射消失的温度，糊化温度不是一个点，而是一段温度范围。糊化点或糊化开始温度 双折射开始消失的温度 糊化终了温度 双折射完全消失的温度,（四）淀粉的糊化,测定方法：偏光显微镜和差热扫描量热DSC,糊化程度产品性质（贮藏性和消化性，糊化程度越高越容易消化），曲奇饼和酥油饼干

38、不易消化，白面包容易消化。,影响淀粉糊化的因素：,温度：温度越高，越易糊化。结构：直链淀粉小于支链淀粉。Aw：Aw提高，糊化程度提高。糖：高浓度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制（主要影响水活度）；盐：高浓度的盐使淀粉糊化受到抑制；低浓度的盐存在，对糊化几乎无影响。马铃薯淀粉例外，因为它含有磷酸基团，低浓度的盐影响它的电荷效应。,影响淀粉糊化的因素：,脂类：抑制糊化。脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋环内，不易从螺旋环中浸出，并阻止水渗透入淀粉粒。酸度：pH4时，淀粉水解为糊精，粘度降低。pH4-7时，几乎无影响。pH=10，糊化速度迅速加快，但在食品中意义不大。淀粉酶：使淀粉糊化加速

39、。新米（淀粉酶酶活高）比陈米更易煮烂。,老化：-淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期放置，会变为不透明甚至产生沉淀的现象。实质：是糊化后的分子又自动排列成序，形成高度致密的结晶化的不溶解性分子微束，分子间氢键又恢复。,（五）淀粉的老化,一般直链淀粉易老化，直链淀粉愈多，老化愈快。支链淀粉老化需要很长时间。,（五）淀粉的老化,老化的淀粉不易为淀粉酶作用；糊化的淀粉易为淀粉酶作用。,粘度温度,随温度升高，粘度逐步增加，在95恒定一段时间后，粘度逐渐减小。到达峰粘度时，一些颗粒通过搅拌已经破裂，进一步搅拌，颗粒不断,破裂，粘度进一步下降。冷却时，一些淀粉分子重新缔合形成沉淀或凝胶，即发生老化。,影响淀

40、粉老化的因素：,1、温度：24，淀粉易老化 60或-20，不易发生老化2、含水量：含水量3060%易老化；含水量过低（10%）或过高，均不易老化；3、结构：直链淀粉易老化；聚合度中等的淀粉易老化；淀粉改性后，不均匀性提高，不易老化。4、共存物的影响：脂类和乳化剂可抗老化，多糖（果胶例外）、蛋白质等亲水大分子，可与淀粉竞争水分子及干扰淀粉分子平行靠拢，从而起到抗老化作用。,影响淀粉老化的因素：,5、pH值：10，老化减弱 6、其他因素：淀粉浓度，某些无机盐对老化也有一定程度影响,（五）淀粉的老化,淀粉老化趋势：马铃薯玉米小麦,面包陈化,面包心变硬，新鲜度下降 无定形部分转变为结晶的老化状态,加入

41、极性脂（甘油一酯及其衍生物），形成络合物，延迟老化,六、改性食品淀粉,为了适应需要，将天然淀粉经化学处理或酶处理，使淀粉原有物理性质发生改变，如水溶性，粘度，色泽，味道，流动性等。经过处理的淀粉总称为改性淀粉。,改性方法,淀粉分子中的少量羟基被改性（酯基或醚基），取代度DS为0.0020.2。酯化:醋酐、三聚磷酸钠、磷酸、三偏磷酸钠 醚化:氧化丙烯 作用:阻止链间缔合，淀粉糊形成凝胶能力降低，沉淀不易产生。此改性方法称为稳定化。性能变化 降低糊化温度，提高淀粉糊透明度，提高抗老化以及冷冻-解冻的稳定性,醋酐,交联淀粉 淀粉羟基与双（多）功能试剂相互作用,亲核取代反应,交联淀粉的用途,随交联度增

42、加，酸稳定性增加 降低了淀粉颗粒吸水膨胀和糊化的速率 用于罐头、冷冻、焙烤和干燥食品中 功能性质改善,保持初始的低粘度，有利于快速热传递和升温，均匀杀菌,预糊化淀粉：由淀粉浆料糊化后及尚未老化前，立即进行滚筒干燥，最终产品即为冷水溶的预糊化淀粉。预糊化淀粉性质类似于亲水胶体，易于溶解，在使用时不需要进行烧煮，能同糖和其它食品配料干混。,第六节 纤维素,-1,4,纤维素是由葡萄糖通过-1,4糖苷键连接而成的高分子直链不溶性均一多糖。,改性纤维素,（纤维素胶）,纤维素是自然界中存在最多的多糖，植物 的主成分；,纤维素及改性纤维素是一种膳食纤维，不被人体消化，不提供热量，可作为食品配料。,纤维素无还

43、原性，水解也很难，需浓酸或稀酸高压下长时间加热才能水解；,纤维素分子是线性分子，易于缔合，形成多晶的纤维束；结晶区由大量氢键连接而成；结晶区之间由无定形区隔开；,改性纤维素是水溶性胶。,一、甲基纤维素（MC）与羟丙基甲基纤维素（HPMC）,甲基纤维素是非离子纤维素醚，通过醚化在纤维素中引入甲基；功能性质 增稠 表面活性 成膜性 形成热凝胶（冷却时熔化，5070胶凝）甲基纤维素的凝胶性质可用多糖分子在水中的结构效应来解释。,羟丙基甲基纤维素（HPMC）,MC和HPMC加热时形成凝胶的程度同甲基 含量及甲基与羟丙基的比例有关。随甲基浓度增加，加热形成的凝胶比较硬；如果羟丙基取代度增加，则凝胶变软。

44、这是由于羟丙基比甲基亲水性强，因此加热时能较好地保留水合水。,在油炸食品中加入MC或HPMC，可以减少油的摄入，具有阻油能力；MC与HPMC能提供类脂肪的性质，可替代部分脂肪，降低食品中脂肪用量。,二、羧甲基纤维素（CMC）,CMC是一种阴离子、直连、水溶性高聚物，或以游离酸形式存在，或以钠盐形式存在。常把CMC称为羧甲基纤维素钠，食品级CMC即为纤维素胶，是应用最广的一种食品胶。,CMC的特性,钠盐CMC溶于水；假塑性流体，随剪切速率增加，表观粘度降低，与剪切时间无关；高聚合度(DP)与低取代度(DS)的CMC溶液显示触变性，在恒定的剪切速率，粘度随剪切时间而变化；CMC具有许多可解离的羧基

45、，是带负电的长链棒状分子，可高度伸展；溶液稳定，粘度高；高温、酸性条件下降解；能稳定处在近等电点pH的蛋白质分散体系。,第七节 海藻酸盐,海藻酸是由-1,4-D-甘露糖醛酸(M)和-1,4-L-古洛糖醛酸(G)组成的线性高聚物。,P73,图3-32 海藻酸盐分子链示意图,海藻酸盐聚合度为1001000。,海藻酸是从褐藻中提取得到的，商品海藻酸大多是以钠盐形式存在。,M/G的比例因来源不同而异，一般为1.5。,第七节 海藻酸盐,海藻酸盐分子链中-1,4-L-古洛糖 醛酸(G)块很容易与Ca2+作用，两条分子链G块间形成一个洞，结合Ca2+形成“蛋盒”。加少量Ca2+形成凝胶。,图3-33,海藻酸

46、盐凝胶具有热稳定性，脱水收缩较少，可用于制造甜食凝胶，不需要冷藏。,海藻酸盐的一价金属盐易溶于水，而二价或三价金属离子的盐类不溶于水，海藻酸盐溶液有粘稠性，在pH510于室温下可长期保持稳定状态。,-D-半乳糖醛酸以-1,4 糖苷键结合的长链，通常以部分甲酯化状态存在。,第八节 果 胶,果胶存在于植物的汁液中，溶于水。,均匀区：-D-吡喃半乳糖醛酸,-L-鼠李半乳糖醛酸,毛发区：,果胶的分子结构由均匀区与毛发区组成。,果胶物质的分类,部分羧基被甲醇酯化酯化度（DE）：羧基酯化的百分数。,果胶的物理化学性质,水解：果胶在酸碱条件下水解，生成去甲酯和糖苷键裂解产物。原果胶在果胶酯酶作用下，生成果胶

47、、果胶酸。溶解度：果胶与果胶酸在水中溶解度随链长增加而减少粘度：粘度与链长正比。,补充水果成熟过程中果胶质的变化,HM果胶胶凝机理,HM果胶溶液在具有足够的糖(糖55%，最好在65%)和酸（pH 2.03.5）存在下才能凝胶，又称糖-酸-果胶凝胶。,pH足够低时，羧酸盐基团转化成羧酸基团，分子不再带电，分子间斥力下降，水合程度降低，分子缔合形成接合区和凝胶。糖与分子链竞争水，溶剂化程度大大下降，有助于链间相互作用,凝胶是由果胶分子形成三维网状结构，同时水和溶质固定在网孔中；凝胶具有一定的凝胶强度。,LM果胶胶凝机理,必须在二价阳离子（Ca2+）存在情况下形成凝胶。由不同分子链的均匀区(均一的半

48、乳糖醛酸)间形成分子间接合区(蛋盒模型)。,凝胶能力随酯化度DE的减少而增加，相对分子质量越小，形成的凝胶越弱；凝胶还与温度、pH、离子强度、Ca2+浓度有关。,果胶的主要用途：,果酱与果冻的胶凝剂 制造凝胶糖果 酸奶的水果基质（LM果胶特别适合）增稠剂和稳定剂 HM果胶应用于乳制品,商业上生产果胶：以桔皮和苹果渣为原料，在pH1.53和温度60100提取，再用离子(Al3+)沉淀纯化，使果胶形成不溶于水的果胶盐，用酸性乙醇洗涤除去离子。,作业5,1、直链淀粉由葡萄糖通过-1，4 葡萄糖苷键连接而成，它在水溶液中的分子形状为螺旋状。2、直链淀粉与碘反应呈蓝色，这是由于碘分子在淀粉分子螺旋中吸附

49、而引起的。3、制糖工业上所谓的液化酶是指-淀粉酶，糖化酶是指-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。4、举出五种常见的改性淀粉的种类：乙酰化淀粉、磷酸单酯淀粉、交联淀粉、酸变性淀粉、预糊化淀粉。,1、简述CMC的特性。2、什么是淀粉的糊化、老化？3、何谓HM果胶、LM果胶？其胶凝机理有何不同？,作业6,第九节 卡拉胶（Carrageenan）,卡拉胶,又称为鹿角菜胶、角叉菜胶。卡拉胶是由红藻通过热碱分离提取制得的非均一多糖，它是一种由硫酸基化或非硫酸基化的半乳糖和3,6-脱水半乳糖通过-1,3糖苷键和-1,4糖苷键交替连接而成。,卡拉胶的利用起源于数百年前的爱尔兰，当地居民常把皱波角藻采来放到牛奶中加糖煮，放

50、冷，待凝固后食用。后被介绍到美国，19世纪美国开始工厂化提炼卡拉胶，到19世纪40年代卡拉胶工业才真正在美国发展起来。我国在1973年在海南岛开始有卡拉胶生产。,多糖在溶液中呈无规线团结构，当多糖溶液冷却时，足够量的交联区形成了连续的三维网状凝胶结构。,卡拉胶三种类型，其中-和-卡拉胶通过双螺旋交联形成热可逆凝胶。,-卡拉胶,-卡拉胶,-卡拉胶,第九节 卡拉胶（Carrageenan）,卡拉胶特性：,（1）含有硫酸盐阴离子，易溶于水；硫酸盐含量越少，则多糖链越易从无规线团转变成螺旋结构。,（2）加入阳离子可以提高胶凝温度。,（3）卡拉胶同牛奶蛋白质可以形成稳定的复合物(卡拉胶的硫酸盐阴离子与酪