第三章碳水化合物.ppt
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1、第三章 碳水化合物(Carbohydrates),前 言,自然界最丰富的一类天然有机化合物占生物界的3/4占人类食物摄入量的40%-80%是绿色植物经过光合作用的产物,占植物体干重的5080%是最廉价和最重要的能量资源,1、概念 糖类是多羟基的醛、酮及其衍生物和缩合物,又称为碳水化合物 2、分类 单糖低聚糖(寡糖)(单糖数小等于10)多聚糖,3、生理功能 供能 糖脂、糖蛋白:构成神经组织和细胞膜的成分 粘蛋白:生物体软组织、粘液的组成成分生物体合成其他化合物的基本原料充当贮存性和结构性物质,4、食品中的糖类物质(1)存在的概况 植物干重50%-80%由糖类构成 主要是淀粉和纤维素 谷物中的糖类
2、物质含量 名称 可溶糖 淀粉 纤维素 半纤维素 小麦 2-5 58-76 2.3-3.7 4.9-7.5 稻谷 0.46 75-80 10.5 3.4-4.6 玉米 1.5-3.7 60-70 2.4,(2)植物中游离糖分变化 谷、茎、根类植物 未成熟 陈化、后熟-淀粉 游离可溶糖 贮 存 水果:未成熟 贮存后熟-成熟、可溶糖 淀粉 淀粉酶 味酸 甜,动物产品中的糖类物质含量少 肌肉、肝脏含一定糖元、葡聚糖 乳汁 含乳糖 鲜牛奶 乳糖4.8%鲜母乳 乳糖 6.7%,5、食品功能1)风味结合功能色、香(美拉德反应、焦糖化反应)、味(甜味)2)防腐保质剂 3)具有高黏度和凝胶能力,保持食品粘、弹性
3、(质构)起稳定性作用如淀粉、果胶等4)嫩化肌肉、促进发色,目的要求 了解单糖及其相关化合物、常见低聚 糖及多糖的组成的组成特点;掌握 碳水化合物的性质以及在食品加工和 贮藏中的化学变化。重点难点 淀粉性质,碳水化合物的功能特性及 在食品加工和贮藏中的化学反应。,主要内容 1、单糖及其相关化合物 2、低聚糖及其特点 3、单糖、低聚糖的理化特性 4、多糖及其在食品中的应用 5、碳水化合物的功能性质,第一节 单糖及其相关化合物,一、单糖(Monosaccharides)包括醛糖和酮糖。二、单糖衍生物 氨基糖(Amino-sugars)糖醇(Sugar alcohols)糖苷(Glycosides)脱
4、氧糖(Deoxysugars),风味物质的前体,一般具涩味和苦味。,一、单糖,1.1 单糖的定义糖类中最简单,最小组成单位,它们不能再进一步水解,是带有醛基或酮基的多元醇。,1.2 单糖的种类和结构,1.2.1 种类 1、根据碳原子数:丙糖、丁糖、戊糖、己糖等 2、根据含有的羰基的特性:醛糖(葡萄糖)、酮糖(果糖),1.2.2 结构,链状结构式费歇尔式(L-、D-)环状结构式哈武斯式(戊糖以上的糖)两种环状构型:吡喃型、呋喃型两种立体异构体:型和型天然糖中,无论是在晶体或溶液中,几乎以环状结构即半缩醛或酮存在,1.3 几种重要的单糖,葡萄糖 是自然界分布最广的己醛糖,右旋糖构成淀粉、纤维素和糖
5、元的基本单位易结晶,甜味清爽,有清凉感觉可直接被生物体所吸收,易为酵母、乳酸菌利用,果糖 是单糖中最甜的,己酮糖,左旋糖不易结晶果糖可以代替葡萄糖为人体直接吸收有解毒功能抑制人体蛋白质的消耗的功能在人体内的代谢不需要胰岛素的参与具有冷甜特性,二、单糖衍生物,(一)氨基糖,单糖分子中的 C2的羟基被氨基取代2-氨基-D-葡萄糖和2-氨基-D-半乳糖是氨基多糖的单体是存在于动物软组织或粘液中的多糖母乳中也有少量存在,(二)糖醇,单糖被还原的产物重要的功能性甜味剂和润湿剂有甜味,具有保健功能性,例如木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇等在体内的吸收和代谢不受胰岛素的影响具有预防龋齿的功能糖醇摄食过量会引起腹泻
6、欧共体国家规定的安全 食用量位20g/人、天,(三)糖苷,单糖分子的半缩醛羟基与其它羟基化合物缩合而成的化合物称为甙或苷 多味苦,溶解度大微量时具有药效,多量时则多有毒性广泛分布在自然界,主要存在于植物的种子、叶子及皮肉中,比较重要的糖苷:苦杏仁苷:止咳皂角苷:溶血作用,可作稳定剂和起泡剂黑芥子苷,有消炎止痛作用毛地黄苷,有强心剂作用橙皮苷,有理气化瘀作用甜菊苷则是一种甜味剂,第二节 低聚糖(Oligosaccharides)及其特点,一、低聚糖的定义由10个以下的单糖分子通过糖苷键形成的化合物。即醛糖C1上半缩醛羟基(酮糖则在C2上)和其它单糖的羟基经脱水缩合而成。,二、食品中常见的低聚糖(
7、普通低聚糖),根据其分子上是否保留自由的半缩醛羟基,可将低聚糖分为两大类:非还原型低聚糖:两分子单糖通过各自的半缩醛羟基结合而成的化合物如海藻糖、蔗糖性质:不具还原性,不能还原费林试剂,不发生变旋现象,和型不互相转变。,还原型低聚糖:分子中存在一个自由的半缩醛羟基 如麦芽糖、异麦芽糖、纤维二糖,龙胆二糖等性质:有还原性,有变旋现象,可还原费林试剂,易发生美拉德反应,和型可互相转变,并能达到平衡。,(一)蔗糖(Sucrose),高浓度时对微生物有抑制作用(为什么?)。,1分子葡萄糖与1分子果糖以-1,2糖苷键结合甘蔗、甜菜中含量最多,菠箩中也含有大量蔗糖最常用、资源最广的甜味剂能被稀酸或酶水解,
8、得到葡萄糖和果糖的混合物,由于蔗糖是右旋,而水解后的产物为左旋,故称其为转化糖浆。,(二)麦芽糖,两分子葡萄糖通过-1.4糖苷键结合而成由淀粉在-麦芽糖酶作用下水解制得存在于发芽的粮粒、麦芽中,面团发酵和甘薯蒸烤时也有麦芽糖生成麦芽糖营养丰富,甜味温和,(三)乳糖,只存在于哺乳动物的乳汁中,由1分子半乳糖和1分子葡萄糖通过-1.4糖苷键缩合而成还原糖乳糖味微甜,是所有糖中溶解度最小的可促进人体对钙的吸收某些人体内缺少乳糖酶,易患乳糖不适症是一种色泽和风味的保护剂,(四)环状糊精(Cyclodextrin),又称沙丁糊精(Schardinger-dextrin)或环状淀粉,是由D-G以-1,4键
9、连接而成的环状结构,含有双亲基团(P41图2-7)。羟基分布在圆周外侧,亲水性强,内穴呈疏水性,是微胶囊化的良好壁材,以-环糊精效果最好,用途最广。由软化芽孢杆菌作用于淀粉而得。,-环糊精的结构,白色结晶性粉末,熔点360(稳定)26,溶解度,18.5g/100ml 对油脂起乳化作用;防止挥发性芳香物质的挥发;保护易氧化和易光解物质;保护食品的色、香、味并可除去某些苦味和异味。,性状及应用,以淀粉为原料生产的低聚糖,三、功能性低聚糖,*21世纪功能性甜味剂 棉籽糖、水苏糖、低聚麦芽糖、低聚半乳糖,低聚木糖、低聚乳果糖、甲壳低聚糖等1 保健功能:能促进人体胃肠道的双歧杆菌的繁殖生长;防止龋齿,抑
10、制有害菌的生长;不被人体消化酶水解,是低热量的甜味剂2存在:广泛存在于天然植物中,如香蕉、蜂蜜、西红柿、芦笋、大蒜、菊芋、洋葱和麦类中。,水苏糖,广泛存在于豆科植物中的四糖,属棉子糖属半乳糖苷类的非还原糖。良好的热稳定性和着色性,可用于耐热食品和焙烤食品中低热量、低甜度(仅为蔗糖的22%)在体内不消化、不吸收的特点可替代蔗糖应用于各种甜品中作为一种-半乳糖苷类物质对多种慢性炎症有缓解作用,菊糖从菊芋(洋姜)中提取兼有可溶性膳食纤维和低聚糖的双重功能特性是良好的双歧杆菌的增殖因子,理想的低热量可溶性膳食纤维;具有模拟脂肪口感的独特性,是良好的脂肪替代物成分中聚果糖含量高已有40多个国家将其批准列
11、为食品的营养强化剂。,甲壳低聚糖是水溶性氨基葡聚糖随氨基含量的增加,其氨基特性愈显著是用盐酸水解壳聚糖至聚合度1-7的低聚糖类可降低肝脏和血清中的胆固醇,提高免疫力,增强抗病、抗感染能力;可抗肿瘤,第三节 单糖、低聚糖的理化特性,(一)、比甜度基准物蔗糖 在20时,10或15的蔗糖水溶液的甜度为1.0,则:果糖的甜度为1.5葡萄糖的甜度为0.7,表1 单糖的比甜度糖 类 名 称 比 甜 度蔗糖 1.00D葡萄糖 0.70D呋喃果糖 1.50D半乳糖 0.27D甘露糖 0.59D木糖 0.50,影响甜味的因素,分子量分子结构:(吡喃型、呋喃型)分子存在状态:(、)外界因素(T、PH、粘度等),甜
12、味纯正甜感反应快,消失得也迅速 与蔗糖相比,果糖的甜味感觉反应快,达到最高甜味的速度快,持续时间短葡萄糖的甜味感觉反应慢,达到最高甜度的速度也慢。,优质甜味剂的条件,(二)、溶解度均易溶于水,但溶解度不同 果糖 蔗糖 葡萄糖 乳糖20 78.9%66.6%46.7%16.1%50 86.9%72.0%70.9%61.2%因为葡萄糖溶解度低,浓度高,则析出晶体。所以在淀粉糖浆中,为了防止结晶析出,一般控制葡萄糖含量果汁、蜜饯、果脯类食品利用糖作保存剂,需要糖具有高溶解度。果糖含量溶解度 所以,果糖含量高的(溶解度大),果葡糖浆其食品保存性好,(三)渗透压渗透压随,渗,%同,小,分子数目越多,渗则
13、大。渗nRT/V=wRT/MV单糖的渗透压对于抑制不同的微生物生长是有差别的。蔗糖液可以抑制一般酵母生长。蔗糖液才能抑制一般细菌生长。蔗糖液才能抑制一般霉菌生长。密饯、果脯是靠糖的渗透压高才具有较好的保存性。,(四)结晶性单糖都具有结晶性,但结晶的难易程度差别很大 蔗糖极易结晶,晶体大葡萄糖易结晶,晶体小果糖、转化糖、果葡糖浆难结晶淀粉糖浆、低聚糖和糊精的混合物不能结晶,并可防止蔗糖结晶,结晶性质的应用,1、冰糖和酒心糖等的生产,就是利用过饱和的蔗糖溶液在机械振动(搅拌)、温度骤变、晶种存在的情况下蔗糖分子可整齐地排列在一起重新结晶而成的性质;2、砂质软糖的生产3、冷饮产品或蜜饯的生产4、硬糖
14、的生产(不能单独只用蔗糖),旧式制造硬糖方法:加入有机酸,蔗糖转化糖()以防止蔗糖结晶 新式制造硬糖方法 添加-淀粉糖浆(=)具有以下优点:.工艺简单,不含果糖,保存性好.含糊精,增强糖果韧性,强度,粘性,不易破裂 3.口感甜爽(淀粉糖浆甜度低),(五)冰点降低冰点降低与质量摩尔浓度的关系为t凝=K凝*m t凝(葡萄糖)t凝(蔗糖)(M萄M蔗)淀粉糖浆,转化程度越大(DE大),冰点降低越多。冰点相对降低值比较:糖 M t凝蔗糖 342 1.00葡萄糖 180 1.90淀粉糖浆DE=30 647 0.53淀粉糖浆DE=36 543 0.63淀粉糖浆DE=42 430 0.80,生产雪糕类冰冻食品
15、,使用冰点降低较小的糖液为好(等浓度)t凝(淀粉糖浆+蔗糖混合液)t凝(蔗糖)使用DE值小的淀粉糖浆效果更好作用:节约电能;促进冰粒细腻、粘稠度高(糊精多);甜味低而温和;可口性好。,(六)粘度 糖的粘度与糖的种类及温度有关:粘度:萄、果蔗淀粉糖浆 淀粉糖浆:DE值大、则 葡萄糖:T,则(聚合)蔗糖:T,则 在食品生产中,可调节糖果的粘度以适应糖果制作中拉条、成型,提高粘度和可口性,如:水果罐头,果汁饮料、食用糖浆中应用淀粉糖浆以增加粘稠感。,(七)吸湿性与保湿性(亲水功能)糖类具有亲水功能糖类含有许多羟基与H2O分子通过氢键相互作用。具有亲水功能(基本的物理性质之一)吸湿性与保湿性 吸湿性是
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