精品课碳水化合物2.ppt
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1、Chapter 3 Carbohydrates,第三章碳水化合物,本章提要,重点:食品在储藏加工条件下糖 类化合物的麦拉德褐变反应及其对食品营养,感观性状和安全的影响;淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的应用;功能性低聚糖简介;食品中总糖、还原糖、淀粉、果胶、及粗纤维含量的测定。难点:糖类化合物的结构与功能间的关系。,3.1 Introduction3.2 Structure of Carbohydrates3.3 Reactions of Carbohydrates3.4 Function Monosaccharides and Oligosaccharides3.5 Starch3.6 Po
2、lysaccharides 3.7 Survey of the carbohydrate3.8 Special topic of Carbohydrate,Content,3.1 概述3.1 Introduction,定义:碳水化合物(Carbohydrates)多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。1.分类 Classification(1)按组成分 单糖(Monosaccharides):不能再被水解的多羟基醛或酮,是碳水 化合物的基本单位。,低聚糖(寡糖)(Oligasaccharides)由210个单糖分子缩合而成,水解后生成单糖多糖(Polysaccharides)由许多单糖分子缩合而成(
3、2)按功能分 结构多糖 贮存多糖 抗原多糖,2.食品中的糖类化合物(见表一),Carbohydrates comprise more than 75%of the dry matter of Plants.eg:corn,vegetable,fruit,and so on.Monosaccharides&Oligasaccharides is usually found in the vegetable and fruit.Polysaccharides can mainly be found in corn,seed,root,stem plants.,表一 食品中的糖类化合物(%),3.食
4、品中碳水化合物的作用,提供人类能量的绝大部分提供适宜的质地、口感和甜味(如麦芽糊精作增稠剂、稳定剂)有利于肠道蠕动,促进消化(如纤维素被称为膳食纤维,低聚糖可促小孩肠道双歧杆菌生长,促消化),3.2糖类化合物的结构Structure of Carbohydrates,(1)链式结构 醛糖 C4 差向异构 C2差向异构 酮糖 C5差向异构,1.单糖(Monosaccharides),醛 糖,酮糖,(2)环状结构,(3)己糖构象 构象是由原子基团围绕单糖旋转一定位置而形成的。己糖可以形成呋喃型和吡喃型,己糖一般由船式和椅式两种构象,船式,椅式,2.单糖的作用及功能,(1)甜味剂 蜂蜜和大多数果实的
5、甜味主要取决于蔗糖sucrose、D-果糖D-fructose、葡萄糖glucose的含量。甜度定义 是一个相对值,以蔗糖作为基准物,一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20时的甜度为1 甜度 果糖 蔗糖 葡萄糖麦芽糖半乳糖,糖的相对甜度,糖醇的相对甜度,(2)亲水功能(吸湿性或保湿性)糖分子中含有羟基,具有一定的亲水能力,具有一定的吸湿性或保湿性。吸湿性顺序 果糖葡萄糖 保湿性顺序 葡萄糖果糖 例如:面包、糕点、软糖应选吸湿性大的果糖或果葡糖浆.硬糖、酥糖及酥性饼干应选吸湿性小的葡萄糖.,3.糖苷(Glycosides),是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的-、-2、-(巯基)等发生缩
6、合反应而得的化合物。(1)组成 糖和配基(非糖部分),(2)性 质,无变旋现象无还原性酸中水解,碱中可稳定存在吡喃糖苷环比呋喃糖苷稳定,(3)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,具有扩张冠状血管,改善血液循环。,(4)糖苷的毒性某些生氰糖苷在体内转化为氢氰酸,使人体中毒。如:苦杏仁苷,在酶作用下水解成HCN等杏、木薯、马利豆等。,3.3 低聚糖Oligosaccharides,一般由个糖基构成,较重要的低聚糖有:蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖
7、、麦芽糊精和环状糊精(沙丁格糊精),1.麦芽糖、蔗糖、乳糖结构,乳糖,蔗糖,2.环状糊精Cyclodextrin()又名沙丁格糊精(SchardingerDextrin),由环状-吡喃葡萄糖苷构成。聚合度为、,分别成为、-环状糊精。,-环状糊精,-环状糊精,-环状糊精,-环状糊精,(1)物理性质,淀粉调浆液化转化终止反应脱色、过滤离子交换法去盐真空浓缩喷雾干燥干粉,环状糊精为中空圆柱形结构,可包埋与其大小相适的客体分子,起到稳定缓释,提高溶解度,掩盖异味的作用。,(2)制备工艺,(3)应用,医学 如用环状糊精包接前列腺素的试剂、注射剂,卞基青霉素-环糊精,食品行业 做增稠剂,稳定剂,提高溶解度
8、(做乳化剂),掩盖异味等。Suntoryltcl已获得粉状醇饮料的应用专利。,农业 应用在农药上,A.食品保鲜将和其它生物多糖制成保鲜剂。涂于面包、糕点表面可起到保水保形的作用。,B.除去食品的异味鱼品的腥味,大豆的豆腥味和羊肉的膻味,用包接可除去。,C.作为固体果汁和固体饮料酒的载体。,D.保持天然食用色素的稳定如:虾黄素经的包接,提高对光和氧的稳定性。,E.保持食品香味的稳定食用香精和稠味剂用包接,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,用包接后香味的保持得到改善。,作乳化剂,提高其稳定性,减轻对皮肤 的刺激作用
9、。,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(玩具及工艺品)。如tide(汰渍)洗衣粉留香,可经包接香精后添加到洗衣粉中。,化妆品,其它方面,3.低聚糖的功能fuction of oligosaccharides,(1)赋予风味 褐变产物赋予食品特殊风味。如,麦芽酚、异麦芽酚、乙基麦芽酚(2)特殊功能 增加溶解性:如环状糊精,麦芽糊精 稳定剂:糊精作固体饮料的增稠剂和稳定剂(3)保健功能 低聚糖可促进小孩肠道双歧杆菌生长,促消化.,4.单糖在食品贮藏与加工中的化学反应reaction of monosaccharides,脱水反应复合反应变旋现象烯醇化褐变反应,(
10、1)脱水反应,酸、热条件下的反应在室温下,稀酸对单糖的稳定性无影响在酸的浓度大于12%的浓盐酸以及热的作用下,单糖易脱水,生成糠醛及其衍生物。例如:HOCHCHOH HCCH H CH CHCHO H+HC CCHO+3 H2O OH OH O 五碳糖 糠醛,(2)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。是水解反应的逆反应。例如:2 C6H12O6 C12H22O11+H2O,(3)变旋现象 葡萄糖溶液经放置一段时间后的旋光值与最初的旋光值不同的现象。稀碱可催化变旋。,-D-呋喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖 开链式葡萄糖-D-呋喃葡萄糖-D-吡喃葡萄糖,(4)烯醇化在浓碱条
11、件下,开环,生成差向异构体。,(5)褐变反应Browning Reaction,氧化褐变 以多酚氧化酶催化,使酚类物质氧化为醌(酶褐变)非氧化褐变 焦糖化反应Phenomena of Caramelizati(非酶褐变)麦拉德褐变反应Maillard Reaction,在无水(或浓溶液)条件下加热糖或糖浆,用酸或铵盐作催化剂,生成焦糖的过程,称为焦糖化。,焦糖化现象(Phenomena of Caramelization),A.焦糖化反应产生色素的过程,糖经强热处理可发生两种反应分子内脱水 向分子内引入双键,然后裂解产生一些挥发性醛、酮,经缩合、聚合生成深色物质。生成焦糖或酱色环内缩合或聚合
12、裂解产生的挥发性的醛、酮经缩合或聚合产生深色物质。,B.反应条件催化剂:铵盐、磷酸盐、苹果酸、延胡索酸、柠檬酸、酒石酸等。无水或浓溶液,温度150-200,C.性质焦糖是一种黑褐色胶态物质,等电点在pH3.0-6.9,甚至低于pH3。粘度100-3000cp,浓度在33-38波美度,pH在 2.6-5.6较好。,D.三种色素及用途 NH4HSO4催化 耐酸焦糖色素(可用于可口可乐料)(NH4)2SO4催化 啤酒美色剂 加热固态 焙烤食品用焦糖色素,Maillard Reaction在少量的水存在下,羰基与氨基进行的反应.,A.反应机理(过程):反应分为三个阶段,开始和引发阶段 a.氨基和羰基缩
13、合 b.Amadori分子重排 中间阶段 c.糖脱水 d.糖裂解 e.氨基酸降解,后期 f.醇、醛缩合 褐色色素 g.胺醛缩合,-,氮代葡基胺,氮代葡基胺,B.条件:氨基酸和还原糖及少量的水参与C.产物:色素(类黑精)风味化合物:如麦芽酚,乙基麦芽酚,异 麦芽酚D.特点 随着反应的进行,pH值下降(封闭了游离的氨基),还原能力上升(还原酮产生)420nm-490nm处有吸收褐变初期,紫外线吸收增强,伴随有荧光物质产生添加亚硫酸盐,可阻止褐变,但在褐变后期加入不能使之褪色,亚硫酸盐防止褐变的机理,E.影响 Maillard反应因素,糖的种类及含量 a.五碳糖六碳糖 b.单糖双糖 c.还原糖含量与
14、褐变成正比,氨基酸及其它含氨物种类 a.含S-S,S-H不易褐变 b.有吲哚,苯环易褐变 c.碱性氨基酸易褐变 d.氨基在-位或在末端者,比-位易褐变,温度 升温易褐变,水分 褐变需要一定水分,pH值 pH49范围内,随着pH上升,褐变上升 当pH4时,褐变反应程度较轻微 pH在7.89.2范围内,褐变较严重,金属离子和亚硫酸盐,氧(间接因素),Ca 处理 抑制Maillard反应,F.Maillard反应对食品品质的影响,不利方面 营养损失,特别是必须氨基酸损失严重 产生某些致癌物质有利方面 褐变产生深颜色及强烈的香气和风味,赋予食品特殊气味和 风味.,G.Maillard反应在食品加工的应
15、用,a.抑制Maillard反应注意选择原料 如土豆片,选氨基酸、还原糖含量少的品种,一般选用蔗糖。保持低水分 蔬菜干制品密封,袋子里放上高效干燥剂。如 SiO2等。,应用SO2 硫处理对防止酶褐变和非酶褐变都很有效。保持低pH值 常加酸,如柠檬酸,苹果酸。其它的处理 热水烫漂 除去部分可溶固形物,降低还原糖含量。冷藏库中马铃薯加工时回复处理(Reconditioniny)钙处理 如马铃薯淀粉加工中,加Ca(OH)2可以防止褐变,产品白度大大提高。,b.利用Maillard反应在面包生产,咖啡,红茶,啤酒,糕点,酱油等生产中产生特殊风味,香味 通过控制原材料、温度及加工方法,可 制备各种不同风
16、味、香味的物质。控制原材料 核糖+半胱氨酸:烤猪肉香味 核糖+谷胱甘肽:烤牛肉香味,控制温度 葡萄糖+缬氨酸 100150 烤面包香味 180 巧克力香味 木糖 酵母水解蛋白 90 饼干香型 160 酱肉香型,不同加工方法 土豆 大麦 水煮 125种香气 75种香气 烘烤 250种香气 150种香气,斯特勒克降解反应,在褐变反应中有二氧化碳的放出 二氧化碳产生的原因(过程)在二羰基化合物存在下,氨基酸可发生脱羧、脱氨作用,成为少一个碳的醛,氨基则转移到二羰基化合物上(该反应称为斯特勒克降解反应)。通过同位素示踪法,发现斯特勒克降解反应在褐变反应体系中即使不是唯一的,也是主要的产生二氧化碳的来源
17、。,3.4 多糖Polysaccharides,1.多糖的来源、组成、结构、性质及在食品加工中的应用 是大分子聚合物,聚合度由到几千,常见多糖有淀粉,纤维素,半纤维素,果胶,瓜尔豆胶等等。,2.多糖的性质Chemistry property of Carbohydrates,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。,水解历程:,影响水解反应的因素 A.结构,-异头物水解速度-异头物呋喃糖苷水解速度 吡喃糖苷-D糖苷水解速度-D糖苷,异头型对各种糖苷水解速度的影响,-D:16 1 2 14 1 3-D:16 14 13 12,糖苷键的连接方式,聚合度(DP)大小,水
18、解速度随着DP增大而明显减小,B.环境,温度 温度提高,水解速度急剧加快。酸度:单糖在pH37范围内稳定;糖苷在碱性介质中相当稳定,但在酸性介质中易降解。,温度对糖苷水解速度的影响,3.5 淀粉Starch,1.淀粉粒的特性,淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在,故称淀粉粒。,形状圆形、椭圆形、多角形等。大小0.0010.15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。,2.淀粉的结构,直链淀粉(Amylose),支链淀粉(Amylopectin),3.淀粉的物理性质,白色粉末,在热水中溶胀.纯支链淀粉能溶于冷水中,而直链淀粉不能
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