1、第三章 碳水化合物 第一节 食品中的碳水化合物,Cx(H2O)y占所有陆生植物和海藻植物干重的3/4。存在于谷物、蔬菜、水果等。 提供能量 提供期望的质构、口感、甜味,Complex Carbohydrates. break down slowly releasing energy in a steady stream.,Without the vitamins, minerals, oils, and trace elements provided by complex carbohydrates,Homocysteine （高半胱氨酸） builds up in the cells and
2、 eventually seeping into the blood. homocysteine can attack the inside walls of the arteries （动脉）.,第二节 单糖,一、结构碳水化合物含有手性碳原子，手性碳原子连接四个不同的基团，四个基团在空间的两种不同排列（构型）呈镜面对称。,单糖分类,差向异构体,除C1外，任何一个手性碳具有不同的构型。 每个手性碳原子具有镜面像，因此这些原子具有2n排列。 六碳糖能形成16种不同的含有醛基端的差向异构体。8种属于 D-系列，8种属于L-系列。 最高碳数手性碳原子（C-5）上的羟基位置在右边的糖称为D-糖，最高碳
3、数手性碳原子上的羟基位置在左边称为L-糖。天然形式存在的七糖、八糖和九糖的量很少。,D-葡萄糖,最为丰富的碳水化合物和有机化合物。 4个手性碳原子。天然存在的葡萄糖为D-葡萄糖。L-糖与D-糖相比数量上非常少，但L-糖具有重要的生物化学作用。食品中发现两种L-糖：L-阿拉伯糖和L-半乳糖，两者都是以碳水化合物的聚合物（多糖）形式存在。,环式单糖,端基异构体 -和-构型 醛类羰基非常活泼，容易受羟基氧原子亲核进攻生成半缩醛。酮羰基也具有相似的反应。,环式与开环式相互转换,-D-吡喃葡萄糖溶于水时，形成具有：开环、五元环、六元环及七元环等不同异构体的混合物。 室温下，以六元环为主。,D-果糖,商业
4、上最重要的酮糖。,单糖异构化,含有相同数量碳原子的简单醛糖和酮糖互为异构物，通过异构化可以相互转化。 通过异构化反应，醛糖转化成另一种醛糖（C-2具有相反的构型）和相应的酮糖，酮糖转化成相应的两种醛糖。 D-葡萄糖、D-甘露糖以及D-果糖可以相互转化。 异构化可以通过碱或酶进行催化。,二、糖 苷,糖的半缩醛型能与醇反应，失去水后形成的产品（缩醛）被称为糖苷（O-糖苷）。糖结合形成糖苷的母体醇基称为糖苷配基。糖与硫醇（RSH）作用生成硫糖苷（S-糖苷）糖与胺（RNH2）作用生成氨基糖苷（N-糖苷）,糖苷的生理功能,类黄酮苷使食品具有苦味和其他的风味和颜色。 毛地黄苷是一种强心剂 皂角苷（淄类糖苷
5、）是起泡剂和稳定剂 甜菊苷是一种强甜味剂。糖苷一般在碱性条件下稳定，在温或热的酸性水溶液中通过水解产生还原糖。,天然甜味料甜菊糖甙,以相同的双萜配基构成的8种配糖体的混合物。其主要成分为Stevioside及Rebaudiana A。 一般用水从甜菊叶中抽提，经絮凝、过滤、吸附树脂提取，再经离子交换树脂脱盐，脱色而制得。 为白色或微黄色粉末，易溶于水，乙醇和甲醇，不溶于苯、醚、氯仿等有机化合物，甜度为蔗糖的200倍，在一般食品加工条件下，对热、酸、碱、盐稳定，在pH值大于9或小于3时长时间加热(100)会使之分解，甜味降低，具有非发酵性，仅有少数几种酶能使之水解。,N-糖苷一般不如O-糖苷稳定
6、，易发生水解，但有些N-糖苷相当稳定，特别是N-葡基酰胺。不稳定的N-糖苷（葡基胺）在水中发生一系列的反应，使溶液色泽变深（从开始的黄色变成暗棕色）。导致Maillard褐变。,肌苷5-单磷酸盐，R=H； 黄苷5-单磷酸盐，R=OH； 鸟苷5-单磷酸盐，R=NH2,硫葡糖苷 芥菜子和辣根的组分,烯丙基硫葡萄糖苷称为黑芥子硫苷酸钾。含有这类物质的食品具有特殊风味。,生氰糖苷 杏仁、木薯、高梁、竹叶和菜豆中降解时产生氰化氢。分子内糖苷。O-供体基团是同一分子的羟基。在焙烤或加热糖浆时可能发生。苦味，应避免该反应,生氰糖甙的种类及化学特性,生氰糖甙(cyanogenetic glycoside)亦称
7、氰甙、氰醇甙，是一类-羟腈或称氰醇的糖甙。 生氰糖甙能够产生氢氰酸(HCN)，植物中极少存在游离的氢氰酸，只有在细胞破坏时，才会在有关酶的作用下产生氢氰酸。 已报道75种。常见的有亚麻苦甙(linamarin，里哪苦甙)，蜀黍甙(dhurrin，叶下珠甙)，百脉根甙(lotaustralin)，巢菜甙(vicianin，野豌豆甙、毒蚕豆甙)，苦杏仁甙(amygdalin)等。 多数为水溶性，容易水解,通常由酶催化进行。在含有生氰糖甙的植物中都存在能水解生氰糖甙的酶。,生氰糖甙的毒性与毒作用机理,生氰糖甙本身不呈现毒性,但水解产生氢氰酸(HCN)后会引起动物中毒。 氢氰酸的主要毒作用在于氰离子(
8、CN-)能迅速与氧化型细胞色素氧化酶的三价铁(Fe3+)结合，生成非常稳定的高铁细胞色素氧化酶，使其不能转变为具有二价铁(Fe2+)的还原型细胞色素氧化酶，致使细胞色素氧化酶失去传递电子、激活分子氧的功能，使组织细胞不能利用氧，形成“细胞内窒息”，导致细胞中毒性缺氧症。 生氰糖甙的去毒处理 氢氰酸的沸点低(沸点25.7-26.5)，加热易挥发。因此，去毒处理一般采用水浸泡及加热的方法。,三、单糖反应 羟基和羰基参与反应,（一） 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。,D-葡萄糖酸-内酯（GDL）,D-葡萄糖酸-1,5内酯 在室温下的水中完全水解需要3小时
9、，pH随之下降。 温和的酸化剂，适用于肉制品与乳制品，特别在焙烤食品中可以作为预膨松产品膨松剂的一个组分。,葡萄糖测定,葡萄糖氧化酶法 初始产物是酸的1,5-内酯。 费林法 费林试剂 Cu()的碱性溶液，将醛糖氧化成醛糖酸，而Cu在此过程中还原成一价，生成砖红色Cu2O沉淀。醛糖是还原糖。酮糖也是还原糖，因为在费林法的碱性测定条件下，酮糖可异构化为醛糖。,（二）羰基还原 D-葡萄糖在一定压力与催化剂存在下加氢非常容易氢化,氢化产品-糖醇,山梨醇 广泛分布于植物界，但存在的量一般很少。甜度为蔗糖的50，一般用作保湿剂。D-甘露糖醇 不是保湿剂，非常容易结晶，微溶，可以作为糖果的包衣。甜度为蔗糖的
10、65，被用于不含糖的巧克力、咬嚼的薄荷糖、止咳糖以及硬糖和软糖等。木糖醇 由D-木糖氢化得到，其结晶溶解时具有吸热效应，因此有清凉感。甜度为蔗糖的70，木糖醇代替蔗糖使用时，可以减少龋齿的发生，它不能被口腔中的微生物代谢生成牙斑。,（三）糖醛酸,组成低聚糖或多糖的单糖的末端碳原子(碳链中远离醛基的一端)能以氧化形式(羧酸)存在。C-6以羧酸基形式存在的己醛糖称为糖醛酸，例如当糖醛酸的手性碳原子与它们在D-半乳糖中具有相同的构型时，此化合物是D-半乳糖醛酸）。,(四) 羟基酯,碳水化合物中羟基与有机酸和一些无机酸相互作用生成酯。 在合适的碱存在情况下，羟基与羧酸酐或氯化物（酰基氯）反应生成酯。糖
11、磷酸酯 通常是代谢的中间物。蔗糖酯 乳化剂多糖磷酸一酯，例如，马铃薯淀粉中含有少量磷酸酯基。其它重要的酯淀粉：乙酸酯、琥珀酸酯、琥珀酸酯以及二淀粉己二酸酯。卡拉胶含有硫酸酯基（硫酸一酯R-OSO3-）。,（五）羟基醚,碳水化合物中羟基与简单醇的羟基相同，也能生成醚。 多糖通过醚化可以改善它们的性质使它们具有较广的用途，例如 l 甲基纤维素 l 羧甲基纤维素钠（-O-CH2-COONa+） l 羟丙基（-O-CH2-CHOH-CH3）纤维素醚 l 羟丙基酯淀粉都己获批准用于食品。,内醚,图4-20 红藻多糖中存在的3,6-脱水-D-吡喃半乳糖基，又称为3,6脱水环 在红藻多糖（琼脂胶、-卡拉胶及
12、-卡拉胶）中发现。,（六）非酶褐变 Non -enzymatic Browning Reactions,食品中的非酶促褐变：焦糖化反应（Caramelization）和美拉德反应（Maillard browning）1. Maillard反应（美拉德反应） 与食品的颜色和许多风味密切相关 还原糖同游离氨基酸或蛋白质分子中氨基酸残基的游离氨基发生羰氨的反应。 Maillard褐变所需的反应物至少包括含有氨基化合物（一般是蛋白质和氨基酸），还原糖和一些水。 反应过程包括还原糖与胺形成葡基胺、 Amadori重排（醛糖） 或Heyns重排（酮糖)、经HMF，最后生成深色物质。,在pH5条件下继续反应
13、，得到中间物脱水化合物，最终得到呋喃衍生物5 - 羟甲基-2-糠醛（HMF）。在pH5条件下，活性环状化合物（HMF和其它化合物）快速聚合成含氮的不溶性深暗色物质。,影响美拉德反应的因素：,Maillard 反应最适条件：中等水分含量、pH 7.89.2。金属离子特别是Cu与Fe能促进, Fe3+比Fe2+更有效。降低水分含量，或对流体稀释、降低pH、降低温度或去除一种作用物（如还原糖）可抑制美拉德褐变。褐变程度为D-木糖L-阿拉伯糖己糖二糖。D-果糖在褐变中的活性比醛糖低得多。,美拉德反应对食品的影响,色泽 希望和不希望 风味 美拉德反应产品能产生牛奶巧克力的风味。当还原糖与牛奶蛋白质反应时
14、，美拉德反应产生乳脂糖、太妃糖及奶糖的风味。 营养 还原糖与氨基酸的反应破坏氨基酸，特别是必需氨基酸L-赖氨酸所受的影响最大，赖氨酸含有-氨基，即使存在于蛋白质分子中也能参与美拉德反应。 安全 已从烧煮和油炸的肉和鱼以及牛肉的浸出物中分离得到诱变杂环胺。,2. 焦糖化反应,直接加热碳水化合物，特别是糖和糖浆，会发生“焦糖化” 复杂反应。 热解反应引起糖分子脱水，并把双键引入糖环，产生不饱和环中间产物，如呋喃。共轭双键能吸收光，并产生颜色。不饱和环常发生聚合，生成具有颜色的高聚物。 催化剂（少量酸和某些盐类）可以加速反应，使反应产物具有不同类型的焦糖色素（具有不同的溶解性及酸性）。 焦糖色素是一
15、种复杂、多变、结构尚不明确的大的高聚物分子。这些高聚物形成了胶体粒子，而且形成的速率随温度和pH的增加而增加。,应用蔗糖制造焦糖色素（红棕色）和风味物。三种类型：,耐酸焦糖色素。由亚硫酸氢铵催化产生的耐酸焦糖色素，可应用于可乐饮料、其它的酸性饮料、烘焙食品、糖浆、糖果、宠物食品以及固体调味料等。生产量最大；本身为酸性（水溶液pH为pH24.5），含有带负电的胶体粒子。酸性盐催化蔗糖糖苷键的断裂，铵离子参与Amadori重排。 焙烤食品用焦糖色素。由糖和铵盐加热制得。 水溶液pH为4.24.8，含有带正电荷的胶体粒子，用于烘焙食品、糖浆以及布丁等。 啤酒用焦糖色素。由蔗糖直接热解制得。 含有略带
16、负电荷的胶体粒子，其水溶液的pH为34，应用于啤酒和其它含醇饮料。,某些焦糖化产物除具有颜色外， 还具有独特的风味与香味,l 提供面包的风味 提供面包的风味 增强各种风味和甜味,第三节 低聚糖（Oligosaccharides）,由220个糖单位通过糖苷键(glycosidic bonds)连接的碳水化合物称为低聚糖，超过20个糖单位则称为多糖。天然存在的低聚糖很少，大多数低聚糖是由多糖水解而成的。,一、食品中重要的低聚糖 （Main Oligosaccharides in Foods) 1. 麦芽糖（maltose),主要来源于淀粉(starch)水解。在环的末端具有潜在的游离醛基(free
17、 aldhyde)，有还原性，即为还原糖（reducing sugar)。具有和六元环两种构型并达到平衡。食品的温和甜味剂（mild sweeter）。,2. 乳糖（lactose),存在于乳中的二糖。 乳中乳糖浓度一般在2.08.5之间。牛乳和羊乳含有4.54.8乳糖，人乳中含有7乳糖 乳糖是哺乳动物发育的主要碳水化合物来源，人类婴儿喂奶期间，乳糖占消耗能量的40。,发酵乳制品如大多数酸奶和干酪中乳糖含量很少，一些乳糖发酵过程中被转化成乳酸。 乳糖在水解成单糖D-葡萄糖和D-半乳糖之后才能作为能量利用。乳糖酶乳糖 D-葡萄糖 + D-半乳糖乳糖到达小肠后才被消化，小肠内存在水解酶乳糖酶。 乳
18、糖促进肠道吸收和钙的保留。,乳糖不耐症,乳糖保留在小肠肠腔内，由于渗透压的作用，乳糖有将液体引向肠腔的趋势，产生腹胀和痉挛。 乳糖不耐症随着年龄增大而加重。 有两种方法可以克服乳糖酶缺乏的影响，一种方法是通过发酵如在生产酸奶和乳制品时除去乳糖，另一种方法是加入乳糖酶减少乳中乳糖。,3. 蔗糖（sucrose),由-D-吡喃葡萄糖基和-D-呋喃果糖基头与头相连构成的。 没有还原端，是非还原糖。 为能提供人类能量的三种碳水化合物（除单糖外）之一，其它两种碳水化合物为乳糖和淀粉。 亲水性极强和溶解性极大，能形成具高渗透性的高浓度溶液。可用作防腐剂和保湿剂。 具有冷冻保护剂的功能，可防止脱水和由冷冻引
19、起的结构和质构的破坏。 甘蔗糖与甜菜糖.,二、具有特殊功能的低聚糖Functional Oligosaccharides,功能性食品（Functional Foods)西方国家 低脂、低热、低胆固醇、低盐、低糖及高纤维食品日本 功能食品因子 低聚糖和短肽 功能性低聚糖低聚果糖、乳果聚糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚氨基葡萄糖等。 功能性低聚糖的主要功能：增殖双歧杆菌维护肠道健康,低聚果糖 Fructo-oligosaccharides,低聚木糖 （Xylo-oligosaccharides）,低聚氨基葡萄糖,由N-乙酰- D 氨基葡萄糖或D 氨基葡萄糖通过-1,4糖苷键连接起来的低聚合度水溶性
20、氨基葡萄糖。 在酸性条件下易成盐，呈阳离子性质 随着游离氨基的数量增加，氨基特性愈显著。该低聚糖的许多功能性质和生理学特性都与此密切相关。,低聚氨基葡萄糖功能性质,降低肝脏和血清中的胆固醇 提高肌体免疫力 具有抗肿瘤作用。 聚合度5-6的甲壳低聚糖具有直接攻击肿瘤细胞的作用，对癌细胞的生长和转移具有很强的抑制效果。 增殖双歧杆菌和乳杆菌。 防止胃溃疡、胃酸过多等症。,三、环状低聚糖(Cyclodextrins),-，-，-环状糊精分别由6，7，8个D-1,4葡萄糖吡喃单位以-1,4糖苷键连接而成。,结构具有高度的对称性 糖苷键上的氧原子处于一个平面。 环形和中间具有空穴的圆柱形，C6上的伯醇羟
21、基都排列在外侧，外亲水；空穴内壁由疏水性的C-H键和环氧组成，内疏水。 作为微胶囊壁材，包理风味物、香精油、胆固醇等。,第四节 多 糖（polysaccharides) 超过20个单糖的聚合物（polymers)为多糖,大多数多糖的DP为200-3000，纤维素的DP最大，达7000-15000。 均一多糖（homoglycans) 由相同的单糖（monosaccharide)组成 淀粉 纤维素非均一多糖（heteroglycan） 也称杂多糖，由两种（二杂多糖）或多种（三杂多糖、四杂多糖等）不同的单糖作成 海藻酸钠、木聚糖、瓜尔豆胶和刺槐豆胶,低聚糖和多糖的缩写,采用糖基单位名称的前三个字母
22、表示，第一个字母大写，葡萄糖除外，它可写为Glc。D-可以省略，但L糖必须标明，例如LAra。环的大小可用斜体字表示。吡喃糖基用p表示，呋喃糖基用f表示。端基构型用或表示，例如，-D-吡喃葡萄糖基表示为Glcp，醛酸可用大写字母A表示，例如，L-吡喃古洛糖醛酸单位表示为LGulpA。 生物化学家通常采用1,3表示连接位置，而碳水化合物化学家通常采用13表示连接位置。乳糖：-Galp(14)Glc或Galp(1,4)Glc麦芽糖：-Glcp(14)Glc或Glcp(1,4)Glc 还原端不能被表示为或、吡喃糖或呋喃糖，因为环可以是开式或闭式，以及无环型的混合物存在，并在这些环型中快速转换。,一、
23、多糖的溶解性（solubility),多糖具有较强亲水性和易于水合。多元醇，每个羟基均可和一个或几个水分子形成氢键。环氧原子以及连接糖环的糖苷氧原子也可与水形成氢键。 具有改变和控制水分移动的能力。食品的许多功能性质包括质构都同多糖和水分有关。,冷冻稳定剂（Cryostabilizer)淀粉溶液冷冻时，形成两相体系，一相是结晶水（即冰），另一相是由70淀粉分子和30非冷冻水组成的玻璃。当大多数多糖处于冷冻浓缩状态时，水分子的运动受到了极大的限制，水分子不能吸附到晶核或结晶长大的活性位置，因而抑制了冰晶的长大，提供了冷冻稳定性。,二、多糖溶液的粘度与稳定性 （Viscosity and Stab
24、ility）,多糖（亲水胶体或胶）主要具有增稠和胶凝功能，此外，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。在食品产品中，一般使用0.250.5浓度的胶即能产生粘度和形成凝胶。,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（configuration)有关。,在溶液中呈无序的无规线团状态。线团的性质同单糖的组成和连接方式有关。有的紧密，有的伸展。 溶液中线性高聚物分子旋转和伸屈时占有很大的空间，分子间彼此碰撞的频率高，产生磨擦，消耗能量，因而产生粘度。线性多糖甚至在浓度很低时形成粘度很高的溶液。链长增加，高聚物占有的体积增加，溶液的粘度增加。 线性分子（linea
25、r polysaccharides)，高粘度 支链分子（branched polysaccharides)，体积小，低粘度,带电多糖，粘度增高仅带一种类型电荷（一般带负电荷，它由羧基或硫酸一酯基电离而得）的直链多糖由于相同电荷的斥力呈伸展构型，增加了从一端到另一端的链长，高聚物占有体积增大，因而溶液的粘度大大提高。,无支链的聚糖通过加热溶于水中，形成不稳定的分子分散体系，很快出现沉淀或胶凝。长分子的链段相互碰撞并在几个糖基之间形成分子间键，因而分子间产生缔合，在重力作用下产生沉淀或形成部分结晶。 直链淀粉通过加热溶于水，接着将溶液冷却，分子经聚集而沉淀，此过程称为老化。,具有带电基团的直链多糖
26、由于库仑斥力阻止链段相互靠近也能形成稳定的溶液。 海藻酸钠，每个糖基单位是一个醛酸基，含有一个以盐的形式存在的羧酸基； 黄原胶 中每5个糖基单位有一个羧酸基存在。 但如海藻酸钠溶液pH降到3，羧酸的电离受到一些抑制，（羧酸的pKa为3.38和3.65），最终分子带电较少，能缔合、沉淀或形成凝胶。 卡拉胶 在直链上存在许多带电的硫酸一酯基。这类分子在低pH下不会沉淀，因为在所有实用的pH范围内硫酸盐基团都保持电离状态。,流体流变特性,流体在受到外部剪切力作用时发生变形(流动)，内部相应要产生对变形的抵抗，并以内摩擦的形式表现出来。这种内摩擦力称为流体的粘滞性或粘性。 牛顿内摩擦定律： =(dvx
27、/dy) 比例系数代表流体粘滞性的物理量，反映流体内摩擦力的大小，称为流体的动力粘性系数或粘度。 ：剪切应力；速度梯度：dvx/dy剪切应力与速度梯度呈线性关系牛顿流体。 剪切应力与速度梯度不呈线性关系非牛顿流体。,非牛顿流体包括,剪切变稠型：粘度随流速梯度增大而增大。 剪切变稀型：粘度随流速梯度增大而减小。 假塑型：粘度随流速梯度增大而减小。剪切变稀的性质更为突出。 塑性型：该类流体由于絮凝很强而形成网络结构，存在屈服应力B 。 B 时，网络破坏并开始流动，剪切应力随流速梯度而变化。 触变型：在剪切作用下可由粘稠状态变为流动性较大的状态，而剪切作用取消后，要滞后一段时间才恢复到原来状态。 震
28、凝型：能在剪切作用下变稠。剪切取消后，也要滞后一段时间才恢复变稀。,多糖溶液一般呈现两种流动性质：,1. 假塑性剪切速率增高，粘度快速下降。液体流动越快，粘度越低，流动速率随外力的增加而增加。在倒出、咀嚼、吞咽、泵送、混合过程中，流动速率随所加的力增大而增大。 粘度变化与时间无关；随剪切率变化，流动速率也发生瞬时改变。 线性高聚物分子形成剪切变稀的假塑性溶液，一般来说，胶的分子量越高，假塑性越大。 “短流”：假塑性大，口感不粘 “长流”：假塑性小，口感粘稠 对大多数胶溶液，温度升高引起粘度下降，但黄原胶在0100除外。,在触变流动中，随流速增加，粘度下降并不是瞬时发生的，在恒定的剪切速率下触变
29、溶液的粘度下降和时间有关。在剪切停止后，重新回复到原有粘度需要一定的时间。这种性质反映了凝胶溶液凝胶的转变，换句话说，触变溶液在静止时显示一种弱凝胶结构。,2.触变性,三、凝胶（Gel）,三维网络结构（three dimensional network） 凝胶是由分子或颗粒（例如结晶、乳状液液滴或分子聚集体/原纤维）连接而成的连续的三维网。网中充满了大量的连续液相。 三维网状凝胶结构是由高聚物分子通过氢键、疏水缔合、范德华引力、离子桥联、缠结或共价键形成连结区，液相是由相对分子质量低的溶质和部分高聚物链组成的水溶液。 食品产品中，高聚物分子（多糖或蛋白质）或原纤维能形成凝胶网络。,这种结构类型
30、称为穗状胶束，肩并肩平行链代表结合区的定向结晶结构，结合区之间空洞充满可溶性高聚物链段和其它溶质的水溶液。,凝胶具有两重性,既具有固体性质，也具有液体性质 海绵状三维网状结构对外界应力具有显著的抵抗作用，是具有粘弹性的半固体，显示部分弹性和粘性。 连续液相中的分子是完全可以移动的，使凝胶的硬度比正常固体小，因此在某些方面呈现粘性液体性质。 多糖凝胶一般仅含有1高聚物，水分可以高达99，但能形成很强的凝胶。例如甜食凝胶、肉冻、水果块、仿洋葱圈、类肉宠物食品以及糖霜等。,不同的胶具有不同的用途，选择标准取决于,所期望的粘度 凝胶强度 流变性质 体系的pH 加工温度 与其它配料的相互作用 质构 价格
31、 期望的功能特性,凝胶的制备,聚合物分子或分子聚集体必须首先存在于溶液中，然后部分从结合区溶液中出来形成三维凝胶网状结构。一般来说，凝胶形成后如果结合区变大，那么网就变得较紧密，结构收缩，产生脱水收缩（在凝胶表面上出现液滴称为脱水收缩）。,亲水胶体的功能和用途,可以作为：粘结剂、增稠剂、膨松剂、结晶抑制剂、澄清剂、混浊剂、成膜剂、脂肪代用品、絮凝剂、泡沫稳定剂、缓释剂、悬浮稳定剂、吸水膨胀剂、脱水收缩抑制剂、搅打起泡剂、持水剂、胶粘剂、乳化剂、乳状液稳定剂以及胶囊剂等。l,四、多糖水解,在酸或酶的催化下，低聚糖或多糖的糖苷键水解，伴随着粘度下降，水解程度取决于酸强度、时间、温度以及多糖的结构。
32、 在食品加工和贮藏过程中，多糖比蛋白质更易水解。 往往添加相对高浓度的食用胶，以免由于水解导致食品体系粘度下降。,第五节 淀粉(starch),植物中主要的贮藏物是淀粉，为人类提供7080%的热量。 淀粉和改性淀粉在食品中有广泛的应用：粘着剂、粘合剂、混浊剂、喷粉剂、成膜剂、稳泡剂、保鲜剂、胶凝剂、上光剂、持水剂、稳定剂、质构剂以及增稠剂等。,一、淀粉的化学结构 1. 直链淀粉(Amylose),基本上是由-D-吡喃葡萄糖基通过14连接而成的直链分子。在水溶液中为线型分子。 由分子内的氢键作用成右手螺旋结构，每个环含有6个葡萄糖残基。螺旋内部仅含有氢原子，是亲油的，羟基位于螺旋外部。 许多直链
33、淀粉分子含有少量的-D-（16）支链。平均每180320个糖单位有一个支链，分支点的-D-16糖苷键占总糖苷键的0.30.5%。含支链的直链分子中的支链有的很长，有的很短，但是支链点隔开很远。 直链淀粉的相对分子质量约为106。聚合度约为100-6,000之间，一般为几百。,2. 支链淀粉(Amypectin),高度分支的大分子，分支点的糖苷键占总糖苷键的45%。含有还原端的链称为C链，C链具有很多侧链，称为B链，B链上接有一个或几个第三层A链。 A链没有侧链；B链与其它的B链或A链相连。 支链淀粉分子的分支是成簇和以双螺旋形式存在。 支链淀粉分子的相对分子质量为1075108。DP 6,00
34、0以上。 大多数淀粉中含有75%的支链淀粉。,支链淀粉分子如球状,淀粉颗粒(Starch Granules),淀粉颗粒是由直链淀粉和/或支链淀粉分子径向有序排列而成。用偏光显微镜可以观察到偏光十字，十字中心是淀粉颗粒脐点，它是颗粒长大的起始点。 淀粉颗粒具有结晶区与非结晶区交替层的结构。与洋葱的层状结构相似。,结晶区构成了淀粉颗粒的紧密层。 无定形区构成了淀粉颗粒的稀疏层,淀粉颗粒具有多种形状 Starch granules, even from a single source, have mixed shapes,小麦淀粉颗粒呈扁豆状，其大小呈二级或三级分布（14m，514m，15m）。 米
35、淀粉颗粒最小约为1.59m 块根淀粉如马铃薯和木薯淀粉中大部分淀粉颗粒比种子淀粉颗粒大得多，结构不太紧密，易于烧煮。马铃薯淀粉颗粒轴向长度达100m。 马铃薯淀粉的支链淀粉分子上存在磷酸酯基，略带负电，使马铃薯淀粉颗粒在温水中快速吸水膨胀。其淀粉糊粘度高、透明度好、老化速率低。 谷物淀粉分子没有磷酸酯基，或者存在极少量的磷酸酯基。,二、糊化(Gelatinization),未受损伤的淀粉颗粒不溶于冷水，但能可逆地吸水，即能轻微地吸水膨胀，干燥后又可回到原有的颗粒大小。 淀粉颗粒在水中加热糊化的过程：结晶胶束区弱的氢键破坏颗粒开始水合和吸水膨胀结晶区消失 大部分直链淀粉分子沥出（溶解到溶液中）。
36、溶液粘度增加，淀粉颗粒破裂，双折射消失,糊化温度可采用具热台的偏光显微镜测定，也可应用差示扫描量热仪（DSC）测量。 糊化开始温度（双折射开始消失）(initiation temp.)中点温度(midpoint temp.)糊化终了温度或双折射终点温度（BEPT，双折射完全消失的温度）(endpoint temp.)。 糊化热淀粉糊化是吸热过程，可应用DSC测量糊化温度和糊化焓。,完全糊化发生在一定的温度范围，较大的颗粒首先糊化. 糊化初始表观温度与糊化的温度范围同测定的方法、淀粉与水的比例、颗粒类型、颗粒内部的不均匀分布有关。,淀粉 开始糊化 完全糊化 淀粉 开始糊化 完全糊化 粳米 59
37、61 玉米 64 72 糯米 58 63 荞麦 69 71 大麦 58 63 马铃薯 59 67 小麦 65 68 甘薯 70 76,到达峰粘度时，一些颗粒通过搅拌已破裂，进一步搅拌，更多的颗粒破碎，粘度也进一步降低。,三、老化和陈化 Retrogradation and staling,热的淀粉糊冷却时，一般形成具有粘弹性和硬的凝胶。凝胶连结区的形成意味着淀粉分子形成结晶的第一步。 老化(Retrogradation)稀淀粉溶液冷却后，线性分子重新排列并通过氢键形成不溶性沉淀。浓的淀粉糊冷却时，在有限的区域内，淀粉分子重新排列较快，线性分子缔合，溶解度减小。淀粉溶解度减小的整个过程称为老化。
38、 直链淀粉的老化速率比支链淀粉快得多，直链淀粉愈多，老化愈快。支链淀粉几乎不发生老化。,食品的许多质量缺陷的部分原因是由于淀粉的老化。,烘焙结束和产品冷却时，陈化开始。陈化的原因至少部分是由于淀粉的无定形部分转变为部分结晶的老化状态。烘焙食品中，有足够的水分糊化淀粉颗粒（保持颗粒特征）。当烘焙产品冷却到室温时，直链淀粉大部分已老化了（不溶）。支链淀粉老化主要是由外侧的支链缔合引起的。 具有表面活性的大多数极性脂类可延迟面包心变硬，例如将甘油棕榈酸一酯（GMP）、其它的甘油一酯及其衍生物以及硬脂酰乳酰乳酸钠（SSL）等化合物加入到面包和其它烘焙食品的面团中，可以延长货价寿命。,淀粉复合物(sta
39、rch complex),直链淀粉链呈螺旋形(helical)，其内侧具疏水性质，能与直链疏水分子形成复合物。碘能同直链淀粉和支链淀粉分子形成复合物，而且复合物在螺旋段的疏水内侧形成。 具有长螺旋段的直链淀粉可与长链的聚I3形成复合物并产生兰色。直链淀粉碘复合物含有19的碘。 支链淀粉与碘复合生成微红紫红色，这是因为支链淀粉的支链对于形成长链的聚I3而言是太短了。,极性脂类(Polar lipids)（表面活性剂/乳化剂和脂肪酸）能影响淀粉糊以及以淀粉为主的食品就是由于形成了复合物，其影响如下： （a）影响与淀粉糊化和成糊有关的过程（即双折射消失、淀粉颗粒吸水膨胀、直链淀粉沥出、淀粉颗粒的结晶
40、区融化以及烧煮过程中粘度增加）， （b）改变最终淀粉糊的流变性质. （c）抑制与老化过程有关的淀粉分子的结晶。加入极性脂后产生的特殊变化同脂的结构、淀粉品种以及加入到何种产品有关。,四、淀粉水解(Hydrolysis of Starch),酸改性淀粉或变稀淀粉(acid-modified or thin-boiling starches) 将盐酸喷射到淀粉或用氯化氢气体处理搅拌的含水淀粉，然后加热得到所期望的解聚度，然后中和，洗涤、干燥。此过程称为变稀 产品仍然是颗粒状，但非常容易破碎（烧煮）。 酸改性淀粉形成的凝胶透明度得到改善，凝胶强度有所增加，尽管溶液的粘度有所下降。 变稀淀粉的应用：沾
41、糖的坚果和糖果以及形成一种强凝胶的胶质软糖中的成膜剂与粘结剂。 用高直链玉米淀粉可制备特别强和快凝的凝胶。,糊 精（Dextrins),酸对淀粉深度改性的产品。 低粘度 具有成膜性和粘结性，用于诸多产品如沾糖烤果仁和糖果。 用作填充剂、包埋剂以及风味的载体，特别是喷雾干燥风味物。 保留大量直链或长链片段的糊精形成强凝胶。 淀粉分散体系或用酸或用酶进行水解，首先产生麦芽糊精。,麦芽糊精（maltodextrins),葡萄糖当量（DE）。DE值为产品还原力与纯葡萄糖还原力的百分比。DE=100/DP（DP为聚合度）。DE与平均分子量成反比。 DE20的淀粉水解产品称为麦芽糊精。DE值最低的麦芽糊精
42、是非吸湿性的，DE值最高的麦芽糊精具有吸水的倾向。 麦芽糊精平淡无味、没有甜味。 食品体系起到增稠或增体积作用。,玉米糖浆固体,DE值为2060的淀粉水解产品干燥后称为玉米糖浆固体快速溶解，略有甜味,葡萄糖,淀粉连续水解产生D-葡萄糖、麦芽糖以及其它麦芽低聚糖等混合物。 DE值为42的玉米糖浆 具有焦糖色素的颜色和槭香精的风味。具有高渗透浓度，普通微生物不可能生长。用于糖果、饼干和糕点等的制造。 结晶D-葡萄糖或结晶D-葡萄糖-水合物,高果玉米糖浆（high fructose corn syrup）D-葡萄糖和D-果糖的混合物。固定化葡萄糖异构酶催化D-葡萄糖异构化生成D-果糖42型，55型，
43、90型 结晶果糖（crystalline fructose),改性食品淀粉（Modified food starch）,天然淀粉烧煮时形成质地差、粘性、橡胶态的淀粉糊，在淀粉糊冷却时形成不期望的凝胶。经改性的淀粉糊能耐热、剪切以及酸等加工条件，并具有特殊的功能性质。改性方法 聚合物链交联 非交联衍生物 解聚 预糊化 单独采用某一种或几种方法组合使用。,通过交联、稳定化以及变稀等改性后可得到具有各种功能性质的改性食品淀粉,功能性质包括： 胶粘力 淀粉溶液或淀粉糊的粘度、溶解度、透明度、色泽 乳状液稳定能力 成膜能力和膜的阻隔性 风味释放速度（物质的相互作用） 水合速率（淀粉糊的形成速度） 持水力
44、（减少凝胶的脱水收缩） 耐酸、耐热、耐冷（冷冻解冻稳定性）和耐剪切性 烧煮所需温度以及粘度（热的淀粉糊与冷的淀粉糊）。,赋予食品的性质包括：,口感 减少油滴移动 质构 光泽 稳定性 胶粘性及其它。,改性食品淀粉中少量羟基被改性,一般接少量的酯基或醚基，DS值（取代度）很低，DS一般0.1，常常为0.0020.2。所谓取代度（DS）指每个单糖单位平均酯化或醚化的羟基数。多糖DS的最大值为3.0。 单官能团试剂酯化或醚化的淀粉产品阻止了链间缔合，因此减少了分子间缔合、淀粉糊形成凝胶以及产生沉淀的能力。这种改性方法称为稳定化，所得产品称为稳定化淀粉。 采用双官能团试剂生成交联淀粉。改性食品淀粉往往既
45、是交联淀粉又是稳定化淀粉。,允许采用的化学反应,采用醋酐、琥珀酐、醋酐和己二酸酐的混合物、1-辛酰基琥珀酐、磷酰氯、三偏磷酸钠、三聚磷酸钠以及磷酸一钠等对淀粉进行酯化； 采用氧化丙烯对淀粉进行醚化； 用盐酸和硫酸进行酸改性； 用过氧化氢、过乙酸、过锰酸钾以及次氯酸钠进行漂白； 用次氯酸钠氧化以及上述这些反应不同的结合。,最常用的稳定化淀粉是羟丙基醚淀粉、磷酸一酯淀粉和乙酸酯淀粉。,乙酸酯淀粉具有较低的糊化温度，较高的淀粉糊的透明度和较高的抗老化以及冷冻解冻的稳定性。 磷酸一酯淀粉具有长和粘的质构，其淀粉糊透明、稳定，具有乳化性和冷冻解冻稳定性。磷酸酯化淀粉降低了淀粉的糊化温度。 烯基琥珀酸酯淀
46、粉具有疏水的烯基，可以作为乳状液稳定剂。 羟丙基淀粉（淀粉-O-CH2-CHOH-CH3）的性质与乙酸酯淀粉相似，是一种稳定淀粉，其淀粉糊透明，稳定、不会老化，它耐冷冻和解冻，可以作为增稠剂和增量剂。,交联淀粉（crosslinked starches),淀粉链通过磷酸二酯或其它（己二酸二酯）交联连接 加固淀粉颗粒，减少颗粒吸水膨胀速率和程度，减少了颗粒破碎，使淀粉颗粒对加工条件（高温、烧煮时间、pH、混合、粉碎、均质、高剪切）的敏感性降低了。 少量交联就能产生显著的效果（每1000个葡萄糖基单位交联少于1个）。交联度增大，淀粉颗粒耐受物理条件和酸度的能力增加，但在烧煮时的分散性减小，吸水膨胀
47、和粘度达到最大值所需的能量也增加。 交联淀粉也提供增稠的贮藏稳定性。在罐头食品杀菌时，交联淀粉可降低淀粉糊化与吸水膨胀的速率，因此可保持较长时间的初始低粘度 交联淀粉用于罐头汤、肉汁和布丁以及面糊混合物。,冷水溶（预糊化）淀粉 Cold-water-soluble (pregelatinized) starch,预煮淀粉 淀粉形成淀粉糊后，在尚未过度老化前进行干燥，它能重新溶解于冷水中。 制备 淀粉水浆料流入两个相互接近但反向旋转的由蒸汽加热的滚筒间隙中，淀粉浆料立即糊化形成淀粉糊，然后把淀粉糊涂在滚筒上快速干燥，干燥并磨碎的最终产品即预糊化淀粉或即食淀粉。也可采用挤压法制得。 化学改性淀粉和
48、原淀粉都能用来制造预糊化淀粉。由化学改性淀粉为原料制备预糊化淀粉，由改性得到的性质会转移到预糊化产品中。预糊化、轻微交联的淀粉可用于即食汤、意大利馅饼的浇头、挤压方便食品以及早餐谷物。 使用预糊化淀粉无需烧煮。类似于水溶性胶，溶液具有高粘度。,冷水吸水膨胀的淀粉 Cold-water-swelling starch,将普通玉米淀粉置于7590%乙醇中加热，或通过特殊的喷雾干燥制得的颗粒状淀粉在冷水中极易吸水膨胀。 将该产品快速分散在糖溶液或玉米糖浆中，然后灌入模中，形成一种硬的凝胶，这样可制得胶质软糖。 冷水吸水膨胀淀粉也能用于制造甜食和烤饼面糊。,第六节 纤维素(cellulose),一、纤
49、维素 由-D-吡喃葡萄糖基单位通过14糖苷键连接而成的高分子直链不溶性的均一高聚物。 纤维素分子在广泛区域内缔合，形成多晶纤维束。结晶区是由大量氢键连接而成，结晶区之间由无定形区隔开。 纤维素不溶于水，欲使纤维素溶于水，大多数氢键必须立即被打破。 纤维素和改性纤维素是一种膳食纤维，不提供营养与热量，但具有重要的功能。 纯化的纤维素粉末被用作食品配料.,一、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素 Methylcellulose and hydroxypropylmethycellulose),甲基纤维素（MC） 经一氯甲烷处理引入甲醚基（纤维素-O-CH3）。甲醚基取代度为1.12.2 羟丙基甲基纤维素（HPMC） 由纤维素与两种物质即氧化丙烯和一氯甲烷反应而制得的。羟丙基醚基摩尔取代度MS为0.020.3。 冷水可溶。甲基和羟丙基醚基沿着主链伸向空间，阻止了纤维素分子间缔合。 由于极性较小的醚基替代了持水的羟基，因而水合能力有所下降。因此，当水溶液加热时，高聚物溶剂化的水分子从主链上解离出来，水合明显下降，分子间缔合加强，产生胶凝。一旦温度降低，又开始溶解，所以胶凝是可逆的。这是此类胶的独特性质，即加热时形成凝胶，冷却时溶解。,
