1、食品化学 第二章 碳水化合物,碳水化合物的分类 小分子糖的物理和化学性质 淀粉的结构和淀粉粒 淀粉的糊化和老化 淀粉和纤维素的改性 植物胶质的结构和性质 碳水化合物结构与功能的关系,食品中的碳水化合物及分类,碳水化合物作为生物体的主要结构成分，其含量、种类和存在状态对食品的外观、质地、风味和保藏性关系极其密切。 碳水化合物按照分子大小，可分为单糖、低聚糖和多糖三类。前两者为小分子，后者为大分子物质。,举例：食品中的碳水化合物,各种粮食谷粒含碳水化合物70%以上 多数干豆类含碳水化合物60%左右 各种水果含碳水化合物10%左右 牛奶中含碳水化合物45% 甜饮料中含碳水化合物10%左右 果酱、果脯
2、等含碳水化合物60%以上 甜点心含碳水化合物5070%,表：碳水化合物的分类,小分子碳水化合物,单糖 多羟基醛或多羟基酮 己糖 葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖 戊糖 阿拉伯糖，木糖，核糖 低聚糖 210个糖基组成 双糖 蔗糖，乳糖，麦芽糖 棉子糖，水苏糖 低聚果糖，低聚异麦芽糖，低聚半乳糖，低聚木糖等 单糖均可消化吸收，而低聚糖有的可以消化，有的则是膳食纤维,1 单糖和可消化二糖的结构和性质,单糖在水中的结构和旋光性 物理性质 化学性质,Fisher Projection of Hexose,A 单糖在水中的结构,戊糖和己糖在水中形成环状结构，其中5位上的羟基与醛基发生半缩醛反应，形成一个半缩醛
3、羟基。因这个半缩醛羟基的方向不同，糖环有和两种结构。 为了达到水中结构的最大稳定性，单糖在水中多呈现椅式结构，以降低分子内基团的静电斥力和空间阻力。,图：吡喃葡萄糖(glucose)的结构,图：蔗糖(sucrose)的结构,蔗糖由1分子-D-葡萄糖和一分子-D-果糖以1，1键构成，为非还原糖。,图：麦芽糖(maltose)的结构,麦芽糖由2分子-D-葡萄糖以-1，4键构成，为还原糖。,B 小分子糖的物理性质,甜度sweetness 旋光性rotation 溶解度solubility 吸湿性和保湿性moisture retention 结晶性crystallization 粘度和质地viscos
4、ity and texture,甜度,比甜度：受到分子结构、分子量、水中结构的影响。D-葡萄糖以型较甜，D-果糖以型较甜。 各种常用糖的比甜度比较： 果糖蔗糖=转化糖葡萄糖乳糖,表：一些碳水化合物的甜度,资料来源：Jane Bowers, Food Theory and Appications, 1992,旋光性,戊糖和己糖都含有手性碳原子，具有旋光性。可利用此性质鉴定单糖或二糖。 表：各种糖在20下的比旋光度p48 葡萄糖也称为右旋糖（+52.2），果糖也称为左旋糖(-92.4)。蔗糖为+66.5，水解成果糖和葡萄糖的混合液为-19.9，因此称这种水解液为转化糖。,溶解度,糖具有多个亲水的羟
5、基，因此具有较好溶解性。温度升高则溶解度增大。 各种糖的溶解度比较： 果糖转化糖蔗糖葡萄糖乳糖 溶解度与糖的保藏性有关。溶解度大则可更好地降低水分活度，从而达到防腐要求。,表：几种糖在不同温度下的溶解度,资料来源：黄梅丽等，食品化学，1986,吸湿性和保湿性,吸湿性是从空气中吸收水分的性质。 保湿性是空气湿度低时保持水分的性质。 各种糖的吸湿性和保湿性比较： 果糖=转化糖蔗糖=葡萄糖乳糖 需要柔软的食品可以用高保湿糖，干脆食品就要用低吸湿性糖。,表：几种糖在不同温度下的吸湿性,资料来源：Jane Bowers, Food Theory and Applications, 1992,结晶性,在浓
6、度高或温度低时析出结晶的性质。 结晶性与保湿性基本上顺序相反。 葡萄糖晶体细小，蔗糖晶体较大。乳糖易结晶，果糖和转化糖难以结晶。,C 小分子糖的化学性质,单糖的结构特点是多羟基醛或多羟基酮，其醛基、羟基功能团可发生相应的反应，如氧化和还原、缩醛化反应、成酯、成醚等。 此外，还有一些和食品性质相关的重要反应 美拉德反应 焦糖化反应 这里重点讲和食品有关的反应。,美拉德反应(羰胺褐变),美拉德反应也称羰氨反应，或非酶褐变反应 美拉德反应在食品中的意义 美拉德反应的机理 美拉德反应的影响因素,食品中的Maillard reaction,美拉德反应在食品中是产生色泽和香气的重要来源。 焙烤食品的红褐色
7、、烤肉的棕红色、松花蛋的褐色、啤酒的黄色、酱类的褐色等均来自美拉德反应。,美拉德反应的机理,初期：羰胺缩合与分子重排，产物为2-氨基-2-脱氧酮糖，无色 中期：重排产物降解，脱水生成羟甲基糠醛，重排成还原酮，或发生Strecker降解反应；有色但颜色浅 末期：醇醛缩合，并进一步聚合，生成高分子黑色素。,美拉德反应初期 I,R-NH2,-H2O,初始产物：雪夫碱 氮代葡萄糖基胺,美拉德反应初期 II,+H+,-H+,第一阶段产物：1-氨基-1-脱氧-2-酮糖,美拉德反应：Amadori分子重排,重排产物：环式果糖胺,美拉德反应：Heyenes分子重排,重排产物：2-氨基-2-脱氧葡萄糖,美拉德反
8、应中期 I,-H2O,+H+,美拉德反应中期 II,-R-NH2,中期产物：羟甲基糠醛,羟甲基糠醛hydroxyl methyl furfural,羟甲基糠醛积累之后很快发生褐变。因此测定HMF是预测褐变速度的指标。可以用分光光度法测定。,美拉德反应：产生风味物质,美拉德反应中，果糖基胺还可能发生2,3烯醇化而重排成为还原酮的反应 还原酮与醛类作用，发生Strecker降解产生杂环类风味物质，如吡咯、吡嗪、吡啶等。也可能降解产生其它小分子风味物质如二乙酰、乙酸等。,美拉德反应的影响因素,羰基化合物的影响：戊糖己糖，己糖中半乳糖甘露糖葡萄糖。Vc易褐变。 氨基化合物的影响：胺类氨基酸蛋白质，碱性
9、氨基酸其他氨基酸，Lys最快 反应物浓度的影响：反应速度与浓度成正比 水分活度：Aw0.60.9之间较快 脂肪氧化：脂肪氧化快时速度加快,美拉德反应的影响因素(续),pH值的影响：pH3以上随pH上升而加快 金属离子的影响：三价铁和二价铜催化褐变，钙离子和氨基酸沉淀而抑制褐变 温度的影响：温度系数3-5，温度升高则褐变加快。 预防措施：除去糖，加入亚硫酸盐，降温，调整pH酸性，调整水分活度低于0.6,焦糖化反应(caramelization),没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上时，糖发生脱水与降解，形成褐色物质的反应为焦糖化反应。 产物包括焦糖(caramel)和聚合产生的黑色素即焦糖
10、色素。 焦糖化反应在碱性条件下加快，低水分活度加快。有机酸可催化焦糖形成。,表：几种糖的性质比较,氧化还原反应,糖可以被氧化成酸、二酸或糖酸。这个反应可以区别各种糖。弱氧化产物葡萄糖酸加热生成D-葡萄糖酸-内酯。 糖可以催化加氢还原成糖醇。糖醇是一类功能性甜味剂。,糖催化加氢生成糖醇,糖氧化生成糖酸,葡萄糖,葡萄糖酸-内酯,葡萄糖酸,O,酸和碱中的反应,稀碱当中通过烯醇式异构体发生异构化。 浓碱下发生分解生成小分子糖醇醛酸等，以及糖精酸类。 弱酸性条件下加温发生聚合反应生成低聚糖 强酸性条件下加热脱水生成糠醛类物质,图：弱碱中的烯醇式异构化,2 低聚糖,命名法-D-吡喃半乳糖基-(1-4)-D
11、-吡喃葡糖苷 褐变性：较单糖小。 粘度：比单糖高。 抗氧化性：减少溶氧而保护Vc。 发酵性：低于单糖。 吸湿性：低于单糖。,功能性低聚糖,棉子糖 水苏糖 低聚果糖：双歧因子，整肠，抗龋齿 低聚木糖：甜度约0.5，双歧因子，整肠 帕拉金糖：甜度0.42，抗龋齿 环糊精：可保护芳香物质和小分子物质。P68图,表：功能性低聚糖的有效摄入量,大豆低聚糖可能引起胀气，最大用量男性为0.64g/kgBW，女性为0.96g/kgBW,单位：克/日,环状糊精,环状糊精是一种特殊的低聚糖，它是由6，7或8个葡萄糖以-1,4键首尾相连构成的环状低聚糖。 环内具有疏水环境，环外伸展亲水基团。环内可以包容一些亲脂性小分子，改善其在水中的分散性，并减少它们在水相体系中的损失。也可以产生缓释效应。,
