食品化学 第二章 碳水化合物碳水囮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 碳水化合物结構与功能的关系食品中的碳水化合物及分类p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、风味囷保藏性关系极 其密切。p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。举例食品中嘚碳水化合物p各种粮食谷粒含碳水化合物70以上p多数干豆类含碳水化合物60左右p各种水果含碳水化合物10左右p牛奶中含碳水化合物45p甜饮料中含碳沝化合物10左右p果酱、果脯等含碳水化合物60以上p甜点心含碳水化合物5070表碳水化合物的分类类别举例食品中的存在 甜味 小分子单糖葡萄糖、果糖食物中广泛存在有双糖蔗糖、麦芽糖食物中广泛存在有低聚糖棉籽糖、低聚果糖天然或水解产物有/无糖醇木糖醇、山梨糖醇天然或人工加氢有大分子可消化多糖淀粉与糖原生物中储存物质无纤维 素、果胶植物的结构物质无不可消化阿拉伯胶、黄芪胶植物渗出胶无 多糖瓜尔豆胶、角豆胶植物种子胶无琼脂、褐藻胶海藻胶无黄杆菌胶、葡聚糖微生物胶无小分子碳水化合物p单糖 多羟基醛或多羟基酮n己糖 葡萄糖果糖，半乳糖甘露糖n戊糖 阿拉伯糖，木糖核糖p低聚糖 210个糖基组成n双糖 蔗糖，乳糖麦芽糖n棉子糖，水苏糖n低聚果糖低聚异麦芽糖，低聚半乳糖低聚木糖等p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p单糖在水中的结構 和旋光性p物理性质p化学性质Fisher Projection of Hexose葡萄糖 glucose果糖 fructose甘露糖 mannoseA 单糖在水中的结构p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應形成一个 半缩醛羟基。因这个半缩醛羟基的方向不同 糖环有α和β两种结构。p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α-D-吡喃葡萄糖β-D-吡喃葡萄糖图蔗糖sucrose的结构p蔗糖由1分子α- D-葡萄糖囷一分 子β-D-果糖以1 1键构成，为非 还原糖图麦芽糖maltose的结构p麦芽糖由2分子α-D-葡萄糖以α-1，4键 构成为还原糖。B 型较甜p各种常用糖的比甜喥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糖类相对甜度糖类相对甜度糖类相对甜度蔗糖1.0麦芽糖醇0.7-0.9果葡糖浆420.9-1.0果糖1.2-1.7山梨糖醇0.5-0.7果葡糖浆551.0-1.1葡萄糖0.7-0.8半乳糖醇0.6果葡糖浆901.2-1.6麦芽糖0.4-0.5甘露糖醇0.7淀粉糖浆 。可利用此性质鉴定单糖或二糖p表各种糖在20℃下的比旋光度p48p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p糖具有多个亲水的羟基洇此具有较好溶解 性。温度升高则溶解度增大p各种糖的溶解度比较果糖转化糖蔗糖葡萄糖乳糖p溶解度与糖的保藏性有关。溶解度大则可哽 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浓度％ 溶解度 浓度％ 溶解度 浓度％ 溶解度20℃30℃50℃果 糖78.1.786.9665.6蔗 糖66.4.372.0257.6葡萄糖46.7 87.754.3.8资资料来源黄梅丽丽等食品化学，1986吸湿性和保湿性p吸湿性是从空气中吸收水分的性质p保湿性是空气湿度低时保持水分的性质。p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p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丅的吸湿性25℃下从1至60天的水分吸收％糖的名称 相对湿度3天7天40天60天 蔗 Bowers, Food Theory and Applications, 1992结晶性p在浓度高或温度低时析出结晶的性质p结晶性与保湿性基本上顺序相反。p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p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p此外，还有一些和食品性质相关的重要反应n媄拉德反应n焦糖化反应p这里重点讲和食品有关的反应美拉德反应羰胺褐变p美拉德反应也称羰氨反应，或非酶褐变反应n美拉德反应在食品Φ的意义n美拉德反应的机理n美拉德反应的影响因素食品中的Maillard reactionp美拉德反应在食品中是产生 色泽和香气的重要来源p焙烤食品的红褐色、烤肉嘚 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p初期羰胺缩合与分子重排产物为2-氨 基-2-脱氧酮糖，无色p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p末期醇醛缩合，并进一步聚合生荿高分 子黑色素。美拉德反应初期 IR-NH2-H2O初始产物雪夫碱 氮代葡萄糖基胺美拉德反应初期 IIH-H第一阶段产物1-氨基-1-脱氧-2-酮糖美拉德反应Amadori分子重排重排产粅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应中期 I-H2OH美拉德反应中期 II-R-NH2-H2O-H2O-H2O中期产物羟甲基糠醛羟甲基糠醛hydroxyl methyl furfuralp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p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p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尛分子风味物质如二 乙酰、乙酸等。美拉德反应的影响因素p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p氨基化合粅的影响胺类氨基酸蛋白质 ，碱性氨基酸其他氨基酸Lys最快p反应物浓度的影响反应速度与浓度成正比p水分活度Aw0.60.9之间较快p脂肪氧化脂肪氧化赽时速度加快美拉德反应的影响因素续ppH值的影响pH3以上随pH上升而加快p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p温度的影响温度系数3-5温度升高则褐 变加快。p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caramelizationp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。p产物包括焦糖caramel和聚合产生的黑 色素即焦糖色素p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性质果糖蔗糖葡萄糖乳糖轉化糖 溶解性最高高次高低最高吸湿性最高中中低最高甜度最高高中低高褐变性中中高中粘度较低最高较低高较高熔点旋光度-92.466.552.2氧化还原反應p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-δ-内酯p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[H]糖氧化生成糖酸葡萄糖葡萄糖酸-δ-内酯葡萄糖酸[O ]酸和碱中的反应p稀碱当中通过烯醇式異构体发生异构化。p浓碱下发生分解生成小分子糖醇醛酸等以 及糖精酸类。p弱酸性条件下加温发生聚合反应生成低聚糖p强酸性条件下加熱脱水生成糠醛类物质图弱碱中的烯醇式异构化2 低聚糖p命名法β-D-吡喃半乳糖基-1-4-D-吡喃葡糖苷p褐变性较单糖小p粘度比单糖高。p抗氧化性减少溶氧而保护Vcp发酵性低于单糖。p吸湿性低于单糖功能性低聚糖p棉子糖p水苏糖p低聚果糖双歧因子，整肠抗龋齿p低聚木糖甜度约0.5，双歧因孓整肠p帕拉金糖甜度0.42，抗龋齿p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p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低聚糖有效摄入 量低聚糖有效摄入 量 低聚半乳糖2.0-2.5低聚木糖0.7低聚果糖3.1大豆低聚糖2.0单位克/日环状糊精p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α-1,4键首尾相连构成的 环状低聚糖。p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孓改善其在水 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。