食品化学课件碳水化合物.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 食品中的碳水化合物,表达式,C,x,(H,2,O)y,存在于所有的谷物、蔬菜、水果及可食植物中,提供膳食能量，提供质构、口感和甜味,分为单糖、低聚糖和多糖,最丰富的碳水化合物是纤维素,3.1 Introduction,引言,一、碳水化合物的一般概念,1.,Definition,碳水化合物,(,Carbohydrates,),表达式,Cx(H,2,O)y,多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。,2.1 Introduction,引言,2.Classification,分类：,按组成分类,1),单糖,（,Monosaccharides,）：,不能再被水解的多羟基醛、酮，是碳水化合物的基本单位。单糖又分为醛糖和酮糖。,葡萄糖、果糖、半乳糖,2,）低聚糖（寡糖,Oligosaccharides),：,由,2-10,个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖。,蔗糖、麦芽糖、乳糖,3,）多糖,(Polysaccharides),：,由,10,个以上单糖分子缩合而成。,根据组成多糖的单糖种类,又分为均多糖和杂多糖。,淀粉、糖原、纤维素,链式结构,差向异构,醛糖：,C,4,差向异构,C,2,差向异构,酮糖：,C,5,差向异构,环状结构,端位异构,糖分子中除了,C,1,外，任何一个手性碳原子具有,不同的构型称为差向异构。如,D,甘露糖是,D,葡萄,糖的,C,2,差向异构。,C,4,差向异构,C,2,差向异构,链式结构,醛糖,C,5,差向异构,链式结构,酮糖,-,与,-,构型,环状结构,-,与,-,构型,同侧,异侧,环状结构,C,1,为手性碳原子，它有右侧两种端位异构,3,个碳原子：三糖，,1,个手性碳原子,D-,甘油醛糖，,L-,甘油醛糖,4,个碳原子：四糖，,2,个手性碳原子,5,个碳原子；五糖，,3,个手性碳原子,6,个碳原子：六糖，己糖，己醛糖,n-,糖有,n-2,个手性碳原子,三糖,四糖,五糖,六糖,C4,差向异构,C2,差向异构,D-n,糖,2,（,n-3,）,个异构体,L-,糖：,最高编号的手性,C,原子上的,-OH,在左边,两种,L-,糖，具有生物化学作用,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,环状结构,二、,糖苷,定义：,是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的,-OH,、,-NH,2,、,-SH,（巯基）等发生缩合反应而得的化合物。,组成：,糖 配基（非糖部分）,糖苷的基本概念,Glycosides,-Definition,配基部分,糖苷功能特性,黄酮糖苷：,具有苦味和其它风味和颜色,毛地黄苷：,强心剂,皂角苷：,起泡剂和稳定剂,甜菊苷：,甜味剂,糖苷的类型,O-,糖苷,S-,糖苷,N-,糖苷,食品中不同类型糖苷简介,O,-,糖苷,糖,在酸性条件下与,醇,发生反应，失去水后形成的产品。,糖苷一般含有呋喃或吡喃糖环。,糖苷配基,糖苷的形成提高了配糖基的水溶性,糖基,O,-,糖苷的性质,在中性和碱性条件下一般是稳定的,在酸性条件下能被水解,可被糖苷酶水解,食品中的许多风味成分是以,O,糖苷存在，如芳香醇糖苷、脂肪醇糖苷、酚化苷,(,phenolic glycosides,黄酮醇及黄酮化合物与糖结合所产生的糖苷。）,N,-,糖苷,糖,+,胺,RNH,2,氨基葡萄糖苷,(N-,糖苷,),R=H,肌苷,5-,单磷酸盐,R=OH,黄苷,5-,单磷酸盐,R=NH,2,鸟苷,5-,单磷酸盐,N,-,糖苷的性质,稳定性不如,O,-,糖苷,在水中容易水解,使溶液的颜色变深，黄色变为暗棕色，导致,Maillard,褐变,有些相当稳定,N-,葡基酰胺、嘌呤、嘧啶,例如肌苷、黄苷、鸟苷的,5,-,单磷酸盐,风味增效剂,S,-,糖苷,糖,+,硫醇,RSH,硫葡萄糖苷（,S-,糖苷）,糖基与糖苷配基之间有一硫原子,芥菜子和辣根的组分,另一类生氰糖苷，它们的降解会产生氢化物，有毒性。,1,、氧化反应,在不同氧化条件下，糖类被氧化成不同产物,强氧化剂：,G CO,2,+H,2,O,Br/H,2,O,：,G,葡萄糖酸,脱水,内酯,内酯,酮糖如,F,不发生此反应,三、氧化反应,溴水,葡萄糖酸,D-,葡萄糖,-,内酯,闭环是酯，加热后开环是酸,内酯是一种温和的酸化剂,完全水解需要,3h,，随着水解不断进行，质子均匀缓慢地释放,出来，,pH,逐渐下降，慢慢酸化,在豆制品中，形成三维网络结构，细嫩的凝胶结构,在焙烤食品中作为膨松剂的一个组分,缓慢释放的,H+,与,CO,3,2-,结合，缓慢释放,CO,2,与,Ca,2+,Fe,2+,Zn,2+,结合，矿物质饮食补充剂,强氧化剂：,G CO,2,+H,2,O,Br/H,2,O,：,G,葡萄糖酸,脱水,内酯,浓硝酸：,醛糖 二元酸,浓硝酸：,醛糖 二元酸,强氧化剂：,G CO,2,+H,2,O,Br/H,2,O,：,G,葡萄糖酸,脱水,内酯,浓硝酸：,醛糖 二元酸,G,氧化酶：,G,葡萄糖醛酸,氧化反应,G,氧化酶：,G,葡萄糖醛酸,葡萄糖醛酸的功能：,有毒物质,过多激素,芳香物质,G,醛酸,甙类,排毒,还原反应,双键加氢称为氢化。,D-,葡萄糖的羰基在一定压力、催化剂镍存在下加氢还原成羟基，得到,D-,葡萄糖醇（山梨醇）,保湿剂,甜度为蔗糖,50%,不被微生物利用,不依赖胰岛素,Ni,还原反应,山梨糖醇,反应历程,甘露糖醇,C2,差向异构,甜度为蔗糖的,65%,应用于硬糖、软糖和不含糖的巧克力中,保湿性小，作为糖果的包衣,由半纤维素制得的木糖氢化,甜度为蔗糖的,70%,在硬糖或胶姆糖中替代蔗糖,防止龋齿，治疗糖尿病,还原反应,木糖醇,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。,C,12,H,22,O,11,+H,2,0,C,6,H,12,O,6,+C,6,H,12,0,6,S,右旋,F,G,左旋,转化糖,H,+,烯醇化和异构化反应,与碱的作用,在稀碱条件下，开环，生成差向异构体。,继续烯醇化,2,3-3,4-,形成己糖全部可能异构体,果葡糖浆,例如：,HOCHCHOH HCCH,HCH CHCHO H,+,HC CCHO +3 H,2,O,OH OH,O,五碳糖 糠醛,3,、,复合反应和脱水反应,与酸的作用,六碳糖 羟甲基糠醛,糖果的黄色,酯化与醚化反应,酯化,糖中羟基与有机酸和无机酸作用生成酯,天然多糖中存在醋酸酯、磷酸酯（马铃薯淀粉）、硫酸酯（卡拉胶）等羧酸酯,蔗糖酯是一种很好的乳化剂,卡拉胶中含有硫酸酯基（,OSO,3,），和酸性饮料中带正电荷的蛋白质结合，是一种很好的乳化、稳定剂,醚化,进一步改良功能性,如羧甲基纤维素钠，羟丙基淀粉,红藻多糖,C,3,与,C,6,间形成内醚（,3,6-,脱水环）,琼脂胶、卡拉胶,非酶褐变,1.,氧化或者酶促褐变：,氧与酚类物质在多酚氧化酶催化作用下的一种反应，例如,水果的切片,2.,非氧化或者非酶促褐变：,焦糖化,美拉德,Maillard,反应,1.,定义：,还原糖（主要是葡萄糖）与游离氨基酸或氨基酸残基的游离氨基发生羰氨反应。,2.,反应三要素：,含有氨基的化合物（一般是蛋白质）、还原糖和一些水。,色素：,类黑精,风味化合物：,如麦芽酚，乙基麦芽酚，异麦芽酚，吡喃酮，呋喃酮，内酯，羰基化合物，酸和酯类。,二氧化碳：,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。,Maillard,反应的最适条件,1,）中等水分活度,2,）,pH7.8,9.2,3),金属离子：,Cu,与,Fe,促进褐变,Fe,（,）,Fe,（,）,糖的种类及含量,a.,不饱和醛,饱和醛,酮。,b.,五碳糖,六碳糖（,10,倍）。,c.,单糖,双糖。,d.,五碳糖：核糖,阿拉伯糖,木糖；,六碳糖：半乳糖,甘露糖,葡萄糖。,e.,还原糖含量与褐变成正比。,影响美拉德反应的因素,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。,e.,胺类,氨基酸,蛋白质。,温度,升温易褐变，低温抑制褐变。,温度相差,10,，褐变速度相差,3,5,倍；大于,30,褐变快，小于,20,褐变慢；,水分,褐变需要一定水分，,a,w,小于,0.2,能抑制褐变反应。中等水分活度有利于褐变反应。,pH,值,pH4,9,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,7.8,9.2,范围内，褐变较严重。,金属离子和亚硫酸盐,由于铁和铜催化还原酮类氧化，所以促进褐变，,Fe,3+,Fe,2+,，,Na,+,无影响；亚硫酸盐抑制褐变。,Ca,钙,处理能抑制,Maillard,反应。,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。,Maillard,反应在食品加工的应用,a.,抑制,Maillard,反应,注意选择原料,如选氨基酸、还原糖含量少的品种；糖类一般选用蔗糖。,保持低水分,蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥剂。如,SiO,2,等。,应用,SO,2,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。,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。,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,100-150,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,焦糖化反应,直接加热糖或糖浆；,热解反应引起糖分子脱水，双键引入糖环，产生 不饱和环中间物；,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,裂解产生的挥发性的醛、酮经,缩合或聚合,产生深色物质。,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,。,三种商品化焦糖色素,蔗糖通常被用来制造焦糖色素和风味,耐酸焦糖色素,由亚硫酸氢胺催化,应用于可乐饮料，酸性饮料,生产量最大,焙烤食品用色素,糖与铵盐加热产生红棕色,啤酒等含醇饮料用焦糖色素,糖直接加热产生红棕色,焦糖色素是我国传统使用的天然色素之一，它无毒性，但近年发现加铵盐制成的焦糖含,4-,甲基咪唑，它对人体有害，所以食品卫生法规定其添加量,200mg/kg,。,第三节 低聚糖,食品中重要的低聚糖,具有特殊功能的低聚糖,环状低聚糖,一、食品中重要的低聚糖,低聚糖：由,2,10,个糖单位通过糖苷键链接的碳水化合物，较重要的低聚糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖等。,食品中重要的低聚糖,麦芽糖,Maltose,淀粉水解后得到的二糖,具有潜在的游离醛基，是一种还原糖,温和的甜味剂,1,4,糖苷配基,D-,葡萄糖,D-,半乳糖,D-,葡萄糖,-1,4,糖苷配基,食品中重要的低聚糖,乳糖,Lactose,牛乳中的还原性二糖,发酵过程中转化为乳酸,在乳糖酶作用下水解,乳糖不耐症,非还原性二糖,-,葡萄糖和,-,果糖头头相连,具有极大的吸湿性和溶解性,冷冻保护剂,1,2,食品中重要的低聚糖,蔗糖,Sucrose,三糖,麦芽三糖、甘露三糖、蔗果三糖,聚合度为,4,10,的低聚糖,麦芽低聚糖、甘露低聚糖、低聚木糖,食品中重要的低聚糖,具有特殊功能的低聚糖,功能性食品,低热、低脂、低胆固醇、低盐、高纤维素,低聚糖（寡糖）和短肽（寡肽）,具有特殊保健功能的低聚糖,低聚果糖、低聚木糖、甲壳低聚糖,具有特殊功能的低聚糖,低聚果糖,分子式特点：,G-F-Fn,（,Glucose,Fructose,）,G-F(,蔗,)G(,葡,)+G-F(,蔗,)+G-F-F(,蔗果三糖,)+G-F-F-F(,蔗果四糖,)+G-F-F-F-F(,蔗果五糖,),果糖转移酶,具有特殊功能的低聚糖,低聚果糖,2,1,-2,1,GF2,GF4,GF3,增殖双歧杆菌,难水解，是一种低热量糖,水溶性食物纤维,抑制腐败菌，维护肠道健康,防止龋齿,生理活性：,具有特殊功能的低聚糖,低聚果糖,低聚果糖存在于天然植物中,香蕉、蜂蜜、大蒜、西红柿、洋葱,作为新型的食品甜味剂或功能性食品配料,产酶微生物,米曲霉、黑曲霉,具有特殊功能的低聚糖,低聚木糖,主要成分为木糖、木二糖、木三糖及木三糖以上的木聚糖,木二糖含量，产品质量,甜度为蔗糖的,40%,木二糖的分子结构,-1,，,4,低聚木糖的特性：,较高的耐热（,100,/1h,）和耐酸性能（,pH2,8,）,双歧杆菌所需用量最小的增殖因子,代谢不依赖胰岛素，适用糖尿病患者,抗龋齿,-1,4,水溶性,D-,氨基葡聚糖,具有特殊功能的低聚糖,甲壳低聚糖,D-,氨基葡萄糖,甲壳低聚糖的结构,生理功能：,降低肝脏和血清中的胆固醇,提高机体的免疫功能,增殖双歧杆菌,抗肿瘤作用，防治溃疡病等,环状低聚糖,(Cyclodextrin),又名沙丁格糊精（,Schardinger Dextrin,）或环状淀粉，由,-,-,葡萄糖通过,1,4-,糖苷键首尾相连构成。聚合度为,6,7,8,分别称为,环状糊精。,N=6,N=7,N=8,食品行业,:,做增稠剂,稳定剂,提高溶解度（做乳化剂）,掩,盖异味等等。,保持食品香味的稳定,食用香精和稠味剂用,CD,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,CD,包接后香味的保持得到改善。,保持天然食用色素的稳定,如：虾黄素经,CD,的包接，提高对光和氧的稳定性。,食品保鲜,将,CD,和其它生物多糖制成保鲜剂涂于面包、糕点表面可起保水保形作用,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,CD,包接可除去。,环状糊精的应用,第四节,多糖,一、概述,Introduction,Definition,:,超过,10,个单糖的聚合物为多糖,单糖的个数称为聚合度,（,DP,-,Degree of Polymerization,）,大多数多糖的,DP,为,200-3000,纤维素的,DP,最大，达,7000-15000,水的结合功能：,做增稠剂，胶凝剂，澄清剂等,一,:,多糖的溶解性,多糖的溶解性,:,多羟基，氧原子，形成氢键,结合水，不结冰，多糖分子溶剂化,不会显著降低冰点，提供冷冻稳定性,保护产品结构和质构，提供贮藏稳定性,大多数多糖不结晶,胶或与亲水胶体,二、多糖溶液的黏度与稳定性,:,高聚物溶液的黏度同分子的大小、形态及其在溶剂中的构象有关。,主要具有增稠和胶凝功能,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,0.25%,0.5%,线性分子，很高粘度,支链分子，粘度较低,占有空间,碰撞频率,多糖溶液的黏度与稳定性,直链多糖,带电的，粘度提高,静电斥力，链伸展，链长增加，占有体积增大,海藻酸钠、黄原胶及卡拉胶形成稳定高粘溶液,不带电，倾向于缔合、形成结晶,碰撞时形成分子间键，分子间缔合，重力作用,下产生沉淀和部分结晶,淀粉老化,多糖溶液的黏度与稳定性,三、凝胶,三维网络结构,氢键、疏水相互作用、范德华引力、离子桥连、缠结或共价键,网孔中液相,凝胶特性,二重性,固体,-,液体,粘弹性的半固体,第五节、淀粉,(Starch),Contents,（一）淀粉的化学结构,（二）淀粉的糊化,（三）淀粉的老化,（四）淀粉水解,（一）淀粉的化学结构,直链淀粉：,由,D-,吡喃葡萄糖,，,1,，,4,糖苷键,连接,支链淀粉：,由,D-,吡喃葡萄糖,，,-1,，,4,和,-l,，,6,糖苷键,连接起来的带分枝的复杂大分子,1,4,25%,直链淀粉,分子内的氢键作用成右手,螺旋状，每个环含有,6,个葡,萄糖残基,支链淀粉：,由,D-,吡喃葡萄糖,，,-1,，,4,和,-l,，,6,糖苷键,连接起来的带分枝的复杂大分子,1,4,1,6,支链淀粉分子排列,分支是成簇和以双螺旋形式存在,形成许多小结晶区,侧链的有序排列,（二）淀粉的糊化,几个概念,-,淀粉,：,具有胶束结构的生,淀粉称为,-,淀粉。,-,淀粉：,指经糊化的淀粉。,直链,支链,直链与支链分子呈径向有序排列,结晶区和非结晶区交替排列,结晶区，偏光十字，,胶束,，,氢键,定义：,淀粉粒在适当温度下，破坏结晶区弱的氢键，在水中溶胀，分裂，胶束则全部崩溃，形成均匀的糊状溶液的过程被称为糊化。,本质,：,微观结构从有序转变成无序，结晶区被破坏。,-,淀粉,-,淀粉,氢键,H,2,O,（四）淀粉的糊化,糊化温度,指双折射消失的温度糊化不是一个点，而是一段温度范围。,糊化点或糊化开始温度,双折射开始消失的温度,糊化终了温度,双折射完全消失的温度,（四）淀粉的糊化,老化：,-,淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期放置，会变为不透明甚至产生沉淀的现象。,实质：是糊化的后的分子又自动排列成序，形成高度致密的结晶化的不溶解性分子粉末。,糊化淀粉,老化淀粉,糊化的逆过程,比生淀粉的晶,化程度低,（三）淀粉的老化,酸水解,酶水解,淀粉酶,淀粉酶,葡萄糖淀粉酶,（四）淀粉的水解,-,淀粉酶、葡萄糖淀粉酶,葡萄糖异构酶,D-,果糖,玉米淀粉,D-,葡萄糖,玉米糖浆,玉米糖浆：,58%D-,葡萄糖，,42%D-,果糖,高果糖浆：,55%D-,果糖，软饮料的甜味剂,（果葡糖浆）,淀粉的水解,酶水解,葡萄糖当量（,DE,）,用来衡量淀粉转化为,D-,葡萄糖的程度,定义：还原糖（按葡萄糖计）在玉米糖浆中的百分比,DE,反映还原性、水解程度的大小,DE,20,的水解产品为麦芽糊精,DE=20,60,，玉米糖浆,DP,：聚合度,