1.2 碳水化合物

1、教學目的：教學目的：了解碳水化合物的概念，掌握 碳水化合物的分類，了解碳水化合物的生 理功能、化學結構、理化性質及在食品工 業(yè)中的應用。 教學重點教學重點: : 碳水化合物的分類及其化學性 質。 教學難點：教學難點：變旋光現象、常見碳水化合物 的結構及其化學性質 。 碳水化合物是自然界中最豐富的有機物，自然界 的生物物質中，碳水化合物約占3/4，植物體中含 量最豐富，約占其干重的85%90%，其中又以纖 維素最為豐富。 碳水化合物是生物體維持生命活動所需能量的主 要來源，人類攝取食物的總能量中大約80%由碳水 化合物提供。 碳水化合物與食品的加工和保藏有密切關系，如： 食品的褐變就與還原糖有關

2、 食品的粘性及彈性與淀粉和果膠等多糖分不開 蔗糖，果糖等作甜味劑 碳水化合物可分為三類： 單糖：不能被水解的簡單碳水化合物 如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖 寡糖：單糖聚合度10的碳水化合物 （以雙糖最為多見） 蔗糖、麥芽糖、乳糖、纖維二糖 多糖：單糖聚合度10的碳水化合物 淀粉、糊精、糖原、纖維素及果膠等 1. 結構結構 單糖根據羰基類型可分為醛糖和酮糖兩大類。單糖根據羰基類型可分為醛糖和酮糖兩大類。 根據所含糖原子的數目，單糖有可分為丙 糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖 2.單糖的旋光現象單糖的旋光現象 環(huán)的生成使羰基變?yōu)槭中蕴?，因而產生了 兩個異構體，它們的差別只在于鏈端手性 碳構型的不同，分別

3、稱為-和-型。如： 新配制的單糖溶液在放置時，其比旋光度 會逐漸增加或減少，最后達到一個恒定的 數值。這是由變旋光現象而發(fā)現的。 +112.2 +17.5 含量 36% 0.5% 64% 52.7 3、化學反應、化學反應 酸酸：稀酸無影響，而和強酸共熱則會生成 糠醛，糠醛和各種酚有顯色反應，這可用 于糖的定性和定量檢測。 堿堿：在弱堿環(huán)境，糖會發(fā)生異構化，例： 葡萄糖在弱堿性環(huán)境變?yōu)槠咸烟?、果糖與 甘露糖的混合物。在強堿性環(huán)境下，糖會 被空氣中的O2氧化生成其它復雜的混合物。 氧化氧化 醛或酮糖與Tollens試劑（AgNO3-NH3）作用 會產生銀鏡。 與Benedict試劑（CuSO4、檸

4、檬酸和 Na2CO3）或Fehling試劑（CuSO4，酒石酸 鉀鈉、NaOH）一起加熱時，溶液的藍色消 失，同時生成Cu2O的磚紅色沉淀。 醛糖與弱氧化劑（堿性溴水）反應生成醇 糖酸，與強氧化劑（熱HNO3）反應得糖酸。 成脎反應成脎反應 單糖與苯肼（C6H5NHNH2）作用生成脎 糖脎都是不溶于水的黃色晶體，不同的糖 所生成的脎晶形不同，在反應中生成的速 度也不同，據此可鑒定糖的種類。 作為醇的反應作為醇的反應：除進行醚化生成苷外， 單糖能與酸反應生成酯，己糖和戊糖的磷 酸酯是生物體中糖代謝的中間體。 （1）戊糖）戊糖 戊糖多作為多糖成分或核酸成分存在，游 離狀態(tài)甚少。 （A） D-木糖

5、存在于木材、稻草桿等的半纖維素中 （B） L-阿拉伯糖 多在果汁和膠質的半纖維素中與果膠質共存 己糖己糖 D-果糖：廣泛存在于自然界，游離型多存在 于水果中。寡糖的蔗糖、棉子糖、蜜二糖中 均有存在，菊粉是D-果糖的聚合物。果糖的 甜度在糖類中最大。在工業(yè)上，常利用異構 酶把葡萄糖異構化為果糖來代替蔗糖。 (3)、D-葡糖酸及其內酯葡糖酸及其內酯 D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成D-葡 糖酸，商品D-葡糖酸及其內酯的制備如圖所示。 隨著水解不斷進行，pH值逐漸下降，是一種溫 和的酸化劑，可用于要求緩慢釋放酸的食品中。 例如肉制品、乳制品和豆制品，特別是焙烤食品 中作為發(fā)酵劑、作內酯豆腐的凝

6、固劑等。 5、糖苷、糖苷 單糖分子中的半縮醛羥基與醇或其它分子 的羥基縮合生成的縮醛稱為糖苷。如： 水果中游離糖含量水果中游離糖含量(%鮮重計鮮重計) 水 果 D-葡萄糖 D-果糖 蔗 糖 蘋果 1.17 6.04 3.78 葡萄 6.86 7.84 2.25 桃 0.91 1.18 6.92 梨 0.95 6.77 1.61 櫻桃 6.49 7.38 0.22 草莓 2.09 2.40 1.03 溫州蜜桔 1.50 1.10 6.01 甜柿肉 6.20 5.41 0.81 枇杷肉 3.52 3.60 1.32 杏 4.03 2.00 3.04 香蕉 6.04 2.01 10.03 西瓜 0.

7、74 3.42 3.11 番茄 1.52 1.51 0.12 溶液的相對甜度：果糖 蔗糖 葡萄糖 麥芽 糖 100-175 100 40-79 46-52 即使同一種糖，其-型和-型的甜度也不同。 如：葡萄糖的-比-型甜1.5倍。通常，葡萄糖的結 晶為-型。在溶液中平衡時，：= 1：1.7， 所以溶解后時間越長，甜度就越低。 此平衡受溫度的影響很小，故冷和熱葡萄糖液的甜味 幾乎無變化。 果糖-型的甜度為-型的3倍。普通的結晶為- 型，溶液中 的平衡隨濃度和溫度而異，如： 10%果糖液，0下：=3：7，80下為7：3，且 濃度高則多，因此，在低溫下，濃液甜。 蔗糖是糖苷-OH相互結合的二糖，無半

8、縮醛-OH， 溶液沒有 變化，甜味也不隨時間變化。 蔬菜中游離糖含量(%鮮重計) 蔬 菜 D-葡萄糖 D-果糖 蔗 糖 甜菜 0.180.166.11 硬花甘藍 0.730.670.42 胡蘿卜 0.850.854.42 黃瓜 0.860.860.06 苣 菜 0.070.160.07 洋蔥 2.071.090.89 菠菜 0.090.040.06 甜玉米 0.340.313.03 甘薯 0.330.303.37 聚合度10、而2的多糖，常見的為二糖。 2、 麥芽糖麥芽糖 以麥芽中含量最多，故而得名。淀粉和糖 原在淀粉酶作用下，生成麥芽糖。它是飴 糖的主成分。它分子中有半縮醛-OH，因 而有還

9、原性。 3、 乳糖乳糖 僅存在于哺乳動物的乳中，故而得名。是半乳糖 和葡萄糖用-1，4-半乳糖苷鍵結合而得 。 4、 環(huán)糊精環(huán)糊精 環(huán)糊精是6-8個葡萄糖以-1，4-苷鍵結合的 環(huán)狀寡糖。環(huán)糊精的環(huán)內側相對地比外側 憎水利用這一性質，可以使油質化合物在 水中成為可“溶“，食物的芳香成分可以 制成干粉狀而香味持久，苦味及其它異味 的藥物可以變成無味。 分類：分類： 為聚合度10的單糖的高聚物，廣泛存在于動植 物及微生物中。多糖中的纖維素、半纖維素、果 膠、殼質、硫酸軟膏素等，主要起細胞的支撐 （骨骼）作用；淀粉、糖原、菊粉等起能的貯藏 作用。而粘質多糖等起保護、潤滑、離子固定、 防凍等作用。 三

10、、多糖三、多糖(Polysaccharides) 加水分解僅產生糖類的稱單純多糖，若 還生成糖以外的成份稱復合多糖。由一種 單糖組成的稱均一多糖。否則稱非均一多 糖。 通常天然多糖的聚合度為100-1000。 食品中常見的多糖食品中常見的多糖 1、 纖維素纖維素 是自然界中存在最多的多糖，是植物的主成分。 纖維素連同某些其他惰性多糖構成植物性食品， 如蔬菜、水果和谷物中的不可消化的碳水化合 物。（稱為膳食纖維） 纖維素不顯示還原性，水解也很困難，需要濃酸或 稀酸在加壓下長時期加熱才能水解。 纖維素的羧甲基衍生物（CMC）易溶于水，有粘性， 其鈉鹽可在食品工業(yè)中作增稠劑。 n=100-200 2

11、、 淀粉（淀粉（Starch） 廣泛分布于植物的根、莖、種子中，其貯藏能 的作用，構成淀粉的糖，幾乎都是D-葡萄糖。 （1）淀粉的糊化：淀粉粒在受熱（60-80）時會在 水中溶脹，形成均勻的糊狀溶液，稱為糊化，它的 本質是淀粉分子間的氫鍵斷開，分散在水中。 糊化后的淀粉又稱為-化淀粉，將新鮮制備的糊 化淀粉漿脫水干燥，可得分散于涼水的無定形粉末， 即“可溶性-淀粉”。即食型的谷物制品的制造原 理就是使生淀粉“化”。 影響淀粉的糊化的因素：影響淀粉的糊化的因素： 溫度：溫度越高，糊化程度越大。 水分活度：水分活度低，不能糊化或糊化程度 有限 低pH值時，淀粉水解產生糊精而變稀 直鏈淀粉與支鏈淀粉

12、的含量: 直鏈淀粉含量越 高，淀粉越難糊化 淀粉老化淀粉老化(retrogradation) 淀粉溶液經緩慢冷卻，或經長期放置，會產生不透明甚 至沉淀的現象，其本質是糊化的淀粉分子又自動排列成 序，形成致密的不溶性分子微束，分子間氫鍵又恢復。 老化可視為糊化作用的逆轉，但是老化不可能使淀粉徹 底復原成生淀粉（-淀粉）的結構狀態(tài)，與生淀粉相 比，晶化程度低。老化的淀粉不易為淀粉酶作用。 食品在貯藏中品質變差，如面包的陳化、米湯的粘度下 降等，都是淀粉老化的結果。 糊化淀粉在有糖和糖醇存在時不易老化，這是它們能進 入淀粉的鏈間，妨礙淀粉分子締合、且本身吸水性強能 奪取淀粉凝膠中的水，使淀粉凝膠穩(wěn)定

13、。 表面活性劑如單酰甘油等添加到面包中，可延長貨架期。 它可與淀粉的疏水部分作用形成配合物，從而抑制淀粉 分子的重排，推遲淀粉的老化。 影響淀粉老化的因素影響淀粉老化的因素 低溫(特別在0附近) 中性pH 高濃度淀粉 老化趨勢增強。 無表面活性劑 淀粉的來源，淀粉老化趨勢:馬鈴薯玉米7%的稱高甲氧基果膠(High- methoxyl pectin)，7%以下的為低甲氧基果膠。 果膠酸：幾乎完全不含甲氧基的聚半 乳糖醛酸，溶于水。 未成熟的果實細胞間含有大量原果膠，因而組織堅硬， 隨著成熟的進程，原果膠在聚半乳糖醛酸酶和果膠酯酶 作用下，水解成分子量較小的可溶于水的果膠，并與纖 維素分離，滲入細

14、胞液中，果實組織就變軟而有彈性。 若進一步水解，則果膠進一步失去甲氧基并降低分子量 形成果膠酸，由于果膠酸不具粘性，果實就變成軟瘍的 過熟狀態(tài)。 果膠是親水性的膠狀物，其中高甲氧基果膠，在 酸性（PH2.03.5）、蔗糖含量6065%的條件 下有凝固成凝膠的性質，而低甲氧基果膠與糖、 酸即使比例恰當也難以形成凝膠，但它在Ca2+作 用下可形成凝膠，食品工業(yè)中利用它們的凝膠性 將其用于果醬、果凍等食品的制作。 7、植物膠質、植物膠質 為結構復雜的多糖，食品工業(yè)中用其作增稠劑、凝凍 劑、固香劑、乳化劑、泡沫穩(wěn)定劑、濁度穩(wěn)定劑等。 按其來源可分為三類： 8、微生物多糖、微生物多糖 許多微生物在生長過程中產生一些膠質的多糖， 其中一些已用于食品工業(yè)及醫(yī)療上 如右旋糖酐、黃桿菌膠、茁霉膠及環(huán)狀糊精等， 它們被用作穩(wěn)定劑、乳化劑、增稠劑、懸浮劑、 泡沫穩(wěn)定劑、成型助劑等。 9、氨基多糖、氨