食品化學第三章碳水化合物匯編

1、 3.1 3.1 碳水化合物的分類碳水化合物的分類 概念：概念： v碳水化合物也稱糖類，是由碳、氫、氧三種元 素組成的。是多羥基醛或多羥基酮及其衍生物 和縮合物的總稱。(羥基OH，醛基，羰基C O至少與一個氫原子相連，酮基：兩個烴基與 羰基相連)。碳水化合物是自然界分布最廣、數(shù) 量最多的一類有機化合物，占所有陸生植物和 海藻干重的3/4，存在于所有人類可食的用的植 物中。糖類為人體提供日常生活所需的熱量， 糖類提供的熱量占總攝入量的70%-80%。 碳水化合物的作用：碳水化合物的作用： v是重要的能量來源與營養(yǎng)來源： v單糖和低聚糖是重要的甜味劑和保藏劑(高 濃度糖滲透壓大，微生物不易生長)：

2、 v與食品中其它成分發(fā)生反應產(chǎn)生色澤和香 味：焦糖化反應，美拉德反應 v具有較高黏度、凝膠能力和穩(wěn)定作用：多 指多糖 碳水化合物在加工貯藏中的變化：碳水化合物在加工貯藏中的變化： v有利變化：淀粉糊化，纖維素水解， 果膠在水果后熟中的適當降解 v不利變化：淀粉老化，馬鈴薯甜化， 甜玉米中蔗糖向淀粉轉化 v是否有利要依據(jù)食品的種類和變化 的程度而定：焦糖化反應，美拉德 反應 碳水化合物的分類：碳水化合物的分類： v單糖：是碳水化合物的基本單位，是不 能再被水解的多羥基醛或多羥基酮。單糖 又按羥基的類型不同分為醛糖和酮糖。如： 核糖、阿拉伯糖，半乳糖，葡萄糖等屬于 醛糖；果糖屬于酮糖 。 v低聚糖

3、：低聚糖：又叫寡糖，是由210個單糖分子 脫水縮合而成的糖，完全水解后得到相應分子 數(shù)的單糖。根據(jù)水解后生成單糖分子的數(shù)目， 又可分為二糖(雙糖)，三糖，四糖等。其中以 雙糖的分布最廣，典型的雙糖有蔗糖，麥芽糖。 v多糖：多糖是由很多個單糖分子失水縮 合而成的高分子化合物，其單糖單體少則 幾十個，多則成千上萬個，水解后可以生 成多個單糖分子。如果多糖是由相同的單 糖組成的稱為均多糖(或同聚多糖)，比如 淀粉，纖維素；若多糖是由不相同的單糖 縮聚而成的稱為混合多糖(或雜多糖)，比 如果膠，半纖維素等。 3.2 3.2 單糖單糖 v單糖的結構：單糖的結構： 1、單糖的化學組成和鏈狀結構： (1)組

4、成Cn(H2O)n：所有食物中的低聚糖和多糖攝入 人體后，都必須水解成單糖后才能被人體吸收。 (2)自然界中以4，5，6個碳原子的單糖最普遍。6碳 糖：葡萄糖，果糖；5碳糖：核糖等等。按照官能 團又分為醛糖或酮糖。依分子中碳原子的數(shù)目， 單糖可分為丙糖，丁糖，戊糖，己糖，庚糖 。 (3)分子中碳原子數(shù)3的單糖含有手型碳原子(即 離羰基最員的不對稱碳原字)，手型碳原子上 OH在右側的為D型，在左側的為L型。天然存在 的單糖大多為D型。 2、單糖的環(huán)狀結構： 單糖分子的羰基可以與糖分子本身的一個醇羥 基反應，生成分子內的半縮醛或半縮酮，形成 五元呋喃環(huán)或更穩(wěn)定的六元吡喃環(huán)。天然的糖 多以六元環(huán)形式

5、存在。 3、單糖的構象： (1)構象：所謂構象是指1個分子中不改變共價 鍵結構，僅由于單鍵周圍的原子或基團旋轉所 產(chǎn)生的原子和基團的空間排列。 (2)五元環(huán)：成環(huán)C原子與O原子處于同一平面； 六元環(huán)：分子中成環(huán)的C原子和O原子不在同一 平面內，有椅式和船式兩種構象，以穩(wěn)定的椅 式構象占絕對優(yōu)勢。 v單糖的物理性質：單糖的物理性質： 1、旋光性： 具有手性的分子都具有旋光性，要判斷一個化合物 是否有旋光性，就要看它是否為手性分子。每個單 糖分子都含有不對稱碳原子，所以都具有旋光能力。 2、溶解度： 純凈的單糖為白色晶體，有較強的吸濕性。單糖分 子中有多個羥基，增加了它的水溶解性，所以極易 溶于水

6、，尤其在熱水中的溶解度極大。單糖在乙醇 中也能溶解，但不溶于乙醚、丙酮等有機溶劑。 3、甜度：單糖都有甜味，果糖最甜。 v單糖的化學性質：單糖的化學性質： 1、氧化反應： (1)單糖含有自由醛基或酮基具有還原性， 都能發(fā)生氧化作用。 (2)在酸性溶液中醛糖比酮糖易于氧化。醛 糖能被弱氧化劑溴水(HBrO)氧化，而酮糖不 能，借此可將這兩種糖區(qū)分開來。 (3)D葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧 化成D葡萄糖酸內酯。 u利用此反應可以測定食品和其他生物材料 中D葡萄糖的含量，也可以測定血液中 葡萄糖的含量，還可以用于檢測葡萄糖對 食物的摻假，如蜂蜜中通常含有約32%的D 葡萄糖和約38%的D果糖，但

7、有些商品 中葡萄糖的含量遠遠超過32%，這時即可 用此方法進行檢測。 2、還原反應： 單糖中有游離羰基，易于還原，在一定壓力與 催化劑或酶的作用下，羰基還原成羥基，單糖 被還原成糖醇。如D葡萄糖內的羰基加氫還 原成羥基，得到D葡萄糖醇，稱山梨糖醇， 是一種保濕劑，甜度僅是蔗糖的50%，是糖尿 病人的甜味劑。D果糖D葡萄糖醇D 甘露醇。D甘露醇的甜度是蔗糖的65%；木糖 可以還原成木糖醇，甜度為蔗糖的70%。 3、成苷反應： 單糖的環(huán)狀結構中的半縮醛(或半縮酮)羥基較分子 內的其它羥基活潑，故可與 醇或酚等含OH的化 合物脫水形成縮醛(或縮酮)型物質，這種物質稱為 糖苷，又稱配糖物。其中糖部分稱

8、為糖基，非糖部 分稱為配基。 4、脫水反應： l單糖強酸糠醛(或其衍生物)酚顯色 l定性、定量測定糖 。 5、焦糖化和羰氨反應： (1)焦糖化反應：直接加熱 T100焦糖化 焦糖色素：我國使用的天然色素之一，安全性高， 但加銨鹽制成的焦糖色素含4甲基咪唑，有強致 驚厥作用，含量高時對人體造成危害，我國食品 衛(wèi)生法規(guī)定焦糖色素在食品中的添加量不得超過 200mg/kg。 (2)美拉德反應：還原性糖游離氨基 l反應生成類黑精色素和褐變風味物質，產(chǎn)生一 定的色澤和風味 l不利：部分氨基酸的損失，尤其是L賴氨酸 l反應條件：中等水分，pH7.89.2反應速度最 快。Cu，F(xiàn)e離子可促進反應進行。 l控

9、制反應條件：降低含水量，避免Cu，F(xiàn)e等金 屬離子的不利影響，降低溫度和pH值。 3.3 3.3 低聚糖低聚糖 概念： 低聚糖也稱寡糖，普遍存在于自然界中，可溶于水， 有甜味，有旋光活性，在與稀酸共同加熱或在酶的作 用下可以水解成單糖。 分類： 低聚糖中以雙糖分布最為普遍，雙糖也稱為二糖， 是由2分子的單糖失水形成的，其單糖單體可以是相 同的，也可以是不同的，故可分為同聚二糖和雜聚 二糖。同聚二糖：麥芽糖，異麥芽糖，纖維二糖， 海藻二糖；雜聚二糖：蔗糖，乳糖等。 v二糖：二糖： v還原性二糖：還原性二糖可以看作是一 分子單糖的半縮醛羥基與另一分子單糖的 醇羥基失水而成的。這樣形成的二糖分子 中

10、，有一個單糖單位形成苷，而另一個單 位仍然保留有半縮醛基。 1、麥芽糖： 麥芽糖為白色晶體，易溶于水，甜度為蔗糖的 46%，麥芽糖具有一般單糖的化學性質。麥芽 糖在自然界以游離態(tài)存在的很少，主要存在于 發(fā)芽的谷粒，尤其是麥芽中，在淀粉酶的作用 下，淀粉可以水解為糊精和麥芽糖的混合物， 其中麥芽糖占1/3，這種混合物是飴糖的主要 成分。飴糖具有一定的黏度，流動性好，有亮 度，可用于制作糖果，糖漿等食品。 2、乳糖： 乳糖是由1分子D半乳糖與1分子D葡萄 糖以1，4糖苷鍵連接的二糖。在乳糖的 分子結構中具有半縮醛羥基，因此乳糖具有還 原性，有變旋現(xiàn)象，能被酸、苦杏仁酶和乳糖 酶水解。 乳糖存在于哺

11、乳動物的乳汁中，人乳中含量約為 5%-8%，牛羊乳中含量為4%-5%，乳糖能溶于水，無 吸濕性，甜度為蔗糖的39%，人乳和牛乳等中含有 的乳糖結構不同，被消化吸收狀況不同。 乳糖的存在可以促進嬰兒腸道雙歧桿菌的生長。乳 酸菌使乳糖發(fā)酵變?yōu)槿樗?。在乳糖酶的作用下，?糖可水解成D葡萄糖和D半乳糖而被人體吸收。 乳糖容易吸收香氣成分和色素，所以在食品加工中 可用它來傳遞這些物質 3、纖維二糖： 纖維二糖是由2分子D葡萄糖通過1，4 糖苷鍵連接而成，能被苦杏仁酶水解而不能被 麥芽糖酶水解，是葡萄糖苷。纖維二糖分 子結構中也保留有一個半縮醛羥基，所以具有 還原性，有變旋現(xiàn)象。 纖維二糖在自然界中以結合

12、態(tài)存在，是纖維素 水解的中間產(chǎn)物。人的體內只有1，4糖 苷鍵的消化酶，不含1，4糖苷鍵酶，所 以膳食纖維在人體無法消化。 v非還原性二糖：非還原性二糖是由一 分子單糖的半縮醛羥基與另一分子單糖 的半縮醛羥基失水而成的，這類二糖分 子中由于不存在半縮醛羥基，因而無還 原性，無變旋現(xiàn)象。 1、蔗糖： 結構：蔗糖是食物中主要的低聚糖，是一種 典型的非還原性糖，也是一種雜聚二糖，它 是由一分子D葡萄糖C1上的半縮醛羥基 與D果糖C2上的半縮醛羥基失去1分子 水，通過1，2糖苷鍵連接而成的二糖。蔗 糖分子中沒有保留半縮醛羥基，因此它沒有 還原性，也沒有變旋現(xiàn)象。 性質：蔗糖是最重要的甜味劑，但近來發(fā)現(xiàn)許

13、多疾 病可能與過多攝入蔗糖有關，比如齲齒，肥胖，高 血壓，糖尿病。 蔗糖是無色晶體，易溶于水，在稀 酸或酶的作用下得到葡萄糖和果糖的等量混合物。 由于在水解的過程中，溶液的旋光度由右旋變?yōu)樽?旋，因此通常把蔗糖的水解作用稱為轉化作用。轉 化作用所生成的等量葡萄糖與果糖的混合物稱為轉 化糖。因為蜜蜂體內有蔗糖酶，所以蜂蜜中存在轉 化糖。蔗糖水解后，因其含有果糖，所以甜度比蔗 糖大。 2、海藻糖： 海藻糖又叫酵母糖，存在于海藻、昆蟲和真菌 體內。它是由兩分子D葡萄糖在C1上的兩 個半縮醛羥基之間脫水，通過1，1糖苷 鍵結合而成的二糖 。其分子結構中不存在半縮 醛羥基，所以也是一種非還原性灘。海藻糖

14、為 白色晶體，溶于水，熔點96.597.5，是各 種昆蟲血液中的主要血糖。 v三糖：三糖： 常見的三糖：棉籽糖，龍膽三糖，水蘇糖， 麥芽三糖等。最常見的、廣泛游離在自然 界中的是棉籽糖。在棉籽、按樹的干性分 泌物以及甜菜中含量較多，它是由1分子 D半乳糖，1分子D葡萄糖，1 分子D果糖組成。棉籽糖是非還原 性糖。 3.4 3.4 食品中單糖和低聚糖的功能食品中單糖和低聚糖的功能 v親水性親水性 單糖和低聚糖的分子結構所含有的親水性羥 基靠氫鍵與水相互作用，使其與它們的許多 聚合物發(fā)生溶劑化作用或增溶作用。 (1)碳水化合物的結構不同，對水的結合能 力也有較大不同。 (2)糖或糖漿的純度對其結合

15、水的能力也有 較大的影響，純度不高的糖或糖漿比純度高 的更易吸水且吸水速度更快。 v甜味：甜味：低分子質量碳水化合物 人所能感覺到的甜味因糖的組成、構 型和物理形態(tài)而異。 優(yōu)質的糖應甜味純正，甜度適宜，達 到最甜和消失甜味的速度都很快。 v風味結合功能：風味結合功能： 碳水化合物可使糖水的相互作用轉變?yōu)樘?風味物質的相互作用。這樣就保持了食品的色澤和 風味 糖水風味物質糖風味物質水 雙糖和分子量較大的低聚糖比單糖更能有效結合 風味 。 n褐變產(chǎn)物和風味：褐變產(chǎn)物和風味： 碳水化合物的非氧化褐變反應除了產(chǎn)生深顏色 類黑精色素外，同時還產(chǎn)生了很多揮發(fā)性的風 味物質。 n保健功能：保健功能： 使體內

16、雙歧桿菌增殖。 抑制腸內沙門氏菌和腐敗菌的生長。 被認為是一種水溶性食物纖維。 低熱量。 抗齲齒。 v結晶性：結晶性： 糖溶液越純越容易結晶。 非還原性低聚糖相對容易結晶。 某些還原性糖產(chǎn)生內在“不純”而難以結晶。 混合的糖比單一的糖難結晶。 3.5 3.5 多糖多糖 v多糖多糖 1、多糖的概念： 多糖是由多個單糖單位通過糖苷鍵連接起來的高 分子化合物，在一定的條件下，糖苷鍵斷裂，完 全水解后最終產(chǎn)物是單糖。 2、多糖的分類： (1)同聚多糖：由同一種單糖聚合而成的，如淀 粉，糖原，纖維素(由葡萄糖聚合) (2)雜聚多糖：由多種單糖及其衍生物組成，如 多糖膠(D葡萄糖：D甘露糖：D葡萄糖醛酸

17、2：2：1) 3、多糖的性質： (1)無甜味，無還原性。 (2)不溶于水，大多數(shù)難以消化：如纖維素和半纖 維素。 (3)不同水溶性多糖分子可形成不同特性的凝膠。 (4)多糖在酶或酸的作用下依水解程度不同而生成 單糖殘基數(shù)不同的糖類物質，最后完全水解生 成單糖。 v淀粉：淀粉： 1、淀粉的概念： 淀粉是許多葡萄糖組成的被人體消化吸收的 植物多糖，是人類碳水化合物的主要食物來源。 2、淀粉的化學結構：通式(C6H10O5) 根據(jù)淀粉的結構和性質可以將淀粉分為直鏈 淀粉和支鏈淀粉兩種。 l(1)(1)直鏈淀粉：直鏈淀粉： a、大約由1001000個葡萄糖聚合而成，通過 1，4糖苷鍵連接而成的一個長鏈

18、分子。 b、相對分子量在30000100000之間。 c、結構 ： 直鏈淀粉并不是完全伸直的，由于直鏈淀粉分 子鏈是非常長的，所以不可能以線形分子存在，而 是在分子內氫鍵的作用下，卷曲盤旋成螺旋狀的， 每一螺圈一般是含有6個葡萄糖單位。 l(2)(2)支鏈淀粉：支鏈淀粉： a、由6000個左右的葡萄糖單位連接而成，在支 鏈淀粉中葡萄糖除了通過1，4糖苷鍵連 接以外，還通過1，6糖苷鍵相互連接成 側鏈，每隔67個葡萄糖單位又能再度形成另 外一條支鏈結構，每一支鏈有2030個葡萄糖 分子。各個分支也都是卷曲成螺旋，這樣就使 支鏈淀粉形成復雜的樹狀分支結構的大分子。 b、結構： l(3)、直鏈與支鏈

19、淀粉的存在： 同時存在于植物中，直鏈淀粉與支鏈淀粉 的比例一般約為1525%比7585%。因植物品 種不同，比例也不同。如蠟質玉米有99%都是支 鏈淀粉，而有些豆類像皺縮豌豆中直鏈淀粉含 量就高達98%。但不管怎樣，直鏈淀粉與支鏈淀 粉水解后最終的產(chǎn)物都是D葡萄糖，這一點是 相同的。 3、淀粉的分布： 植物的種子、塊莖、根中，小麥中含淀粉 6065%，大米中淀粉含量7080%，馬鈴薯中含 20%。 4、淀粉的物理性質： 白色、無味、粉末狀物質。一般不溶于水 也不溶于有機溶劑。直鏈淀粉一般易溶于熱水， 而支鏈淀粉要在加熱加壓的情況下才溶于水。 5 5、淀粉的糊化：、淀粉的糊化： (1)概念： 淀

20、粉在植物中是以淀粉粒的形式存在的， 淀粉粒不溶于水。我們一般把生淀粉稱為 淀粉。當把淀粉在水中加熱至一定溫度的 時候，淀粉粒開始發(fā)生膨脹，到一定程度甚至 破裂，相應的，淀粉的體積也擴大到原來的數(shù) 百倍之大，此時，原來的懸浮液變成了粘稠的 膠體溶液，這種現(xiàn)象就稱為淀粉的糊化，也就 叫做淀粉的化，處于這種狀態(tài)的淀粉稱為 淀粉。發(fā)生糊化時所需的溫度就稱為糊化溫 度。 (2)本質：淀粉顆粒中有序態(tài)(晶體)和無序態(tài)(非晶 體)的淀粉分子之間的氫鍵斷裂，分散在水中形成親 水性膠體溶液。 (3)影響因素：溫度(淀粉糊化以后形成的淀粉糊， 隨著溫度的升高其黏度也不斷增大，在95附近達 到最高黏度后恒定一段時間

21、，其黏度就逐步下降)； 淀粉溶液的黏度和膠凝特性；食品中的其他成分， 如脂肪，蛋白質，糖，酸，水分含量。 (4)糊化的淀粉的特點：更可口，更利于人體的 消化吸收，更容易被淀粉酶所水解(原因：多糖分子 吸水膨脹和氫鍵斷裂，從而使淀粉酶能更高地對淀 粉發(fā)揮酶促消化作用)。 6 6、淀粉的老化：、淀粉的老化： (1)(1)概念：概念： 經(jīng)過糊化的淀粉冷卻后，淀粉運動逐漸減弱， 分子鏈趨向平行排列，相互靠攏，彼此間以氫 鍵結合，形成大于膠體的質點而沉淀，分子間 氫鍵的結合特別牢固，以至于不再溶于水，也 不易被淀粉酶水解，這個過程就稱為淀粉的老 化。 (2)影響老化程度的因素: a、淀粉的來源： 淀粉的

22、老化與所含直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例 有關。直鏈淀粉比支鏈淀粉易于老化，所以直鏈淀 粉越多，老化就越快。 b、淀粉的含水量： 含水量為3060%時易于老化，含水量小于10% 或在大量水中則不易老化。 c、淀粉溫度： 老化作用最適宜溫度是24左右，大于60 或小于20都不發(fā)生老化。 d、pH值： 在偏酸或偏堿性條件下淀粉不易老化，一般中 性情況下易老化。 7、淀粉的水解反應： a、反應條件：淀粉酶或酸 b、反應過程： 淀粉 糊精 麥芽糖 葡萄糖 8 8、淀粉的呈色反應：、淀粉的呈色反應： (1)淀粉與碘發(fā)生呈色反應： 直鏈淀粉碘呈藍色 支鏈淀粉碘呈紫紅色 (2)糊精與碘發(fā)生呈色反應： 紫(糊精)，

23、紅(糊精)，無色(糊精)。 (3) (3)機理：機理：碘遇淀粉或糊精會出現(xiàn)不同顏色，不是 碘與淀粉間形成了化學鍵，而是由于淀粉螺旋狀結 構的中空穴部分恰好能容納碘分子，二者之間借助 于范德華力形成一種淀粉碘的絡合物的緣故。所 呈現(xiàn)的顏色則與淀粉糖苷鏈的長度有關。當鏈長小 于6個葡萄糖基時，因為它還不能形成一個螺旋圈， 所以不能呈色。當平均長度為20個葡萄糖基時呈紅 色。大于60個葡萄糖基時呈藍色。 v糖原：糖原： 1 1、概念：、概念：糖原是動物體內的多糖類貯藏物質， 又稱動物淀粉。 2、生理功能：主要存在于肝和肌肉中，因此有 肝糖原和肌糖原之分。糖原在動物體中的功用是 調節(jié)血液中的含糖量，當

24、血液中的含糖量低于常 態(tài)時，糖原就分解為葡萄糖，當血液中含糖量高 于常態(tài)時，葡萄糖就合成糖原。 3 3、結構：、結構：由D葡萄糖結合而成，結構與 支鏈淀粉相似。糖原的支鏈更多，更短，所以糖 原的分子結構更緊密，整個分子團呈球形，平均 相對分子質量大約在106107之間。 4 4、性質：、性質：白色粉末，能溶于水及三氯醋酸，不 溶于乙醇及其他有機溶劑，遇碘顯紅色，無還原 性。糖原也可被淀粉酶水解成糊精和麥芽糖，若 用酸水解，最終可得D葡萄糖。 5 5、分布：、分布：除動物外，在細菌，酵母，真菌及甜 玉米中也有糖原的存在。 v纖維素：纖維素： 1 1、纖維素的存在：、纖維素的存在：棉花，麻，木材，

25、植物細 胞壁 。 2 2、結構：、結構：由D葡萄糖以1，4糖苷 鍵連接而成，是不含支鏈的直鏈多糖。 3 3、性質：、性質：穩(wěn)定，在一般的食品加工條件下不被 破壞，但在高溫、高壓的稀硫酸溶液中，纖維素 可被水解為葡萄糖，也可以在纖維素酶的作 用下水解成葡萄糖。 4 4、功能：膳食纖維：、功能：膳食纖維： (1)促進腸胃的正常蠕動； (2)降低體內膽固醇水平； (3)調節(jié)糖尿病患者的血糖水平； (4)食品加工中，半纖維素能提高面粉結合水的 能力，且有助于蛋白質與面團的混合，增加面 包體積和彈性，改善面包結構，延緩面包的老 化 。 5 5、改性纖維素：、改性纖維素：將天然纖維素經(jīng)適當處理， 改變其原有性質以適應不同食品的加工需要， 稱為改性纖維素。 (1)羧甲基纖維素(CMC) a、概念：由纖維素與氫氧化鈉、一氯乙酸作 用生成的含有羧基的纖維素醚稱為羧甲基纖維 素。 b、性質：良好的持水性，