食品化學-第四章碳水化合物

§4.碳水化合物(Carbohydrates)

碳水化合物：糖類

多羥基醛、多羥基酮及其衍生物

§4.1概述一、種類1.單糖：最小組成單位

不能再水解2.低聚糖：寡糖

水解→n個單糖，n＝2～103.多糖：

水解→10個以上單糖

二、食品中的碳水化合物種類多、含量高。水果單糖>蔬菜糧食：單、雙糖較低多糖高名稱碳水化合物(%)總糖單糖和雙糖多糖蘋果葡萄14.517.3葡萄糖1.17果糖6.04蔗糖3.78甘露糖微量葡萄糖5.35果糖5.33蔗糖1.32甘露糖2.19

淀粉1.5纖維素1.0纖維素0.6胡蘿卜馬鈴薯9.717.1葡萄糖0.85果糖0.85蔗糖4.25淀粉7.8纖維素1.0淀粉14纖維素0.5牛奶蜂蜜4.982.3乳糖4.9葡萄糖28~35果糖34~41蔗糖1~5§4.2單糖及低聚糖一、結構1.單糖的結構

*醛糖：D-甘油醛衍生而來葡萄糖、甘露糖、核糖、木糖*酮糖：二羥基丙酮衍生果糖、山梨糖、木酮糖核糖木糖阿拉伯糖葡萄糖半乳糖甘露糖果糖2.低聚糖的結構一個醛糖上的半縮醛羥基和另一個單糖的羥基脫水而成（形成糖苷鍵）。甜度：比甜度、甜度倍數蔗糖：1.00 果糖：1.50葡萄糖：0.70半乳糖：0.27 麥芽糖：0.50乳糖：0.40 二、物理性質糖的分子質量越大，溶解度越小，甜度越小。甜度與糖的分子結構有關：D-葡萄糖:>β結晶型，溶解，部分轉為β型， :β=36:64，甜度↘果糖:β>

結晶β型，溶解，部分變?yōu)樾停?平衡時甜度↘不同種類的糖混合，有協(xié)同增效作用。2.旋光性：除丙酮糖

變旋現象：糖剛溶于水時，其旋光度處于變化中，經過一定時間后就達到恒定的旋光度.α-D-葡萄糖:+112.9°→+52.2°β-D-葡萄糖：+18.7°→+52.2°3.溶解度：溶于水，不溶于有機溶劑

各種單糖的溶解度不同：

果糖最高，葡萄糖其次

溫度↗，溶解度↗濃度↗，滲透壓↗：

高濃度糖的保存性質---果醬、蜜餞4.吸濕性、保濕性，結晶性：吸濕性：

果糖(最強)>

葡萄糖結晶性：葡萄糖：易結晶，晶體細小蔗糖：易結晶，晶體粗大果糖、果葡糖漿：較難結晶

淀粉糖漿：不能結晶，并可防止蔗糖結晶5.黏度：

溫度↗，黏度↘（但葡萄糖例外）

單糖<蔗糖<低聚糖

淀粉糖漿：轉化程度↗，↘6.滲透壓：與糖的摩爾濃度成正比同一濃度下，單糖為雙糖的2倍食品脫水,抑制微生物生長7.發(fā)酵性酵母菌發(fā)酵→酒精、CO2（釀酒、面包疏松）葡萄糖>果糖>蔗糖>麥芽糖乳酸菌

還發(fā)酵乳糖→乳酸（酸奶）大多低聚糖水解產生單糖才發(fā)酵8.冰點：降低溶液濃度越高，分子量越小，冰點降低越多。

9.抗氧化性：氧氣在糖液中溶解度<<在水中溶解度阻隔與氧接觸，保持風味、色、維生素C三、化學反應(一)美拉德反應(羰氨反應)羰基+氨基→縮合、聚合→黑色素羰基：還原糖、醛和酮氨基：氨基酸、蛋白質得到：風味物質、有色物質褐變反應：非酶褐變1.反應機理：A.初期階段：①羰基與氨基縮合(薛夫堿)氮代葡萄糖基胺②阿姆德瑞（Amodari)分子重排：

酸催化果糖胺B.中期階段：3-脫氧葡糖醛酮①果糖胺脫水羥甲基糠醛②果糖胺脫胺殘基，分子重排→還原酮③氨基酸與二羰基化合物的反應：

斯特勒克（Strecker）降解反應放出CO2R-C-C-R’+CH3-CH-COOHOONH2R-CH-C-R’+NH2OCH3-C-H+CO2O（二羰基化合物）（氨基酸）④果糖基胺的其他反應產物的生成：C.末期階段：2類反應：①醇醛縮合：2分子醛自相縮合，脫水→不飽和醛②生成類黑晶的聚合反應中期反應的產物縮合、聚合→黑色素

醇醛縮合反應:不飽和醛2.影響因素：(1)底物：還原糖：五碳糖約為六碳糖的10倍五碳糖：核糖＞阿拉伯糖＞木糖六碳糖：半乳糖＞甘露糖＞葡萄糖醛糖>酮糖，單糖>雙糖氨基化合物：

ε-氨基酸>>α-氨基酸

賴氨酸：H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOH

NH2氨基酸：碳鏈越短，反應性越強氨基酸＞多肽＞蛋白質(2)pH：

>3，褐變速度隨pH↗而↗(3)水分：

10~15%，最易褐變完全干燥，難褐變(4)溫度：

每差10℃，褐變速度差3~5倍>30℃褐變較快，<20℃較慢（5）亞硫酸鹽：

抑制褐變（6）金屬離子：

鐵、銅：催化還原酮的氧化，促進褐變鈣：+氨基酸→不溶性化合物，抑制褐變錳、錫：抑制褐變鈉：無影響（二）焦糖化反應

糖類熔點以上的高溫，脫水、降解→褐色物質1.機理：

①焦糖（醬色）的形成：葡萄糖→葡萄糖酐果糖→果糖酐蔗糖→異蔗糖酐→

焦糖酐→焦糖稀→焦糖色素催化：磷酸鹽、無機酸、堿、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸②糠醛和其它醛的形成：糖裂解脫水→醛→聚合或與胺類反應→褐色色素D-葡萄糖烯醇式D-果糖D-甘露糖OH-（三）與堿的作用1.異構化：稀堿

果葡糖漿：葡萄糖溶液在堿性條件下，部分轉化成果糖，得到葡萄糖和果糖的混合糖液。異構酶：葡萄糖→果糖2.糖精酸的生成：濃堿

糖分子內氧化、重排→糖精酸+強堿稀堿糖精酸異糖精酸間糖精酸D-葡萄糖己糖→

連續(xù)烯醇化→烯二醇：①氧化劑→分解產物C6H12O6OH-[O]HCOOHHOCH2COOHHOCH2CHOHCOOHHOCH2(CHOH)2COOHHOCH2(CHOH)3COOH++++3.分解反應：濃堿，單糖→較小分子的糖、酸、醇、醛②無氧化劑，離雙鍵的第二個單鍵斷裂+1，2-烯二醇復合反應2C6H12O6C12H22O11H2O+1.復合反應：稀酸、熱

單糖縮合、失水→雙糖

（四）與酸的作用脫水反應2.脫水反應:強酸、熱→環(huán)狀或雙鍵化合物

戊糖→糠醛己糖→5-羥甲基糠醛土倫試劑、費林試劑氧化（堿性氧化）

————————————

弱氧化劑

C6H12O6+Ag(NH3)2+OH-

→C6H12O7+Ag↓（葡或果糖）（葡萄糖酸）

C6H12O6+Cu(OH)2

→C6H12O7+Cu2O↓磚紅色

（五）氧化與還原反應1.氧化反應(2)溴水氧化（酸性氧化）醛糖→糖酸→加熱失水→γ-或δ-內酯酮糖不被溴水氧化

(3)硝酸氧化

稀硝酸醛糖→二元酸(4)高碘酸氧化（5）其他

酮糖

+強氧化劑

→草酸

+酒石酸單糖+強氧化劑

→CO2+水氧化酶，葡萄糖→葡萄糖醛酸2.還原反應

醛基或酮基

→

羥基：糖醇

D-葡萄糖還原D-葡萄糖醇（山梨醇）木糖還原木糖醇（六）酯化反應羥基+酸→

酯四、單糖的衍生物（一）氨基糖一個或多個–OH被氨基取代

α-D-葡萄糖胺(殼糖胺)α-D-半乳糖胺（軟骨糖胺）糖分子的半縮醛羥基和其他分子的醇羥基或酚羥基結合，脫去一分子水。糖苷配基+CH3OHH++H2O甲基α-D-葡萄糖苷甲基β-D-葡萄糖苷（二）糖苷無還原性易溶于水無機酸、糖苷酶水解→糖+糖苷配基堿性中較穩(wěn)定（三）糖醇 不含醛基，無還原性(四)脫氧糖

單糖分子中一個或多個羥基被氫取代

脫氧核糖

五、食品中重要的低聚糖及其性質（一）二糖：1.蔗糖：非還原糖C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6HCl蔗糖葡萄糖果糖右旋，+66.5°右旋，+52.2°左旋，-92.4°最終平衡時，蔗糖水解液-19.9°轉化糖（轉化糖漿）：

蔗糖水解后得到等量的葡萄糖和果糖的混合物，旋光度發(fā)生反向轉變。水解：或酶2.麥芽糖：

還原糖易消化還原糖有助鈣吸收

乳糖不耐癥:

缺乳糖酶3.乳糖：半乳糖葡萄糖4.纖維二糖、海藻糖：

纖維二糖:2葡萄糖β-1,4鍵

還原糖海藻糖:2葡萄糖1,1鍵

非還原糖（二）果葡糖漿：高果糖漿、異構糖漿酶法水解淀粉所得的葡萄糖液經葡萄糖異構酶的異構化作用，一部分葡萄糖異構成果糖，形成的葡萄糖和果糖的混合糖漿。

3種：果糖含量42%55%90%（三）功能性低聚糖：1.棉子糖α-1,6-α,β-1,2非還原糖吸濕性最小的低聚糖2.低聚果糖:(寡果糖、蔗果三糖族低聚糖）3.低聚木糖4.異麥芽酮糖（帕拉金糖）α-1,6-糖苷鍵功能性低聚糖的生理功能：①促進雙歧桿菌增殖，稱雙歧桿菌增殖因子②減少有毒發(fā)酵產物、有害細菌酶的產生，抑制病原菌和腹瀉③防治便秘④增強免疫力，抗腫瘤⑤降低血清膽固醇⑥保護肝功能⑦合成維生素，促進鈣的消化吸收⑧低（無）能量，防齲齒（四）環(huán)狀糊精：又稱沙丁格糊精、環(huán)狀淀粉聚合度為6、7、8個葡萄糖，稱、、-環(huán)糊精性質：環(huán)內側比外側疏水， 疏水物質被環(huán)內側吸附用途：①速溶食品的保香劑：香氣成分與環(huán)糊精形成包合物,揮發(fā)慢②改善食品的氣味和風味：降低橘汁苦味

大豆脫苦澀、豆腥味§4.3多糖一、結構數個單糖連接→長鏈聚合物 線狀或分支同多糖：水解→相同的單糖殘基(淀粉、纖維素)雜多糖：水解→不同的單糖殘基(果膠、半纖維素)二、性質1.溶解性：親水性較強，易水合、溶解2.黏度：大3.凝膠：氫鍵、疏水相互作用、范德華力、離子橋聯(lián)、纏結、共價鍵4.水解

酶促水解酸催化水解堿穩(wěn)定但：果膠水解

5.風味結合功能6.生理活性：

膳食纖維真菌多糖一、淀粉（一）結構淀粉粒.分：直鏈淀粉（葡萄糖-1,4糖苷鍵）、支鏈淀粉（-1,4、-1,6糖苷鍵）§4.4食品中的主要多糖結晶區(qū)非結晶區(qū)（無定形區(qū)）

類別 直鏈淀粉 支鏈淀粉

基本構成單位:-葡萄糖 -葡萄糖

鍵型:-1,4糖苷鍵-1,4、-1,6糖苷鍵聚合度:100～6,000>6,000

分子量: 3.2X104～1.6X1051X105～5X108

分子形狀:線型，呈螺旋狀 樹枝

直、支鏈淀粉的異同：（二）物理性質

白色粉末

含水量較高(12%):

羥基淀粉與碘→有顏色的復合物：

直鏈淀粉：棕藍色支鏈淀粉：蘭紫色糊精與碘:顏色隨糊精分子質量遞減藍、紫紅、橙、無色與直鏈淀粉形成復合物：脂肪酸、醇類、表面活性劑1.酸水解法（三)水解反應紫色糊精、紅色糊精、無色糊精、麥芽糖、葡萄糖不同來源的淀粉，酸水解難易不同。支鏈淀粉比直鏈淀粉易水解。2.酶水解法(1)

-淀粉酶：內切酶從內部隨機分解-1,4糖苷鍵不分解-1,6鍵,能越過-1,6鍵繼續(xù)水解-1,4鍵不能水解麥芽糖中的-1,4鍵

產物：-葡萄糖、-麥芽糖、很小的糊精

液化酶

(2)β-淀粉酶：外切酶，麥芽糖酶從非還原端切-1,4鍵（以麥芽糖為單位切）。不水解-1,6鍵,不能越過-1,6鍵繼續(xù)水解-1,4鍵。產物：β-麥芽糖、β-極限糊精糖化酶

(3)葡萄糖淀粉酶：外切酶從非還原端切-1,4鍵→β-葡萄糖切-1,6鍵、-1,3鍵→β-葡萄糖（速度很慢）

(4)脫支酶：水解-1,6鍵→直鏈片斷*淀粉糖漿：淀粉水解后，得到的由葡萄糖、低聚糖和糊精組成的透明、粘稠、均勻的混合糖液。糖化水解程度用DE值(葡萄糖值)表示DE值38～42中轉化度淀粉糖漿

*麥芽糖漿（飴糖）：麥芽糖酶水解淀粉主要成分：麥芽糖淺黃色，甜味溫和，特有的風味（四）淀粉的糊化

1.概念生淀粉(β-淀粉): 分子間氫鍵，膠束，結構緊密淀粉懸浮液加熱到一定溫度，淀粉分子突然膨脹，體積比原來增加數十倍（膨潤現象），繼續(xù)加熱，變成粘性的糊狀溶液，這種現象叫糊化(-化)。-淀粉:處于糊化狀態(tài)的淀粉糊化分3個階段：①可逆吸水階段②不可逆吸水階段③淀粉粒解體階段糊化溫度:

糊化開始的溫度、糊化完成的溫度β-淀粉：不易消化吸收-淀粉：易消化吸收糊化的本質：由β-淀粉轉變成-淀粉2.影響糊化的因素：①淀粉本身的分子結構：

支鏈淀粉比直鏈淀粉易糊化

同種淀粉，顆粒大，易糊化②水分含量：

水分含量低，不易糊化③糖：高濃度糖液降低糊化速度、糊粘度、凝膠強度④脂類：

阻礙糊化⑤鹽：

低濃度鹽，影響小鹽敏感性淀粉：鹽促進或阻礙糊化⑥pH： 4~7影響小 10,速度提高 低，粘度低（五）淀粉的老化（回生）1.概念糊化后的淀粉，在室溫或低于室溫下放置后，變得不透明甚至凝結而沉淀的現象。結果:與水失去親合力，溶解性變差不易與酶作用，不易消化吸收影響食品的質地2.影響因素：①分子結構：

直鏈淀粉易老化支鏈淀粉不易老化②含水量：

３0～６0％，易老化<10%或含大量水，不易老化③溫度：

-20℃～60℃易老化2～4℃最易老化

④酸堿度：中性條件：易老化偏酸或偏堿條件：不易老化⑤鹽：

阻止老化⑥冷卻速度：

緩慢冷卻，易老化迅速冷卻，減緩老化⑦糖：單糖、二糖、糖醇

阻止老化⑧表面活性劑或有表面活性的極性脂：

推遲老化⑨大分子物質：蛋白質、半纖維素、植物膠

減緩老化

（六）抗消化淀粉按生物可利用性，淀粉分3類：A.快速消化淀粉(readydigestiblestarch,RDS)B.緩慢消化淀粉(slowlydigestiblestarch,SDS)C.抗消化淀粉(resistantstarch,RS)

防止老化：固定的-淀粉

——制作方便食品抗消化淀粉：分４類（1）RS1：物理包埋淀粉

難與酶接觸，不易消化

輕度碾磨的谷類、豆類等（2）RS2

：抗消化淀粉顆粒

對酶有高度抗性生的薯類和香蕉（3）RS3:老化淀粉分2部分：RS3a，RS3b（凝沉的支鏈淀粉、直鏈淀粉）

RS3b抗酶解性最強（4）RS4：化學改性淀粉（七）淀粉的改性變性淀粉（改性淀粉）：天然淀粉經物理、化學或酶處理，使淀粉原有的物理性質發(fā)生變化。物理變性淀粉★化學變性淀粉★物理變性淀粉：（預糊化淀粉、-化淀粉）熱滾法（滾筒干燥法）擠壓膨化法噴霧干燥法微波法特點：顆粒結構分散，低溫下水溶性、吸水性較強性質：溶解速度快用途：脫水湯料、調味劑化學變性淀粉：1.可溶性淀粉（酸變性淀粉）：性質：熱時流動好冷凝時能形成堅柔的凝膠用途：膠姆糖、糖果2.酯化淀粉：

淀粉+

酸或酸酐→酯性質：改善抗凍結-解凍性能，降低凍結-解凍過程中水分的離析。用途：肉餡、肉腸ST-OH+醋酸酐淀粉醋酸酯ST-OH+HO-NO2ST-O-NO2

+H2O淀粉硝酸酯3.醚化淀粉：性質：糊化溫度糊的保水性、透明度、成膜能力用途：增稠劑4.氧化淀粉：性質：糊化溫度低，粘度低 可形成穩(wěn)定溶液。用途：分散劑或乳化劑5.交聯(lián)淀粉：性質：良好的機械性能耐熱、耐酸、耐堿用途：增稠劑、賦形劑

6.接枝淀粉：溶于水：增稠劑、膠粘劑不溶于水：可降解塑料的填充料二、果膠（一）結構、分類

主鏈：

-D-半乳糖醛酸-1,4糖苷鍵側鏈：-L-鼠李吡喃糖酯化度（degreeofesterifacation,DE）：酯化的半乳糖醛酸基與總半乳糖醛酸基的比值。

羧基甲酯化的百分數。按酯化度分類：①高甲氧基果膠（high-methoxylpectin,HM）：

DE>50%②低甲氧基果膠（low-methoxylpectin,

LM）：

DE<50%果蔬成熟過程中，果膠物質有3種形態(tài)：①原果膠：未成熟 不溶于水 水解→果膠②果膠：成熟 溶于水

③果膠酸：過熟 不溶或稍溶于水的果膠酸鹽（二）特性酸性或堿性條件下：水解高溫強酸：脫羧聚合度↗，溶解度↘酯化度↗，溶解度↗分子鏈長↗，溶液黏度↗可形成凝膠

（三）形成凝膠

1.條件

高甲氧基果膠：

含糖量：60%~65%pH：2.0~3.5果膠含量：0.3%~0.7%低甲氧基果膠：二價陽離子：Ca2+產生橋聯(lián)。

NaCl存在時，Ca2+可少些

pH：2.5～6.5糖：10%～20%

2.影響凝膠強度的因素（1）果膠相對分子質量：↗，凝膠強度↗(2)果膠酯化度：↗，凝膠強度↗

↗，凝膠速度↗

速凝果膠：DE>70%慢凝果膠：DE：50%~70%(3)pH值：

有助于果膠-糖凝膠體系的形成

(4)糖濃度：

LM：不需糖.但加10～20%糖,凝膠質地更好(5)溫度：

0～50℃，影響不大。過高或加熱時間過長，影響凝膠強度。（四）果膠的制備原料(柑橘皮、蘋果渣、山楂、向日葵盤等）加水加熱果膠酶失活加水浸提去除雜質調PH至2~2.5加熱30~60分冷卻、過濾氨水調PH至3.5過濾加乙醇果膠沉淀過濾、干燥（五）果膠的作用1.膠凝性：果凍、果醬2.增稠、穩(wěn)定功能3.保持烘烤食品的水分三、纖維素、半纖維素（一）纖維素葡萄糖

-1,4糖苷鍵性質：分子量大

不溶于水稀酸、稀堿：特別穩(wěn)定高溫、高壓、高濃度強酸：分解無營養(yǎng)、熱量

纖維素的衍生