食品化學(xué)碳水化合物3

食品化學(xué)碳水化合物3第1頁/共53頁多糖的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系多糖與水溶液中的分子移動性多糖的結(jié)構(gòu)與水合性多糖的結(jié)構(gòu)與粘度的關(guān)系多糖的結(jié)構(gòu)與老化和凝膠第2頁/共53頁I多糖與水溶液中的分子移動性多糖并不會對食品的冰點產(chǎn)生很大影響，因為冰點的下降主要取決于溶質(zhì)的粒子數(shù)目。多糖類物質(zhì)具有高粘度，限制水分子的流動性，因此阻礙了冰晶的發(fā)展。低分子碳水化合物主要是通過數(shù)量起作用，高分子碳水化合物主要通過結(jié)構(gòu)狀態(tài)起作用，共同在冰晶的周圍形成濃縮的無定形基質(zhì)。碳水化合物在冷凍條件下對食品起到保護作用，阻止了食品成分的變性。第3頁/共53頁II多糖的結(jié)構(gòu)與水合性纖維素線狀分子通過氫鍵互相聯(lián)系，結(jié)晶區(qū)十分緊密，故成不溶于水的堅韌纖維。多數(shù)多糖分子的結(jié)晶區(qū)域不夠緊密，容易發(fā)生水合作用甚至溶解于水。多數(shù)雜多糖含有不均一的糖苷區(qū)段和分支結(jié)構(gòu)，難以形成微纖束，分子間聯(lián)系不緊密。因此它們具有較高的溶解性。總的來說，多糖的分子組成和分支越不規(guī)則，鏈之間越難以整齊地排列，其溶解性就越高。第4頁/共53頁III多糖的結(jié)構(gòu)與粘度的關(guān)系多糖分子在溶液中不停地旋轉(zhuǎn)振動，互相碰撞，造成摩擦，耗費能量，因此產(chǎn)生了粘度。線狀分子可在低濃度下產(chǎn)生高粘度的溶液。粘度與聚合度(分子量)有關(guān)，也與分子的延展性和變形能力有關(guān)。高度分支的多糖分子在同樣的分子量下占用空間較小，因此碰撞較少，粘度較低。也就是說，高度分支的多糖分子要產(chǎn)生同樣的粘度，需要較高的分子量。同樣，僅帶一種電荷的線狀分子(多半是負電荷)因為電荷的排斥力常形成較伸展的構(gòu)型，增加了鏈在溶液中占據(jù)的實際空間，因而具有高粘度。第5頁/共53頁圖：多糖的分子形狀和粘度在同樣的分子量下，高度分支的多糖分子占用空間較小，粘度較低。線狀分子所占空間大，粘度較高。如果分子長度相同，則分支多者粘度高。第6頁/共53頁IV多糖的結(jié)構(gòu)與老化和凝膠線性分子無取代基：長分子互相碰撞，形成距離較遠的氫鍵，形成三維持水結(jié)構(gòu)而凝膠。或者因為分子氫鍵作用束狀化而老化。線性分子上有取代基：分子之間因空間阻礙不易互相靠近，能夠形成穩(wěn)定的溶液，不易凝膠。線狀分子上有帶電荷基團：電性斥力也使得分子難以互相靠近凝膠，形成高粘度穩(wěn)定溶液。環(huán)境pH的變化：如果pH降低，羧基失去電荷，則分子象其他直鏈多糖一樣容易相互靠近，形成凝膠。強酸基團則不受pH影響。第7頁/共53頁淀粉的凝膠和老化第8頁/共53頁V假塑性和觸變性多糖溶液常見的流變狀態(tài)是假塑性和觸變性。假塑性流體受剪切力后變稀。其粘度的改變與時間無關(guān)，剪切力改變時粘度立刻改變。直線狀分子往往形成假塑性流體。總的來說，分子量越高，則膠體越具有假塑性。假塑性與粘稠感成反比。觸變性也是剪切力引起的流動性。受剪切力后流動速度增加引起粘度下降需要時間，剪切力停止一段時間之后恢復(fù)原來的粘度。即在剪切力的作用下體系發(fā)生凝膠――溶液――凝膠的相變。第9頁/共53頁改性淀粉將天然淀粉經(jīng)過化學(xué)處理或酶處理，使其原有的功能性質(zhì)發(fā)生改變，稱為改性淀粉。改性淀粉品種繁多，主要包括：可溶性淀粉：輕度酸或堿處理α-化淀粉：糊化后在高溫下快速脫水氧化淀粉：次氯酸鈉氧化磷酸酯化淀粉：三聚磷酸鈉等酯化處理醚化淀粉：環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷處理交聯(lián)淀粉：三氯氧磷、三偏磷酸鈉等處理第10頁/共53頁淀粉的α化淀粉糊化后在80℃以上或者0℃以下迅速脫去水分，可以將淀粉分子固定在α化狀態(tài)，重新復(fù)水后水分容易進入分子內(nèi)部，因而無需加熱即可立刻食用。α化狀態(tài)的淀粉也稱為預(yù)糊化淀粉。速食面、方便米粥、膨化食品等均經(jīng)過預(yù)糊化處理。第11頁/共53頁淀粉改性后的變化氧化：分子斷裂，鏈長縮短，增加親水基團磷酸酯化：分子不斷裂，增加大量帶電基團醚化：分子不斷裂，增加分支，增加親水基團交聯(lián)：分子不斷裂，增加分子之間的交聯(lián)，限制分子的分散性第12頁/共53頁淀粉改性對功能性質(zhì)的影響處理鏈長和分支增加基團功能變化氧化淀粉分子斷裂，鏈長縮短增加羰基等親水基團粘度降低，色潔白，不易老化磷酸單酯化分子不斷裂增加大量帶電基團高粘度，高親水性，不凝膠，良好抗凍結(jié)－解凍性能羥乙基醚化分子不斷裂，增加分支增加親水基團高親水性，高粘度，不易老化交聯(lián)淀粉分子不斷裂，增加分子之間的交聯(lián)不增加親水基團耐熱、耐酸，膠凍強度高，不易糊化第13頁/共53頁表：淀粉磷酸酯化后的水分結(jié)合力WBC——g/g干物質(zhì)；AS——水中溶解度%；括號里的數(shù)字為取代度。淀粉種類游離淀粉淀粉單磷酸酯淀粉二磷酸酯WBCASWBCASWBCAS馬鈴薯13787(0.038)70176玉米2154(0.040)6621小麥7452(0.025)4964黑麥8443(0.035)7296黑小麥8251(0.023)6174蠟玉米2235(0.040)90----第14頁/共53頁淀粉交聯(lián)對粘度曲線的影響圖中ABCD四條曲線分別為淀粉用0、0.05%、0.10%、0.15%表氯醇交聯(lián)后的粘度曲線。下橫坐標(biāo)為溫度，上橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為粘度。第15頁/共53頁纖維素及其衍生物纖維素分子為葡萄糖以β-１,４糖苷鍵相結(jié)合形成的大分子。纖維素的衍生物微晶纖維素：填充劑，穩(wěn)定劑羧甲基纖維素鈉(CMC)：不同取代度的功能性質(zhì)不同，作為增稠劑，組織改良劑，增強保水性甲基纖維素(MC)和羥丙基甲基纖維素(HPMC)：熱凝膠，乳化劑，成膜劑，脂肪替代作用。第16頁/共53頁圖：纖維素的結(jié)構(gòu)與改性第17頁/共53頁羧甲基纖維素的制取第18頁/共53頁CMC在食品中的作用增稠——飲料、酸奶、速溶食品、調(diào)味品穩(wěn)定——飲料、牛奶、調(diào)味品、酸奶保水——焙烤制品、冷凍甜點改善口感——飲料、調(diào)味品、冷凍甜點乳化——冰淇淋、肉制品抑制結(jié)晶——冰淇淋、甜食、餅干幫助形成凝膠——果凍、果醬第19頁/共53頁CMC在一些食品中的作用冰淇淋軟飲料牛奶調(diào)味品焙烤食品果糖低卡食品速溶食品食品涂層增稠√√√√√√√穩(wěn)定√√√√√√保水√√√√√√√保膠√√√凝膠√螯合√抑晶√√第20頁/共53頁纖維素衍生物的凝膠甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素（羥丙基含量為６.５％）的凝膠行為。橫坐標(biāo)為濃度，縱坐標(biāo)為膠凝溫度。線條上的數(shù)字表示2%濃度溶液的粘度值。第21頁/共53頁果膠結(jié)構(gòu)：1,4連接的聚α-D-半乳糖醛酸，間隔有帶α-L-吡喃鼠李糖基側(cè)鏈的區(qū)域。甲酯化：果膠分子中部分羧基甲酯化，甲酯化程度不同，使得果膠的凝膠性質(zhì)有所不同。酯化度用DE表示。HM果膠：DE高于50%，包括快凝果膠和慢凝果膠。LM果膠：DE低于50%見課本p82，表3-5果膠的凝膠條件第22頁/共53頁果膠的分子結(jié)構(gòu)第23頁/共53頁果膠分子中的均勻區(qū)和毛發(fā)區(qū)第24頁/共53頁果膠中甲氧基化的羧基第25頁/共53頁不同類型果膠的凝膠條件果膠類型酯化度條件速度高甲氧基100pH不限，糖>55最快高甲氧基50-70pH<3.5，糖>55慢-快低甲氧基<50加入鈣離子LM+海藻膠pH<2.8，糖>55第26頁/共53頁低甲氧基果膠的鈣凝膠機理第27頁/共53頁果膠的應(yīng)用果膠含量%應(yīng)用HM0.1-0.8果凍、果醬、酸奶和牛奶0.85-1.25軟糖2-3色拉醬、乳化型風(fēng)味調(diào)味品--攪打奶油和焙烤食品LM0.8-1.5風(fēng)味色拉調(diào)料、番茄醬1.0-1.8牛奶凍和布丁0.8-1.5酸奶、低能量水果醬0.8-1.5冰淇淋用果凍第28頁/共53頁課堂討論：為什么？多糖的凝膠機理是什么？糖和酸起什么作用？為什么不同果膠的凝膠條件有這樣大的差別？第29頁/共53頁海藻多糖1瓊脂：線型分子，1,4連接β-D-吡喃半乳糖和3,6-脫水α-L-吡喃半乳糖，含硫酸酯、葡糖醛酸和丙酮酸酯。2海藻酸鈉：線型分子，β-1,4-D-甘露糖醛酸片段和α-1，4-L-古洛糖醛酸片段，以及混合片斷組成。3卡拉膠：硫酸基化的半乳糖和3,6-脫水半乳糖組成，糖單位中含有1-2個硫酸半酯基團。4殼聚糖：N-乙酰-D-氨基葡萄糖或D-氨基葡萄糖以β-1,4鍵連接。第30頁/共53頁海藻酸鹽的結(jié)構(gòu)MMMMMGMGGGGGMGGMGMGMMM-block、G-blockandGMmixedregion第31頁/共53頁課堂討論：猜一猜它們的性質(zhì)從海藻酸鹽的結(jié)構(gòu)推斷：它的水中分散性如何？粘度如何？凝膠性如何？受哪些因素影響？卡拉膠和海藻酸鹽有何不同？第32頁/共53頁圖：海藻酸鹽的粘度曲線海藻酸鹽第33頁/共53頁海藻酸鈣的凝膠：蛋箱結(jié)構(gòu)海藻酸鈣長鏈之間因含鈣離子的蛋箱結(jié)構(gòu)而相互靠近，形成三維持水結(jié)構(gòu)，從而形成凝膠。第34頁/共53頁κ、τ、λ卡拉膠的結(jié)構(gòu)第35頁/共53頁圖：卡拉膠的粘度曲線卡拉膠在低濃度下具有高粘度。圖中橫坐標(biāo)為濃度，縱坐標(biāo)為粘度。第36頁/共53頁卡拉膠的凝膠機理第37頁/共53頁甲殼質(zhì)和殼聚糖的結(jié)構(gòu)第38頁/共53頁植物多糖1魔芋多糖：D-甘露糖和D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵結(jié)合而成。主鏈上有以β-1,3糖苷鍵結(jié)合的側(cè)鏈。（書p90）2瓜爾膠和角豆膠：均為半乳甘露聚糖，β-D-甘露糖以1,4鍵相連成為主鏈，有α-D-半乳糖側(cè)鏈。差異在于側(cè)鏈的密度和位置不同。3阿拉伯膠：70%由多糖組成，30%為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。第39頁/共53頁第40頁/共53頁瓜爾膠瓜爾膠的分支規(guī)則，每兩個甘露糖有一個半乳糖分支。總的M：G為1.6。瓜爾膠是粘度最高的植物膠?？梢耘c其它膠質(zhì)混合使用，但不能凝膠。MMMMMMMMMMMMMMMM┆┆┆┆┆┆┆┆GGGGGGGG第41頁/共53頁瓜爾豆膠的重復(fù)單位第42頁/共53頁角豆膠角豆膠的分支不規(guī)則，有分支密集的毛發(fā)區(qū)和沒有分支的光滑區(qū)?？偟腗：G為3.5。角豆膠和其他許多膠質(zhì)可發(fā)生增效作用，很少單獨使用。用量0.05%~0.25%。MMMMMMMMMMMMMMMM

┆┆┆┆┆┆┆┆┆GGGGGGGGG第43頁/共53頁角豆膠和其他膠質(zhì)的增效作用許多膠質(zhì)之間可以相互發(fā)生增效作用。其中角豆膠應(yīng)用較廣。其光滑區(qū)和其他膠質(zhì)的螺旋結(jié)構(gòu)以氫鍵相吸引，從而高效地產(chǎn)生三維持水結(jié)構(gòu)。第44頁/共53頁圖：阿拉伯膠的粘度曲線阿拉伯膠在各種植物較當(dāng)中粘度最低，而溶解性良好。阿拉伯膠具有良好表面活性，并與高濃度糖溶液具有兼容性。第45頁/共53頁微生物多糖黃原膠：纖維素主鏈，三糖側(cè)鏈，側(cè)鏈由兩個甘露糖和一個葡萄糖醛酸組成。側(cè)鏈與主鏈平行成硬棒結(jié)構(gòu)，100℃以上才變成無規(guī)線團。茁霉膠：麥芽三糖以α-1,6鍵連接。葡聚糖：α-D-葡萄糖以α-1,6鍵連接。第46頁/共53頁黃原膠的分子結(jié)構(gòu)圖上面為主鏈，下面為支鏈第47頁/共53頁黃原膠的特點冷水和熱水中良好溶解性28~80℃粘度不變，粘度極高pH1~11之間穩(wěn)定而粘度不變高鹽濃度下性質(zhì)穩(wěn)定與多種植物膠具有良好協(xié)同作用具有假塑性，隨著剪切力增強粘度快速下降膠凝機理：p94頁圖第48頁/共53頁圖：黃原膠粘度與剪切力的關(guān)系隨著剪切力的增大，黃原膠粘度急劇下降，表示它具有觸變性。第49頁/共53頁植物膠在食品當(dāng)中的應(yīng)用凝膠劑穩(wěn)定劑增稠劑乳化劑與牛奶膠體相互作用改善質(zhì)地低熱量食品原料第50頁/共53頁本章思考題單糖和可消化低聚糖的