食品化学碳水化合物

第三章第三章 碳水化合物碳水化合物 食品中单糖、低聚糖、多糖等物理化学性质；食品中单糖、低聚糖、多糖等物理化学性质；食品在储藏加工条件下糖类化合物的美拉德褐变食品在储藏加工条件下糖类化合物的美拉德褐变 反应及其对食品营养、感观性状和安全的影响；反应及其对食品营养、感观性状和安全的影响；3.3.淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的应用；淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的应用；糖类化合物的结构与功能间的关系糖类化合物的结构与功能间的关系本本章章主主要要内内容容第二节第二节 单糖及低聚糖单糖及低聚糖第三节第三节 多糖多糖第一节第一节 概述概述碳水化合物是由碳水化合物是由多羟基醛、酮或多羟基醛、酮或者多羟基醛酮的者多羟基醛酮的缩合物或衍生物缩合物或衍生物所构成的一类有所构成的一类有机化合物，又称机化合物，又称为糖类为糖类通式通式:Cn(H2O)m绿色植物光合作绿色植物光合作用的直接产物用的直接产物单糖单糖低聚糖或低聚糖或多糖多糖糖苷糖苷、糖酸糖酸、糖醇等糖醇等定义定义分类分类低聚糖低聚糖单糖单糖多糖多糖糖苷糖苷凡不能被水凡不能被水解成更小分解成更小分子的多羟基子的多羟基醛醛、酮及其衍酮及其衍生物的糖类生物的糖类，称为单糖称为单糖凡能被水解凡能被水解为少数单糖为少数单糖分子的多羟分子的多羟基醛基醛、酮的缩酮的缩合物合物，称为低称为低聚糖（寡糖）聚糖（寡糖）220个个凡能水解成凡能水解成20个以上分个以上分子单糖的聚子单糖的聚糖（或者多糖（或者多羟基醛、酮羟基醛、酮的缩合物）的缩合物）称为多糖称为多糖可水解成可水解成糖分子和糖分子和配糖体的配糖体的物质物质根据水解情况根据水解情况4碳水化合物碳水化合物单糖的数量单糖的数量单糖的种类单糖的种类单糖、寡糖和多糖单糖、寡糖和多糖多糖可分为均多糖或多糖可分为均多糖或杂多糖杂多糖多糖可分为植物多糖、多糖可分为植物多糖、动物多糖和微生物多动物多糖和微生物多糖糖多糖可分为结构多糖、多糖可分为结构多糖、贮藏多糖和功能多糖贮藏多糖和功能多糖多糖复合物多糖复合物多糖的来源多糖的来源体内的功能体内的功能多糖衍生物多糖衍生物分类分类碳水化合物在食品中的作用碳水化合物在食品中的作用淀粉淀粉谷类食品谷类食品富含碳水化合物富含碳水化合物主食主食食品和加工食品的原料食品和加工食品的原料食品的辅助材料食品的辅助材料食用淀粉食用淀粉粉条和凉粉粉条和凉粉淀粉糖浆和淀粉糖浆和葡萄糖葡萄糖醋、酒醋、酒绿豆粉绿豆粉豌豆粉豌豆粉土豆淀粉土豆淀粉玉米淀粉玉米淀粉高梁淀粉高梁淀粉藕粉藕粉山药粉山药粉食品添加剂食品添加剂多糖多糖改善改善食品食品的质的质地和地和性状性状淀粉淀粉午餐肉午餐肉饼干饼干糖果糖果水溶性水溶性多糖多糖果胶果胶、褐藻胶褐藻胶、琼琼脂脂、魔芋多糖魔芋多糖、羧羧甲基纤维素甲基纤维素颗粒饮料颗粒饮料稳定剂稳定剂果酱果酱、果胨果胨冰淇淋冰淇淋稳定稳定、调调节粘度节粘度凝胶和凝胶和稳定剂稳定剂碳水化合物在食品中的作用碳水化合物在食品中的作用食品和加工食品的原料食品和加工食品的原料食品的辅助材料食品的辅助材料增加粘增加粘着性和着性和持水性持水性稀释面稀释面筋浓度筋浓度改善质改善质地和脆地和脆度度填充剂填充剂低聚糖低聚糖水苏糖水苏糖、棉子糖棉子糖不被人体消不被人体消化酶分解化酶分解不被龋齿菌不被龋齿菌分解利用分解利用促进肠道有促进肠道有益菌活化和益菌活化和增殖增殖如双歧杆菌如双歧杆菌用作低热量用作低热量甜味剂甜味剂碳水化合物在食品中的作用碳水化合物在食品中的作用食品和加工食品的原料食品和加工食品的原料食品的辅助材料食品的辅助材料食品添加剂食品添加剂改善改善食品食品的质的质地和地和性状性状功能性食品功能性食品糖醇糖醇碳水化合物在食品中的作用碳水化合物在食品中的作用食品和加工食品的原料食品和加工食品的原料食品的辅助材料食品的辅助材料多糖多糖果蔬中果胶果蔬中果胶面粉中淀粉面粉中淀粉高纤维素食品高纤维素食品决定果蔬食品的决定果蔬食品的质地变化质地变化决定面包的品决定面包的品质质口感粗糙溶口感粗糙溶解性差解性差食品添加剂食品添加剂改善改善食品食品的质的质地和地和性状性状功能性食品功能性食品影响和改善食品影响和改善食品的形态和质地的形态和质地粗纤维含量是粗纤维含量是制约一些生物制约一些生物材料在食品中材料在食品中应用的关键因应用的关键因素素发生褐变反应发生褐变反应产生风味物质产生风味物质小糖类小糖类单糖和双糖单糖和双糖碳水化合物在食品中的作用碳水化合物在食品中的作用食品和加工食品的原料食品和加工食品的原料食品的辅助材料食品的辅助材料食品添加剂食品添加剂改善改善食品食品的质的质地和地和性状性状功能性食品功能性食品影响和改善食品影响和改善食品的形态和质地的形态和质地影响食品的影响食品的色泽和风味色泽和风味二、食品中的碳水化合物二、食品中的碳水化合物u碳水化合物在植物中含量碳水化合物在植物中含量占干重的占干重的80%80%以上以上u如：玉米，蔬菜，水果等如：玉米，蔬菜，水果等u单糖及低聚糖单糖及低聚糖主要存在于蔬菜和水果中。主要存在于蔬菜和水果中。u多糖多糖主要存在于玉米，种子，根，茎植物。主要存在于玉米，种子，根，茎植物。水果及蔬菜中游离糖含量水果及蔬菜中游离糖含量(%鲜重计鲜重计)D-葡萄糖D-果糖蔗糖水果葡萄6.867.842.25桃子0.911.186.92梨子0.956.771.61樱桃6.497.380.22草莓2.092.401.03蔬菜甜菜0.180.166.11硬花甘蓝0.730.670.42胡萝卜0.850.854.24黄瓜0.860.860.06常见部分谷物食品原料中碳水化合物含量常见部分谷物食品原料中碳水化合物含量(按每按每100g可食部分计可食部分计)谷物名称碳水化合物（g）纤维素(g)谷物名称碳水化合物(g)纤维素(g)全粒小麦69.32.1全粒稻谷71.81.0强力粉70.20.3糙米73.90.6中力粉73.40.3精白米75.50.3薄力粉74.30.3全粒玉米68.62.0黑麦全粉68.51.9玉米碴75.90.5黑麦粉75.00.7玉米粗粉71.11.4全粒大麦69.41.4玉米细粉75.30.7大麦片73.50.7精小米72.40.5全粒燕麦54.710.6精黄米71.70.8燕麦片66.51.1高粱米69.51.7食品糖的百分含量（%）食品糖的百分含量（%）可口可乐9蛋糕（干）36脆点心12番茄酱29冰淇淋18果冻（干）839普通食品中的糖含量普通食品中的糖含量上表说明，目前加工的食品中水溶性糖含量比其相应上表说明，目前加工的食品中水溶性糖含量比其相应的原料要多得多。这是为满足食品的风味和色泽需要的原料要多得多。这是为满足食品的风味和色泽需要而人为加入的。而人为加入的。返回返回从上图表中可以看出从上图表中可以看出:天然食物中天然食物中游离糖游离糖的含量很少；加工的食品中则较多。的含量很少；加工的食品中则较多。如何将植物源食物中的贮存多糖和结构多糖转如何将植物源食物中的贮存多糖和结构多糖转化为可溶性多糖？化为可溶性多糖？目前可采取的方法有：目前可采取的方法有：适时采收；适时采收；采后处理；采后处理；加工中添加水解酶等加工中添加水解酶等玉米玉米-在蔗糖转化为在蔗糖转化为淀粉前采摘，加热破淀粉前采摘，加热破坏转化酶系，玉米很坏转化酶系，玉米很甜。甜。成熟后采摘或未成熟后采摘或未及时破坏酶系，玉米及时破坏酶系，玉米失去甜味，而且变硬失去甜味，而且变硬变老变老水果水果成熟前采摘，成熟前采摘，后熟过程中酶促反应使后熟过程中酶促反应使淀粉转变为糖，水果变淀粉转变为糖，水果变软，变熟，变甜软，变熟，变甜10碳水化合物是营养的基本物质之一。碳水化合物是营养的基本物质之一。形成一定色泽和风味。形成一定色泽和风味。游离糖本身有甜度，对食品口感有重要作用。游离糖本身有甜度，对食品口感有重要作用。食品的粘弹性也是与碳水化合物有很大关系，如果胶、卡拉胶等。食品的粘弹性也是与碳水化合物有很大关系，如果胶、卡拉胶等。食品中纤维素、果胶等不易被人体吸收，除对食品的质构有重要作用外，还食品中纤维素、果胶等不易被人体吸收，除对食品的质构有重要作用外，还是膳食纤维的构成成分。是膳食纤维的构成成分。某些多糖或寡糖具有特定的生理功能，是保健食品的主要活性成分。某些多糖或寡糖具有特定的生理功能，是保健食品的主要活性成分。三、碳水化合物与食品质量三、碳水化合物与食品质量11第二节第二节 碳水化合物的理化性质及食品功能性碳水化合物的理化性质及食品功能性一、碳水化合物的结构一、碳水化合物的结构（一）（一）单糖单糖 食品中的单糖多以食品中的单糖多以D-构型存在。构型存在。单糖中部分基团发生变化，形成单糖衍生物。单糖中部分基团发生变化，形成单糖衍生物。食品中主要的单糖衍生物有：单糖的磷酸酯、脱氧单糖、氨基糖、糖酸、食品中主要的单糖衍生物有：单糖的磷酸酯、脱氧单糖、氨基糖、糖酸、糖醛酸、糖二酸、糖醛酸、糖二酸、抗坏血酸抗坏血酸、糖醇、肌醇、糖苷等。、糖醇、肌醇、糖苷等。（二）（二）糖醇与糖苷糖醇与糖苷1、糖醇、糖醇 糖醇指由糖经氢化还原后的多元醇糖醇指由糖经氢化还原后的多元醇(Polyols)，按其结构可分为，按其结构可分为单糖醇和单糖醇和双糖醇双糖醇。目前所知，除海藻中有丰富的。目前所知，除海藻中有丰富的甘露糖醇甘露糖醇外，在自然界糖醇存在较少。外，在自然界糖醇存在较少。糖醇的商品名称均以相应糖加上糖醇的商品名称均以相应糖加上“醇醇”来称呼。糖醇大都是白色结晶，来称呼。糖醇大都是白色结晶，具有甜味，易溶于水，是低甜度、低热值物质。作为糖类重要的氢化产物，具有甜味，易溶于水，是低甜度、低热值物质。作为糖类重要的氢化产物，不具备糖类典型的鉴定性反应，具有对酸碱热稳定，具备醇类的通性，不发不具备糖类典型的鉴定性反应，具有对酸碱热稳定，具备醇类的通性，不发生美拉德褐变反应。生美拉德褐变反应。文献文献122、肌醇、肌醇肌醇是肌醇是环已六醇环已六醇，结构上可以排出，结构上可以排出九个立体异构体九个立体异构体。肌醇异构体中。肌醇异构体中具有生物活性的只有肌具有生物活性的只有肌-肌醇，一般就称它为肌醇肌醇，一般就称它为肌醇。在动物的肌肉、心脏、。在动物的肌肉、心脏、肝、肺等组织中多与磷酸结合形成肝、肺等组织中多与磷酸结合形成磷酸肌醇磷酸肌醇，在高等植物中，肌醇的六，在高等植物中，肌醇的六个羟基都成磷酸酯，即个羟基都成磷酸酯，即肌醇六磷酸肌醇六磷酸；磷酸肌醇还易与体内的钙、镁结合，；磷酸肌醇还易与体内的钙、镁结合，形成糖醇六磷酸的钙镁盐形成糖醇六磷酸的钙镁盐。肌肌-肌醇结构肌醇结构133、糖苷、糖苷糖苷是单糖的半缩醛上羟基与非糖物质缩合形成的化合糖苷是单糖的半缩醛上羟基与非糖物质缩合形成的化合物。糖苷的物。糖苷的非糖部分称为配基或非糖体非糖部分称为配基或非糖体，连接糖基与配基的连接糖基与配基的键称苷键键称苷键。根据苷键的不同，糖苷可分为。根据苷键的不同，糖苷可分为含氧糖苷、含氮糖含氧糖苷、含氮糖苷和含硫糖苷苷和含硫糖苷等。等。糖苷通常包含一个糖苷通常包含一个呋喃糖环或一个吡喃糖环呋喃糖环或一个吡喃糖环，新形成，新形成的手性中心有的手性中心有或或型两种。一般在自然界中存在的糖苷型两种。一般在自然界中存在的糖苷多为多为-糖苷。糖苷。n是由单糖或低聚糖的是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基半缩醛羟基和另一个分子中和另一个分子中的的-OH-OH、-NH-NH2 2、-SH-SH（巯基）等发生（巯基）等发生缩合反应，失缩合反应，失去水后形成去水后形成的化合物。的化合物。n组成组成：糖：糖、配基配基（非糖部分（非糖部分 ）糖苷的基本概念糖苷的基本概念配基部分配基部分O-O-糖苷糖苷S-S-糖苷糖苷N-N-糖苷糖苷14（三）（三）低聚糖低聚糖1、概述、概述低聚糖又称为低聚糖又称为寡糖寡糖，它是由，它是由210个糖单位以糖苷键结合个糖单位以糖苷键结合而构成的而构成的碳水化合物，可溶于水。碳水化合物，可溶于水。自然界中以游离状态存在的低聚糖的聚合度一般不超过自然界中以游离状态存在的低聚糖的聚合度一般不超过6个糖单位，个糖单位，其中主要是二糖和三糖。其中主要是二糖和三糖。如果组成低聚糖的糖基是相同种的为均低聚糖，不同为杂低聚糖。如果组成低聚糖的糖基是相同种的为均低聚糖，不同为杂低聚糖。2、环状糊精、环状糊精环状糊精是环状糊精是由由68个个D-吡喃葡萄糖通过吡喃葡萄糖通过-1，4糖苷键连接糖苷键连接而成的而成的D-吡喃葡萄糖基低聚物吡喃葡萄糖基低聚物。由。由6个糖单位组成的称为个糖单位组成的称为-环环状糊精状糊精，由，由7个糖单位组成的称为个糖单位组成的称为-环状糊精环状糊精，由，由8个糖单位组个糖单位组成的称为成的称为-环状糊精。环状糊精。15-环状糊精的结构示意图环状糊精的结构示意图、及及-环状糊精除环状糊精除分子量不同分子量不同外，外，水中溶解度、空穴内径水中溶解度、空穴内径等也有不同。等也有不同。环状糊精的结构具有环状糊精的结构具有高度的对称性高度的对称性，是一个中间为空穴的圆柱体，内壁被，是一个中间为空穴的圆柱体，内壁被C-H所覆盖，与外侧相比有较强的疏水性。因此，所覆盖，与外侧相比有较强的疏水性。因此，环状糊精能稳定的将一环状糊精能稳定的将一些非极性的化合物截留在环状空穴内，些非极性的化合物截留在环状空穴内，从而起到稳定食品香味的作用。从而起到稳定食品香味的作用。保持食品香味的稳定保持食品香味的稳定 食用香精和稠味剂用食用香精和稠味剂用CDCD包接，用于烤焙食品，速溶食品，速包接，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。食食品，肉食及罐头食品，可使之留香持久，风味稳定。保持天然食用色素的稳定保持天然食用色素的稳定 如：虾黄素经如：虾黄素经CDCD的包接，提高对光和氧的稳定性。的包接，提高对光和氧的稳定性。食品保鲜食品保鲜 将将CDCD和其它生物多糖制成保鲜剂涂于面包、糕点表面可起保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水保形作用 除去食品的异味除去食品的异味鱼品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用鱼品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用CDCD包接可除去包接可除去环状糊精的应用环状糊精的应用 文献文献16（四）（四）多糖多糖多糖的结构多糖的结构 多糖的分子量较大；多糖的分子量较大；形状：直链和支链形状：直链和支链 均多糖（均多糖（homoglycans），杂多糖（），杂多糖（heteroglycans）。）。多糖的结构与活性有密切的关系多糖的结构与活性有密切的关系.多糖的聚合度不均一，分子量没有固定值，多呈高斯分布。多糖的聚合度不均一，分子量没有固定值，多呈高斯分布。多糖分子的不均一性主要多糖分子的不均一性主要受体内代谢状态受体内代谢状态有较大关系。有较大关系。此外，某些多糖以此外，某些多糖以糖复合物或混合物糖复合物或混合物形式存在，例如糖蛋白、形式存在，例如糖蛋白、糖肽、糖脂、糖缀合物等糖复合物，它们的分子量大小受影响糖肽、糖脂、糖缀合物等糖复合物，它们的分子量大小受影响因素更多。因素更多。uuu文献17二、碳水化合物的理化性质二、碳水化合物的理化性质1、溶解性、溶解性 单糖、糖醇、糖苷、低聚糖等一般是可溶于水的。单糖、糖醇、糖苷、低聚糖等一般是可溶于水的。糖醇在水中溶解时吸收的热量要比蔗糖高得多，适宜制备糖醇在水中溶解时吸收的热量要比蔗糖高得多，适宜制备具有具有清凉感清凉感的食品。的食品。糖苷的溶解性能与配体有很大关系。糖苷的溶解性能与配体有很大关系。与多糖的羟基通过氢键结合的水被称为与多糖的羟基通过氢键结合的水被称为水水合水或结合水合水或结合水，这部分水由于使多糖分子，这部分水由于使多糖分子溶剂化而自身运动受到限制，通常这种水溶剂化而自身运动受到限制，通常这种水不会结冰，也称为不会结冰，也称为塑化水塑化水，它使多糖分子，它使多糖分子溶剂化。溶剂化。在凝胶和新鲜组织食品的总含水分中，这在凝胶和新鲜组织食品的总含水分中，这种水合水所占的比例较小。种水合水所占的比例较小。粘稠性粘稠性多数情况下多糖分子多数情况下多糖分子链中每个单糖单位能链中每个单糖单位能够完全被溶剂化，使够完全被溶剂化，使之具有较强的持水能之具有较强的持水能力和亲水性，易于水力和亲水性，易于水化和溶解。化和溶解。202、水解反应、水解反应（1）、糖苷的水解）、糖苷的水解A、糖苷水解的意义、糖苷水解的意义 食品中糖苷的含量虽然不高，但具有重要的生理效应和食品食品中糖苷的含量虽然不高，但具有重要的生理效应和食品功能性功能性类黄酮苷类黄酮苷使食品具有苦味和其他的风味和颜色。使食品具有苦味和其他的风味和颜色。毛地黄苷毛地黄苷是一种强心剂是一种强心剂皂角苷皂角苷（淄类糖苷）是起泡剂和稳定剂（淄类糖苷）是起泡剂和稳定剂甜菊苷甜菊苷是一种强甜味剂。是一种强甜味剂。糖苷一般在碱性条件下稳定，在温或热的酸性水溶液中通过水解产生还糖苷一般在碱性条件下稳定，在温或热的酸性水溶液中通过水解产生还原糖。原糖。苷元的溶解度降低、苦涩味减轻、对食品的色泽及口感都产生重要苷元的溶解度降低、苦涩味减轻、对食品的色泽及口感都产生重要影响。影响。糖苷的某些功能消失，有害性的产生或消除。糖苷的某些功能消失，有害性的产生或消除。糖苷酶水解糖苷酶水解23+H HHOHOH HH HOHOHO O CHCH2 2CHCH2 2OHOHO OOHOH H HH HHOHOO O OHOHOHOH H HH HH H OHOHCHO+HCNCHO+HCNOHOHCHCH C C N NH HO O C CCNCNH HHOHOH HH HOHOHO OOHOH H HH H2 2O OO O CHCH2 2OHOHH HH HCHCH2 2OHOHH HHOHOO OOHOH H H苦杏仁苷酸水解或酶水解示意图苦杏仁苷酸水解或酶水解示意图苯甲醛苯甲醛氢氰酸氢氰酸龙胆二糖龙胆二糖苦杏仁苷的苦杏仁苷的功能性消失功能性消失产生有产生有害成分害成分食物中主要的硫代糖苷及其水解产生物食物中主要的硫代糖苷及其水解产生物糖苷糖苷苦杏仁苷和野黑苦杏仁苷和野黑樱苷樱苷亚麻苦苷亚麻苦苷巢菜糖苷巢菜糖苷食物原料食物原料苦扁桃和干艳山姜的芯苦扁桃和干艳山姜的芯亚麻籽种子及种子粕亚麻籽种子及种子粕豆类（乌豌豆和巢菜）豆类（乌豌豆和巢菜）水解后的分解物水解后的分解物葡萄糖葡萄糖 +氢氰酸氢氰酸+苯甲醛苯甲醛D-葡萄糖葡萄糖 +氢氰酸氢氰酸+丙酮丙酮巢菜糖巢菜糖 +氢氰酸氢氰酸+苯甲醛苯甲醛里那苷里那苷金甲豆（黑豆）和鹰嘴豆、金甲豆（黑豆）和鹰嘴豆、D-葡萄糖葡萄糖 +氢氰酸氢氰酸+丙酮（产物还丙酮（产物还蚕豆蚕豆 未完全确定）未完全确定）百脉根苷百脉根苷蜀黍氰苷蜀黍氰苷黑芥子苷黑芥子苷葡萄糖苷葡萄糖苷牛角花属的牛角花属的Arabicus高梁及玉米高梁及玉米黑芥末（同种的黑芥末（同种的Juncea）各种油菜科植物各种油菜科植物D-葡萄糖葡萄糖 +氢氰酸氢氰酸 +牛角花黄素牛角花黄素D-葡萄糖葡萄糖 +氢氰酸氢氰酸+水杨醛水杨醛D-葡萄糖葡萄糖 +异硫氰酸盐丙酯异硫氰酸盐丙酯 +KHSO4D-葡萄糖葡萄糖 +5-乙烯乙烯-2-硫代恶唑烷硫代恶唑烷，或是致甲状腺肿物或是致甲状腺肿物 +KHSO4芸台葡萄糖硫苷芸台葡萄糖硫苷各种油菜科植物各种油菜科植物各种硫化氢化合物各种硫化氢化合物+H2S +KHSO42428（2）、低聚糖及多糖的水解）、低聚糖及多糖的水解低聚糖容易低聚糖容易被酸和酶被酸和酶水解，但水解，但对碱较稳定对碱较稳定。蔗糖水解称为蔗糖水解称为转化转化，生成，生成等摩尔葡萄糖和果糖的混合物等摩尔葡萄糖和果糖的混合物称为称为转化糖转化糖（invert suger）。）。多糖在酸或酶的催化下也易发生水解，并伴随粘度降低、甜度增加。多糖在酸或酶的催化下也易发生水解，并伴随粘度降低、甜度增加。在果汁、果葡糖浆等生产过程中常利用酶作催化剂水解多糖。在果汁、果葡糖浆等生产过程中常利用酶作催化剂水解多糖。用淀粉生产玉米糖浆就是应用了低聚糖及多糖在酸和酶作用下易水解用淀粉生产玉米糖浆就是应用了低聚糖及多糖在酸和酶作用下易水解的原理进行的。的原理进行的。正如糖苷的水解速度，除了受它的正如糖苷的水解速度，除了受它的结构结构有关外，还受有关外，还受pH、时间、温、时间、温度和酶的活力度和酶的活力等因素的影响。低聚糖和多糖的水解速度也受它的等因素的影响。低聚糖和多糖的水解速度也受它的结构、结构、pH、时间、温度和酶活性、时间、温度和酶活性等因素的影响。等因素的影响。293、氧化反应氧化反应 含有含有游离醛基游离醛基的醛糖或的醛糖或能产生醛基能产生醛基的酮糖都是的酮糖都是还原糖还原糖 在碱性条件下，有在碱性条件下，有弱的氧化剂存在时可被氧化成弱的氧化剂存在时可被氧化成醛糖醛糖酸酸（aldonicacidaldonicacid）；）；有有强氧强氧化剂化剂存存在时，醛糖的醛基和伯醇基均被氧化成在时，醛糖的醛基和伯醇基均被氧化成羧基，形成羧基，形成醛糖二酸醛糖二酸（aldaric acidaldaric acid）醛糖在醛糖在酶作用酶作用下也可发生氧化。如某些醛糖下也可发生氧化。如某些醛糖特定的脱特定的脱氢酶氢酶作用下其伯醇被氧化，而醛基被保留，生成作用下其伯醇被氧化，而醛基被保留，生成糖醛酸糖醛酸（uronicuronic acidacid）。D-D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下可被氧化成葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下可被氧化成D-D-葡萄糖葡萄糖酸，并形成内酯。酸，并形成内酯。D-D-葡萄糖酸葡萄糖酸-内酯（内酯（GDLGDL）：在室温下的水中完全水）：在室温下的水中完全水解需要解需要3 3小时，小时，pHpH随之下降。随之下降。温和的酸化剂温和的酸化剂304、还原反应还原反应单糖的羰基在一定压力与催化剂存在下可加氢被还原成单糖的羰基在一定压力与催化剂存在下可加氢被还原成对应的对应的糖醇糖醇（polyol），酮糖还原由于形成了一个新的手性碳），酮糖还原由于形成了一个新的手性碳原子，因此能得到两种相应的糖醇。下图是葡萄糖及果糖还原原子，因此能得到两种相应的糖醇。下图是葡萄糖及果糖还原产生的糖醇。产生的糖醇。32蔗糖酯蔗糖酯乳化剂乳化剂多糖磷酸一酯多糖磷酸一酯，例如，马铃薯淀粉中含有少量磷酸酯基。，例如，马铃薯淀粉中含有少量磷酸酯基。其它重要的酯淀粉：其它重要的酯淀粉：乙酸酯、琥珀酸酯、琥珀酸酯以及二淀乙酸酯、琥珀酸酯、琥珀酸酯以及二淀粉己二酸酯。粉己二酸酯。卡拉胶含有卡拉胶含有硫酸酯基（硫酸酯基（硫酸一酯硫酸一酯R-OSOR-OSO3-3-）文献文献5、酯化与醚化反应酯化与醚化反应酯化反应酯化反应糖分子中的羟基能与有机酸和一些无机酸形成酯。糖分子中的羟基能与有机酸和一些无机酸形成酯。糖磷酸酯糖磷酸酯 通常是代谢的中间物。通常是代谢的中间物。33llll甲基纤维素甲基纤维素羧甲基纤维素钠（羧甲基纤维素钠（-O-CH2-COONa+）羟丙基（羟丙基（-O-CH2-CHOH-CH3）纤维素醚）纤维素醚羟丙基酯淀粉羟丙基酯淀粉都己获批准用于食品。都己获批准用于食品。在在红藻多糖红藻多糖特别是特别是琼脂胶、琼脂胶、-卡拉胶和卡拉胶和-卡拉胶卡拉胶中存在脱水中存在脱水形成的形成的内醚内醚。醚化反应醚化反应糖中羟基如醇羟基，除能形成酯外还可生成醚。糖中羟基如醇羟基，除能形成酯外还可生成醚。多糖通过醚化可以改善它们的性质使它们具有较广的用途，多糖通过醚化可以改善它们的性质使它们具有较广的用途，例如例如34三、碳水化合物的食品功能性三、碳水化合物的食品功能性（一）、（一）、亲水功能亲水功能碳水化合物含有许多碳水化合物含有许多亲水性羟基亲水性羟基，它们靠，它们靠氢键键合氢键键合与水分子相互作用，形成与水分子相互作用，形成了碳水化合物，对水有较强的亲和力。例如，将不同结构的单糖或低聚糖放置在了碳水化合物，对水有较强的亲和力。例如，将不同结构的单糖或低聚糖放置在不同的湿度（不同的湿度（RH）若干时间后就能结合一定的空气中水分（下表）若干时间后就能结合一定的空气中水分（下表）糖吸收潮湿空气中水分的百分含量（糖吸收潮湿空气中水分的百分含量（%）20、不同相对湿度（、不同相对湿度（RH）和时间）和时间糖糖D-葡萄糖葡萄糖D-果糖果糖蔗糖蔗糖麦芽糖（无水）麦芽糖（无水）含结晶水麦芽糖含结晶水麦芽糖无水乳糖无水乳糖含结晶水乳糖含结晶水乳糖60%，1h0.070.280.040.805.050.545.0560%，9d0.070.630.037.05.11.25.1100%，25d14.573.418.418.4未测未测1.4未测未测35糖醇除了甘露醇、异麦芽酮糖醇，均有一定吸湿性糖醇除了甘露醇、异麦芽酮糖醇，均有一定吸湿性糖醇的吸湿性和其自身的纯度有关，一般糖醇的吸湿性和其自身的纯度有关，一般纯度低其吸湿性也高纯度低其吸湿性也高多糖在放置在不同的湿度（多糖在放置在不同的湿度（RH）若干时间后也能结合一定的空气）若干时间后也能结合一定的空气中水分并有较好的持水性中水分并有较好的持水性碳水化合物结合水的能力称为保湿性碳水化合物结合水的能力称为保湿性茶多糖茶多糖的吸湿性（左图的吸湿性（左图RH=81%，中图，中图RH=43%）与保湿性（右）与保湿性（右RH=43%）38（二）、粘度与凝胶作用（二）、粘度与凝胶作用1、粘度的概念、粘度的概念uu 粘度粘度(viscosity)是表征流体流动时所受内摩擦阻力大小的物理量，是表征流体流动时所受内摩擦阻力大小的物理量，是流体在受剪切应力作用时表现出的特性。是流体在受剪切应力作用时表现出的特性。uu 测定方法：测定方法：毛细管粘度计、旋转粘度计、落球式粘度计和振动式粘毛细管粘度计、旋转粘度计、落球式粘度计和振动式粘度计度计uu 影响碳水化合物的粘度的主要因素：影响碳水化合物的粘度的主要因素：uu内在因素内在因素（如分子量大小、分子链形状等）（如分子量大小、分子链形状等）uu外界因素外界因素（如碳水化合物的浓度、温度等）（如碳水化合物的浓度、温度等）2、多糖溶液的粘度、多糖溶液的粘度多糖溶液的粘度与其相应食品的增稠性及胶凝性都有重要关系，多糖溶液的粘度与其相应食品的增稠性及胶凝性都有重要关系，是食品的主要功能性；是食品的主要功能性；通过控制多糖溶液的粘度可控制液体食品及饮料的流动性与质地，通过控制多糖溶液的粘度可控制液体食品及饮料的流动性与质地，改变半固体食品的形态及改变半固体食品的形态及O/W乳浊液的稳定性。乳浊液的稳定性。39多糖溶液的粘度同多糖溶液的粘度同分子的大小、形状、所带净电荷及分子的大小、形状、所带净电荷及其所在溶液中的构象其所在溶液中的构象有关。有关。多糖分子在溶液中的形状是围绕糖基连接键振动的结多糖分子在溶液中的形状是围绕糖基连接键振动的结果，一般呈果，一般呈无序的无规线团状态无序的无规线团状态（下图）。大多数多糖在（下图）。大多数多糖在溶液中所呈现的无规线团状性质与多糖的组成及连接方式溶液中所呈现的无规线团状性质与多糖的组成及连接方式有密切关系。有密切关系。糖分子的无规线团状糖分子的无规线团状40溶液中线性高聚物分子溶液中线性高聚物分子旋转和伸屈旋转和伸屈时占有很大的时占有很大的空间空间，分子，分子间彼此间彼此碰撞碰撞的频率高，产生的频率高，产生磨擦磨擦，消耗，消耗能量能量，因而产生，因而产生粘度粘度。线性多糖甚至在浓度很低时形成粘度很高的溶液。线性多糖甚至在浓度很低时形成粘度很高的溶液。链长增加，链长增加，高聚物占有的体积增加，溶液的粘度增加高聚物占有的体积增加，溶液的粘度增加。线性分子，高粘度线性分子，高粘度支链分子，体积小，低粘度支链分子，体积小，低粘度相同分子质量的线性多糖和高度支链多糖在溶液中占有的相对体积相同分子质量的线性多糖和高度支链多糖在溶液中占有的相对体积41带电多糖，粘度增高带电多糖，粘度增高仅带一种类型电荷仅带一种类型电荷（一般带负电荷，它由羧基或硫酸一酯（一般带负电荷，它由羧基或硫酸一酯基电离而得）的直链多糖由于相同电荷的斥力呈伸展构型，基电离而得）的直链多糖由于相同电荷的斥力呈伸展构型，增加了从一端到另一端的链长，高聚物占有体积增大，因而增加了从一端到另一端的链长，高聚物占有体积增大，因而溶液的粘度大大提高。溶液的粘度大大提高。不带电荷的直链均多糖不带电荷的直链均多糖，因其分子链中仅具有一种中性，因其分子链中仅具有一种中性单糖的结构单元和一种键型，分子链间倾向于缔合和形成部单糖的结构单元和一种键型，分子链间倾向于缔合和形成部分结晶，这些结晶区不溶于水，而且非常稳定。分结晶，这些结晶区不溶于水，而且非常稳定。通过加热，多糖分子通过加热，多糖分子溶于水并形成不稳定的分散体系，随溶于水并形成不稳定的分散体系，随后后分子链间又相互作用形成有序排列分子链间又相互作用形成有序排列，快速形成沉淀或胶凝快速形成沉淀或胶凝现象现象。直链淀粉通过加热溶于水，接着将溶液冷却，分子经聚集直链淀粉通过加热溶于水，接着将溶液冷却，分子经聚集而沉淀，此过程称为而沉淀，此过程称为老化老化。伴随老化，水被排除，则称之为。伴随老化，水被排除，则称之为“脱水收缩脱水收缩”。面包和其它烘焙食品冷却时，直链淀粉分子缔合而变硬。面包和其它烘焙食品冷却时，直链淀粉分子缔合而变硬。长时间长时间贮存后，贮存后，支链淀粉分子支链淀粉分子也会缔合产生也会缔合产生老化老化。423、胶凝作用、胶凝作用在食品加工中，多糖或蛋白质等大分子，可通过氢键、疏水相互作用、范在食品加工中，多糖或蛋白质等大分子，可通过氢键、疏水相互作用、范德华引力、离子桥接德华引力、离子桥接(ionic cross bridges)、缠结或共价键等相互作用，能形、缠结或共价键等相互作用，能形成海绵状的三维网状凝胶结构。成海绵状的三维网状凝胶结构。网孔中充满着液相，液相是由较小分子质量的溶质和部分高聚物组成的水网孔中充满着液相，液相是由较小分子质量的溶质和部分高聚物组成的水溶液。溶液。典型的三维网络凝胶结构示意图典型的三维网络凝胶结构示意图43支链分子或杂聚糖分子支链分子或杂聚糖分子间不能很好地结合，因此不能间不能很好地结合，因此不能形成足够大的连结区和一定强度的凝胶。这类多糖分子只形成足够大的连结区和一定强度的凝胶。这类多糖分子只形成粘稠、稳定的溶胶。形成粘稠、稳定的溶胶。带电荷基团的分子带电荷基团的分子，例如含羧基的多糖，链段之间的，例如含羧基的多糖，链段之间的负电荷可产生负电荷可产生库仑斥力库仑斥力，因而阻止连结区的形成。，因而阻止连结区的形成。凝胶的选择取决于所期望的粘度、凝胶强度、流变性凝胶的选择取决于所期望的粘度、凝胶强度、流变性质、体系的质、体系的pH值、加工时的温度、与其他配料的相互作用、值、加工时的温度、与其他配料的相互作用、质构等。质构等。多糖在食品工业中的应用：增稠剂、絮凝剂、泡沫稳定多糖在食品工业中的应用：增稠剂、絮凝剂、泡沫稳定剂、吸水膨胀剂、乳状液稳定剂等。剂、吸水膨胀剂、乳状液稳定剂等。44（三）、风味结合功能（三）、风味结合功能碳水化合物是一类很好的碳水化合物是一类很好的风味固定剂风味固定剂，能有效地保留挥，能有效地保留挥发性风味成分，如醛类、酮类及酯类。发性风味成分，如醛类、酮类及酯类。环状糊精由于环状糊精由于内部呈非极性环境内部呈非极性环境，能有效地，能有效地截留非极性截留非极性的风味成分和其他小分子化合物的风味成分和其他小分子化合物。阿拉伯树胶在风味物颗粒的周围形成一层厚膜，从而可阿拉伯树胶在风味物颗粒的周围形成一层厚膜，从而可以以防止水分的吸收、挥发和化学氧化造成的损失防止水分的吸收、挥发和化学氧化造成的损失。碳水化合物在碳水化合物在食品脱水过程中食品脱水过程中对对保持挥发性风味成分保持挥发性风味成分起起着重要作用，随着脱水的进行，使糖着重要作用，随着脱水的进行，使糖-水的相互作用转变成糖水的相互作用转变成糖-风味剂的相互作用。风味剂的相互作用。45（四）、（四）、碳水化合物褐变产物与食品风味碳水化合物褐变产物与食品风味碳水化合物在非酶褐变过程中除了产生深颜色碳水化合物在非酶褐变过程中除了产生深颜色类黑精色素类黑精色素外，还产外，还产成了多种成了多种挥发性物质挥发性物质，使加工食品产生，使加工食品产生特殊的风味特殊的风味，例如花生、咖啡豆，例如花生、咖啡豆在焙烤过程中产生的褐变风味。在焙烤过程中产生的褐变风味。褐变产物除了能使食品产生风味外，它本身可能具有特殊的风味或褐变产物除了能使食品产生风味外，它本身可能具有特殊的风味或者能增强其他的风味，者能增强其他的风味，具有这种双重作用的焦糖化产物是麦芽酚和乙基具有这种双重作用的焦糖化产物是麦芽酚和乙基麦芽酚。麦芽酚。糖的热分解产物有吡喃酮、呋喃、呋喃酮、内酯、羰基化合物、酸糖的热分解产物有吡喃酮、呋喃、呋喃酮、内酯、羰基化合物、酸和酯类等。这些化合物总的风味和香味特征使某些食品产生特有的香味。和酯类等。这些化合物总的风味和香味特征使某些食品产生特有的香味。46（五）、（五）、甜度甜度所有糖、糖醇及低聚糖所有糖、糖醇及低聚糖均有一定甜度，均有一定甜度，某些糖苷、多糖复合物某些糖苷、多糖复合物也有很也有很好的甜度，这是赋予食品甜味的主要原因。人所能感觉到的甜味因糖的组好的甜度，这是赋予食品甜味的主要原因。人所能感觉到的甜味因糖的组成、构型和物理形态不同而异成、构型和物理形态不同而异(下表下表)。糖的相对甜度（糖的相对甜度（W/W，%）糖糖蔗糖蔗糖-D-果糖果糖-D-葡萄糖葡萄糖-D-葡萄糖葡萄糖-D-半乳糖半乳糖-D-半乳糖半乳糖-D-甘露糖甘露糖-D-甘露糖甘露糖-D-乳糖乳糖-D-乳糖乳糖-D-麦芽糖麦芽糖棉子糖棉子糖水苏四糖水苏四糖溶液的相对甜度溶液的相对甜度1001001754079异头体异头体27-59苦味苦味163848465223-结晶的相对甜度结晶的相对甜度1001807482322132苦味苦味1632-110糖醇的甜度除了糖醇的甜度除了木糖醇的甜度和蔗糖木糖醇的甜度和蔗糖相近相近外，其他糖醇的外，其他糖醇的甜度均比蔗糖低。由甜度均比蔗糖低。由于糖醇能被人体小肠于糖醇能被人体小肠吸收进入血液代谢，吸收进入血液代谢，产有一定热量，是一产有一定热量，是一种种营养性甜味剂营养性甜味剂，但，但由于其热值均比葡萄由于其热值均比葡萄糖要低些，因此，糖要低些，因此，糖糖醇是很好的低热量食醇是很好的低热量食品甜味剂。品甜味剂。褐变反应褐变反应Browning reaction生活中食品的颜色改变生活中食品的颜色改变 举例举例焙烤焙烤烹调烹调生食生食 食品可能在生长、采摘、加工或烹调、贮藏食品可能在生长、采摘、加工或烹调、贮藏过程中，因过程中，因非食品色素成分发生化学变化非食品色素成分发生化学变化，伴伴随着食品色泽的转褐变深随着食品色泽的转褐变深，这种现象被称为食，这种现象被称为食品的褐变，把这些反应通称为食品的褐变反应品的褐变，把这些反应通称为食品的褐变反应。褐变反应的概念褐变反应的概念 分类分类 按照有无酶的参与按照有无酶的参与 酶促褐变酶促褐变 非酶褐变非酶褐变主要是酚类物质主要是酚类物质的酶促褐变的酶促褐变美美拉拉德德反反应应焦焦糖糖化化反反应应抗坏血酸抗坏血酸氧化褐变氧化褐变1 反应条件反应条件2 反应机理反应机理3 酶促褐变的抑制酶促褐变的抑制酶促褐变酶促褐变（Enzymatic browning）某些果蔬组织被碰伤、切开、削皮，就很某些果蔬组织被碰伤、切开、削皮，就很易发生褐变。易发生褐变。以下水果会褐变吗？以下水果会褐变吗？反应条件反应条件酶促褐变发生的三个条件酶促褐变发生的三个条件土豆、苹果、梨、香蕉土豆、苹果、梨、香蕉等果蔬易发生褐变等果蔬易发生褐变。有些瓜果如有些瓜果如柠檬、桔子及西瓜柠檬、桔子及西瓜等由于等由于不含不含多酚氧化酶多酚氧化酶，故不会发生酶促褐变。，故不会发生酶促褐变。反应条件反应条件适宜的酚类底物适宜的酚类底物酚酶（酚酶（Polyphenol oxidase，EC 1.10.3.1，简称，简称PPO）氧气氧气反应机理反应机理以土豆中酪氨酸为例以土豆中酪氨酸为例图图9-1a 土豆中酪氨酸的酶促反应土豆中酪氨酸的酶促反应热处理热处理 7090 加热约加热约7 s，可使大部分酚酶失活；在，可使大部分酚酶失活；在80 时时1020 min或沸水中或沸水中2 min，可使酚酶完全失活。，可使酚酶完全失活。调节调节pH值值 PPO的最适的最适pH值在值在67之间，之间，pH值在值在3.0以下，以下，PPO几乎完全几乎完全失去活性。失去活性。用化学药品抑制酚酶活性用化学药品抑制酚酶活性 亚硫酸盐是食品工业中预防酶促褐变最常用的物质。亚硫酸盐是食品工业中预防酶促褐变最常用的物质。酶促褐变的抑制酶促褐变的抑制减少和金属离子的接触减少和金属离子的接触 金属（如铁、铜、锡、铝等）离子是酚酶的激活剂。金属（如铁、铜、锡、铝等）离子是酚酶的激活剂。隔绝氧隔绝氧改变底物的结构改变底物的结构 其他方法其他方法酶促褐变的抑制酶促褐变的抑制1 美拉德反应美拉德反应 2 焦糖化反应焦糖化反应3 抗坏血酸褐变抗坏血酸褐变非酶褐变非酶褐变47非酶褐变非酶褐变的类型的类型美拉德反应美拉德反应焦糖化褐变焦糖化褐变抗坏血酸褐变抗坏血酸褐变非挥发性成分非挥发性成分有色成分有色成分无色成分无色成分挥发性成分挥发性成分食品质量食品质量与安全与安全四、非酶褐变反应四、非酶褐变反应(一一)、非酶褐变的类型及历程、非酶褐变的类型及历程非酶褐变反应非酶褐变反应主要是指碳水化合物在热的作用下发生的一系列化学反应，主要是指碳水化合物在热的作用下发生的一系列化学反应，产生了大量的有色成分和无色成分、挥发性和非挥发性成分产生了大量的有色成分和无色成分、挥发性和非挥发性成分1、非酶褐变反应的类型、非酶褐变反应的类型以法国化学家以法国化学家L.C.Maillard的名字命名。的名字命名。又称羰氨反应，指食品体系中又称羰氨反应，指食品体系中含有氨基的含有氨基的化合物化合物与与含有羰基的化合物含有羰基的化合物之间发生反应之间发生反应而使食品颜色加深的反应。而使食品颜色加深的反应。（1）美拉德反应美拉德反应（Maillard browning）美拉德反应的概念美拉德反应的概念 包括胺、氨基酸、肽、包括胺、氨基酸、肽、蛋白质蛋白质包括还原糖、醛和酮（来源广泛，包括油脂氧化酸败包括还原糖、醛和酮（来源广泛，包括油脂氧化酸败产物、焦糖化中间产物、维生素产物、焦糖化中间产物、维生素C氧化降解产物等）氧化降解产物等）48醛醇类及脱氮聚合醛醇类及脱氮聚合物类物类醛亚胺类和酮亚胺类醛亚胺类和酮亚胺类HMF或糠醛或糠醛类黑素类（含氮类黑素类（含氮褐色聚合物褐色聚合物或共聚物类）或共聚物类）醛糖醛糖N-葡萄糖基胺葡萄糖基胺2、美拉德反应及其反应历程、美拉德反应及其反应历程含自由氨基化合物含自由氨基化合物Amadori重排重排Amadori重排产品（重排产品（ARP）（）（1-氨基氨基-1-脱氧脱氧-2-酮糖）酮糖）pH7羟甲基糠醛羟甲基糠醛(HMF)或糠醛的或糠醛的Schiffs碱碱pH7还原酮类还原酮类pH7（温度较高）（温度较高）裂解产物（丙酮醇、二乙酰基、裂解产物（丙酮醇、二乙酰基、丙酮醛等）丙酮醛等）醛类醛类Strecker降解降解+氨基化合物氨基化合物+氨基化合物氨基化合物 氨基化合物氨基化合物脱氢还原酮类脱氢还原酮类+氨基化合物氨基化合物+氨基化合物氨基化合物+氨基化合物氨基化合物H H2 2O O50开始阶段：开始阶段：还原糖还原糖如葡萄糖和氨基酸或蛋白质中的如葡萄糖和氨基酸或蛋白质中的自由氨基自由氨基失水缩合生成失水缩合生成N-葡萄糖基胺葡萄糖基胺，葡萄基胺经，葡萄基胺经Amadori重排重排反应生成反应生成1-氨基氨基-1-脱氧脱氧-2-酮糖酮糖：CHCH2 2OHOHHCHC O OHCOHHCOHHOCHHOCHHCOHHCOHHCOHHCOHCHCH2 2OHOH+RNH+RNH2 2NHRNHRC(H)(OH)C(H)(OH)HCOHHCOHHOCHHOCHHCOHHCOHHCOHHCOHCHCH2 2OHOHHCHC NRNRHCOHHCOHHOCHHOCHHCOHHCOHHCOHHCOHCHCH2 2OHOHHCOHHCOHCHCH2 2OHOHHOCHHOCHHCOHHCOHC C O OCHCH2 2NHRNHRO OOHOHHOHONHRNHROHOH1-氨基氨基-1-脱氧脱氧-D-果糖果糖1-氨基氨基-1-脱氧脱氧-2-酮糖酮糖N-葡萄糖基胺葡萄糖基胺511，2-烯胺醇烯胺醇3-脱氧已糖醛酮脱氧已糖醛酮中间阶段：中间阶段：1-氨基氨基-1-脱氧脱氧-2-酮糖酮糖根据根据pH 值的不同值的不同发生降解，发生降解，当当pH 值等于或小于值等于或小于7 时时，Amadori 产物主要发生产物主要发生1，2-烯醇化烯醇化而形成而形成糠醛糠醛(当糖是戊糖时当糖是戊糖时)或羟或羟甲基糠醛甲基糠醛(当糖为己糖时当糖为己糖时)：羟甲基呋喃醛（羟甲基呋喃醛（HMF）Amadori 产物产物52当当pH 值大于值大于7温度较低时温度较低时1-氨基氨基-1-脱氧脱氧-2-酮糖酮糖较易发生较易发生2,3-烯醇化而形成还原酮类烯醇化而形成还原酮类,还原酮较不稳定，既有较强的还原作用，也可还原酮较不稳定，既有较强的还原作用，也可异构成脱氢还原异构成脱氢还原酮酮（二羰基化合物类）：（二羰基化合物类）：53当当pH 值大于值大于7温度较高时温度较高时1-氨基氨基-1-脱氧脱氧-2-酮糖酮糖较易裂解，产生较易裂解，产生1-羟基羟基-2-丙酮、丙丙酮、丙酮醛、二乙酰基等很多酮醛、二乙酰基等很多高活性的中间体高活性的中间体。这些中间体还可继续。这些中间体还可继续参与反应，如参与反应，如脱氢还原酮易使氨基酸发生脱羧、脱氨反应形成脱氢还原酮易使氨基酸发生脱羧、脱氨反应形成醛类和醛类和-氨基酮类，这个反应又称为氨基酮类，这个反应又称为Strecker 降解反应：降解反应：54终期阶段：终期阶段：反应过程中形成的醛类、酮类都不稳定，它们可发生聚合反应产生反应过程中形成的醛类、酮类都不稳定，它们可发生聚合反应产生醛醛醇类及脱氮聚合物类醇类及脱氮聚合物类：-H2O-H2O在美拉德反应过程中有在美拉德反应过程中有氨基氨基存在时，反应的中间产物存在时，反应的中间产物都能与氨基发生都能与氨基发生缩合、脱氢、重排、异构化缩合、脱氢、重排、异构化等一系列反应，等一系列反应，最终形成含氮的棕色聚合物或共聚物，统称为最终形成含氮的棕色聚合物或共聚物，统称为类黑素类黑素(Mlanoidin)。55类黑素类黑素类黑素是棕黑色的固体，一般含氮类黑素是棕黑色的固体，一般含氮34，结构不明，且组成与原料和，结构不明，且组成与原料和生成方式有很大关系。生成方式有很大关系。目前已知类黑素分子结构中含有不饱目前已知类黑素分子结构中含有不饱和的咪唑、吡咯、吡啶、吡嗪之类的和的咪唑、吡咯、吡啶、吡嗪之类的杂环，以及一些完整的氨基酸残基等。杂环，以及一些完整的氨基酸残基等。又称卡拉蜜尔作用又称卡拉蜜尔作用将将不含氨基化合物不含氨基化合物的的糖类物质糖类物质加热到加热到熔点熔点以上温度以上温度，会发焦变黑生成黑褐色物质，会发焦变黑生成黑褐色物质（焦糖），此即为焦糖化作用。（焦糖），此即为焦糖化作用。高温下糖类形成两类物质：高温下糖类形成两类物质：3 焦糖化反应（焦糖化反应（Caramelization）焦糖化反应的概念焦糖化反应的概念 一类是糖分子之一类是糖分子之间的脱水聚合产间的脱水聚合产物焦糖或酱色物焦糖或酱色（caramel）一类是糖的裂解产物，如一些挥一类是糖的裂解产物，如一些挥发性醛、酮、酚类物质，而这些发性醛、酮、酚类物质，而这些裂解产物会进行复杂的缩合、聚裂解产物会进行复杂的缩合、聚合反应后形成深色物质合反应后形成深色物质这两类物质共同形成了焦糖这一复杂产物这两类物质共同形成了焦糖这一复杂产物 一、一、焦糖的生成焦糖的生成 二、二、热降解产物的生成热降解产物的生成焦糖化反应（焦糖化反应（Caramelization）57蔗糖蔗糖熔融熔融起泡起泡异蔗糖酐异蔗糖酐加热加热加热加热加热加热-H2O焦糖酐焦糖酐（Caramelan）焦糖素焦糖素（Caramelin）焦糖烯焦糖烯起泡、脱水起泡、脱水-H2O-H2O加热加热从该图可知从该图可知焦糖化作用是以连续的加热失水、聚合作用为主线焦糖化作用是以连续的加热失水、聚合作用为主线的反应，的反应，所产生的焦糖是一所产生的焦糖是一类结构不明的大分子物质类结构不明的大分子物质。催化剂可加速这类反应的。催化剂可加速这类反应的发生。发生。如蔗糖是用于生产焦糖色素和食用色素香料的物质，在如蔗糖是用于生产焦糖色素和食用色素香料的物质，在酸或酸性铵盐酸或酸性铵盐存在的溶液中加热可制备出存在的溶液中加热可制备出焦糖色素焦糖色素，并广泛应用于酱油、食醋、，并广泛应用于酱油、食醋、料酒、料酒、酱卤、腌制制品酱卤、腌制制品、烘制食品、糖果、药品、碳酸饮料及非碳酸饮料等，、烘制食品、糖果、药品、碳酸饮料及非碳酸饮料等，并能有效提高产品品质。并能有效提高产品品质。焦糖的形成焦糖的形成-H2O58由蔗糖形成焦糖素的反应历程可分三阶段：由蔗糖形成焦糖素的反应历程可分三阶段：第一阶段第一阶段：由蔗糖熔融开始，经一段时间起泡，蔗糖脱去一分子水，：由蔗糖熔融开始，经一段时间起泡，蔗糖脱去一分子水，生成无甜味而具温和苦味的生成无甜味而具温和苦味的异蔗糖酐异蔗糖酐（1，3，2，2-双脱水双脱水-D-吡喃吡喃葡萄糖苷基葡萄糖苷基-D-呋喃果糖）。这是焦糖化的开始反应，起泡暂时停止。呋喃果糖）。这是焦糖化的开始反应，起泡暂时停止。第二阶段第二阶段：是持续较长时间的失水阶段，在此阶段：是持续较长时间的失水阶段，在此阶段异蔗糖酐缩合为焦异蔗糖酐缩合为焦糖酐糖酐。焦糖酐是一种平均分子式为。焦糖酐是一种平均分子式为C24H36O18的浅褐色色素，焦糖酐的的浅褐色色素，焦糖酐的熔点为熔点为138，可溶于水及乙醇，味苦。，可溶于水及乙醇，味苦。第三阶段第三阶段：是：是焦糖酐焦糖酐进一步脱水形成进一步脱水形成焦糖烯焦糖烯，焦糖烯继续加热失水，焦糖烯继续加热失水，生成高分子量的难溶性生成高分子量的难溶性焦糖素焦糖素。焦糖烯的熔点为。焦糖烯的熔点为154，可溶于水，味，可溶于水，味苦，分子式为苦，分子式为C36H50O25。焦糖素的分子式为。焦糖素的分子式为C125H188O80，难溶于水，难溶于水，外观为深褐色。外观为深褐色。、热降解产物的产生、热降解产物的产生A.酸性条件下醛类形成酸性条件下醛类形成：在酸性条件下加热，醛糖或酮糖进行烯醇化，生：在酸性条件下加热，醛糖或酮糖进行烯醇化，生成成1,2-烯醇式己糖烯醇式己糖1,2-烯醇式己糖烯醇式己糖葡萄糖葡萄糖3-脱氧葡萄糖醛酮脱氧葡萄糖醛酮5960CCCCH2OH3-脱氧葡萄糖醛酮脱氧葡萄糖醛酮HOHHOHCCHOOHHCCCCH2OHHHOHCCHOOHOHOH2CCHO-H2O-H2O环构化环构化羟甲基糠醛羟甲基糠醛B、碱性条件醛类的形成、碱性条件醛类的形成还原糖在碱性条件下发生互变异构作用，形成中间产物还原糖在碱性条件下发生互变异构作用，形成中间产物1,2-烯醇式己烯醇式己糖，糖，1,2-烯醇式己糖形成后，在强热下裂解生成醛类。烯醇式己糖形成后，在强热下裂解生成醛类。61三种商品化焦糖色素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物蔗糖通常被用来制造焦糖色素和风味物n耐酸焦糖色素：水溶液耐酸焦糖色素：水溶液pHpH为为pH2-4.5pH2-4.5 亚硫酸氢铵催化产生亚硫酸氢铵催化产生 应用于可乐饮料、酸性饮料，生产量最大应用于可乐饮料、酸性饮料，生产量最大 n焙烤食品用色素：水溶液焙烤食品用色素：水溶液pHpH为为4.2-4.84.2-4.8 糖与胺盐加热，产生棕红色糖与胺盐加热，产生棕红色n啤酒用焦糖色素：水溶液的啤酒用焦糖色素：水溶液的pHpH为为3-43-4 蔗糖直接热解产生棕红色蔗糖直接热解产生棕红色 应用于啤酒和其它含醇饮料应用于啤酒和其它含醇饮料624、抗坏血酸褐变及其反应历程、抗