食品化学课件食品化学_碳水化合物

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,食品化学,第二章 碳水化合物,3,改性淀粉和改性纤维素,植物胶质的结构和性质,碳水化合物结构与功能的关系,多糖的结构与功能的关系,多糖与水溶液中的分子移动性,多糖的结构与水合性,多糖的结构与粘度的关系,多糖的结构与老化和凝胶,I,多糖与水溶液中的分子移动性,多糖并不会对食品的冰点产生很大影响，因为冰点的下降主要取决于溶质的粒子数目。,多糖类物质具有高粘度，限制水分子的流动性，因此阻碍了冰晶的发展。,低分子碳水化合物主要是通过数量起作用，高分子碳水化合物主要通过结构状态起作用，共同在冰晶的周围形成浓缩的无定形基质。,碳水化合物在冷冻条件下对食品起到保护作用，阻止了食品成分的变性。,II,多糖的结构与水合性,纤维素线状分子通过氢键互相联系，结晶区十分紧密，故成不溶于水的坚韧纤维。,多数多糖分子的结晶区域不够紧密，容易发生水合作用甚至溶解于水。,多数杂多糖含有不均一的糖苷区段和分支结构，难以形成微纤束，分子间联系不紧密。因此它们具有较高的溶解性。,总的来说，多糖的分子组成和分支越不规则，链之间越难以整齐地排列，其溶解性就越高。,III,多糖的结构与粘度的关系,多糖分子在溶液中不停地旋转振动，互相碰撞，造成摩擦，耗费能量，因此产生了粘度。,线状分子可在低浓度下产生高粘度的溶液。粘度与聚合度,(,分子量,),有关，也与分子的延展性和变形能力有关。高度分支的多糖分子在同样的分子量下占用空间较小，因此碰撞较少，粘度较低。也就是说，高度分支的多糖分子要产生同样的粘度，需要较高的分子量。,同样，仅带一种电荷的线状分子,(,多半是负电荷,),因为电荷的排斥力常形成较伸展的构型，增加了链在溶液中占据的实际空间，因而具有高粘度。,图：多糖的分子形状和粘度,在同样的分子量下，高度分支的多糖分子占用空间较小，粘度较低。线状分子所占空间大，粘度较高。,如果分子长度相同，则分支多者粘度高。,IV,多糖的结构与老化和凝胶,线性分子无取代基：长分子互相碰撞，形成距离较远的氢键，形成三维持水结构而凝胶。或者因为分子氢键作用束状化而老化。,线性分子上有取代基：分子之间因空间阻碍不易互相靠近，能够形成稳定的溶液，不易凝胶。,线状分子上有带电荷基团：电性斥力也使得分子难以互相靠近凝胶，形成高粘度稳定溶液。,环境,pH,的变化：如果,pH,降低，羧基失去电荷，则分子象其他直链多糖一样容易相互靠近，形成凝胶。强酸基团则不受,pH,影响。,淀粉的凝胶和老化,V,假塑性和触变性,多糖溶液常见的流变状态是假塑性和触变性。,假塑性流体受剪切力后变稀。其粘度的改变与时间无关，剪切力改变时粘度立刻改变。,直线状分子往往形成假塑性流体。总的来说，分子量越高，则胶体越具有假塑性。假塑性与粘稠感成反比。,触变性也是剪切力引起的流动性。受剪切力后流动速度增加引起粘度下降需要时间，剪切力停止一段时间之后恢复原来的粘度。即在剪切力的作用下体系发生凝胶,溶液,凝胶的相变。,改性淀粉,将天然淀粉经过化学处理或酶处理，使其原有的功能性质发生改变，称为改性淀粉。,改性淀粉品种繁多，主要包括：,可溶性淀粉：轻度酸或碱处理,-,化淀粉：糊化后在高温下快速脱水,氧化淀粉：次氯酸钠氧化,磷酸酯化淀粉：三聚磷酸钠等酯化处理,醚化淀粉：环氧乙烷或环氧丙烷处理,交联淀粉：三氯氧磷、三偏磷酸钠等处理,淀粉的,化,淀粉糊化后在,80,以上或者,0,以下迅速脱去水分，可以将淀粉分子固定在,化状态，重新复水后水分容易进入分子内部，因而无需加热即可立刻食用。,化状态的淀粉也称为预糊化淀粉。速食面、方便米粥、膨化食品等均经过预糊化处理。,淀粉改性后的变化,氧化：分子断裂，链长缩短，增加亲水基团,磷酸酯化：分子不断裂，增加大量带电基团,醚化：分子不断裂，增加分支，增加亲水基团,交联：分子不断裂，增加分子之间的交联，限制分子的分散性,淀粉改性对功能性质的影响,处理,链长和分支,增加基团,功能变化,氧化淀粉,分子断裂，链长缩短,增加羰基等亲水基团,粘度降低，色洁白，不易老化,磷酸单酯化,分子不断裂,增加大量带电基团,高粘度，高亲水性，不凝胶，良好抗冻结解冻性能,羟乙基醚化,分子不断裂，增加分支,增加亲水基团,高亲水性，高粘度，不易老化,交联淀粉,分子不断裂，增加分子之间的交联,不增加亲水基团,耐热、耐酸，胶冻强度高，不易糊化,表：淀粉磷酸酯化后的水分结合力,WBC,g/g,干物质；,AS,水中溶解度,%,；括号里的数字为取代度。,淀粉,种类,游离淀粉,淀粉单磷酸酯,淀粉二磷酸酯,WBC,AS,WBC,AS,WBC,AS,马铃薯,13,7,87(0.038),70,17,6,玉米,2,1,54(0.040),66,2,1,小麦,7,4,52(0.025),49,6,4,黑麦,8,4,43(0.035),72,9,6,黑小麦,8,2,51(0.023),61,7,4,蜡玉米,2,2,35(0.040),90,-,-,淀粉交联对粘度曲线的影响,图中,ABCD,四条曲线分别为淀粉用,0,、,0.05%,、,0.10%,、,0.15%,表氯醇交联后的粘度曲线。,下横坐标为温度，上横坐标为时间，纵坐标为粘度。,纤维素及其衍生物,纤维素分子为葡萄糖以,-,糖苷键相结合形成的大分子。,纤维素的衍生物,微晶纤维素：填充剂，稳定剂,羧甲基纤维素钠,(CMC),：不同取代度的功能性质不同，作为增稠剂，组织改良剂，增强保水性,甲基纤维素,(MC),和羟丙基甲基纤维素,(HPMC),：热凝胶，乳化剂，成膜剂，脂肪替代作用。,纤维素的分子内氢键形成,纤维素的分子间氢键形成,图：纤维素的结构与改性,羧甲基纤维素的制取,纤维素衍生物的凝胶,甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素（羟丙基含量为,.,）的凝胶行为。,横坐标为浓度，纵坐标为胶凝温度。,线条上的数字表示,2%,浓度溶液的粘度值。,果胶,结构：,1,4,连接的聚,-D-,半乳糖醛酸，间隔有带,-L-,吡喃鼠李糖基侧链的区域。,甲酯化：果胶分子中部分羧基甲酯化，甲酯化程度不同，使得果胶的凝胶性质有所不同。酯化度用,DE,表示。,HM,果胶：,DE,高于,50%,，包括快凝果胶和慢凝果胶。,LM,果胶：,DE,低于,50%,见课本,p82,，表,3-5,果胶的凝胶条件,果胶的分子结构,果胶分子中的均匀区和毛发区,果胶中甲氧基化的羧基,不同类型果胶的凝胶条件,果胶类型,酯化度,条件,速度,高甲氧基,100,pH,不限，糖,55,最快,高甲氧基,50-70,pH55,慢,-,快,低甲氧基,50,加入钙离子,LM+,海藻胶,pH55,低甲氧基果胶的钙凝胶机理,果胶的应用,果胶,含量,%,应用,HM,0.1-0.8,果冻、果酱、酸奶和牛奶,0.85-1.25,软糖,2-3,色拉酱、乳化型风味调味品,-,搅打奶油和焙烤食品,LM,0.8-1.5,风味色拉调料、番茄酱,1.0-1.8,牛奶冻和布丁,0.8-1.5,酸奶、低能量水果酱,0.8-1.5,冰淇淋用果冻,课堂讨论：为什么？,多糖的凝胶机理是什么？,糖和酸起什么作用？,为什么不同果胶的凝胶条件有这样大的差别？,海藻多糖,1,琼脂：线型分子，,1,4,连接,-D-,吡喃半乳糖和,3,6-,脱水,-L-,吡喃半乳糖，含硫酸酯、葡糖醛酸和丙酮酸酯。,2,海藻酸钠：线型分子，,-1,4-D-,甘露糖醛酸片段和,-1,，,4-L-,古洛糖醛酸片段，以及混合片断组成。,3,卡拉胶：硫酸基化的半乳糖和,3,6-,脱水半乳糖组成，糖单位中含有,1-2,个硫酸半酯基团。,4,壳聚糖：,N-,乙酰,-D-,氨基葡萄糖或,D-,氨基葡萄糖以,- 1,4,键连接。,海藻酸盐的结构,MMMMMGMGGGGGMGGMGMGMM,M-block,、,G-block and GM mixed region,课堂讨论：猜一猜它们的性质,从海藻酸盐的结构推断：它的水中分散性如何？粘度如何？凝胶性如何？受哪些因素影响？,卡拉胶和海藻酸盐有何不同？,图：海藻酸盐的粘度曲线,海藻酸盐,海藻酸钙的凝胶：蛋箱结构,海藻酸钙长链之间因含钙离子的蛋箱结构而相互靠近，形成三维持水结构，从而形成凝胶。,、,、,卡拉胶的结构,图：卡拉胶的粘度曲线,卡拉胶在低浓度下具有高粘度。图中横坐标为浓度，纵坐标为粘度。,卡拉胶的凝胶机理,甲壳质和壳聚糖的结构,植物多糖,1,魔芋多糖：,D-,甘露糖和,D-,葡萄糖以,-1,4,糖苷键结合而成。主链上有以,-1,3,糖苷键结合的侧链。（书,p90,）,2,瓜尔胶和角豆胶：均为半乳甘露聚糖，,-D-,甘露糖以,1,4,键相连成为主链，有,-D-,半乳糖侧链。差异在于侧链的密度和位置不同。,3,阿拉伯胶：,70%,由多糖组成，,30%,为蛋白质结构。,瓜尔胶,瓜尔胶的分支规则，每两个甘露糖有一个半乳糖分支。总的,M,：,G,为,1.6,。,瓜尔胶是粘度最高的植物胶。可以与其它胶质混合使用，但不能凝胶。,MMMMMMMMMMMMMMMM, ,G G G G G G G G,瓜尔豆胶的重复单位,角豆胶,角豆胶的分支不规则，有分支密集的毛发区和没有分支的光滑区。总的,M,：,G,为,3.5,。,角豆胶和其他许多胶质可发生增效作用，很少单独使用。用量,0.05%0.25%,。,MMMMMMMMMMMMMMMM, ,G G G G GG G G G,角豆胶和其他胶质的增效作用,许多胶质之间可以相互发生增效作用。其中角豆胶应用较广。,其光滑区和其他胶质的螺旋结构以氢键相吸引，从而高效地产生三维持水结构。,图：阿拉伯胶的粘度曲线,阿拉伯胶在各种植物较当中粘度最低，而溶解性良好。,阿拉伯胶具有良好表面活性，并与高浓度糖溶液具有兼容性。,微生物多糖,黄原胶：纤维素主链，三糖侧链，侧链由两个甘露糖和一个葡萄糖醛酸组成。侧链与主链平行成硬棒结构，,100,以上才变成无规线团。,茁霉胶：麦芽三糖以,-1,6,键连接。,葡聚糖：,-D-,葡萄糖以,-1,6,键连接。,黄原胶的分子结构图,上面为主链，下面为支链,黄原胶的特点,冷水和热水中良好溶解性,2880,粘度不变，粘度极高,pH111,之间稳定而粘度不变,高盐浓度下性质稳定,与多种植物胶具有良好协同作用,具有假塑性，随着剪切力增强粘度快速下降,胶凝机理：,p94,页图,图：黄原胶粘度与剪切力的关系,随着剪切力的增大，黄原胶粘度急剧下降，表示它具有触变性。,植物胶在食品当中的应用,凝胶剂,稳定剂,增稠剂,乳化剂,与牛奶胶体相互作用改善质地,低热量食品原料,本章思考题,单糖和可消化低聚糖的物理性质差异在食品中有何意义？,单糖和可消化低聚糖的主要化学反应是什么？,小分子糖的美拉德反应机理是什么？有哪些影响因素？,淀粉粒的结构特点如何？,淀粉的糊化机理是什么？有哪些影响因素？,淀粉的老化和凝胶机理是什么？有何影响因素？,如何判断淀粉的糊化和老化状态？,本章思考题（续）,多糖的结构与溶解度、粘度、老化、凝胶性之间有什么关系？,改性淀粉有哪些，有哪些功能性质上的变化？,果胶的酯化度和凝胶特性之间有何关系？,卡拉胶在食品中有何应用？,黄原胶有什么特殊性质和应用价值？,