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,碳水化合物的分类,小分子糖的物理和化学性质,淀粉的结构和淀粉粒,淀粉的糊化和老化,淀粉和纤维素的改性,植物胶质的结构和性质,碳水化合物结构与功能的关系,1,食品中的碳水化合物及分类,碳水化合物作为生物体的主要结构成分，其含量、种类和存在状态对食品的外观、质地、风味和保藏性关系极其密切。,碳水化合物按照分子大小，可分为单糖、低聚糖和多糖三类。前两者为小分子，后者为大分子物质。,2,举例：食品中的碳水化合物,各种粮食谷粒含碳水化合物70%以上,多数干豆类含碳水化合物60%左右,各种水果含碳水化合物10%左右,牛奶中含碳水化合物45%,甜饮料中含碳水化合物10%左右,果酱、果脯等含碳水化合物60%以上,甜点心含碳水化合物5070%,3,表：碳水化合物的分类,4,小分子碳水化合物,单糖 多羟基醛或多羟基酮,己糖 葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖,戊糖 阿拉伯糖，木糖，核糖,低聚糖 210个糖基组成,双糖 蔗糖，乳糖，麦芽糖,棉子糖，水苏糖,低聚果糖，低聚异麦芽糖，低聚半乳糖，低聚木糖等,单糖均可消化吸收，而低聚糖有的可以消化，有的则是膳食纤维,5,1 单糖和可消化二糖的结构和性质,单糖在水中的结构和旋光性,物理性质,化学性质,6,Fisher Projection of Hexose,葡萄糖,glucose,果糖,fructose,甘露糖,mannose,7,A 单糖在水中的结构,戊糖和己糖在水中形成环状结构，其中5位上的羟基与醛基发生半缩醛反应，形成一个半缩醛羟基。因这个半缩醛羟基的方向不同，糖环有和两种结构。,为了达到水中结构的最大稳定性，单糖在水中多呈现椅式结构，以降低分子内基团的静电斥力和空间阻力。,8,图：吡喃葡萄糖(glucose)的结构,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,9,图：蔗糖(sucrose)的结构,蔗糖由1分子-D-葡萄糖和一分子-D-果糖以1，1键构成，为非还原糖。,10,图：麦芽糖(maltose)的结构,麦芽糖由2分子-D-葡萄糖以-1，4键构成，为还原糖。,11,B 小分子糖的物理性质,甜度sweetness,旋光性rotation,溶解度solubility,吸湿性和保湿性moisture retention,结晶性crystallization,粘度和质地viscosity and texture,12,甜度,比甜度：受到分子结构、分子量、水中结构的影响。D-葡萄糖以型较甜，D-果糖以型较甜。,各种常用糖的比甜度比较：,果糖蔗糖=转化糖葡萄糖乳糖,13,表：一些碳水化合物,的甜度,糖类,相对甜度,糖类,相对甜度,糖类,相对甜度,蔗糖,1.0,麦芽糖醇,0.7-0.9,果葡糖浆(42%),0.9-1.0,果糖,1.2-1.7,山梨糖醇,0.5-0.7,果葡糖浆(55%),1.0-1.1,葡萄糖,0.7-0.8,半乳糖醇,0.6,果葡糖浆(90%),1.2-1.6,麦芽糖,0.4-0.5,甘露糖醇,0.7,淀粉糖浆(30DE),0.3-0.35,甘露糖,0.6,木糖醇,0.9-1.2,淀粉糖浆(42DE),0.45-0.5,半乳糖,0.5,棉子糖,0.23,淀粉糖浆(54DE),0.5-0.55,乳糖,0.2-0.4,转化糖,1.0,淀粉糖浆(62DE),0.6-0.7,资料来源：Jane Bowers, Food Theory and Appications, 1992,14,旋光性,戊糖和己糖都含有手性碳原子，具有旋光性。可利用此性质鉴定单糖或二糖。,表：各种糖在20下的比旋光度p48,葡萄糖也称为右旋糖（+52.2），果糖也称为左旋糖(-92.4)。蔗糖为+66.5，水解成果糖和葡萄糖的混合液为-19.9，因此称这种水解液为转化糖。,15,溶解度,糖具有多个亲水的羟基，因此具有较好溶解性。温度升高则溶解度增大。,各种糖的溶解度比较：,果糖转化糖蔗糖葡萄糖乳糖,溶解度与糖的保藏性有关。溶解度大则可更好地降低水分活度，从而达到防腐要求。,16,表：几种糖在不同温度下的溶解度,资料来源：黄梅丽等，食品化学，1986,17,吸湿性和保湿性,吸湿性是从空气中吸收水分的性质。,保湿性是空气湿度低时保持水分的性质。,各种糖的吸湿性和保湿性比较：,果糖=转化糖蔗糖=葡萄糖乳糖,需要柔软的食品可以用高保湿糖，干脆食品就要用低吸湿性糖。,18,表：几种糖在不同温度下的吸湿性,资料来源：Jane Bowers, Food Theory and Applications, 1992,19,结晶性,在浓度高或温度低时析出结晶的性质。,结晶性与保湿性基本上顺序相反。,葡萄糖晶体细小，蔗糖晶体较大。乳糖易结晶，果糖和转化糖难以结晶。,20,C 小分子糖的化学性质,单糖的结构特点是多羟基醛或多羟基酮，其醛基、羟基功能团可发生相应的反应，如氧化和还原、缩醛化反应、成酯、成醚等。,此外，还有一些和食品性质相关的重要反应,美拉德反应,焦糖化反应,这里重点讲和食品有关的反应。,21,美拉德反应(羰胺褐变),美拉德反应也称羰氨反应，或非酶褐变反应,美拉德反应在食品中的意义,美拉德反应的机理,美拉德反应的影响因素,22,食品中的Maillard reaction,美拉德反应在食品中是产生色泽和香气的重要来源。,焙烤食品的红褐色、烤肉的棕红色、松花蛋的褐色、啤酒的黄色、酱类的褐色等均来自美拉德反应。,23,美拉德反应的机理,初期：羰胺缩合与分子重排，产物为2-氨基-2-脱氧酮糖，无色,中期：重排产物降解，脱水生成羟甲基糠醛，重排成还原酮，或发生Strecker降解反应；有色但颜色浅,末期：醇醛缩合，并进一步聚合，生成高分子黑色素。,24,美拉德反应初期 I,R-NH,2,-H,2,O,初始产物：雪夫碱 氮代葡萄糖基胺,25,美拉德反应初期 II,+H,+,-H,+,第一阶段产物：1-氨基-1-脱氧-2-酮糖,26,美拉德反应：Amadori分子重排,重排产物：环式果糖胺,27,美拉德反应：Heyenes分子重排,重排产物：2-氨基-2-脱氧葡萄糖,28,美拉德反应中期 I,-H,2,O,+H,+,29,美拉德反应中期 II,-R-NH,2,-H,2,O,-H,2,O,-H,2,O,中期产物：羟甲基糠醛,30,羟甲基糠醛hydroxyl methyl furfural,羟甲基糠醛积累之后很快发生褐变。因此测定HMF是预测褐变速度的指标。可以用分光光度法测定。,31,美拉德反应：产生风味物质,美拉德反应中，果糖基胺还可能发生2,3烯醇化而重排成为还原酮的反应,还原酮与醛类作用，发生Strecker降解产生杂环类风味物质，如吡咯、吡嗪、吡啶等。也可能降解产生其它小分子风味物质如二乙酰、乙酸等。,32,美拉德反应的影响因素,羰基化合物的影响：戊糖己糖，己糖中半乳糖甘露糖葡萄糖。Vc易褐变。,氨基化合物的影响：胺类氨基酸蛋白质，碱性氨基酸其他氨基酸，Lys最快,反应物浓度的影响：反应速度与浓度成正比,水分活度：Aw0.60.9之间较快,脂肪氧化：脂肪氧化快时速度加快,33,美拉德反应的影响因素(续),pH值的影响：pH3以上随pH上升而加快,金属离子的影响：三价铁和二价铜催化褐变，钙离子和氨基酸沉淀而抑制褐变,温度的影响：温度系数3-5，温度升高则褐变加快。,预防措施：除去糖，加入亚硫酸盐，降温，调整pH酸性，调整水分活度低于0.6,34,焦糖化反应(caramelization),没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上时，糖发生脱水与降解，形成褐色物质的反应为焦糖化反应。,产物包括焦糖(caramel)和聚合产生的黑色素即焦糖色素。,焦糖化反应在碱性条件下加快，低水分活度加快。有机酸可催化焦糖形成。,35,表：几种糖的性质比较,36,氧化还原反应,糖可以被氧化成酸、二酸或糖酸。这个反应可以区别各种糖。弱氧化产物葡萄糖酸加热生成D-葡萄糖酸-内酯。,糖可以催化加氢还原成糖醇。糖醇是一类功能性甜味剂。,37,糖催化加氢生成糖醇,H,38,糖氧化生成糖酸,葡萄糖,葡萄糖酸-内酯,葡萄糖酸,O,39,酸和碱中的反应,稀碱当中通过烯醇式异构体发生异构化。,浓碱下发生分解生成小分子糖醇醛酸等，以及糖精酸类。,弱酸性条件下加温发生聚合反应生成低聚糖,强酸性条件下加热脱水生成糠醛类物质,40,图：弱碱中的烯醇式异构化,41,2 低聚糖,命名法,-D-吡喃半乳糖基-(1-4)-D-吡喃葡糖苷,褐变性：较单糖小。,粘度：比单糖高。,抗氧化性：减少溶氧而保护Vc。,发酵性：低于单糖。,吸湿性：低于单糖。,42,功能性低聚糖,棉子糖,水苏糖,低聚果糖：双歧因子，整肠，抗龋齿,低聚木糖：甜度约0.5，双歧因子，整肠,帕拉金糖：甜度0.42，抗龋齿,环糊精：可保护芳香物质和小分子物质。P68图,43,表：功能性低聚糖,的有效摄入量,大豆低聚糖可能引起胀气，最大用量男性为,0.64g/kgBW,，女性为,0.96g/kgBW,低聚糖,有效摄入量,低聚糖,有效摄入量,低聚半乳糖,2.0-2.5,低聚木糖,0.7,低聚果糖,3.1,大豆低聚糖,2.0,单位：克/日,44,环状糊精,环状糊精是一种特殊的低聚糖，它是由6，7或8个葡萄糖以-1,4键首尾相连构成的环状低聚糖。,环内具有疏水环境，环外伸展亲水基团。环内可以包容一些亲脂性小分子，改善其在水中的分散性，并减少它们在水相体系中的损失。也可以产生缓释效应。,45,