1、第二章 碳水化合物 Unit2 Carbohydrates2.1roduction 引言一、碳水化合物的一般概念 表達式Cx(H2O)y多羥基醛或酮及其衍生物和縮合物。2. Classification 分類 ：按組成分類1) 單糖（Monosaccharides）：不能再被水解的多羥基醛、酮，是碳水化合物的基本糖和酮糖。低聚糖（寡糖 Oligosaccharides)：由 2-10 個單糖分子縮合而成，水解后生成單糖。多糖(Polysaccharides) ：由 10 個以上單糖分子縮合而成。根據組成多糖的單糖種類,又分為均多糖和雜多糖按功能組成分類。單糖又分為醛1）結構多糖2）多糖3）抗原

2、多糖二、食品原料中的碳水化合物天然食物中游離糖的含量很少；加工的食品中則較多。如何將植物源食物中的多糖和結構多糖轉化為可溶性多糖？目前可采取方法有：適時采收；采后處理；加工中添加水解酶等糖淀粉的轉化玉米在蔗糖轉化為淀粉前采摘，加熱破壞轉化酶系，玉米很甜成熟后采摘或未及時破壞酶系，玉米失去甜味，而且變硬變老水果成熟前采摘，后熟過程中酶促反應使淀粉轉變為糖，水果變軟，變熟，變甜三、食品中碳水化合物的作用碳水化合物與質量色澤與碳水化合物；口感與碳水化合物；質構與碳水化合物碳水化合物與食品的營養提供膳食熱量；促進腸道蠕動；具有功能2.2 Monosaccharide & Oligosaccharide

3、s一、單糖和低聚糖的結構及功能1、單糖（Monosaccharides）鏈式結構差向異構醛糖：C4 差向異構 C2 差向異構酮糖：C5 差向異構環狀結構端位異構糖分子中除了 C1 外，任何一個手性碳原子具有不同的構型稱為差向異構。如 D甘露糖是D葡萄糖的 C2 差向異構。 己糖構象構象：是由原子基團圍繞單糖旋轉一定位置而形成的。己糖可以形成呋喃型和吡喃型命名n-糖有n-2 個手性碳原子3 個碳原子：三糖， 1 個手性碳原子D-甘油醛糖，L-甘油醛糖4 個碳原子：四糖，2 個手性碳原子5 個碳原子；五糖，3 個手性碳原子 6 個碳原子：六糖，己糖，己醛糖L-糖：最高性C 原子上的-OH 在左邊兩

4、種L-糖，具有生物化學作用 L-半乳糖，L- 2、低聚糖（Oligosaccharides）一般由個糖基糖，較重要的低聚糖有蔗糖、麥芽糖、乳糖、飴糖、麥芽糊精和環狀糊精（沙丁格糊精）食品中重要的低聚糖；具有特殊功能的低聚糖； 環狀低聚糖#麥芽糖 Maltose1,4 糖苷配基#乳糖淀粉水解后得到的二糖具有潛在的游離醛基，是一種還原糖溫和的甜味劑Lactose -1,4D-半乳糖D-葡萄糖牛的還原性二糖發酵過程中轉化為乳酸在乳糖酶作用下水解 乳糖不耐癥#蔗糖 Sucrose非還原性二糖-葡萄糖和-果糖頭頭相連具有極大的吸濕性和溶解性冷凍保護劑三糖 麥芽三糖、甘露三糖、蔗果三糖聚合度為 410 的

5、低聚糖麥芽低聚糖、甘露低聚糖、低聚木糖&食品中單糖和低聚糖的功能甜味劑：蜂蜜和大多數果實的甜味主要取決于蔗糖、果糖、葡萄糖等含量（甜度：果糖蔗糖葡萄糖麥芽糖半乳糖）親水功能：糖分子中含有羥基，具有一定的親水能力、吸濕性或保濕性和防腐能力。賦予風味：褐變產物賦予食品特殊風味,如麥芽酚,異麥芽酚特殊功能：增加溶解性，如環狀糊精、麥芽糊精。穩定劑： 糊精做固體飲料的增稠劑和穩定劑。功能：功能性食品低熱、低脂、低膽固醇、低鹽、高低聚糖（寡糖）和短肽（寡肽）素具有特殊功能的低聚糖低聚果糖、乳果聚糖、低聚異麥芽糖、低聚木糖、低聚氨基葡萄糖#具有特殊功能的低聚糖低聚果糖分子式特點： G-F-Fn （Gluc

6、ose, Fructose）G-F (蔗)果糖轉移酶 G(葡) + G-F(蔗) +生理活性：G-F-F(蔗果三糖) + G-(蔗果四糖) + G-F(蔗果五糖)增殖雙歧桿菌 ；難水解，是一種低熱量糖 ；水溶性食物；抑制菌，腸道健康 ；防止齲齒低聚果糖存在于天然植物中 ：香蕉、蜂蜜、大蒜、西紅柿、洋蔥作為新型的食品甜味劑或功能性食品配料產酶微生物 ：米、#具有特殊功能的低聚糖低聚木糖兩步：提取木聚糖，木聚糖酶法水解絲狀真菌內切木聚糖酶水解得到低聚木糖 -1,4 木糖苷酶水解木二糖為木糖菌株篩選主要成分為木糖、木二糖、木三糖及木三糖以上的木聚糖木二糖含量，產品質量甜度為蔗糖的 40%特性：較高的

7、耐熱（100/1h）和耐酸性能（28）具有特殊功能的低聚糖甲殼低聚糖雙歧桿菌所需用量最小的增殖因子生理功能：降低肝臟和中的膽固醇代謝不依賴胰島素，適用抗齲齒患者提高機體的免疫功能增殖雙歧桿菌抗腫瘤作用，防治潰瘍病等#低聚木糖的生產#環狀低聚糖(Cyclodextrin)又名沙丁格糊精（Schardinger Dextrin）或環狀淀粉，由-葡萄糖通過 1,4-糖苷鍵首尾相連。聚合度為 6,7,8,分別稱為,環狀糊精。環狀糊精的結構特點高度對稱性 ；圓柱形-OH 在外側，C-H 和 O 在環內側 ；環的外側親水，中間空穴是疏水區域作為微膠囊壁材，包埋脂溶性物質 ；風味物、香精油、膽固醇環狀糊精為

8、中空圓柱形結構，可包埋與其大小相適的客體分子，起到穩定緩釋，提高溶解度，掩蓋異味的作用。環狀糊精工藝： 淀粉調漿液化轉化終止反應脫色,過濾離交法脫鹽真空濃縮噴霧干燥干粉環狀糊精的應用食品行業:做增稠劑,穩定劑, 提高溶解度（做保持食品香味的穩定劑）,掩蓋異味等等。固體果汁和固體飲料酒載體。食用香精和稠味劑用CD 包接，用于烤焙食品，速溶食品，速食食品，肉食及罐頭食品，可使之留香持久，風味穩定。如食用香精玫瑰油，茴香腦等易揮發，易氧化，用 CD 包接后香味的保持得到改善。如：蝦經 CD 的包接，提高對光和氧的穩定性。保持天然食用色素的穩定食品保鮮將 CD 和其它生物多糖制成保鮮劑涂于面包、糕點表

9、面可起保水保形作用除去食品的異味 魚品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻味，用 CD 包接可除去素的試劑,注射劑,青霉素-環糊精醫學：如用環狀糊精包接農業: 應用在上其它方面：香精包含在環狀糊精制成的粉末，而混合到熱塑性中，可制成各種加香。如tide（汰漬）洗衣粉留香，可經包接香精后添加到洗衣粉中。 3、糖苷（Glycosides）是由單糖或低聚糖的半縮醛羥基和另一個分子中的-OH、-NH2、-SH（巰基）等發生縮合反應而得的化合物。 組成：糖配基（非糖部分 ）類型 O-糖苷 S-糖苷 N-糖苷 糖苷功能特性黃酮糖苷：具有苦味和其它風味和顏色皂角苷：起泡劑和穩定劑(1) 糖苷的物理性質 無還原性，

10、無變旋光現象。毛地：強心劑甜菊苷：甜味劑純品糖苷一般是無色結晶，味苦。糖苷與其相應的配基相比，溶解性增加很多。因此，不同的糖苷是否被水解，對其食品的品質有很大的影響，如黃酮苷類。由于糖苷鍵多為型，易酸和酶水解(2) 糖苷的酸水解糖苷鍵的構型：型型 糖環上的取代基 課件 58糖基氧環的大小： 呋喃糖苷比吡喃糖苷快 10100 倍酶水解的位置均在糖苷的C-O 之間；酶對糖苷和配基均有一定的專一性；糖苷水解對食品質量的影響對味的影響： 苦味減輕，甜味增加對色的影響： 許多配體具有某種顏色，但不溶于水，水解后會對食品顏色產生影響對香氣的影響：糖苷的生物活性和毒性 生物活性 許多糖苷僅存在于植物中，一定

11、的生物活性。如：黃豆苷（大豆，葛根中含有）可以促進血液循環，提高腦血流量，對心銀杏中的有效成分：銀杏黃酮醇苷，擴張冠狀,改善血液循環。 糖苷的毒性疾病有顯著療效，治冠心病， 腦血栓。某些 糖苷在體內轉化為氫 酸，使。)在酶的作用下水解成 HCN苷(杏,木薯,)和亞麻苦苷(如： 有害糖苷多為生配糖體類，糖基多為葡萄糖、鼠李糖，必須充分煮熟后再充分洗滌為防止 化物有害糖苷主要存在于木薯、甜土豆、干果類、菜豆、利馬豆、小米、黍等作物中。食入過量的有害糖苷類，主要表現在阻斷細胞呼吸、造成胃與腸道不適癥、影響糖及鈣的轉運、高劑量使碘失活等。# O-糖苷糖在酸性條件下與醇發生反應，失去水后形成的產品。糖苷

12、的形成提高了配糖基的水溶性糖苷一般含有呋喃或吡喃糖環。在中性和堿性條件下一般是穩定的在酸性條件下能被水解可被糖苷酶水解食品中的許多風味成分是以 O糖苷存在，如芳香醇糖苷、脂肪醇糖苷、酚化苷( enolic glycosides, 黃酮醇及黃酮化合物與糖結合所產生的糖苷。）N-糖苷穩定性不如O-糖苷在水中容易水解,使溶液的顏色變深，黃色變為暗棕色，導致有些相當穩定 N-葡基酰胺、嘌呤、嘧啶lard 褐變S-糖苷是一類生例如肌苷、風味增效劑、鳥苷的 5 -單磷酸鹽糖苷，它們的降解會產生氫化物，性。二、單糖和低聚糖物理性質在食品中應用1、甜度山梨醇：食品工業中良好的保濕劑4、結晶性和抗結晶性乳糖結晶

13、特性：T93.5 -脫水乳糖結晶 玻璃狀T=93.5 -水化乳糖結晶 無定形干擾食品形狀，奶濃縮到 1/3 時冷卻出現造成乳制品砂口感定義 Definition:比甜度:以蔗糖（非還原糖）為基準物.一般以 10或15的蔗糖水溶液在 20時的甜度定為 1.0產生甜味的基團:-CH2OH-CH2OH-影響甜度的：分子量越大溶解度越小，則甜度也小構型（、型）；糖的不同不同糖的結晶特性乳糖結晶蔗結晶，晶體生成很大；T=20時 蔗糖溶液（10/15） 1.00（甜度）D-葡萄糖 D呋喃果糖0.70（比甜度）1.50（比甜度）葡萄結晶，晶體生成細小；果糖、轉化糖較難結晶；（甜度：果糖蔗糖葡萄糖麥芽糖半乳糖

14、）應用：硬糖的生產不能單獨使用蔗糖葡萄糖: 與溫度無關 1.5 倍:=1:1.7舊法：加酸，蔗糖新法：加入淀粉糖漿淀粉糖漿：G、低聚糖和糊精的混合物轉化糖0:=3:780:=7:3果 糖: 與溫度有關3 倍不含果糖，吸潮性低，保存性好；含糊精，增加糖果韌性、強度和黏性，不易碎裂；甜度低，溫和可口；與濃度有關濃度高，構型多2、溶解度（g/100gH2OT=60時，葡萄糖蔗糖；T60時，葡萄糖蔗糖，T=60時，反之； T蔗糖淀粉糖漿應用: 雪糕、冰淇淋等加淀粉糖漿替代部分蔗糖果葡糖漿的濃度717780果葡糖漿中果糖含量425590冰點降低小，節約電能；抗結晶性，冰粒細膩； 粘度，口感好；甜度，溫和

15、；果糖含量較高的果葡糖漿，其保存性能較好3、吸濕性和保濕性 概念吸濕性：糖在空氣濕度較高情況下吸收水分的性質保溫性：糖在空氣濕度較低條件下保持水分的性質 應用:果糖、轉化糖 葡萄糖,麥芽糖 蔗糖 硬糖生產: 蔗糖:葡萄糖 3:1，不翻砂不發烊（季節地區變化）7、粘 度調節食品稠度和可口性G 和 F 溶液-異頭物呋喃糖苷 吡喃糖苷-D 糖苷 -D 糖苷溫度提高，水解速度急劇加快。完全水解需要 3h，隨著水解不斷進行，質子均勻緩慢地出來，逐漸下降，慢慢酸化在豆制品中，形成三維網絡結構，細嫩的凝膠結2、烯醇化和異構化反應與堿的作用 在稀堿條件下，開環，生成差向異構體繼續烯醇化 2,3- 3,4-形成

16、己糖全部可能異構體果葡糖漿構在焙烤食品中作為膨松劑的一個組分緩慢的 H+與 CO32-結合，緩慢CO2與Ca2+Fe2+Zn2+結合，礦物質飲食補充劑5、還原反應F第一代第二代第三代G總固形物甜度71%77%雙鍵加氫稱為氫化。D-葡萄糖的羰基在一定壓力、催化劑鎳存在下加氫還原成羥基，得到D-葡萄糖醇（山梨醇）42%55%90%52%40%11.11.5-1.7山梨糖醇 保濕劑 ；甜度為蔗糖 50%；不被微生物利用；不依賴胰島素甘露糖醇 甜度為蔗糖的 65% ；應用于硬糖、軟糖和不含糖的巧克力中 ；保濕性小，作為糖果的包衣稀堿異構化異構化酶 異構化乳糖：一分子半乳糖，一分子果糖3、復合反應和脫水

17、反應與酸的作用單糖受酸和熱的作用，縮合失水生成低聚糖的反應稱為復合反應。木糖醇由半素制得的木糖氫化 ；甜度為蔗糖的70% ；在硬糖或膠姆糖中替代蔗糖防止齲齒，治療6、酯化與醚化反應酯化；注意安全性連接方式: 1,3-糖苷鍵, 1,6-糖苷鍵不是水解反應的逆反應。復合反應分子間脫水脫水反應分子內脫水糖中羥基與有機酸和無機酸作用生成酯天然多糖中存在醋酸酯、磷酸酯（薯淀粉）、硫酸酯（卡拉膠）等羧酸酯酸、熱條件下的反應在室溫下，稀酸對單糖的穩定性無影響當酸濃度大于 12%的濃鹽酸以及熱的作用下，單分子內脫水，生成糠醛及其衍生物。蔗糖酯是一種很好的劑卡拉膠中含有硫酸酯基（OSO3），和酸性飲料中帶正電荷

18、的蛋白質結合，是4、氧化反應 在不同氧化條件下，糖類被氧化成不同產物一種很好的、穩定劑醚化進一步改良功能性 如羧甲基淀粉強氧化劑： Br/H2O：酯濃硝酸：G 氧化酶：CO2 +H2O葡萄糖酸脫水內酯和內素鈉，羥丙基紅藻多糖 C3 與 C6 間形成內醚（3,6-脫水環）瓊脂膠、卡拉膠醛糖-二元酸葡萄糖醛酸2.3 Polysaccharides 多糖一，超過 10 個單糖的聚合物為多糖單糖的個數稱為聚合度（DP-Degree of Polymerization）水的結合功能：做增稠劑，膠凝劑，澄清劑等大多數多糖的 DP 為 200-3000素的DP 最大，達 7000-15000多糖的溶解性:多

19、羥基，氧原子，形成氫鍵結合水，不結冰，多糖分子溶劑化 不會顯著降低冰點，提供冷凍穩定性保護產品結構和質構，提供貯藏穩定性大多數多糖不結晶膠或與親水膠體多糖的作用膳食-植物多糖很高的持水力；對陽離子有結合交換能力；對有機化合物有吸附螫合作用；具有類似填充的容積；可改變腸道系統中的微生物群組成。 真菌多糖多糖溶液的黏度與穩定性高聚物溶液的黏度同分子的大小、形態及其在溶劑中的構象有關。增強免疫,降血脂,抗腫瘤,抗如香菇多糖，人參多糖，靈芝多糖和茶葉多糖等主要具有增稠和膠凝功能還控制流體食品與飲料的變半固體食品的變形性等0.25%0.5%性質與質構以及改碰撞時形成分子間鍵，分子間締合，重力作用下產生沉

20、淀和部分結晶淀粉老化線性分子，很高粘度 支鏈分子，粘度很低多糖溶液的黏度與穩定性 直鏈多糖凝膠三維網絡結構氫鍵、疏水相互作用、纏結或共價鍵網孔中液相凝膠特性二重性引力、離子橋連、 帶電的，粘度提高靜電斥力，鏈伸展，鏈長增加，占有體積增大海藻酸鈉、粘溶液 不帶電，傾向于締合、形成結晶膠及卡拉膠形成穩定高固體-液體粘彈性的半固體二，淀粉淀粉在植物細胞內以顆粒狀態存在，故稱淀粉粒酸水解形狀：圓形、橢圓形、多角形等。大小：酶水解淀粉酶 液化酶淀粉酶 糖化酶 葡萄糖淀粉酶 糖化酶0.001-0.15 毫米之間，谷物淀粉粒最小。晶體結構：薯淀粉粒最大，淀粉酶能否能1G淀粉酶能否否 2G麥芽糖極限糊精葡萄糖

21、淀粉酶能能能 1G葡萄糖用偏振光顯微鏡觀察及X-射線研究，能產生雙折射及X 衍射現象。直鏈淀粉：由 D-吡喃葡萄糖，1，4 糖苷鍵連接25%直鏈淀粉分子內的氫鍵作用成右手 螺旋狀，每個環含有 6個葡萄糖殘基支鏈淀粉：由 D-吡喃葡萄糖，-1，4 和-l，6糖苷鍵連接起來的帶分枝的復雜大分子1,41,6越過1,6？水解單元葡萄糖解支淀終產物麥芽糖異麥芽糖淀粉的水解糊精淀粉水解過程中所產生的分子量不等的多糖苷片斷。根據與I2 呈色不同，分為藍色糊精，紅色糊精，無色糊精淀粉的水解酶水解玉米淀粉-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶D-葡萄糖葡萄糖異構酶D-果糖玉米糖漿（果葡糖漿） 玉米糖漿：58%D-葡萄糖，42%

22、D-果糖支鏈淀粉：由 D-吡喃葡萄糖，-1，4 和-l，6糖苷鍵連接起來的帶分枝的復雜大分子支鏈淀粉分子排列分支是成簇和以雙螺旋形式存在形成許多小結晶區偏光黑側鏈的有序排列糖漿：55%D-果糖，軟飲料的甜味劑葡萄糖當量（DE）用來衡量淀粉轉化為D-葡萄糖的程度定義：還原糖（按葡萄糖計）在玉米糖漿中的百分比DE=100/DPDP：聚合度DE 反映還原性、水解程度的大小 DE20 的水解產品為麥芽糊精 DE=2060，玉米糖漿-淀粉：具有膠束結構的生淀粉稱為-淀粉。 -淀粉：指經糊化的淀粉直鏈與支鏈分子呈徑向有序排列結晶區和非結晶區交替排列淀粉理化性質 物理性質白色粉末在，熱水中融溶脹。純支鏈淀粉

23、能溶于冷水中，而直鏈淀粉不能，直鏈淀粉能溶于熱水。 化學性質結晶區，偏光，膠束，氫鍵淀粉的糊化：淀粉粒在適當溫度下，破壞結晶區弱的氫鍵，在水中溶脹，膠束則全部，形成均勻的糊狀溶液的過程被稱為糊化。 本質：微觀結構從有序轉變成無序，結晶區被破無還原性；遇碘呈藍色，加熱則藍色后呈藍色；水解（酶解 ，酸解）。，冷壞a 可逆吸水階段：水分進入淀粉粒的非晶質部分，體積略有膨脹，此時冷卻干燥，可以復原，雙折射現象不變。b 不可逆吸水階段：隨溫度升高，水分進入淀粉微晶間隙，不可逆大量吸水，結晶“溶解”。淀粉酶：使淀粉糊化加速。新米（淀粉酶酶活高）比淀粉的老化更易煮爛。-淀粉溶液經緩慢冷卻或淀粉凝膠經長期放置，會變為不透