第一章緒論一食品化學(xué)的定義與性質(zhì)食品化學(xué)(foodchemistry)是一門研究食品中的化學(xué)變化與食品質(zhì)量相關(guān)性的科學(xué)。

食品質(zhì)量包括食品的色、香、味、質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)、平安等幾個主要特征指標(biāo)，其中每一個指標(biāo)的優(yōu)劣都與食品中的化學(xué)成分和化學(xué)變化相關(guān)。該課程以食物中重要成分：水、碳水化合物、油脂、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、色素、酶等為主要線索，系統(tǒng)地討論各主要成分的化學(xué)特性、功能特性及各類反響對食品質(zhì)量的影響。二食品化學(xué)的開展食品科學(xué)源于遠(yuǎn)古，盛于當(dāng)今，食品科學(xué)的開展，促進(jìn)了“食品化學(xué)〞的開展，如今該門課程已成為一門相對獨(dú)立的學(xué)科。縱觀它的開展史，可分為四個階段。一天然動植物特征成分的別離與分析階段。二在“農(nóng)業(yè)化學(xué)〞開展的過程中不斷充實(shí)。三生物化學(xué)的開展推動食品化學(xué)的開展四關(guān)注人類自身營養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)食品的功能作用，食品化學(xué)將更系統(tǒng)，更深入的開展。三食品化學(xué)理論體系的特點(diǎn)“食品化學(xué)〞理論體系的核心就是探討在食品的生產(chǎn)、貯藏和加工過程中如何提高和保證食品的質(zhì)量。現(xiàn)代食品化學(xué)是以食物中的主要成分和重要成分為主線，以這些物質(zhì)在食品加工與貯藏條件下的理化特性和化學(xué)反響為根底，以食品質(zhì)量的變化為標(biāo)準(zhǔn)來建立理論體系的，是近百年來食品科學(xué)和其它相關(guān)科學(xué)研究的根本材料的歸納與分析。在對一類食品或一種食品成分的根本介紹，一般都著眼三個層面的問題：①明確食品的品質(zhì)特性。②分析影響食品質(zhì)量的化學(xué)成分和化學(xué)反響。③找出影響食品質(zhì)量的主要反響的控制條件。盡管在各章中討論更多的是第二個問題，但是第一、第三個問題貫穿始終。3.1食品的品質(zhì)特性食品的品質(zhì)特性通俗地說就食品的質(zhì)量問題，食品的質(zhì)量包括:色、香、味、質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)、平安等六個方面。不同的食品對其品質(zhì)特性有不同的要求，在此介紹一些根本的概念。〔1〕食品的平安性問題民以食為天，食以安為先。不管是什么食品，平安性〔safety〕是首要的。平安的食品嚴(yán)格地來說是指“食品在食用時完全無有害物質(zhì)和無微生物的污染〞。但是實(shí)踐上無法按照這一定義來執(zhí)行，主要原因是：第一，物質(zhì)的有害性不是絕對的，食品中有些物質(zhì)低劑量時無害，濃度超過一定值后才產(chǎn)生危害；第二，不同的人群對食品的敏感性不一樣，如不同的人對乙醇的反響就相差極大，同樣道理，有一些物質(zhì)只對某些人有害，而對另外一些人那么是平安；第三，有害食品對人的毒害作用有急性的和慢性的，有短時間內(nèi)可感覺到的和不易感覺到的正因為食品與人的作用關(guān)系如此復(fù)雜，因此，現(xiàn)代科學(xué)還很難一一甄別每一種有害的物質(zhì)那么，食品平安性的控制就必須實(shí)際一點(diǎn)。食品平安的可操作性定義是：“食品被食用后，在一定時間內(nèi)對人體不產(chǎn)生可觀察到的毒害〞不平安食品及食品成分主要在以下幾種情況下出現(xiàn)：第一，天然存在于食物中的有害物質(zhì)，如大豆中的有害物，牛奶中的有害物，蘑姑中的毒素；第二，食品生產(chǎn)與加工時有意或無意添加到食品中的有害物，如過量的添加劑，獸藥與農(nóng)藥殘留等；第三，食品在貯運(yùn)過程中產(chǎn)生的微生物毒素及不良化學(xué)反響形成的有害物質(zhì)。〔2〕食品的直觀性品質(zhì)特性質(zhì)構(gòu)(texture)：它包含了食品的質(zhì)地〔軟、脆、硬、綿〕、形狀〔大、小、粗、細(xì)〕、形態(tài)〔新鮮、衰竭、枯萎〕。不同的食品，其質(zhì)構(gòu)方面的要求差異很大，口香糖需要有韌性，餅干需要有脆性，肉制品需要軟嫩等。質(zhì)構(gòu)的化學(xué)本質(zhì)一般是食品中的大分子自身的作用，以及它們與金屬離子、水之間的相互作用。最常見的導(dǎo)致食品質(zhì)構(gòu)劣變的原因有：食物成分失去溶解性、失去持水力及各種引起硬化與軟化的反響。色〔color〕：是指食品中各類有色物質(zhì)賦予食品的外在特征，是消費(fèi)者評價食品新鮮與否，正常與否的重要的感官指標(biāo)。一種食品應(yīng)具有人們習(xí)慣接受的色澤，天然未加工食品應(yīng)呈現(xiàn)其新鮮狀態(tài)的色澤，加工食品應(yīng)呈現(xiàn)加工反響中正常生成的色素，如新鮮瘦豬肉應(yīng)為紅色，醬油應(yīng)為黑色。引起食品色澤變化的主要反響為褐變、褪色或產(chǎn)生其它不正常顏色。香〔aroma〕：多指食品中宜人的揮發(fā)性成分刺激人的嗅覺器官產(chǎn)生的效果，加工的食品一般具有特征香氣。味〔palate〕：俗稱味道，是指食品中非揮發(fā)性成分作用于人的味覺器官所產(chǎn)生的效果香氣和味道有時統(tǒng)稱“風(fēng)味〞〔flavor〕，其內(nèi)涵就是上述兩方面的內(nèi)容消費(fèi)者十分關(guān)注食品的直觀性品質(zhì)，只有品質(zhì)特性符合消費(fèi)心理的食品，才是好的食品。

〔3〕食品的非直觀性品質(zhì)特性消費(fèi)者難于知曉的食品的質(zhì)量特性稱為非直觀性品質(zhì)特性，如食品的營養(yǎng)和功能特性，即便是專家也不能直接看出產(chǎn)品該項指標(biāo)的優(yōu)劣學(xué)習(xí)食品化學(xué)的重點(diǎn)之一,就是要熟知在食品的貯藏與加工過程中常見的化學(xué)反響。盡管各類物質(zhì)之間的反響太多太多，但是的明顯影響食品質(zhì)量的反響還是不多，僅十余種反響類型，它們是：非酶促褐變、酶促褐變、脂類水解、脂類氧化、蛋白質(zhì)變性、蛋白質(zhì)交聯(lián)、蛋白質(zhì)水解、低聚糖和多糖的水解、多糖的合成、糖酵解和天然色素的降解。以上反響可分為食品主要成分的反響和食品活性成分的反響。3.2影響食品品質(zhì)特性的化學(xué)反響〔1〕食品主要成分的反響食品中的主要成分是指食品中的脂類、碳水化合物及蛋白質(zhì)三大類物質(zhì)

①從單一成分自身的反響來看，其反響的活性順序為：脂肪蛋白質(zhì)碳水化合物。脂肪與蛋白質(zhì)都能在常溫下反響，但脂肪的反響具有自身催化作用，因此食物主要成分中脂肪是最不穩(wěn)定的，很多食品通常是先由脂肪變化而導(dǎo)致食品變質(zhì)。碳水化合物一般條件下是比較穩(wěn)定的，它只有在加熱、酸或堿性較強(qiáng)的情況下才反響，但是決不能小看該類反響對食品質(zhì)量的影響，因為使用酸、堿和加熱是食品加工的常用手段。②食品主要成分之間存在各種反響。脂肪是通過氧化的中間產(chǎn)物與蛋白質(zhì)和碳水化合物反響；在加熱、酸或堿性條件下蛋白質(zhì)和碳水化合物互相反響。③反響體系中過氧化物與活性羰基化合物是參與反響的最主要的活性基團(tuán)。④色素、風(fēng)味物質(zhì)、維生素在各種反響中最易發(fā)生變化〔2〕食品活性成分的反響食品的活性成分主要指：食品中各種酶類，及催化活性高的一些離子

食品中只要以上物質(zhì)存在，就很容易發(fā)生各類反響。酶促褐變、脂類水解、脂類氧化、蛋白質(zhì)水解、低聚糖和多糖的水解、多糖的合成、糖酵解等都是與酶相關(guān)的反響。食品中一些高活性的離子一般在食物原料中較少，往往是在加工過程中由加工試劑和加工設(shè)備引入的，由于它們的存在，酶參與的反響和非酶反響都會加速，這也是食品加工中需要高度關(guān)注的反響。綜上所述，食品中常見的化學(xué)反響并不多，但是對于一種天然食品來說，常常有多種能夠相互反響的物質(zhì)同時存在，也同時會發(fā)生幾種類型的反響，因而就組成了一個十分復(fù)雜的反響體系。學(xué)習(xí)食品化學(xué)就是要學(xué)會甄別不同的反響，了解反響對食品質(zhì)量的影響，從中找出影響食品質(zhì)量的主要反響，并實(shí)施控制方案。3.3食品化學(xué)反響的控制條件任一種化學(xué)反響都有反響發(fā)生的條件，掌握了這些條件就能調(diào)控反響速度。食品貯藏與加工過程中主要關(guān)注以下幾個關(guān)鍵條件：溫度(T)、時間(t)、溫變率(dT/dt)、pH、產(chǎn)品的成分、氣相的成分和水分活度(Aw)。溫度，對食品加工和貯藏過程中可能發(fā)生的所有類型的反響都有影響。溫度對單個反響的影響可用Arrhenius關(guān)系式表示，k=Ae-E/RT，當(dāng)繪制logk一l/T圖時，符合Arrhenius關(guān)系式的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一條直線。在某個中間溫度范圍內(nèi)，反響一般符合Arrhenius關(guān)系式，但是在溫度過高或過低時，會偏離該關(guān)系式。因此，只有在經(jīng)過實(shí)驗測試的溫度范圍內(nèi)，才能將Arrhenius關(guān)系式應(yīng)用于食品體系。以下一些變化可以導(dǎo)致食品體系偏離Arrhenius關(guān)系式，其中的大多數(shù)是由溫度過高或過低引起的：①酶失去活性；②存在的競爭性反響使反響路線改變或受影響；③體系的物理狀態(tài)可能發(fā)生變化；④一個或幾個反響物可能短缺。時間，這里指參與反響的物質(zhì)其反響時間的先后、反響時間的長短，以及指反響時溫度隨時間變化的速度。其中的每一個參數(shù)都十分重要。如，脂類氧化和非酶促褐變都能引起某一種食品的變質(zhì)，而褐變反響的產(chǎn)物恰恰是抗氧化劑，如果褐變反響在氧化反響之前或同時發(fā)生，那么這兩個反響對食品質(zhì)量的影響就有所減少；又如，設(shè)計食品貯藏方案時，常常需要根據(jù)反響速度預(yù)測食品在某一質(zhì)量水平上食品能保存多久。因此，在一個指定的食品體系中各種化學(xué)反響發(fā)生的時間與程度，決定了產(chǎn)品的具體貯藏壽命；溫變率的控制，在多種食品反響體系中應(yīng)用，特別是在食品的殺菌工藝與速凍工藝中，可以說是決定產(chǎn)品質(zhì)量的第一因素。pH，影響食品中許多化學(xué)反響和酶催化反響的速度。如酸性條件可抑制碳水化合物與蛋白質(zhì)的褐變反響；蛋白質(zhì)對pH的變化很敏感，通過調(diào)節(jié)pH到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)可使蛋白質(zhì)沉淀，有利于別離與純化蛋白質(zhì)；用緩沖液調(diào)節(jié)反響體系的pH到酶最適宜的pH范圍，有利于發(fā)揮酶的作用。調(diào)節(jié)pH來加速和控制反響速度，提高加工食品的質(zhì)量，幾乎成為一種常規(guī)手段。從化學(xué)原理來講，調(diào)節(jié)反響體系的pH很容易，但對食品來說，有時也很難，當(dāng)參加的酸和堿要影響最終產(chǎn)品的pH時，pH太高和太低都不行，因為人的味覺對食品的pH也有一個最適范圍。食品組成，指食品中含有多少種物質(zhì)，各類物質(zhì)含量多少。這在天然食品中稱為組成，在加工食品中可看成是食品的配方。水分活度〔activityofwaterAw〕通俗地講是指食品中化學(xué)反響和微生物生長能夠利用的水的多少。許多報道指出，水分活度在酶反響、脂類氧化、非酶褐變、蔗糖水解、葉綠素降解、花色素降解和許多其他反響中是決定反響速度的重要因素探索一種食品加工工藝，以上的所有條件都是要確定的，但在實(shí)際工作中，要從方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性來平衡這些條件，在不同的反響中，各種條件的重要性是不一樣的，有的工藝可能僅僅是選擇不同的加工溫度，有的可能只是調(diào)整配方。因此，找出關(guān)鍵反響，確定關(guān)鍵的控制條件，是工藝設(shè)計的第一步。四食品化學(xué)的學(xué)習(xí)方法1要記住食品中主要化學(xué)成分的食用特點(diǎn)和根本化學(xué)特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、特征基團(tuán)、味感和呈味濃度、加工與貯藏條件下的典型反響等，這些都是本課程的根本知識元素，不了解這些，無法從事產(chǎn)品開發(fā)和科學(xué)研究。2學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)注意了解常見食品的特點(diǎn)，特別是它們的化學(xué)組成和突出的營養(yǎng)素，這是預(yù)測食品在貯藏和加工條件下可能發(fā)生的化學(xué)反響的根底，具備了這些知識有利于理解教學(xué)材料中的實(shí)例。4在學(xué)習(xí)過程中會遇到很多不明確的根底性問題，如一些典型的有機(jī)反響，一些普遍的生物學(xué)現(xiàn)象，要及時查閱相關(guān)的書籍把這些問題弄懂。5食品化學(xué)知識與日常生活密切相關(guān)，多與自己遇到的實(shí)際情況聯(lián)系，培養(yǎng)對本門課程的學(xué)習(xí)興趣。第二章水一水在食品中的作用水在人類生存的地球上普遍存在，它是食品中的重要組分，各種食品都有其特定的水分含量，并且因此才能顯示出它們各自的色、香、味、形等特征。

從物理化學(xué)方面來看，水在食品中起著分散蛋白質(zhì)和淀粉等成分的作用，使它們形成溶膠或溶液。

從食品化學(xué)方面考慮，水對食品的鮮度、硬度、流動性、呈味性、保藏性和加工等方面都具有重要的影響，水也是微生物繁殖的重要因素，影響著食品的可儲藏性和貨架壽命在食品加工過程中，水還能發(fā)揮膨潤、浸透等方面的作用。在許多法定的食品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，水分是一個重要的指標(biāo)。

天然食品中水分的含量范圍一般在50~92%食品中水的分類與特征分類特征典型食品中比例（%）結(jié)合水化合水食品非水成分的組成部分

0.03%單層水與非水成分的親水基團(tuán)強(qiáng)烈作用形成單分子層；水-離子以及水-偶極結(jié)合0.1~0.9%多層水在親水基團(tuán)外形成另外的分子層；水-水以及水-溶質(zhì)結(jié)合1~5%游離水自由流動水自由流動，性質(zhì)同稀的鹽溶液，水-水結(jié)合為主5%到96%滯化水和毛細(xì)管水容納于凝膠或基質(zhì)中，水不能流動，性質(zhì)同自由流動水5%到96%食品中水的性質(zhì)性質(zhì)結(jié)合水游離水一般描述存在于溶質(zhì)或其他非水組分附近的水。包括化合水、鄰近水及幾乎全部多層水位置上遠(yuǎn)離非水組分，以水-水氫鍵存在冰點(diǎn)（與純水比較）冰點(diǎn)大為降低，甚至在-40℃不結(jié)冰能結(jié)冰，冰點(diǎn)略微降低溶劑能力無大平均分子水平運(yùn)動大大降低甚至無變化很小蒸發(fā)焓（與純水比）增大基本無變化高水分食品中占總水分比例(%)<0.03~3約96%微生物利用性不能能二水分活度

食品中水分的含量與食品的腐敗變質(zhì)存在著一定的關(guān)系，濃縮或脫水就是通過降低水分含量，提高溶質(zhì)的含量來提高食品的保存性由于在含水食品中溶質(zhì)對水的束縛能力會影響水的汽化、凍結(jié)、酶反響和微生物的利用等，考慮到這一點(diǎn)，僅僅將水分含量作為食品中各種生物、化學(xué)反響對水的可利用性指標(biāo)不是十分恰當(dāng)?shù)模缥覀円呀?jīng)知道在相同的水分含量時，不同的食品的腐敗難易程度是不同的(結(jié)合程度)。二是水與食品中非水成分作用后處于不同的存在狀態(tài)，與非水成分結(jié)合牢固的水被微生物或化學(xué)反響利用程度降低。因此，目前一般采用水分活度〔aw〕表示水與食品成分之間的在較低的溫度下，利用食品的水分活度比利用水分含量更容易確定食品的穩(wěn)定性，所以目前它是食品質(zhì)量指標(biāo)中更有實(shí)際意義的重要指標(biāo)。食品中水分活度的表示為：式中：f、f0為食品中水的逸度、相同條件下純水的逸度；p、po為食品中水的分壓、在相同溫度下純水的蒸汽壓；ERH為食品的平衡相對濕度〔Equilibriumrelativehumidity〕。固定組成的食品體系其aw值還與溫度有關(guān)，克勞修斯-克拉貝龍〔Clausius-Clapeyron〕方程表達(dá)了aw與溫度之間的關(guān)系：式中T為絕對溫度，R是氣體常數(shù)，△H是在樣品的水分含量下等量凈吸附熱。還要指出的是，lnaw對T-1作圖得到的并非始終是一條直線，在冰點(diǎn)溫度出現(xiàn)斷點(diǎn)。在低于冰點(diǎn)溫度條件下，溫度對水活度的影響要比在冰點(diǎn)溫度以上大得多，所以對冷凍食品來講，水分活度的意義就不是太大，因為此時低溫下的化學(xué)反響、微生物繁殖等均很慢。低于冰點(diǎn)溫度aw應(yīng)按下式計算：pff是局部冷凍食品中水的分壓，p0(scw)是純的過冷水的蒸汽壓，pice是純冰的蒸汽壓。三水活度的測定

水活度的測定是食品保藏性能研究中經(jīng)常采用的一個方法，目前對食品水活度測定一般采用各種物理或化學(xué)方法。

常用的方法有：

〔1〕水分活度計測定利用經(jīng)過氯化鋇飽和溶液校正相對濕度傳感器，通過測定一定溫度下的樣品蒸氣壓的變化，可以確定樣品的水分活度；氯化鋇飽和溶液在20℃時的水分活度為0.9000。利用水分活度儀的測定是一個準(zhǔn)確、快速地測定，現(xiàn)在已有不同的水分活度儀，均可滿足不同使用者的需求；〔2〕恒定相對濕度平衡室法：置樣品于恒溫密閉的小容器中，用不同的飽和鹽溶液〔使溶液產(chǎn)生的ERH從大到小〕使容器內(nèi)樣品-環(huán)境到達(dá)水的吸附-脫附平衡，平衡后測定樣品的含水量。通常情況下，溫度是恒定在25℃，擴(kuò)散時間依據(jù)樣品性質(zhì)變化較大，樣品量約在1g；通過在密閉條件下樣品與系列水分活度不同的標(biāo)準(zhǔn)飽和鹽溶液之間的擴(kuò)散-吸附平衡，測定、比較樣品重量的變化來計算樣品的水分活度〔推測值樣品重量變化為零時的aw〕；測定時要求有較長的時間，使樣品與飽和鹽溶液之間到達(dá)擴(kuò)散平衡才可以得到較好的準(zhǔn)確數(shù)值。在沒有水分活度儀的情況下，這是一個很好的替代方法，缺乏之處是分析繁瑣，時間較長。至于不同鹽類飽和溶液的aw可以在理化手冊上查找，也可以參考下面所給出的局部常用飽和鹽溶液；〔3〕化學(xué)法利用化學(xué)法直接測定樣品的水分活度時，利用與水不相溶的有機(jī)溶劑〔一般采用高純度的苯〕萃取樣品中的水分，此時在苯中水的萃取量與樣品的水活度成正比；通過卡爾-費(fèi)休滴定法測定樣品萃取液中水含量，再通過與純水萃取液滴定結(jié)果比較后，可以計算出樣品中水分活度。四水的吸濕等溫線要想了解食品中水的存在狀態(tài)和對食品品質(zhì)等的影響行為，必須知道各種食品的含水量與其對應(yīng)aw的關(guān)系。在一定溫度條件下用來聯(lián)系食品的含水量〔用每單位干物質(zhì)中的水含量表示〕與其水活度的圖，稱為吸濕等溫線〔Moisturesorptionisotherms,MSI〕從這類圖形所得到的資料對于濃縮脫水過程是很有用的，因為水從體系中消除的難易程度與水活性有關(guān)，在評價食品的穩(wěn)定性時，確定用水分含量來抑制微生物的生長時，也必須知道水活度與水分含量之間的關(guān)系。因此了解食品中水分含量與水活度之間的關(guān)系是十分有價值的。低水分含量食品的吸濕等溫線高含水量食品吸濕等溫線

不同食品和生物物質(zhì)的吸著等溫線〔1為40℃,2-5為20℃〕1—蜜餞〔主要成分為蔗糖〕，2—噴霧枯燥菊苣提取物3—焙烤哥倫比亞咖啡，4—豬胰酶提取物，5—天然大米淀粉五水與食品保存性的關(guān)系1水分活度與食品保存性同一類的食品，由于其組成、新鮮度和其它因素的不同而使aw有差異，食品中的脂類自動氧化、非酶褐變、微生物生長、酶促反響等都與aw有很大的關(guān)系，即食品的穩(wěn)定性與水分活度有著密切的聯(lián)系。給出幾個典型的變化與水活度之間的關(guān)系。水分活度與食品穩(wěn)定性間的關(guān)系

水活度除影響化學(xué)反響和微生物的生長以外，還可以影響枯燥和半枯燥食品的質(zhì)地，所以欲保持餅干、油炸土豆片等食品的脆性，防止砂糖、奶粉、速溶咖啡等結(jié)塊，以及防止糖果、蜜餞等的粘結(jié)，均需要保持適當(dāng)?shù)乃疃?冰與食品穩(wěn)定性食品的低溫冷藏雖然可以提高一些食品的穩(wěn)定性，但是對一些食品冰的形成也可以帶來兩個不利的影響作用：

〔1〕水轉(zhuǎn)化為冰后，其體積會相應(yīng)增加9%，體積的膨脹就會產(chǎn)生局部壓力，使細(xì)胞狀食品受到機(jī)械性損傷，造成食品解凍后汁液的流失，或者使得細(xì)胞內(nèi)的酶與細(xì)胞外的底物產(chǎn)生接觸，導(dǎo)致不良反響的發(fā)生；〔2〕冰凍濃縮效應(yīng)，這是由于在所采用的商業(yè)保藏溫度下，食品中仍然存在非凍結(jié)相，在非凍結(jié)相中非水成分的濃度提高，最終引起食品體系的理化性質(zhì)等發(fā)生改變。在此條件下冷凍給食品體系化學(xué)反響帶來的影響有相反的兩方面：降低溫度，減慢了反響速度；溶質(zhì)濃度增加，加快了反響速度六含水食品的水分轉(zhuǎn)移食品在其儲、運(yùn)過程中，一些食品的水分含量、分布不是固定不變的，變化的結(jié)果無非有兩種：〔1〕水分在同一食品的不同部位或在不同食品之間發(fā)生位轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致了原來水分的分布狀況改變；〔2〕發(fā)生水分的相轉(zhuǎn)移，特別是氣相和液相水的互相轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致了食品含水量的降低或增加，這對食品的貯藏性及其他方面有著極大的影響根據(jù)熱力學(xué)有關(guān)定律，食品中水分的化學(xué)勢〔〕可以表示為：=(T,P)+RTlnaw如果食品的溫度〔T〕或水分活度〔aw〕不同，那么食品中水的化學(xué)勢就不同，水分就要依著化學(xué)勢降低的趨勢發(fā)生變化、運(yùn)動，即食品中的水分要發(fā)生轉(zhuǎn)移。從理論上講，水分的轉(zhuǎn)移必須進(jìn)行至各部位水的化學(xué)勢完全相等才能停止，即最后到達(dá)熱力學(xué)平衡。由于溫差引起的水分位轉(zhuǎn)移，水分將從高溫區(qū)域進(jìn)入低溫區(qū)域的食品，這個過程較為緩慢。而由于水分活度不同引起的水分位轉(zhuǎn)移，水分從aw高的區(qū)域向aw低的區(qū)域轉(zhuǎn)移。例如蛋糕與餅干這兩種水分活度不同的食品放在同一環(huán)境中，由于蛋糕的水分活度大于餅干的水分活度，所以蛋糕里的水分就逐漸轉(zhuǎn)移到餅干里，使得兩種食品的品質(zhì)都受到不同程度的影響。1水分的位轉(zhuǎn)移2水分的相轉(zhuǎn)移由于食品的含水量是指在一定溫度、濕度等環(huán)境條件下食品的平衡水分含量，所以如果環(huán)境條件發(fā)生變化，那么食品的水分含量也就發(fā)生變化〔1〕水分蒸發(fā)食品中的水分由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀喽⑹У默F(xiàn)象稱為食品的水分蒸發(fā)，它對食品質(zhì)量有重要的影響作用。利用水分的蒸發(fā)進(jìn)行食品的枯燥或濃縮，可得到低水分活度的枯燥食品或中等水分食品；但對新鮮的水果、蔬菜、肉禽、魚貝等來講，水分的蒸發(fā)那么對食品的品質(zhì)會發(fā)生不良的影響，例如會導(dǎo)致食品外觀的萎蔫皺縮，食品的新鮮度和脆度受到很大的影響，嚴(yán)重時會喪失其商品價值；同時，水分蒸發(fā)還會導(dǎo)致食品中水解酶的活力增強(qiáng)，高分子物質(zhì)發(fā)生降解，也會產(chǎn)生食品的品質(zhì)降低、貨架壽命縮短等問題。〔2〕水蒸氣的凝結(jié)空氣中的水蒸氣在食品的外表凝結(jié)成液體水的現(xiàn)象稱為水蒸氣凝結(jié)。一般來講，單位體積的空氣所能容納水蒸氣的最大數(shù)量隨著溫度的下降而減少，當(dāng)空氣的溫度下降一定數(shù)值時，就使得原來飽和的或不飽和的空氣變?yōu)檫^飽和的狀態(tài)，致使空氣中的一局部水蒸氣在物體上凝結(jié)成液態(tài)水。空氣中的水蒸氣與食品外表、食品包裝容器外表等接觸時，如果外表的溫度低于水蒸氣的飽和溫度，那么水蒸氣也有可能在外表上凝結(jié)成液態(tài)水在一般情況下，假設(shè)食品為親水性物質(zhì)，那么水蒸氣凝聚后鋪展開來并與之溶合，如糕點(diǎn)、糖果等就容易被凝結(jié)水潤濕，并可將其吸附；假設(shè)食品為憎水性物質(zhì)，那么水蒸氣凝聚后收縮為小水珠，如蛋的外表和水果外表的蠟質(zhì)層均為憎水性物質(zhì)，水蒸氣在其上面凝結(jié)時就不能擴(kuò)展而收縮為小水珠。可以說水不僅是食品中最普遍的組分，而且是決定食品品質(zhì)的關(guān)鍵成分之一。水也是食品腐敗變質(zhì)的主要影響因素，它決定了食品中許多化學(xué)反響、生物變化的進(jìn)行。但是水的性質(zhì)及在食品中的作用極其復(fù)雜，對水的研究還需深入的進(jìn)行。第三章碳水化合物

3.1單糖

3.2低聚糖

3.3食品多糖

3.4碳水化合物在食品加工貯存中的變化3.5食品多糖的深加工碳水化合物在食品中的作用

碳水化合物是食品的重要成分，它廣泛存在于綠色植物，占植物體干重的50～80％。1.碳水化合物是人和動物主要供能物質(zhì)，是構(gòu)成食品的主要成分；2.低分子糖類可作為甜味劑；3.大分子糖類物質(zhì)能形成凝膠、糊或作為增稠劑、穩(wěn)定劑。4.碳水化合物還是食品在加工過程中產(chǎn)生香味和色素的前體。3.l單糖

(Monosaccharides)

單糖是結(jié)構(gòu)最簡單的碳水化合物，分為醛糖和酮糖。單糖假設(shè)含有另一個羰基那么稱為二醛糖(二個醛基)或二酮糖(二個酮基)。糖的羥基被氫原子或氨基取代，可分別生成脫氧糖和氨基脫氧糖。除赤蘚糖(丁糖)外，單糖分子均以環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在。單糖溶解于水時，開鏈?zhǔn)脚c環(huán)狀半縮醛逐漸到達(dá)平衡狀態(tài)，于是溶液中有很少量的開鏈?zhǔn)絾翁谴嬖凇?.1.1單糖的構(gòu)象

吡喃糖具有兩種不同的構(gòu)象，椅式或船式。

許多己糖主要以相當(dāng)堅硬的椅式存在，如葡萄糖的四種椅式構(gòu)象，其中以β一D一葡萄糖(4C1)和α一D一葡萄糖(1C4)最為穩(wěn)定。以船式存在的己糖較少，因為船式結(jié)構(gòu)較易變形并且能量較高。還有其它形式，例如半椅式和扭曲排列，但這些形式都具有較高的能量，不常遇到。

一般來說，最穩(wěn)定的環(huán)狀構(gòu)象是所有的或大多數(shù)的龐大基團(tuán)處在平伏鍵的位置，而最小的環(huán)取代基(氫)是處在直立鍵的位置。

呋喃糖是一種比吡喃糖穩(wěn)定性差的環(huán)狀體系，它是以所謂的信封形式和扭轉(zhuǎn)形式的快速平衡混合物存在的。幾種D-醛糖的結(jié)構(gòu)式〔C6〕幾種D-酮糖的結(jié)構(gòu)式〔C6〕3.1.2單糖的物理性質(zhì)

1甜度甜味是糖的重要性質(zhì)，甜味的上下用甜度來表示。甜度目前還不能用一些理化方法定量測定，只能采用感官比較法，因此所獲得的數(shù)值只是一個相對值。甜度通常是以蔗糖為基準(zhǔn)物，一般以5%或10%的蔗糖水溶液在20℃時的甜度為1.0，其他糖在同一條件下與其相比較所得的數(shù)值，由于這種甜度是相對的，所以又稱為比甜度。一些單糖的比甜度糖類名稱比甜度糖類名稱比甜度蔗糖1.0β-D-果糖1.5α-D-葡萄糖0.7α-D-甘露糖0.6α-D-半乳糖0.3α-D-木糖0.5甜味是由物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)所決定的。糖都有甜味，絕大多數(shù)低聚糖也有甜味，多糖那么無甜味。糖甜度的上下與糖的分子結(jié)構(gòu)、分子量、分子存在狀態(tài)有關(guān)，也受到糖的溶解度、構(gòu)型及外界因素的影響，優(yōu)質(zhì)糖應(yīng)具備甜味純粹，甜度上下適當(dāng)，甜感反響快，無不良風(fēng)味等特點(diǎn)。2溶解度

單糖分子中的多個羥基增加了它的水溶性，但不能溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑。各種單糖的溶解度不同，果糖的溶解度最高，其次是葡萄糖。溫度對單糖的溶解過程和溶解速度具有決定性的影響。隨溫度升高，單糖的溶解度增大，兩種單糖的溶解度見表兩種單糖的溶解度糖類20℃30℃40℃50℃濃度溶解度濃度溶解度濃度溶解度濃度溶解度%g/100g水%g/100g水%g/100g水%g/100g水果糖葡萄糖78.94374.7881.54441.7084.34538.6386.94665.58

46.7187.6754.64120.4661.89162.3870.91243.76

糖的溶解度大小還與其水溶液的滲透壓密切相關(guān)，進(jìn)而影響對糖制食品的保存性。在糖制品中，糖濃度只有在70%以上才能抑制霉菌、酵母的生長。在20℃時，單獨(dú)的果糖、蔗糖、葡萄糖最高濃度分別為79%、66%、50%，故只有果糖在此溫度下具有較好的食品保存性，而單獨(dú)使用蔗糖、葡萄糖均達(dá)不到防腐、保質(zhì)的要求。3旋光性旋光性是一種物質(zhì)使直線偏振光的振動平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的特性。旋光方向以符號表示：右旋為D-或〔+〕，左旋為L-或〔－〕。旋光性是鑒定糖的一個重要指標(biāo)。除丙酮糖外，其余單糖分子結(jié)構(gòu)中均含有手性碳原子，故都具有旋光性。糖的比旋光度是指1ml含有1g糖的溶液在其透光層為0.1m時使偏振光旋轉(zhuǎn)的角度，通常用[α]λt表示。t為測定時的溫度，λ為測定時的波長，一般采用鈉光，用符號D表示。各種糖在20℃〔鈉光〕時的比旋光度值[α]D20糖類名稱比旋光度糖類名稱比旋光度D-葡萄糖+52.2°D-果糖-92.4°D-半乳糖+80.2°D-甘露糖+14.2°D-阿拉伯糖-105.0°D-木糖+18.8°L-阿拉伯糖+104.5°4吸濕性、保濕性與結(jié)晶性吸濕性是指糖在濕度較高的情況下吸收水分的性質(zhì)。保濕性是指糖在空氣濕度較低條件下保持水分的性質(zhì)。這兩種性質(zhì)對于保持食品的柔軟性、彈性、貯存及加工都有重要意義。各種糖的吸濕性不同，以果糖、果葡糖漿的吸濕性最強(qiáng)，葡萄糖、麥芽糖次之，蔗糖吸濕性最小。生產(chǎn)面包、糕點(diǎn)、軟糖等食品時，宜選用吸濕性強(qiáng)、保濕性強(qiáng)的果糖、果葡糖漿等，而生產(chǎn)硬糖、酥糖及酥性餅干時，以用蔗糖為宜。3.1.3單糖的化學(xué)性質(zhì)

一、堿的作用糖在堿性溶液中不穩(wěn)定，易發(fā)生異構(gòu)化和分解等反響。堿性溶液中糖的穩(wěn)定性受許多因素的影響，如糖的種類和結(jié)構(gòu)，堿的種類和濃度，作用時間和溫度等。1.烯醇化作用和異構(gòu)化作用用稀堿處理單糖，能形成某種差向異構(gòu)體的平衡體系，例如，用稀堿處理D一葡萄糖，就得到D一甘露糖和D一果糖三種物質(zhì)的平衡混合物。這種轉(zhuǎn)化是通過烯醇式中間體完成的。由于果糖的甜度超過葡萄糖的一倍，故可利用異構(gòu)化反響，以堿性物質(zhì)處理葡萄糖溶液或淀粉糖漿，使一局部葡萄糖轉(zhuǎn)變成果糖，提高其甜度。這種糖液稱為果葡糖漿。但是用稀堿進(jìn)行異構(gòu)化，轉(zhuǎn)化率較低，只有2l一27％，糖分約損失10～15％，同時還生成有色的副產(chǎn)物，影響顏色和風(fēng)味，精制也較困難，所以工業(yè)上未采用。1957年發(fā)現(xiàn)異構(gòu)酶能催化葡萄糖發(fā)生異構(gòu)化反響而轉(zhuǎn)變成果糖，這為工業(yè)生產(chǎn)果葡糖漿開辟了新途徑。2.糖精酸的生成堿的濃度增高、加熱或作用時間延長，糖便發(fā)生分子內(nèi)氧化復(fù)原反響與重排作用生成羧酸，此羧酸的總組成與原來糖的組成沒有差異，此酸稱為糖精酸類化合物。糖精酸有多種異構(gòu)體，因堿濃度不同，產(chǎn)生不同的糖精酸。

3.分解反響在濃堿作用下，糖發(fā)生分解反響，產(chǎn)生較小分子的糖、酸、醇和醛等化合物。此分解反響因有無氧氣或其它氧化劑的存在而不相同。己糖受堿的作用，發(fā)生連續(xù)烯醇化，生成l,2-、2,3-和3,4-烯二醇，這些烯二醇在氧化劑的存在下，于雙鍵處裂開，生成含有1,2,3,4和5個碳原子的分解物。

二、酸的作用1.強(qiáng)酸中的反響：

單糖在稀無機(jī)酸作用下發(fā)生糖苷水解逆反響生成糖苷，即分子間脫水反響，產(chǎn)物包括二糖和其它低聚糖，如葡萄糖主要生成異麥芽糖和龍膽二糖。這個反響是很復(fù)雜的，除要生成α一和β一1，6鍵二糖外，還有微量的其它二糖生成。

2.弱酸(有機(jī)酸)中的反響

糖受弱酸和熱的作用，易發(fā)生分子內(nèi)脫水反響，生成環(huán)狀結(jié)構(gòu)體，如戊糖生成糠醛，糖生成5一羥甲基糠醛。己酮糖較己醛糖更易發(fā)生這種反響。戊糖經(jīng)酸作用生成糠醛的反響如圖：戊糖經(jīng)酸作用脫掉三分子的水，生產(chǎn)糠醛的反響進(jìn)行得比較完全，同時產(chǎn)物也相當(dāng)穩(wěn)定。三、氧化反響糖是多羥基醛或酮，在不同氧化條件下，糖類可被氧化成各種不同的產(chǎn)物。1.在溴水中醛糖的醛基會被氧化成羧基而生成糖酸。糖酸加熱很容易失水而得到或γ一內(nèi)酯或δ—內(nèi)酯。葡萄糖酸與鈣離子形成葡萄糖酸鈣，葡萄糖酸鈣可作為口服鈣的飲食補(bǔ)充劑。酮糖與溴水不起作用，利用這個反響可以區(qū)別醛糖與酮糖。2.用濃硝酸這種強(qiáng)氧化劑與醛糖作用時，它的醛基和伯醇基都被氧化，生成具有相同碳數(shù)的二元酸，如半乳糖氧化后生成半乳糖二酸。半乳糖二酸不溶于酸性溶液，而其它己醛糖氧化后生成的二元酸都能溶于酸性溶液，利用這個反響可以區(qū)別半乳糖與其它己醛糖。

3.酮糖在強(qiáng)氧化劑作用下，在酮基處作裂解，生成草酸和酒石酸。4.葡萄糖在氧化酶作用下，可以保持醛基不被氧化，僅是第六碳原于上的伯醇基被氧化生成羧基而形成葡萄糖醛酸。生物體內(nèi)某些有毒物質(zhì)，可以和D一葡萄糖醛酸結(jié)合，隨尿排出體外，從而起到解毒作用。四、復(fù)原作用單糖類的羰基在一定條件下可被復(fù)原成羥基，常用的復(fù)原劑有鈉汞齊和硼氫化鈉(NaBH4)。如D一葡萄糖復(fù)原后可得到山梨醇，木糖經(jīng)復(fù)原可以得到木糖醇。山梨醇可用于制取抗壞血酸，亦可用于食品和糖果的保濕劑，木糖醇可以代替蔗糖作為糖尿病患者的療效食品。國外已廣泛用木糖醇制造糖果、果醬、軟飲料等食品，目前已有大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，是直接通過催加加氫而生產(chǎn)的。五美拉德反響美拉德反響〔Maillardreaction〕又稱羰氨反響，即指羰基與氨基經(jīng)縮合、聚合生成類黑色素的反響。許多食品在加工和貯藏中的褐變，就是從美拉德反響開始的。3.2低聚糖(Oligosaccharides)

低聚糖含義：單糖能形成糖苷，由2～10個單糖殘基以糖苷鍵結(jié)合而成的糖類稱為低聚糖。自然界存在的低聚糖其聚合度均不超過6個單糖殘基，其中食品中最重要的是雙糖類中的蔗糖、麥芽糖和乳糖。雙糖分為復(fù)原性和非復(fù)原性雙糖。二個單糖分子的半縮醛羥基之間形成糖苷鍵，結(jié)合成非復(fù)原性雙糖；一個單糖分子的半縮醛羥基與另一個單糖分子的醇羥基構(gòu)成糖苷鍵那么生成復(fù)原性雙糖。前者稱糖基苷，后者稱為糖基糖。

雙糖相對于它們的單體成分又可以分為均勻的和非均勻的。所謂均勻是指單糖體成分相同；當(dāng)單糖體成分不相同時那么稱為非均勻。從D一葡萄糖所得的均勻二糖有纖維二糖、麥芽糖、異麥芽糖、龍膽二糖和海藻糖；非均勻二糖有蔗糖、乳糖等。3.2.1結(jié)構(gòu)和命名

低聚糖通過糖苷鍵結(jié)合，即醛糖C1〔酮糖那么在C2〕上半縮醛的羥基〔-OH〕和其他單糖分子的羥基經(jīng)脫水，通過縮醛方式結(jié)合而成。糖苷鍵有α和β構(gòu)型之分，結(jié)合位置有1→2、1→3、1→4、1→6等。低聚糖的命名通常采用系統(tǒng)命名法。即用規(guī)定的符號D或L和α或β分別表示單糖殘基的構(gòu)型；用阿拉伯?dāng)?shù)字和箭頭〔→〕表示糖苷鍵連接碳原子的位置和方向，其全稱為某糖基〔X→Y〕某醛〔酮〕糖苷，X，Y分別代表糖苷鍵所連接的碳原子位置。如麥芽糖的系統(tǒng)名稱為α-D-吡喃葡萄糖基〔1→4〕-D-吡喃葡萄糖苷；蔗糖的系統(tǒng)名稱為α-D-吡喃葡萄糖基〔1→2〕-β-D-呋喃果糖苷；乳糖的系統(tǒng)名稱為β-D-吡喃半乳糖基〔1→4〕-D-吡喃葡萄糖苷。3.2.2結(jié)構(gòu)和構(gòu)象

低聚糖的糖殘基單位幾乎全部是己糖構(gòu)成的，除果糖為呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)外，葡萄糖、甘露糖和半乳糖等均是吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)。低聚糖也存在分支，一個單糖分子同二個糖殘基結(jié)合可形成三糖分子結(jié)構(gòu)，它主要存在于多糖類支鏈淀粉和糖原的結(jié)構(gòu)中。

低聚糖的構(gòu)象：主要靠氫鍵維持穩(wěn)定，纖維二糖、麥芽糖、蔗糖、乳糖的構(gòu)象如下：

3.2.3低聚糖的性質(zhì)1.水解低聚糖如同其它糖苷一樣易被酸水解，但對堿較穩(wěn)定。蔗糖水解叫做轉(zhuǎn)化，生成等摩爾的葡萄糖和果糖的混合物稱為轉(zhuǎn)化糖(invertsugar)。蔗糖的旋光度為正值，經(jīng)過水解后變成負(fù)值,因為水解產(chǎn)物葡萄糖的比旋光[α]D=+52.7?，而果糖的比旋光度[α]D=一92.4?，所以蔗糖水解物的比旋光度為一19.8?。從復(fù)原性雙糖水解引起的變旋光性可以知道異頭碳的構(gòu)型，因為α一異頭物比β—異頭物的旋光率大，β一糖苷裂解使旋光率增大，而α一糖苷裂解卻降低旋光率。麥芽糖α→2D－葡萄糖[α]D=+130°[α]D=52.7°纖維二糖〔β〕→2D－葡萄糖[α]D=+34.6°[α]D=+52.7°2.氧化復(fù)原性復(fù)原性低聚糖，由于其含有半縮醛羥基，因此，可以被氧化劑氧化生成糖酸，也可被復(fù)原劑復(fù)原成醇。而非復(fù)原性的低聚糖，如蔗糖、半乳糖，那么不具有氧化一復(fù)原性。

3.2.4人工合成的低聚糖

一、環(huán)狀糊精(cyclodextrin)概念：是一種人工合成的低聚糖，它又名沙丁格糊精(schardinger—dextrin)，是由D-葡萄糖殘基以α-1，4糖苷鍵連接而成的環(huán)狀低聚糖，聚合度有6,7,8三種，分別稱為α-，β-，γ-環(huán)狀糊精。

環(huán)狀糊精是軟化芽孢桿菌(Bacitlusmacerans)作用于淀粉所形成的產(chǎn)物，為白色粉末狀結(jié)晶，熔點(diǎn)300—350℃。上世紀(jì)70年代中期已開始出品生產(chǎn)，并得到廣泛應(yīng)用。Β-狀糊精是食品工業(yè)中應(yīng)用較多的一種。二、環(huán)狀糊精的結(jié)構(gòu)：如圖2．1所示，圓筒上部的廣口排列著12個C2，C3羥基，底部狹窄處有6個C6羥基。因而從整體上看環(huán)狀糊精是親水的，但是，由于環(huán)的內(nèi)側(cè)被C-H所覆蓋，與外側(cè)羥基相比有較強(qiáng)的疏水性。當(dāng)溶液中同存在親水和疏水物質(zhì)時，疏水物質(zhì)那么被環(huán)內(nèi)疏水基團(tuán)吸附而形成包含化合物。三、環(huán)狀糊精的作用3.4食品多糖(Polysaccharidesinfoods)2.3.1概述1.概念：糖基單位數(shù)在10個以上的屬于多糖，多糖的糖基單位數(shù)大多在100以上，甚至1000個左右。多糖可由一種糖基單位或由幾種糖基單位構(gòu)成，分別稱為同聚糖和雜聚糖。單糖分子相互間可連接成線性結(jié)構(gòu)(如纖維素和直鏈淀粉)或帶支鏈結(jié)構(gòu)(支鏈淀粉、糖原、瓜爾聚糖)，支鏈多糖的分支位置和支鏈長度因種類不同存在很大差異。多糖與單糖、低聚糖在性質(zhì)上有較大差異。它們一般不溶于水，無甜味，不具有復(fù)原性。它經(jīng)酸或酶水解時，可以分解為組成它的結(jié)構(gòu)單糖，中間產(chǎn)物是低聚糖。它被氧化劑和堿分解時，反響一般是復(fù)雜的，但不能生成其結(jié)構(gòu)單糖，而是生成各種衍生物和分解產(chǎn)物。多糖具有大量羥基，因而多糖具有較強(qiáng)的親水性，除了高度有序、具有結(jié)晶的多糖不溶于水外，大局部多糖不能結(jié)晶，易于水合和溶解。多糖〔親水膠體或膠〕主要具有增稠和膠凝的功能，此外還能控制流體食品與飲料的流動性質(zhì)與質(zhì)構(gòu)以及改變半流體食品的變形性等。一些多糖還能形成海綿狀的三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，這種具有粘彈性半固體凝膠具有多功能用途，它可作為增稠劑、泡沫穩(wěn)定劑、穩(wěn)定劑、脂肪代用品等。很多多糖具有某種特殊生理活性，如真菌多糖等。許多研究說明，存在于香菇、銀耳、金針菇、靈芝、云芝、豬苓、茯苓、冬蟲夏草、黑木耳、猴頭菇等大型食用或藥用真菌中的某些多糖組分，具有通過活化巨噬細(xì)胞來刺激抗體產(chǎn)生等而到達(dá)提高人體免疫能力的生理功能。這些多糖由于具備比從動物血液中提取的免疫球蛋白更大的適用性而日益受到人們的重視。此外，其中大局部還有很強(qiáng)烈的抗腫瘤活性，對癌細(xì)胞有很強(qiáng)的抑制力。一些多糖還具有抗衰老、促進(jìn)核酸與蛋白質(zhì)合成、降血糖和血脂、保肝、抗凝血等作用。因此，真菌多糖是一種很重要的功能性食品基料，某些已被作為臨床用藥。2.多糖的構(gòu)象：

多糖的鏈構(gòu)象是由單糖的結(jié)構(gòu)單位構(gòu)象、糖苷鍵的位置和類型來確定的。

伸展或拉伸螺條型構(gòu)象是1,4-連接的β-D-毗喃葡萄糖殘基的特征，例如纖維素，這是由于單糖殘基的鍵呈鋸齒形所引起的，而且鏈略微縮短或壓縮，這樣就會使鄰近殘基間形成氫鍵，以維持構(gòu)象的穩(wěn)定。

折疊螺條型構(gòu)象，例如果膠和海藻酸鹽，它們都以同樣的折疊鏈段存在。果膠鏈段是由l,4連接的α-D-吡喃半乳糖醛酸單位組成，海藻酸鹽鏈段由1,4-α-L-吡喃古洛糖醛酸單位構(gòu)成，此結(jié)構(gòu)因Ca2+保持穩(wěn)定構(gòu)象。3.多糖的作用〔1〕多糖廣泛且大量分布于自然界，是構(gòu)成動、植物體結(jié)構(gòu)骨架的物質(zhì)，如植物的纖維素、半纖維素和果膠，動物體內(nèi)的幾丁質(zhì)、粘多糖。〔2〕某些多糖還可作為生物的代謝貯備物質(zhì)而存在，像植物中的淀粉、糊精、菊糖，動物體內(nèi)的糖原。〔3〕多糖是水的結(jié)合物質(zhì)，例如瓊脂、果膠和海藻酸，以及粘多糖都能結(jié)合大量的水，可作為增稠劑或凝膠凝結(jié)劑。〔4〕多糖還可用作乳濁液和懸浮液的穩(wěn)定劑，用以制成膜或防止食品變質(zhì)的涂布層。

其凝膠機(jī)理如下：當(dāng)多糖分子溶于水時，由于多糖分子之間氫鍵的作用〔見圖2-2〕，須經(jīng)劇烈攪拌或加熱處理，破壞多糖分子間氫鍵，使多糖分子上的羥基能與水分子作用，形成水層，從而到達(dá)溶解或分散的目的。當(dāng)這種水合多糖分子在溶液中盤旋時，水層發(fā)生重新組合或被取代，結(jié)果多糖分子會形成環(huán)形、螺旋形甚至雙螺旋形；假設(shè)數(shù)個多糖分子鏈間局部形成氫鍵而成膠束(micelles)，假設(shè)許多多糖分子在不同地方生成膠束，那么成了包有水分的多糖三維構(gòu)造，稱為凝膠(gel)。多糖分子與水之間的這種作用，使其在食品加工中可作為增稠劑或凝膠凝結(jié)劑，如海藻酸鹽、淀粉、果膠瓜爾豆膠等便屬于這一類多糖。

多糖分子間的氫鍵結(jié)合3.4.2常見的食品多糖一、淀粉〔來源、組成、化學(xué)性質(zhì)〕淀粉作為儲存的碳水化合物，廣泛分布于各種植物器官，是許多食品的組成成分，也是人類營養(yǎng)最重要的碳水化合物來源。〔一〕來源：淀粉的生產(chǎn)原料來源于玉米、小麥、馬玲薯、甘薯等農(nóng)作物，此外，粟、稻和藕也常用作淀粉加工的原料。〔二〕組成和結(jié)構(gòu)：淀粉在植物組織中以獨(dú)立的淀粉顆粒存在，淀粉在加工中，如磨粉、別離純化及淀粉的化學(xué)修飾，皆能保持其完整；但淀粉糊化時被破壞。1.淀粉粒由二種葡聚糖組成，即直鏈淀粉和支鏈淀粉。大多數(shù)淀粉含20～39％的直鏈淀粉，新玉米品種含直鏈淀粉可達(dá)50-80％；普通淀粉粒含70-80％支鏈淀粉，而糯玉米或糯粟含支鏈淀粉近100％。此外，糯米、糯稻米和糯高梁等谷物中支鏈淀粉的含量也很高。2.淀粉顆粒內(nèi)有結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)之分。結(jié)晶區(qū)分子排列有序，無定形區(qū)分子呈無序排列。〔1〕直鏈淀粉的結(jié)構(gòu)

直鏈淀粉是由葡萄糖以α-1,4糖苷鍵縮合而成的，用不同方法測得的直鏈淀粉的虎子量為3.2×104～1.6×lO5，甚至更大，聚合度為100～6,000之間，一般為幾百。直鏈淀粉在水溶液中并不是線型分子，而是由分子內(nèi)的氫鍵作用使之卷曲成螺旋狀，每個環(huán)轉(zhuǎn)含有6個葡萄糖殘基(圖2.3)。〔2〕支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)支鏈淀粉也是由葡萄糖組成的，但葡萄糖的連接方式與直鏈淀粉有所不同，是“樹枝〞狀支叉結(jié)構(gòu)(如圖2.4)，支鏈淀粉具有A、B和C三種鏈，鏈的尾端具有一個非復(fù)原尾端基，A鏈?zhǔn)峭怄湥?jīng)由α-1,6鍵與B鏈連接，B鏈又經(jīng)由α-1,6鍵與C鏈連接，A鏈和B鏈的數(shù)目大致相等。C鏈?zhǔn)侵麈湥總€支鏈淀粉只有一個C鏈，C鏈的一端為非復(fù)原端基，另一端為復(fù)原端基，A鏈和B鏈只有非復(fù)原端基。每個分支平均含20～30個葡萄糖殘基，分支與分支之間相距一般有11～12個葡萄糖殘基，各分支卷曲成螺旋狀。支鏈淀粉分子是近似球形的大分子，聚合度約在l,000～3,000,000之間。〔三〕淀粉的化學(xué)性質(zhì)〔水解、糊化、老化〕1.淀粉的水解淀粉在無機(jī)酸或酶的作用下，會發(fā)生水解反響，分別稱之為酸水解法和酶水解法。〔1〕酸水解法以無機(jī)酸為催化劑水解淀粉，因水解程度不同，其產(chǎn)物也有所不同。直鏈淀粉:紫色糊精(30個葡萄糖殘基片斷)、紅色糊精(20個葡萄糖殘基片斷)、無色糊精(6個葡萄糖殘基)、麥芽糖、葡萄糖。不同來源的淀粉對酸水解的難易有差異，馬鈴薯淀粉較玉米、麥、高梁等谷類淀粉易水解，大米淀粉較難水解。支鏈淀粉較直鏈淀粉易水解，α-l,4糖苷鍵水解速度較β-l,6糖苷鍵快另外，酸水解反響還與溫度、濃度和無機(jī)酸種類有關(guān)，一般鹽酸和硫酸催化效能較高。〔2〕酶水解法：酶水解在工業(yè)上稱為酶糖化。酶糖化經(jīng)過糊化、液化和糖化三道工序。淀粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu)抗酶作用力強(qiáng)，因此，淀粉酶不能直接作用于淀粉，需事先加熱淀粉乳，破壞其晶體結(jié)構(gòu)使其糊化。淀粉水解應(yīng)用的淀粉酶主要為:α淀粉酶(液化酶)、β-淀粉酶(轉(zhuǎn)化酶)和葡萄糖淀粉酶。α-淀粉酶水解淀粉是從分子內(nèi)部進(jìn)行的，水解中間位置的α-1,4糖苷鍵，先后次序沒有一定的規(guī)律，這種由分子內(nèi)部進(jìn)行水解的酶稱為“內(nèi)酶〞，生成產(chǎn)物的復(fù)原尾端葡萄糖單位為α-構(gòu)型，故稱α-淀粉酶，α-淀粉酶不能水解α-1,6糖苷鍵，但能越過此鍵繼續(xù)水解；α-淀粉酶不能水解麥芽糖分子中的α-1,4糖苷鍵。β-淀粉酶能水解α-1,4葡萄糖苷鍵，不能水解α-1,6糖苷鍵，也不能越過它繼續(xù)水解，水解從淀粉分子的復(fù)原尾端開始，不能從分子內(nèi)部進(jìn)行。因此屬于外酶，水解最后產(chǎn)物是β-麥芽糖和β-極限糊精。葡萄糖淀粉酶，由非復(fù)原尾端水解α-1,4、α-l,6和α-l,3糖苷鍵,別離出來的葡萄糖構(gòu)型發(fā)生轉(zhuǎn)變，最后產(chǎn)物全部為β-葡萄糖。葡萄糖淀粉酶屬于外酶，專一性差。2淀粉的糊化〔1〕淀粉的糊化定義：未受損傷的淀粉顆粒不溶于冷水，但能可逆地吸收水和輕微地溶脹，但隨著溫度升高，淀粉分子振動劇烈，造成氫鍵斷裂，斷裂的氫鍵與較多的水分子結(jié)合。由于水分子的穿透以及更多的與更長的淀粉鏈段的別離，增加了結(jié)構(gòu)的無序性和減少了結(jié)晶區(qū)域的數(shù)目和大小，溶液呈糊狀。〔2〕糊化溫度：淀粉粒溶脹、內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞的溫度范圍，稱為糊化溫度。糊化通常發(fā)生在一個狹窄的溫度范圍，較大的顆粒先糊化，較小的顆粒后糊化。〔3〕糊化程度的監(jiān)測：通常用偏振光顯微鏡測定淀粉粒懸浮液中完全糊化的淀粉粒數(shù)量來表示；淀粉糊化程度與溫度的關(guān)系是用旋轉(zhuǎn)粘度計連續(xù)觀察。〔4〕影響淀粉的糊化的因素：糊化程度不僅取決于溫度，還取決于共存的其它組分的種類和數(shù)量，如糖、蛋白質(zhì)、脂類、有機(jī)酸以及水等物質(zhì)。1溫度：溫度越高，糊化程度越大。2水分活度：水分活度低，糊化將不能發(fā)生或糊化程度非常有限，因為與水能強(qiáng)烈結(jié)合的食品成分和淀粉競爭與水的結(jié)合而推遲了淀粉的糊化。3高濃度糖降低了淀粉糊化的程度；脂類如甘油三酯等，能與直鏈淀粉形成復(fù)合物，推遲顆粒的溶脹。4酸、鹽對淀粉腫脹或糊化影響很小，但在低PH值時，淀粉水解，產(chǎn)生了非增稠性糊精而變稀，故糊化使用交聯(lián)淀粉。5直鏈淀粉與支鏈淀粉的含量也影響糊化溫度。直鏈淀粉在冷水中不易溶解和分散，在淀粉粒完全溶脹時，直鏈淀粉才從淀粉粒中滲出分散在溶液中，形成粘稠的懸浮液，直鏈淀粉含量越高，淀粉越難以糊化，糊化溫度越高；相反，一些淀粉僅含有支鏈淀粉，這些淀粉一般產(chǎn)生清糊，并不會有老化現(xiàn)象，淀粉糊相當(dāng)穩(wěn)定。3淀粉老化1)定義：淀粉老化通常是表示淀粉由增溶或分散態(tài)向不溶的微晶態(tài)的不可逆轉(zhuǎn)變，即大多是直鏈淀粉分子的重新定位。2〕淀粉老化過程：糊化后的淀粉分子在低溫下又自動排列成序，相鄰分子間的氫鍵又逐步恢復(fù)形成致密、高度晶化的淀粉分子微末。3〕影響淀粉老化的因素：低溫(特別在0℃附近)、中性PH、高濃度淀粉和無外表活性劑存在的情況下，老化趨勢增強(qiáng)。老化程度還取決于淀粉分子的分子量(鏈長或聚合度)和淀粉的來源，不同淀粉老化趨勢按以下順序增強(qiáng)，即馬鈴薯<玉米<小麥。4淀粉在食品加工中的作用3.5膳食纖維膳食纖維〔dietaryfibre，DF〕是指不被人體消化吸收的多糖類碳水化合物和木質(zhì)素，并且通常將膳食中那些不被消化吸收的、含量較少的成分，如糖蛋白、角質(zhì)、蠟和多酚酯等，也包括于膳食纖維范圍內(nèi)。膳食纖維的化學(xué)組成包括三大局部：〔1〕纖維狀碳水化合物——纖維素。〔2〕基料碳水化合物——果膠、果膠類化合物和半纖維素等〔3〕填充類化合物——木質(zhì)素從具體組成成分上來看，膳食纖維包括阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、半乳聚糖醛酸、阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、糖蛋白、纖維素和木質(zhì)素等。其中局部成分能夠溶解于水中，稱為水溶性膳食纖維，其余的稱為不溶性膳食纖維。各種不同來源的膳食纖維制品，其化學(xué)成分的組成與含量各不相同。膳食纖維的物化特性:

①很高的持水力DF的化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有許多親水基團(tuán)，具有良好的持水性。其持水能力為DF自身質(zhì)量的數(shù)倍，甚至數(shù)十倍。DF“持水〞的物理特性，使其具有吸水功能與預(yù)防腸道疾病的作用，而且水溶性DF持水性高于水不溶性DF持水性②對陽離子有結(jié)合和交換能力③對有機(jī)化合物有吸附螯合作用④具有類似填充劑的容積⑤可改善腸道系統(tǒng)中的微生物群組成膳食纖維的生理功能：

①預(yù)防結(jié)腸癌與便秘；②降低血清膽固醇，預(yù)防由冠狀動脈硬化引起的心臟病；③改善末梢神經(jīng)對胰島素的感受性，調(diào)節(jié)糖尿病人的血糖水平；④改變食物消化過程，增加飽腹感；⑤預(yù)防肥胖癥、膽結(jié)石和減少乳腺癌的發(fā)生率等膳食纖維的平安性：DF雖然與人體健康密切相關(guān)，但并非是越多越好。DF如果攝入太多，不僅會引起一些身體不適，而且還會影響人體對脂肪、蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽和某些微量元素的吸收等。這些營養(yǎng)素的攝入量缺乏會造成骨骸、心臟、血液等臟器功能的損害，降低人體免疫抗病能力等營養(yǎng)不良癥。3.5.1纖維素構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分，是葡萄糖聚合物，由β—1，4糖苷鍵連接，人類及大多數(shù)動物利用它的能力很低。不溶于水，但能吸水。2纖維素的利用：菌類、軟體動物含有纖維素分解酶，可將其分解成低聚糖和葡萄糖；哺乳動物無此酶，僅由消化道內(nèi)細(xì)菌的作用來分解消化，利用率低；食草動物對它的利用率為25％，食肉動物約為5％，人類那么在5％以下。3纖維素的生理作用纖維素雖消化吸收率低，無過多營養(yǎng)價值，但卻會產(chǎn)生有益的作用。1〕促進(jìn)胃腸蠕動，使物質(zhì)易于通過消化系統(tǒng)，提高了腸的運(yùn)動速度，因此能防止便秘；2〕能較快地將不吸收的代謝產(chǎn)物排出體外，縮短脂肪停留時間。3〕纖維素與膽汁酸相結(jié)合后減少了膽汁酸的再吸收，從而能降低血中膽固醇含量，另據(jù)推測，它能阻滯動脈粥樣硬化。4〕是很好的減肥食品。

3.5.2果膠

果膠物質(zhì)是植物細(xì)胞壁成分之一，存在于相鄰細(xì)胞壁間的中膠層中，具有粘著細(xì)胞的作用。果膠物質(zhì)廣泛存在于植物中，尤其是在果實(shí)蔬菜中含量較多：在果實(shí)中以山楂(紅果)含量較多，約為6.6％，蘋果含量為1.0～1.8％，柑桔含量為0.7～1.5％，桃子含量為0.56～1.25％，梨含量為0.5～1.4％，杏含量為0.5～1.2％。在蔬菜中以南瓜含量較多約為7～17％，胡蘿卜含量為8～10％，洋白菜含量為5～7.5％，熟西紅柿含量為2—2.9％。〔一〕果膠物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與分類

1果膠的結(jié)構(gòu)：果膠物質(zhì)的根本結(jié)構(gòu)是D-吡喃半乳糖醛酸，以α-1,4糖苷鍵結(jié)合成聚半乳糖醛酸；半乳糖醛酸中局部羧基被甲醇酯化，剩余局部被鈉、鉀或銨離子全部中和。因此，果膠是不同程度酯化的α-半乳糖醛酸以1,4-糖苷鍵形成的聚合物。果膠分子的根本結(jié)構(gòu)如下：2果膠的分類酯化度：天然果膠甲酯化程度變動幅度較大，酯化的半乳糖醛酸基對總的半乳糖醛酸基的比值稱為酯化度。從天然原料提取的果膠最高酯化度為75％，在各種果膠產(chǎn)品加工過程中，控制酯化度為20~70％。根據(jù)果蔬成熟過程，果膠物質(zhì)一般有三種形態(tài)：①原果膠與纖維素和半纖維素結(jié)合一起的甲酯化聚半乳糖醛酸苷鏈，只存在于細(xì)胞壁中，不溶于水，水解后生成果膠。在未成熟果蔬組織中與纖維、半纖維素粘結(jié)在一起形成較牢固的細(xì)胞壁，使整個組織變得比較堅硬。②果膠果膠是羧基不同程度甲酯化和中和的聚半乳糖醛酸苷鏈，存在于植物細(xì)胞汁液中。在成熟果蔬的細(xì)胞液內(nèi)含量較多。

③果膠酸果膠酸是完全未甲酯化的聚半乳糖醛酸苷鏈；在細(xì)胞汁中與Ca2+、Mg2+、K+、Na+等擴(kuò)等礦物質(zhì)形成不溶于水或稍溶于水的果膠酸鹽。當(dāng)果蔬變成軟瘍狀態(tài)時，含量較多。〔二〕果膠物質(zhì)的特性1水解和脫羧反響：果膠物質(zhì)在酸性或堿性條件下，能發(fā)生水解，可使酯基水解和糖苷鍵裂解；在高溫強(qiáng)酸條件下，糖醛酸殘基發(fā)生脫羧作用。2溶解度的變化：果膠及果膠酸在水中的溶解度隨聚合度增加而減小，在一定程度上還隨酯化程度增加而加大。果膠酸的溶解度較小(<1％)，但其衍生物如甲醇酯和乙醇酯溶解度較大。3膠凝能力：果膠溶液是高粘度溶液，粘度與鏈長成正比；果膠在一定條件下，具有膠凝能力。(三)果膠物質(zhì)凝膠的形成1果膠物質(zhì)凝膠形成的條件與機(jī)理條件：當(dāng)果膠水溶液含糖量在60～65％，pH在2.0~3.5，果膠含量為0.3～0.7％時，果膠溶膠形成凝膠。機(jī)理：1在膠凝過程中，溶液中過量的水不利于果膠形成凝膠，因此在果膠溶液中添加糖類脫水，使膠粒外表吸附水減少，膠粒與膠粒易于結(jié)合而為鏈狀膠束；2高度失水能加快膠束的凝聚、相互交織，無定向地組成一種連接松弛的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；3在網(wǎng)絡(luò)交界處形成空隙，由于氫鍵、分子間引力的作用，緊緊吸附著糖-水的分子。果膠的膠束失水后形成結(jié)晶而沉淀，形成一種具有一定強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)類似海綿的凝膠體。4在果膠-糖溶液分散體系內(nèi)添加-定數(shù)量的酸(酸產(chǎn)生的氫離子能中和果膠所帶的負(fù)電荷)，當(dāng)PH到達(dá)一定值時，果膠近電中性，于是其溶解度降至最小。故加酸必能加速果膠膠束結(jié)晶、沉淀和凝聚，有利于形成凝膠。2影響凝膠強(qiáng)度的因素〔1〕果膠分子量與凝膠強(qiáng)度的關(guān)系二者成正比關(guān)系，因為在果膠溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z時是每6～8個半乳糖醛酸單位形成一個結(jié)晶中心，所以隨著分子量的增大，凝膠強(qiáng)度也隨之增大。(2)酯化程度與凝膠強(qiáng)度的關(guān)系果膠凝膠的強(qiáng)度隨酯化程度增大而增高，因為凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成時的結(jié)晶中心位于酯基團(tuán)之間，另外果膠的酯化程度也影響膠凝速度，果膠的膠凝速度隨酯化度減小而減慢。一般規(guī)定甲氧基含量大于7％者為高甲氧基果膠，小于或等于7％者為低甲氧基果膠。依甲酯化程度不等，可將果膠分為以下四類：〔i〕全甲酯化聚半乳糖醛酸100％甲酯化時，只要有脫水劑(如糖)存在即可形成凝膠。(ii)速凝果膠甲酯化程度在70％(相當(dāng)于甲氧基含量11．4％)以上時，加糖、加酸(PH3.0～3.4)斥可在較高溫度下形成凝膠(稍涼即凝)。這類果膠的分子量大小對凝膠性質(zhì)的影響更為突出，對于所謂“蜜餞型〞果醬食品，可防止果塊在醬體中浮起或沉淀。(iii)慢凝果膠

甲酯化程度在50～70％之間(相當(dāng)于甲氧基含量8.2～11.4％)時，加糖，加酸(PH2.8—3.2)后，在較低的溫度下凝聚(凝凍較慢)，所需酸量也因果膠分子中游離羧基增多而增大。慢凝果膠用于柔軟果凍、果醬、點(diǎn)心等生產(chǎn)中，在汁液類食品中可用作增稠劑、乳化劑。

(Ⅳ)低甲氧基果膠

甲酯化程度不到50％(相當(dāng)于甲氧基含量≤7％)時，即使加糖、加酸的比例恰當(dāng)也難形成凝膠，但其羧基與多價離子(常用Ca2+、A13+)起作用可形成凝膠，多價離子能加強(qiáng)果膠分子的交聯(lián)作用。這類果膠的膠凝能力受酯化度的影響大于分子量的影響。低甲基果膠在療效食品制造中有其特殊用途。(3)PH值的影響一定PH值有助于果膠一糖凝膠體的形成，不同類型的果膠形成凝膠有不同的PH范圍，低甲氧基果膠(LMP)對PH變化的敏感性差于標(biāo)準(zhǔn)的果膠凝膠，低甲氧基果膠凝膠能在2.5～6.5的PH范圍內(nèi)形成，而正常果膠那么限于2.7～3.5的PH范圍，不適當(dāng)?shù)腜H值不但無助于凝膠的形成，反而會導(dǎo)致果膠水解和糖分解，尤其是高甲氧基果膠。當(dāng)果膠處于高PH(堿性)條件下，即使在室溫下，果膠分子中酯鍵局部也會發(fā)生水解，使凝膠強(qiáng)度降低。

(4)糖濃度的影響低甲氧基果膠凝膠不需要糖，但參加10～20％蔗糖所得到的凝膠具有較好的質(zhì)構(gòu)。如果不參加糖或某種增稠劑，那么低甲氧基果膠凝膠是脆性的，其彈性比正常果膠差。(5)溫度的影響當(dāng)脫水劑(糖)的含量和PH值適當(dāng)時，在0—50℃范圍內(nèi)，溫度對果膠凝膠影響不大，但溫度過高或加熱時間長，果膠將發(fā)生降解，蔗糖也發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而影響果膠強(qiáng)度。3.5.3其它多糖〔一〕阿拉伯樹膠：阿拉伯樹膠是金合歡屬植物阿拉伯樹(Acaciasenegal)樹皮的滲出液，由D-半乳糖、D一葡萄糖醛酸、L-鼠李糖和L-阿拉伯糖組成的多糖大分子，樹膠主鏈由β-D-吡喃半乳糖殘基以l→3鍵連接構(gòu)成，局部殘基的C-6位置連有側(cè)鏈，阿拉伯樹膠以中性或弱酸性鹽形式存在，組成鹽類的陽離子是Ca2+，Mg2+和K+，樹膠易溶于水，濃度可到達(dá)50％。阿拉伯樹膠溶液只有在高濃度時粘度才開始急劇增大，這與其它許多多糖的性質(zhì)不相同。阿拉伯樹膠用作食品乳化劑和穩(wěn)定劑，能阻止糖果中的糖結(jié)晶和脂肪別離以及冰淇淋中產(chǎn)生冰晶，還可用作飲料的泡沫穩(wěn)定劑，穩(wěn)定固體飲料的香味。在香精油中添加阿拉伯樹膠可使其乳化，經(jīng)噴霧枯燥后，便可在油滴外表形成一層阿拉伯樹膠薄膜，防止油脂氧化以及其它化學(xué)變化的發(fā)生。〔二〕瓜爾豆膠：瓜爾豆膠是豆科植物瓜爾豆(Cyarnopsistetragonoloious)種子所含的多糖，原產(chǎn)于印度、我國云南、巴基斯坦和美國。瓜爾豆膠是由β-D-吡喃甘露糖殘基以1→4鍵連接成主鏈構(gòu)成的多糖，每間隔一個殘基有一個側(cè)鏈，D-吡喃半乳糖殘基以α(1→6)鍵與主鏈連接。這種種子膠的溶液非常粘稠，其粘度大小取決于剪切速率。瓜爾豆膠用作食品飲料的增稠劑和穩(wěn)定劑，添加量一般為0.3％左右，此外，還廣泛用于造紙、化裝和制藥工業(yè)。〔三〕卡拉膠(carrageenans)：卡拉膠是紅海藻所含的一類多糖又稱鹿角藻膠。紅海藻產(chǎn)生二種半乳聚糖：一種是由D-半乳糖和3,6-脫水-L-半乳糖殘基構(gòu)成的瓊脂多糖；另一種那么是由D-半乳糖和3,6-脫水-D-半乳糖構(gòu)成酡鹿角海藻膠。局部糖殘基的C-2,C-4和C-6羥基形成硫酸酯或2,6-二硫酸酯，半乳糖殘基以1→3和l→4鍵交替地連接。卡拉膠是各種多糖的復(fù)雜混合物，用鉀離子可將其分段沉淀別離成6個局部，兩個主要局部是κ(膠凝和K+不溶局部)和λ(不膠凝和K+不溶的局部)。

〔四〕海藻酸鹽：海藻酸鹽存在于褐藻(Phaeophycene)細(xì)胞壁內(nèi)，從海藻類植物中用堿提取海藻膠，再加酸或鈣鹽使之以海藻酸或海藻酸鈣的形式沉淀。海藻酸鹽的結(jié)構(gòu)單元是由1→4鍵連接的β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸組成。在有多價陽離子如Ca2+存在時粘度增大，因此，通過Ca2+的添加量可以調(diào)節(jié)海藻酸溶液的粘度；海藻酸鈉溶液中添加Ca2+或酸可形成凝膠、纖維或膜。欲形成均勻的凝膠，必須緩慢地進(jìn)行這種反響，一般是用海藻酸鈉、磷酸鈣和δ-葡萄糖酸內(nèi)酯的混合物或海藻酸鈉和硫酸鈣的混合物制備成凝膠。海藻酸鹽是一種很好的增稠劑、穩(wěn)定劑和膠凝劑，用于改善和穩(wěn)定焙烤食品(蛋糕、餡餅)、餡、色拉調(diào)味汁、牛奶巧克力的質(zhì)地以及防止冰淇淋貯存時形成大的冰晶。食品中添加量一般為0.25％一0.5％。海藻酸鹽還用來加工各種凝膠食品，例如速溶布丁、果凍、果肉果凍、人造魚子醬以及穩(wěn)定新鮮果汁和啤酒泡沫。3.6碳水化合物在食品加工貯存中的變化一、美拉德反響(非酶褐變)含有復(fù)原糖或羰基化合物如(由脂氧化衍生得到的醛、酮)的蛋白食品，在加工或保藏過程中，會發(fā)生美拉德反響。反響分如下階段：1.初始階段美拉德反響開始于一個非解離氨基〔如賴氨酸ε—NH2或N端的α-NH2〕和一個復(fù)原糖的縮合：2.中間階段

氨基酮糖或氨基醛糖進(jìn)一步發(fā)生反響，生成許多的羰基或羰基衍生物如羥甲基糠醛和復(fù)原酮。羥甲基糠醛的積累與褐變速度關(guān)系密切,復(fù)原酮的性質(zhì)活潑，能與氨基酸反響，生成新的羰基化合物，這種反響稱作斯特克勒復(fù)原酮的結(jié)構(gòu)式4.食品褐變與品質(zhì)的關(guān)系(三方面)：1)色澤：美拉德反響生成的類黑素,有很好的抗氧化性質(zhì)，也賦予食品特有的色澤。2)營養(yǎng)：復(fù)原糖與賴氨酸結(jié)合后的重排產(chǎn)物不能被人體吸收，降低了食品的營養(yǎng)價值，使賴氨酸生物效價有所損失；類黑素與蛋白質(zhì)、重金屬結(jié)合后，對消化系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。3)風(fēng)味：Strecker降解反響的產(chǎn)物是食品產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)的重要途徑之一，但過度反響會產(chǎn)生焦糊味。5.褐變反響條件及其抑制褐變初期是食品在熱加工過程產(chǎn)生風(fēng)味所必需的,但它對食品的保藏、品質(zhì)不利。為防止食品褐變1〕采用隔氧法，以阻止由于與氧接觸發(fā)生氧化而引起的褐變，例如：選用隔氧的包裝材料和采用吸氧劑等。2〕低溫冷藏，由因高溫加熱所引起的褐變，一般稱為熱褐變。熱褐變可通過低溫冷藏來加以抑制。3.6食品多糖的深加工主要介紹有關(guān)淀粉及纖維素的深加工。一、改性淀粉改性淀粉自1821年在西歐出現(xiàn)以來，主要有物理、化學(xué)和酶改性三種改性手段，通過改善淀粉性質(zhì)來滿足食品加工特殊用途的要求。1．預(yù)糊化淀粉：淀粉懸浮液在高于糊化溫度下加熱，然后進(jìn)行枯燥，即得到可溶于冷水和膠凝的淀粉產(chǎn)品，用于方便食品(例如布丁)或焙烤食品的助劑。2．低粘度改性淀粉：淀粉局部酸水解可生成不易溶于冷水而易溶于沸水的產(chǎn)品。此淀粉粘度小且冷卻后仍保持流體，不易老化，可用于增稠和制膜。3．淀粉醚：將30％~40％的淀粉懸浮液與環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷在pH11~13堿性條件下反響，可得到羥乙基或羥丙基淀粉衍生物(R?=H，CH3)見反響方程式：淀粉粒的糊化溫度隨交聯(lián)度的增加成正比例增大，而溶脹力降低，淀粉穩(wěn)定性在極端pH和剪切力作用下仍很高。交聯(lián)淀粉衍生物一般用于要求淀粉穩(wěn)定性高的食品。6．氧化淀粉：淀粉的水懸浮液與次氯酸鈉在低于糊化溫度下反響，淀粉將發(fā)生水解和氧化，生成的產(chǎn)物平均每25~50個葡萄糖殘基有一個羧基。用途：氧化淀粉用于色拉調(diào)味料和蛋黃醬的填充物，但它不同于低粘度變性淀粉，即不老化，也不能凝結(jié)成不透明的凝膠。二纖維素衍生物纖維素通過烷基化處理，可生成許多具有良好溶脹性和溶解度的衍生物，它們的實(shí)際應(yīng)用范圍很廣。〔一〕烷基纖維、羥烷基纖維素纖維素與氯甲烷或環(huán)氧丙烷在強(qiáng)堿存在下進(jìn)行反響生成甲基羥丙基纖維素，取代度依反響條件而定，取代成分可對纖維素鏈的正常結(jié)晶堆積產(chǎn)生干擾，因此有利于鏈的溶劑化。同時，還可制備混合取代的纖維素衍生物，如甲基羥丙基纖維素或甲基乙基纖維素。性質(zhì)：制成的纖維素衍生物其溶脹力和水溶性隨取代度不同存在差異。甲基纖維素的特點(diǎn)是：起始粘度隨著溫度上升而下降，在特定溫度下結(jié)成凝膠，這種凝膠是可逆性的。

用途：1.在用面筋含量低或不含面筋的稻米、玉米或黑麥粉加工成焙烤食品過程中添加甲基和甲基羥丙基纖維素可以降低產(chǎn)品的破碎性和脆性，在揉和面團(tuán)時能摻和較多的水分，因此在焙烤時可提高淀粉的溶脹程度。2.用于改善脫水蔬菜、水果再水合的特性和復(fù)水后的質(zhì)地。3.用烷基纖維素膜或保護(hù)性涂層可延長易變質(zhì)食品保存期。4.纖維素衍生物還可用作低熱量膳食的增稠劑。5.羥丙基纖維素是一種強(qiáng)的乳膠體穩(wěn)定劑，而甲基纖維素具有攪奶油的性質(zhì)，可攪打成穩(wěn)定的稠性泡沫。〔二〕羧甲基纖維素纖維素在堿性條件下與氯乙酸反響生成羧甲基纖維素，其性質(zhì)取決于取代度(DS0.3—0.9)和聚合度(DP：500—2000)。低取代度(DS≤0.3)產(chǎn)物不溶于水，而溶于堿性溶液，高取代度(>0.4)產(chǎn)物易溶于水，溶解度和粘度取決于PH。羧甲基纖維素是惰性粘合劑和增稠劑，用于調(diào)節(jié)和改善很多食品(果凍、糊餡、可涂抹的干酪、色拉調(diào)味汁、餅餡、糖霜)的質(zhì)地。羧甲基纖維素可阻止冰淇淋生成冰晶，并使食品具有爽口、柔軟的質(zhì)地，阻止糖果加工中產(chǎn)生不需要的糖結(jié)晶，防止淀粉老化。此外，還能提高脫水食品的穩(wěn)定性和復(fù)水性。

第四章脂類(Lipids)

4.1概述4.2脂類的物理性質(zhì)4.3脂類的化學(xué)性質(zhì)脂類化合物〔lipids〕是一類含有醇酸酯化結(jié)構(gòu)，溶于有機(jī)溶劑(氯仿、乙醚、四氯化碳、丙酮等)而不溶于水的天然有機(jī)化合物。分布于天然動植物體內(nèi)的脂類物質(zhì)主要為三酰基甘油酯〔占99%左右〕，俗稱為油脂或脂肪，除此之外還有磷脂、糖脂、固醇等。一般室溫下呈液態(tài)的稱為油〔oil〕，呈固態(tài)的稱為脂〔fat〕，油和脂在化學(xué)上沒有本質(zhì)區(qū)別。

4.1脂類的分類及作用一、分類根據(jù)脂類的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其組成分為：l.單純脂質(zhì)：是由脂肪酸與醇形成的酯的總稱，包括甘油與脂肪酸的酯(甘油酯)和脂肪酸與高級一元醇如固醇、高級醇等形成的酯〔臘〕。2.復(fù)合脂質(zhì)：由醇與脂肪酸形成的酯，其中還含有P、N、S等其它元素或基團(tuán)，主要有：<1>磷脂：是含有磷酸、氮堿的單脂衍生物，有甘油磷脂和神經(jīng)鞘磷脂兩大類，它們分別具有以下的化學(xué)結(jié)構(gòu)〔見圖4-1，4-2〕。

圖4.1磷脂的結(jié)構(gòu)

圖4.2神經(jīng)鞘磷脂的結(jié)構(gòu)<2>糖脂：是由脂肪酸、糖及神經(jīng)鞘氨基醇所構(gòu)成，的不含磷酸的脂。有甘油糖酯〔由甘油二酸酯與單糖、低聚糖結(jié)合組成〕和神經(jīng)鞘糖脂〔由神經(jīng)鞘氨醇末端一OH同單糖、低聚糖結(jié)合組成〕。<3>硫脂:在人腦及其它動物組織中以神經(jīng)鞘脂類糖硫酸的形式存在，在植物組織中以甘油磺酸的形式存在。3、衍生脂類：它是具有脂類一般性質(zhì)，它包括：<1>脂肪酸：有飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸<2>甾醇〔固醇〕：如膽固醇、羊毛甾醇、β－谷甾醇等，它們具有以下的根本結(jié)構(gòu)：有一局部固醇是以酯的形式存在。<3>脂肪醇：碳數(shù)不低于8個的高級醇<4>烴類：包括直鏈烴、鯊烯和類胡蘿卜類<5>各類脂溶性維生素：如VA、VD、VE、VK在以上脂類中以單純脂質(zhì)中的三酰甘油最為豐富，

最為重要，它是動、植物細(xì)胞貯脂的主要組成成分，一般把在常溫下呈液態(tài)的三酰甘油叫作油(Oil)，而把呈固態(tài)的三酰甘油稱作脂肪(Fat〕

)。二、脂類的作用脂類在人體內(nèi)具有重要的營養(yǎng)及生理作用。1.提供必需的脂肪酸，2.供給熱能，3.