食品化学第三章碳水化合物.ppt

1、第三章第三章 碳水化合物碳水化合物碳水化合物的分类单糖低聚糖食品中单糖和低聚糖的功能多糖江苏食品职业技术学院食品工程系3.13.1 碳水化合物的分类碳水化合物的分类概念：概念：v碳水化合物也称糖类，是由碳、氢、氧三种元素组成的。是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物和缩合物的总称。(羟基OH，醛基，羰基CO至少与一个氢原子相连，酮基：两个烃基与羰基相连)。碳水化合物是自然界分布最广、数量最多的一类有机化合物，占所有陆生植物和海藻干重的3/4，存在于所有人类可食的用的植物中。糖类为人体提供日常生活所需的热量，糖类提供的热量占总摄入量的70%-80%。碳水化合物的作用：碳水化合物的作用：v是重要的能量来源

2、与营养来源：v单糖和低聚糖是重要的甜味剂和保藏剂(高浓度糖渗透压大，微生物不易生长)：v与食品中其它成分发生反应产生色泽和香味：焦糖化反应，美拉德反应v具有较高黏度、凝胶能力和稳定作用：多指多糖 碳水化合物在加工贮藏中的变化：碳水化合物在加工贮藏中的变化：v有利变化：淀粉糊化，纤维素水解，果胶在水果后熟中的适当降解v不利变化：淀粉老化，马铃薯甜化，甜玉米中蔗糖向淀粉转化v是否有利要依据食品的种类和变化的程度而定：焦糖化反应，美拉德反应 碳水化合物的分类：碳水化合物的分类：v单糖：是碳水化合物的基本单位，是不能再被水解的多羟基醛或多羟基酮。单糖又按羟基的类型不同分为醛糖和酮糖。如：核糖、阿拉伯糖

3、，半乳糖，葡萄糖等属于醛糖；果糖属于酮糖。v低聚糖：低聚糖：又叫寡糖，是由210个单糖分子脱水缩合而成的糖，完全水解后得到相应分子数的单糖。根据水解后生成单糖分子的数目，又可分为二糖(双糖)，三糖，四糖等。其中以双糖的分布最广，典型的双糖有蔗糖，麦芽糖。v多糖：多糖是由很多个单糖分子失水缩合而成的高分子化合物，其单糖单体少则几十个，多则成千上万个，水解后可以生成多个单糖分子。如果多糖是由相同的单糖组成的称为均多糖(或同聚多糖)，比如淀粉，纤维素；若多糖是由不相同的单糖缩聚而成的称为混合多糖(或杂多糖)，比如果胶，半纤维素等。3.2 3.2 单糖单糖v单糖的结构：单糖的结构：1、单糖的化学组成和

4、链状结构：(1)组成Cn(H2O)n：所有食物中的低聚糖和多糖摄入人体后，都必须水解成单糖后才能被人体吸收。(2)自然界中以4，5，6个碳原子的单糖最普遍。6碳糖：葡萄糖，果糖；5碳糖：核糖等等。按照官能团又分为醛糖或酮糖。依分子中碳原子的数目，单糖可分为丙糖，丁糖，戊糖，己糖，庚糖。(3)分子中碳原子数3的单糖含有手型碳原子(即离羰基最员的不对称碳原字)，手型碳原子上OH在右侧的为D型，在左侧的为L型。天然存在的单糖大多为D型。2、单糖的环状结构：单糖分子的羰基可以与糖分子本身的一个醇羟基反应，生成分子内的半缩醛或半缩酮，形成五元呋喃环或更稳定的六元吡喃环。天然的糖多以六元环形式存在。3、单

5、糖的构象：(1)构象：所谓构象是指1个分子中不改变共价键结构，仅由于单键周围的原子或基团旋转所产生的原子和基团的空间排列。(2)五元环：成环C原子与O原子处于同一平面；六元环：分子中成环的C原子和O原子不在同一平面内，有椅式和船式两种构象，以稳定的椅式构象占绝对优势。v单糖的物理性质：单糖的物理性质：1、旋光性：具有手性的分子都具有旋光性，要判断一个化合物是否有旋光性，就要看它是否为手性分子。每个单糖分子都含有不对称碳原子，所以都具有旋光能力。2、溶解度：纯净的单糖为白色晶体，有较强的吸湿性。单糖分子中有多个羟基，增加了它的水溶解性，所以极易溶于水，尤其在热水中的溶解度极大。单糖在乙醇中也能溶

6、解，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。3、甜度：单糖都有甜味，果糖最甜。v单糖的化学性质：单糖的化学性质：1、氧化反应：(1)单糖含有自由醛基或酮基具有还原性，都能发生氧化作用。(2)在酸性溶液中醛糖比酮糖易于氧化。醛糖能被弱氧化剂溴水(HBrO)氧化，而酮糖不能，借此可将这两种糖区分开来。(3)D葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下易氧化成D葡萄糖酸内酯。u利用此反应可以测定食品和其他生物材料中D葡萄糖的含量，也可以测定血液中葡萄糖的含量，还可以用于检测葡萄糖对食物的掺假，如蜂蜜中通常含有约32%的D葡萄糖和约38%的D果糖，但有些商品中葡萄糖的含量远远超过32%，这时即可用此方法进行检测。2、还原反应：

7、单糖中有游离羰基，易于还原，在一定压力与催化剂或酶的作用下，羰基还原成羟基，单糖被还原成糖醇。如D葡萄糖内的羰基加氢还原成羟基，得到D葡萄糖醇，称山梨糖醇，是一种保湿剂，甜度仅是蔗糖的50%，是糖尿病人的甜味剂。D果糖D葡萄糖醇D甘露醇。D甘露醇的甜度是蔗糖的65%；木糖可以还原成木糖醇，甜度为蔗糖的70%。3、成苷反应：单糖的环状结构中的半缩醛(或半缩酮)羟基较分子内的其它羟基活泼，故可与醇或酚等含OH的化合物脱水形成缩醛(或缩酮)型物质，这种物质称为糖苷，又称配糖物。其中糖部分称为糖基，非糖部分称为配基。4、脱水反应：l单糖强酸糠醛(或其衍生物)酚显色l定性、定量测定糖。5、焦糖化和羰氨反

8、应：(1)焦糖化反应：直接加热 T100焦糖化 焦糖色素：我国使用的天然色素之一，安全性高，但加铵盐制成的焦糖色素含4甲基咪唑，有强致惊厥作用，含量高时对人体造成危害，我国食品卫生法规定焦糖色素在食品中的添加量不得超过200mg/kg。(2)美拉德反应：还原性糖游离氨基l反应生成类黑精色素和褐变风味物质，产生一定的色泽和风味 l不利：部分氨基酸的损失，尤其是L赖氨酸l反应条件：中等水分，pH7.89.2反应速度最快。Cu，Fe离子可促进反应进行。l控制反应条件：降低含水量，避免Cu，Fe等金属离子的不利影响，降低温度和pH值。3.3 3.3 低聚糖低聚糖概念：低聚糖也称寡糖，普遍存在于自然界中

9、，可溶于水，有甜味，有旋光活性，在与稀酸共同加热或在酶的作用下可以水解成单糖。分类：低聚糖中以双糖分布最为普遍，双糖也称为二糖，是由2分子的单糖失水形成的，其单糖单体可以是相同的，也可以是不同的，故可分为同聚二糖和杂聚二糖。同聚二糖：麦芽糖，异麦芽糖，纤维二糖，海藻二糖；杂聚二糖：蔗糖，乳糖等。v二糖：二糖：v还原性二糖：还原性二糖可以看作是一分子单糖的半缩醛羟基与另一分子单糖的醇羟基失水而成的。这样形成的二糖分子中，有一个单糖单位形成苷，而另一个单位仍然保留有半缩醛基。1、麦芽糖：麦芽糖为白色晶体，易溶于水，甜度为蔗糖的46%，麦芽糖具有一般单糖的化学性质。麦芽糖在自然界以游离态存在的很少，

10、主要存在于发芽的谷粒，尤其是麦芽中，在淀粉酶的作用下，淀粉可以水解为糊精和麦芽糖的混合物，其中麦芽糖占1/3，这种混合物是饴糖的主要成分。饴糖具有一定的黏度，流动性好，有亮度，可用于制作糖果，糖浆等食品。2、乳糖：乳糖是由1分子D半乳糖与1分子D葡萄糖以1，4糖苷键连接的二糖。在乳糖的分子结构中具有半缩醛羟基，因此乳糖具有还原性，有变旋现象，能被酸、苦杏仁酶和乳糖酶水解。乳糖存在于哺乳动物的乳汁中，人乳中含量约为5%-8%，牛羊乳中含量为4%-5%，乳糖能溶于水，无吸湿性，甜度为蔗糖的39%，人乳和牛乳等中含有的乳糖结构不同，被消化吸收状况不同。乳糖的存在可以促进婴儿肠道双歧杆菌的生长。乳酸菌

11、使乳糖发酵变为乳酸。在乳糖酶的作用下，乳糖可水解成D葡萄糖和D半乳糖而被人体吸收。乳糖容易吸收香气成分和色素，所以在食品加工中可用它来传递这些物质3、纤维二糖：纤维二糖是由2分子D葡萄糖通过1，4糖苷键连接而成，能被苦杏仁酶水解而不能被麦芽糖酶水解，是葡萄糖苷。纤维二糖分子结构中也保留有一个半缩醛羟基，所以具有还原性，有变旋现象。纤维二糖在自然界中以结合态存在，是纤维素水解的中间产物。人的体内只有1，4糖苷键的消化酶，不含1，4糖苷键酶，所以膳食纤维在人体无法消化。v非还原性二糖：非还原性二糖是由一分子单糖的半缩醛羟基与另一分子单糖的半缩醛羟基失水而成的，这类二糖分子中由于不存在半缩醛羟基，因

12、而无还原性，无变旋现象。1、蔗糖：结构：蔗糖是食物中主要的低聚糖，是一种典型的非还原性糖，也是一种杂聚二糖，它是由一分子D葡萄糖C1上的半缩醛羟基与D果糖C2上的半缩醛羟基失去1分子水，通过1，2糖苷键连接而成的二糖。蔗糖分子中没有保留半缩醛羟基，因此它没有还原性，也没有变旋现象。性质：蔗糖是最重要的甜味剂，但近来发现许多疾病可能与过多摄入蔗糖有关，比如龋齿，肥胖，高血压，糖尿病。蔗糖是无色晶体，易溶于水，在稀酸或酶的作用下得到葡萄糖和果糖的等量混合物。由于在水解的过程中，溶液的旋光度由右旋变为左旋，因此通常把蔗糖的水解作用称为转化作用。转化作用所生成的等量葡萄糖与果糖的混合物称为转化糖。因为

13、蜜蜂体内有蔗糖酶，所以蜂蜜中存在转化糖。蔗糖水解后，因其含有果糖，所以甜度比蔗糖大。2、海藻糖：海藻糖又叫酵母糖，存在于海藻、昆虫和真菌体内。它是由两分子D葡萄糖在C1上的两个半缩醛羟基之间脱水，通过1，1糖苷键结合而成的二糖。其分子结构中不存在半缩醛羟基，所以也是一种非还原性滩。海藻糖为白色晶体，溶于水，熔点96.597.5，是各种昆虫血液中的主要血糖。v三糖：三糖：常见的三糖：棉籽糖，龙胆三糖，水苏糖，麦芽三糖等。最常见的、广泛游离在自然界中的是棉籽糖。在棉籽、按树的干性分泌物以及甜菜中含量较多，它是由1分子 D半乳糖，1分子D葡萄糖，1分子D果糖组成。棉籽糖是非还原性糖。3.4 3.4

14、食品中单糖和低聚糖的功能食品中单糖和低聚糖的功能v亲水性亲水性 单糖和低聚糖的分子结构所含有的亲水性羟基靠氢键与水相互作用，使其与它们的许多聚合物发生溶剂化作用或增溶作用。(1)碳水化合物的结构不同，对水的结合能力也有较大不同。(2)糖或糖浆的纯度对其结合水的能力也有较大的影响，纯度不高的糖或糖浆比纯度高的更易吸水且吸水速度更快。v甜味：甜味：低分子质量碳水化合物 人所能感觉到的甜味因糖的组成、构型和物理形态而异。优质的糖应甜味纯正，甜度适宜，达到最甜和消失甜味的速度都很快。v风味结合功能：风味结合功能：碳水化合物可使糖水的相互作用转变为糖风味物质的相互作用。这样就保持了食品的色泽和风味 糖水

15、风味物质糖风味物质水 双糖和分子量较大的低聚糖比单糖更能有效结合风味。n褐变产物和风味：褐变产物和风味：碳水化合物的非氧化褐变反应除了产生深颜色类黑精色素外，同时还产生了很多挥发性的风味物质。n保健功能：保健功能：使体内双歧杆菌增殖。抑制肠内沙门氏菌和腐败菌的生长。被认为是一种水溶性食物纤维。低热量。抗龋齿。v结晶性：结晶性：糖溶液越纯越容易结晶。非还原性低聚糖相对容易结晶。某些还原性糖产生内在“不纯”而难以结晶。混合的糖比单一的糖难结晶。3.5 3.5 多糖多糖v多糖多糖1、多糖的概念：多糖是由多个单糖单位通过糖苷键连接起来的高分子化合物，在一定的条件下，糖苷键断裂，完全水解后最终产物是单糖

16、。2、多糖的分类：(1)同聚多糖：由同一种单糖聚合而成的，如淀粉，糖原，纤维素(由葡萄糖聚合)(2)杂聚多糖：由多种单糖及其衍生物组成，如多糖胶(D葡萄糖：D甘露糖：D葡萄糖醛酸2：2：1)3、多糖的性质：(1)无甜味，无还原性。(2)不溶于水，大多数难以消化：如纤维素和半纤维素。(3)不同水溶性多糖分子可形成不同特性的凝胶。(4)多糖在酶或酸的作用下依水解程度不同而生成单糖残基数不同的糖类物质，最后完全水解生成单糖。v淀粉：淀粉：1、淀粉的概念：淀粉是许多葡萄糖组成的被人体消化吸收的植物多糖，是人类碳水化合物的主要食物来源。2、淀粉的化学结构：通式(C6H10O5)根据淀粉的结构和性质可以将淀粉分为直链淀粉和支链淀粉两种。l(1)(1)直链淀粉：直链淀粉：a、大约由1001000个葡萄糖聚合而成，通过1，4糖苷键连接而成的一个长链分子。b、相对分子量在30000100000之间。c、结构：直链淀粉并不是完全伸直的，由于直链淀粉分子链是非常长的，所以不可能以线形分子存在，而是在分子内氢键的作用下，卷曲盘旋成螺旋状的，每一螺圈一般是含有6个葡萄糖单位。l(2)(2)支链淀粉：支链淀粉：a