第三章碳水化合物（carbohydrates）3.1概述3.2

單糖的結構及與食品相關的物理學特性3.3單糖的食品化學反應3.4食品中重要的低聚糖及其性質3.5多糖1PPT學習交流＊

1是人和動物的主要供能物質，是構成食品的主要成分。＊

2低分子糖類可作為甜味劑。＊

3有利于腸道蠕動，促進消化。＊

4大分子糖類物質能形成凝膠、糊或作為增稠劑和穩定劑。3.1概述一食品中碳水化合物的作用2PPT學習交流＊5碳水化合物還是食品加工過程中產生香味和色素的前體。＊

6碳水化合物具有不同的分子結構、大小和形狀以及各種化學和物理性質，并可以通過化學和物理學方法進行改性。如微孔淀粉、老化淀粉等。3PPT學習交流單糖Monosaccharides低聚糖oligosaccharides多糖polysaccharides結合糖glycoconjugate※二糖的分類

是指不能再水解的最簡單的多羥基醛或多羥基酮及其衍生物。是指聚合度小于或等于10的糖類。

又稱為多聚糖，是指聚合度大于10的糖類。多糖可分為同多糖和雜多糖。由糖與非糖物質如脂類或蛋白質共價結合，分別形成糖酯，糖蛋白和蛋白聚糖，總稱為結合糖和復合糖。4PPT學習交流3.2單糖的結構及與食品相關的物理學特性一單糖的結構1鏈式結構5PPT學習交流2環式結構6PPT學習交流3.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。己糖吡喃環有船式和椅式兩種形狀7PPT學習交流1甜度sweetness

※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。T=20℃時蔗糖溶液（10％/15％）1.00（甜度）

α－D-葡萄糖0.70（比甜度）

β－D－呋喃果糖1.50（比甜度）二單糖與食品相關的物理學特性8PPT學習交流（1）分子量越大溶解度越小，則甜度也小。（2）糖的不同構型（α、β型）也影響糖的甜度（3）溫度的影響

蔗糖、葡萄糖等溶液的甜度在溫度變化時幾乎沒有變化，而果糖溶液隨著溫度的提高其甜度下降。（4）介質的影響（5）不同糖類之間的影響

蔗糖+果葡糖漿5%葡萄糖+10%蔗糖甜度的影響因素9PPT學習交流旋光性:是一種物質使直線偏振光的振動平面發生旋轉的特性。※單糖的比旋光度定義：指lmL含有1g糖的溶液于20℃，在0.1m長的旋光管內使偏振光旋轉的角度。一般采用鈉光。可用于糖的鑒別。變旋現象mutarotation：指糖剛溶解于水時，其比旋光度是處于變化中的，但到一定時間后就穩定在一恒定的旋光度上，這種現象叫變旋現象。2旋光性opticalactivty

10PPT學習交流不同糖在水中的溶解度是不相同的，有的極易溶于水，有的則不溶于水。

果糖＞葡萄糖＞蔗糖＞麥芽糖＞乳糖（難溶）＞淀粉＞纖維素3溶解度（g/100gH2O）solubility11PPT學習交流溫度對溶解過程和溶解速度具有決定性影響

t=20℃時，葡萄糖47％蔗糖66％果糖79％

果糖具有較好的食品保存性。果葡糖漿的濃度％果葡糖漿中果糖含量％

714277558090果糖含量較高的果葡糖漿，其保存性能較好12PPT學習交流高濃度的糖液具有防腐保質的作用，在70％以上能抑制霉菌、酵母的生長。13PPT學習交流4吸濕性和保濕性hydroscopicityandmoistureretention

吸濕性：指糖在空氣濕度較高的情況下吸收水分的性質。

保溫性：指糖在空氣濕度較低條件下保持水分的性質。

果糖的吸濕性最強，葡萄糖次之。應用：硬糖果以蔗糖為主；軟糖果應用果葡糖漿為宜；面包、糕點類食品需要保持松軟，同樣使用果葡糖漿較好。14PPT學習交流5結晶性crystallinity﹟糖的特征之一是能形成結晶，糖溶液越純越易結晶。﹟不同糖類的糖結晶性質是有差別的。﹟蔗糖＞葡萄糖＞果糖（較難結晶）＞淀粉糖漿（不能結晶，并能夠防止蔗糖結晶）﹟應用：生產硬糖果時以蔗糖為主，可以添加適量的淀粉糖漿。15PPT學習交流6滲透壓osmoticpressure

﹟

滲透壓越高的糖對食品的保存效果越好，能夠有效的抑制微生物的生長。

﹟

在相同質量濃度下，溶質分子量越小，分子數目越多，滲透壓越大。16PPT學習交流具有醇羥基的成酯、成醚、成縮醛等反應和羰基的一些氧化、還原、加成反應等，還具有一些特殊反應。※非酶褐變反應

美拉德反應（Maillardreaction）

焦糖化反應（PhenomenaofCaramelization）

3.3單糖的食品化學反應17PPT學習交流美拉德反應（羰氨反應）：指羰基與氨基經縮合、聚合反應生成類黑色素和某些風味物質的非酶褐變反應。烤面包、烤肉啤酒的黃褐色醬油和陳醋的褐色※一

美拉德反應Maillardreaction18PPT學習交流（1）美拉德反應過程

初期階段中期階段末期階段

羰氨縮合

分子重排Amadori重排（醛糖）

Heyenes重排（酮糖）脫胺脫水

脫胺重排氨基酸降解醇醛縮合

聚合

19PPT學習交流初期階段氨基＋羰基（還原糖)

氮代葡萄糖基胺

果糖基胺美拉德反應過程羰氨縮合

分子重排中期階段

20PPT學習交流中期階段果糖基胺脫胺脫水1，2烯醇化

羥甲基糠醛（HMF）

脫胺重排2，3烯醇化

二羰基化合物

還原酮

Strecker

褐色

CO2

醛

21PPT學習交流脫胺脫水HMF的積累與褐變速度有密切的相關性，HMF積累后不久就可發生褐變。22PPT學習交流脫胺重排二羰基化合物

還原酮○23PPT學習交流Strecker降解

24PPT學習交流

末期階段

縮合與聚合，生成類黑色素和風味化合物。25PPT學習交流（2）美拉德反應的條件、生成物和特點條件：還原糖（如葡萄糖）和胺類物質（氨基酸）加少量的水，加熱或長期貯藏

產物：黑色素（類黑精）＋風味化合物

特點：pH值下降（封閉了游離的氨基）；還原的能力上升（還原酮產生）；褐變初期，紫外線吸收增強，伴隨有熒光物質產生；添加亞硫酸鹽，可阻止褐變，但在褐變后期加入不能使之褪色。26PPT學習交流（3）影響美拉德反應的因素

①糖的結構、種類及含量

a.α、β不飽和醛>α－雙羰基化合物>酮

b.五碳糖:核糖>阿拉伯糖>木糖;六碳糖：半乳糖>甘露糖>葡萄糖;五碳糖的褐變速度大約是六碳糖的10倍。

c.單糖>雙糖（如蔗糖，分子比較大，反應緩慢）

d.還原糖含量與褐變成正比②氨基化合物的種類

a.胺類物質>氨基酸>肽類>蛋白質

b.含S-S，S-H不易褐變

c.有吲哚，苯環的胺類物質易褐變

d.堿性氨基酸易褐變

e.氨基在ε-位或在末端者，比α-位易褐變27PPT學習交流③pH值

pH3-9范圍內，隨著pH上升，褐變上升

pH≤3時，褐變反應程度較輕微

pH在7.8-9.2范圍內，褐變較嚴重④反應物濃度和水分含量與反應物濃度成正比；

10％～15%(H2O)時，褐變易進行

5%～10％(H2O)時，多數褐變難進行

5%>(H2O)時，脂肪氧化加快，褐變加快28PPT學習交流⑤溫度

若△t＝10℃，則褐變速度(△v）相差3～5倍。一般來講：t>30℃時，褐變加快,最適150-170℃t<20℃時，褐變較慢

t<10℃時，可較好地控制或防止褐變地發生⑥金屬離子

Fe(Fe3+>Fe2+)CuNa＋對褐變無影響

Ca2+可同氨基酸結合生成不溶性化合物而抑制褐變催化還原酮的氧化促進褐變29PPT學習交流（4）Maillard反應對食品品質的影響不利方面：

a.營養損失，特別是必須氨基酸損失嚴重

b.產生某些致癌物質

c.對某些食品，褐變反應導致的顏色變化影響質量。（如濃縮果汁，蛋粉的加工）

有利方面：

褐變產生較深的顏色及強烈的香氣，賦予食品特殊風味。30PPT學習交流（5）maillard反應與食品加工抑制maillard反應注意選擇原料：選氨基酸、還原糖含量少的品種。控制水分含量：蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥劑。流體食品則可通過稀釋降低反應物濃度。降低pH：如高酸食品如泡菜就不易褐變。降低溫度：低溫貯藏。除去一種作用物：一般除去糖可減少褐變，如加入葡萄糖氧化酶。加入亞硫酸鹽（羰氨縮合之前加入）鈣離子可抑制褐變

31PPT學習交流

利用maillard反應控制原材料：核糖+半胱氨酸：烤豬肉香味核糖+谷胱甘肽：烤牛肉香味控制溫度：葡萄糖+纈氨酸：100-150℃烤面包香味

180℃巧克力香味木糖+酵母水解蛋白：90℃餅干香型

160℃醬肉香型控制加工方法：土豆大麥水煮：125種香氣75種香氣烘烤：250種香氣150種香氣32PPT學習交流美拉德反應

小結美拉德反應概念美拉德反應的一般過程反應影響因素美拉德反應對食品品質的影響在食品加工中的應用（包利用和控制）33PPT學習交流(1)

概念：無水（或濃溶液）條件下加熱糖或糖漿，用酸或銨鹽作催化劑，糖發生脫水與降解，生成深色物質的過程，稱為焦糖化反應。(2)

過程:

脫水:

分子雙鍵不飽和的環聚合高聚物。

縮合或聚合:

裂解揮發性的醛、酮縮合或聚合深色物質※二焦糖化反應Caramelization34PPT學習交流(3)焦糖化反應條件

①無水或濃溶液，溫度140-170℃。②催化劑的存在加速反應：銨鹽、磷酸鹽等。③堿性環境有利于反應，pH8比pH5.9時快10倍。④不同糖反應速度不同，例如果糖大于葡萄糖（熔點的不同）。35PPT學習交流(4)蔗糖形成焦糖的過程

蔗糖異蔗糖酐焦糖酐焦糖稀焦糖素（無甜味而具有溫和的苦味）（熔點為138℃，可溶于水及乙醇，味苦）（熔點為154℃，可溶于水）（高分子的深色物質）200℃，約35min起泡

二次起泡55min

繼續加熱繼續加熱

焦糖色素是一種結構不明確的大的聚合物分子，這些聚合物形成了膠體粒子，形成膠體粒子的速度隨溫度和pH的增加而增加。36PPT學習交流(5)焦糖色素的性質

焦糖是一種黑褐色膠態物質等電點在pH3.0-6.9,甚至低于pH3粘度100-3000cp37PPT學習交流(6)工業上生產的焦糖色素

以蔗糖為原料生產的三種色素及用途NH4HSO3催化

pH2-4.5耐酸焦糖色素（可用于可口可樂飲料，棕色）糖和銨鹽加熱

pH4.2-4.8焙烤食品用焦糖色素（紅棕色）蔗糖加熱

pH3-4啤酒美色劑（含醇類飲料，紅棕色）38PPT學習交流在稀堿溶液中，發生烯醇化作用和異構化作用在濃堿溶液中，單糖發生分解反應。

三與堿的反應reactwithbases

39PPT學習交流1.強酸中的反應：單糖在稀無機酸作用下發生糖苷水解逆反應生成糖苷，即分子間脫水反應，產物包二糖和其它低聚糖，如葡萄糖主要生成異麥芽糖和龍膽二糖。這個反應是很復雜的，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(有機酸)中的反應糖受弱酸和熱的作用，易發生分子內脫水反應，生成環狀結構體，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生這種反應。戊糖經酸作用生成糠醛。四與酸的反應reactwithacids40PPT學習交流（以葡萄糖為例）

單糖含有游離的羰基，即醛基或酮基，而酮基在稀堿溶液中能轉化為醛基，因此，單糖具有醛的通性。

1）D-葡萄糖溴水等弱氧化劑D-葡萄糖酸

鈣離子加熱脫水

葡萄糖酸鈣D-葡萄酸-δ-內酯

2）D-葡萄糖濃硝酸1,6-D-葡萄糖二酸五單糖的氧化反應oxidationreaction41PPT學習交流

3）D-葡萄糖強氧化劑作用被氧化成二氧化碳和水

4）D-葡萄糖氧化酶D-葡萄糖醛酸

D-葡萄糖醛酸具有很重要的生理意義。它可以和人體中的某些有毒物質結合形成苷類，然后隨著尿液排除體外，從而起到解毒的作用。42PPT學習交流

單糖分子中含有自由的醛基或半縮醛基，可以被還原劑還原為羥基，從而形成多羥基醇。

1）D-葡萄糖還原劑

D-葡萄糖醇（D-山梨醇）

2）D-甘露糖還原劑

D-甘露醇

3）D-木糖還原劑

D-木糖醇六單糖的還原反應reductionreaction43PPT學習交流3.4低聚糖（oligosaccharides）

一食品中重要的低聚糖44PPT學習交流

通常由3—6個單糖組成的聚合物，其質量優劣的標準取決于其所體現出的生理學性質。低聚果糖、低聚木糖、帕拉金糖、大豆低聚糖、低聚殼聚糖、低聚甘露糖、糊精等。特點：1低熱量、低甜度，在體內不易消化，不易吸收。

2利于雙歧桿菌的生長

3提高免疫力，增強抗病能力

4食品添加劑二其它低聚糖45PPT學習交流1多糖的結構：是糖單元連接在一起而形成的長鏈聚合物，通常以直連或支鏈方式排列而成。有動物多糖、植物多糖、微生物多糖2多糖的性質★多糖的溶解性---具有較強的親水性。★多糖溶液的黏度與穩定性---增稠和膠凝的功能。★凝膠---三維網狀凝膠性質★多糖的水解---多糖比蛋白質更易水解★多糖的風味結合功能---很好的風味固定劑。3.5多糖（polysaccharides）

一多糖的概述46PPT學習交流（1）淀粉的特性淀粉在植物細胞內以顆粒狀態存在，故稱淀粉粒。形狀：圓形、橢圓形、多角形等。大小：0.001-0.15毫米之間，馬鈴薯淀粉粒最大，米淀粉粒最小。晶體結構：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。二食品中重要的多糖及其作用※1淀粉starch47PPT學習交流（2）淀粉的分類1）按來源分：玉米、小麥、馬鈴薯等。2）按結構分：直鏈淀粉（amylose)、支鏈淀粉(amylopectin)3）按人體消化吸收快慢分:a)快速消化淀粉(readydigestiblestarch)RDSb)慢速消化淀粉(slowlydigestiblestarch)SDSc)抗消化淀粉(resistantstarch)RS48PPT學習交流（3）淀粉的結構直鏈淀粉：由D-吡喃葡萄糖通過α－1，4糖苷鍵連接起來的鏈狀分子。支鏈淀粉：由D-吡喃葡萄糖通過α-1，4和α-l，6兩種糖苷鍵連接起來的帶分枝的復雜大分子1449PPT學習交流（4）淀粉的性質

物理性質

白色粉末，不溶（或微溶——支鏈淀粉）于冷水中，在熱水中溶脹。化學性質

無還原性；直鏈遇碘呈藍色，支鏈遇碘呈紫紅色。50PPT學習交流（5）淀粉的水解工業上通過淀粉的水解來生產各種食品或化工原料。根據淀粉的水解程度不同可以得到：糊精、淀粉糖漿、麥芽糖漿、果葡糖漿、葡萄糖等。1）酸水解—糊精2）酶法水解

a)包括糊化、液化和糖化三個階段常用的酶有α－淀粉酶（也稱液化酶）、β－淀粉酶（也稱糖化酶）、葡萄糖淀粉酶（也稱糖化酶）。

b)其他的還有脫支酶、環糊精葡聚糖轉移酶51PPT學習交流※(6)淀粉的糊化1）幾個概念β-淀粉：具有膠束結構的生淀粉稱為β-淀粉。α-淀粉：指經糊化的淀粉。膨潤現象：β-淀粉在水中經加熱后，部分膠束溶解而形成空隙，水分子浸入與部分淀粉分子進行結合，膠束逐漸被溶解，空隙逐漸擴大。我們把淀粉粒因吸水，體積膨脹數倍，生淀粉的膠束即行消失的現象稱為膨潤現象。β-淀粉膨潤現象α-淀粉52PPT學習交流2）糊化的概念

淀粉粒在水中加熱，快速吸水膨脹超過可逆點，水分子進入鏈中間，最終導致膠束全部崩潰，形成均勻的糊狀溶液的過程被稱為糊化（gelatinization）。

本質是微觀結構從有序轉變成無序。β-淀粉α-淀粉氫鍵H2O53PPT學習交流3）糊化作用的三個階段

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”。c）淀粉粒解體階段：

淀粉分子全部進入溶液。54PPT學習交流4）糊化溫度

指雙折射消失的溫度，不是一個點，而是一段溫度范圍，即用糊化開始的溫度和糊化完成的溫度表示淀粉糊化溫度。55PPT學習交流5）影響糊化的因素淀粉種類和結構：如支鏈淀粉比直鏈淀粉易糊化。Aw：Aw提高，糊化程度提高。糖：高濃度糖的存在使淀粉的糊化受到抑制。鹽：高濃度的鹽影響淀粉的糊化（如馬鈴薯淀粉糊化受到抑制）脂類：與淀粉形成復合物，抑制糊化，并使糊化溫度提高酸度：在pH<4時，淀粉易水解，粘度降低，糊化加快。在pH4-7時，幾乎無影響。

在pH≧10時，糊化速度迅速加快。淀粉酶：使淀粉糊化加速。新米（淀粉酶酶活高）比陳米更易煮爛。56PPT學習交流（7）淀粉的老化

1）老化：α-淀粉溶液或淀粉凝膠在室溫或低于室溫下放置后，會變得不透明甚至凝結而沉淀，這種現象稱為淀粉的老化（retrogradation）。

實質：是糊化的后的分子又自動排列成序，形成高度致密的結晶化的不溶解性分子微束。糊化淀粉老化淀粉糊化的逆過程

比生淀粉的晶化程度低57PPT學習交流2）影響淀粉老化的因素

溫度：2-4℃，淀粉易老化。

>60℃或<-20℃，不易發生老化。含水量:含水量30～60%，易老化。含水量過低（<10%）或過高，均不易老化。pH值：在偏酸（pH4以下）或偏堿的條件下也不易老化。結構：直鏈淀粉易老化。聚合度n中等的淀粉易老化。共存物的影響：脂類和乳化劑可抗老化;糖類物質可以促進老化，因糖競爭吸水加速淀粉分子的靠近。58PPT學習交流3）防止淀粉老化的方法a)將糊化后的淀粉在80℃以上的高溫迅速去除水分并使食品的水分保持在10%以下b)在冷凍條件下脫水通過以上2種方法可以形成固定的α-淀粉59PPT學習交流（8）淀粉的改性/變性1）變性淀粉：天然淀粉經適當的化學處理、物理處理或酶處理，使某些加工性能得到改善，以適應特定的需要，這種淀粉被稱為變性淀粉。2）淀粉變性的方法：物理變性、化學變性和酶法變性60PPT學習交流3）分類按生產方法：物理、化學、酶法變性淀粉按生產工藝：干法、濕法按變性次數：單變性淀粉、復合變形淀粉●

4）變性淀粉舉例可溶性淀粉（solublestarch）酯化淀粉（esterifiedstarch）醚化淀粉（etherize