第二章 碳水化合物（Carbonhydrates) 前言 一.碳水化合物的存在: 是自然界中最丰富的一类天然有机物质,占生物界3/4,主要存在于植物中和人类摄入量的60%左右,是 生物体维持生命活动所需能量的主要来源,也是食品加工过程中非常重要的一种原料,不仅含量高,而且种 类也相当多 (表3－1) 同人类关系密切 二.分类:多聚物聚合度大小 1.单糖:Monosaccharides 组成单位,不能被水解的最简单糖类 2.双糖:Disaccharides 蔗糖 3.低聚糖:Oilgosaccharides n: 2-10 寡糖、棉籽糖 4.多糖:Polysaccharides 淀粉 第一节 单糖及其相关化合物 一.单糖: (一).定义:碳水化合物的最小组成单位,不能进一步水解,是带有醛基或酮基的多元醇 (二).种类 1.醛糖(Aldose):有醛基 由D-甘油醛衍生 （图3－1） 2.酮糖(Ketose):有酮基 由二羟基丙酮衍生 （图3－2） 3.衍生物: (1).糖醇(Sugar alcohols)：羰基被还原 -CHO->-CH2OH (2).醛糖酸(Aldonic acids):醛基被氧化 -CHO->－COOH (3).糖醛酸(Uronic acids):羰基对侧末端-CH2OH变成酸->－COOH (4).氨基糖(Amino-sugars):导入氨基 -OH被-NH2取代 (5).脱氧糖(Deoxy-sugars):脱氧 -OH被-H 取代 (6).脱水糖(Anhydro-sugars):分子内脱水成环 (三).食品中单糖存在的形式:半缩醛式或酮 1.呋喃糖(Furanoses):5元环半缩醛结构 2.吡喃糖(Pyranoses):6元环半缩醛结构 比呋喃糖稳定 (四).通性: (五).食品中存在: 水果,蜂蜜. 食品加工原料：葡萄糖 ,淀粉糖浆,异构糖 二.单糖的相关化合物(衍生物): (一).氨基糖 存在于粘多糖,血型物质,软骨和糖蛋白中 （图3－3） (二).糖苷(Glycosides): 1.定义:单糖以半缩醛或酮形式存在,生成一个新的羟基,特别活泼,称为半缩醛羟基,和其它分子醇的 羟基或酚羟基结合,脱去一分子水生成糖苷 糖苷配基:结合到分子上的物质（非糖部分）（图3－4） 2.通性: 3.苦杏仁苷:（产氰糖苷）（图3－5） 存在杏仁，木薯,高粱,竹和菜豆中 防止氰化物中毒：不食或少食用,收获后短时间贮存,经蒸煮后充分洗涤除去氰化物 (三).糖醇：不含醛基、无还原性 （图3－6） 山梨糖醇,木糖醇：用作糖尿病人的食糖代用品 人体代谢中,被E氧化首先转化为果糖,比葡萄糖和蔗糖好得多 较稳定,能长期保存,制成糖果受热或冷却时不会损耗,用于保鲜和保软（糖果业） 木糖醇：不会造成龋齿(口腔细菌不能发酵木糖醇)风味清凉爽口 (四).脱氧糖:DNA的糖组分 2-脱氧-D-核糖 （图3－7） 第二节 低聚糖 一．定义：由2－10个左右的单糖，靠糖苷键接合，醛糖C－1上半缩醛的羟基（酮糖则在C－2上）和 其它单糖的羟基经脱水，通过缩醛形式结合而成的 二.性质:水溶性,分为还原型和非还原型两类
第二章 碳水化合物（Carbonhydrates) 前言 一.碳水化合物的存在: 是自然界中最丰富的一类天然有机物质,占生物界3/4,主要存在于植物中和人类摄入量的60%左右,是 生物体维持生命活动所需能量的主要来源,也是食品加工过程中非常重要的一种原料,不仅含量高,而且种 类也相当多 (表3－1) 同人类关系密切 二.分类:多聚物聚合度大小 1.单糖:Monosaccharides 组成单位,不能被水解的最简单糖类 2.双糖:Disaccharides 蔗糖 3.低聚糖:Oilgosaccharides n: 2-10 寡糖、棉籽糖 4.多糖:Polysaccharides 淀粉 第一节 单糖及其相关化合物 一.单糖: (一).定义:碳水化合物的最小组成单位,不能进一步水解,是带有醛基或酮基的多元醇 (二).种类 1.醛糖(Aldose):有醛基 由D-甘油醛衍生 （图3－1） 2.酮糖(Ketose):有酮基 由二羟基丙酮衍生 （图3－2） 3.衍生物: (1).糖醇(Sugar alcohols)：羰基被还原 -CHO->-CH2OH (2).醛糖酸(Aldonic acids):醛基被氧化 -CHO->－COOH (3).糖醛酸(Uronic acids):羰基对侧末端-CH2OH变成酸->－COOH (4).氨基糖(Amino-sugars):导入氨基 -OH被-NH2取代 (5).脱氧糖(Deoxy-sugars):脱氧 -OH被-H 取代 (6).脱水糖(Anhydro-sugars):分子内脱水成环 (三).食品中单糖存在的形式:半缩醛式或酮 1.呋喃糖(Furanoses):5元环半缩醛结构 2.吡喃糖(Pyranoses):6元环半缩醛结构 比呋喃糖稳定 (四).通性: (五).食品中存在: 水果,蜂蜜. 食品加工原料：葡萄糖 ,淀粉糖浆,异构糖 二.单糖的相关化合物(衍生物): (一).氨基糖 存在于粘多糖,血型物质,软骨和糖蛋白中 （图3－3） (二).糖苷(Glycosides): 1.定义:单糖以半缩醛或酮形式存在,生成一个新的羟基,特别活泼,称为半缩醛羟基,和其它分子醇的 羟基或酚羟基结合,脱去一分子水生成糖苷 糖苷配基:结合到分子上的物质（非糖部分）（图3－4） 2.通性: 3.苦杏仁苷:（产氰糖苷）（图3－5） 存在杏仁，木薯,高粱,竹和菜豆中 防止氰化物中毒：不食或少食用,收获后短时间贮存,经蒸煮后充分洗涤除去氰化物 (三).糖醇：不含醛基、无还原性 （图3－6） 山梨糖醇,木糖醇：用作糖尿病人的食糖代用品 人体代谢中,被E氧化首先转化为果糖,比葡萄糖和蔗糖好得多 较稳定,能长期保存,制成糖果受热或冷却时不会损耗,用于保鲜和保软（糖果业） 木糖醇：不会造成龋齿(口腔细菌不能发酵木糖醇)风味清凉爽口 (四).脱氧糖:DNA的糖组分 2-脱氧-D-核糖 （图3－7） 第二节 低聚糖 一．定义：由2－10个左右的单糖，靠糖苷键接合，醛糖C－1上半缩醛的羟基（酮糖则在C－2上）和 其它单糖的羟基经脱水，通过缩醛形式结合而成的 二.性质:水溶性,分为还原型和非还原型两类
三.种类 （图3－8） 食品中常见的双糖类型: （图3－9） 1.海藻糖型:两个单糖都以还原性基团形成糖苷键 无还原性 蔗糖，海藻糖 2.麦芽糖型:存在一个自由醛基,有还原性 （还原型半缩醛羟基与非还原性醇羟基相结合） 麦芽糖,异麦芽糖,龙胆二糖,纤维二糖 四.蔗糖: 1.分布:广泛分布于植物果实和汁液中,高能量食物的主要成分,尤以甘蔗和甜菜中含量最多 2.结构:2-D-吡喃葡萄糖-β-D-呋喃果糖苷 3.性质 五.乳糖：还原糖 游离态存在于哺乳动物乳汁中,牛乳4.5－5.5% 人乳5.5－8.0% 乳酸菌使乳糖发酵变乳酸,乳糖存在可促进婴儿肠道双歧杆菌的生长 小肠内β-半乳糖酶作用 不易吸潮,不易被E水解,常用作赋形剂 第三节 碳水化合物的性质 一.变旋作用(Mutarotation) 当一个结晶的还原糖溶解于水时,产生重排而达到平衡状态,原先的旋光值也要变化达到最后一个常 数值 β-D-葡萄糖 [α]D+18.7o -| α-D-葡萄糖 [α]D+1120 -| [α]D+53O 放置一段时间，达到最后平衡过程往往很慢 煮沸，加酸或碱催化加速反应速度 如加几滴氨水,立即达到平衡,但过量产生其它反应 所用还原糖都有变旋作用 （图3－10） 二.焦糖化反应(Caramelization) 糖和糖浆直接加热,在温度超过100o C时,随着糖的分解形成褐色,引起焦糖化反应。少量的酸、碱、磷 酸和某些盐催化下,这种反应会加速进行 大多数热解引起脱水,后产生脱水糖,用来制造焦糖色素和风味物 Δ Sucrose 蔗糖->葡萄糖+果聚糖 glucose + fructose anhydride 160o C Δ ->异多聚蔗糖 isosaccharsan 35', 200o C | Δ |55’ 2C12H22O11- 4H2O->C24H36O18 caramelan 聚焦糖 ｜易溶于水和乙醇，具有苦味 Δ｜55’ ３Ｃ12H22O11- 8H2O->C36H50O25 caramelen 亚焦糖 只溶于水 ｜ ｜Δ 腐黑质 humin or caramelin 焦黑素 颜色很深，不溶于水 C125H188O80 三．结晶作用（Crystallization): １．糖溶液越纯越易结晶 ２．非还原性低聚糖比还原性低聚糖易结晶 ３．混合糖比单一糖难结晶 ４．蔗糖结晶Ｖ受溶液浓度，温度，杂质的性质和浓度等因素影响 ５．乳糖＜９３．５Ｏ Ｃ过饱和溶液中－－＞α－水合型乳糖（Ｃ12H22O11·Ｈ2O) 水中溶解度小，质地坚硬，口中产生砂质感 ＞９３．５ＯＣ－－＞无水β－乳糖 溶于水
三.种类 （图3－8） 食品中常见的双糖类型: （图3－9） 1.海藻糖型:两个单糖都以还原性基团形成糖苷键 无还原性 蔗糖，海藻糖 2.麦芽糖型:存在一个自由醛基,有还原性 （还原型半缩醛羟基与非还原性醇羟基相结合） 麦芽糖,异麦芽糖,龙胆二糖,纤维二糖 四.蔗糖: 1.分布:广泛分布于植物果实和汁液中,高能量食物的主要成分,尤以甘蔗和甜菜中含量最多 2.结构:2-D-吡喃葡萄糖-β-D-呋喃果糖苷 3.性质 五.乳糖：还原糖 游离态存在于哺乳动物乳汁中,牛乳4.5－5.5% 人乳5.5－8.0% 乳酸菌使乳糖发酵变乳酸,乳糖存在可促进婴儿肠道双歧杆菌的生长 小肠内β-半乳糖酶作用 不易吸潮,不易被E水解,常用作赋形剂 第三节 碳水化合物的性质 一.变旋作用(Mutarotation) 当一个结晶的还原糖溶解于水时,产生重排而达到平衡状态,原先的旋光值也要变化达到最后一个常 数值 β-D-葡萄糖 [α]D+18.7o -| α-D-葡萄糖 [α]D+1120 -| [α]D+53O 放置一段时间，达到最后平衡过程往往很慢 煮沸，加酸或碱催化加速反应速度 如加几滴氨水,立即达到平衡,但过量产生其它反应 所用还原糖都有变旋作用 （图3－10） 二.焦糖化反应(Caramelization) 糖和糖浆直接加热,在温度超过100o C时,随着糖的分解形成褐色,引起焦糖化反应。少量的酸、碱、磷 酸和某些盐催化下,这种反应会加速进行 大多数热解引起脱水,后产生脱水糖,用来制造焦糖色素和风味物 Δ Sucrose 蔗糖->葡萄糖+果聚糖 glucose + fructose anhydride 160o C Δ ->异多聚蔗糖 isosaccharsan 35', 200o C | Δ |55’ 2C12H22O11- 4H2O->C24H36O18 caramelan 聚焦糖 ｜易溶于水和乙醇，具有苦味 Δ｜55’ ３Ｃ12H22O11- 8H2O->C36H50O25 caramelen 亚焦糖 只溶于水 ｜ ｜Δ 腐黑质 humin or caramelin 焦黑素 颜色很深，不溶于水 C125H188O80 三．结晶作用（Crystallization): １．糖溶液越纯越易结晶 ２．非还原性低聚糖比还原性低聚糖易结晶 ３．混合糖比单一糖难结晶 ４．蔗糖结晶Ｖ受溶液浓度，温度，杂质的性质和浓度等因素影响 ５．乳糖＜９３．５Ｏ Ｃ过饱和溶液中－－＞α－水合型乳糖（Ｃ12H22O11·Ｈ2O) 水中溶解度小，质地坚硬，口中产生砂质感 ＞９３．５ＯＣ－－＞无水β－乳糖 溶于水
第四节 多糖（Polysaccharides） 一．通性 二．分类：生理功能 １．形成植物的＂骨骼＂及组织者：纤维素 ２．有贮存作用者：淀粉，肝糖元 ３．废弃物:细菌，微生物所产生的粘液 三．淀粉（Starch） １．定义：由直链淀粉（Amylose）和支链淀粉（Amylopectin）组成。都是Ｄ－葡萄糖的聚合物，在 所有多糖中，唯一以分离的小包形式（颗粒）存在，是大多数植物的主要贮备物。种子，根和茎中最丰富。 ２．性质 （表3－2） （１）直链淀粉：溶于热水，由100～2000葡萄糖分子以α－1，4－键连结，难以糊化，易于老化 （２）支链淀粉：热水中膨胀成胶体，以α－1，4－键结合形成主链，有长度不等（10－20葡萄糖残 基）的支链，以α－1，6－键结合在主链上 ３．淀粉的膨胀，糊化及老化： （１）膨胀：淀粉粒在冷水中不溶，但可吸水湿润 （２）糊化：膨胀后如加热至65Ｏ Ｃ左右，淀粉粒子会发生急剧膨胀，溶液粘度骤增，淀粉粒也有少 量可＂溶化＂，继续加热，最终会消失淀粉粒而全部＂溶于＂水中，稍冷后，则形成溶胶，淀粉糊化温度， 随淀粉的种类而异，大约在60Ｏ Ｃ－80Ｏ Ｃ之间 （３）老化：糊化后的淀粉＂溶液＂，在室温下或较室温低的温度下久置后，会发生凝结而沉淀 冷水 65℃ 迅速冷却 淀粉粒 ―― →膨胀――→糊化――→溶胶――――→凝胶 （α-starch） 缓慢冷却 ――――→老化――→沉淀 (β-starch) 老化条件: 一般已糊化的食品，在水分含量30－60％，温度为０ＯＣ时，最易老化 老化作用随溶液冷却的程度而变，直链淀粉较支链淀粉更易老化 防止老化： 添加适当膨胀剂,保持在较高温度上,糊化后对产品迅速脱水 α-淀粉:糊化，淀粉形成海绵状的网状结构，易为酶所水解、口感上较柔软，粘着力也大，易为人们 食用 β－淀粉：老化，分子发生收缩，恢复原有组织结构，弹性差，口感上发硬，不易为酶所水解 七．果胶质（Pectic substances） （一）组成：是果胶及其伴随物（阿拉伯聚糖，半乳聚糖，淀粉和蛋白质等）的混合物，果胶是半乳 糖醛酸基单位组成的高聚物，其中羧基部分地被甲酯化 （二）结构：（图3－11） （三）类型： 果胶酯酶（ＰＥ） 聚半乳糖醛酸Ｅ（ＰＧ） 原果胶－－－－－－－－－＞果胶（硬度适中）－－－－－－＞果胶酸 （与维生素结合） 成熟 聚半乳糖醛酸链断裂 过熟，过软，酸败 组织坚硬，不溶水 甲酯分解生成游离羧基 （未成熟） （溶于水） （四）形成凝胶的条件、形成机理、影响强度的因素： 1、形成机理：高度水合的果胶束因脱水和电性中和形成凝聚体，凝胶连接成松弛的三维网络结构， 氢键，范德华力 2、影响强度的因素： （１）酯化程度（甲氧化度）最主要。越高，凝胶强度越大，Ｖ越快。网络结构中心位于酯基团之间 （２）分子量 3、形成凝胶的条件： 浓度0.3－0.5％ ＰＨ2.0－3.5 蔗糖浓度60－65％ 多价阳离子代替糖，ＰＨ值不需那么低，形成盐的果胶分子离解不可逆， 果胶酯化度（ＤＥ）对凝胶形成有很大影响 (表3-3) （五）果胶在食品加工中的用途
第四节 多糖（Polysaccharides） 一．通性 二．分类：生理功能 １．形成植物的＂骨骼＂及组织者：纤维素 ２．有贮存作用者：淀粉，肝糖元 ３．废弃物:细菌，微生物所产生的粘液 三．淀粉（Starch） １．定义：由直链淀粉（Amylose）和支链淀粉（Amylopectin）组成。都是Ｄ－葡萄糖的聚合物，在 所有多糖中，唯一以分离的小包形式（颗粒）存在，是大多数植物的主要贮备物。种子，根和茎中最丰富。 ２．性质 （表3－2） （１）直链淀粉：溶于热水，由100～2000葡萄糖分子以α－1，4－键连结，难以糊化，易于老化 （２）支链淀粉：热水中膨胀成胶体，以α－1，4－键结合形成主链，有长度不等（10－20葡萄糖残 基）的支链，以α－1，6－键结合在主链上 ３．淀粉的膨胀，糊化及老化： （１）膨胀：淀粉粒在冷水中不溶，但可吸水湿润 （２）糊化：膨胀后如加热至65Ｏ Ｃ左右，淀粉粒子会发生急剧膨胀，溶液粘度骤增，淀粉粒也有少 量可＂溶化＂，继续加热，最终会消失淀粉粒而全部＂溶于＂水中，稍冷后，则形成溶胶，淀粉糊化温度， 随淀粉的种类而异，大约在60Ｏ Ｃ－80Ｏ Ｃ之间 （３）老化：糊化后的淀粉＂溶液＂，在室温下或较室温低的温度下久置后，会发生凝结而沉淀 冷水 65℃ 迅速冷却 淀粉粒 ―― →膨胀――→糊化――→溶胶――――→凝胶 （α-starch） 缓慢冷却 ――――→老化――→沉淀 (β-starch) 老化条件: 一般已糊化的食品，在水分含量30－60％，温度为０ＯＣ时，最易老化 老化作用随溶液冷却的程度而变，直链淀粉较支链淀粉更易老化 防止老化： 添加适当膨胀剂,保持在较高温度上,糊化后对产品迅速脱水 α-淀粉:糊化，淀粉形成海绵状的网状结构，易为酶所水解、口感上较柔软，粘着力也大，易为人们 食用 β－淀粉：老化，分子发生收缩，恢复原有组织结构，弹性差，口感上发硬，不易为酶所水解 七．果胶质（Pectic substances） （一）组成：是果胶及其伴随物（阿拉伯聚糖，半乳聚糖，淀粉和蛋白质等）的混合物，果胶是半乳 糖醛酸基单位组成的高聚物，其中羧基部分地被甲酯化 （二）结构：（图3－11） （三）类型： 果胶酯酶（ＰＥ） 聚半乳糖醛酸Ｅ（ＰＧ） 原果胶－－－－－－－－－＞果胶（硬度适中）－－－－－－＞果胶酸 （与维生素结合） 成熟 聚半乳糖醛酸链断裂 过熟，过软，酸败 组织坚硬，不溶水 甲酯分解生成游离羧基 （未成熟） （溶于水） （四）形成凝胶的条件、形成机理、影响强度的因素： 1、形成机理：高度水合的果胶束因脱水和电性中和形成凝聚体，凝胶连接成松弛的三维网络结构， 氢键，范德华力 2、影响强度的因素： （１）酯化程度（甲氧化度）最主要。越高，凝胶强度越大，Ｖ越快。网络结构中心位于酯基团之间 （２）分子量 3、形成凝胶的条件： 浓度0.3－0.5％ ＰＨ2.0－3.5 蔗糖浓度60－65％ 多价阳离子代替糖，ＰＨ值不需那么低，形成盐的果胶分子离解不可逆， 果胶酯化度（ＤＥ）对凝胶形成有很大影响 (表3-3) （五）果胶在食品加工中的用途