第二章 碳水化合物

环状结构：
葡萄糖不仅以直链结构存在，还以环状形式存在 证据： 1)不能和亚硫酸氢钠作用； 2)有变旋光现象 3)只能和一分子的醇加成。
CHO
HO CH3OH H+
H3CO
O CH2OH CH2OH
O CH2OH
环的表示方法：
CH2OH H OH H HO H OH 吡喃型 H OH O H
CH2OH CHOH OH H H 呋喃型 OH O H OH HO H H H OH
蔗糖[α -葡萄糖-(1,2)-β -果糖苷]
纤维二糖[β -葡萄糖-(1,4)-β -葡萄糖苷]
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。
二、三糖 自然界中广泛存在的三糖仅有棉子糖，
醇糖与酸作用时生成脂，生物化学上较重要的糖酯是 磷酸酯。它们是糖代谢的中间产物。 3、碱的作用 弱碱作用下，葡萄糖、果糖和甘露糖三者都可通过烯 醇化而相互转化。 强碱溶液中很不稳定，分解成各种不同的物质。
CHO H HO HO OH H H CH2OH 戊糖 CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH 己糖 羟甲基糠醛 乙酰丙酸 浓盐酸 HOH2C O CHO 分解 甲酸 CO2 , H2O 糠醛 浓盐酸 O CHO + 3H2O
以双糖存在最为广泛，蔗糖、麦芽糖和乳糖是其重要代表。
多糖:能水解为多个单糖分子的糖
以淀粉、糖原、纤维素等最为重要
单
糖
一、单糖的结构
可根据所含碳原子的数目分为戊糖（5个碳原子）和己 糖（6个碳原子），根据C、O双键的位置分为醛糖（碳链 末端）和酮糖（碳链中间）
CH2OH O OH OH OH CH2OH
糊化与老化在食品加工中的应用
方便即食型食品大多是富含淀粉的。其加 工原理简言之，就是将刚糊化的淀粉迅速脱水 至 10% 以下，使淀粉被固定在糊化状态，避免 老化，且易复水。 方便面的生产过程是将原料和成面团，经 压延、切条、折花后，将成型的面坯蒸熟，然 后热风干燥或油炸迅速去水，冷却后即为成品。 其中蒸煮的目的就是使淀粉糊化，糊化的程度 越高，复水的性能越好。蒸煮过程中淀粉充分 吸水，晶体结构充分解体，再通过快速脱水控 制其老化。这就是通过控制淀粉的糊化和老化 生产方便面的原理。
在钠汞齐及硼氢化钠类还原剂作用下，醛糖还原成糖醇， 酮糖还原成两个具有同分异构的羟基醇。
CHO Na-Hg H2 CH2OH Na-Hg H2 CH2OH O Na-Hg H2 CH2OH
D-葡萄糖
D-山梨醇
D-果糖
D-甘露醇
糖苷（Glycosides） 是由单糖或低聚糖 的半缩醛羟基和另一 个分子中的-ＯＨ、-Ｎ Ｈ2 -ＳＨ（巯基）等 发生缩合反应而得的 化合物。 组成： 糖 — 配基 （非糖部分 ） 其中糖部分称为 糖基，非糖部分称为 配基。
4、形成糖苷 单糖的半缩醛羟基很易与醇及酚羟基反应，失水而形成 缩醛式衍生物，通称糖苷。
H HO CH 2OH H H OH H OCH3 O H HO H CH 2OH H H OH H OCH3 O H
HO
HO
α -甲基-D-葡萄糖苷
β -甲基-D-葡萄糖苷
5、糖的氧化作用 与费林试剂反应（图）
CuSO4 + 2NaOH HOCH HOCH COONa COOK
Cu(OH)2 + Na2SO4 O O CH CH COONa COOK
+ Cu(OH)2
Cu
+ 2H2O
酒石酸钾钠 CHO 2 Cu O O CH CH COONa COOK + (CHOH)4 + 2 H2O CH2OH 葡萄糖
寡
一、双糖
6 6
糖
OH H 4 HO
3
CH 2OH H
4 5
CH 2OH O H H
4 5
CH 2OH
5
6
O H H
2 1
O H
2 1
H
6
OH
3
H
H
2
1
OH
3
H
H H
O
4
CH 2OH
5
O H
2 1 H
HO H
O H
OH
OH H
HO
3
H H OH
OH
OH
OH
α -型
α -型
β -型
α -型
麦芽糖(葡萄糖-α -1,4-葡萄糖苷)
变性淀粉及其应用
变性淀粉 天然淀粉经适当的化学处理、物理处理或酶 处理，使某些加工性能得到改善，以适应特定的 需要，这种淀粉被称为变性淀粉.
变性淀粉种类 •
物理变性 化学变性
物理变性：只使淀粉的物理性质发生改变. 如：α-淀粉： 将糊化后淀粉迅速干燥即 得。
化学变性： 利用化学方法进行变性.
食品保鲜 将ＣＤ和其它生物多糖制成保鲜剂。 涂于面包、糕点表面可起到保水保形的作 用。 除去食品的异味 鱼品的腥味，大豆的豆腥味和羊肉的膻 味，用ＣＤ包接可除去。
作为固体果汁和固体饮料酒的载体。
单糖和低聚糖的功能
多糖Polysaccharides
是大分子聚合物，聚合度由１０到几千，常
见多糖有淀粉，纤维素，果胶，瓜尔豆胶等等。
可溶性氧化铜络合物 COOH NaOH HOCH 2 HOCH COOK COONa + (CHOH)4 + Cu2O ↓ CH2OH 葡萄糖酸
CH2OH C O [O ] CH2OH + CO OH CO OH
在强氧化剂作用下， 酮糖将在羰基处断 裂，形成两个酸。
D-果糖
乙醇酸
三羟基丁酸
6、还原作用
第二章
(Carbohydrates)
碳水化合物
主要内容
定义 分类 单糖 寡糖 多糖
定义：
糖类物质是含多羟基的醛类或酮类化 合物及缩聚物和某些衍生物的总称。
分类
单糖:不能被水解成更小分子的糖
如:核糖、脱氧核糖、葡萄糖、果糖和半乳糖
糖
(碳水化合物)
寡糖:能水解成少数单糖分子的 糖（水解能生成2-10个单糖）
一、淀粉——植物营养物质的一种储存形式 淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒。
淀粉的物理性质
形状：圆形、椭圆形、多角形等 大小： 0.001~0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒 最大，谷物淀粉粒最小。 晶体结构：用偏振光显微镜观察及X-射线研究， 能产生X衍射现象。 白色粉末在，热水中融溶胀。 纯支链淀粉能溶于冷水中，而直链淀粉不 能， 直链淀粉能溶于热水。
乳糖(葡萄糖-β -1,4-半乳糖苷)
CH2OH H
4 5
6
H O H H
2 1 1
HO O OH
3 4
CH2OH H HO H H
CH2OH
2
H
5
O O OH H
H CH2OH HO H H OH H β -型 OH O H
OH H
3
H
HO H
O
CH2OH
6
OH α -型
OH β -型
H β -型
CH2OH H
4
H O
1 4
OH H H
4
CH2OH O H OH H H OH
1 1
H O
4
OH H H O
1
O H OH H H OH H
H OH O CH2OH
H
H OH
H
O
H
H n CH2OH
O
纤 维 素
改性纤维素
羧甲基纤维素(CMC) 可与蛋白质形成复合物，有助于蛋白 质食品的增 溶，在馅饼。牛奶蛋糊及布丁 中作增稠剂和粘接剂。由于羧甲基纤维素 对水的结合容量大，在冰淇淋和其它冷冻 食品中，可阻止冰晶的形成。防止糖果， 糖浆中产生糖结晶，增加蛋糕等烘烤食品 的体积，延长食品的货架期。
淀粉的呈色反应： (1)淀粉与碘发生呈色反应： 直链淀粉＋碘→呈蓝色 支链淀粉＋碘→呈紫红色 (2)糊精与碘发生呈色反应： 紫(糊精)，红(糊精)，无色(糊精)。
淀粉的糊化（Gelatinization）
糊化 淀粉粒在适当温度下，在水中溶胀，分裂， 形成均匀的糊状溶液的过程被称为糊化。其本 质是微观结构从有序转变成无序。 一般把生淀粉称为β -淀粉。糊化淀粉称为 α -淀粉。 糊化温度 发生糊化时所需的温度就称为糊化温度。 糊化温度不是一个点，而是一段温度范围。
OH H CH 2OH H O H
α -半乳糖苷酶
H H2C H H OH O HO HO H OH H O H
蔗糖酶
CH2OH H
H O
O OH
H
HO
CH2OH OH H
α -吡喃半乳糖
α -吡喃葡萄糖 棉子糖
β -呋喃果糖
三、环状糊精cyclodextrin 又名沙丁格糊精，由环状α-Ｄ-吡喃葡 萄糖苷构成。 聚合度为６、７、８，分别成为α、β、 γ－环状糊精。
酸度： pH<4时，淀粉水解为糊精，粘度降低（故 高酸食品的增稠需用交联淀粉）； pH 4~7时，几乎无影响； pH =10时，糊化速度迅速加快，但在食品 中意义不大 淀粉酶： 在糊化初期，淀粉粒吸水膨胀已经开始，而 淀粉酶尚未被钝化前，可使淀粉降解（稀化）， 淀粉酶的这种作用将使淀粉糊化加速。故新米 （淀粉酶酶活高）比陈米更易煮烂。
许多糖苷仅存在于植物中，表现出一ห้องสมุดไป่ตู้的生
物活性。如：黄豆苷（大豆，葛根中含有）可以
促进血液循环，提高脑血流量，对心血管疾病有 显著疗效，治冠心病，脑血栓。 银杏中的有效
成分：银杏黄酮醇苷，具有扩张冠状血管，改善 血液循环。
糖苷的毒性： 某些氰糖苷在体内转化为氢氰酸，使人 体中毒。 如：苦杏仁苷，在酶作用下水解成 ＨＣＮ等（杏、木薯、马利豆等）。
影响糊化的因素： 结构： 直链淀粉小于支链淀粉。 Aw： Aw提高，糊化程度提高。
糖： 高浓度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制。 盐： 高浓度的盐使淀粉糊化受到抑制；低浓度的盐存在，对糊 化几乎无影响。但对马铃薯淀粉例外，因为它含有磷酸基团， 低浓度的盐影响它的电荷效应。 脂类： 脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋环内， 不易从螺旋环中浸出，并阻止水渗透入淀粉粒。
氧化淀粉 淀粉分子中的羟基能够被氯酸钠、双氧水、臭 氧等氧化物氧化为羧基。 优点：粘度低，不易凝冻。用途：做增稠剂和 糖果成型剂。
酸降解淀粉 用H2SO4、HCL、使淀粉降解。 优点：粘度低、老化性大、易皂化 。 用途: 用于软糖、果冻、糕点生产。
二、糖
原——动物淀粉
四、纤维素
纤维素是植物中最广泛的骨架多糖，植物细胞壁和木材 差不多有一半是由纤维素组成的。棉花、亚麻是较纯的纤维 素。
环状糊精为中空圆柱形结构，可包埋与其大小相适的客体 分子，起到稳定缓释，提高溶解度，掩盖异味的作用。 食品：做增稠剂，稳定剂，提高溶解度（做如化剂），掩 盖异味等等。 化妆品: 作乳化剂，提高其稳定性，减轻对皮肤的刺激作 用。
ＣＤ在食品工业中的应用
保持食品香味的稳定 食用香精和稠味剂用ＣＤ包接，用于烤焙食 品，速溶食品，速食食品，肉食及罐头食品，可 使之留香持久，风味稳定。如食用香精玫瑰油， 茴香脑等易挥发，易氧化，用ＣＤ包接后香味的 保持得到改善。 保持天然食用色素的稳定 如：虾黄素经ＣＤ的包接，提高对光和氧的 稳定性。
CH2OH H
CH2OH O H H OH 呋喃型 β -D-葡萄糖 OH
O OH CHOH OH H H H H OH
吡喃型
α -D-葡萄糖
二、单糖的物理性质和化学性质 物理性质：旋光性、甜味、水溶性
化学性质： 1、酸的作用 戊糖与强酸共热，因脱水而生成糠醛。己糖与强酸共 热分解成甲酸、CO2、乙酰丙酸以及少量羟甲基糠醛。 糠醛与羟甲基糠醛能与某些酚类作用生成有色的缩合 物。利用这一性质可以鉴定糖。 2、酯化作用
脱水米饭或称 α - 化速煮米饭的生产原理 与方便面相似，国外一般采用在 α - 化下将温 度突然下降到-10 ℃～-30 ℃，再进行升华干 燥以保持淀粉的 α - 化。国内一般采用高温热 风干燥，控制淀粉的老化。 淀粉的老化在食品生产中一般是希望避免 的，但也有例外。粉丝、粉皮的生产是将淀粉 糊化以后，促进其老化，以得到有韧性的产品。
淀粉的老化(Retrogradation)
老化
淀粉溶液经经缓慢冷却或淀粉凝胶 经长期放置，会变为不透明甚至产生沉 淀的现象，被称为淀粉的老化。 实质是糊化的后的分子又自动排列 成序，形成高度致密的结晶化的不溶解 性分子粉末。
影响淀粉老化的因素：
温度：
2~4°C，淀粉易老化 >60 °C或 <-20 °C，不易发生老化， 含水量： 含水量30~60%。易老化 含水量过低（ 10%）或过高，均不易老化； 结构： 直链淀粉易老化； 聚合度 n 中等的淀粉易老化； 淀粉改性后，不均匀性提高，不易老化。
果糖
CHO H OH H OH H OH CH2OH
D-核糖
CHO H H H OH H OH CH2OH
2-脱氧核糖
链状结构与化学组成：
纯净的葡萄糖，其成分是碳、氢和氧，相对分子质量 180，分子式为C6H12O6。链状结构如下图：
CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH 葡萄糖 葡萄糖 （简化链式） 甘露糖 半乳糖