食品化学_第四章_碳水化合物

3、糖苷（Glycosides）
手性碳原子

碳水化合物含有手性碳原子，手性碳原子连接四个 不同的基团，四个基团在空间的两种不同排列（构 型）呈镜面对称。
1、单糖（Monosaccharides）
链式结构－差向异构

糖分子中除了C1外，任何一个手性碳原子 具有不同的构型称为差向异构。
如 D－甘露糖是 D－葡萄糖的 C2差向异构。 醛糖：C 差向异构、 C 差向异构 4 2
1.5倍
3倍
浓度高，构型多
2、旋光性
① 旋光性定义：旋光性（rotation）是指一种物质使直线偏振光的振动 平面发生向左或向右旋转的特性，其旋光方向以不同的符号表示，即右 旋为D或（+），左旋为L或（-）。 ② 糖的比旋光度：除丙酮糖外，其余单糖分子结构中均含有手性碳原 子，故都具有旋光性，因此旋光性是鉴定糖的一个重要指标。
酮糖：C5 差向异构
环状结构－端位异构
链式结构－醛糖
C2 差向异构
C4 差向异构
链式结构－酮糖
C5 差向异构
环状结构
-与-构型
异侧
C1为手性碳原子，它有 右侧两种端位异构
同侧

己糖构象—— 己糖可以形成呋喃型和吡喃型
环式与开环式相互转换


β-D-吡喃葡萄糖溶于水时，形成具有：开环、五元环、 六元环及七元环等不同异构体的混合物。 室温下，以六元环为主。


二、食品中的碳水化合物
碳水化合物在植物中含量占干重的80%以上

如：玉米，蔬菜，水果等
单糖及低聚糖主要存在于蔬菜和水果中。
多糖主要存在于玉米，种子，根，茎植物。
从上图表中可以看出:
天然食物中游离糖的含量很少；加工的食品中则较多。
如何将植物源食物中的贮存多糖和结构多糖转 化为可溶性多糖？

麦芽低聚糖、甘露低聚糖、低聚木糖
具有特殊功能的低聚糖
功能性食品
西方国家：低热、低脂、低胆固醇、低盐、低糖及高纤 维食品 日本：功能食品因子，低聚糖和短肽
功能性低聚糖
低聚果糖、乳果聚糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚
氨基葡萄糖等。
功能性低聚糖的主要功能
增殖双歧杆菌维护肠道健康
具有特殊功能的低聚糖——低聚果糖
食品中重要的低聚糖——蔗糖

α-葡萄糖和β-果糖头头相连 非还原性二糖 具有极大的吸湿性和溶解性，能 1
形成具高渗透性的高浓度溶液。
可用作防腐剂和保湿剂。

2
冷冻保护剂，可防止脱水和由冷
冻引起的结构和质构的破坏。 甘蔗与甜菜

食品中重要的低聚糖

三糖

麦芽三糖、甘露三糖、蔗果三糖

聚合度为4～10的低聚糖
第四章 碳水化合物
1.食品中单糖、低聚糖、多糖等物理化学性质；
2.食品在储藏加工条件下糖类化合物的美拉德褐变
反应及其对食品营养、感观性状和安全的影响； 3.淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的应用；
重
点
糖类化合物的结构与功能间的关系
难
点
本 章 主 要 内 容
第一节 概述
第二节 单糖及低聚糖 第三节 多糖
目前可采取的方法有：
适时采收； 采后处理； 加工中添加水解酶等
水果——成熟前采摘， 后熟过程中酶促反应使 淀粉转变为糖，水果变 软，变熟，变甜
玉米--在蔗糖转化为 淀粉前采摘，加热破 坏转化酶系，玉米很 甜。成熟后采摘或未 及时破坏酶系，玉米 失去甜味，而且变硬 变老
三、食品中碳水化合物的作用
食品中碳水化合物的作用
组成：糖、配基（非糖部分 ）
配基部分
O-糖苷
S-糖苷
N-糖苷
糖苷的生理功能

类黄酮糖苷：具有苦味和其它风味和颜色 毛地黄苷：强心剂 皂角苷：起泡剂和稳定剂

甜菊苷：甜味剂 糖苷一般在碱性条件下稳定，在温或热的酸性水 溶液中通过水解产生还原糖。

4.2 单糖及低聚糖
一、单糖和低聚糖的结构及功能
（1）提供能量 与脂肪、蛋白质比较
4.1 概述
4.1 概述
三、食品中碳水化合物的作用
食品中碳水化合物的作用 （2）提供甜味 健康性
4.1 概述
（3）构成机体 糖脂是细胞膜与神经组织的组成成分； 糖蛋白是一些具有重要生理功能的 物质如某些抗体、酶和激素的组成部 分。 核糖和脱氧核糖是核酸的重要组成成 分。
二、单糖和低聚糖的物理性质 三、单糖和低聚糖的化学性质
蔗糖溶液（10％/15％） 1.00（甜度） α－D-葡萄糖 0.70（比甜度） 二、单糖和低聚糖的物理性质在食品中应用 β－D－呋喃果糖 1.50（比甜度） （甜度：果糖>蔗糖>葡萄糖>麦芽糖>半乳糖） 1、甜度
比甜度:以蔗糖（非还原糖）为基准物，一般以10 ％或15％的蔗糖水溶液在20℃时的甜度定为1.0。
第一节 食品中的碳水化合物
概述
自然界的生物物质中碳水化合物占 3/4，从细菌到高等动物都含有糖类 化合物。
植物体中含量最丰富，约占其干重的85－90％；其次是 节肢动物，如昆虫、虾蟹外壳的甲壳质。人类消费的主要食
品成分是淀粉，占摄入总热量的75－80％。
概述
在美国碳水化合物供给46％的热
量、脂肪供给42％的热量，而蛋白 质供给12％的热量。
在我国，传统的膳食习惯是以碳
水化合物的食物为主
概述
碳水化合物的许多新的功能。
近年来又发现某些多糖因
增进机体免疫功能而具有抑 制肿瘤，抗菌解毒等作用而 使人们把糖类化合物视为具
有重大生物化学意义的物质。
4.1 概述
一、碳Baidu Nhomakorabea化合物的一般概念
T=20℃时
产生甜味的基团:-CH2OH-CH2OH 影响甜度的因素： 分子量越大溶解度越小，则甜度也小 糖的不同构型（α、β型） 协同增效
1、甜度
糖的不同构型（α、β型）
葡萄糖: 与温度无关 > :=1:1.7 0℃ 果 糖: 与温度有关 与浓度有关 < :=3:7 80℃ :=7:3
三、食品中碳水化合物的作用
提供膳食热量 碳水化合物与 食品的营养
促进肠道蠕动
具有保健功能 色泽与碳水化合物 碳水化合物与 食品加工质量 口感与碳水化合物
质构与碳水化合物
4.2 单糖及低聚糖
一、单糖和低聚糖的结构及功能
1、单糖（Monosaccharides） 2、低聚糖（Oligosaccharides）
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。
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 保水保形作用
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
糖苷的基本概念
是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中
的-OH、-NH2、-SH（巯基）等发生缩合反应，失 去水后形成的化合物。
4.1 概述
（4）维持神经系统的功能与解毒 但脑神经组织需要葡萄糖作为能源 另外，机体肝糖元丰富则对某些细菌毒素抵抗能力增强，动 物实验显示肝糖元不足则对酒精、砷等毒素解毒作用下降。
4.1 概述
（5）食品加工中的重要原辅材料 其低分子糖类可作为调味剂，大分子糖类 可作为增稠剂和稳定剂。 此外，对食品的感官品质产生重要作用。
1.碳水化合物 表达式Cx(H2O)y (Carbohydrates)
多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。
单糖
按组成分 低聚糖 多糖 结构多糖
分 类
按功能分
储存多糖
抗原多糖

单糖——不能再被水解的多羟基醛、酮，是碳水化 合物的基本单位。单糖又分为醛糖和酮糖。 低聚糖——由2-10个单糖分子缩合而成，水解后生 成单糖。 多糖——由10个以上单糖分子缩合而成。根据组成 多糖的单糖种类,又分为均多糖和杂多糖。
20℃ 50℃
果糖 ＞ 蔗糖 ＞ 葡萄糖 ＞ 乳糖 78.9% 66.6% 46.7% 16.1% 86.9% 72.0% 70.9% 61.2%
果汁、蜜饯、果脯类食品利用糖作保存剂，
需要糖具有高溶解度，具有高的渗透压。在70％ 以上能抑制霉菌、酵母的生长。
4、渗透压——防腐

随温度↑，渗透压↑；分子数目越多，渗透压↑ 渗透压越大对食品保存越有利； 不同微生物对渗透压的耐受有差别：
命 名
3个碳原子：三糖，1个手性碳原子
4个碳原子：四糖，2个手性碳原子 5个碳原子；五糖，3个手性碳原子 6个碳原子：六糖，己糖，己醛糖
n-糖有n-2个手性碳原子
2、低聚糖（Oligosaccharides）
食品中重要的低聚糖
具有特殊功能的低聚糖 环状低聚糖
食品中重要的低聚糖——麦芽糖
蔗糖易结晶，晶体生成很大；
葡萄糖易结晶，晶体生成细小；
果糖、转化糖较难结晶；

应用：硬糖的生产不能单独使用蔗糖
旧法：加酸，蔗糖—→转化糖 新法：加入淀粉糖浆
6、结晶性和抗结晶性

淀粉糖浆：葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物
不含果糖，吸潮性低，保存性好； 含糊精，增加糖果韧性、强度和黏性，不易碎裂；

乳糖

乳糖酶
D-葡萄糖 + D-半乳糖
乳糖到达小肠后才被消化，小肠内存在乳糖酶。 乳糖促进肠道吸收和钙的保留。
乳糖不耐症
乳糖保留在小肠肠腔内，由于渗透压的作用，乳糖
有将液体引向肠腔的趋势，产生腹胀和痉挛。
乳糖不耐症随着年龄增大而加重。
有两种方法可以克服乳糖酶缺乏的影响，
一种方法是通过发酵如在生产酸奶和乳制品时除去乳糖 另一种方法是加入乳糖酶减少乳中乳糖。

淀粉水解后得到的二糖 具有潜在的游离醛基，是一种还原糖 温和的甜味剂
糖苷配基
D-葡萄糖
—1,4
食品中重要的低聚糖——乳糖
牛乳中的还原性二糖 发酵过程中转化为乳酸 在乳糖酶作用下水解 乳糖不耐症

糖苷配基
β-1,4
D-半乳糖 D-葡萄糖

发酵乳制品如大多数酸奶和干酪中乳糖含量很少， 一些乳糖发酵过程中被转化成乳酸。 乳糖在水解成单糖D-葡萄糖和D-半乳糖之后才能作 为能量利用。
甜度低，温和可口；
雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖
－23 ℃ ，蔗糖结晶成含水晶体，聚合成球形„„
7、冰点降低

溶液浓度越高，分子量越小，冰点降低越多 葡萄糖>蔗糖>淀粉糖浆
应用: 雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖 冰点降低小，节约电能； 抗结晶性，冰粒细腻；
③ 变旋现象：糖刚溶解于水中，其比旋光度是处于动态变化中的， 但到一定时间后就趋于稳定，此种现象称为变旋现象 （ Mutarotation ）。因此，在测定糖的旋光度时，必须使其溶液静 置一段时间后（24 h）再行测定。
3、溶解度（g/100gH2O）
均易溶于水，但溶解度不同。 温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响。
生理活性：
增殖双歧杆菌 难水解，热量低 1 β-2,1 2 GF2 GF3 GF4
抑制腐败菌，维 护肠道健康 防止龋齿 香蕉、蜂蜜、大 蒜、西红柿、洋 葱
环状低聚糖
又名沙丁格糊精或环状淀粉，由α -Ｄ-葡萄糖通 过1,4-糖苷键首尾相连构成。 聚合度为6,7,8,分别称为,,环状糊精。
果糖、转化糖 > 葡萄糖,麦芽糖 > 蔗糖
保湿性：糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质。
表示糖与氢键结合力的大小有关，即键的强度大小。
不同种类食品对于糖的吸湿性和保湿性要求不同

硬糖果——要求吸湿性低（避免遇潮湿天气因吸收水分而导 致溶化）∴以蔗糖为主（添加淀粉糖浆防止结晶）

软糖果——则需保持一定水分（避免遇干燥天气而干缩），
应用果葡糖浆、淀粉糖浆为宜。

糕饼——为了限制水进入食品，其表层涂抹糖霜粉，吸湿性 要小。如添加乳糖、蔗糖、麦芽糖。

蜜饯、面包、糕点——为控制水分损失、保持松软，必须添 加吸湿性较强的糖。如淀粉糖浆（转化糖浆）、果葡糖浆
6、结晶性和抗结晶性
不同糖的结晶特性
冰糖的制作
吸湿性与结晶性的关系：结晶性越好，则吸湿性越小。
N=6
N=7
N=8
环状糊精的结构特点：
高度对称性 圆柱形 -OH在外侧，C-H和O在环
环状糊精的立体结构示意图
内侧 环的外侧亲水，中间空穴 是疏水区域 作为微胶囊壁材，包埋脂 溶性物质 风味物、香精油、胆固醇
环状糊精的应用
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。
酵母 霉菌 50％蔗糖溶液 60％蔗糖溶液
细菌

80％蔗糖溶液
耐高渗酵母、霉菌——蜂蜜也会变坏
5、吸湿性和保湿性
糖类具有亲水功能： ∵ 糖类含有许多羟基与水分子通过氢键相互作用 ∴ 具有亲水功能（基本的物理性质之一） 吸湿性：糖在空气湿度较高情况下吸收水分的性质。
表示糖以氢键结合水的数量大小。