碳水化合物 (8).ppt
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1、关于碳水化合物(8)现在学习的是第1页,共70页3.1 引言3.1.1 碳水化合物(Carbohydrates)分类 碳水化合物占生物界干重3/4,占人体摄入热量80%。自然界最丰富碳水化合物是纤维素。人类消费的主要食品成分是淀粉。1 定义:多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物2 分类:n单糖(Monosaccharides)结构最简单 不能再水解。1)按原子数目分:丙糖 丁糖 戊糖 己糖;2)按官能团分:醛糖 酮糖n低聚糖(寡糖Oligasaccharide):2-20个糖单位缩合而成。n多糖(Polysaccharides):20个以上单糖分子缩合而成现在学习的是第2页,共70页n多糖:20个以
2、上单糖分子缩合而成 组成单元:均一聚糖 相同单糖 杂聚多糖 不同种单糖组成 2、3、6种 分子中有无支链:直链多糖 支链多糖 按其功能不同:结构多糖 贮存多糖 抗原多糖 现在学习的是第3页,共70页3.1.2 碳水化合物的膳食利用碳水化合物功能 提供主要的热量、质构、口感、甜味。其中糖原、淀粉和某些葡聚糖是人类仅能消化的多糖 糖原:是人体能量的储备形式,主要贮存于肝中,在肌肉中也有低浓度糖原。葡聚糖:非常少,一般不存在于天然食品中 淀粉(starch):提供热能的碳水化合物中淀 粉占47%、蔗糖占52%现在学习的是第4页,共70页 淀粉(糖原)嘴 -淀粉酶、该金属酶,PH=6 麦芽低聚糖 甜味
3、 胃 PH=0.8-1.0,水解 十二指肠 -淀粉酶 D-葡萄糖 门静脉血液中现在学习的是第5页,共70页 表3-1 3-2给出了水果、蔬菜中的游离糖.蔗糖在大多数植物性食品中含量相当少.而源于加工类食品中获得。n普通食品中的糖n 食品 糖百分含量(%)n 可口可乐 9n 饼干 12n 冰淇淋 18n 即食谷类食品 1-50 桔子汁 10n 调味番茄酱 29n 蛋糕 36n 非牛乳奶油 65n 果冻 83现在学习的是第6页,共70页3.2 碳水化合物的结构3.2.1单糖1、概念:手性碳原子:与四个不同的原子或功能基团相连,在空间存在两种不同构型,呈镜面对称.差向异构:任何一个手性碳原子具有不同
4、的构型.醛糖:C4 差向异构 C2差向异构 酮糖:C5差向异构 L-糖:在最高编号的手性碳原子的羟基位在左边。天然存在的L-糖不多,食品仅L-阿拉伯糖,L-半乳糖。2、葡萄糖的构型:-D-葡萄糖;-D-葡萄糖现在学习的是第7页,共70页醛醛 糖糖现在学习的是第8页,共70页酮糖酮糖现在学习的是第9页,共70页环状结构环状结构现在学习的是第10页,共70页己糖构象己糖构象构象:是由原子基团围绕单糖旋转一定位置而形成的。构象:是由原子基团围绕单糖旋转一定位置而形成的。己糖可以形成呋喃型和吡喃型己糖可以形成呋喃型和吡喃型现在学习的是第11页,共70页己糖一般由船式和椅式两种构象己糖一般由船式和椅式两
5、种构象船式船式椅式椅式现在学习的是第12页,共70页3、D-葡萄糖开环式与各种环式转换n-D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组成的混合物。在室温下,以六元环为主,其次是五元环、七元环出现量很少,开环的醛只占0.003%。现在学习的是第13页,共70页3.2.2 糖苷(glycoside,glucoside)1、定义:糖苷:也称配糖体。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)等发生缩合反应而得的化合物。n糖苷广泛分布于植物的根、茎、叶、花和果实中。大多是带色晶体,能溶于水。水解时生成糖和其他物质。一般味苦。有些有剧毒。例如苦杏仁苷水
6、解的最终产物是葡萄糖、苯甲醛和氢氰酸。糖苷可用作药物。很多中药的有效成分就是糖苷,例如柴胡、桔梗、远志等。现在学习的是第14页,共70页n糖苷组成:一部分是糖的残基(糖去掉半缩醛羟基)另一部分是糖苷配基:与糖结合形成糖苷的母体醇基R。配基部分可以是很简单的,也可以是很复杂的。n糖苷性质:糖苷可以提高不溶性配糖基R的水溶性。n糖苷的结构:A、糖苷一般含有呋喃或吡喃环,吡喃环最稳定。故吡喃糖苷占极大多数。但是在糖基化反应早期阶段呋喃糖苷一般占多数。B、由于立体构型的不同,糖苷有和两类型。葡萄糖的苷(葡萄苷)和其他糖的苷,大多数是-型糖苷。现在学习的是第15页,共70页现在学习的是第16页,共70页
7、2、糖苷的稳定性 O-糖苷在中性或碱性条件下稳定,在酸性条件下能被水解,也能被各种不同的食品酶(糖苷酶)水解。例:果胶酶、淀粉酶。(对于糖苷可用化学反应、光谱法鉴定,最为有效的是核磁共振,仅1-50mg试样,不破坏其结构即可得到端基异构构型、环的构象、环的大小等。)N-糖苷与O-糖苷相比稳定性较差,在水中易于水解,一些不稳定的N-糖苷在水中通过一系列复杂的反应而分解同时使溶液颜色变深(黄色-暗棕色-Mailard褐变)。但也有一些N-糖苷非常稳定。例:N-葡基酰胺,N-葡基嘌呤,N-葡基嘧啶。S-糖苷由于天然存在硫基葡萄糖苷酶作用,导致糖苷配基的裂解和分子重排。图3-9 现在学习的是第17页,
8、共70页3、糖苷的功能性n生物的自身保护功能生物的自身保护功能 。苦味防御动物的侵蚀。苦味防御动物的侵蚀;当有病毒侵蚀时当有病毒侵蚀时,水水解酶水解产生杀菌剂解酶水解产生杀菌剂 毒素毒素n糖苷是糖的一种贮存形式。现公认红藻中的糖苷是糖的一种贮存形式。现公认红藻中的-D-D-半乳糖苷为半乳糖苷为一种代替蔗糖的贮存物质。一种代替蔗糖的贮存物质。n糖苷的水溶性,在植物体液中传递、运输、调节原生质表面的通糖苷的水溶性,在植物体液中传递、运输、调节原生质表面的通透等方面起作用。现已确定糖苷是一种解毒形式的产物。透等方面起作用。现已确定糖苷是一种解毒形式的产物。n生物活性生物活性 O-O-糖苷:糖苷:毛地
9、黄苷毛地黄苷-强心剂;皂角苷强心剂;皂角苷-起泡剂、稳定剂;起泡剂、稳定剂;甜菊苷甜菊苷-甜味剂甜味剂 N-N-糖苷:肌苷、黄苷糖苷:肌苷、黄苷-风味增效剂风味增效剂 S-S-糖苷:烯丙基硫葡萄糖苷糖苷:烯丙基硫葡萄糖苷-特殊风味剂特殊风味剂现在学习的是第18页,共70页4、分子内糖苷 形成O-糖苷时,若O-供体基团是同一分子的羟基,形成分子内糖苷。反应P.51 在焙烤或加热糖或糖浆至高温热解条件下会产生。所以分子内糖苷有苦味,应尽量控制。另外,在食品中还有一种生氰糖苷,降解产生HCN,例:杏仁、木薯、竹笋、高粱、菜豆必须充分煮熟后,充分洗涤以尽可能除去氰化物。以免引起氰化物中毒。现在学习的是
10、第19页,共70页3.2.3 低聚糖低聚糖:由2-20糖单位构成,可溶于水,广泛存在于自然界。天然低聚糖源于核苷酸的糖基衍生物缩合反应或酶作用下多糖水解。二糖:两糖单位缩合失水而成。n均匀:纤维二糖、麦芽糖、龙胆二糖、-海藻糖n非均匀:蔗糖、乳糖、密二糖n还原性:还有一个具有还原性的游离半缩醛基n非还原性:现在学习的是第20页,共70页三糖:均匀、非均匀;还原非还原 例:麦芽三糖(含D-葡萄糖、均匀的、还原性糖)甘露三糖(含D-半乳糖和D-葡萄糖、非均匀、非还原性糖)柿子糖(含D-半乳糖、D-葡萄糖、D-果糖、非均匀 的、非还原性的糖)现在学习的是第21页,共70页较大低聚糖:麦芽糖低聚物:聚
11、合度=4-10,存在于玉米糖浆中 沙丁格糊精:聚合度=6-10,由-D-吡喃葡萄糖构成的环状低聚物,淀粉在软化芽孢杆菌淀粉酶作用下制的。具有将客体化合物络合到一个非化学计量的包合结构中去的能力。此客体化合物被截留在碳水化合物环中,有助于稳定食品中香气的作用。现在学习的是第22页,共70页3.2.4多糖1、多糖:超过20个糖单位的聚合物成为多糖。多糖的聚合度200-3000 纤维素聚合度7000-150002、按结构分类:直链多糖;直链多糖 均匀多糖(纤维素、直支链淀粉);杂多糖现在学习的是第23页,共70页3.2.5 碳水化合物的化学反应一、水解反应:一、水解反应:低聚糖、糖苷及多糖在酸或酶的
12、作用下,可水解生成单糖或低聚糖。低聚糖、糖苷及多糖在酸或酶的作用下,可水解生成单糖或低聚糖。影响水解反应的因素:结构、温度、酸度影响水解反应的因素:结构、温度、酸度 结构:结构:异头物水解速度异头物水解速度-异头物异头物 呋喃糖苷水解速度呋喃糖苷水解速度 吡喃糖苷吡喃糖苷 -D-D糖苷水解速度糖苷水解速度 -D-D糖苷。糖苷。-D:1-D:16 1 6 1 2 12 14 1 4 1 3 3 -D:1-D:16 16 14 14 13 13 Fe2+;D-葡萄糖D-果糖 )现在学习的是第28页,共70页3、Maillard反应机理:开始和引发阶段:氨基和羧基的缩合;Amadori分子重排中间阶
13、段:糖脱水 糖裂解 氨基酸降解最后阶段:醇、醛缩合 氨、醛缩合现在学习的是第29页,共70页Maillard 反应产生风味物质不同氨基酸形成的风味nVal+葡萄糖奶油香气nLeu+葡萄糖巧克力香nGlu+葡萄糖木香不同反应时间对风味物质的影响n加热时间短,产生较多内酯类物质奶油香甜n加热时间长,内酯逐渐消失,吡嗪类物增加焙烤香味现在学习的是第30页,共70页控制原材料:核糖+半胱氨酸 :烤猪肉香味 核糖+谷胱甘肽 :烤牛肉香味控制温度:葡萄糖+缬氨酸 :100-150 :烤面包香味 180:巧克力香味 木糖-酵母水解蛋白:90 :饼干香型 160 :酱肉香型不同加工方法:土豆 大麦 水煮:12
14、5种香气 75种香气 烘烤:250种香气 150种香气 (恰好增加一倍)现在学习的是第31页,共70页3、利弊a 益处 Maillard反应褐变产品能产生牛奶、巧克力风味。还原糖牛奶蛋白质产生乳脂糖、太妃糖及奶糖风味 b 不利 Maillard反应导致部分氨基酸的损失,特别是必需AA,L-赖氨酸、精氨酸、组氨酸都含有参加反应的含N基团。食品经历Maillard褐变,一定会造成AA与营养损失,然而不发生褐变,也不能保证没损失,因为颜色以前,AA已经降解,营养就损失了。现在学习的是第32页,共70页4、抑制褐变方法 a 将水分含量降到很低 b 若为流体食品:稀释;降低PH;降低温度;除去一种作用物
15、,一般是糖例,干制蛋制品加D-葡萄糖氧化酶(干燥前)以分解D-葡萄糖 c 在食品加工过程中,早期色素未形成前,加还原剂(SO2,SO32-)能产生脱色效应。一旦Maillard反应褐变最后阶段,加SO32-对已形成色素无效现在学习的是第33页,共70页焦糖化(caramelization):1、定义:直接加热糖类化合物,特别是糖或糖浆,可产生一类称为焦糖化复杂反应,少量的酸或某些盐可加速此反应。n温和加热或初期分解引起端基异构体的转变、环大小的改变,糖键断裂及生成新的糖键,但在大多数热分解引起左旋葡聚糖形成或在糖环中形成双键,从而产生不饱和环状中间体;n共轭双轭双键具有吸光,从而产生颜色;n不
16、饱和环体系中,常发生缩合,使环体系聚合,从而产生良好的颜色和风味现在学习的是第34页,共70页2、商业上生产的三种焦糖色素 a 耐酸焦糖色素:由亚硫酸氢铵催化制备(产量最大的)其溶液PH=2-4.5;用于可乐饮料、其他酸性饮料 b 焙烤食品用焦糖色素:含铵离子的蔗糖溶液加热制备 其溶液PH=4.2-4.8;用于烘焙食品、糖浆、布丁等 c 啤酒用焦糖色素:蔗糖直接加热分解 其溶液PH=3-4;用于啤酒及其他含醇饮料3、热解反应产生的不饱和环体系具有独特味道和香气。n麦芽酚和异麦芽酚影响焙烤面包的风味,n2-氢-4-羟基-5-甲基呋喃-3-酮产生烧肉的焦香味 现在学习的是第35页,共70页3.3
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