食品化学第三章-碳水化合物(课堂PPT).ppt

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1、第三章第三章 Chapter 3碳水化合物碳水化合物 Carbohydrates 1本章本章提要提要l重点：重点：l食品在储藏加工条件下糖类化合物的美拉德褐变反应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；及其对食品营养，感观性状和安全的影响；l单糖、低聚糖的理化性质单糖、低聚糖的理化性质l淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的应用；淀粉的糊化和老化及其在食品加工中的应用；l难点：难点：l美拉德反应的过程美拉德反应的过程l糖类化合物的结构与功能间的关系糖类化合物的结构与功能间的关系2第一节第一节 食品中的碳水化合物食品中的碳水化合物3l自然界最丰富的有机物，

2、约占生物物质的自然界最丰富的有机物，约占生物物质的3/4l植物体中含量最丰富，约占其干重的植物体中含量最丰富，约占其干重的85%-90%，其中最多的是，其中最多的是纤维素纤维素。l人类消费的食品的主要碳水化合物是人类消费的食品的主要碳水化合物是淀粉淀粉和和糖糖（葡萄糖、果糖、乳糖及蔗糖）（葡萄糖、果糖、乳糖及蔗糖）l是生命活动所需能量的主要来源（是生命活动所需能量的主要来源（80%）4碳水化合物与食品的加工和保藏关系密切碳水化合物与食品的加工和保藏关系密切l食品的褐变就与还原糖有关食品的褐变就与还原糖有关l食品的粘性与弹性与淀粉和果胶等多糖有关食品的粘性与弹性与淀粉和果胶等多糖有关l蔗糖、果糖

3、等作为甜味剂（天然）蔗糖、果糖等作为甜味剂（天然）51.定义定义:碳水化合物碳水化合物 (Carbohydrates)是由碳、氢、氧三种元素组成的，是由碳、氢、氧三种元素组成的，多多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。按组成分分类按组成分分类 Classification（1）单糖单糖（Monosaccharides）：不能再被水解的多羟基醛或酮，是碳水不能再被水解的多羟基醛或酮，是碳水 化合物的基本单位。化合物的基本单位。如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖6低聚糖（寡糖）低聚糖（寡糖）(Oligasaccharides)由由210个单糖分子缩

4、合而成，水解后生成个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖，其中以二糖最为多见单糖，其中以二糖最为多见 如：蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖如：蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖多糖多糖(Polysaccharides)由许多单糖分子由许多单糖分子(10)缩合而成缩合而成 如淀粉、糊精、糖原、纤维素及果胶等如淀粉、糊精、糖原、纤维素及果胶等72.2.食品中的糖类化合物（见表一）食品中的糖类化合物（见表一）8表一表一 食品中的糖类化合物食品中的糖类化合物(%)(%)产品产品总糖量总糖量 单糖和双糖单糖和双糖多糖多糖苹果苹果14.514.5葡萄糖葡萄糖1.17 1.17 果糖果糖6.04 6.04 蔗糖蔗糖3.7

5、83.78淀粉淀粉1.51.5纤维素纤维素1.01.0葡萄葡萄17.317.3葡萄糖葡萄糖2.09 2.09 果糖果糖2.40 2.40 蔗糖蔗糖4.254.25纤维素纤维素0.60.6胡萝卜胡萝卜9.79.7葡萄糖葡萄糖2.07 2.07 果糖果糖1.09 1.09 蔗糖蔗糖4.254.25淀粉淀粉7.87.8纤维素纤维素1.01.0甜玉米甜玉米22.122.1蔗糖蔗糖12-1712-17纤维素纤维素0.70.7甘薯甘薯26.326.3葡萄糖葡萄糖0.87 0.87 蔗糖蔗糖2-32-3淀粉淀粉14.6514.65纤维素纤维素0.70.7肉肉葡萄糖葡萄糖0.10.1糖原糖原0.10.193.

6、食品中碳水化合物的作用食品中碳水化合物的作用提供人类能量的绝大部分提供人类能量的绝大部分提供适宜的质地、口感和甜味提供适宜的质地、口感和甜味 （如麦芽糊精作增稠剂、稳定剂）（如麦芽糊精作增稠剂、稳定剂）有利于肠道蠕动，促进消化有利于肠道蠕动，促进消化 （如纤维素被称为膳食纤维，低聚糖可促小孩（如纤维素被称为膳食纤维，低聚糖可促小孩肠道双歧杆菌生长，促消化）肠道双歧杆菌生长，促消化）10第二节单第二节单 糖糖Monosaccharides11一、分类与结构一、分类与结构l按结构分：醛糖和酮糖按结构分：醛糖和酮糖l按官能团分：糖醇、糖酸、醇糖酸、糖醛酸、按官能团分：糖醇、糖酸、醇糖酸、糖醛酸、氨基

7、糖氨基糖l按所含碳原子数分：丙糖、丁糖、戊糖、己按所含碳原子数分：丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖糖、庚糖 如：含有如：含有5个碳原子的醛糖称戊醛糖个碳原子的醛糖称戊醛糖 含有含有6个碳原子的酮糖称己酮糖个碳原子的酮糖称己酮糖最简单的单糖：丙醛糖（甘油醛）和丙酮糖最简单的单糖：丙醛糖（甘油醛）和丙酮糖12结构结构l手性碳原子手性碳原子lD D型和型和L L型型l 型和型和型型l吡喃糖和呋喃糖吡喃糖和呋喃糖l船式和椅式船式和椅式13旋光性旋光性l一种物质使直线偏振光的震动平面向左或向一种物质使直线偏振光的震动平面向左或向右发生旋转地特性，使偏振光平面右旋转右发生旋转地特性，使偏振光平面右旋转的称右旋

8、糖，表示符号为的称右旋糖，表示符号为D-或或(+)，使偏振，使偏振光平面左旋转的称左旋糖，表示符号为光平面左旋转的称左旋糖，表示符号为L-或或(-)。l比旋光度：比旋光度：1 mL含有含有1 g糖的溶液在其透光糖的溶液在其透光层为层为0.1 m时使偏振光旋转的角度。时使偏振光旋转的角度。14lD D型和型和L L型型 单糖的构型最常用的是糖的构型最常用的是D D、L L标记法。此法。此时，只考，只考虑距距羰基最基最远的手性碳原子的构的手性碳原子的构型，若此手性碳原子上的型，若此手性碳原子上的羟基基处于右于右侧的的为D D型糖，型糖，处于左于左侧的的为L L型糖。型糖。15 醛醛 糖糖链式结构链

9、式结构C4 差向异构差向异构 C2差向异构差向异构16差向异构差向异构C-2差向差向 异构体异构体C-4差向差向 异构体异构体D-葡萄糖与葡萄糖与D-甘露糖在构型上只有甘露糖在构型上只有C2构型不同，称为构型不同，称为差向异构。差向异构。多个手性碳的异构体，彼此间只有多个手性碳的异构体，彼此间只有一个手性碳原子的构型不一个手性碳原子的构型不同，而其余的碳原子构型都相同同，而其余的碳原子构型都相同的两种糖，称为差向异构体。的两种糖，称为差向异构体。17酮糖酮糖C5差向异构差向异构18环状结构环状结构室温下，形成六元环为主，其次是五元环，七室温下，形成六元环为主，其次是五元环，七环出现量很少，开环

10、的醛只占环出现量很少，开环的醛只占0.003%。葡萄糖葡萄糖19l在哈武斯透视式中，确定单糖的空间构型时，首在哈武斯透视式中，确定单糖的空间构型时，首先找出半缩醛羟基，以确定氧环上的编号顺序。先找出半缩醛羟基，以确定氧环上的编号顺序。与半缩醛羟基相连的碳原子其编号肯定是较小的与半缩醛羟基相连的碳原子其编号肯定是较小的（醛糖中编号为（醛糖中编号为1，酮糖中编号为，酮糖中编号为2）。如果氧环）。如果氧环中碳原子的编号按顺时针方向排列，编号最大的中碳原子的编号按顺时针方向排列，编号最大的末端羟甲基在环平面上方的为末端羟甲基在环平面上方的为D-型，在下方的为型，在下方的为L-型。型。l不管环上碳原子的

11、编号顺序如何，半缩醛羟基与不管环上碳原子的编号顺序如何，半缩醛羟基与编号最大的末端羟甲基处于环平面的异侧的为编号最大的末端羟甲基处于环平面的异侧的为-型，处于同侧的为型，处于同侧的为-型。型。2021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种构象22二、糖苷二、糖苷(Glycosides)单糖的半缩醛羟基在酸性条件下与其他分子单糖的半缩醛羟基在酸性条件下与其他分子醇的羟基或酚羟基结合，脱去一分子水生成醇的羟基或酚羟基结合，脱去一分子水生成称为糖苷（类似醚）的化合物。称为糖苷（类似醚）的化合物。糖苷一般以呋喃糖苷或吡喃糖苷的形式存在糖苷一般以呋喃糖苷或吡喃糖苷的形式存在23（1）组成）

12、组成 糖和糖苷配基（非糖部分，也可以是糖糖和糖苷配基（非糖部分，也可以是糖）O-糖苷：糖在酸性条件下与醇发生反应，失水糖苷：糖在酸性条件下与醇发生反应，失水 S-糖苷：糖与硫醇糖苷：糖与硫醇RSH作用，生成硫葡萄糖苷作用，生成硫葡萄糖苷 N-糖苷：糖与胺糖苷：糖与胺RNH2作用生成氨基葡萄糖苷作用生成氨基葡萄糖苷 形成糖苷，往往可以提高糖配基的水溶性形成糖苷，往往可以提高糖配基的水溶性程度。程度。2425(2)性性 质质无变旋现象无变旋现象无还原性无还原性通常易溶于水通常易溶于水能被无机酸和糖苷酶水解，但碱性中较稳定能被无机酸和糖苷酶水解，但碱性中较稳定吡喃糖苷环比呋喃糖苷稳定吡喃糖苷环比呋喃

13、糖苷稳定26l风味增强风味增强lN-糖苷（肌苷、黄苷以及鸟苷的糖苷（肌苷、黄苷以及鸟苷的5-单磷酸盐等）、单磷酸盐等）、S-糖苷（芥菜子和辣根）糖苷（芥菜子和辣根）l苦味苦味l分子内脱水形成分子内脱水形成O-糖苷，焙烤或加热糖或糖浆至糖苷，焙烤或加热糖或糖浆至高温的条件下，产生少量苦味物质。高温的条件下，产生少量苦味物质。27(3)生物活性生物活性 许多糖苷仅存在于植物中，表现出一定的生许多糖苷仅存在于植物中，表现出一定的生物活性。物活性。如：黄豆苷（大豆，葛根中含有如：黄豆苷（大豆，葛根中含有)）可以促进）可以促进血液循环，提高脑血流量，对心血管疾病有显著血液循环，提高脑血流量，对心血管疾病

14、有显著疗效，治冠心病，脑血栓。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。张冠状血管，改善血液循环。28(4)4)糖苷的毒性糖苷的毒性某些某些生氰糖苷生氰糖苷在体内转化为氢氰在体内转化为氢氰酸，使人体中毒。酸，使人体中毒。如：苦杏仁苷，在酶作用下水解如：苦杏仁苷，在酶作用下水解成成HCN等。等。在自然界中，这些糖苷存在于杏仁、在自然界中，这些糖苷存在于杏仁、木薯、高粱、竹、菜豆中。木薯、高粱、竹、菜豆中。29三、单糖的物理性质三、单糖的物理性质1、甜度甜度 蜂蜜和大多数果实的甜味主要取决于蔗糖、蜂蜜和大多数果实的

15、甜味主要取决于蔗糖、D-果糖、葡萄糖的含量。果糖、葡萄糖的含量。甜度定义甜度定义 是一个相对值，以蔗糖作为基准物，一般以蔗是一个相对值，以蔗糖作为基准物，一般以蔗糖的甜度为糖的甜度为100 甜度甜度 果糖果糖(173)转化糖转化糖(130)蔗糖蔗糖(100)葡葡萄糖萄糖(74)木糖木糖(40)麦芽糖麦芽糖(32)乳糖乳糖(16)转化糖：转化糖：用稀酸或酶对蔗糖作用后所得含等量的用稀酸或酶对蔗糖作用后所得含等量的葡萄糖和果糖的混合物。葡萄糖和果糖的混合物。30l同一种糖的同一种糖的-型和型和-型的甜度不同型的甜度不同 如：葡萄糖的如：葡萄糖的-型比型比-型甜型甜1.5倍，通常，倍，通常，葡萄糖的

16、结晶为葡萄糖的结晶为-型。型。l在溶液中在溶液中型、型、-型平衡时型平衡时:=1:1.7，所以，所以溶解后时间越长，甜度就越低。溶解后时间越长，甜度就越低。l但此平衡受温度影响很小，故冷和热葡萄糖但此平衡受温度影响很小，故冷和热葡萄糖液的甜味相似。液的甜味相似。31l果糖的果糖的-型的甜度为型的甜度为-型的型的3倍。普通果糖倍。普通果糖的结晶是的结晶是-型，溶液中型，溶液中的平衡随浓度和温的平衡随浓度和温度而异。度而异。l如：如：10%果糖液，果糖液，0下下:=3:7 80下下:=7:3且浓度高则且浓度高则-型多，因此，低温下，浓液甜型多，因此，低温下，浓液甜322、溶解度、溶解度l一般一般T

17、升高，溶解度增大，在同一升高，溶解度增大，在同一T下，果下，果糖的溶解度最高。糖的溶解度最高。l溶解度与渗透压有关，一定浓度的糖溶液其溶解度与渗透压有关，一定浓度的糖溶液其渗透压随浓度的增高而增大，渗透压越高渗透压随浓度的增高而增大，渗透压越高的糖，对食品的保存越好。的糖，对食品的保存越好。糖类糖类20304050浓度浓度%溶解度溶解度(g/100g水水)浓度浓度%溶解度溶解度(g/100g水水)浓度浓度%溶解度溶解度(g/100g水水)浓度浓度%溶解度溶解度(g/100g水水)果糖果糖78.94374.7881.54441.7084.34538.6386.94665.58葡萄糖葡萄糖46.7

18、187.6754.54120.4661.89162.3870.91243.7633l糖液的渗透压对于抑制不同微生物的生长时糖液的渗透压对于抑制不同微生物的生长时有差别的。有差别的。l50%的蔗糖溶液能抑制一般酵母的生长，但的蔗糖溶液能抑制一般酵母的生长，但抑制细菌和霉菌则分别需要抑制细菌和霉菌则分别需要65%和和80%的的浓度，有些酵母菌和霉菌能耐受高浓度的浓度，有些酵母菌和霉菌能耐受高浓度的糖液，如蜂蜜的败坏就是由于耐高渗透压糖液，如蜂蜜的败坏就是由于耐高渗透压酵母的作用。酵母的作用。34 在室温下葡萄糖的溶解度较低，其渗透压在室温下葡萄糖的溶解度较低，其渗透压不足以抑制微生物的生长，贮藏性

19、差，工不足以抑制微生物的生长，贮藏性差，工业上一般在较高温度下业上一般在较高温度下55（70%），不），不会结晶，贮藏性好。会结晶，贮藏性好。一般说来糖浓度大于一般说来糖浓度大于70%就可以抑制微生就可以抑制微生物的生长。果汁和蜜饯类食品就是利用糖物的生长。果汁和蜜饯类食品就是利用糖作为保藏剂的。作为保藏剂的。353、吸湿性和保湿性、吸湿性和保湿性 吸湿性：糖在较高空气湿度下吸收水分的吸湿性：糖在较高空气湿度下吸收水分的性质。性质。保湿性：糖在较低空气湿度下保持水分的保湿性：糖在较低空气湿度下保持水分的性质。性质。糖的这种性质与保持食品弹柔性和储存密糖的这种性质与保持食品弹柔性和储存密切相关。

20、切相关。36对于单糖和双糖的吸湿性为：对于单糖和双糖的吸湿性为：果糖、转化糖果糖、转化糖葡萄糖、麦芽糖葡萄糖、麦芽糖蔗糖。蔗糖。例如：例如：面包、糕点、软糖应选吸湿性大的果糖或果面包、糕点、软糖应选吸湿性大的果糖或果 葡糖浆葡糖浆.硬糖、酥糖及酥性饼干应选吸湿性小的葡萄硬糖、酥糖及酥性饼干应选吸湿性小的葡萄 糖或蔗糖糖或蔗糖.374、结晶性、结晶性 就单糖和双糖的结晶性而言：就单糖和双糖的结晶性而言：蔗糖蔗糖葡萄糖（晶体较蔗糖细小）葡萄糖（晶体较蔗糖细小）果糖果糖和转化糖。和转化糖。淀粉糖浆淀粉糖浆：淀粉水解脱色后加工而成的粘：淀粉水解脱色后加工而成的粘稠液体，是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合稠液

21、体，是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，自身不能结晶并能防止蔗糖结晶。其物，自身不能结晶并能防止蔗糖结晶。其甜味柔和，容易为人体直接吸收。甜味柔和，容易为人体直接吸收。38 在生产硬糖时不能完全使用蔗糖，当熬煮在生产硬糖时不能完全使用蔗糖，当熬煮到水分含量到到水分含量到3%以下时，蔗糖就结晶，不以下时，蔗糖就结晶，不能得到坚硬、透明的产品。一般在生产硬能得到坚硬、透明的产品。一般在生产硬糖时添加一定量的（糖时添加一定量的（30%-40%）的淀粉糖）的淀粉糖浆。浆。395、黏度、黏度在相同浓度下，溶液的粘度有以下顺序：在相同浓度下，溶液的粘度有以下顺序：葡萄糖、果糖葡萄糖、果糖蔗糖蔗糖蔗糖蔗糖淀粉糖

22、浆（取决其转淀粉糖浆（取决其转化程度）化程度）42四、食品中单糖的化学性质四、食品中单糖的化学性质l1、食品中单糖与碱的作用、食品中单糖与碱的作用 单糖在碱性溶液中不稳定，随温度升高，单糖在碱性溶液中不稳定，随温度升高，易发生异构化和分解反应。易发生异构化和分解反应。如如D-葡萄糖在稀碱作用下，通过烯醇式中间葡萄糖在稀碱作用下，通过烯醇式中间体的转化得到体的转化得到D-葡萄糖、葡萄糖、D-甘露糖和甘露糖和D-果果糖三种差向异构体的平衡混合物。糖三种差向异构体的平衡混合物。432、氧化反应、氧化反应l（1）在碱性溶液中，无论是醛糖或是酮糖）在碱性溶液中，无论是醛糖或是酮糖都能通过烯二醇中间体而发

23、生异构化。烯都能通过烯二醇中间体而发生异构化。烯醇式和醛基都容易被弱的氧化剂如醇式和醛基都容易被弱的氧化剂如Tollen试试剂和剂和Fehling试剂氧化成糖酸。试剂氧化成糖酸。l酮糖也能被这些氧化剂氧化。酮糖也能被这些氧化剂氧化。44l（2）在酸性溶液中氧化）在酸性溶液中氧化 单糖在酸性溶液中不产生异构化，醛糖比单糖在酸性溶液中不产生异构化，醛糖比酮糖易于氧化。醛糖的醛基被弱氧化剂溴酮糖易于氧化。醛糖的醛基被弱氧化剂溴水（水（HOBr）氧化，生成糖酸。）氧化，生成糖酸。酮糖不能被溴水氧化。酮糖不能被溴水氧化。稀硝酸可使醛糖的醛基和伯醇基都氧化成稀硝酸可使醛糖的醛基和伯醇基都氧化成羧基，氧化产

24、物是同数碳原子的糖二酸。羧基，氧化产物是同数碳原子的糖二酸。酮糖在稀硝酸的作用下被氧化，酮糖在稀硝酸的作用下被氧化，C1-C2键发键发生断裂，生成比原来糖少一个碳原子的羧生断裂，生成比原来糖少一个碳原子的羧酸。酸。45（3）葡萄糖氧化酶的作用）葡萄糖氧化酶的作用46473、还原反应、还原反应48l山梨糖醇在低温时，对稀酸、稀碱和大气中的氧山梨糖醇在低温时，对稀酸、稀碱和大气中的氧是稳定的。它不能还原是稳定的。它不能还原Fehling试剂，也不被酵母试剂，也不被酵母发酵和细菌分解，能长期保存。发酵和细菌分解，能长期保存。l除了再糖果业中用于保鲜和保软外，还用于糖尿除了再糖果业中用于保鲜和保软外，

25、还用于糖尿病人，山梨糖醇在人体代谢中，它被酶氧化首先病人，山梨糖醇在人体代谢中，它被酶氧化首先转化为果糖，果糖容易消化，适用于幼儿和糖尿转化为果糖，果糖容易消化，适用于幼儿和糖尿病人，它不需要胰岛素作用，能直接被人体代谢病人，它不需要胰岛素作用，能直接被人体代谢利用，但也不能无限给病人食用，否则会危及胰利用，但也不能无限给病人食用，否则会危及胰岛素的平衡。岛素的平衡。495051 木糖醇可做为糖尿病人的甜味剂、营养补充剂和辅助治疗木糖醇可做为糖尿病人的甜味剂、营养补充剂和辅助治疗剂。在体内缺少胰岛素影响糖代谢情况下，无须胰岛素促剂。在体内缺少胰岛素影响糖代谢情况下，无须胰岛素促进，也能透过细胞

26、膜，被组织吸收利用，促进肝糖元合成，进，也能透过细胞膜，被组织吸收利用，促进肝糖元合成，供细胞以营养和能量，且不会引起血糖值升高，是最适合供细胞以营养和能量，且不会引起血糖值升高，是最适合糖尿病患者食用的营养性的食糖代替品。糖尿病患者食用的营养性的食糖代替品。l防龋齿防龋齿 所有的甜味剂中木糖醇效果最好，首先是木糖醇不能被所有的甜味剂中木糖醇效果最好，首先是木糖醇不能被口腔中产生龋齿的细菌发酵利用，抑制链球菌生长及酸的口腔中产生龋齿的细菌发酵利用，抑制链球菌生长及酸的产生；其次在咀嚼木糖醇时，能促进唾液分泌，唾液多了产生；其次在咀嚼木糖醇时，能促进唾液分泌，唾液多了既可以冲洗口腔、牙齿中的细菌

27、，也可以增大唾液和龋齿既可以冲洗口腔、牙齿中的细菌，也可以增大唾液和龋齿斑点处碱性氨基酸及氨浓度，同时减缓口腔内斑点处碱性氨基酸及氨浓度，同时减缓口腔内PHPH值下降，值下降，伤害牙齿的酸性物质被中和稀释，抑制了细菌在牙齿表面伤害牙齿的酸性物质被中和稀释，抑制了细菌在牙齿表面的吸附，从而减少了牙齿的酸蚀，防止龋齿和减少牙斑的的吸附，从而减少了牙齿的酸蚀，防止龋齿和减少牙斑的产生，巩固牙齿。产生，巩固牙齿。52糖醇糖醇相对甜度相对甜度木糖醇木糖醇90山梨糖醇山梨糖醇63半乳糖醇半乳糖醇58麦芽糖醇麦芽糖醇68乳糖醇乳糖醇35糖醇的相对甜度糖醇的相对甜度534、酯化与醚化、酯化与醚化5455五、非

28、酶褐变五、非酶褐变1.褐变作用概述褐变作用概述 褐变褐变(browning)是食品加工最普遍存在的一种变色现象。在是食品加工最普遍存在的一种变色现象。在一些食品加工中适当的变色是需要的，如面包、红茶等加工；而一些食品加工中适当的变色是需要的，如面包、红茶等加工；而另一些食品加工出现褐变则是不利的，如果蔬的加工、鱼片的加另一些食品加工出现褐变则是不利的，如果蔬的加工、鱼片的加工等。工等。562.褐变分类褐变分类酶促褐变酶促褐变 以多酚氧化酶催化，使酚类物质氧化为醌以多酚氧化酶催化，使酚类物质氧化为醌非酶褐变非酶褐变焦糖化反应焦糖化反应 Phenomena of Caramelization美拉德

29、反应美拉德反应 Maillard Reaction573 美拉德反应美拉德反应定定 义义 食品在油炸、焙烤、烘焙等加工或贮藏食品在油炸、焙烤、烘焙等加工或贮藏过程中，过程中，还原糖还原糖（主要是葡萄糖）同（主要是葡萄糖）同游离游离氨基酸氨基酸或蛋白质分子中或蛋白质分子中氨基酸残基氨基酸残基的游离的游离氨基发生氨基发生羰氨反应羰氨反应，产生有色大分子，这，产生有色大分子，这种反应被称为种反应被称为Maillard Reaction。5859lAmadori重排又称为葡糖胺重排反应重排又称为葡糖胺重排反应 是由一分子葡糖胺在盐酸和吡啶的混是由一分子葡糖胺在盐酸和吡啶的混合溶液中得到合溶液中得到1-

30、氨基氨基-1脱氧脱氧-2酮糖的过酮糖的过程。程。60美拉德反应历程美拉德反应历程美拉德反应历程美拉德反应历程A、初始阶段、初始阶段N-葡萄糖基胺的形成葡萄糖基胺的形成N-葡萄糖基胺葡萄糖基胺分子重排分子重排在稀酸条件下，羰胺缩合在稀酸条件下，羰胺缩合产物易水解；亚硫酸根可产物易水解；亚硫酸根可与醛形成加成化合物，可与醛形成加成化合物，可阻止阻止N-葡萄糖基胺的生成葡萄糖基胺的生成61B、中间阶段、中间阶段果糖基胺的进一步反应可能有两条：果糖基胺的进一步反应可能有两条：脱水形成羟甲基糠醛脱水形成羟甲基糠醛HMF的积累与褐变速度有很大的关系，因此通过的积累与褐变速度有很大的关系，因此通过HMF的的

31、生成量、生成速度来监测食品中褐变反应的情况。生成量、生成速度来监测食品中褐变反应的情况。HMF62B、中间阶段、中间阶段果糖基胺脱去胺残基重排生成二羰基化合物果糖基胺脱去胺残基重排生成二羰基化合物2,3烯醇化烯醇化-RNH2二羰二羰二羰二羰基化基化基化基化合物合物合物合物 二羰基化合物是非常活泼的中间产物，它可以进行以下作用：进一步脱水后与二羰基化合物是非常活泼的中间产物，它可以进行以下作用：进一步脱水后与胺类缩合，生成褐色大分子；也可裂解成较小的分子，促使氨基酸脱羧、脱氨，生胺类缩合，生成褐色大分子；也可裂解成较小的分子，促使氨基酸脱羧、脱氨，生成少一个碳的醛（这就是成少一个碳的醛（这就是S

32、trecker降解作用降解作用），对食品品质影响很大。），对食品品质影响很大。Strecker降解示意图降解示意图63C、终了阶段、终了阶段醇醛缩合物的产生醇醛缩合物的产生黑色素的产生黑色素的产生 含羰基的中间产物随机聚合，在连续不断的醇醛缩合反应后，含羰基的中间产物随机聚合，在连续不断的醇醛缩合反应后，在有氨基酸或蛋白质的参与下，聚合成黑色素在有氨基酸或蛋白质的参与下，聚合成黑色素。+醇醛缩合物醇醛缩合物醇醛缩合物醇醛缩合物不稳定的醛不稳定的醛不稳定的醛不稳定的醛64控制食品加工贮藏中美拉德褐变的三个重控制食品加工贮藏中美拉德褐变的三个重要意义：要意义：l（1）褐变产生深颜色及强的香气和风味

33、，可以使）褐变产生深颜色及强的香气和风味，可以使有益的或有害的。如果汁热加工时为保持其新鲜有益的或有害的。如果汁热加工时为保持其新鲜水果风味，需阻止褐变；而焙烤面包时，要利用水果风味，需阻止褐变；而焙烤面包时，要利用褐变；酱油的制作；烤鸭制作；烟叶的烘焙等等。褐变；酱油的制作；烤鸭制作；烟叶的烘焙等等。l（2）为了防止营养成分损失，特别是必须氨基酸）为了防止营养成分损失，特别是必须氨基酸如赖氨酸的损失，需要避免发生褐变反应。大豆如赖氨酸的损失，需要避免发生褐变反应。大豆粉或大豆离析物（大豆植物蛋白提取物）与粉或大豆离析物（大豆植物蛋白提取物）与D-葡葡萄糖一起加热时，大豆蛋白质中的赖氨酸将会大

34、萄糖一起加热时，大豆蛋白质中的赖氨酸将会大量损失，同样对于谷物焙烤食品、面包和豆类焙量损失，同样对于谷物焙烤食品、面包和豆类焙烤制品也会引起损失。烤制品也会引起损失。l（3）有报道美拉德反应会形成某些致突变产物。）有报道美拉德反应会形成某些致突变产物。65利用美拉德反应调制感官质量利用美拉德反应调制感官质量不同加工方法：不同加工方法：土豆土豆 大麦大麦 水煮水煮 125种香气种香气 75种香气种香气 烘烤烘烤 250种香气种香气 150种香气种香气控制原料：控制原料：核糖核糖+半胱氨酸：烤猪肉香味半胱氨酸：烤猪肉香味 核糖核糖+谷胱甘肽：烤牛肉香味谷胱甘肽：烤牛肉香味控制温度：控制温度：葡萄糖

35、葡萄糖+缬氨酸：缬氨酸：100150 烤面包香烤面包香 180 巧克力香巧克力香66影响美拉德反应的因素影响美拉德反应的因素l（1）温度）温度 热反应过程，温度越高，反应时间越长，热反应过程，温度越高，反应时间越长，反应进行的程度越大。温度相差反应进行的程度越大。温度相差10，褐，褐变反感应的速度相差变反感应的速度相差3-5 倍。如酿造酱油温倍。如酿造酱油温度每升高度每升高5，着色度提高，着色度提高35.6%。一般在一般在30以上，褐变速度较快，而在以上，褐变速度较快，而在20 以下，褐变较慢。以下，褐变较慢。将食品在将食品在10 下冷藏，可较好地防止褐变下冷藏，可较好地防止褐变反应的发生。反

36、应的发生。67（2）底物结构和浓度）底物结构和浓度l对于不同的还原糖，反应活性大致有以下顺对于不同的还原糖，反应活性大致有以下顺序：五碳糖序：五碳糖 六碳糖，醛糖六碳糖，醛糖 酮糖，单糖酮糖，单糖 二二糖；糖；l五碳糖中核糖五碳糖中核糖 阿拉伯糖阿拉伯糖 木糖，六碳糖中半木糖，六碳糖中半乳糖乳糖 甘露糖甘露糖 葡萄糖葡萄糖 果糖。果糖。l在胺类化合物中：胺在胺类化合物中：胺氨基酸氨基酸多肽多肽蛋白质，蛋白质，而在氨基酸中，碱性氨基酸而在氨基酸中，碱性氨基酸酸性氨基酸；酸性氨基酸；l对于对于-NH2氨基酸，碳链越短的氨基酸反应氨基酸，碳链越短的氨基酸反应性强，但氨基在性强，但氨基在位或末端的比在

37、位或末端的比在位的反位的反应快，由于末端应快，由于末端-NH2的空间位阻较小的空间位阻较小。68l美拉德反应的速度与底物浓度成正比，不过美拉德反应的速度与底物浓度成正比，不过在极高的蛋白质含量时（此时含水量极低）在极高的蛋白质含量时（此时含水量极低），反应很难进行，这时反应速度有水分活，反应很难进行，这时反应速度有水分活度控制，因此反应速度下降。度控制，因此反应速度下降。69（3）水分）水分l在中等水分含量时反应速度最大。在中等水分含量时反应速度最大。例如：食品中水分在例如：食品中水分在1015时，褐变时，褐变反应易于进行。反应易于进行。原因：原因：过高的水含量，对美拉德反应的底物产生过高的水

38、含量，对美拉德反应的底物产生稀释作用，降低反应速度稀释作用，降低反应速度 过低的水含量，造成水分活度低，从而降过低的水含量，造成水分活度低，从而降低反应速度低反应速度70（4）酸碱度）酸碱度lpH5时，褐变反应进行的程度小时，褐变反应进行的程度小原因：原因：此时，氨基酸或蛋白质的氨基被质子化，此时，氨基酸或蛋白质的氨基被质子化，以以-NH3+形式存在，妨碍了氨基与还原糖反形式存在，妨碍了氨基与还原糖反应形成糖基胺。应形成糖基胺。随着，随着，pH的增加，氨基被游离出来，褐的增加，氨基被游离出来，褐变反应速度随之加快，在变反应速度随之加快，在pH89时，反应时，反应速度较快。速度较快。71（5）金

39、属离子）金属离子lFe3+、Cu2+等对美拉德反应有促进作用，等对美拉德反应有促进作用，Fe3+比比Fe2+更加有效地促进褐变反应。更加有效地促进褐变反应。lMn2+、Sn2+等离子对美拉德反应存在抑制等离子对美拉德反应存在抑制作用作用724.焦糖化反应焦糖化反应定义定义 糖类在没有含氨基化合物存在的条件下，糖类在没有含氨基化合物存在的条件下，加热到其熔点以上温度时，会生成黑褐色色素加热到其熔点以上温度时，会生成黑褐色色素物质，这种反应称焦糖化反应。物质，这种反应称焦糖化反应。糖类在受热情况下，生成两类物质：一类是糖糖类在受热情况下，生成两类物质：一类是糖的脱水聚合物，即焦糖或称酱色物；一类是

40、烈解产的脱水聚合物，即焦糖或称酱色物；一类是烈解产物，是一类挥发性醛、酮类物质。物，是一类挥发性醛、酮类物质。在焙烤、油炸食品中，焦糖化作用控制得当，在焙烤、油炸食品中，焦糖化作用控制得当，可以使产品得到悦人的色泽及风味。可以使产品得到悦人的色泽及风味。737475麦芽酚可使蔗糖甜度麦芽酚可使蔗糖甜度的检出阈值浓度降低的检出阈值浓度降低到正常值的一半，并到正常值的一半，并能改善食品质地，使能改善食品质地，使其更可口。其更可口。765、抗坏血酸褐变、抗坏血酸褐变l柑桔类果汁在贮藏中色泽变暗，放出柑桔类果汁在贮藏中色泽变暗，放出CO2，是抗坏血酸自动氧化分解为糠醛和是抗坏血酸自动氧化分解为糠醛和C

41、O2，而糠醛与胺基化合物又可发生羰氨反应。而糠醛与胺基化合物又可发生羰氨反应。776 延缓或抑制非酶褐变的方法：延缓或抑制非酶褐变的方法：l对于固态食品，降低水分含量。对于固态食品，降低水分含量。l对于流体食品稀释、降低对于流体食品稀释、降低pH、降低温度或将参加反应、降低温度或将参加反应的底物转化或除去。的底物转化或除去。如：卵蛋白粉贮藏时，由于赖氨酸残基与游离葡萄糖的反如：卵蛋白粉贮藏时，由于赖氨酸残基与游离葡萄糖的反应而产生褐变问题。可预先添加一些葡萄糖氧化酶于蛋白应而产生褐变问题。可预先添加一些葡萄糖氧化酶于蛋白中，使葡萄糖氧化成葡萄糖酸，防止褐变反应，干燥后得中，使葡萄糖氧化成葡萄糖

42、酸，防止褐变反应，干燥后得到的卵蛋白粉可以保持良好的感官质量。到的卵蛋白粉可以保持良好的感官质量。l使用较不容易发生褐变的糖类，如蔗糖使用较不容易发生褐变的糖类，如蔗糖l添加一些具有抑制作用的化合物，常用的有亚硫酸及其添加一些具有抑制作用的化合物，常用的有亚硫酸及其钠盐（包括二氧化硫）、硫醇化合物（如半胱氨酸）等。钠盐（包括二氧化硫）、硫醇化合物（如半胱氨酸）等。l钙处理，氨基酸与钙形成不溶钙盐化合物如马铃薯淀粉钙处理，氨基酸与钙形成不溶钙盐化合物如马铃薯淀粉加工中，加加工中，加Ca(OH)2可以防止褐变，产品白度大大提高。可以防止褐变，产品白度大大提高。78第三节第三节 低聚糖低聚糖Olig

43、osaccharides 一般由一般由10个糖单位通过糖个糖单位通过糖苷键构成，较重要的低聚糖有：蔗苷键构成，较重要的低聚糖有：蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖、麦芽糊糖、麦芽糖、乳糖、饴糖、麦芽糊精和环状糊精精和环状糊精79一、一、食品中重要的低聚糖食品中重要的低聚糖-淀粉淀粉酶酶还还原糖原糖淀粉水解淀粉水解（maltose）以麦芽中含量最多，是饴以麦芽中含量最多，是饴糖的主要成分糖的主要成分叮叮糖的制作？叮叮糖的制作？80大肠中厌氧发酵大肠中厌氧发酵（lactose）81Why？（sucrose）82l在水果、花、种子等植物中广泛存在在水果、花、种子等植物中广泛存在l工业上由甘蔗（茎中可高达工业上

44、由甘蔗（茎中可高达26%）或甜菜）或甜菜（块根中约（块根中约20%）制备）制备l甜味较强，为常用的甜味剂甜味较强，为常用的甜味剂l无还原性，溶液无无还原性，溶液无变化，甜味不随时间变化，甜味不随时间变化变化l在酸或转化酶作用下，水解为在酸或转化酶作用下，水解为D-葡萄糖和葡萄糖和果糖。果糖。83l同一种糖的同一种糖的-型和型和-型的甜度不同型的甜度不同 如：葡萄糖的如：葡萄糖的-型比型比-型甜型甜1.5倍，通常，倍，通常，葡萄糖的结晶为葡萄糖的结晶为-型。型。l在溶液中在溶液中型、型、-型平衡时型平衡时:=1:1.7，所以，所以溶解后时间越长，甜度就越低。溶解后时间越长，甜度就越低。l但此平衡

45、受温度影响很小，故冷和热葡萄糖但此平衡受温度影响很小，故冷和热葡萄糖液的甜味相似。液的甜味相似。84l果糖的果糖的-型的甜度为型的甜度为-型的型的3倍。普通果糖倍。普通果糖的结晶是的结晶是-型，溶液中型，溶液中的平衡随浓度和温的平衡随浓度和温度而异。度而异。l如：如：10%果糖液，果糖液，0下下:=3:7 80下下:=7:3且浓度高则且浓度高则-型多，因此，低温下，浓液甜型多，因此，低温下，浓液甜8586二、具有特殊功能的低聚糖二、具有特殊功能的低聚糖l食品中的功能性低聚糖主要有低聚异麦芽糖、食品中的功能性低聚糖主要有低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、大豆低聚果糖、低聚木糖、低聚半

46、乳糖、大豆低聚糖、甲壳低聚糖等。低聚糖、甲壳低聚糖等。l低甜度、低热量、难以被人体消化，食用后低甜度、低热量、难以被人体消化，食用后基本上不增加血糖和血脂，但有润肠通便基本上不增加血糖和血脂，但有润肠通便的作用。的作用。871、低聚果糖（又称寡果糖或蔗果三糖族低聚糖）、低聚果糖（又称寡果糖或蔗果三糖族低聚糖）分子式特点为：分子式特点为：G-F-Fn生理活性：生理活性：生理活性：生理活性：n增殖双歧杆菌增殖双歧杆菌n难水解，是一种低热量糖难水解，是一种低热量糖n水溶性食物纤维水溶性食物纤维n抑制腐败菌，维护肠道健康抑制腐败菌，维护肠道健康n防止龋齿防止龋齿低聚果糖存在于天然植物中低聚果糖存在于天

47、然植物中香蕉、蜂蜜、大蒜、西红柿、洋葱香蕉、蜂蜜、大蒜、西红柿、洋葱-D-呋呋喃果糖苷喃果糖苷酶酶米曲霉和黑曲霉米曲霉和黑曲霉由蔗糖的果糖基与由蔗糖的果糖基与13个果糖个果糖通过通过-2,1键形成的键形成的882、低聚木糖、低聚木糖 低聚木糖是有不同聚合度的木糖组成的混合物，木二糖含量低聚木糖是有不同聚合度的木糖组成的混合物，木二糖含量越高，产品质量越好。越高，产品质量越好。木二糖的分子结构木二糖的分子结构木二糖的分子结构木二糖的分子结构低聚木糖的特性低聚木糖的特性低聚木糖的特性低聚木糖的特性n较高的耐热（较高的耐热（100/1h）和耐酸性）和耐酸性能（能（pH 28），稳定性好），稳定性好n

48、双歧杆菌所需用量最小的增殖因子双歧杆菌所需用量最小的增殖因子n代谢不依赖胰岛素，适用糖尿病患者代谢不依赖胰岛素，适用糖尿病患者n抗龋齿抗龋齿从玉米芯、棉籽壳等原料中提取木聚糖；从玉米芯、棉籽壳等原料中提取木聚糖；木聚糖的酶法水解（内切木聚糖酶水解）木聚糖的酶法水解（内切木聚糖酶水解）低聚木糖的生产低聚木糖的生产低聚木糖的生产低聚木糖的生产丝状真菌中筛选：木聚糖酶活性高而丝状真菌中筛选：木聚糖酶活性高而-1，4-木糖苷木糖苷酶酶活性低。活性低。-1,4糖苷键糖苷键893、甲壳低聚糖、甲壳低聚糖-1,4甲壳低聚糖的生理功能甲壳低聚糖的生理功能甲壳低聚糖的生理功能甲壳低聚糖的生理功能n降低肝脏和血清

49、中的胆固醇降低肝脏和血清中的胆固醇n提高机体的免疫功能提高机体的免疫功能n强抗肿瘤强抗肿瘤n增殖双歧杆菌增殖双歧杆菌N-乙酰乙酰-D-氨基葡萄糖氨基葡萄糖或或D-氨基葡萄糖氨基葡萄糖通过通过-1，4-糖苷键糖苷键连连接起来的低聚合度水溶性氨基葡萄糖。接起来的低聚合度水溶性氨基葡萄糖。聚合度为聚合度为57壳聚糖酶和盐酸降解壳聚糖酶和盐酸降解90环糊精的结构特点：环糊精的结构特点：1圆柱形，高度对称性圆柱形，高度对称性1-OH在外侧，在外侧，C-H和环和环O在内侧在内侧1环内侧比外侧憎水，可使油状物在环内侧比外侧憎水，可使油状物在水中成为水中成为“可溶可溶”1作为微胶囊壁材，包埋脂溶性物质作为微胶

50、囊壁材，包埋脂溶性物质（风味物、香精油、胆固醇）（风味物、香精油、胆固醇）三、三、环状低聚糖环状低聚糖环状糊精环状糊精 Cyclodextrin（）（）由环状由环状-吡喃葡萄糖苷构成。聚合度为、吡喃葡萄糖苷构成。聚合度为、，分别成为，分别成为、-环状糊精。环状糊精。91-环环状糊精状糊精环状糊精环状糊精环状糊精环状糊精环状糊精环状糊精92（1 1）物理性质）物理性质-环状糊精环状糊精-环状糊精环状糊精-环状糊精环状糊精葡萄糖残基数葡萄糖残基数678分子量分子量97211351297水中溶解度水中溶解度（g/mol.25）14.58.523.2旋光度旋光度+150.5+162.5+174.4空穴