碳水化合物

null 食品化学 第三章 碳水化合物§3.1概述§3.1概述◎ 糖的概念 多羟基的醛或多羟基的酮以及多羟基醛酮的缩合 物（衍生物） Cx(H2O)y 脱氧核糖C5H10O4 鼠李糖C6H12O5◎ 糖的生物功能 生命体（特别是动物）的主要能量来源 构成植物的支撑组织 为其它有机分子的生物合成提供原料null◎ 糖的存在形式 占所有陆生植物和海藻植物干重的3/4。 动物（乳糖、肝糖原、肌糖原） 植物（葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、纤维素） 微生物（微生物多糖是由细菌和真菌合成的食用胶） 黄原胶、茁霉胶、黄杆菌胶 大多数天然的碳水化合物是以单糖或改性糖的低聚物或高聚物形式存在 自然界估计超过90％的碳水化合物是以多糖的形式存在的◎ 食品中碳水化合物的作用 为膳食提供70％－80％热量； 赋予产品色泽、甜味、质地、口感； 低聚糖可促进肠道健康； 改善产品的黏度及稳定性。null◎糖的分类◎糖的分类醛糖aldose 酮糖ketose 单糖：monosaccharide 是指不能再水解的最简单的多羟基的醛或多羟基酮及其衍生物 低聚糖：oligosaccharide （2－10）/由2－20个糖单位通过糖苷键连接的碳水化合物称为低聚糖 多糖：polysaccharide多糖是单糖的聚合物，由葡萄糖基以直链或侧链方式排列而成的，大多数是超过20个单糖的低聚物连接而成的；多糖中单糖的个数称为聚合度DP，大多数多糖的DP为200～3000，纤维素最大7000 ～15000 单糖相互连接能形成较大的结构，即低聚糖和多糖； 低聚糖和多糖通过水解能转化成单糖§3.2 单糖的结构§3.2 单糖的结构1.链式结构 醛酮糖、手性碳原子、D/L构型、对映异构体 差向异构体、Fisher投影式、R/S构型 2.环状结构 Haworth式 环状结构 α-和β-构型null◎醛糖◎醛糖◎酮糖◎酮糖◎手性碳原子◎手性碳原子连接四个不同的原子或原子团的碳原子称为手性碳原子； 手性碳原子的存在不是分子不对称的充要条件； 旋光性产生的根本原因是分子结构的不对称性； 分子具有手性的主要原因是手性碳原子的存在。◎ D/L构型◎ D/L构型L-甘油醛D-甘油醛二羟基丙酮◎差向异构体◎差向异构体含有多个手性碳原子的旋光异构体中，只有一个手性碳原子的构型相反，其它手性碳原子的构型完全相同。 ◎对映异构体 比旋光度大小相等、方向相反，生理功能差别较大，成中心对称，镜面对称。 ◎ Fisher投影式◎ Fisher投影式实线伸向前方，虚线伸向后方；遵循横前竖后 基团两两互换；固定一个基团，依次转换其他三个基团位置构型不变。◎ R/S构型 按照原子序数大小进行编号，背离最小编号的基团，由大到小的顺序旋转，顺为R，逆为S4231◎ Haworth式◎ Haworth式◎环状结构◎环状结构5-O－H作为亲核试剂加成到亲电核心C＋HO连接成环◎ α-和β-构型◎ α-和β-构型α-D-吡喃葡萄糖β－D-吡喃葡萄糖 ◎六碳糖环式构象（吡喃/呋喃）◎六碳糖环式构象（吡喃/呋喃）§3.3 醛酮基及羟基功能团§3.3 醛酮基及羟基功能团亲核加成反应 还原反应 羟醛缩合反应 卤代反应 歧化反应亲电核心＋ 亲核试剂－亲核核心－ 亲电试剂＋与活泼金属的反应 亲核取代反应 脱水反应 氧化脱氢反应 成酯反应δ ＋δ ＋δ －§3.4 单糖的物理性质§3.4 单糖的物理性质◎甜度 一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20℃时的甜度为1； α-D-G> β- D-G α-D-F< β- D-F ◎旋光性 是一种物质使直线偏振光的振动平面发生旋转的特性； 比旋光度 见P110 变旋现象 ◎溶解度 参见 4－3单糖的溶解度 P110 ◎吸湿性、保湿性与结晶性 果糖的吸湿性最强；葡萄糖易结晶◎变旋现象◎变旋现象§3.5单糖的化学性质◎烯醇化 /异构化（碱性）◎烯醇化 /异构化（碱性）◎氧化反应◎氧化反应Tollens试剂、Fehling试剂、Schiff试剂 null葡萄糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖酸、葡萄糖二酸 果糖、草酸、酒石酸 单糖与强氧化剂作用可完全被氧化成水和二氧化碳 null◎还原反应◎还原反应◎成脎反应 (1,2碳) ◎成脎反应 (1,2碳) ◎脱水反应◎脱水反应H++3H2O◎呈色反应◎呈色反应糠醛和糠醛的衍生物在一定条件下，能与酚类、蒽酮等作用，生成有色物质，由于反应灵敏，常用来定性鉴定碳水化合物 α－萘酚反应 在糖的水溶液中加入α－萘酚的酒精溶液，然后沿试管壁小心注入浓硫酸，在两层液面之间形成一个紫色环。（莫力许Molish反应） 间苯二酚反应 酮糖在浓盐酸存在下，与间苯二酚作用，加热时在两分钟内生成红色物质，而醛糖在同样条件下需要延长时间才稍微显黄色或玫瑰色，可区别醛酮糖。（西列凡诺夫Seliwanoff反应） 蒽酮反应 所有的糖都能与蒽酮的浓硫酸溶液作用生成绿色物质。可用来定量测定糖类物质◎酯化反应◎酯化反应羧酸或无机酸与糖类分子羟基之间的反应◎成醚反应◎成醚反应分子间或分子内部之间的羟基脱水反应◎成苷反应◎成苷反应糖苷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 由糖和配基（非糖部分）组成 无变旋现象；无还原性；酸中水解，碱中可稳定存在；吡喃糖苷环比呋喃糖苷稳定 ◎分解反应◎分解反应在浓碱条件下，糖分解产生小分子的糖、酸、醇和醛等化合物 有氧条件下，在双键处断键生成含1，2，3，4，和5个碳原子的分解物 无氧条件下，如D-葡萄糖的1，2烯醇式结构可分解为D-甘油醛和二羟基丙酮（距离双键的第二单键断裂） 在稀碱条件下发生烯醇化及异构化◎褐变反应 Browing Reaction◎褐变反应 Browing Reaction氧化褐变（酶褐变） 以多酚氧化酶氧化，使酚类物质氧化为醌 非氧化褐变（非酶褐变） 焦糖化反应和美拉德褐变反应等 null◎ Maillard（美拉德)反应 Maillard反应指含羰基化合物（如糖类等）与含氨基化合物（如氨基酸等）通过缩合、聚合而生成类黑色素的反应。 含有羰基类物质和氨基类物质的食品或食品原料，都可能发生Maillard反应。 美拉德反应主要机理 从分子的活化开始（羰基类物质与带有氨基的物质进行亲核加成脱水反应形成希夫碱，再经过烯醇式变化及链式与环式的转化，即阿姆德瑞分子重排和海因斯分子重排）完成分子的活化。nullnull活化分子的进一步反应（零件的制造）主要有三个途径，分别为经过1,2烯醇化，脱氨、脱水、环化；或经过2,3烯醇化，脱氨、脱水、裂解；或中间产物二羰基化合物与氨基酸之间的脱羧、脱氨反应。null褐色色素活化分子制作的（零件的装配），主要是指醇醛缩 合及其他中间产物的聚合反应，聚合成类黑精。◎亚硫酸根离子抑制美拉德反应式◎亚硫酸根离子抑制美拉德反应式亲核加成亲核取代null　 ◎影响Mailard反应的因素 　　A、羰基化合物种类的影响 　　α,β-不饱和醛类>α-双羰基类>酮类 抗坏血酸易被氧化成双羰基化合物 核糖>阿拉伯糖>木糖 半乳糖>甘露糖>葡萄糖 还原糖含量与褐变成正比 　　B、氨基化合物 　　氨基酸、肽类、蛋白质、胺类均与褐变有关； 胺类>氨基酸；碱性氨基酸>中性或酸性氨基酸； 氨基处于ε位或碳链末端的氨基酸>氨基处于α位的； 含－S－S－或-SH不易褐变；有吲哚、苯环的氨基酸易褐变 null　　C、pH 　　受羰基亲核加成反应的影响，碱性条件利于美拉德反应的进行； 酸性环境，特别是pH3以下可以有效的防止褐变反应的发生； pH≤4褐变反应轻微； pH4～9，随pH上升，褐变增加； pH7.8～9.2褐变反应严重 　　D、反应物浓度、含水及含脂肪量 　　与反应物浓度成正比；含水量在10～15%时易发生； 脂类化合物含量增加时，美拉德反应易发生。 　　E、温度 Q10 (3-5) 　　F、金属离子 　　过渡金属离子如铁离子、铜离子等可以促进Mailard反应的发生 钙离子可与氨基酸结合成不溶物，抑制褐变； G、亚硫酸盐； H、氧气 的间接效果◎美拉德反应的利弊◎美拉德反应的利弊利弊 营养，氨基酸损失严重；安全，可有致癌物质产生。 赋予食品特殊气味和风味。◎美拉德反应的控制控制水分含量；去除糖分或氨基类物质；降低pH; 降低温度；避光；减少脂类物质；去除氧气； 采用亚硫酸盐类；利用一些钙盐；添加抗氧化物质null◎焦糖化反应 　　糖类尤其是单糖类在没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上（一般为140～170℃）时，因发生脱水、降解等过程而发生褐变反应，这种反应称为焦糖化反应，又叫卡拉蜜尔作用（caramelization)。　　nullnull 聚合或与胺类物质反应 酸性加热 糠醛或糠醛衍生物 单糖 深色素或黑褐色物质 碱性加热烯醇化 小分子醛酮 缩合、聚合或褐变◎糠醛和其它醛的形成 　　糖在强热下除了焦糖形成过程外，还可通过裂解、脱水等反应，得到活性的醛类衍生物；随着条件的不同，反应最终形成的物质种类也有差别：　　null◎不同类型的焦糖色素 耐酸焦糖色素 蔗糖在亚硫酸氢铵催化下加热形成，其水溶液pH2～4.5，含有负电荷的胶体离子；常用在可乐饮料、其它酸性饮料、焙烤食品、糖浆、糖果等产品的生产中。 糖与铵盐加热所得色素 红棕色，含有带正电荷的胶体离子，水溶液pH4.2～4.8；用于焙烤食品、糖浆、布丁等的生产。 蔗糖直接加热焦糖色素 红棕色，含有略带负电荷的胶体离子，水溶液的pH3~4；用于啤酒和其它含醇饮料的生产。◎ 酶促褐变p263 ◎ 酶促褐变p263 定义：酶促褐变是酚酶催化酚类物质形成醌及其聚合物的反应过程。 过程：活体组织的酚类物质在酚－醌之间保持着动态平衡，当细胞破坏以后，造成醌的积累，醌再进一步氧化聚合成褐色色素；醌的形成需要氧气和酶催化，醌一旦形成以后，进一步形成羟醌的反应是非酶促的自动反应，羟醌进行聚合，依聚合的程度形成由红变褐最后成褐黑色的黑色素物质。null酚酶 甲酚酶和多元酚氧化酶 最适pH7.0，100 ℃钝化需2－8min 底物 邻二酚类（＋）一元酚类（＋）对位二酚（＋） 间位二酚（－） 氨基酸及类似含氮物与邻二酚或一元酚作用 酚先经酶促氧化成醌，醌和氨基发生非酶缩合反应 酶促褐变的控制 热处理法（热失活、短时间处理、彻底） 酸处理法（酚酶pH<3无活性） 二氧化硫及亚硫酸盐处理（去除酶活性部位Cu 2＋） 驱除或隔绝氧气（浸没、浸涂、真空渗透） 加入酚酶底物类似物（肉桂酸，对位香豆酸，阿魏酸）或竞争性抑制剂（苯甲酸，间苯二酚）§3.6 低聚糖§3.6 低聚糖糖苷键 单糖残基的构型与糖苷键的方位 端基α或β ；构型D或L；环p或f；单糖 食品中重要的低聚糖 食品中低聚糖的性质◎糖苷键◎糖苷键醛糖C1(酮糖C2)上的半缩醛羟基－OH和其他单糖的羟基经脱水，通过缩醛式结合而成。◎糖基的命名◎糖基的命名单糖采用糖基单位名称的前三个字母表示，第一个字母大写。 D-可省略，但L糖必须标明。 环的大小:吡喃糖基用p表示，呋喃糖基用f表示。 端基构型用α或β表示 醛酸可用大写字母A表示 还原端不能被表示为α或β 连接方式 乳糖：β-Galp(1→4)Glc或βGalp(1,4)Glc 麦芽糖：α-Glcp(1→4)Glc或αGlcp(1,4)Glcnull◎食品中常见的低聚糖 常见种类、结构及苷键类型（α－海藻糖、蔗糖、棉子糖） α-1,4-糖苷键　　β -1,4-糖苷键null　　α-1,6-糖苷键nullβ -1,6-糖苷键nullα,β -1,2-糖苷键混合键型低聚糖　　　　　　α-1,6- α,β-1,2null　　　　β-1,4- α,β-1,2低聚果糖低聚果糖低聚木糖低聚木糖低聚氨基葡萄糖 低聚氨基葡萄糖 环状糊精cyclodextrin 沙丁格糊精（SchardingerDextrin）环状糊精cyclodextrin 沙丁格糊精（SchardingerDextrin）-，-，-环状糊精，6，7，8个D-1,4葡萄糖吡喃单位连接。 结构具有高度的对称性，糖苷键上的氧原子处于一个平面。 环形和中间具有空穴的圆柱形，C6上的伯醇羟基都排列在外侧，外亲水；空穴内壁由疏水性的C-H键和环氧组成，内疏水。 环状糊精的中空型圆柱体结构，可包埋与其大小相适的客体，保持食品的色香味、掩盖异味，可作为稳定剂、增稠剂、乳化剂。 作为微胶囊壁材，包理风味物、香精油、胆固醇等。null◎食品中低聚糖的性质 　　1 水解反应 　　低聚糖的水解反应指低聚糖在酶、酸或碱作用下，苷键断裂、糖链分解的过程；低聚糖一般的水解产物为单糖；null　　酶催化的低聚糖的水解是食品或食品原料中经常进行的反应，如蜂蜜大量存在的转化糖、乳糖酶催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖等。 　　化学法水解低聚糖常以酸作为催化剂，在酸性条件下，除低聚糖中的1,6-苷键较难水解外，其它苷键均可分解。 　　2 褐变反应 　　低聚糖也能发生褐变反应，但其反应速度比单糖要慢一些。 　　3 抗氧化作用 　　溶液中糖的存在可以大大降低氧的溶解度；在60%的蔗糖溶液中，氧的溶解度约为纯水的1/6。b.可以阻断其它成分与空气氧的接触；c.具有还原性，可以首先与氧发生反应。 　　4 提高渗透压 　　随着糖溶液浓度的提高，其渗透压也提高。当控制合适的糖溶液浓度时，会因较高的渗透压而抑制微生物的生长。null5 粘度 p－111 6 发酵性 蔗糖和麦芽糖具有发酵性，其它大多数低聚糖不能被酵母菌和乳酸菌等直接发酵，需要在水解后产生单糖才能被发酵；大多数酵母发酵糖的顺序为：葡萄糖﹥果糖﹥蔗糖﹥麦芽糖 7 吸湿性、保湿性与结晶性 低聚糖多数吸湿性较小，可作为糖衣材料或用于硬糖、酥性饼干的甜味剂；蔗糖易结晶；淀粉糖浆不含果糖,吸湿性小，不能结晶，可用于糖果生产，糖果的保存性良好、且糖果的韧性、粘度、强度较好不易破裂。 8 甜味§3.7 多糖§3.7 多糖 多糖的概念及分类 多糖的存在形式 多糖的性质及功能◎多糖的概念及分类◎多糖的概念及分类多糖：polysaccharide多糖是单糖的聚合物，由许多相同的或不同的单糖分子脱水以苷键结合而成的天然高分子化合物，以直链或侧链方式排列而成的，大多数是超过20个单糖的低聚物连接而成的 聚合度：多糖中单糖的个数称为聚合度DP，大多数多糖的DP为200～3000，纤维素最大7000 ～15000 同一种多糖的分子量也不均一，分子量呈高斯分布；有些多糖分子量范围狭窄，某些多糖以混合物的形式存在。null分类 均多糖：水解产物只有一种单糖的，如淀粉、糖原，纤维素 杂多糖：水解产物多于一种单糖的，如果胶质，粘多糖 生物功能分类 贮藏性物质和植物骨架等 特点 无固定熔点 难溶于水 少数能在水中形成胶体溶液 一般无甜味和变旋现象 ◎多糖的存在形式◎多糖的存在形式动物多糖 糖原 植物多糖 淀粉、纤维素；瓜尔豆胶、磨芋胶、阿拉伯胶 海洋多糖 琼脂、海藻胶、卡拉胶；壳聚糖 微生物多糖 α-葡聚糖、黄原胶、黄杆菌胶、茁霉胶 ◎多糖的性质◎多糖的性质a.多糖的溶解性 较强亲水性和易于水合的结构基础 大多数多糖含有糖基单位，糖基平均含有3个羟基 每个羟基均可和一个或几个水分子形成氢键 环氧原子以及连接糖环的糖苷氧原子也可与水形成氢键 具有改变和控制水分移动的能力（质构特性） 多糖分子通过氢键与水结合被溶剂化（塑化水） 多糖的溶解性与分子链的不规则程度成正比 穗状胶束结构（结晶区、无定形区） 分子相互结合减弱，分子溶解性增大 null多糖是冷冻稳定剂，不是冷冻保护剂 依数性、水的冰点、玻璃态 高黏度、冰晶成长、冷冻稳定性 提高产品质量和贮藏稳定性（-18℃） 无论是相对分子质量高还是相对分子质量低的碳水化合物都能有效地保护食品的结构与质构不受破坏，提高产品的质量与贮藏稳定性 控制了冰晶周围的冷冻浓缩无定形介质的数量（特别是存在相对分子质量低的碳水化合物情况下）与结构状态（特别是存在高聚物的碳水化合物的情况下） 水溶性多糖和改性多糖称为胶或亲水胶体b、多糖溶液的粘度与稳定性b、多糖溶液的粘度与稳定性多糖具有增稠和胶凝功能，能控制流体食品的流动性质与质构以及改变半固体食品的变形性等。 食品产品中，一般使用0.25~0.5％浓度的胶即能产生粘度和形成凝胶。 高聚物溶液的粘度同分子的大小、形状及其在溶剂中的构象有关。即黏度同溶剂化多糖链的DP以及伸展性和刚性（链的形状和柔顺性） null一般多糖分子在溶液中呈无序的无规线团状态，但是大多数多糖与严格的随机线团存在偏差，线团的性质同单糖的组成和连接方式有关。有些线团是紧密的，有些线团是伸展的。 溶液中线性高聚物分子旋转和伸屈时占有很大的空间，分子间彼此碰撞的频率高，产生磨擦消耗能量，因而产生粘度。 链长增加，高聚物占有的体积增加，溶液的粘度增加。 相同分子量，线性分子呈现高粘度；支链分子，呈现低粘度。null不带电荷的直链多糖 对于均一多糖分子倾向于缔合和形成部分结晶；如果直链多糖进行衍生或存在直链多糖衍生物，在主链上有单糖侧链存在，侧链可阻止分子链缔合，生成稳定的溶液。 带电的直链多糖 海藻酸钠、黄原胶、卡拉胶胶体溶液是水合分子的分散体系或聚合体系，胶体溶液的流动性质取决于：胶体溶液是水合分子的分散体系或聚合体系，胶体溶液的流动性质取决于：水合分子或聚集体的大小和形状 是否容易变形(柔顺性) 带电多少c.多糖溶液的假塑性和触变性c.多糖溶液的假塑性和触变性 假塑性（稀）（无弹性） 假塑性流体是剪切变稀，随剪切速率增高，粘度快速下降； 粘度变化与时间无关；随剪切率变化流动速率也发生瞬时改变； 一般来说，线性高聚物分子形成剪切变稀的假塑性溶液胶的分子量越高，假塑性越大。 “短流”，假塑性大，口感不粘； “长流”：假塑性小，口感粘稠； 大多数亲水胶体，温度升高引起粘度下降，但黄原 胶在0－100℃除外。null第二类剪切变稀流动。 在触变流动中，随流速增加，粘度下降并不是瞬时发生的； 在恒定的剪切速率下触变溶液的粘度下降和时间有关； 在剪切停止后，重新回复到原有粘度需要一定的时间。        触变性（稀，因势而动，有弹性）d.凝胶d.凝胶凝胶是由分子或颗粒连接而成的连续的三维网状结构。 食品产品中，高聚物分子（多糖或蛋白质）或原纤维能形成凝胶网络。Exp：果冻、香肠 穗状胶束 穗状胶束 凝胶的性质 凝胶的性质 既具有固体性质，也具有液体性质 海绵状三维网状结构对外界应力具有显著的抵抗作用，是具有粘弹性的半固体，显示部分弹性和粘性。 连续液相中的分子是完全可以移动的，在某些方面呈现粘性液体性质。 凝胶的形成 凝胶的形成靠近（增加浓度，缩小分子间距离） 连接（发生分子间的相互作用并定形）e.多糖水解e.多糖水解水解反应 低聚糖，糖苷及多糖在酸或酶的催化下，糖苷键水解，生成单糖或低聚糖。 性质 在食品加工和贮藏过程中，多糖比蛋白质更易水解；水解导致食品体系粘度下降（往往添加相对高浓度的食用胶）；单糖在pH3-7稳定，糖苷在碱性条件下稳定，例外:转消性水解（果胶＋碱性，p74） 水解规律p73难易β-D > α-D ； p > f;（ α- 1-6,4,3,2） （ β-D 难易1-6, 2,4,3）;结晶区 > 无定形 ; 与DP负相关 与T正相关，糖苷在碱性介质中稳定,酸性介质易裂解 酸性多糖 就是带有酸性基团的多糖，pH中性时，酸性基团带负电荷，由于静电的相互排斥，粘度稳定；pH<3，多糖分子的电离受到抑制，成为中性多糖，易沉淀 null溶解性 粘度 凝胶 假塑性 触变性 水解反应◎膳食纤维◎膳食纤维定义 不被人体消化吸收的多糖类碳水化合物和木质素，通称为为膳食纤维，并且通常将膳食中那些不被消化吸收的、含量少的成分，如糖蛋白、角质、蜡和多酚酯等也包括在膳食纤维 。 组成 纤维状碳水化合物 纤维素 基料碳水化合物 果胶类物质、半纤维素、糖蛋白等 填充类化合物 木质素（对香豆醇、松柏醇和芥子醇脱氢聚合而成） 物化特性 p71 §3.8 淀粉和果胶§3.8 淀粉和果胶淀粉（来源、结构、理化性质、淀粉的糊化、淀粉的老化、改性淀粉） 果胶（组成、结构、果胶凝胶形成的条件、果胶形成凝胶机理）◎淀粉的来源◎淀粉的来源植物的光合作用 植物中主要的贮藏物 为人类提供70~80%的热量 谷物和块根块茎（小麦、稻米、玉米、马铃薯等） 淀粉以颗粒的形式存在，比较紧密，不溶于水，但在冷水中能少量水合 ◎淀粉的结构◎淀粉的结构淀粉颗粒◎淀粉颗粒◎淀粉颗粒大多数的淀粉颗粒是由直链淀粉和/或支链淀粉分子径向有序排列而成。 用偏光显微镜可以观察到偏光十字，十字中心是淀粉颗粒脐点，它是颗粒长大的起始点。 淀粉颗粒具有结晶区（亚微晶区、微晶区10－15nm）与非结晶区交替层的结构。◎淀粉颗粒形状◎淀粉颗粒形状小麦淀粉颗粒呈扁豆状，其大小呈二级或三级分布（>14μm，5~14μm，1~5μm）。 米淀粉颗粒最小约为1.5~9μm 块根淀粉如马铃薯和木薯淀粉中大部分淀粉颗粒比种子淀粉颗粒大得多，结构不太紧密，易于烧煮。马铃薯淀粉颗粒轴向长度达100μm。 马铃薯淀粉的支链淀粉分子上存在磷酸酯基，略带负电，使马铃薯淀粉颗粒在温水中快速吸水膨胀。其淀粉糊粘度高、透明度好、老化速率低。 谷物淀粉分子没有磷酸酯基，或者存在极少量的磷酸酯基。null◎淀粉研究 淀粉非晶化（非晶态颗粒是介于多晶颗粒态和淀粉糊化之间的一种中间状态） 淀粉的功能性与淀粉的非晶化结合制备功能化的非晶淀粉颗粒 研究：DSC 、x射线－衍射、显微镜观察等null◎淀粉的化学结构 直链淀粉 amylose◎淀粉的化学结构 直链淀粉 amylose由α-D-吡喃葡萄糖基通过1→4苷键连接而成的链状分子 由分子内的氢键作用成右手螺旋结构，每个环含有6个葡萄糖残基；螺旋内部仅含有氢原子，是亲油的，羟基位于螺旋外部。 许多直链淀粉分子含有少量的α-D-（1→6）支链，平均每180~320个糖单位有一个支链，分支点的α-D-1→6糖苷键占总糖苷键的0.3~0.5%。含支链的直链分子中的支链有的很长，有的很短，但是支链点隔开很远。 直链淀粉的相对分子质量约为106。聚合度约为100-6,000之间，一般为几百。支链淀粉 amylopectin支链淀粉 amylopectin高度分支的大分子，分支点的糖苷键占总糖苷键的4％~5% 分支是成簇和以双螺旋形式存在，平均含有20~30个葡萄糖基 相对分子质量为107－5×108；DP 6,000以上。 大多数淀粉中含有75%的支链淀粉。null含有还原端的链称为C链； C链具有很多侧链，称为B链； B链上接有一个或几个第三层A链； A链没有侧链；B链与其它的B链或A链相连null蜡质淀粉：含有100％的支链淀粉 马铃薯淀粉：含有磷酸酯键,带负电,60％-70%接O－6,其他1/3接O－3，88%在B链上，每215－560个α-D-G含有1个磷酸酯键◎淀粉的理化性质◎淀粉的理化性质白色粉末，在热水中溶胀，纯支链淀粉能溶于冷水，而直链淀粉不能，直链淀粉能溶于热水 无还原性，无变旋现象 碘遇淀粉变蓝色，加热蓝色消失，冷却后呈蓝色（螺旋的内径10A，可于碘形成淀粉－碘络合物） 淀粉的水解（淀粉酶＋麦芽糖酶） 淀粉 蓝糊精（60） 红糊精（20－30） 无色糊精 麦芽糖 葡萄糖 ◎淀粉的糊化 starch dextrinization或 gelatinization◎淀粉的糊化 starch dextrinization或 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成为糊化，其本质是微观结构从有序转变为无序。 糊化过程 结晶胶束区弱的氢键破坏 颗粒开始水合和吸水膨胀 结晶区消失 大部分直链淀粉分子沥出（溶解到溶液中） 溶液粘度增加，淀粉颗粒破裂，双折射消失 null糊化温度 指双折射消失时的温度；糊化温度不是一个点，而是一个温度范围。p134表4－6 糊化开始温度（双折射开始消失） 中点温度 糊化终了温度或双折射终点温度（BEPT，双折射完全消失的温度） 可采用偏光显微镜和差示扫描量热仪（DSC）测量 null糊化热 淀粉糊化是吸热过程，可应用DSC测量糊化温度和糊化焓 影响淀粉糊化的因素影响淀粉糊化的因素直链淀粉比支链淀粉较难糊化； Aw提高，糊化程度提高； 高浓度的糖水分子，抑制糊化； 高浓度的盐抑制糊化，低浓度的盐对糊化几乎无影响，例外：马铃薯淀粉、离子型变性淀粉对盐敏感； 脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋环内，不易从其浸出，并阻止水渗透入淀粉粒； pH<4,淀粉糊的最大粘度明显降低，pH(4-7)几乎无影响（高酸食品使用交联淀粉） 淀粉酶（稀化）淀粉粒吸收膨胀开始而淀粉酶尚未钝化前，可使淀粉降解，使得淀粉糊化加速。◎淀粉的老化 retrogradation starch staling◎淀粉的老化 retrogradation starch staling淀粉的老化 淀粉的老化（β 化）（淀粉的减退）（回生）（溶解度减少的过程）； 淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经过长期放置，会变为不透明甚至凝结而沉淀的现象； 实质是糊化后的分子又自动排列成序，形成高度致密的、结晶化的、不溶解性的分子微束。 淀粉颗粒加热和冷却变化图淀粉颗粒加热和冷却变化图 影响淀粉老化的因素 影响淀粉老化的因素直链淀粉比支链淀粉易老化； 淀粉改性后，不均匀性提高，不易老化； 含水量30－60％易老化，<10%或高含水量不易老化； 温度2－4℃ 淀粉易老化，>60℃或<－20℃不易发生老化； 共存物的影响：脂类和乳化剂可抗老化，多糖（果胶例外）蛋白质等亲水性大分子，可与淀粉竞争水分子及干扰淀粉分子平行靠拢，从而起到抗老化的作用.exp：甘油棕榈酸一酯（GMP）以及硬脂酰乳酰乳酸钠（SSL）◎麦芽糊精◎麦芽糊精葡萄糖当量（DE） DE值为产品还原力与纯葡萄糖还原力的百分比 DE=100/DP（DP为聚合度） DE与平均分子量成反比  DE<20的淀粉水解产品称为麦芽糊精 麦芽糊精平淡无味、没有甜味 食品体系起到增稠或增体积作用 ◎玉米糖浆◎玉米糖浆DE值为20~60的淀粉水解产品干燥后称为玉米糖浆固体 快速溶解，略有甜味 ◎ 改性淀粉◎ 改性淀粉 天然淀粉烧煮时形成质地差、粘性、橡胶态的淀粉糊，在淀粉糊冷却时形成不期望的凝胶。 经改性的淀粉糊能耐热、剪切以及酸等加工条件，并具有特殊的功能性质。 ◎取代度◎取代度一般接少量的酯基或醚基，DS值（取代度）很低，DS一般<0.1，常常为0.002－0.2 所谓取代度（DS）指每个单糖单位平均酯化或醚化的羟基数，多糖DS的最大值为3.0。◎果胶的组成◎果胶的组成果胶的化学组成和性质与来源、加工条件以及后处理有关。 原果胶是存在于未成熟水果和蔬菜的果肉中的果胶物质，高度甲酯化，不溶于水。 果胶酯酸是甲酯程度不高的果胶物质，可以是胶体或水溶性的（取决于DP和甲酯化程度。 高甲氧基（HM）果胶 超过一半以上的羧基是甲酯化的，而余下的羧基以游离酸（-COOH）和盐（-COO-Na+）的混合物存在。 低甲氧基（LM）果胶 低于一半羧基是甲酯化的，也称水溶性的果胶酯酸。 果胶酸 果胶酯酸的甲酯基完全被除去生成了果胶酸。 酯化度（DE） 羧基被甲醇酯化的百分数。 果胶为一族化合物，而且是被称为果胶物质的更大一族的一部分◎果胶的结构◎果胶的结构nullα-L-6-脱氧甘露糖 α-L-鼠李吡喃糖null天然果胶存在于所有陆生植物的细胞壁和细胞中间层；商品果胶从柑桔皮和苹果渣中提取得到。 果胶分子的主链是由150-500个α-D-吡喃半乳糖醛酸基（相对分子质量为30,000-10,000）通过1,4糖苷键连接而成的 ，在主链中相隔一定距离含有L-鼠李吡喃糖基侧链，因此果胶分子结构由均匀区与毛发区组成。 均匀区是由α-D-吡喃半乳糖醛酸基组成 毛发区是由高度支链的α- L -鼠李半乳糖醛酸组成。◎果胶的凝胶形成条件◎果胶的凝胶形成条件形成凝胶条件 当DE>50% （HM）时， 形成凝胶的条件：可溶性固形物（一般是糖）超过55%，pH2.0-3.5 当DE<50% （LM）时， 通过加入Ca2+形成凝胶，可溶性固形物为10-20%，pH2.5-6.5 null◎不同酯化程度果胶形成胶凝条件null◎影响凝胶强度的因素 凝胶强度与分子量成正相关 凝胶强度与酯化程度成正相关 分子量大，则果胶分子的链条长，形成的连接区大 酯化度大，则果胶分子带的电荷少，易于形成联结区◎果胶的凝胶形成机理◎果胶的凝胶形成机理HM果胶的凝胶机理 果胶分子脱水及电荷中和而形成凝集体 HM果胶溶液须糖和酸存在，又称为糖-酸-果胶凝胶 低pH 高度水合和带电的羧基转变成不带电荷的和仅少量水合的羧基 高糖 同果胶竞争水合水，降低了分子链的溶剂化 缔合 分子内氢键 疏水相互作用 nullLM果胶的凝胶机理 LM果胶须二价阳离子存在 二价离子的作用是产生桥联，随着二价阳离子浓度的增加（食品中仅使用钙离子），胶凝的温度与凝胶强度都有所增加。 ◎果胶凝胶机理归纳◎果胶凝胶机理归纳高度甲酯化 减少静电斥力 减少水合和溶剂化 金属离子桥连促进缔合，促进接合区生成null像碳水化合物那样去创造，带给人们甜蜜与能量，释放给大自然以清新。