第四章 碳水化合物第二节 小分子糖在食品中的特性与应用一、小分子糖与食品有关的物理性质二、小分子糖与食品有关的化学性质二、小分子糖与食品有关的化学性质
1、水解与蔗糖的转化
2、氧化及氧化产物的特性
3、还原与糖醇的生成
4、酯化
5、酸缩合
6、异构化
# # 褐变反应
＊ 7、羰氨褐变 — 美拉德（ Maillard）反应
Maillard反应机理影响美拉德反应的因素
Maillard反应对营养的损失
*8、焦糖化反应 — 卡拉蜜尔作用第三节 食品中多糖的特性与应用一、淀粉二、果胶物质三、纤维素及改性纤维素四、植物胶质与微生物胶五、其它多糖
* 膳食纤维
# 食品中单糖和低聚糖的功能
# 食品中多糖的功能一、淀粉
（一）淀粉的组成与结构
（二）淀粉的一般性质与应用
＊ （三）淀粉的重要性质－淀粉的糊化与老化及凝胶化
1、淀粉的糊化
2、淀粉的老化
3、淀粉的凝胶化
（四）淀粉的改性与应用
#（ 五）淀粉的制造
（一）淀粉的组成与结构
单体,D－葡萄糖
连接方式 α－ 1,4苷键和 α－ 1,6苷键
淀粉的结构,直链淀粉支链淀粉淀粉粒的结构特点
植物体内的淀粉是在生长过程中逐步合成的,随着淀粉分子的不断合成形成了由若干淀粉分子有一定规则的聚合在一起的颗粒状结构－－即为 淀粉粒,这是所有多糖中唯一以小包形式 （ 分散的颗粒 ） 存在的多糖 。
不同的植物种类有不同特征的淀粉粒,显微镜下可观察到,
①淀粉粒呈球形、卵形、或不规则形，大小也各不一样，
具体依植物种类而异，马铃薯淀粉颗粒最大、为卵形，玉米为圆形和多角形，稻米最小、为多角形；
②偏光显微镜下，可见双折射现象，淀粉粒的中心有一个裂口 （ 黑色十字 ）,将颗粒分成四个白色区域，称为,偏光十字,或,脐点,,说明有 晶状结构 （实际上淀粉分子间以氢键相互结合，以放射状微晶束形式存在）；
③沿其周围排列着淀粉分子，使粒不断长大，在偏振光显微镜下有的颗粒可看到粒上有疏密相间的层次，据认为是昼夜交替所致－,生长环,。
（二）淀粉的一般性质与应用
1、物理性质
① 肉眼可见淀粉为白色粉末 （ 显微镜下为颗粒 ） 吸湿性不强；
② 冷水中可,分散,纯支链淀粉,而不
,溶解,直链淀粉 。 天然淀粉是由直与支链交替,共同组成的粒状结构,完全不溶于冷水中,60－ 80℃ 热水中淀粉粒可发生溶胀 。
图 4-15 支链淀粉在淀粉粒中的排列示意图
2,与碘的呈色反应及应用
随着淀粉分子的减短而与碘的 呈色 越浅,深蓝
→ 蓝紫 → 紫红 → 橙色 → 无色 。 葡萄糖单体＞ 40
呈蓝色,＜ 6个无色 。
呈色机制,碘分子进入螺旋圈内成为电子受体,
羟基为电子供体成为淀粉－碘的络合物,显蓝色 。 ＜ 6时不能形成螺旋管状结构 。
应用,其它小分子如乙醇,正丁醇 等进入螺旋圈内成为,笼状化合物,（ 包合物 ） 。
3、淀粉的水解
淀粉酶 主要有,α－淀粉酶,β－淀粉酶,
葡萄糖淀粉酶,脱支酶等 。
产物有,糊精 （ 淀粉部分水解的片断 ）,
淀粉糖浆 （ 葡萄糖,低聚糖与糊精混合物 ）,麦芽糖浆 （ 主要是麦芽糖 ）,葡萄糖等 。
葡萄糖值 （ DE）,表示淀粉水解生成葡萄糖的程度,也称葡萄糖当量,定义为还原糖 （ 以葡萄糖计 ） 在淀粉糖浆中所占的百分数 （ 按干物质计 ） 。 DP为聚合度,DE=100/DP。 通常将 DE＜
20的水解产品称为麦芽糊精,DE为 20～ 60的叫做玉米糖浆 。
应用,工业上利用淀粉水解生产果葡糖浆,淀粉糖浆等,还可根据果糖,葡萄糖的溶解度差异控制各自的比例 。 如葡萄糖含量 42％ 以下防止结晶 。
工业水解淀粉有酸水解法－生产葡萄糖,称为
,糖化,；酶水解法－糊化,液化与糖化三阶段 。
＊（三）淀粉的重要性质－淀粉的糊化与老化及凝胶化
1、淀粉的糊化
淀粉粒在适当的温度下（一般 60－ 80℃ ）的水中溶胀、分裂、形成均匀糊状溶液的变化 称为糊化 。
糊化的作用可分为 三阶段,
可逆的吸水阶段不可逆的吸水阶段淀粉粒最后解体
α －淀粉
β －淀粉影响淀粉糊化的因素
内在因素,
外在因素,
温度
水分
其它（糖、盐、酸、乳化剂、酶、蛋白质等）
2、淀粉的老化
老化的淀粉不易为淀粉酶所水解,也就不易被人体消化吸收,故食品中的淀粉发生老化多数将使食品品质劣化 。 但部分食品也需利用老；
食品工业上控制淀粉老化：
1＞一般避开老化的最适温度 （ 2－ 4℃ ）,高于 60℃ 或低至－ 20℃ 都不发生老化 。 可将淀粉食品速冻至－ 20℃,
使淀粉分子间的水分子急速结晶,阻碍淀粉分子间靠近,可防止老化；
2＞水分含量在 30－ 60％ 时易老化 （ 一定水分子方使淀粉分子位移靠近 ）,＜ 10％ 或较多的水中不易老化；
3＞直链淀粉较支链淀粉易老化 （ 支链的三维网状空阻 ） ；
4＞偏酸偏碱不易老化 。
5＞糖,乳化剂可抗老化 。
3、淀粉的凝胶化
凝胶,多糖分子间可有 2－多个结合区，
溶剂分子（如水分子）可进入结合区内，
从而形成持水网状结构；
一定浓度的淀粉糊化液在缓慢冷却的过程中可形成持水网状结构－淀粉凝胶。
但和以后将要介绍的果胶凝胶等相比，
淀粉凝胶的强度不大，弹性也低。
图 4-16 淀粉的凝胶形成示意图
（四）淀粉的改性与应用
将天然淀粉经物理、化学处理（包括酶处理），使原有的某些性质发生一定的改变（水溶性提高、粘度增减、凝胶稳定性增加、色泽等），称为 淀粉的改性。
1、预糊化淀粉
2、可溶性淀粉
3、醚化淀粉
*取代度（ DS）
4、酯化淀粉
5、羧甲基淀粉 (CMS)
6、交联淀粉
#7、双改性淀粉三聚偏磷酸钠 O
‖
P－ ONa
/\
O O
/ \
o 淀粉－ OH＋ CH2-CH2→ 淀粉 ―OCH 2CH2OH
（ 羟乙基淀粉 ） （ 醚化淀粉
\/ ）
O CH3
（ 环氧乙烷 OH - ∣
ST-OH+CH3— CH2-CH2→ ST―OCH 2CH2OH（ 羟丙基淀粉 ）
\/ （ 醚化淀粉 ）
（ 氧化丙基 ） O
淀粉的食品功能,
生产淀粉糖浆、糖果填充剂（饴糖类宜用凝胶特性强的豆类淀粉）、冷饮食品或罐头类的增稠稳定剂（持水与粘结性）、改善饼干类食品的收缩性（加淀粉以稀释面筋浓度）。
淀粉的食品功能,
生产淀粉糖浆、糖果填充剂（饴糖类宜用凝胶特性强的豆类淀粉）、冷饮食品或罐头类的增稠稳定剂（持水与粘结性）、改善饼干类食品的收缩性（加淀粉以稀释面筋浓度）。
二,果胶物质
（一）化学结构与分类
（二）果胶物质的主要性质
（三）果胶凝胶的形成
（四）果胶的应用与制作
（一）化学结构与分类
O
OH
O
OH
C
O
O CH
3 O
O
C
OH
O
OH
O
H O
O
C
OH
O
OH
O
H
3
CHO
O
C
OH
O
OH
O
果胶物质有三种形态：
原果胶,甲酯化的聚半乳糖醛酸链与纤维素,
半纤维素结合在一起,只存在未成熟果蔬胞壁中,不 溶于水,使组织坚硬 。 水解后与纤维素分离,生成果胶 。
果胶 （ 酯酸 ）,羧基不同程度甲酯化或中和的聚半乳糖醛酸链,可溶于水,随果蔬成熟而由原果胶分解生成并渗入细胞液中,使果蔬变软有弹性 。
果胶酸,完全脱甲酯化的聚半乳糖醛酸链,稍溶于水,由于不具粘性而使果蔬变成软烂状态 。
迂钙,镁等生成不溶于水的沉淀或稍溶于水的盐 。
（二）果胶物质的主要性质
1＞酸,碱可催化酯水解,糖苷键的水解,在果蔬成熟期则由组织中的酶 （ PG,PE） 作用发生糖苷键和酯键的水解；高温,强酸可使之脱羧 。
2＞溶解度与粘度 果胶与果胶酸的水溶性随链长增加而下降，随酯化度的增加而增加，果胶酸溶解度远低于果胶，只有不到 1％。果胶液是高粘度的亲水胶体，粘度与链长成正比；一定条件下，可形成凝胶（不流动、有弹性的半固态持水网状结构）。
酯化度 （ DE）,指酯化的半乳糖醛酸残基所占总残基数的分数 ％,如上图的 DE为 50％ 。 此处的 DE区别于前 面的葡萄糖值 DE。
（三）果胶凝胶的形成
1＞凝胶形成的 条件一般果胶水溶液加糖（如蔗糖） 60－ 65％，
PH2.0－ 3.5，果胶含量 0.3－ 0.7％，室温? 沸腾间的温度均可,50℃ 以下温度越低胶凝越快。
2＞凝胶形成的 机理 O
H
O
H
C
O
H
O
O
H
O
C
C
O O
H
O
H
3＞影响果胶凝胶形成的因素
＊根据酯化度与胶凝速度可分为将果胶分为 4类,
3＞影响果胶凝胶形成的因素
＊根据酯化度与胶凝速度可分为将果胶分为 4类,
A、全甲酯化的果胶
B、速凝果胶
C、慢凝果胶
D、低甲氧基果胶 （ LMP）
C
O
O
Ca
O
O
C
+ +
-
-
C
O
O
Ca
O
C
+ +
-
-
O
-
-
++
C
O
O
Ca
O
O
C
（四）果胶的应用与制作三、纤维素及改性纤维素四、植物胶质与微生物胶
（一）植物胶质
（二）微生物胶五、其它多糖纤维素 羧甲基纤维素钠盐
+
2C H O C H C O O N a
OH
O
OH
2
O
n
C l C H C O O H
N a O H
n
O
2
2
OH
O
CH OH
OH
甲基纤维素和羟丙基纤维 素一 ） 植物分泌胶,来源于植物树皮创伤处的分泌物 。 主要有：
1、阿拉伯胶：
#2,黄芪胶
#3,刺梧桐胶三）海藻胶
*1、琼胶
*2、鹿角藻胶,主要有 κ －,λ －,ι －三种
*3、褐藻胶
（二）微生物胶
1、黄杆菌胶
2、茁霉胶
3、右旋糖酐
*4、环状糊精图 4-17 沙丁格糊精 图 4-18 β -环状糊精的圆柱结构示意五、其它多糖
1、氨基多糖
2、魔芋葡甘聚糖
膳食纤维
食品中单糖和低聚糖的功能
食品中多糖的功能三方面的食品功能：
凝集蛋白质、加工豆制品等；作絮凝剂澄清、净化原料、处理污水；乳化性能，
与脂类结合阻止人体对其吸收减少摄能；
成膜包装材料可食、耐油，耐冷热水。
O
HO
O
CH 2 OH
CH 2 OH
OH HO
O
OH
OH
CH 2 OH
O
O
O
O
O
C O C H 3OH
OH
CH 2 OH
O
O
HOOH
CH 2 OH
CH 2 OH
OH HO
O
CH 2 OH
O
O
O O
O
O
O
HO
O
CH 2 OH
OH
HO
O
OH
OH
CH 2 OH
H
OH
一,亲水功能二、风味结合功能三,糖类化合物褐变产物和食品风味四,甜味
1、水解与蔗糖的转化
2、氧化及氧化产物的特性
3、还原与糖醇的生成
4、酯化
5、酸缩合
6、异构化
# # 褐变反应
＊ 7、羰氨褐变 — 美拉德（ Maillard）反应
Maillard反应机理影响美拉德反应的因素
Maillard反应对营养的损失
*8、焦糖化反应 — 卡拉蜜尔作用第三节 食品中多糖的特性与应用一、淀粉二、果胶物质三、纤维素及改性纤维素四、植物胶质与微生物胶五、其它多糖
* 膳食纤维
# 食品中单糖和低聚糖的功能
# 食品中多糖的功能一、淀粉
（一）淀粉的组成与结构
（二）淀粉的一般性质与应用
＊ （三）淀粉的重要性质－淀粉的糊化与老化及凝胶化
1、淀粉的糊化
2、淀粉的老化
3、淀粉的凝胶化
（四）淀粉的改性与应用
#（ 五）淀粉的制造
（一）淀粉的组成与结构
单体,D－葡萄糖
连接方式 α－ 1,4苷键和 α－ 1,6苷键
淀粉的结构,直链淀粉支链淀粉淀粉粒的结构特点
植物体内的淀粉是在生长过程中逐步合成的,随着淀粉分子的不断合成形成了由若干淀粉分子有一定规则的聚合在一起的颗粒状结构－－即为 淀粉粒,这是所有多糖中唯一以小包形式 （ 分散的颗粒 ） 存在的多糖 。
不同的植物种类有不同特征的淀粉粒,显微镜下可观察到,
①淀粉粒呈球形、卵形、或不规则形，大小也各不一样，
具体依植物种类而异，马铃薯淀粉颗粒最大、为卵形，玉米为圆形和多角形，稻米最小、为多角形；
②偏光显微镜下，可见双折射现象，淀粉粒的中心有一个裂口 （ 黑色十字 ）,将颗粒分成四个白色区域，称为,偏光十字,或,脐点,,说明有 晶状结构 （实际上淀粉分子间以氢键相互结合，以放射状微晶束形式存在）；
③沿其周围排列着淀粉分子，使粒不断长大，在偏振光显微镜下有的颗粒可看到粒上有疏密相间的层次，据认为是昼夜交替所致－,生长环,。
（二）淀粉的一般性质与应用
1、物理性质
① 肉眼可见淀粉为白色粉末 （ 显微镜下为颗粒 ） 吸湿性不强；
② 冷水中可,分散,纯支链淀粉,而不
,溶解,直链淀粉 。 天然淀粉是由直与支链交替,共同组成的粒状结构,完全不溶于冷水中,60－ 80℃ 热水中淀粉粒可发生溶胀 。
图 4-15 支链淀粉在淀粉粒中的排列示意图
2,与碘的呈色反应及应用
随着淀粉分子的减短而与碘的 呈色 越浅,深蓝
→ 蓝紫 → 紫红 → 橙色 → 无色 。 葡萄糖单体＞ 40
呈蓝色,＜ 6个无色 。
呈色机制,碘分子进入螺旋圈内成为电子受体,
羟基为电子供体成为淀粉－碘的络合物,显蓝色 。 ＜ 6时不能形成螺旋管状结构 。
应用,其它小分子如乙醇,正丁醇 等进入螺旋圈内成为,笼状化合物,（ 包合物 ） 。
3、淀粉的水解
淀粉酶 主要有,α－淀粉酶,β－淀粉酶,
葡萄糖淀粉酶,脱支酶等 。
产物有,糊精 （ 淀粉部分水解的片断 ）,
淀粉糖浆 （ 葡萄糖,低聚糖与糊精混合物 ）,麦芽糖浆 （ 主要是麦芽糖 ）,葡萄糖等 。
葡萄糖值 （ DE）,表示淀粉水解生成葡萄糖的程度,也称葡萄糖当量,定义为还原糖 （ 以葡萄糖计 ） 在淀粉糖浆中所占的百分数 （ 按干物质计 ） 。 DP为聚合度,DE=100/DP。 通常将 DE＜
20的水解产品称为麦芽糊精,DE为 20～ 60的叫做玉米糖浆 。
应用,工业上利用淀粉水解生产果葡糖浆,淀粉糖浆等,还可根据果糖,葡萄糖的溶解度差异控制各自的比例 。 如葡萄糖含量 42％ 以下防止结晶 。
工业水解淀粉有酸水解法－生产葡萄糖,称为
,糖化,；酶水解法－糊化,液化与糖化三阶段 。
＊（三）淀粉的重要性质－淀粉的糊化与老化及凝胶化
1、淀粉的糊化
淀粉粒在适当的温度下（一般 60－ 80℃ ）的水中溶胀、分裂、形成均匀糊状溶液的变化 称为糊化 。
糊化的作用可分为 三阶段,
可逆的吸水阶段不可逆的吸水阶段淀粉粒最后解体
α －淀粉
β －淀粉影响淀粉糊化的因素
内在因素,
外在因素,
温度
水分
其它（糖、盐、酸、乳化剂、酶、蛋白质等）
2、淀粉的老化
老化的淀粉不易为淀粉酶所水解,也就不易被人体消化吸收,故食品中的淀粉发生老化多数将使食品品质劣化 。 但部分食品也需利用老；
食品工业上控制淀粉老化：
1＞一般避开老化的最适温度 （ 2－ 4℃ ）,高于 60℃ 或低至－ 20℃ 都不发生老化 。 可将淀粉食品速冻至－ 20℃,
使淀粉分子间的水分子急速结晶,阻碍淀粉分子间靠近,可防止老化；
2＞水分含量在 30－ 60％ 时易老化 （ 一定水分子方使淀粉分子位移靠近 ）,＜ 10％ 或较多的水中不易老化；
3＞直链淀粉较支链淀粉易老化 （ 支链的三维网状空阻 ） ；
4＞偏酸偏碱不易老化 。
5＞糖,乳化剂可抗老化 。
3、淀粉的凝胶化
凝胶,多糖分子间可有 2－多个结合区，
溶剂分子（如水分子）可进入结合区内，
从而形成持水网状结构；
一定浓度的淀粉糊化液在缓慢冷却的过程中可形成持水网状结构－淀粉凝胶。
但和以后将要介绍的果胶凝胶等相比，
淀粉凝胶的强度不大，弹性也低。
图 4-16 淀粉的凝胶形成示意图
（四）淀粉的改性与应用
将天然淀粉经物理、化学处理（包括酶处理），使原有的某些性质发生一定的改变（水溶性提高、粘度增减、凝胶稳定性增加、色泽等），称为 淀粉的改性。
1、预糊化淀粉
2、可溶性淀粉
3、醚化淀粉
*取代度（ DS）
4、酯化淀粉
5、羧甲基淀粉 (CMS)
6、交联淀粉
#7、双改性淀粉三聚偏磷酸钠 O
‖
P－ ONa
/\
O O
/ \
o 淀粉－ OH＋ CH2-CH2→ 淀粉 ―OCH 2CH2OH
（ 羟乙基淀粉 ） （ 醚化淀粉
\/ ）
O CH3
（ 环氧乙烷 OH - ∣
ST-OH+CH3— CH2-CH2→ ST―OCH 2CH2OH（ 羟丙基淀粉 ）
\/ （ 醚化淀粉 ）
（ 氧化丙基 ） O
淀粉的食品功能,
生产淀粉糖浆、糖果填充剂（饴糖类宜用凝胶特性强的豆类淀粉）、冷饮食品或罐头类的增稠稳定剂（持水与粘结性）、改善饼干类食品的收缩性（加淀粉以稀释面筋浓度）。
淀粉的食品功能,
生产淀粉糖浆、糖果填充剂（饴糖类宜用凝胶特性强的豆类淀粉）、冷饮食品或罐头类的增稠稳定剂（持水与粘结性）、改善饼干类食品的收缩性（加淀粉以稀释面筋浓度）。
二,果胶物质
（一）化学结构与分类
（二）果胶物质的主要性质
（三）果胶凝胶的形成
（四）果胶的应用与制作
（一）化学结构与分类
O
OH
O
OH
C
O
O CH
3 O
O
C
OH
O
OH
O
H O
O
C
OH
O
OH
O
H
3
CHO
O
C
OH
O
OH
O
果胶物质有三种形态：
原果胶,甲酯化的聚半乳糖醛酸链与纤维素,
半纤维素结合在一起,只存在未成熟果蔬胞壁中,不 溶于水,使组织坚硬 。 水解后与纤维素分离,生成果胶 。
果胶 （ 酯酸 ）,羧基不同程度甲酯化或中和的聚半乳糖醛酸链,可溶于水,随果蔬成熟而由原果胶分解生成并渗入细胞液中,使果蔬变软有弹性 。
果胶酸,完全脱甲酯化的聚半乳糖醛酸链,稍溶于水,由于不具粘性而使果蔬变成软烂状态 。
迂钙,镁等生成不溶于水的沉淀或稍溶于水的盐 。
（二）果胶物质的主要性质
1＞酸,碱可催化酯水解,糖苷键的水解,在果蔬成熟期则由组织中的酶 （ PG,PE） 作用发生糖苷键和酯键的水解；高温,强酸可使之脱羧 。
2＞溶解度与粘度 果胶与果胶酸的水溶性随链长增加而下降，随酯化度的增加而增加，果胶酸溶解度远低于果胶，只有不到 1％。果胶液是高粘度的亲水胶体，粘度与链长成正比；一定条件下，可形成凝胶（不流动、有弹性的半固态持水网状结构）。
酯化度 （ DE）,指酯化的半乳糖醛酸残基所占总残基数的分数 ％,如上图的 DE为 50％ 。 此处的 DE区别于前 面的葡萄糖值 DE。
（三）果胶凝胶的形成
1＞凝胶形成的 条件一般果胶水溶液加糖（如蔗糖） 60－ 65％，
PH2.0－ 3.5，果胶含量 0.3－ 0.7％，室温? 沸腾间的温度均可,50℃ 以下温度越低胶凝越快。
2＞凝胶形成的 机理 O
H
O
H
C
O
H
O
O
H
O
C
C
O O
H
O
H
3＞影响果胶凝胶形成的因素
＊根据酯化度与胶凝速度可分为将果胶分为 4类,
3＞影响果胶凝胶形成的因素
＊根据酯化度与胶凝速度可分为将果胶分为 4类,
A、全甲酯化的果胶
B、速凝果胶
C、慢凝果胶
D、低甲氧基果胶 （ LMP）
C
O
O
Ca
O
O
C
+ +
-
-
C
O
O
Ca
O
C
+ +
-
-
O
-
-
++
C
O
O
Ca
O
O
C
（四）果胶的应用与制作三、纤维素及改性纤维素四、植物胶质与微生物胶
（一）植物胶质
（二）微生物胶五、其它多糖纤维素 羧甲基纤维素钠盐
+
2C H O C H C O O N a
OH
O
OH
2
O
n
C l C H C O O H
N a O H
n
O
2
2
OH
O
CH OH
OH
甲基纤维素和羟丙基纤维 素一 ） 植物分泌胶,来源于植物树皮创伤处的分泌物 。 主要有：
1、阿拉伯胶：
#2,黄芪胶
#3,刺梧桐胶三）海藻胶
*1、琼胶
*2、鹿角藻胶,主要有 κ －,λ －,ι －三种
*3、褐藻胶
（二）微生物胶
1、黄杆菌胶
2、茁霉胶
3、右旋糖酐
*4、环状糊精图 4-17 沙丁格糊精 图 4-18 β -环状糊精的圆柱结构示意五、其它多糖
1、氨基多糖
2、魔芋葡甘聚糖
膳食纤维
食品中单糖和低聚糖的功能
食品中多糖的功能三方面的食品功能：
凝集蛋白质、加工豆制品等；作絮凝剂澄清、净化原料、处理污水；乳化性能，
与脂类结合阻止人体对其吸收减少摄能；
成膜包装材料可食、耐油，耐冷热水。
O
HO
O
CH 2 OH
CH 2 OH
OH HO
O
OH
OH
CH 2 OH
O
O
O
O
O
C O C H 3OH
OH
CH 2 OH
O
O
HOOH
CH 2 OH
CH 2 OH
OH HO
O
CH 2 OH
O
O
O O
O
O
O
HO
O
CH 2 OH
OH
HO
O
OH
OH
CH 2 OH
H
OH
一,亲水功能二、风味结合功能三,糖类化合物褐变产物和食品风味四,甜味
