江西农业大学食品科学与工程学院第三章 碳水化合物
概述
食品中的单糖类化合物
食品中的低聚糖类化合物
食品中的多糖类化合物教学目的和要求
1、了解主要的单糖、多糖种类及其衍生物；
2、掌握单糖的性质、结构、分类方法及其在食品中的应用；
3、掌握各类低聚糖和次要的多糖，尤其是功能性低聚糖的理化性质、生物功能以及它们在食品加工生产中的应用；
4、熟悉几种重要多糖的结构、性质及其在食品加工和贮藏中的作用；
5、掌握膳食纤维的概念、分类和功能。
3.1 概述糖类化合物 是自然界蕴藏量最为丰富、对所有生物体非常重要的一类有机化合物；习惯上也称其为碳水化合物，这是因为此类化合物的一般通式可以表示为 Cn(H20)m；但随着研究的不断深入，所发现的符合糖类化合物结构及性质特性、但其组成不符合以上通式的糖类或糖的衍生物逐渐增多，例如鼠李糖、脱氧核糖的组成分别为 C6H12O5,C5H10O4，不符合碳水化合物的通式；又如由甲壳素得到的壳聚糖，其分子中含有 N元素，也不符合碳水化合物的通式。因此，以碳水化合物定义此类物质是不合适的，
应将它们称为糖类化合物。
糖类化合物定义,多羟基的醛类、酮类化合物或其聚合物及其各类衍生物。 按其结构中含有基本结构单元的多少，糖类化合物可以分作单糖、低聚糖及多糖三种类型；单糖类化合物是低聚糖及多糖基本的结构单元，常见的为含 4～ 7个 C的单糖分子，结构中由于具有多个手性 C原子，因此这类化合物具有众多的同分异构体，也有复杂的构型异构体。低聚糖及多糖是单糖的聚合物，聚合是通过苷键的形成进行的。对于多糖类化合物的研究，是目前糖类化合物研究中的热点；与蛋白质、核酸等生物大分子一样，多糖类化合物也有复杂的高级结构形式。
糖类物质属多官能团有机化合物。单糖中含有酮基、醛基和数个羟基，可以发生醛酮类、醇类所具有的化学反应，例如容易被氧化、可以被酰化、胺化、发生亲核加成反应等；半缩醛的形成使得单糖类化合物既可以开链结构存在，也可以以环状结构存在； 半缩醛的形成使得单糖类化合物可以和其它成分或单糖以苷键相互结合而形成在自然界广泛存在的低聚糖、多糖和甙类化合物。
尽管低聚糖或多糖化合物中大多数的醛基、羰基都通过形成苷键而“消耗”掉了，但还存在半缩醛羟基和大量的醇羟基，因此低聚糖和多糖类化合物还可发生许多化学反应，而形成众多的衍生物。
功能,糖类化合物是自然界重要的能量转化介质，
是所有动物体所需能量的主要来源；另外，多糖类是植物体的主要构成物质，在植物及微生物体内还转化形成了数量巨大的所谓活性多糖类化合物。随着对糖类化合物研究的不断深入，这类物质许多以前不为人知的组成、结构、生物功能方面的问题引起了人们的极大关注及研究的积极性，为药学、人类保健学、食品科学及生命科学的研究提供了大量的、生动的材料。
单糖是结构最简单的碳水化合物，分为醛糖和酮糖。
单糖若含有另一个羰基则称为二醛糖 (二个醛基 )或二酮糖 (二个酮基 )。
糖的羟基被氢原子或氨基取代,可分别生成脱氧糖和氨基脱氧糖 。
除赤藓糖 (丁糖 )外,单糖分子均以环状结构存在 。 单糖溶解于水时,开链式与环状半缩醛逐渐达到平衡状态,溶液中有很少量的开链式单糖存在 。
3.2 单糖 (Monosaccharides)
单糖分类
3.2.1 单糖的构象吡喃糖具有两种不同的构象，椅式或船式。
许多己糖主要以相当坚硬的椅式存在，如葡萄糖的四种椅式构象，
其中以 β 一 D一葡萄糖 (4C1)和 α 一 D一葡萄糖 (1C4)最为稳定。以船式存在的己糖较少，因为船式结构较易变形并且能量较高。还有其它形式，例如半椅式和扭曲排列，但这些形式都具有较高的能量，
不常遇到。
O
O
椅式构型 船式构型
β一 D一葡萄糖 (4C1) α一 D一葡萄糖 (4C1)
呋喃糖 是一种比吡喃糖稳定性差的环状体系，它是以所谓的信封形式和扭转形式的快速平衡混合物存在的。
3.2.2 单糖与食品相关的物理学特性
3.2.2.1 单糖的甜度单糖类化合物均有甜味，甜味的强弱用甜度来区分，不同的甜味物质其甜度大小不同。甜度是食品鉴评学中的单位，这是因为甜度目前还难以通过化学或物理的方法进行测定，只能通过感官比较法来得出相对的差别，
所以甜度是一个相对值。一般以 10%或 15%的蔗糖水溶液在 20℃ 时的甜度为 1.0来确定其它甜味物质的甜度，因此又把甜度称为 比甜度 。下面是一些单糖的比甜度：
α -D-葡萄糖 0.70 α -D-半乳糖 0.27
α -D-甘露糖 0.59 α -D-木糖 0.50
β -D-呋喃果糖 1.50
不同的单糖其甜度不同，这种差别与分子量及构型有关；一般的讲，
分子量越大，在水中的溶解度越小，甜度越小；环状结构的构型不同，甜度亦有差别，如葡萄糖的 α -构型甜度较大，而果糖的 β -构型甜度较大。
3.2.2.2 旋光性及变旋光所以的单糖均有旋光性，常见单糖的比旋光度（ 20 ℃,钠光） 为：
D-葡萄糖 +52.2 D-甘露糖 +14.2
D-果糖 -92.4 D-阿拉伯糖 -105.0
D-半乳糖 +80.2 D-木糖 +18.8
当单糖溶解在水中的时候，由于开链结构和环状结构直接的互相转化，因此会出现变旋现象。在通过测定比旋光确定单糖种类时，一定要注意静置一段时间（ 24h）。
3.2.2.3 溶解度单糖类化合物在水中都有比较大的溶解度，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。
不同的单糖在水中的溶解度不同，其中果糖最大，如 20 ℃ 时，果糖在水中的溶解度为 374.78g/100g，而葡萄糖为 87.67g/100g。随着温度的变化，单糖在水中的溶解度亦有明显的变化，如温度由 20 ℃ 提高到 40℃,
葡萄糖的溶解度则变为 162.38g/100g。
利用糖类化合物较大的溶解度及对于渗透压的改变，可以抑制微生物的活性，从而达到延长食品保质期的目的。 但要做到这一点，糖的浓度必需达到 70%以上。常温下（ 20-25℃),单糖中只有果糖可以达到如此高的浓度，其它单糖及蔗糖均不能。而含有果糖的果葡糖浆可以达到所需要的浓度。
3.2.2.4 吸湿性、保湿性与结晶性吸湿性和保湿性反映了单糖和水之间的关系，分别指在较高空气湿度条件下吸收水分的能力和在较低空气湿度湿度下保持水分的能力。这两种性质对于保持食品的柔软性、弹性、贮存及加工都有重要的意义。
不同的单糖其结晶形成的难以程度不同，如葡萄糖容易形成结晶且晶体细小，果糖难于形成结晶等。
3.2.2.5 其它单糖与食品有关的其它物理学性质包括黏度、冰点降低及抗氧化性等。
3.2.3 单糖的化学性质一,碱的作用糖在碱性溶液中不稳定,易发生异构化和分解等反应 。 碱性溶液中糖的稳定性受许多因素的影响,
如糖的种类和结构,碱的种类和浓度,作用时间和温度等 。
(1)烯醇化作用和异构化作用用稀碱处理单糖,能形成差向异构体的平衡体系,
例如,用稀碱处理 D一葡萄糖,就得到 D一甘露糖和 D
一果糖三种物质的平衡混合物 。 这种转化是通过烯醇式中间体完成的 。
由于果糖的甜度超过葡萄糖的一倍,故可利用异构化反应,以碱性物质处理葡萄糖溶液或淀粉糖浆,使一部分葡萄糖转变成果糖,
提高其甜度,这种糖液称为 果葡糖浆 。 但是用稀碱进行异构化,转化率较低,只有 2l一
27％,糖分约损失 10～ 15％,同时还生成有色的副产物,影响颜色和风味,精制也较困难,所以工业上未采用 。
1957年发现 异构酶 能催化葡萄糖发生异构化反应而转变成果糖,这为工业生产果葡糖浆开辟了新途径 。
(2)糖精酸的生成 碱的浓度增高、加热或作用时间延长，糖便发生分子内氧化还原反应与重排作用生成羧酸，此羧酸的总组成与原来糖的组成没有差异，此酸称为糖精酸类化合物。糖精酸有多种异构体，因碱浓度不同，产生不同的糖精酸。
(3) 分解反应在浓碱作用下，糖发生分解反应，产生较小分子的 糖、酸、醇和醛 等化合物。此分解反应因有无氧气或其它氧化剂的存在而不相同。
己糖受碱的作用，发生 连续烯醇化,生成 l,2
一,2,3一和 3,4一烯二醇，这些烯二醇在氧化剂的存在下，于双键处裂开，生成含有 1,2，
3,4和 5个碳原子的分解物。
二、酸的作用
(1) 强酸中的反应：
单糖在稀无机酸作用下发生糖苷水解逆反应生成糖苷,
即分子间脱水反应，
产物二糖和其它低聚糖，如葡萄糖主要生成异麦芽糖和龙胆二糖。这个反应是很复杂的，除要生成。 α一和 β
一 1,6键二糖外，
还有微量的其它二糖生成。
(2)弱酸 (有机酸 )中的反应糖受弱酸和热的作用，易发生分子内脱水反应，
生成环状结构体，如 戊糖生成糠醛,己糖生成 5一羟甲基糠醛 。己酮糖较己醛糖更易发生这种反应。戊糖经酸作用生成糠醛的反应如图：
戊糖经酸作用脱掉三个分子的水,生产糠醛的反应进行得比较完全,同时产物也相当稳定 。
三,氧化反应糖是多羟基醛或酮,因此,在不同氧化条件下,糖类可被氧化成各种不同的产物 。
在溴水中醛糖的醛基会被氧化成羧基而生成糖酸 。 糖酸加热很容易失水而得到或 γ 一内酯或 δ — 内酯 。 葡萄糖酸与钙离子形成葡萄糖酸钙,
葡萄糖酸钙可作为口服钙的饮食补充剂 。 酮糖与溴水不起作用,利用这个反应可以区别醛糖与酮糖 。
用浓硝酸这种强氧化剂与醛糖作用时,它的醛基和伯醇基都被氧化,
生成具有相同碳数的二元酸,如半乳糖氧化后生成半乳糖二酸 。 半乳糖二酸不溶于酸性溶液,而其它己醛糖氧化后生成的二元酸都能溶于酸性溶液,利用这个反应可以区别半乳糖与其它己醛糖 。
酮糖在强氧化剂作用下,在酮基处作裂解,生成草酸和酒石酸 。
葡萄糖在氧化酶作用下,可以保持醛基不被氧化,仅是第六碳原于上的伯醇基被氧化生成羧基而形成葡萄糖醛酸 。 生物体内某些有毒物质,
可以和 D一葡萄糖醛酸结合,随尿排出体外,从而起到解毒作用 。
四、还原作用
单糖类的羰基在一定条件下可被还原成羟基,常用的还原剂有钠汞齐和氢化硼钠
(NaBH4)。 如 D一葡萄糖还原后可得到山梨醇,木糖经还原可以得到木糖醇 。 山梨醇可用于制取抗坏血酸,亦可用于食品和糖果的保湿剂,木糖醇可以代替蔗糖作为糖尿病患者的疗效食品 。
国外已广泛用木糖醇制造糖果,果酱,
软饮料等食品,目前已有大规模的工业化生产,是直接通过催加加氢而生产的 。
3.3 低聚糖 (Oligosaccharides)
低聚糖涵义,单糖能形成糖苷,由 2～ 10个单糖残基以糖苷键结合而成的糖类称为低聚糖 。
自然界存在的低聚糖其聚合度均不超过 6个单糖残基,其中食品中最重要的是 双糖类中的蔗糖,麦芽糖和乳糖 。
双糖分为还原性和非还原性双糖 。 二个单糖分子的半缩醛羟基之间形成糖苷键,结合成非还原性双糖；一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的醇羟基构成糖苷键则生成还原性双糖 。 前者称糖基苷,后者称为糖基糖 。
双糖相对于它们的单体成分又可以分为均匀的和非均匀的 。 所谓均匀是指单糖体成分相同；当单糖体成分不相同时则称为非均匀 。
3.3.1 常见种类、结构及苷键类型
α-1,4-糖苷键：
β -1,4-糖苷键：
α-1,6-糖苷键：
β -1,6-糖苷键：
α,β -1,2-糖苷键：
混合键型低聚糖：
α-1,6- α,β-1,2
β-1,4- α,β-1,2
3.3.2 食品中低聚糖的性质一、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；如：
OH O H 2 C
O H
H O
C H 2 O H
O
C H 2 O H
H O
O H
O H
O
O
C H 2 O H
H O
O H
O H
O H
+
O
H O H 2 C
H O
H O
O H
C H 2 O H
蔗 糖葡 萄 糖 果 糖转 化 糖低聚糖如同其它糖苷一样易被酸水解，但对碱较稳定。蔗糖水解叫做转化，生成等摩尔的葡萄糖和果糖的混合物称为转化糖 (invert sugar)。蔗糖的旋光度为正值，
经过水解后变成负值,因为水解产物葡萄糖的比旋光 [α]D= + 52.7?，而果糖的比旋光度 [α]D= 一 92.4?，蔗糖水解物的比旋光度为一 19.8?。从还原性双糖水解引起的变旋光性可以知道异头碳的构型，因为 α一异头物比 β— 异头物的旋光率大,β一糖苷裂解使旋光率增大，而 α一糖苷裂解却降低旋光率 。
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。
二、褐变反应低聚糖也能发生 Mailard等类型的褐变反应，但其反应速度比单糖要慢一些。
三,抗氧化作用低聚糖及单糖的水溶液具有抗氧化性。其 原因有三,a.溶液中糖的存在可以大大降低氧的溶解度；如在 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。
四、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。
3.3.3 生产加工的低聚糖一,环状糊精 (cyclodextrin)概念,是一种生产 加 工 而 成 的 低 聚 糖,又 名 沙 丁 格 糊 精
(schardinger— dextrin),是由 D一葡萄糖残基以 α 一 1,4糖苷键连接而成的环状低聚糖,
聚合度有 6,7,8三种,分别称为 α 一,β 一,
γ 一环状糊精 。
环状糊精是软化芽孢杆菌 (Bacitlus
macerans)作用于淀粉所形成的产物,为白色粉末状结晶,熔点 300— 350℃ 。 本世纪 70年代中期已开始出品生产,并得到广泛应用 。 β —
状糊精是食品工业中应用较多的一种 。
二、环状糊精的结构,如下图所示，圆筒上部的广口排列着 12个 C2,C3羟基，底部狭窄处有 6个 C6羟基。因而从整体上看环状糊精是亲水的，但是，由于环的内侧被 C— H
所覆盖，与外侧羟基相比有较强的疏水性。当溶液中同存在亲水和疏水物质时，疏水物质则被环内疏水基团吸附而形成包含化合物。
三、环状糊精的作用与胶体微相比,在结构上环状糊精对物质的吸附能力明显要高得多,并且还能作为复杂酶的基质被应用 。 由于环状糊精结构上的特性,
广泛应用于食品加工和保藏上：
可用作保香,保色,减少维生损失；
对油脂起乳化作用,对易氧化和易光解的物质起保护作用,如萜烯类香料和天然素易挥发和光解,若添加环状糊精进行包接,则可起到保护作用；
环状糊精还可去苦味和异味,如对柑桔罐头中橙皮苷的抑制等等 。
3.4 食品多糖 (Polysaccharides in foods)
3.4.1 概述
（ 1）概念,糖基单位数在 10个以上的属于多糖，
多糖的糖基单位数大多在 100以上，甚至 1000
个左右。
多糖可由一种糖基单位或由几种糖基单位构成，分别称为 同聚糖 (hemoglycans)和 杂聚糖
(heteroglycans)。
单糖分子相互间可连接成 线性结构 (如纤维素和直链淀粉 )或带 支链结构 (支链淀粉、糖原、
瓜尔聚糖 )，支链多糖的分支位置和支链长度因种类不同存在很大差别。
（ 2） 多糖的构象：
多糖的链构象是由单糖的结构单位构象,糖苷键的位置和类型来确定的 。
* 伸展或拉伸螺条型构象是 1,4一连接的 β一 D一吡喃葡萄糖残基的特征,例如纤维素,这是由于单糖残基的键呈锯齿形所引起的,而且链略微缩短或压缩,这样就会使邻近残基间形成氢键,以维持构象的稳定 。
*折叠螺条型构象,例如果胶和海藻酸盐,它们都以同样的折叠链段存在 。 果胶链段是由 l,4连接的
α一 D一吡喃半乳糖醛酸单位组成,海藻酸盐链段由 1,4-α一 L一吡喃古洛糖醛酸单位构成,此结构因 Ca2+保持稳定构象 。
（ 3） 多糖的作用
多糖广泛且大量分布于自然界,是构成动,植物体结构骨架的物质,如植物的纤维素,半纤维素和果胶,动物体内的几丁质,粘多糖 。
某些多糖还可作为生物的代谢贮备物质而存在,像植物中的淀粉,
糊精,菊糖,动物体内的糖原 。
多糖是水的结合物质,例如琼脂,果胶和海藻酸,以及粘多糖都能结合大量的水,可作为增稠剂或凝胶凝结剂其凝胶机理如下,*当多糖分子溶于水时,由于多糖分子之间氢键的作用 （ 见下图 ）,须经剧烈搅拌或加热处理,破坏多糖分子间氢键,使多糖分子上的羟基能与水分子作用,形成水层,从而达到溶解或分散的目的 。 *当这种水合多糖分子在溶液中盘旋时,水层发生重新组合或被取代,结果多糖分子会形成环形,螺旋形甚至双螺旋形；
若数个多糖分子链间部分形成氢键而成胶束 (micelles),若许多多糖分子在不同地方生成胶束,则成了包有水分的多糖三维构造,称为凝胶 (gel)。 多糖分子与水之间的这种作用,使其在食品加工中可作为增稠剂或凝胶凝结剂,如海藻酸盐,淀粉,果胶,瓜尔豆胶等便属于这一类多糖 。
多糖还可用作乳浊液和悬浮液的稳定剂,用以制成膜或防止食品变质的涂布层 。
多糖分子间的氢键结合
3.4.2 常见的食品多糖一,淀粉 （ 来源,组成,化学性质 ）
淀粉作为储存的碳水化合物,广泛分布于各种植物器官,
是许多食品的组成成分,也是人类营养最重要的碳水化合物来源 。
（ 一 ） 来源,淀粉的生产原料来源于玉米,小麦,马玲薯,甘薯等农作物,此外,粟,稻和藕也常用作淀粉加工的原料 。
（ 二 ） 组成和结构,淀粉在植物组织中以独立的淀粉颗粒存在,
淀粉在加工中,如磨粉,分离纯化及淀粉的化学修饰,皆能保持其完整；但淀粉糊化时被破坏 。
淀粉粒由二种葡聚糖组成,即直链淀粉和支链淀粉 。 大多数淀粉含 20～ 39％ 的直链淀粉,新玉米品种含直链淀粉可达
50— 80％ ；普通淀粉粒含 70— 80％ 支链淀粉,而糯玉米或糯粟含支链淀粉近 100％ 。 此外,糯米,糯稻米和糯高梁等谷物中支链淀粉的含量也很高 。
淀粉颗粒内有结晶区和无定形区之分 。 结晶区分子排列有序,无定形区分子呈无序排列 。
直链淀粉的结构直链淀粉是由葡萄糖以 α一 1,4糖苷键缩合而成的,
用不同方法测得的直链淀粉的分子量为 3.2× 104 ～
1.6× lO5,甚至更大,聚合度为 100～ 6,000之间,一般为几百 。 直链淀粉在水溶液中并不是线型分子,而是由分子内的氢键作用使之卷曲成螺旋状,每个环转含有
6个葡萄糖残基 。
直链淀粉的螺旋结构示意图支链淀粉的结构支链淀粉也是由葡萄糖组成的,但葡萄糖的连接方式与直链淀粉有所不同,
是,树枝,状支叉结构,支链淀粉具有
A,B和 C三种链,链的尾端具有一个非还原尾端基,A链是外链,经由 α一 1，
6键与 B链连接,B链又经由 α一 1,6键与 C链连接,A链和 B链的数目大致相等 。
C链是主链,每个支链淀粉只有一个 C
链,C链的一端为非还原端基,另一端为还原端基,A链和 B链只有非还原端基 。 每个分支平均含 20～ 30个葡萄糖残基,分支与分支之间相距一般有 11～ 12
个葡萄糖残基,各分支卷曲成螺旋状 。
支链淀粉分子是近似球形的大分子,分子量约在 107～ 5x108之间 。
（三）淀粉的化学性质（水解、糊化、老化）
1,淀粉的水解淀粉在无机酸或酶的作用下,会发生水解反应,分别称之为酸水解法和酶水解法 。
（ 1） 酸水解法以无机酸为催化剂水解淀粉,因水解程度不同,其产物也有所不同,如紫色糊精 (30个葡萄糖残基片断 ),红色糊精 (20个葡萄糖残基片断 ),无色糊精 (6个葡萄糖残基 )、
麦芽糖,葡萄糖 。
不同来源的淀粉对酸水解的难易有差别,马铃薯淀粉较玉米,麦,高梁等谷类淀粉易水解,大米淀粉较难水解 。 支链淀粉较直链淀粉易水解,α— l,4糖苷键水解速度较 β一 l,6糖苷键快另外,酸水解反应还与温度,浓度和无机酸种类有关,一般盐酸和硫酸催化效能较高 。
（ 2） 酶水解法：
酶水解在工业上称为酶糖化 。 酶糖化经过糊化,液化和糖化三道工序 。 淀粉颗粒的晶体结构抗酶作用力强,因此,淀粉酶不能直接作用于淀粉,需事先加热淀粉乳,破坏其晶体结构使其糊化 。 淀粉水解应用的淀粉酶主要为 α淀粉酶 (液化酶 ),β一淀粉酶 (转化酶 )和葡萄糖淀粉酶 。
α一淀粉酶水解淀粉是从分子内部进行的,水解中间位置的 α一 1,4
糖苷键,先后次序没有一定的规律,这种由分子内部进行水解的酶称为
,内酶,,生成产物的还原尾端葡萄糖单位为 α一构型,故称 α一淀粉酶,
α一淀粉酶不能水解 α一 1,6糖苷键,但能越过此键继续水解； α一淀粉酶不能水解麦芽糖分子中的 α一 1,4糖苷键 。
β一淀粉酶能水解 α一 1,4葡萄糖苷键,不能水解 α一 1,6糖苷键,也不能越过它继续水解,水解从淀粉分子的还原尾端开始,不能从分子内部进行 。 因此属于外酶,水解最后产物是 β一麦芽糖和 β一极限糊精 。
葡萄糖淀粉酶,由非还原尾端水解 α一 1,4,α— l,6和 α一 l,3糖苷键,分离出来的葡萄糖构型发生转变,最后产物全部为 β-葡萄糖 。 葡萄糖淀粉酶属于外酶,专一性差 。
待处理对象 所用酶 得到产物 应用条件 应用意义淀粉淀粉酶 (来自大麦芽或微生物 )
在食品中的酶中专门讨论生产糖浆和改善食品感管性质纤维素纤维素酶 (包括内切酶、外切酶及葡糖苷酶 )
短的纤维素链、纤维二糖及葡萄糖
30~60℃
pH4.5~6.5
生产膳食纤维、
葡聚糖浆及提高果汁榨汁率和澄清度半纤维素半纤维素酶 (L-阿拉伯聚糖酶,L-
半乳聚糖酶,L-
甘露聚糖酶,L-
木聚糖酶 )
半乳糖、木糖
、阿拉伯糖、
甘露糖及其它单糖提高食品质量果胶果胶酶 (有内源和商品之分）
主要为半乳糖醛酸，有少量半乳糖、阿拉伯糖等植物质地软化及水果榨汁和澄清
**影响因素：
多糖类型：对中性多糖起作用，其它糖不一定温度：温度提高，酸催化速度大大提高苷键类型,α –苷键比 β –苷键水解容易。
1,6-> 1,4-> 1,3-> 1,2-
单糖环的大小：呋喃环比吡喃环容易水解多糖结晶程度：结晶区较难水解
(2)碱催化 -转消性水解果胶在碱性条件下的水解属于此种类型（反应机理见下页）
由图可以看出，果胶的转消性水解属于碱催化的苷键断裂过程，本质是碱帮助半缩醛羟基形成的苷键发生断裂，类似于醚碱的反应，碱的帮助作用主要体现在亲核取代。
果胶的这种水解被用在食品加工中的去皮过程。
2.淀粉的糊化
（ 1） 淀粉的糊化定义,未受损伤的淀粉颗粒不溶于冷水,
但能可逆地吸收水和轻微地溶胀,但随着温度升高,淀粉分子振动剧烈,造成氢键断裂,断裂的氢键与较多的水分子结合 。 由于水分子的穿透以及更多的与更长的淀粉链段的分离,增加了结构的无序性和减少了结晶区域的数目和大小,最合胶束全部崩解,呈单分子溶液状态 。
（ 2） 糊化温度,淀粉粒溶胀,内部结构破坏的温度范围,
称为糊化温度 。 糊化通常发生在一个狭窄的温度范围,
较大的颗粒先糊化,较小的颗粒后糊化 。
（ 3） 糊化程度的监测,通常用偏振光显微镜测定淀粉粒悬浮液中完全糊化的淀粉粒数量来表示；淀粉糊化程度与温度的关系是用旋转粘度计连续观察 。
二、淀粉的糊化及老化
（一） 淀粉的糊化
- 淀 粉 淀 粉 的 天 然 状 态,分 子 间 靠 氢 键 紧 密 排 列,间 隙 很 小,具 有 胶 束 结 构水 中 加 热膨 润 淀 粉 水 分 子 浸 入 胶 束 内 部,胶 束 逐 渐 被 溶 解,分 子 间 空 隙 逐 渐 增 大,体 积 增 加 数 十 倍
- 淀 粉加 热糊 化胶 束 彻 底 崩 溃,形 成 被 水 包 围 的 淀 粉 分 子,成 胶 体 溶 液 状 态淀粉糊化可分为三个阶段,a.可逆吸水阶段：水分浸入淀粉颗粒的非晶质部分，体积略有膨胀；此时如冷却干燥可以复原，双折射显现不变。 b.不可逆吸水阶段：随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，不可逆大量吸水，结晶“溶解”。 c.淀粉粒解体阶段：淀粉分子完全进入溶液。
（ 4）影响淀粉的糊化的因素：糊化程度不仅取决于温度，还与共存的其它组分的种类和数量有关，如糖、蛋白质、脂类、
有机酸以及水等物质。
温度,温度越高，糊化程度越大。
水分活度,水分活度低，糊化将不能发生或糊化程度非常有限，因为与水能强烈结合的食品成分和淀粉竞争与水的结合而推迟了淀粉的糊化。
高浓度 糖 降低了淀粉糊化的程度； 脂类 如甘油三酯等，能与直链淀粉形成复合物，推迟颗粒的溶胀。
酸、盐 对淀粉肿胀或糊化影响很小，但在低 PH值时，淀粉水解，产生了非增稠性糊精而变稀。
直链淀粉与支链淀粉的含量也影响糊化温度,直链淀粉在冷水中不易溶解和分散,在淀粉粒完全溶胀时,直链淀粉才从淀粉粒中渗出分散在溶液中,形成粘稠的悬浮液,直链淀粉含量越高,淀粉越难以糊化,糊化温度越高；相反,一些淀粉仅含有支链淀粉,这些淀粉一般产生清糊,并不会有老化现象,淀粉糊相当稳定 。
3.淀粉老化
1) 定义,淀粉老化通常是表示淀粉由溶液或分散态向不溶的微晶态的不可逆转变,即大多是直链淀粉分子的重新定位 。
2) 淀粉老化可看作是淀粉糊化的逆过程,其本质是糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序,相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密,晶化的淀粉胶束 。 但这个过程是不完全的,并不能恢复到天然淀粉的状态 。 老化的直接结果是溶解性能变差,加工能力降低 。
3) 淀粉老化机理,糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序,相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密,高度晶化的淀粉分子胶束 。
影响淀粉老化的因素
*内部因素：主要指直链淀粉和支链淀粉的比例分子量的大小；直链淀粉比例高时易于老化；中等聚合度淀粉易于老化。
**外部因素：包括温度、水分含量、共存的其它物质等。 简单讲：
温度对淀粉老化有明显的影响； 60℃ 以上不易老化，由此温度向下至 -2 ℃ 老化速度不断增加,-2 ℃?-
22 ℃ 老化温度不断下降,-22 ℃ 以下淀粉几乎不再老化。
当淀粉溶液中的含水量在 30%～ 60%时老化速度最快，而低于 10%时不再老化。
糖、有机酸可阻止淀粉的老化，脂类、乳化剂也可防止淀粉老化，变性淀粉、蛋白质可减缓淀粉老化，
但果胶则可促使淀粉老化。
4.淀粉在食品加工中的应用
1）用作淀粉类食品的生产原料。
2）用于糖果制作过程中的填充剂，也可以作为淀粉糖浆的原料。为了防粘、便于操作，可使用少量淀粉代替有害的滑石粉。
3）作为雪糕、冰棍及罐头增稠剂，增加制品结着性和持水性。
4）用于稀释饼干的面筋浓度和调节面筋膨润度，解决饼干坯收缩变形的问题。
二、纤维素
纤维素作为细胞壁的主要结构成分存在于所有的植物中 。 它通常和各种半纤维素及木质素结合在一起,
这些结合的类型与结合的程度在很大程度上影响着植物性食品特有的质构 。 嫩叶的干物中约有 10％,而老叶的干物中则达 20％ 。
1 结构,纤维素是由 β一葡萄糖通过 1,4一糖苷键缩合成的直链分子,其聚合度大小取决于纤维素的天然来源 。 用 X一射线衍射法研究纤维素的细微结构,发现纤维素是由 60多条纤维分子平行排列,并互相以氢键连接起来的束状物质 。 虽然氢键的键能较一般的化学键的键能小得多,但由于纤维素微晶之间氢键很多,
所以微晶束相当牢固,因此,纤维素的化学性质比较稳定 。 植物细胞壁的纤维素在一般食品加工条件下,
不被破坏,但在高温,高压稀硫酸溶液中,纤维素可被水解成 β一葡萄糖 。
2,纤维素的利用：
*菌类、软体动物含有纤维素分解酶，可将其分解成低聚糖和葡萄糖； *哺乳动物无此酶，仅由消化道内细菌的作用来分解消化，利用率低； *食草动物对它的利用率为
25％，食肉动物约为 5％，人类则在 5％以下。
3.纤维素的生理作用纤维素虽消化吸收率低,无过多营养价值,
但却会产生有益的作用 。
1） 促进胃肠蠕动,使物质易于通过消化系统,
提高了肠的运动速度,因此能避免便秘；
2） 能较快地将不吸收的代谢产物排出体外,缩短脂肪停留时间 。
3） 纤维素与胆汁酸相结合后减少了胆汁酸的再吸收,从而能降低血中胆固醇含量,另据推测,
它能阻滞动脉粥样硬化 。
4） 是很好的减肥食品 。
三、果胶果胶物质是植物细胞壁成分之一,存在于相邻细胞壁间的中胶层中,具有粘着细胞的作用 。
果胶物质广泛存在于植物中,尤其是在果实蔬菜中含量较多：
在果实中以山楂 (红果 )含量较多,约为 6.6％,
苹果含量为 1.0～ 1.8％,柑桔含量为 0.7～ 1.5％,
桃子含量为 0.56～ 1.25％,梨含量为 0.5～ 1.4％,
杏含量为 0.5～ 1.2％ 。
在蔬菜中以南瓜含量较多约为 7～ 17％,胡萝卜含量为 8～ 10％,洋白菜含量为 5～ 7.5％,熟西红柿含量为 2— 2.9％ 。
（一）果胶物质的化学结构与分类
1、果胶的结构,果胶物质的基本结构是 D一吡喃半乳糖醛酸，以 α 一 1,4糖苷键结合成聚半乳糖醛酸；半乳糖醛酸中部分羧基被甲醇酯化，剩余部分被钠、钾或铵离子全部中和。因此，果胶是不同程度酯化的 α 一半乳糖醛酸以 1,4-糖苷键形成的聚合物。果胶分子的基本结构如下：
2、果胶的分类酯化度,天然果胶甲酯化程度变动幅度较大,酯化的半乳糖醛酸基对总的半乳糖醛酸基的比值称为酯化度 。 从天然原料提取的果胶最高酯化度为 75％,在各种果胶产品加工过程中,控制酯化度为 20~70％ 。
根据果蔬成熟过程,果胶物质一般有三种形态：
① 原果胶,与纤维素和半纤维素结合一起的甲酯化聚半乳糖醛酸苷链,只存在于细胞壁中,不溶于水,水解后生成果胶 。 在未成熟果蔬组织中与纤维,半纤维素粘结在一起形成较牢固的细胞壁,使整个组织变得比较坚硬 。
② 果胶,果胶是羧基不同程度甲酯化和中和的聚半乳糖醛酸苷链,存在于植物细胞汁液中 。 在成熟果蔬的细胞液内含量较多 。
③ 果胶酸,果胶酸是完全未甲酯化的聚半乳糖醛酸苷链；
在细胞汁中与 Ca2+,Mg2+,K+,Na+等扩等矿物质形成不溶于水或稍溶于水的果胶酸盐 。 当果蔬变成软疡状态时,含量较多 。
（二）果胶物质的特性
1,水解和脱羧反应,果胶物质在酸性或碱性条件下,能发生水解,可使酯基水解和糖苷键裂解；
在高温强酸条件下,糖醛酸残基发生脱羧作用 。
2,溶解度的变化,果胶及果胶酸在水中的溶解度随聚合度增加而减小,在一定程度上还随酯化程度增加而加大 。 果胶酸的溶解度较小 (<1％ ),但其衍生物如甲醇酯和乙醇酯溶解度较大 。
3,胶凝能力,果胶溶液是高粘度溶液,粘度与链长成正比；果胶在一定条件下,具有胶凝能力 。
(三 )果胶物质凝胶的形成
1,果胶物质凝胶形成的条件与机理
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 Ca
2+ 形成凝胶,可溶性固形物为 10-
20%,pH2.5-6.5。
2、影响凝胶强度的因素
（ 1） 果胶分子量与凝胶强度的关系二者成正比关系,因为在果胶溶液转变为凝胶时是每 6～ 8个半乳糖醛酸单位形成一个结晶中心,所以随着分子量的增大,凝胶强度也随之增大 。
(2)酯化程度与凝胶强度的关系果胶凝胶的强度随酯化程度增大而增高,因为凝胶网络结构形成时的结晶中心位于酯基团之间,另外果胶的酯化程度也影响胶凝速度,果胶的胶凝速度随酯化度减小而减慢 。
一般规定甲氧基含量大于 7％ 者为高甲氧基果胶,小于或等于 7％ 者为低甲氧基果胶 。
依甲酯化程度不等,可将果胶分为下列四类：
（ i） 全甲酯化聚半乳糖醛酸
100％ 甲酯化时,只要有脱水剂 (如糖 )存在即可形成凝胶 。
(i i)速凝果胶甲酯化程度在 70％ (相当于甲氧基含量 11,4％ )以上时,加糖,加酸
(PH3.0～ 3.4)斥可在较高温度下形成凝胶 (稍凉即凝 )。 这类果胶的分子量大小对凝胶性质的影响更为突出,对于所谓,蜜饯型,果酱食品,
可防止果块在酱体中浮起或沉淀 。
(i i i)慢凝果胶甲酯化程度在 50～ 70％ 之间 (相当于甲氧基含量 8.2～ 11.4％ )时,加糖,加酸 (PH2.8— 3.2)后,在较低的温度下凝聚 (凝冻较慢 ),所需酸量也因果胶分子中游离羧基增多而增大 。 慢凝果胶用于柔软果冻,果酱,
点心等生产中,在汁液类食品中可用作增稠剂,乳化剂 。
(Ⅳ )低甲氧基果胶甲酯化程度不到 50％ (相当于甲氧基含量 ≤7％ )时,即使加糖,加酸的比例恰当也难形成凝胶,但其羧基与多价离子 (常用 Ca2+,A13+)起作用可形成凝胶,多价离子能加强果胶分子的交联作用 。 这类果胶的胶凝能力受酯化度的影响大于分子量的影响 。 低甲基果胶在疗效食品制造中有其特殊用途 。
(3) PH值的影响一定 PH值有助于果胶一糖凝胶体的形成,不同类型的果胶形成凝胶有不同的 PH范围,低甲氧基果胶 (LMP)对 PH
变化的敏感性差于标准的果胶凝胶,低甲氧基果胶凝胶能在 2.5～ 6.5的 PH范围内形成,而正常果胶则限于 2.7～ 3.5
的 PH范围,不适当的 PH值不但无助于凝胶的形成,反而会导致果胶水解和糖分解,尤其是高甲氧基果胶 。 当果胶处于高 PH(碱性 )条件下,即使在室温下,果胶分子中酯键部分也会发生水解,使凝胶强度降低 。
(4)糖浓度的影响低甲氧基果胶凝胶不需要糖,但加入 10～ 20％ 蔗糖所得到的凝胶具有较好的质构 。 如果不加入糖或某种增稠剂,
那么低甲氧基果胶凝胶是脆性的,其弹性比正常果胶差 。
(5)温度的影响当脱水剂 (糖 )的含量和 PH值适当时,在 0— 50℃ 范围内,
温度对果胶凝胶影响不大,但温度过高或加热时间长,果胶将发生降解,蔗糖也发生转化,从而影响果胶强度 。
四、膳食纤维
1972年,H,C,Trowell首次引入,膳食纤维,(Dietary
Fiber)这个词，并将其定义为,食物中那些不被人体所消化吸收的植物成分,。 1976年 Trowell重新给膳食纤维下了定义，即
,将那些不被人体消化吸收的多糖类碳水化合物与木质素统称为膳食纤维,。 2001年美国化学家协会对膳食纤维的最新定义为：
膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物物质。膳食纤维的化学组成主要包括三大部分：
（ 1）纤维状碳水化合物 — 纤维素。
（ 2）基料碳水化合物 — 果胶、果胶类化合物和半纤维素。
（ 3）填充类化合物 — 木质素。
从具体组成成分来看，膳食纤维包括阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、半乳聚糖醛酸、阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、
糖蛋白、纤维素和木质素等。各种不同来源的膳食纤维制品，其化学成分的组成与含量各不相同。
一般来说，膳食纤维可按溶解性分为 水溶性膳食纤维 (SDF)和水不溶性膳食纤维 (IDF)两大类。膳食纤维按来源分又可分为大豆膳食纤维、
玉米膳食纤维、麦麸膳食纤维等。 可溶性膳食纤维能溶于水，并在水中形成凝胶,这种可溶性膳食纤维主要存在于水果、燕麦、豆类、海藻类和某些蔬菜中，它包括果胶等亲水胶体物质和部分半纤维素；非可溶性膳食纤维主要存在于全谷物制品如麦糠、蔬菜和坚果中。 可溶性膳食纤维主要功能是可减少血液中的胆固醇水平，调节血糖水平，从而降低心脏病的危险，改善糖尿病，有助于心血管健康 ； 而非可溶性膳食纤维主要功能是膨胀，可以调节肠的功能，防止便秘，保持大肠健康，它包括纤维素、木质素和部分半纤维素。
膳食纤维的物化特征主要为：具有很高的持水力；对阳离子有结合和交换能力；对有机化合物有吸附螯合作用；具有类似填充剂的容积；
可改善肠道系统中微生物菌群的组成。
膳食纤维的功能：
预防结肠癌与便秘；降低血清胆固醇，预防由冠状动脉硬化引起的心脏病；改善末梢神经对胰岛素的感受性，调节糖尿病人的血糖水平；
改变食物消化过程，增加饱感；预防肥胖症、胆结石和减少乳腺癌的发生率。
五、其它多糖阿拉伯树胶,瓜尔豆胶,卡拉胶
(carrageenans),海藻酸盐等 。
3.5 碳水化合物在食品加工贮存中的变化
3.5.1 美拉德反应 (非酶褐变 )
Maillard（ Maillard,L,C.；法国化学家）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。 由于此类反应得到的是棕色的产物且不需酶催化，所以也将其称为 非酶褐变 。
几乎所以的食品或食品原料内均含有羰基类物质和氨基类物质，因此均可能发生 Maillard反应。对这类反应的讨论是食品化学的一个重点内容。
（一）反应的总体过程
Maillard反应是一个非常复杂的过程，需经历亲核加成、
分子内重排、脱水、环化等步骤。可将其反应过程分为初期、中期和末期三个阶段，总体过程可如下图表示。
还 原 糖伯 胺 类氨 基 对 醛 基 或 羰基 进 行 亲 核 加 成 失 水 关 环葡 糖 胺 或二 葡 糖 胺
A m o a d r i 重 排
1 - 氨 基 - 2 - 酮 糖
β
- 消 去 脱 水
3 - 脱 氧 己 糖 醛 酮奥 苏 烯 糖
H M F
M a i l l a r d 反 应 后 期黑 精 色 素
（ H M F,还 原 酮,咪唑 环 衍 生 物 等 ）
中 期初 期末 期二,反应机理到目前为止,Maillard反应中还有许多反应的细节问题没有搞清楚，
就现有的研究成果简单分述如下。
（一）初期阶段
Maillard反应的初期阶段包括两个过程，即羟氨缩合与分子重排。
A、羟氨缩合单糖类物质可以和含伯氨基类物质（如氨基酸）发生羟氨缩合反应而得到 Schiffs（希夫）碱,Schiffs碱通过分子内环化转化成稳定的环状结构的产物－糖胺其中的两步均为亲核加成类型的反应。第一步为氨基 N对醛基亲核加成，经脱水形成 Schiffs碱；第二步为 5-OH对 C=N双键亲核加成形成环状的葡糖胺产物。 Schiffs碱的稳定性较小，因此第二步反应倾向于形成葡糖胺。酸性条件不利于反应的进行（降低氨基亲核性），碱性可促进此反应的发生。
C H O
C H 2 O H
R N H 2
- H 2 O
C H 2 O H
C
H N R
C H 2 O H
C
H N RH
O
葡 萄 糖 S c h i f f s 碱葡 糖 胺如果体系中存在有可以转化 Schiffs碱或使葡糖胺不能形成的物质，则可抑制 Maillard反应的发生。如亚硫酸盐的存在：
C H O
C H
2
O H
R N H
2
- H
2
O
C H
2
O H
C
H N
R
C H
2
O H
C
H N
R
H
O
葡 萄 糖
S c h i f f s 碱葡 糖 胺
N a H S O
3
C H
2
O H
C
H O H
S O
3
N a
C H
2
O H
C
H
S O
3
N a
N H R
亚硫酸氢钠与葡萄糖的反应为亲核加成反应，而加成产物与伯胺的反应则为亲核取代反应。
B、分子重排上步产物葡糖胺酸性条件下可以发生 Amadori（阿姆德瑞）重排而转化为环式果糖胺：
C H 2 O H
C
H N RH
O
葡 糖 胺
H
+
+
C H 2 O H
C
H N RH
+ - H +
C H 2 O H
C
H N R
H
1 - 氨 基 - 1 - 脱 氧 - 2 - 酮 糖
C H 2 O H
C
N R
H
O
H
H
酮 式 果 糖 胺 环 式 果 糖 胺
C H 2 O H
C
N R
H
O
H
H
此过程包括了两个重排步骤，第一个是在酸的存在下葡糖胺经环的破坏而导致的 2-C上脱氢的重排过程，可看作是分子内的 1,3-重排；第二步是 1-氨基 -1-脱氧 -2-酮糖的烯醇式和酮式的重排过程。
果糖也能发生类似于 A,B两个过程的反应，经 A反应得到的是果糖胺，而果糖胺发生 Heyenes（海因斯）重排得到 2-氨基 -2-脱氧葡萄糖。重排过程为：
C H 2 O H
C H 2 O H
O
N RH
C H 2 O H
N RH
C H O
果 糖 胺 2 - 氨 基 - 2 - 脱 氧 葡 糖此重排过程类似于上边，即质子化破坏环状结构,1-C失氢变为烯醇式，烯醇式与酮式重排形成产物。
（二）中期阶段初期阶段中重排得到的酮式果糖胺在中期阶段反应的主要特点是分解。分解过程可能有不同的途径，已经研究清楚的有以下三个途径：
A、脱水转化成羟甲基糠醛这种途径经历五步反应，其中有三步脱水、一步加水，总的结果是脱去二分子的水，最后生成环状的产物。其过程可以表示为：
第一步为烯醇式与酮式的互变异构；第二步可看作在酸的作用下,3-
C上的羟基脱水，形成碳正离子，碳正离子发生发生分子内重排，通过失去 N上的质子而形成 Schiffs碱；第三步又是烯醇式和酮式的重排得到 3-脱氧奥苏糖；第四步 3,4-碳之间发生消去反应形成烯键；最后一步是 5-C上的羟基与 2-羰基发生半缩酮反应而成环，然后消去一分子水形成糠醛。
（书上的结构不对）
此机理中胺类化合物离去得到的是羟甲基糠醛（ HMF），也可以
RNH2不离去，得到 HMF的 Schiffs碱，即胺仍然连在醛基上。所得到的
HMF是食品褐变的重要的中间产物，检测这种物质就可以预测褐变的速度。
C H 2 O H
C
N R
H
O
H
H
酮 式 果 糖 胺
C H 2 O H
C
H N R
H
H
+
C H 2 O H
C
H N R
- H
2 O
C H
C O H
+
R N H 2-
H 2 O
C H 2 O H
C
H
C H 2
C O
- H
2 O
C H 2 O H
C
H
C O
C H
C H
O O
- H
2 O
O C H O
H O H 2 C
烯 醇 式 果 糖 基 胺 S c h i f f s 碱 3 - 脱 氧 奥 苏 糖不 饱 和 奥 苏 糖羟 甲 基 糠 醛
B、脱去胺基重排形成还原酮此途径的过程可以表示为：
C H 2 O H
C
N R
H
O
H
H
酮 式 果 糖 胺
2,3 - 烯 醇 化
C H 2 O H
C O H
C
C
N R
H
H
H
R N H 2-
C H 2 O H
C O H
C
C H 2
O
C H 2 O H
C
C
C H 3
O
O
C H 2 O H
C
C
C H 3
O
O H
O H
O H
还 原 酮其中第一步为烯醇化的过程；第二步为脱去 RNH2，分子内重排；第三步为烯醇式转化为酮式；最后一步是 3,4-C之间的烯醇化。（ 教材上形成
4-C上无羟基似乎无道理）
还原酮是活泼的中间产物，可以继续脱水，也可以与胺类化合物反应，还可分解为较小的分子，如乙酸、丙酮醛、丁二酮（二乙酰）等。
C、二羰基化合物与氨基酸的反应这是中间阶段一个不完整的途径，即利用前边两个途径中生成的二羰基类中间产物，如 A中的 3-脱氧奥苏糖、不饱和奥苏糖,B中的还原酮等，与氨基酸类物质发生反应。在此过程中，氨基酸发生脱羧、脱氨，自身转化为少一个 C的醛类化合物，而二酮接受氨转化为褐色色素。可简单表示为：
C
C O
O
R C H
N H 2
C O O H
R C H O + C O 2
褐 色 色 素由于此途径中有二氧化碳释放，因此可以通过检测食品中二氧化碳的释放来监测 Maillard反应的发生。
（三）末期阶段以上两个阶段并无深色物质的形成，但可以看出前两个阶段尤其是中间阶段得到的许多产物及中间产物，如糠醛衍生物、二酮类等，仍然具有高的反应活性，这些物质可以相互聚合（包括教材上的醇醛缩合）而形成分子量较大的深颜色的物质。
三,影响 Mailard反应的因素
A、羰基化合物种类的影响首先需要肯定的是，并不只是糖类化合物才发生 Mailard反应，存在于食品中的其它羰基类化合物也可能导致该反应的发生。
在羰基类化合物中，最容易发生 Mailard反应的是 α,β -不饱和醛类，
其次是 α -双羰基类，酮类的反应速度最慢。原因可能与共轭体系的扩大而提高了亲核加成活性有关。
在糖类物质中有：五碳糖（核糖 >阿拉伯糖 >木糖） >六碳糖（半乳糖 >
甘露糖 >葡萄糖。二糖或含单糖更多的聚合糖由于分子量增大反应的活性迅速降低。
B、氨基化合物同样，能够参加 Mailard反应的氨基类化合物也不局限于氨基酸，胺类、蛋白质、肽类均具有一定的反应活性。
一般地，胺类反应的活性大于氨基酸；而氨基酸中，碱性氨基酸的反应活性要大于中性或酸性氨基酸；氨基处于 ε 位或碳链末端的氨基酸其反应活性大于氨基处于 α 位的。
C,pH
受胺类亲核反应活性的制约，碱性条件有利于 Mailard反应的进行，
而酸性环境，特别是 pH3以下可以有效的防止褐变反应的发生。
D、反应物浓度、含水及含脂肪量
Mailard反应与反应物浓度成正比；完全干燥的情况下 Mailard反应难于发生，含水量在 10～ 15%时容易发生；脂肪含量特别是不饱和脂肪酸含量高的脂类化合物含量增加时,Mailard反应容易发生。
E、温度随着贮藏或加工温度的升高,Mailard反应的速度也提高。
F、金属离子许多金属离子可以促进 Mailard反应的发生，特别是过渡金属离子，
如铁离子、铜离子等。
4.2.3.2 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，会因发生脱水、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)。
焦糖化反应有两种反应方向，一是经脱水得到焦糖（糖色）等产物；
二是经裂解得到挥发性的醛类、酮类物质，这些物质还可以进一步缩合、
聚合最终也得到一些深颜色的物质。这些反应在酸性、碱性条件下均可进行，但在碱性条件下进行的速度要快得多。下面分头简单介绍相关的反应过程。
一、焦糖的形成单糖和一些二聚糖均可发生焦糖化反应，但不同的糖反应的条件、
过程及产物有所差别。下页以常见单糖及蔗糖为例，简要说明其反应的情况。
蔗糖的焦糖化过程是食品加工中常用的一项技术。焦糖有等电点，
使用时要注意溶液的 pH。
O
O
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O
O H
O H
O H
O
O
O H
O H
O H
O
- D - 葡 萄 糖无 水 加 热无 水 加 热
- D - 葡 萄 糖
1,2 - 脱 水 -
1,6 - 脱 水 -
- D - 葡 萄 糖
- D - 葡 萄 糖
O
C H
2
O H
H O H
2
C
O H
O H
O
O H
O H
O H
O H
O
O
C H
2
O H
H O H
2
C
O H
O
O H
O H
O H
O
O
无 水 加 热一 次 起 泡二 次 起 泡二 聚 合
4 H
2
O
C
2 4
H
3 6
O
1 8
异 蔗 糖 酐焦 糖 酐
8 H
2
O
C
3 6
H
5 0
O
2 5
焦 糖 稀二、糠醛和其它醛的形成糖在强热下除了上面介绍的焦糖形成过程外，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：
单 糖酸 性 加 热 糠 醛 或 其 衍 生 物 聚 合或 与 胺 反 应 深 色 色 素碱 性 加 热 烯 醇 糖 甲 醛,甘 油 醛 等 分 解 产 物在食品工业中，利用蔗糖焦糖化的过程可以得到不同类型的焦糖色素：
（一）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。
（二）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。
（三）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。
3.2.3.3 小分子糖与碱的作用碱性条件下，单糖可以发生异构化和分解等反应；其反应的程度和速度受糖的种类、温度、碱的种类和浓度、时间等因素的影响。
在稀碱溶液中，单糖经烯醇而发生异构化反应；如 D-葡萄糖在稀碱溶液中形成 D-甘露糖,D-果糖和其自身的平衡混合物。
在浓碱溶液中单糖发生分解反应，中间也经历烯醇过程，得到小分子的糖式分解产物。
糖与酸的反应及氧化还原反应略
2.6 食品多糖的深加工主要介绍有关淀粉及纤维素的深加工 。
一,改性淀粉改性淀粉 1821年出现在西欧,目前主要有物理,化学和酶改性三种改性手段,通过改善淀粉性质来满足食品加工特殊用途的要求 。
1,预糊化淀粉,淀粉悬浮液在高于糊化温度下加热,然后进行干燥,即得到可溶于冷水和胶凝的淀粉产品,用于方便食品 (例如布丁 )或焙烤食品的助剂 。
2,低粘度改性淀粉,淀粉部分酸水解可生成不易溶于冷水而易溶于沸水的产品 。 此淀粉粘度小且冷却后仍保持流体,不易老化,可用于增稠和制膜 。
3,淀粉醚,将 30％ ~40％ 的淀粉悬浮液与环氧乙烷或环氧丙烷在 pH11~13碱性条件下反应,可得到羟乙基或羟丙基淀粉衍生物 (R?=H,CH3) 见反应方程式,
淀粉链引入羟烷基,可明显提高淀粉的溶胀性和稳定性,降低糊化温度,大大增强冷冻 -解冻食品胶体稳定性以及高粘性溶液的透明度 。 因此,这类改性淀粉可作为冷冻食品 (苹果,樱桃饼馅等 )和热灭菌罐头食品的增稠剂 。
淀粉与一氯醋酸在碱性溶液中反应生成羧甲基淀粉,
这种淀粉在冷水和乙醇中亦能溶胀 。 用 l％ ~3％ 羧甲基淀粉配制的悬浮液具有像润发脂一样的稠性,若浓度达到 3％ ~4
％,则具有类似凝胶的粘稠性 。 因此,这类产品可作为增稠剂和凝胶凝结剂 。
4,淀粉酯,淀粉与碱性磷酸盐在 120— 175℃ 干法加热,可生成淀粉单磷酸酯；淀粉与有机酸的活泼衍生物如醋酸乙烯酯
(CH2=CHOCOCH3)反应,或者使淀粉和游离有机酸及其盐加热反应,即可得到淀粉有机酸酯,通常有己酸,长链脂肪酸 (C6—
C26),琥珀酸,己二酸,柠檬酸等淀粉酯 。
酯化淀粉具有比天然淀粉好的增稠性,糊透明性,还可改善冷冻 ~解冻食品的稳定性,因此可用作焙烤食品,汤汁粉料,沙司,布丁,冷冻食品,热 灭菌罐头及蛋黄酱食品的增稠剂和稳定剂,还可用作胶囊的包裹物以及食品 (如脱水水果 )的保护涂层,以防止香味逸散 。
5,交联淀粉,交联淀粉是由淀粉与含有双或多功能团的试剂反应所生成的淀粉衍生物,交联试剂有三聚磷酸钠,三氯氧磷,表氯醇,醋酸同二元羧酸的混合酸酐等 。
淀粉粒的糊化温度随交联度的增加成正比例增大,
而溶胀力降低,淀粉稳定性在极端 pH和剪切力作用下仍很高 。 交联淀粉衍生物一般用于要求淀粉稳定性高的食品 。
6,氧化淀粉,淀粉的水悬浮液与次氯酸钠在低于糊化温度下反应,淀粉将发生水解和氧化,生成的产物平均每 25~50个葡萄糖残基有一个羧基 。
用途：氧化淀粉用于色拉调味料和蛋黄酱的填充物,但它不同于低粘度变性淀粉,即不老化,
也不能凝结成不透明的凝胶 。
二,纤维素衍生物纤维素通过烷基化处理,可生成许多具有良好溶胀性和溶解度的衍生物,它们的实际应用范围很广 。
1,烷基纤维,羟烷基纤维素纤维素与氯甲烷或环氧丙烷在强碱存在下进行反应生成甲基羟丙基纤维素,取代度依反应条件而定,取代成分可对纤维素链的正常结晶堆积产生干扰,因此有利于链的溶剂化 。 同时,还可制备混合取代的纤维素衍生物,如甲基羟丙基纤维素或甲基乙基纤维素 。
性质：制成的纤维素衍生物其溶胀力和水溶性随取代度不同存在差异 。 甲基纤维素的特点是：起始粘度随着温度上升而下降,在特定温度下结成凝胶,这种凝胶是可逆性的 。
用途：
（ 1） 在用面筋含量低或不含面筋的稻米,玉米或黑麦粉加工成焙烤食品过程中添加甲基和甲基羟丙基纤维素可以降低产品的破碎性和脆性,在揉和面团时能掺和较多的水分,因此在焙烤时可提高淀粉的溶胀程度 。
（ 2） 用于改善脱水蔬菜,水果再水合的特性和复水后的质地 。
（ 3） 用烷基纤维素膜或保护性涂层可延长易变质食品保存期 。
（ 4） 纤维素衍生物还可用作低热量膳食的增稠剂 。
（ 5） 羟丙基纤维素是一种强的乳胶体稳定剂,而甲基纤维素具有搅奶油的性质,可搅打成稳定的稠性泡沫 。
2,羧甲基纤维素
纤维素在碱性条件下与氯乙酸反应生成羧甲基纤维素,其性质取决于取代度 (DS0.3— 0.9)和聚合度 (DP,500— 2000)。 低取代度 (DS≤ 0.3)产物不溶于水,而溶于碱性溶液,高取代度 (>0.4)产物易溶于水,溶解度和粘度取决于 PH。
羧甲基纤维素是惰性粘合剂和增稠剂,用于调节和改善很多食品 (果冻,糊馅,可涂抹的干酪,
色拉调味汁,饼馅,糖霜 )的质地 。 羧甲基纤维素可阻止冰淇淋生成冰晶,并使食品具有爽口,柔软的质地,阻止糖果加工中产生不需要的糖结晶,防止淀粉老化 。 此外,还能提高脱水食品的稳定性和复水性 。
3.6 食品中碳水化合物的功能与作用亲水功能糖类化合物对水的亲和力是其最本的物理性质之一，这类化合物含有许多亲水性羟基、羟基靠氢键键合与水分子相互作用，使糖及其他矣合物发生溶剂化或者增溶。糖类化合物结合水的能力和控制食品中水的活性是最重要的功能性质之一，结合水的能力通常称为保湿性。
根据这些性质可以确定不同种类食品是需要限制从外界吸入水分或者是控制食品中水分的损失。
风味前体功能低分子量糖类化合物的甜味是最容易辨别和食欲喜爱的性质之一。蜂蜜和多大数果实的甜味主要取决于蔗糖,D-果糖或 D-葡萄糖的含量。
风味结合功能很多食品，特别是喷雾干燥或冷冻干燥脱水的食品，碳水化合物在这些脱水过程中对于保持食品的色泽和挥发性风味成分起着重要的作用，它可以使糖 -水的相互作用转变成糖 -风味剂的相互作用。大分子糖类化合物是一类很很好的风味固定剂。
糖 -水 +风味剂 =糖 -风味剂 +水增稠、胶凝和稳定作用
A,多糖溶液的增稠与稳定作用多糖（亲水胶体或胶）主要具有增稠和胶凝的功能，此外还能控制流体食品与饮料的流动性质与质构以及改变半固体食品的变形性等。
B,多糖的胶凝作用在许多食品产品中，一些共聚物分子（多糖）能形成海绵状的三维网状凝胶结构。凝胶具有二重性，既具有液体性质，也具有液体性质。不同的胶具有不同的性质。
其它多糖类化合物不再讨论，自学。特别要注意对于糖类化合物研究进展的了解及食品中常用的一些多糖类化合物的结构和性质特点。
本章应重点掌握的内容：
1.单糖类化合物基本的食品学特性。
2.Mailard反应的定义、基本过程、主要反应及本质、影响因素。
3.Mailard反应对食品品质及外观属性的影响、目前的研究概括及在食品加工中应该考虑的问题。
4.焦糖化反应中反应物的种类、反应条件、主要反应过程及特点。
5.低聚糖的苷键类型、主要种类及基本性质。
6.多糖类物质的基本性质。
7.淀粉分子的基本结构特点。
8.淀粉糊化、老化的本质、基本过程及主要的影响因素。
本章习题一、填空题
1.根据组成，可将多糖分为 ( )和 ( )。
2.根据否含有非糖基团，可将多糖分为 ( )和 ( )。
3.请写出五种常见的单糖（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、
（ ）。
4.请写出五种常见的多糖（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、
（ ）。
5.蔗糖、果糖、葡萄糖、乳糖按甜度由高到低的排列顺序是（ ）、
（ ）、（ ）、（ ）。
6.小分子糖类具有抗氧化性的本质是（ ）、（ ）、
（ ）。
8.单糖在碱性条件下易发生（ ）和（ ）。
9.常见的食品单糖中吸湿性最强的是（ ）。
10.在蔗糖的转化反应中，溶液的旋光方向是从（ ）转化到（ ）。
11.直链淀粉由 ( )通过（ ）连接而成，它的比较规则的分子形状为
（ ）。
12.直链淀粉与碘反应呈 ( )色，这是由于（ ）而引起的。
13.淀粉与碘的反应是一个（ ）过程，它们之间的作用力为（ ）。
14.Mailard反应主要是（ ）和（ ）之间的反应。
15.由于 Mailard反应不需要（ ），所以将其也称为（ ）褐变。
16.Mailard反应的初期阶段包括两个步骤，即（ ）和（ ）。
17.Mailard反应的中期阶段形成了一种含氧五员芳香杂环衍生物，其名称是
（ ），结构为（ ）。
18.糖类化合物发生 Mailard反应时，五碳糖的反应速度（ ）六碳糖，在六碳糖中，反应活性最高的是（ ）。
19.胺类化合物发生 Mailard反应的活性（ ）氨基酸，而碱性氨基酸的反应活性（ ）其它氨基酸。
20.淀粉糊化的结果是将（ ）淀粉变成了（ ）淀粉。
21.淀粉糊化可分作三个阶段，即（ ）、（ ）、（ ）。
二、名词解释
1、吸湿性 2、保湿性 3、转化糖 4、糊化 5,β-淀粉
6,α-淀粉 7、膨润现象 8、果胶酯化度 9、低甲氧基果胶
10、胶束 11、糊化温度 12、膳食纤维三、回答题
1.什么是糊化？影响淀粉糊化的因素有那些？
2.什么是老化？影响淀粉老化的因素有那些？如何在食品加工中防止淀粉老化？
3.简述食品中糖类化合物的类型及主要的生物学作用。
4.低聚糖是食品中的重要成分，也是现代食品功能成分研究的重点。试由低聚糖的结构类型，推测其在食品中发挥的作用。
5.在 Mailard反应的中期阶段，葡糖胺经 Amodari重排转化为环式果糖胺；
果糖经氨化反应形成果糖胺，试仿照葡糖胺的重排过程写出果糖胺重排得到 2-氨基 -2-脱氧葡糖的详细过程。
概述
食品中的单糖类化合物
食品中的低聚糖类化合物
食品中的多糖类化合物教学目的和要求
1、了解主要的单糖、多糖种类及其衍生物；
2、掌握单糖的性质、结构、分类方法及其在食品中的应用；
3、掌握各类低聚糖和次要的多糖，尤其是功能性低聚糖的理化性质、生物功能以及它们在食品加工生产中的应用；
4、熟悉几种重要多糖的结构、性质及其在食品加工和贮藏中的作用；
5、掌握膳食纤维的概念、分类和功能。
3.1 概述糖类化合物 是自然界蕴藏量最为丰富、对所有生物体非常重要的一类有机化合物；习惯上也称其为碳水化合物，这是因为此类化合物的一般通式可以表示为 Cn(H20)m；但随着研究的不断深入，所发现的符合糖类化合物结构及性质特性、但其组成不符合以上通式的糖类或糖的衍生物逐渐增多，例如鼠李糖、脱氧核糖的组成分别为 C6H12O5,C5H10O4，不符合碳水化合物的通式；又如由甲壳素得到的壳聚糖，其分子中含有 N元素，也不符合碳水化合物的通式。因此，以碳水化合物定义此类物质是不合适的，
应将它们称为糖类化合物。
糖类化合物定义,多羟基的醛类、酮类化合物或其聚合物及其各类衍生物。 按其结构中含有基本结构单元的多少，糖类化合物可以分作单糖、低聚糖及多糖三种类型；单糖类化合物是低聚糖及多糖基本的结构单元，常见的为含 4～ 7个 C的单糖分子，结构中由于具有多个手性 C原子，因此这类化合物具有众多的同分异构体，也有复杂的构型异构体。低聚糖及多糖是单糖的聚合物，聚合是通过苷键的形成进行的。对于多糖类化合物的研究，是目前糖类化合物研究中的热点；与蛋白质、核酸等生物大分子一样，多糖类化合物也有复杂的高级结构形式。
糖类物质属多官能团有机化合物。单糖中含有酮基、醛基和数个羟基，可以发生醛酮类、醇类所具有的化学反应，例如容易被氧化、可以被酰化、胺化、发生亲核加成反应等；半缩醛的形成使得单糖类化合物既可以开链结构存在，也可以以环状结构存在； 半缩醛的形成使得单糖类化合物可以和其它成分或单糖以苷键相互结合而形成在自然界广泛存在的低聚糖、多糖和甙类化合物。
尽管低聚糖或多糖化合物中大多数的醛基、羰基都通过形成苷键而“消耗”掉了，但还存在半缩醛羟基和大量的醇羟基，因此低聚糖和多糖类化合物还可发生许多化学反应，而形成众多的衍生物。
功能,糖类化合物是自然界重要的能量转化介质，
是所有动物体所需能量的主要来源；另外，多糖类是植物体的主要构成物质，在植物及微生物体内还转化形成了数量巨大的所谓活性多糖类化合物。随着对糖类化合物研究的不断深入，这类物质许多以前不为人知的组成、结构、生物功能方面的问题引起了人们的极大关注及研究的积极性，为药学、人类保健学、食品科学及生命科学的研究提供了大量的、生动的材料。
单糖是结构最简单的碳水化合物，分为醛糖和酮糖。
单糖若含有另一个羰基则称为二醛糖 (二个醛基 )或二酮糖 (二个酮基 )。
糖的羟基被氢原子或氨基取代,可分别生成脱氧糖和氨基脱氧糖 。
除赤藓糖 (丁糖 )外,单糖分子均以环状结构存在 。 单糖溶解于水时,开链式与环状半缩醛逐渐达到平衡状态,溶液中有很少量的开链式单糖存在 。
3.2 单糖 (Monosaccharides)
单糖分类
3.2.1 单糖的构象吡喃糖具有两种不同的构象，椅式或船式。
许多己糖主要以相当坚硬的椅式存在，如葡萄糖的四种椅式构象，
其中以 β 一 D一葡萄糖 (4C1)和 α 一 D一葡萄糖 (1C4)最为稳定。以船式存在的己糖较少，因为船式结构较易变形并且能量较高。还有其它形式，例如半椅式和扭曲排列，但这些形式都具有较高的能量，
不常遇到。
O
O
椅式构型 船式构型
β一 D一葡萄糖 (4C1) α一 D一葡萄糖 (4C1)
呋喃糖 是一种比吡喃糖稳定性差的环状体系，它是以所谓的信封形式和扭转形式的快速平衡混合物存在的。
3.2.2 单糖与食品相关的物理学特性
3.2.2.1 单糖的甜度单糖类化合物均有甜味，甜味的强弱用甜度来区分，不同的甜味物质其甜度大小不同。甜度是食品鉴评学中的单位，这是因为甜度目前还难以通过化学或物理的方法进行测定，只能通过感官比较法来得出相对的差别，
所以甜度是一个相对值。一般以 10%或 15%的蔗糖水溶液在 20℃ 时的甜度为 1.0来确定其它甜味物质的甜度，因此又把甜度称为 比甜度 。下面是一些单糖的比甜度：
α -D-葡萄糖 0.70 α -D-半乳糖 0.27
α -D-甘露糖 0.59 α -D-木糖 0.50
β -D-呋喃果糖 1.50
不同的单糖其甜度不同，这种差别与分子量及构型有关；一般的讲，
分子量越大，在水中的溶解度越小，甜度越小；环状结构的构型不同，甜度亦有差别，如葡萄糖的 α -构型甜度较大，而果糖的 β -构型甜度较大。
3.2.2.2 旋光性及变旋光所以的单糖均有旋光性，常见单糖的比旋光度（ 20 ℃,钠光） 为：
D-葡萄糖 +52.2 D-甘露糖 +14.2
D-果糖 -92.4 D-阿拉伯糖 -105.0
D-半乳糖 +80.2 D-木糖 +18.8
当单糖溶解在水中的时候，由于开链结构和环状结构直接的互相转化，因此会出现变旋现象。在通过测定比旋光确定单糖种类时，一定要注意静置一段时间（ 24h）。
3.2.2.3 溶解度单糖类化合物在水中都有比较大的溶解度，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。
不同的单糖在水中的溶解度不同，其中果糖最大，如 20 ℃ 时，果糖在水中的溶解度为 374.78g/100g，而葡萄糖为 87.67g/100g。随着温度的变化，单糖在水中的溶解度亦有明显的变化，如温度由 20 ℃ 提高到 40℃,
葡萄糖的溶解度则变为 162.38g/100g。
利用糖类化合物较大的溶解度及对于渗透压的改变，可以抑制微生物的活性，从而达到延长食品保质期的目的。 但要做到这一点，糖的浓度必需达到 70%以上。常温下（ 20-25℃),单糖中只有果糖可以达到如此高的浓度，其它单糖及蔗糖均不能。而含有果糖的果葡糖浆可以达到所需要的浓度。
3.2.2.4 吸湿性、保湿性与结晶性吸湿性和保湿性反映了单糖和水之间的关系，分别指在较高空气湿度条件下吸收水分的能力和在较低空气湿度湿度下保持水分的能力。这两种性质对于保持食品的柔软性、弹性、贮存及加工都有重要的意义。
不同的单糖其结晶形成的难以程度不同，如葡萄糖容易形成结晶且晶体细小，果糖难于形成结晶等。
3.2.2.5 其它单糖与食品有关的其它物理学性质包括黏度、冰点降低及抗氧化性等。
3.2.3 单糖的化学性质一,碱的作用糖在碱性溶液中不稳定,易发生异构化和分解等反应 。 碱性溶液中糖的稳定性受许多因素的影响,
如糖的种类和结构,碱的种类和浓度,作用时间和温度等 。
(1)烯醇化作用和异构化作用用稀碱处理单糖,能形成差向异构体的平衡体系,
例如,用稀碱处理 D一葡萄糖,就得到 D一甘露糖和 D
一果糖三种物质的平衡混合物 。 这种转化是通过烯醇式中间体完成的 。
由于果糖的甜度超过葡萄糖的一倍,故可利用异构化反应,以碱性物质处理葡萄糖溶液或淀粉糖浆,使一部分葡萄糖转变成果糖,
提高其甜度,这种糖液称为 果葡糖浆 。 但是用稀碱进行异构化,转化率较低,只有 2l一
27％,糖分约损失 10～ 15％,同时还生成有色的副产物,影响颜色和风味,精制也较困难,所以工业上未采用 。
1957年发现 异构酶 能催化葡萄糖发生异构化反应而转变成果糖,这为工业生产果葡糖浆开辟了新途径 。
(2)糖精酸的生成 碱的浓度增高、加热或作用时间延长，糖便发生分子内氧化还原反应与重排作用生成羧酸，此羧酸的总组成与原来糖的组成没有差异，此酸称为糖精酸类化合物。糖精酸有多种异构体，因碱浓度不同，产生不同的糖精酸。
(3) 分解反应在浓碱作用下，糖发生分解反应，产生较小分子的 糖、酸、醇和醛 等化合物。此分解反应因有无氧气或其它氧化剂的存在而不相同。
己糖受碱的作用，发生 连续烯醇化,生成 l,2
一,2,3一和 3,4一烯二醇，这些烯二醇在氧化剂的存在下，于双键处裂开，生成含有 1,2，
3,4和 5个碳原子的分解物。
二、酸的作用
(1) 强酸中的反应：
单糖在稀无机酸作用下发生糖苷水解逆反应生成糖苷,
即分子间脱水反应，
产物二糖和其它低聚糖，如葡萄糖主要生成异麦芽糖和龙胆二糖。这个反应是很复杂的，除要生成。 α一和 β
一 1,6键二糖外，
还有微量的其它二糖生成。
(2)弱酸 (有机酸 )中的反应糖受弱酸和热的作用，易发生分子内脱水反应，
生成环状结构体，如 戊糖生成糠醛,己糖生成 5一羟甲基糠醛 。己酮糖较己醛糖更易发生这种反应。戊糖经酸作用生成糠醛的反应如图：
戊糖经酸作用脱掉三个分子的水,生产糠醛的反应进行得比较完全,同时产物也相当稳定 。
三,氧化反应糖是多羟基醛或酮,因此,在不同氧化条件下,糖类可被氧化成各种不同的产物 。
在溴水中醛糖的醛基会被氧化成羧基而生成糖酸 。 糖酸加热很容易失水而得到或 γ 一内酯或 δ — 内酯 。 葡萄糖酸与钙离子形成葡萄糖酸钙,
葡萄糖酸钙可作为口服钙的饮食补充剂 。 酮糖与溴水不起作用,利用这个反应可以区别醛糖与酮糖 。
用浓硝酸这种强氧化剂与醛糖作用时,它的醛基和伯醇基都被氧化,
生成具有相同碳数的二元酸,如半乳糖氧化后生成半乳糖二酸 。 半乳糖二酸不溶于酸性溶液,而其它己醛糖氧化后生成的二元酸都能溶于酸性溶液,利用这个反应可以区别半乳糖与其它己醛糖 。
酮糖在强氧化剂作用下,在酮基处作裂解,生成草酸和酒石酸 。
葡萄糖在氧化酶作用下,可以保持醛基不被氧化,仅是第六碳原于上的伯醇基被氧化生成羧基而形成葡萄糖醛酸 。 生物体内某些有毒物质,
可以和 D一葡萄糖醛酸结合,随尿排出体外,从而起到解毒作用 。
四、还原作用
单糖类的羰基在一定条件下可被还原成羟基,常用的还原剂有钠汞齐和氢化硼钠
(NaBH4)。 如 D一葡萄糖还原后可得到山梨醇,木糖经还原可以得到木糖醇 。 山梨醇可用于制取抗坏血酸,亦可用于食品和糖果的保湿剂,木糖醇可以代替蔗糖作为糖尿病患者的疗效食品 。
国外已广泛用木糖醇制造糖果,果酱,
软饮料等食品,目前已有大规模的工业化生产,是直接通过催加加氢而生产的 。
3.3 低聚糖 (Oligosaccharides)
低聚糖涵义,单糖能形成糖苷,由 2～ 10个单糖残基以糖苷键结合而成的糖类称为低聚糖 。
自然界存在的低聚糖其聚合度均不超过 6个单糖残基,其中食品中最重要的是 双糖类中的蔗糖,麦芽糖和乳糖 。
双糖分为还原性和非还原性双糖 。 二个单糖分子的半缩醛羟基之间形成糖苷键,结合成非还原性双糖；一个单糖分子的半缩醛羟基与另一个单糖分子的醇羟基构成糖苷键则生成还原性双糖 。 前者称糖基苷,后者称为糖基糖 。
双糖相对于它们的单体成分又可以分为均匀的和非均匀的 。 所谓均匀是指单糖体成分相同；当单糖体成分不相同时则称为非均匀 。
3.3.1 常见种类、结构及苷键类型
α-1,4-糖苷键：
β -1,4-糖苷键：
α-1,6-糖苷键：
β -1,6-糖苷键：
α,β -1,2-糖苷键：
混合键型低聚糖：
α-1,6- α,β-1,2
β-1,4- α,β-1,2
3.3.2 食品中低聚糖的性质一、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；如：
OH O H 2 C
O H
H O
C H 2 O H
O
C H 2 O H
H O
O H
O H
O
O
C H 2 O H
H O
O H
O H
O H
+
O
H O H 2 C
H O
H O
O H
C H 2 O H
蔗 糖葡 萄 糖 果 糖转 化 糖低聚糖如同其它糖苷一样易被酸水解，但对碱较稳定。蔗糖水解叫做转化，生成等摩尔的葡萄糖和果糖的混合物称为转化糖 (invert sugar)。蔗糖的旋光度为正值，
经过水解后变成负值,因为水解产物葡萄糖的比旋光 [α]D= + 52.7?，而果糖的比旋光度 [α]D= 一 92.4?，蔗糖水解物的比旋光度为一 19.8?。从还原性双糖水解引起的变旋光性可以知道异头碳的构型，因为 α一异头物比 β— 异头物的旋光率大,β一糖苷裂解使旋光率增大，而 α一糖苷裂解却降低旋光率 。
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。
二、褐变反应低聚糖也能发生 Mailard等类型的褐变反应，但其反应速度比单糖要慢一些。
三,抗氧化作用低聚糖及单糖的水溶液具有抗氧化性。其 原因有三,a.溶液中糖的存在可以大大降低氧的溶解度；如在 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。
四、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。
3.3.3 生产加工的低聚糖一,环状糊精 (cyclodextrin)概念,是一种生产 加 工 而 成 的 低 聚 糖,又 名 沙 丁 格 糊 精
(schardinger— dextrin),是由 D一葡萄糖残基以 α 一 1,4糖苷键连接而成的环状低聚糖,
聚合度有 6,7,8三种,分别称为 α 一,β 一,
γ 一环状糊精 。
环状糊精是软化芽孢杆菌 (Bacitlus
macerans)作用于淀粉所形成的产物,为白色粉末状结晶,熔点 300— 350℃ 。 本世纪 70年代中期已开始出品生产,并得到广泛应用 。 β —
状糊精是食品工业中应用较多的一种 。
二、环状糊精的结构,如下图所示，圆筒上部的广口排列着 12个 C2,C3羟基，底部狭窄处有 6个 C6羟基。因而从整体上看环状糊精是亲水的，但是，由于环的内侧被 C— H
所覆盖，与外侧羟基相比有较强的疏水性。当溶液中同存在亲水和疏水物质时，疏水物质则被环内疏水基团吸附而形成包含化合物。
三、环状糊精的作用与胶体微相比,在结构上环状糊精对物质的吸附能力明显要高得多,并且还能作为复杂酶的基质被应用 。 由于环状糊精结构上的特性,
广泛应用于食品加工和保藏上：
可用作保香,保色,减少维生损失；
对油脂起乳化作用,对易氧化和易光解的物质起保护作用,如萜烯类香料和天然素易挥发和光解,若添加环状糊精进行包接,则可起到保护作用；
环状糊精还可去苦味和异味,如对柑桔罐头中橙皮苷的抑制等等 。
3.4 食品多糖 (Polysaccharides in foods)
3.4.1 概述
（ 1）概念,糖基单位数在 10个以上的属于多糖，
多糖的糖基单位数大多在 100以上，甚至 1000
个左右。
多糖可由一种糖基单位或由几种糖基单位构成，分别称为 同聚糖 (hemoglycans)和 杂聚糖
(heteroglycans)。
单糖分子相互间可连接成 线性结构 (如纤维素和直链淀粉 )或带 支链结构 (支链淀粉、糖原、
瓜尔聚糖 )，支链多糖的分支位置和支链长度因种类不同存在很大差别。
（ 2） 多糖的构象：
多糖的链构象是由单糖的结构单位构象,糖苷键的位置和类型来确定的 。
* 伸展或拉伸螺条型构象是 1,4一连接的 β一 D一吡喃葡萄糖残基的特征,例如纤维素,这是由于单糖残基的键呈锯齿形所引起的,而且链略微缩短或压缩,这样就会使邻近残基间形成氢键,以维持构象的稳定 。
*折叠螺条型构象,例如果胶和海藻酸盐,它们都以同样的折叠链段存在 。 果胶链段是由 l,4连接的
α一 D一吡喃半乳糖醛酸单位组成,海藻酸盐链段由 1,4-α一 L一吡喃古洛糖醛酸单位构成,此结构因 Ca2+保持稳定构象 。
（ 3） 多糖的作用
多糖广泛且大量分布于自然界,是构成动,植物体结构骨架的物质,如植物的纤维素,半纤维素和果胶,动物体内的几丁质,粘多糖 。
某些多糖还可作为生物的代谢贮备物质而存在,像植物中的淀粉,
糊精,菊糖,动物体内的糖原 。
多糖是水的结合物质,例如琼脂,果胶和海藻酸,以及粘多糖都能结合大量的水,可作为增稠剂或凝胶凝结剂其凝胶机理如下,*当多糖分子溶于水时,由于多糖分子之间氢键的作用 （ 见下图 ）,须经剧烈搅拌或加热处理,破坏多糖分子间氢键,使多糖分子上的羟基能与水分子作用,形成水层,从而达到溶解或分散的目的 。 *当这种水合多糖分子在溶液中盘旋时,水层发生重新组合或被取代,结果多糖分子会形成环形,螺旋形甚至双螺旋形；
若数个多糖分子链间部分形成氢键而成胶束 (micelles),若许多多糖分子在不同地方生成胶束,则成了包有水分的多糖三维构造,称为凝胶 (gel)。 多糖分子与水之间的这种作用,使其在食品加工中可作为增稠剂或凝胶凝结剂,如海藻酸盐,淀粉,果胶,瓜尔豆胶等便属于这一类多糖 。
多糖还可用作乳浊液和悬浮液的稳定剂,用以制成膜或防止食品变质的涂布层 。
多糖分子间的氢键结合
3.4.2 常见的食品多糖一,淀粉 （ 来源,组成,化学性质 ）
淀粉作为储存的碳水化合物,广泛分布于各种植物器官,
是许多食品的组成成分,也是人类营养最重要的碳水化合物来源 。
（ 一 ） 来源,淀粉的生产原料来源于玉米,小麦,马玲薯,甘薯等农作物,此外,粟,稻和藕也常用作淀粉加工的原料 。
（ 二 ） 组成和结构,淀粉在植物组织中以独立的淀粉颗粒存在,
淀粉在加工中,如磨粉,分离纯化及淀粉的化学修饰,皆能保持其完整；但淀粉糊化时被破坏 。
淀粉粒由二种葡聚糖组成,即直链淀粉和支链淀粉 。 大多数淀粉含 20～ 39％ 的直链淀粉,新玉米品种含直链淀粉可达
50— 80％ ；普通淀粉粒含 70— 80％ 支链淀粉,而糯玉米或糯粟含支链淀粉近 100％ 。 此外,糯米,糯稻米和糯高梁等谷物中支链淀粉的含量也很高 。
淀粉颗粒内有结晶区和无定形区之分 。 结晶区分子排列有序,无定形区分子呈无序排列 。
直链淀粉的结构直链淀粉是由葡萄糖以 α一 1,4糖苷键缩合而成的,
用不同方法测得的直链淀粉的分子量为 3.2× 104 ～
1.6× lO5,甚至更大,聚合度为 100～ 6,000之间,一般为几百 。 直链淀粉在水溶液中并不是线型分子,而是由分子内的氢键作用使之卷曲成螺旋状,每个环转含有
6个葡萄糖残基 。
直链淀粉的螺旋结构示意图支链淀粉的结构支链淀粉也是由葡萄糖组成的,但葡萄糖的连接方式与直链淀粉有所不同,
是,树枝,状支叉结构,支链淀粉具有
A,B和 C三种链,链的尾端具有一个非还原尾端基,A链是外链,经由 α一 1，
6键与 B链连接,B链又经由 α一 1,6键与 C链连接,A链和 B链的数目大致相等 。
C链是主链,每个支链淀粉只有一个 C
链,C链的一端为非还原端基,另一端为还原端基,A链和 B链只有非还原端基 。 每个分支平均含 20～ 30个葡萄糖残基,分支与分支之间相距一般有 11～ 12
个葡萄糖残基,各分支卷曲成螺旋状 。
支链淀粉分子是近似球形的大分子,分子量约在 107～ 5x108之间 。
（三）淀粉的化学性质（水解、糊化、老化）
1,淀粉的水解淀粉在无机酸或酶的作用下,会发生水解反应,分别称之为酸水解法和酶水解法 。
（ 1） 酸水解法以无机酸为催化剂水解淀粉,因水解程度不同,其产物也有所不同,如紫色糊精 (30个葡萄糖残基片断 ),红色糊精 (20个葡萄糖残基片断 ),无色糊精 (6个葡萄糖残基 )、
麦芽糖,葡萄糖 。
不同来源的淀粉对酸水解的难易有差别,马铃薯淀粉较玉米,麦,高梁等谷类淀粉易水解,大米淀粉较难水解 。 支链淀粉较直链淀粉易水解,α— l,4糖苷键水解速度较 β一 l,6糖苷键快另外,酸水解反应还与温度,浓度和无机酸种类有关,一般盐酸和硫酸催化效能较高 。
（ 2） 酶水解法：
酶水解在工业上称为酶糖化 。 酶糖化经过糊化,液化和糖化三道工序 。 淀粉颗粒的晶体结构抗酶作用力强,因此,淀粉酶不能直接作用于淀粉,需事先加热淀粉乳,破坏其晶体结构使其糊化 。 淀粉水解应用的淀粉酶主要为 α淀粉酶 (液化酶 ),β一淀粉酶 (转化酶 )和葡萄糖淀粉酶 。
α一淀粉酶水解淀粉是从分子内部进行的,水解中间位置的 α一 1,4
糖苷键,先后次序没有一定的规律,这种由分子内部进行水解的酶称为
,内酶,,生成产物的还原尾端葡萄糖单位为 α一构型,故称 α一淀粉酶,
α一淀粉酶不能水解 α一 1,6糖苷键,但能越过此键继续水解； α一淀粉酶不能水解麦芽糖分子中的 α一 1,4糖苷键 。
β一淀粉酶能水解 α一 1,4葡萄糖苷键,不能水解 α一 1,6糖苷键,也不能越过它继续水解,水解从淀粉分子的还原尾端开始,不能从分子内部进行 。 因此属于外酶,水解最后产物是 β一麦芽糖和 β一极限糊精 。
葡萄糖淀粉酶,由非还原尾端水解 α一 1,4,α— l,6和 α一 l,3糖苷键,分离出来的葡萄糖构型发生转变,最后产物全部为 β-葡萄糖 。 葡萄糖淀粉酶属于外酶,专一性差 。
待处理对象 所用酶 得到产物 应用条件 应用意义淀粉淀粉酶 (来自大麦芽或微生物 )
在食品中的酶中专门讨论生产糖浆和改善食品感管性质纤维素纤维素酶 (包括内切酶、外切酶及葡糖苷酶 )
短的纤维素链、纤维二糖及葡萄糖
30~60℃
pH4.5~6.5
生产膳食纤维、
葡聚糖浆及提高果汁榨汁率和澄清度半纤维素半纤维素酶 (L-阿拉伯聚糖酶,L-
半乳聚糖酶,L-
甘露聚糖酶,L-
木聚糖酶 )
半乳糖、木糖
、阿拉伯糖、
甘露糖及其它单糖提高食品质量果胶果胶酶 (有内源和商品之分）
主要为半乳糖醛酸，有少量半乳糖、阿拉伯糖等植物质地软化及水果榨汁和澄清
**影响因素：
多糖类型：对中性多糖起作用，其它糖不一定温度：温度提高，酸催化速度大大提高苷键类型,α –苷键比 β –苷键水解容易。
1,6-> 1,4-> 1,3-> 1,2-
单糖环的大小：呋喃环比吡喃环容易水解多糖结晶程度：结晶区较难水解
(2)碱催化 -转消性水解果胶在碱性条件下的水解属于此种类型（反应机理见下页）
由图可以看出，果胶的转消性水解属于碱催化的苷键断裂过程，本质是碱帮助半缩醛羟基形成的苷键发生断裂，类似于醚碱的反应，碱的帮助作用主要体现在亲核取代。
果胶的这种水解被用在食品加工中的去皮过程。
2.淀粉的糊化
（ 1） 淀粉的糊化定义,未受损伤的淀粉颗粒不溶于冷水,
但能可逆地吸收水和轻微地溶胀,但随着温度升高,淀粉分子振动剧烈,造成氢键断裂,断裂的氢键与较多的水分子结合 。 由于水分子的穿透以及更多的与更长的淀粉链段的分离,增加了结构的无序性和减少了结晶区域的数目和大小,最合胶束全部崩解,呈单分子溶液状态 。
（ 2） 糊化温度,淀粉粒溶胀,内部结构破坏的温度范围,
称为糊化温度 。 糊化通常发生在一个狭窄的温度范围,
较大的颗粒先糊化,较小的颗粒后糊化 。
（ 3） 糊化程度的监测,通常用偏振光显微镜测定淀粉粒悬浮液中完全糊化的淀粉粒数量来表示；淀粉糊化程度与温度的关系是用旋转粘度计连续观察 。
二、淀粉的糊化及老化
（一） 淀粉的糊化
- 淀 粉 淀 粉 的 天 然 状 态,分 子 间 靠 氢 键 紧 密 排 列,间 隙 很 小,具 有 胶 束 结 构水 中 加 热膨 润 淀 粉 水 分 子 浸 入 胶 束 内 部,胶 束 逐 渐 被 溶 解,分 子 间 空 隙 逐 渐 增 大,体 积 增 加 数 十 倍
- 淀 粉加 热糊 化胶 束 彻 底 崩 溃,形 成 被 水 包 围 的 淀 粉 分 子,成 胶 体 溶 液 状 态淀粉糊化可分为三个阶段,a.可逆吸水阶段：水分浸入淀粉颗粒的非晶质部分，体积略有膨胀；此时如冷却干燥可以复原，双折射显现不变。 b.不可逆吸水阶段：随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，不可逆大量吸水，结晶“溶解”。 c.淀粉粒解体阶段：淀粉分子完全进入溶液。
（ 4）影响淀粉的糊化的因素：糊化程度不仅取决于温度，还与共存的其它组分的种类和数量有关，如糖、蛋白质、脂类、
有机酸以及水等物质。
温度,温度越高，糊化程度越大。
水分活度,水分活度低，糊化将不能发生或糊化程度非常有限，因为与水能强烈结合的食品成分和淀粉竞争与水的结合而推迟了淀粉的糊化。
高浓度 糖 降低了淀粉糊化的程度； 脂类 如甘油三酯等，能与直链淀粉形成复合物，推迟颗粒的溶胀。
酸、盐 对淀粉肿胀或糊化影响很小，但在低 PH值时，淀粉水解，产生了非增稠性糊精而变稀。
直链淀粉与支链淀粉的含量也影响糊化温度,直链淀粉在冷水中不易溶解和分散,在淀粉粒完全溶胀时,直链淀粉才从淀粉粒中渗出分散在溶液中,形成粘稠的悬浮液,直链淀粉含量越高,淀粉越难以糊化,糊化温度越高；相反,一些淀粉仅含有支链淀粉,这些淀粉一般产生清糊,并不会有老化现象,淀粉糊相当稳定 。
3.淀粉老化
1) 定义,淀粉老化通常是表示淀粉由溶液或分散态向不溶的微晶态的不可逆转变,即大多是直链淀粉分子的重新定位 。
2) 淀粉老化可看作是淀粉糊化的逆过程,其本质是糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序,相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密,晶化的淀粉胶束 。 但这个过程是不完全的,并不能恢复到天然淀粉的状态 。 老化的直接结果是溶解性能变差,加工能力降低 。
3) 淀粉老化机理,糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序,相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密,高度晶化的淀粉分子胶束 。
影响淀粉老化的因素
*内部因素：主要指直链淀粉和支链淀粉的比例分子量的大小；直链淀粉比例高时易于老化；中等聚合度淀粉易于老化。
**外部因素：包括温度、水分含量、共存的其它物质等。 简单讲：
温度对淀粉老化有明显的影响； 60℃ 以上不易老化，由此温度向下至 -2 ℃ 老化速度不断增加,-2 ℃?-
22 ℃ 老化温度不断下降,-22 ℃ 以下淀粉几乎不再老化。
当淀粉溶液中的含水量在 30%～ 60%时老化速度最快，而低于 10%时不再老化。
糖、有机酸可阻止淀粉的老化，脂类、乳化剂也可防止淀粉老化，变性淀粉、蛋白质可减缓淀粉老化，
但果胶则可促使淀粉老化。
4.淀粉在食品加工中的应用
1）用作淀粉类食品的生产原料。
2）用于糖果制作过程中的填充剂，也可以作为淀粉糖浆的原料。为了防粘、便于操作，可使用少量淀粉代替有害的滑石粉。
3）作为雪糕、冰棍及罐头增稠剂，增加制品结着性和持水性。
4）用于稀释饼干的面筋浓度和调节面筋膨润度，解决饼干坯收缩变形的问题。
二、纤维素
纤维素作为细胞壁的主要结构成分存在于所有的植物中 。 它通常和各种半纤维素及木质素结合在一起,
这些结合的类型与结合的程度在很大程度上影响着植物性食品特有的质构 。 嫩叶的干物中约有 10％,而老叶的干物中则达 20％ 。
1 结构,纤维素是由 β一葡萄糖通过 1,4一糖苷键缩合成的直链分子,其聚合度大小取决于纤维素的天然来源 。 用 X一射线衍射法研究纤维素的细微结构,发现纤维素是由 60多条纤维分子平行排列,并互相以氢键连接起来的束状物质 。 虽然氢键的键能较一般的化学键的键能小得多,但由于纤维素微晶之间氢键很多,
所以微晶束相当牢固,因此,纤维素的化学性质比较稳定 。 植物细胞壁的纤维素在一般食品加工条件下,
不被破坏,但在高温,高压稀硫酸溶液中,纤维素可被水解成 β一葡萄糖 。
2,纤维素的利用：
*菌类、软体动物含有纤维素分解酶，可将其分解成低聚糖和葡萄糖； *哺乳动物无此酶，仅由消化道内细菌的作用来分解消化，利用率低； *食草动物对它的利用率为
25％，食肉动物约为 5％，人类则在 5％以下。
3.纤维素的生理作用纤维素虽消化吸收率低,无过多营养价值,
但却会产生有益的作用 。
1） 促进胃肠蠕动,使物质易于通过消化系统,
提高了肠的运动速度,因此能避免便秘；
2） 能较快地将不吸收的代谢产物排出体外,缩短脂肪停留时间 。
3） 纤维素与胆汁酸相结合后减少了胆汁酸的再吸收,从而能降低血中胆固醇含量,另据推测,
它能阻滞动脉粥样硬化 。
4） 是很好的减肥食品 。
三、果胶果胶物质是植物细胞壁成分之一,存在于相邻细胞壁间的中胶层中,具有粘着细胞的作用 。
果胶物质广泛存在于植物中,尤其是在果实蔬菜中含量较多：
在果实中以山楂 (红果 )含量较多,约为 6.6％,
苹果含量为 1.0～ 1.8％,柑桔含量为 0.7～ 1.5％,
桃子含量为 0.56～ 1.25％,梨含量为 0.5～ 1.4％,
杏含量为 0.5～ 1.2％ 。
在蔬菜中以南瓜含量较多约为 7～ 17％,胡萝卜含量为 8～ 10％,洋白菜含量为 5～ 7.5％,熟西红柿含量为 2— 2.9％ 。
（一）果胶物质的化学结构与分类
1、果胶的结构,果胶物质的基本结构是 D一吡喃半乳糖醛酸，以 α 一 1,4糖苷键结合成聚半乳糖醛酸；半乳糖醛酸中部分羧基被甲醇酯化，剩余部分被钠、钾或铵离子全部中和。因此，果胶是不同程度酯化的 α 一半乳糖醛酸以 1,4-糖苷键形成的聚合物。果胶分子的基本结构如下：
2、果胶的分类酯化度,天然果胶甲酯化程度变动幅度较大,酯化的半乳糖醛酸基对总的半乳糖醛酸基的比值称为酯化度 。 从天然原料提取的果胶最高酯化度为 75％,在各种果胶产品加工过程中,控制酯化度为 20~70％ 。
根据果蔬成熟过程,果胶物质一般有三种形态：
① 原果胶,与纤维素和半纤维素结合一起的甲酯化聚半乳糖醛酸苷链,只存在于细胞壁中,不溶于水,水解后生成果胶 。 在未成熟果蔬组织中与纤维,半纤维素粘结在一起形成较牢固的细胞壁,使整个组织变得比较坚硬 。
② 果胶,果胶是羧基不同程度甲酯化和中和的聚半乳糖醛酸苷链,存在于植物细胞汁液中 。 在成熟果蔬的细胞液内含量较多 。
③ 果胶酸,果胶酸是完全未甲酯化的聚半乳糖醛酸苷链；
在细胞汁中与 Ca2+,Mg2+,K+,Na+等扩等矿物质形成不溶于水或稍溶于水的果胶酸盐 。 当果蔬变成软疡状态时,含量较多 。
（二）果胶物质的特性
1,水解和脱羧反应,果胶物质在酸性或碱性条件下,能发生水解,可使酯基水解和糖苷键裂解；
在高温强酸条件下,糖醛酸残基发生脱羧作用 。
2,溶解度的变化,果胶及果胶酸在水中的溶解度随聚合度增加而减小,在一定程度上还随酯化程度增加而加大 。 果胶酸的溶解度较小 (<1％ ),但其衍生物如甲醇酯和乙醇酯溶解度较大 。
3,胶凝能力,果胶溶液是高粘度溶液,粘度与链长成正比；果胶在一定条件下,具有胶凝能力 。
(三 )果胶物质凝胶的形成
1,果胶物质凝胶形成的条件与机理
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 Ca
2+ 形成凝胶,可溶性固形物为 10-
20%,pH2.5-6.5。
2、影响凝胶强度的因素
（ 1） 果胶分子量与凝胶强度的关系二者成正比关系,因为在果胶溶液转变为凝胶时是每 6～ 8个半乳糖醛酸单位形成一个结晶中心,所以随着分子量的增大,凝胶强度也随之增大 。
(2)酯化程度与凝胶强度的关系果胶凝胶的强度随酯化程度增大而增高,因为凝胶网络结构形成时的结晶中心位于酯基团之间,另外果胶的酯化程度也影响胶凝速度,果胶的胶凝速度随酯化度减小而减慢 。
一般规定甲氧基含量大于 7％ 者为高甲氧基果胶,小于或等于 7％ 者为低甲氧基果胶 。
依甲酯化程度不等,可将果胶分为下列四类：
（ i） 全甲酯化聚半乳糖醛酸
100％ 甲酯化时,只要有脱水剂 (如糖 )存在即可形成凝胶 。
(i i)速凝果胶甲酯化程度在 70％ (相当于甲氧基含量 11,4％ )以上时,加糖,加酸
(PH3.0～ 3.4)斥可在较高温度下形成凝胶 (稍凉即凝 )。 这类果胶的分子量大小对凝胶性质的影响更为突出,对于所谓,蜜饯型,果酱食品,
可防止果块在酱体中浮起或沉淀 。
(i i i)慢凝果胶甲酯化程度在 50～ 70％ 之间 (相当于甲氧基含量 8.2～ 11.4％ )时,加糖,加酸 (PH2.8— 3.2)后,在较低的温度下凝聚 (凝冻较慢 ),所需酸量也因果胶分子中游离羧基增多而增大 。 慢凝果胶用于柔软果冻,果酱,
点心等生产中,在汁液类食品中可用作增稠剂,乳化剂 。
(Ⅳ )低甲氧基果胶甲酯化程度不到 50％ (相当于甲氧基含量 ≤7％ )时,即使加糖,加酸的比例恰当也难形成凝胶,但其羧基与多价离子 (常用 Ca2+,A13+)起作用可形成凝胶,多价离子能加强果胶分子的交联作用 。 这类果胶的胶凝能力受酯化度的影响大于分子量的影响 。 低甲基果胶在疗效食品制造中有其特殊用途 。
(3) PH值的影响一定 PH值有助于果胶一糖凝胶体的形成,不同类型的果胶形成凝胶有不同的 PH范围,低甲氧基果胶 (LMP)对 PH
变化的敏感性差于标准的果胶凝胶,低甲氧基果胶凝胶能在 2.5～ 6.5的 PH范围内形成,而正常果胶则限于 2.7～ 3.5
的 PH范围,不适当的 PH值不但无助于凝胶的形成,反而会导致果胶水解和糖分解,尤其是高甲氧基果胶 。 当果胶处于高 PH(碱性 )条件下,即使在室温下,果胶分子中酯键部分也会发生水解,使凝胶强度降低 。
(4)糖浓度的影响低甲氧基果胶凝胶不需要糖,但加入 10～ 20％ 蔗糖所得到的凝胶具有较好的质构 。 如果不加入糖或某种增稠剂,
那么低甲氧基果胶凝胶是脆性的,其弹性比正常果胶差 。
(5)温度的影响当脱水剂 (糖 )的含量和 PH值适当时,在 0— 50℃ 范围内,
温度对果胶凝胶影响不大,但温度过高或加热时间长,果胶将发生降解,蔗糖也发生转化,从而影响果胶强度 。
四、膳食纤维
1972年,H,C,Trowell首次引入,膳食纤维,(Dietary
Fiber)这个词，并将其定义为,食物中那些不被人体所消化吸收的植物成分,。 1976年 Trowell重新给膳食纤维下了定义，即
,将那些不被人体消化吸收的多糖类碳水化合物与木质素统称为膳食纤维,。 2001年美国化学家协会对膳食纤维的最新定义为：
膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物物质。膳食纤维的化学组成主要包括三大部分：
（ 1）纤维状碳水化合物 — 纤维素。
（ 2）基料碳水化合物 — 果胶、果胶类化合物和半纤维素。
（ 3）填充类化合物 — 木质素。
从具体组成成分来看，膳食纤维包括阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、半乳聚糖醛酸、阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、
糖蛋白、纤维素和木质素等。各种不同来源的膳食纤维制品，其化学成分的组成与含量各不相同。
一般来说，膳食纤维可按溶解性分为 水溶性膳食纤维 (SDF)和水不溶性膳食纤维 (IDF)两大类。膳食纤维按来源分又可分为大豆膳食纤维、
玉米膳食纤维、麦麸膳食纤维等。 可溶性膳食纤维能溶于水，并在水中形成凝胶,这种可溶性膳食纤维主要存在于水果、燕麦、豆类、海藻类和某些蔬菜中，它包括果胶等亲水胶体物质和部分半纤维素；非可溶性膳食纤维主要存在于全谷物制品如麦糠、蔬菜和坚果中。 可溶性膳食纤维主要功能是可减少血液中的胆固醇水平，调节血糖水平，从而降低心脏病的危险，改善糖尿病，有助于心血管健康 ； 而非可溶性膳食纤维主要功能是膨胀，可以调节肠的功能，防止便秘，保持大肠健康，它包括纤维素、木质素和部分半纤维素。
膳食纤维的物化特征主要为：具有很高的持水力；对阳离子有结合和交换能力；对有机化合物有吸附螯合作用；具有类似填充剂的容积；
可改善肠道系统中微生物菌群的组成。
膳食纤维的功能：
预防结肠癌与便秘；降低血清胆固醇，预防由冠状动脉硬化引起的心脏病；改善末梢神经对胰岛素的感受性，调节糖尿病人的血糖水平；
改变食物消化过程，增加饱感；预防肥胖症、胆结石和减少乳腺癌的发生率。
五、其它多糖阿拉伯树胶,瓜尔豆胶,卡拉胶
(carrageenans),海藻酸盐等 。
3.5 碳水化合物在食品加工贮存中的变化
3.5.1 美拉德反应 (非酶褐变 )
Maillard（ Maillard,L,C.；法国化学家）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。 由于此类反应得到的是棕色的产物且不需酶催化，所以也将其称为 非酶褐变 。
几乎所以的食品或食品原料内均含有羰基类物质和氨基类物质，因此均可能发生 Maillard反应。对这类反应的讨论是食品化学的一个重点内容。
（一）反应的总体过程
Maillard反应是一个非常复杂的过程，需经历亲核加成、
分子内重排、脱水、环化等步骤。可将其反应过程分为初期、中期和末期三个阶段，总体过程可如下图表示。
还 原 糖伯 胺 类氨 基 对 醛 基 或 羰基 进 行 亲 核 加 成 失 水 关 环葡 糖 胺 或二 葡 糖 胺
A m o a d r i 重 排
1 - 氨 基 - 2 - 酮 糖
β
- 消 去 脱 水
3 - 脱 氧 己 糖 醛 酮奥 苏 烯 糖
H M F
M a i l l a r d 反 应 后 期黑 精 色 素
（ H M F,还 原 酮,咪唑 环 衍 生 物 等 ）
中 期初 期末 期二,反应机理到目前为止,Maillard反应中还有许多反应的细节问题没有搞清楚，
就现有的研究成果简单分述如下。
（一）初期阶段
Maillard反应的初期阶段包括两个过程，即羟氨缩合与分子重排。
A、羟氨缩合单糖类物质可以和含伯氨基类物质（如氨基酸）发生羟氨缩合反应而得到 Schiffs（希夫）碱,Schiffs碱通过分子内环化转化成稳定的环状结构的产物－糖胺其中的两步均为亲核加成类型的反应。第一步为氨基 N对醛基亲核加成，经脱水形成 Schiffs碱；第二步为 5-OH对 C=N双键亲核加成形成环状的葡糖胺产物。 Schiffs碱的稳定性较小，因此第二步反应倾向于形成葡糖胺。酸性条件不利于反应的进行（降低氨基亲核性），碱性可促进此反应的发生。
C H O
C H 2 O H
R N H 2
- H 2 O
C H 2 O H
C
H N R
C H 2 O H
C
H N RH
O
葡 萄 糖 S c h i f f s 碱葡 糖 胺如果体系中存在有可以转化 Schiffs碱或使葡糖胺不能形成的物质，则可抑制 Maillard反应的发生。如亚硫酸盐的存在：
C H O
C H
2
O H
R N H
2
- H
2
O
C H
2
O H
C
H N
R
C H
2
O H
C
H N
R
H
O
葡 萄 糖
S c h i f f s 碱葡 糖 胺
N a H S O
3
C H
2
O H
C
H O H
S O
3
N a
C H
2
O H
C
H
S O
3
N a
N H R
亚硫酸氢钠与葡萄糖的反应为亲核加成反应，而加成产物与伯胺的反应则为亲核取代反应。
B、分子重排上步产物葡糖胺酸性条件下可以发生 Amadori（阿姆德瑞）重排而转化为环式果糖胺：
C H 2 O H
C
H N RH
O
葡 糖 胺
H
+
+
C H 2 O H
C
H N RH
+ - H +
C H 2 O H
C
H N R
H
1 - 氨 基 - 1 - 脱 氧 - 2 - 酮 糖
C H 2 O H
C
N R
H
O
H
H
酮 式 果 糖 胺 环 式 果 糖 胺
C H 2 O H
C
N R
H
O
H
H
此过程包括了两个重排步骤，第一个是在酸的存在下葡糖胺经环的破坏而导致的 2-C上脱氢的重排过程，可看作是分子内的 1,3-重排；第二步是 1-氨基 -1-脱氧 -2-酮糖的烯醇式和酮式的重排过程。
果糖也能发生类似于 A,B两个过程的反应，经 A反应得到的是果糖胺，而果糖胺发生 Heyenes（海因斯）重排得到 2-氨基 -2-脱氧葡萄糖。重排过程为：
C H 2 O H
C H 2 O H
O
N RH
C H 2 O H
N RH
C H O
果 糖 胺 2 - 氨 基 - 2 - 脱 氧 葡 糖此重排过程类似于上边，即质子化破坏环状结构,1-C失氢变为烯醇式，烯醇式与酮式重排形成产物。
（二）中期阶段初期阶段中重排得到的酮式果糖胺在中期阶段反应的主要特点是分解。分解过程可能有不同的途径，已经研究清楚的有以下三个途径：
A、脱水转化成羟甲基糠醛这种途径经历五步反应，其中有三步脱水、一步加水，总的结果是脱去二分子的水，最后生成环状的产物。其过程可以表示为：
第一步为烯醇式与酮式的互变异构；第二步可看作在酸的作用下,3-
C上的羟基脱水，形成碳正离子，碳正离子发生发生分子内重排，通过失去 N上的质子而形成 Schiffs碱；第三步又是烯醇式和酮式的重排得到 3-脱氧奥苏糖；第四步 3,4-碳之间发生消去反应形成烯键；最后一步是 5-C上的羟基与 2-羰基发生半缩酮反应而成环，然后消去一分子水形成糠醛。
（书上的结构不对）
此机理中胺类化合物离去得到的是羟甲基糠醛（ HMF），也可以
RNH2不离去，得到 HMF的 Schiffs碱，即胺仍然连在醛基上。所得到的
HMF是食品褐变的重要的中间产物，检测这种物质就可以预测褐变的速度。
C H 2 O H
C
N R
H
O
H
H
酮 式 果 糖 胺
C H 2 O H
C
H N R
H
H
+
C H 2 O H
C
H N R
- H
2 O
C H
C O H
+
R N H 2-
H 2 O
C H 2 O H
C
H
C H 2
C O
- H
2 O
C H 2 O H
C
H
C O
C H
C H
O O
- H
2 O
O C H O
H O H 2 C
烯 醇 式 果 糖 基 胺 S c h i f f s 碱 3 - 脱 氧 奥 苏 糖不 饱 和 奥 苏 糖羟 甲 基 糠 醛
B、脱去胺基重排形成还原酮此途径的过程可以表示为：
C H 2 O H
C
N R
H
O
H
H
酮 式 果 糖 胺
2,3 - 烯 醇 化
C H 2 O H
C O H
C
C
N R
H
H
H
R N H 2-
C H 2 O H
C O H
C
C H 2
O
C H 2 O H
C
C
C H 3
O
O
C H 2 O H
C
C
C H 3
O
O H
O H
O H
还 原 酮其中第一步为烯醇化的过程；第二步为脱去 RNH2，分子内重排；第三步为烯醇式转化为酮式；最后一步是 3,4-C之间的烯醇化。（ 教材上形成
4-C上无羟基似乎无道理）
还原酮是活泼的中间产物，可以继续脱水，也可以与胺类化合物反应，还可分解为较小的分子，如乙酸、丙酮醛、丁二酮（二乙酰）等。
C、二羰基化合物与氨基酸的反应这是中间阶段一个不完整的途径，即利用前边两个途径中生成的二羰基类中间产物，如 A中的 3-脱氧奥苏糖、不饱和奥苏糖,B中的还原酮等，与氨基酸类物质发生反应。在此过程中，氨基酸发生脱羧、脱氨，自身转化为少一个 C的醛类化合物，而二酮接受氨转化为褐色色素。可简单表示为：
C
C O
O
R C H
N H 2
C O O H
R C H O + C O 2
褐 色 色 素由于此途径中有二氧化碳释放，因此可以通过检测食品中二氧化碳的释放来监测 Maillard反应的发生。
（三）末期阶段以上两个阶段并无深色物质的形成，但可以看出前两个阶段尤其是中间阶段得到的许多产物及中间产物，如糠醛衍生物、二酮类等，仍然具有高的反应活性，这些物质可以相互聚合（包括教材上的醇醛缩合）而形成分子量较大的深颜色的物质。
三,影响 Mailard反应的因素
A、羰基化合物种类的影响首先需要肯定的是，并不只是糖类化合物才发生 Mailard反应，存在于食品中的其它羰基类化合物也可能导致该反应的发生。
在羰基类化合物中，最容易发生 Mailard反应的是 α,β -不饱和醛类，
其次是 α -双羰基类，酮类的反应速度最慢。原因可能与共轭体系的扩大而提高了亲核加成活性有关。
在糖类物质中有：五碳糖（核糖 >阿拉伯糖 >木糖） >六碳糖（半乳糖 >
甘露糖 >葡萄糖。二糖或含单糖更多的聚合糖由于分子量增大反应的活性迅速降低。
B、氨基化合物同样，能够参加 Mailard反应的氨基类化合物也不局限于氨基酸，胺类、蛋白质、肽类均具有一定的反应活性。
一般地，胺类反应的活性大于氨基酸；而氨基酸中，碱性氨基酸的反应活性要大于中性或酸性氨基酸；氨基处于 ε 位或碳链末端的氨基酸其反应活性大于氨基处于 α 位的。
C,pH
受胺类亲核反应活性的制约，碱性条件有利于 Mailard反应的进行，
而酸性环境，特别是 pH3以下可以有效的防止褐变反应的发生。
D、反应物浓度、含水及含脂肪量
Mailard反应与反应物浓度成正比；完全干燥的情况下 Mailard反应难于发生，含水量在 10～ 15%时容易发生；脂肪含量特别是不饱和脂肪酸含量高的脂类化合物含量增加时,Mailard反应容易发生。
E、温度随着贮藏或加工温度的升高,Mailard反应的速度也提高。
F、金属离子许多金属离子可以促进 Mailard反应的发生，特别是过渡金属离子，
如铁离子、铜离子等。
4.2.3.2 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，会因发生脱水、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)。
焦糖化反应有两种反应方向，一是经脱水得到焦糖（糖色）等产物；
二是经裂解得到挥发性的醛类、酮类物质，这些物质还可以进一步缩合、
聚合最终也得到一些深颜色的物质。这些反应在酸性、碱性条件下均可进行，但在碱性条件下进行的速度要快得多。下面分头简单介绍相关的反应过程。
一、焦糖的形成单糖和一些二聚糖均可发生焦糖化反应，但不同的糖反应的条件、
过程及产物有所差别。下页以常见单糖及蔗糖为例，简要说明其反应的情况。
蔗糖的焦糖化过程是食品加工中常用的一项技术。焦糖有等电点，
使用时要注意溶液的 pH。
O
O
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O H
O
O H
O H
O H
O
O
O H
O H
O H
O
- D - 葡 萄 糖无 水 加 热无 水 加 热
- D - 葡 萄 糖
1,2 - 脱 水 -
1,6 - 脱 水 -
- D - 葡 萄 糖
- D - 葡 萄 糖
O
C H
2
O H
H O H
2
C
O H
O H
O
O H
O H
O H
O H
O
O
C H
2
O H
H O H
2
C
O H
O
O H
O H
O H
O
O
无 水 加 热一 次 起 泡二 次 起 泡二 聚 合
4 H
2
O
C
2 4
H
3 6
O
1 8
异 蔗 糖 酐焦 糖 酐
8 H
2
O
C
3 6
H
5 0
O
2 5
焦 糖 稀二、糠醛和其它醛的形成糖在强热下除了上面介绍的焦糖形成过程外，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：
单 糖酸 性 加 热 糠 醛 或 其 衍 生 物 聚 合或 与 胺 反 应 深 色 色 素碱 性 加 热 烯 醇 糖 甲 醛,甘 油 醛 等 分 解 产 物在食品工业中，利用蔗糖焦糖化的过程可以得到不同类型的焦糖色素：
（一）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。
（二）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。
（三）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。
3.2.3.3 小分子糖与碱的作用碱性条件下，单糖可以发生异构化和分解等反应；其反应的程度和速度受糖的种类、温度、碱的种类和浓度、时间等因素的影响。
在稀碱溶液中，单糖经烯醇而发生异构化反应；如 D-葡萄糖在稀碱溶液中形成 D-甘露糖,D-果糖和其自身的平衡混合物。
在浓碱溶液中单糖发生分解反应，中间也经历烯醇过程，得到小分子的糖式分解产物。
糖与酸的反应及氧化还原反应略
2.6 食品多糖的深加工主要介绍有关淀粉及纤维素的深加工 。
一,改性淀粉改性淀粉 1821年出现在西欧,目前主要有物理,化学和酶改性三种改性手段,通过改善淀粉性质来满足食品加工特殊用途的要求 。
1,预糊化淀粉,淀粉悬浮液在高于糊化温度下加热,然后进行干燥,即得到可溶于冷水和胶凝的淀粉产品,用于方便食品 (例如布丁 )或焙烤食品的助剂 。
2,低粘度改性淀粉,淀粉部分酸水解可生成不易溶于冷水而易溶于沸水的产品 。 此淀粉粘度小且冷却后仍保持流体,不易老化,可用于增稠和制膜 。
3,淀粉醚,将 30％ ~40％ 的淀粉悬浮液与环氧乙烷或环氧丙烷在 pH11~13碱性条件下反应,可得到羟乙基或羟丙基淀粉衍生物 (R?=H,CH3) 见反应方程式,
淀粉链引入羟烷基,可明显提高淀粉的溶胀性和稳定性,降低糊化温度,大大增强冷冻 -解冻食品胶体稳定性以及高粘性溶液的透明度 。 因此,这类改性淀粉可作为冷冻食品 (苹果,樱桃饼馅等 )和热灭菌罐头食品的增稠剂 。
淀粉与一氯醋酸在碱性溶液中反应生成羧甲基淀粉,
这种淀粉在冷水和乙醇中亦能溶胀 。 用 l％ ~3％ 羧甲基淀粉配制的悬浮液具有像润发脂一样的稠性,若浓度达到 3％ ~4
％,则具有类似凝胶的粘稠性 。 因此,这类产品可作为增稠剂和凝胶凝结剂 。
4,淀粉酯,淀粉与碱性磷酸盐在 120— 175℃ 干法加热,可生成淀粉单磷酸酯；淀粉与有机酸的活泼衍生物如醋酸乙烯酯
(CH2=CHOCOCH3)反应,或者使淀粉和游离有机酸及其盐加热反应,即可得到淀粉有机酸酯,通常有己酸,长链脂肪酸 (C6—
C26),琥珀酸,己二酸,柠檬酸等淀粉酯 。
酯化淀粉具有比天然淀粉好的增稠性,糊透明性,还可改善冷冻 ~解冻食品的稳定性,因此可用作焙烤食品,汤汁粉料,沙司,布丁,冷冻食品,热 灭菌罐头及蛋黄酱食品的增稠剂和稳定剂,还可用作胶囊的包裹物以及食品 (如脱水水果 )的保护涂层,以防止香味逸散 。
5,交联淀粉,交联淀粉是由淀粉与含有双或多功能团的试剂反应所生成的淀粉衍生物,交联试剂有三聚磷酸钠,三氯氧磷,表氯醇,醋酸同二元羧酸的混合酸酐等 。
淀粉粒的糊化温度随交联度的增加成正比例增大,
而溶胀力降低,淀粉稳定性在极端 pH和剪切力作用下仍很高 。 交联淀粉衍生物一般用于要求淀粉稳定性高的食品 。
6,氧化淀粉,淀粉的水悬浮液与次氯酸钠在低于糊化温度下反应,淀粉将发生水解和氧化,生成的产物平均每 25~50个葡萄糖残基有一个羧基 。
用途：氧化淀粉用于色拉调味料和蛋黄酱的填充物,但它不同于低粘度变性淀粉,即不老化,
也不能凝结成不透明的凝胶 。
二,纤维素衍生物纤维素通过烷基化处理,可生成许多具有良好溶胀性和溶解度的衍生物,它们的实际应用范围很广 。
1,烷基纤维,羟烷基纤维素纤维素与氯甲烷或环氧丙烷在强碱存在下进行反应生成甲基羟丙基纤维素,取代度依反应条件而定,取代成分可对纤维素链的正常结晶堆积产生干扰,因此有利于链的溶剂化 。 同时,还可制备混合取代的纤维素衍生物,如甲基羟丙基纤维素或甲基乙基纤维素 。
性质：制成的纤维素衍生物其溶胀力和水溶性随取代度不同存在差异 。 甲基纤维素的特点是：起始粘度随着温度上升而下降,在特定温度下结成凝胶,这种凝胶是可逆性的 。
用途：
（ 1） 在用面筋含量低或不含面筋的稻米,玉米或黑麦粉加工成焙烤食品过程中添加甲基和甲基羟丙基纤维素可以降低产品的破碎性和脆性,在揉和面团时能掺和较多的水分,因此在焙烤时可提高淀粉的溶胀程度 。
（ 2） 用于改善脱水蔬菜,水果再水合的特性和复水后的质地 。
（ 3） 用烷基纤维素膜或保护性涂层可延长易变质食品保存期 。
（ 4） 纤维素衍生物还可用作低热量膳食的增稠剂 。
（ 5） 羟丙基纤维素是一种强的乳胶体稳定剂,而甲基纤维素具有搅奶油的性质,可搅打成稳定的稠性泡沫 。
2,羧甲基纤维素
纤维素在碱性条件下与氯乙酸反应生成羧甲基纤维素,其性质取决于取代度 (DS0.3— 0.9)和聚合度 (DP,500— 2000)。 低取代度 (DS≤ 0.3)产物不溶于水,而溶于碱性溶液,高取代度 (>0.4)产物易溶于水,溶解度和粘度取决于 PH。
羧甲基纤维素是惰性粘合剂和增稠剂,用于调节和改善很多食品 (果冻,糊馅,可涂抹的干酪,
色拉调味汁,饼馅,糖霜 )的质地 。 羧甲基纤维素可阻止冰淇淋生成冰晶,并使食品具有爽口,柔软的质地,阻止糖果加工中产生不需要的糖结晶,防止淀粉老化 。 此外,还能提高脱水食品的稳定性和复水性 。
3.6 食品中碳水化合物的功能与作用亲水功能糖类化合物对水的亲和力是其最本的物理性质之一，这类化合物含有许多亲水性羟基、羟基靠氢键键合与水分子相互作用，使糖及其他矣合物发生溶剂化或者增溶。糖类化合物结合水的能力和控制食品中水的活性是最重要的功能性质之一，结合水的能力通常称为保湿性。
根据这些性质可以确定不同种类食品是需要限制从外界吸入水分或者是控制食品中水分的损失。
风味前体功能低分子量糖类化合物的甜味是最容易辨别和食欲喜爱的性质之一。蜂蜜和多大数果实的甜味主要取决于蔗糖,D-果糖或 D-葡萄糖的含量。
风味结合功能很多食品，特别是喷雾干燥或冷冻干燥脱水的食品，碳水化合物在这些脱水过程中对于保持食品的色泽和挥发性风味成分起着重要的作用，它可以使糖 -水的相互作用转变成糖 -风味剂的相互作用。大分子糖类化合物是一类很很好的风味固定剂。
糖 -水 +风味剂 =糖 -风味剂 +水增稠、胶凝和稳定作用
A,多糖溶液的增稠与稳定作用多糖（亲水胶体或胶）主要具有增稠和胶凝的功能，此外还能控制流体食品与饮料的流动性质与质构以及改变半固体食品的变形性等。
B,多糖的胶凝作用在许多食品产品中，一些共聚物分子（多糖）能形成海绵状的三维网状凝胶结构。凝胶具有二重性，既具有液体性质，也具有液体性质。不同的胶具有不同的性质。
其它多糖类化合物不再讨论，自学。特别要注意对于糖类化合物研究进展的了解及食品中常用的一些多糖类化合物的结构和性质特点。
本章应重点掌握的内容：
1.单糖类化合物基本的食品学特性。
2.Mailard反应的定义、基本过程、主要反应及本质、影响因素。
3.Mailard反应对食品品质及外观属性的影响、目前的研究概括及在食品加工中应该考虑的问题。
4.焦糖化反应中反应物的种类、反应条件、主要反应过程及特点。
5.低聚糖的苷键类型、主要种类及基本性质。
6.多糖类物质的基本性质。
7.淀粉分子的基本结构特点。
8.淀粉糊化、老化的本质、基本过程及主要的影响因素。
本章习题一、填空题
1.根据组成，可将多糖分为 ( )和 ( )。
2.根据否含有非糖基团，可将多糖分为 ( )和 ( )。
3.请写出五种常见的单糖（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、
（ ）。
4.请写出五种常见的多糖（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、
（ ）。
5.蔗糖、果糖、葡萄糖、乳糖按甜度由高到低的排列顺序是（ ）、
（ ）、（ ）、（ ）。
6.小分子糖类具有抗氧化性的本质是（ ）、（ ）、
（ ）。
8.单糖在碱性条件下易发生（ ）和（ ）。
9.常见的食品单糖中吸湿性最强的是（ ）。
10.在蔗糖的转化反应中，溶液的旋光方向是从（ ）转化到（ ）。
11.直链淀粉由 ( )通过（ ）连接而成，它的比较规则的分子形状为
（ ）。
12.直链淀粉与碘反应呈 ( )色，这是由于（ ）而引起的。
13.淀粉与碘的反应是一个（ ）过程，它们之间的作用力为（ ）。
14.Mailard反应主要是（ ）和（ ）之间的反应。
15.由于 Mailard反应不需要（ ），所以将其也称为（ ）褐变。
16.Mailard反应的初期阶段包括两个步骤，即（ ）和（ ）。
17.Mailard反应的中期阶段形成了一种含氧五员芳香杂环衍生物，其名称是
（ ），结构为（ ）。
18.糖类化合物发生 Mailard反应时，五碳糖的反应速度（ ）六碳糖，在六碳糖中，反应活性最高的是（ ）。
19.胺类化合物发生 Mailard反应的活性（ ）氨基酸，而碱性氨基酸的反应活性（ ）其它氨基酸。
20.淀粉糊化的结果是将（ ）淀粉变成了（ ）淀粉。
21.淀粉糊化可分作三个阶段，即（ ）、（ ）、（ ）。
二、名词解释
1、吸湿性 2、保湿性 3、转化糖 4、糊化 5,β-淀粉
6,α-淀粉 7、膨润现象 8、果胶酯化度 9、低甲氧基果胶
10、胶束 11、糊化温度 12、膳食纤维三、回答题
1.什么是糊化？影响淀粉糊化的因素有那些？
2.什么是老化？影响淀粉老化的因素有那些？如何在食品加工中防止淀粉老化？
3.简述食品中糖类化合物的类型及主要的生物学作用。
4.低聚糖是食品中的重要成分，也是现代食品功能成分研究的重点。试由低聚糖的结构类型，推测其在食品中发挥的作用。
5.在 Mailard反应的中期阶段，葡糖胺经 Amodari重排转化为环式果糖胺；
果糖经氨化反应形成果糖胺，试仿照葡糖胺的重排过程写出果糖胺重排得到 2-氨基 -2-脱氧葡糖的详细过程。
