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1、第3章 碳水化合物,Unit3 Carbohydrates,郭新华 暨南大学,Contents,本 章 主 要 内 容,第二节 单糖和低聚糖,第三节 多糖,第一节 引 论,3.2 Monosaccharide & Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能 Structure & Function of Carbohydrates,1、单糖（Monosaccharides）,2、低聚糖（Oligosaccharides）,3、糖苷（Glycosides）,3.2 Monosaccharide & Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能 Structu
2、re & Function of Carbohydrates,3、糖苷（Glycosides）,糖苷的基本概念 糖苷的基本性质 食品中不同类型糖苷简介,糖苷的基本概念Glycosides-Definition,定义： 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。 组成： 糖 配基（非糖部分 ）,糖苷的基本概念Glycosides-Definition,糖苷的基本性质Glycosides-Properties,糖苷的类型,O-糖苷,S-糖苷,N-糖苷,糖苷的基本概念Glycosides-Definition,糖苷功能特性 黄酮糖苷：具有
3、苦味和其它风味和颜色 毛地黄苷：强心剂 皂角苷：起泡剂和稳定剂 甜菊苷：甜味剂,3.2 Monosaccharide & Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能 Structure & Function of Carbohydrates,3、糖苷（Glycosides）,糖苷的基本概念 糖苷的基本性质 食品中不同类型糖苷简介,糖苷的基本性质Glycosides-Properties,(1) 糖苷的物理性质,(2) 糖苷的酸水解,(3) 糖苷的酶水解,(5) 糖苷的生物活性和毒性,(4) 糖苷水解对食品质量的影响,糖苷的基本性质Glycosides-Properties,
4、(1) 糖苷的物理性质,纯品糖苷一般是无色结晶，味苦。糖苷与其相应的配基相比，溶解性增加很多。因此，不同的糖苷是否被水解，对其食品的品质有很大的影响，如黄酮苷类。,无还原性，无变旋光现象。,由于糖苷键多为型，易酸和酶水解。,(1) 糖苷的酸水解,甲基吡喃的酸水解过程：,(2) 糖苷的酸水解,途径一 通过佯盐(Oxoniun salt) 和离子； 途径二 经过和环离子； 最终都生成吡喃糖 但以 途径为主。,2,4,3a,3b,1,5,6a,6a,影响糖苷酸水解的因素：,(2) 糖苷的酸水解,糖苷键的构型：型型,糖环上的取代基：ABC,糖基氧环的大小： 呋喃糖苷比吡喃糖苷快10100倍,(3) 糖
5、苷的酶水解,酶水解的位置均在糖苷的C-O之间； 酶对糖苷和配基均有一定的专一性；,(4) 糖苷水解对食品质量的影响,对味的影响： 苦味减轻，甜味增加 对色的影响： 许多配体具有某种颜色，但不溶于水，水解后会对食品颜色产生影响 对香气的影响：,(5) 糖苷的生物活性和毒性,生物活性 许多糖苷仅存在于植物中，表现出一定的生物活性。 如：黄豆苷（大豆，葛根中含有）,可以促进血液循环，提高 脑血流量，对心血管疾病 有显著疗效，治冠心病， 脑血栓。 银杏中的有效成分：银杏 黄酮醇苷，扩张冠状血管, 改善血液循环。,(5) 糖苷的生物活性和毒性,糖苷的毒性 某些氰糖苷在体内转化为氢氰酸，使人体中毒。 如：
6、苦杏仁苷(杏,木薯,利马豆) 亚麻苦苷(金甲豆),(5) 糖苷的生物活性和毒性,糖苷的毒性,有害糖苷多为生氰配糖体类，糖基多为葡萄糖、鼠李糖 为防止氰化物中毒，必须充分煮熟后再充分洗涤,有害糖苷主要存在于木薯、甜土豆、干果类、菜豆、利马豆、小米、黍等作物中。食入过量的有害糖苷类，主要表现在阻断细胞呼吸、造成胃与肠道不适症、影响糖及钙的运转、高剂量使碘失活等。,食品原料中的主要有害糖苷类,3.2 Monosaccharide & Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能 Structure & Function of Carbohydrates,3、糖苷（Glycoside
7、s）,糖苷的基本概念 糖苷的基本性质 食品中不同类型糖苷简介,食品中不同类型糖苷简介,O-糖苷,糖在酸性条件下与醇发生反应，失去水后形成的产品。 糖苷一般含有呋喃或吡喃糖环。,糖苷配基,糖苷的形成提高了配糖基的水溶性,糖基,食品中不同类型糖苷简介,O-糖苷的性质,在中性和碱性条件下一般是稳定的 在酸性条件下能被水解 可被糖苷酶水解,食品中的许多风味成分是以O糖苷存在，如芳香醇糖苷、脂肪醇糖苷、酚化苷(phenolic glycosides, 黄酮醇及黄酮化合物与糖结合所产生的糖苷。）,食品中不同类型糖苷简介,N-糖苷,糖+胺RNH2 氨基葡萄糖苷(N-糖苷) R=H 肌苷5-单磷酸盐 R=OH
8、 黄苷5 -单磷酸盐 R=NH2 鸟苷5 -单磷酸盐,食品中不同类型糖苷简介,N-糖苷的性质,稳定性不如O-糖苷 在水中容易水解,使溶液的颜色变深，黄色变为暗棕色，导致Maillard褐变 有些相当稳定 N-葡基酰胺、嘌呤、嘧啶 例如肌苷、黄苷、鸟苷的5 -单磷酸盐 风味增效剂,食品中不同类型糖苷简介,S-糖苷,糖+硫醇RSH 硫葡萄糖苷（S-糖苷） 糖基与糖苷配基之间有一硫原子 芥菜子和辣根的组分 S-糖苷是一类生氰糖苷，它们的降解会产生氰化物，有毒性。,3.2 Monosaccharide & Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能 Structure & Func
9、tion of Carbohydrates,二、单糖和低聚糖的物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,三、单糖和低聚糖的化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,单糖和低聚糖物理性质,甜度 溶解度 吸湿性和保湿性 结晶性和抗结晶性 渗透压 冰点降低 粘度 抗氧化性,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,1、甜度
10、定义 Definition: 比甜度:以蔗糖（非还原糖）为基准物.一般以10或 15的蔗糖水溶液在20时的甜度定为1.0 产生甜味的基团:-CH2OH-CH2OH- 影响甜度的因素： 分子量越大溶解度越小，则甜度也小 糖的不同构型（、型）,T=20时 蔗糖溶液（10/15） 1.00（甜度） D-葡萄糖 0.70（比甜度） D呋喃果糖 1.50（比甜度） （甜度：果糖蔗糖葡萄糖麦芽糖半乳糖）,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,1、甜度-糖的不同构型（、型） 葡萄糖: :=1:1.7
11、1.5倍 0 80 果 糖: :=3:7 :=7:3 3倍 浓度高，构型多,与浓度有关,与温度有关,与温度无关,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,2、溶解度（g/100gH2O）,温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响,高浓度的糖液具有防腐保质的作用 ，在70以上能 抑制霉菌、酵母的生长。,T=60时，葡萄糖蔗糖； T60时，葡萄糖蔗糖，T=60时，反之； T10时，若配比不合格，常温下G即结晶，反砂； 果浆类不易贮存在10以下，以防结晶。 工业上贮存G高温高浓，55 ，70（不结晶
12、）。,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,2、溶解度（g/100gH2O）,温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响,高浓度的糖液具有防腐保质的作用 ，在70以上能 抑制霉菌、酵母的生长。,t=20时，葡萄糖 48 蔗糖 66 果糖 79 果糖具有较好的食品保存性。 果葡糖浆的浓度 果葡糖浆中果糖含量 71 42 77 55 80 90 果糖含量较高的果葡糖浆，其保存性能较好。,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosa
13、ccharides in food,3、吸湿性和保湿性,概念 吸湿性：糖在空气湿度较高情况下吸收水分的性质 保湿性：糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质,应用: 果糖 葡萄糖,麦芽糖 蔗糖,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,3、吸湿性和保湿性,应用: 硬糖生产: 蔗糖:葡萄糖 3:1，不返砂不发烊 （季节地区变化） 软糖： 转化糖浆和果葡糖浆 面包糕点：转化糖浆和果葡糖浆 山梨醇：食品工业中良好的保湿剂,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of
14、Mono- & Oligosaccharides in food,4、结晶性和抗结晶性,不同糖的结晶特性 乳糖结晶 蔗糖易结晶，晶体生成很大； 葡萄糖易结晶，晶体生成细小； 果糖、转化糖较难结晶； 应用：硬糖的生产不能单独使用蔗糖 旧法：加酸，蔗糖 转化糖 新法：加入淀粉糖浆,乳糖结晶特性： T93.5 -脱水乳糖结晶 玻璃状 T=93.5 -水化乳糖结晶 无定形,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,4、结晶性和抗结晶性,应用： 淀粉糖浆：G、低聚糖和糊精的混合物 不含果糖，吸潮性低，
15、保存性好； 含糊精，增加糖果韧性、强度和黏性，不易碎裂； 甜度低，温和可口； 雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖 23 ，蔗糖结晶成含水晶体，聚合成球形,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,5、渗透压防腐,浓度越高，分子数目越多，渗透压越大； 渗透压越大对食品保存越有利； 不同微生物对渗透压的耐受有差别： 酵母 50蔗糖溶液 霉菌 60蔗糖溶液 细菌 80蔗糖溶液 耐高渗酵母、霉菌蜂蜜也会变坏 浓缩奶生产：葡萄糖替代部分蔗糖,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical P
16、roperty of Mono- & Oligosaccharides in food,6、冰点降低,溶液浓度越高，分子量越小，冰点降低越多 葡萄糖蔗糖淀粉糖浆,应用: 雪糕、冰淇淋等加淀粉糖浆替代部分蔗糖 冰点降低小，节约电能； 抗结晶性，冰粒细腻； 粘度，口感好； 甜度，温和；,二、单糖和低聚糖物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,7、粘 度调节食品稠度和可口性,G和F溶液 蔗糖溶液，淀粉糖浆较高 与温度有关 葡萄糖溶液粘度随T而 ； 蔗糖溶液粘度随T 而 ；,8、抗氧化性保持水果的风味、颜色和Vc
17、,糖溶液中溶氧量小 糖本身具有抗氧化性,单糖和低聚糖物理性质 小 结,甜度 溶解度 吸湿性和保湿性 结晶性和抗结晶性 渗透压 冰点降低 粘度 抗氧化性,3.2 Monosaccharide & Oligosaccharides,一、单糖和低聚糖的结构及功能 Structure & Function of Carbohydrates,二、单糖和低聚糖的物理性质在食品中应用 Physical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,三、单糖和低聚糖的化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosacch
18、arides in food,单糖和低聚糖化学性质,水解反应 烯醇化和异构化反应 复合反应和脱水反应 氧化反应 还原反应 酯化与醚化反应,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,1、水解反应： 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。,C12H22O11 + H20,C6H12O6 + C6H1206,转化糖,柠檬酸，蔗糖酶,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food
19、,影响水解反应的因素： 结构,-异头物 -异头物 呋喃糖苷 吡喃糖苷 -D糖苷 -D糖苷,温度 温度提高，水解速度急剧加快。,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,2、烯醇化和异构化反应与碱的作用 在稀碱条件下，生成差向异构体。,继续烯醇化 2,3- 3,4- ,形成己糖全部可能异构体,果葡糖浆,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,果葡糖浆,F G 总固形物 甜度 第一代 42%
20、 52% 71% 1 第二代 55% 40% 77% 1.1 第三代 90% 1.5-1.7,发展,稀碱异构化,异构化酶,异构化乳糖,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,3、复合反应和脱水反应与酸的作用,复合反应,单糖受酸和热的作用，缩合失水生成 低聚糖的反应称为复合反应。 连接方式: 1,3-糖苷键, 1,6-糖苷键 不是水解反应的逆反应。,例如：2 C6H12O6 C12H22O11 + H2O,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mon
21、o- & Oligosaccharides in food,3、复合反应和脱水反应与酸的作用,脱水反应分子内脱水,酸、热条件下的反应 在室温下，稀酸对单糖的稳定性无影响 当酸浓度大于12%的浓盐酸以及热的作用下，单糖易分子内脱水，生成糠醛及其衍生物。,复合反应分子间脱水,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,4、氧化反应,在不同氧化条件下，糖类
22、被氧化成不同产物,酮糖如F不发生此反应,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,葡萄糖酸,D-葡萄糖,-内酯,闭环是酯，加热后开环是酸 内酯是一种温和的酸化剂 完全水解需要3h，随着水解不断进行，质子均匀缓慢地释放 出来，pH逐渐下降，慢慢酸化 在豆制品中，形成三维网络结构，细嫩的凝胶结构 在焙烤食品中作为膨松剂的一个组分 缓慢释放的H+与CO32-结合，缓慢释放CO2 与Ca2+、Fe2+、Zn2+结合，矿物质饮食补充剂,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Prope
23、rty of Mono- & Oligosaccharides in food,4、氧化反应,强氧化剂： G CO2 +H2O,Br/H2O： G 葡萄糖酸,内酯,浓硝酸： 醛糖 二元酸,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,4、氧化反应,浓硝酸： 醛糖 二元酸,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,4、氧化反应,强氧化剂： G CO2 +H2O,Br/H2O： G 葡萄糖酸,内酯
24、,浓硝酸： 醛糖 二元酸,G氧化酶： G 葡萄糖醛酸,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,4、氧化反应,G氧化酶： G 葡萄糖醛酸,葡萄糖醛酸的功能：,甙类,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,5、还原反应,双键加氢称为氢化。 D-葡萄糖的羰基在一定压力、催化剂镍存在下加氢还原成羟基，得到D-葡萄糖醇（山梨醇）,保湿剂 甜度为蔗糖50% 不被微生物利用 不依赖胰岛素,Ni,三、
25、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,5、还原反应山梨糖醇,甘露糖醇,C2差向异构,甜度为蔗糖的65% 应用于硬糖、软糖和不含糖的巧克力中 保湿性小，作为糖果的包衣,由半纤维素制得的木糖氢化 甜度为蔗糖的70% 在硬糖或胶姆糖中替代蔗糖 防止龋齿，治疗糖尿病 注意安全性,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,5、还原反应木糖醇,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical P
26、roperty of Mono- & Oligosaccharides in food,5、还原反应木糖醇,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,6、酯化与醚化反应,酯化 糖中羟基与有机酸和无机酸作用生成酯 天然多糖中存在醋酸酯、磷酸酯（马铃薯淀粉）、硫酸酯（卡拉胶）等酯 蔗糖酯是一种很好的乳化剂 卡拉胶中含有硫酸酯基（OSO3），和酸性饮料中带正电荷的蛋白质结合，是一种很好的乳化、稳定剂,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & O
27、ligosaccharides in food,6、酯化与醚化反应,醚化 进一步改良功能性 如羧甲基纤维素钠， 用于胶粘剂和洗涤剂； 俗称“改性纤维素”。 羟丙基淀粉 用于食品工业，造纸工业，纺织工业，医药工业，日用化工。,三、单糖和低聚糖化学性质在食品中应用 Chemical Property of Mono- & Oligosaccharides in food,6、酯化与醚化反应,醚化 红藻多糖C3与C6间形成内醚（3,6-脱水环） 琼脂胶、卡拉胶,6,3,单糖和低聚糖化学性质 小 结,水解反应 烯醇化和异构化反应 复合反应和脱水反应 氧化反应 还原反应 酯化与醚化反应,作业,1.果葡糖浆 2.简要叙述碳水化合物的吸湿性和保湿性在食品中的作用。,