食品化学-第三章-碳水化合物-图文

第三章碳水化合物925．淀粉改性（1）低粘度变性淀粉低于糊化温度时的酸水解，在淀粉粒的无定形区发生，剩下较完整的结晶区。淀粉经酸处理后，生成在冷水中不易溶解而易溶于沸水的产品。这种产品称为低粘度变性淀粉或酸变性淀粉。其热糊黏度、特性黏度和凝胶强度均有所降低，而糊化温度提高，不易发生老化，可用于增稠和制成膜（2）预糊化淀粉淀粉悬浮液在高于糊化温度下加热，快速干燥脱水后，即得到可溶于冷水和能发生胶凝的淀粉产品。预糊化淀粉冷水可溶，省去了食品蒸煮的步骤，且原料丰富，价格低，比其他食品添加剂经济，故常用于方便食品中。93（3）淀粉醚化淀粉含有大量的羟基，如少量的羟基被酯化、醚化或氧化，则淀粉的性质将发生相当大的变化，从而扩大了淀粉的用途。淀粉分子中D-吡喃葡萄糖上三个游离羟基均可进行醚化。低取代度(degreeofsubstitution,DS)的羟乙基淀粉糊化温度降低，淀粉颗粒的溶胀速度加快，淀粉糊形成凝胶和老化的趋势减弱。羟烷基淀粉如羟丙基淀粉可作为色拉调味汁、馅饼食品的添加剂和其他食品的增稠剂。（4）淀粉酯淀粉和酸式正磷酸盐、酸式焦磷酸盐以及三聚磷酸盐的混合物在一定温度范围内反应可制成淀粉磷酸单脂。淀粉单磷酸酯因具有极好的冷冻-解冻稳定性，通常作为冷冻肉汁和冷冻奶油馅饼的增稠剂。淀粉可与有机酸在加热条件下反应生成淀粉有机酸酯，其增稠性、糊的透明性和稳定性均优于天然淀粉，可用作焙烤食品、汤汁粉料、沙司、布丁、冷冻食品的增稠剂和稳定剂，以及脱水水果的保护涂层和保香剂、微胶囊包被剂。94（5）交联淀粉交联淀粉是由淀粉与含有双或多官能团的试剂反应生成的衍生物。两条相邻的淀粉链各有一个羟基被酯化，因此，在毗邻的淀粉链之间可形成一个化学桥键，这类淀粉称为交联淀粉。这种由淀粉链之间形成的共价键能阻止淀粉粒溶胀，对热和振动的稳定性更大。（6）氧化淀粉淀粉水悬浮液与次氯酸钠在低于糊化温度下反应发生水解和氧化，生成的氧化产物平均每25～50个葡萄糖残基有一个羧基，氧化淀粉用于色拉调味料和蛋黄酱等较低粘度的填充料，但它不同于低粘度变性淀粉，既不易老化也不能凝结成不透明的凝胶。OOOHOCOOOHOOHOHCH2OHO氧化淀粉种类直链淀粉/支链淀粉糊化温度范围(℃)性质普通淀粉1:362～72冷却解冻稳定性不好糯质淀粉0:163～70不易老化高直链淀粉3:2—4:166～92颗粒双折射小于普通淀粉酸变性淀粉可变69～79与未变性淀粉相比，热糊的粘性降低羟乙基化淀粉可变58～68(DS)0.04增加糊的透明性，降低老化作用磷酸单酯淀粉可变56～66降低糊化温度和老化作用交联淀粉淀粉可变高于未改性的淀粉，取决于交联度峰值粘度减小，糊的稳定性增大乙酰化淀粉可变55～65糊状物透明，稳定性好95玉米淀粉改性前后的性质比较96（二）、糖原糖原又称动物淀粉，是肌肉和肝脏组织中的主要储存的碳水化合物，因为它在肌肉和肝脏中的浓度都很低，糖原在食品中的含量很少。糖原是同聚糖，与支链淀粉的结构相似，含α-D-(1,4)和α-D-(1,6)糖苷键；但糖原比支链淀粉的分子量更大，支链更多。从玉米淀粉或其他淀粉中也可分离出少量植物糖原（phytoglycogen），它属于低分子量和高度支化的多糖。97三、纤维素和半纤维素（一）、纤维素由β-D-吡喃葡萄糖基单位通过1→4糖苷键连接而成的高分子直链不溶性的均一高聚物。纤维素分子在广泛区域内缔合，形成多晶纤维束。结晶区是由大量氢键连接而成，结晶区之间由无定形区隔开。纤维素不溶于水，欲使纤维素溶于水，大多数氢键必须立即被打破。纤维素和改性纤维素是一种膳食纤维，不提供营养与热量，但具有重要的功能。纯化的纤维素粉末被用作食品配料.改性纤维素981.羧甲基纤维素（CMC）纤维素经化学改性，可制成纤维素基食物胶。最广泛应用的纤维素衍生物是羧甲基纤维素钠，它是用氢氧化钠-氯乙酸处理纤维素制成的，一般产物的取代度DS为0.3～0.9，聚合度为500～2000，其反应如下所示：OHOOHCH2OCH2COONa+OnNaOHnOClCH2COOHOHOCH2OHOH纤维素羧甲基纤维素钠盐99•高粘度和稳定作用–CMC分子中的大量的离子化羧基具有静电斥力，这使CMC分子在溶液中处于伸展状态。相邻链间的相互排斥作用使CMC溶液具有高粘性和稳定的倾向。–CMC能稳定蛋白质分散体系，特别是在接近等电点的pH值。如鸡蛋清可用CMC一起干燥或冷冻而得到稳定–CMC也能提高乳制品稳定性以防止酪蛋白沉淀。1002.甲基纤维素和羟丙基纤维素甲基纤维素是纤维素的醚化衍生物，其制备方法与羧甲基纤维素相似，在强碱性条件下将纤维素同三氯甲烷反应即得到甲基纤维素（methylcelluose,MC）,取代度依反应条件而定，商业产品的取代度一般为1.1～2.2。羟丙基甲基纤维素（Hydroxypropylmethylcellulose,HPMC）是纤维素与氯甲烷和环氧丙烷在碱性条件下反应制备的，取代度通常在0.002～0.3范围。101•冷水可溶。甲基和羟丙基醚基沿着主链伸向空间，阻止了纤维素分子间缔合。–由于极性较小的醚基替代了持水的羟基，因而水合能力有所下降。因此，当水溶液加热时，高聚物溶剂化的水分子从主链上解离出来，水合明显下降，分子间缔合加强，产生胶凝。一旦温度降低，又开始溶解，所以胶凝是可逆的。•这是此类胶的独特性质，即加热时形成凝胶，冷却时溶解。102甲基纤维素的4种重要功能：增稠表面活性（非离子纤维素醚）成膜性形成热凝胶（冷却时熔化）用于油炸食品油摄入可减少50%使用甲基纤维素可以减少脂肪用量，两个机理：（a）它们能提供类脂肪的性质，所以产品的脂肪含量可以减少；（b）可以减少油炸食品中的吸附，这是由于由热胶凝产生的凝胶结构具有阻油和持水的能力，它好似一种粘合剂。103（二）、半纤维素半纤维素也植物细胞壁的构成成分，是一类聚合物，水解时生成的大量戊糖、葡萄糖醛酸和某些脱氧糖。食品中最普遍存在的半纤维素是由β-(1，4)-D-吡喃木糖单位组成的木聚糖，这种聚合物通常含有连接在某些D-木糖基3碳位上的β-L-呋喃阿拉伯糖基侧链，其他特征成分是D-葡萄糖醛酸4-O-甲基醚，D-或L-半乳糖和乙酰酯基。半纤维素在食品焙烤中最主要的作用是提高面粉对水的结合能力，改善面包面团的混合品质，降低混合所需能量，有助于蛋白质的掺合，增加面包体积。含植物半纤维素的面包比不含半纤维素的可推迟变干硬的时间。半纤维素也是膳食纤维的来源之一。104四、果胶（一）、果胶物质的化学结构与分类天然果胶存在于所有陆生植物的细胞壁和细胞中间层。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30,000-1,000,000?）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。105果胶物质的分类部分羧基被甲醇酯化酯化度（DE）：酯化的半醛酸残基(羧基)数占半乳糖醛酸残基总数的百分数。高甲氧基果胶—HMDE50%低甲氧基果胶—LMDE50%果胶物质的分类未甲酯化的多聚半乳糖醛酸。原果胶(Protopectin)果胶（Pectin)高度甲酯化的多聚半乳糖醛酸，只存在于植物细胞壁和未成熟的果实和蔬菜中,使其保持较硬的质地，不溶于水。果胶酸：(Pecticacid)中等度甲酯化的多聚半乳糖醛酸，存在于植物汁液中。甲酯化程度↓106•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。果蔬的成熟过程•未成熟果实细胞间含大量原果胶，与纤维素、木质素、半纤维素等在一起，组织坚硬。随着成熟的进程,原果胶水解成果胶,与纤维素分离,并掺入细胞内、果实组织变软，而有弹性，发生去甲酯化，生成果胶酸。由于果胶酸不具有粘性，果实变成软饧状态。107（二）果胶的性质形成凝胶当DE50%（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DE50%（LM）时，通过加入Ca2+形成凝胶，可溶性固形物为10-20%，pH2.5-6.5。根据胶凝时间和胶凝温度将HM果胶分类快速胶凝的果胶（高酯化度）在pH3.3也可以胶凝。慢速胶凝的果胶（低酯化度）在pH2.8可以胶凝。108（三）形成凝胶机理•HM果胶溶液须糖和酸存在。糖-酸-果胶凝胶在果胶溶液中加入足够的酸和糖就会胶凝。由于果胶溶液pH降低时，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。失去了一些电荷和降低了水合程度后，高聚物分子链的某些部分就能缔合，使高聚物链形成接合和网状结构，网孔中固定了溶质分子的水溶液。由于高浓度糖（~65％，至少55％）能竞争水合水，因而降低了分子链的溶剂化，这样使分子链间相互作用，促进了接合区的形成。影响凝胶的形成条件和凝胶强度的因素，最主要的是分子链长和连接区的化学性质。链越长，凝胶强度越大。酯化度、温度、pH、离子强度、糖浓度。111（四）果胶的主要用途果酱与果冻的胶凝剂慢胶凝的HM果胶和LM果胶用于制造凝胶软糖。添加量2-5%。酸奶的水果基质LM果胶特别适合增稠剂和稳定剂HM果胶可应用于乳制品。在pH3.5-4.2能阻止加热时酪蛋白聚集，适合于巴氏杀菌或高温杀菌的酸奶、酸豆奶以及牛奶与果汁的混合物。HM和LM果胶也能用于蛋黄酱、番茄酱、混浊型果汁饮料以及冰淇淋等。添加量一般1%。112第四节膳食纤维一、概述膳食纤维被现代医学界和营养学界公认为继蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素等六大营养素之后并列的影响人体健康所必需的“第七大营养素”。113二、膳食纤维的结构与性质1膳食纤维的定义1985年美国食品与药物管理局（FDA）和世界卫生组织（WHO）定义膳食纤维为“能用公认的定量方法测定的，人体消化器官不能水解的动植物组成成分”；根据联合国FAO和美国FDA的定义：“膳食纤维是指各种食用动植物的所有构成成分中，不受人的消化酶作用而发生加水分解作用的物质”；膳食纤维定义工作委员会于1999年11月2日在84th美国谷物化学家协会（AACC）年会上举行专门会议对膳食纤维的定义进行了讨论，膳食纤维被定义为“凡是不能被人体内源酶消化吸收的可食用植物细胞、多糖、木质素以及相关物质的总和”，这一定义包括了食品中的大量组成成分：纤维素、半纤维、低聚糖、果胶、木质素、脂质类质素、胶质、改性纤维素、粘质及动物性壳质、胶原等。在有些情况下，那些不被人体消化吸收的、在植物体内含量较少的成分，如糖蛋白、角质、蜡和多酚脂等也包括在内。虽然，膳食纤维在人的口腔、胃、小肠内不能消化吸收，但人体大肠内的某些微生物能降解部分膳食纤维，从这种意义上来说，膳食纤维的净能量不严格等于零。1142.2按膳食纤维的来源分2膳食纤维的分类水溶性膳食纤维（SDF）2.1按膳食纤维在水中的溶解能力分水不溶性膳食纤维（IDF）植物类动物类合成类115（1）溶解性与黏性（2）具有很高的持水性（3）对有机化合物的吸附作用3、膳食纤维的理化特性（4）对阳离子的结合和交换作用（5）改变肠道系统中微生物群系组成（6）容积作用116三、膳食纤维的生理功能1、营养功能2、预防肥胖症和肠道疾病3、预防心血管疾病4、降低血压5、降血糖6、抗乳腺癌7、膳食纤维抗氧化性和清除自由基作用8、提高人体免疫能力9、改善和增进口腔、牙齿的功能10、其它作用117五、膳食纤维的安全性大量摄入膳食纤维，因肠道细菌对纤维素的酵解作用而产生挥发性脂肪酸、