食品化学碳水化合物部分 ()

1第三节多糖定义(Definition)分类(Classification)重要的多糖(Importantpolysaccharides)性质(Properties)功能(Functions)2一、定义及分类按结构分按组成分直链多糖，支链多糖D-吡喃葡萄糖组成均匀多糖，非均匀多糖（杂多糖）超过10个单糖的聚合物，是大分子聚合物，聚合度（DP）由10到几千，大多数多糖的DP为200～3000，纤维素7000～15000。常见多糖有淀粉，纤维素，半纤维素，果胶，瓜尔豆胶等。3糖糖单元结构纤维素直链淀粉支链淀粉糖原海藻酸阿拉伯树胶D-葡萄糖β-(1-4)糖苷键D-葡萄糖α-(1-4)糖苷键D-葡萄糖α-(1-4)、α-(1-6)糖苷键D-葡萄糖α-(1-4)、α-(1-6)糖苷键D-葡萄糖,D-甘露糖酸,L-洛糖醛酸D-半乳糖,D-葡萄糖醛酸,L-鼠李糖,L-阿拉伯糖均多糖和杂多糖实例4二、纤维素纤维素是通过β-D-(1−4)糖苷键连接形成的。最基本单位是纤维二糖。145纤维素是直链结构，不像淀粉（有螺旋和支链结构），无螺旋和支链结构。纤维素是通过一条链上的OH与另一条链上的-O-形成氢键连接形成并行结构，使得纤维素具有较高的拉伸强度。6纤维素是植物细胞壁的主要成分，也是海藻和卵菌的主要形式。植物中33%是纤维素，其中棉花中含有90%纤维素，木质中含有40-50%纤维素。大多数哺乳动物不能利用纤维素。动物中反刍动物和白蚁类能够消化纤维素。7纤维素无色、无味，不溶于水和部分溶剂。纤维素可以在纤维素酶作用下水解为纤维糊精，在强酸或稀酸高温下才能彻底分解为葡萄糖。与淀粉相比，纤维素更易结晶化，在320oC，25MPa压力下易变成无定形结构。8纤维素功能：纤维素可以从木质材料和棉花中获得，用来制作木板和纸张。纤维素还可以用作粘合剂，如甲基化的纤维素、羧甲基化纤维素可以用作墙纸和粘合剂。纤维素来自非主食谷物可以用作高效的生物能源来源。如大麻、柳枝、杨树等。纤维素还可被转化为生物燃料，如生物酒精。9三、改性纤维素1.羧甲基纤维素CMC：易溶于水，有粘性，其钠盐可做增稠剂可与蛋白质形成复合物，有助于蛋白质食品的增溶，在馅饼、牛奶、蛋糊及布丁中作增稠剂和粘接剂。在冰淇淋和其它冷冻食品中，可阻止冰晶的形成。防止糖果，糖浆中产生糖结晶，增加蛋糕等烘烤食品的体积，延长食品的货架期。应用102.甲基纤维素（MethylcelluloseMC）3.羟丙基甲基纤维素（HydroxypropylmethylcelluloseHPMC）优点：热胶凝性、保湿性好。用途：保湿剂、增稠剂、稳定剂。114.微晶纤维素用稀酸处理纤维素,可以得到极细的纤维素粉末，称为微晶纤维素。在疗效食品中作为无热量填充剂。12四、半纤维素(Hemicellulose)一些与纤维素一起存在于植物细胞壁中的多糖物质总称。构成半纤维素单体的有：葡萄糖，果糖，甘露糖，半乳糖，阿拉伯糖，木糖，鼠李糖及糖醛酸。13五、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胞间层中，起着将细胞粘在一起的作用，它使水果、蔬菜具有较硬的质地。结构：D-吡喃半乳糖醛酸以α-1,4苷键相连，通常以部分甲酯化存在。14高甲氧基果胶（HM）：分子中超过一半的羧基是甲酯化的，余下的羧基是以游离酸及盐的形式存在，相当于甲氧基含量＞7%。低甲氧基果胶（LM，低果胶酯）：分子中低于一半的羧基是甲酯化型，相当于甲氧基含量≤7%。15根据果蔬的成熟过程，分有三种形态：原果胶：(protopectin）未成熟的果实和蔬菜中高度甲酯化且不溶于水的果胶物质。只存在于植物细胞壁中，它使果实，蔬菜保持较硬的质地。果胶：(Pectin)羧基不同程度甲酯化的果胶物质，存在于植物汁液中，成熟果蔬的细胞液内含量较多。果胶酸：(Pecticacid)完全不含甲酯基的聚半乳糖醛酸，在细胞汁中与Ca2+、Mg2+、K+、Na+等矿物质形成不溶于水或微溶于水的果胶酸盐。16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,原果胶在聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶的作用下，水解成分子量较小的可溶于水的果胶,并与纤维素分离,掺入细胞内、果实组织变软而有弹性。若进一步水解，则果胶发生去甲酯化，生成果胶酸。由于果胶酸不具有粘性，果实变成软疡的过熟状态。17果胶是亲水性胶状物，其中HM在酸性（pH=2～3.5）、蔗糖含量60～65%的条件下会生成凝胶，而LM与糖、酸即使比例恰当也难以形成凝胶，但它在Ca2+作用下可形成凝胶。机制蔗糖的作用——脱水以减少胶粒表面的吸附水。促进形成链状胶束，形成果胶分子间氢键。pH=2～3.5，阻止羧基离解，中和电荷，胶束结晶、凝聚而形成凝胶。18商业上生产果胶：以桔皮和苹果渣为原料，在pH=1.5～3，温度60～100℃提取，再用离子（Al3+）沉淀纯化，使果胶形成不溶于水的果胶盐，用酸性乙醇洗涤除去离子。果酱和果冻的胶凝剂酸奶的水果基质，能阻止加热时酪蛋白聚集饮料和冰激凌的稳定剂与增稠剂19六、魔芋葡甘露聚糖由D-甘露糖与D-葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成。魔芋葡甘露聚糖能溶于水，形成高黏度的假塑性溶液。其高亲水性、胶凝性和成膜性，用于制作魔芋食品和仿生食品（虾仁、肚片、鱿鱼等）、果冻、果酱、糖果、食品保鲜膜；在乳制品、冰激凌、肉制品和面包中作增稠剂和稳定剂。小肠内无此多糖的分解酶，故几乎不能被消化，可作减肥食品。20七、膳食纤维膳食纤维是一种不能被人体消化的碳水化合物，由两部分组成。一部分是不溶性的植物细胞壁材料，主要是纤维素与木质素（复杂的酚类聚合物），另一部分是非淀粉的水溶性多糖，如果胶、树胶等。非水溶性纤维可降低罹患肠癌的风险，同时可经由吸收食物中有毒物质预防便秘，并且减低消化道中细菌排出的毒素。21常见的食物中的大麦、豆类、胡萝卜、柑橘、亚麻、燕麦等食物都含有丰富的水溶性纤维。水溶性纤维可减缓消化速度和最快速排泄胆固醇，有助于调节免疫系统功能，促进体内有毒重金属的排出。可让血液中的血糖和胆固醇控制在理想的水平。221.增强肠道功能，防止便秘膳食纤维体积大，可促进肠蠕动、减少食物在肠道中停留时间，其中的水份不容易被吸收。另一方面，膳食纤维在大肠内经细菌发酵，直接吸收纤维中的水份，产生通便作用。排便时间的缩短有利于减少肠内有害细菌的生长，并能避免胆汁酸大量转变为致癌物。232.控制体重、有利于减肥膳食纤维，特别是水溶性纤维，可以减缓食物由胃进入肠道的速度，并具有很强的吸水溶胀性能，吸水后膨胀,体积和重量增加10～15倍，从而产生饱腹感而减少能量摄入，降低膳食中脂肪的热比值，避免热能过剩而导致体内脂肪的过度积累,；在肠道内营养的消化吸收也下降，达到控制体重和减肥的作用。243.改善和预防糖尿病水溶性纤维可降低餐后血糖和血胰岛素升高反应。膳食纤维中的果胶可延长食物在胃肠内的停留时间，延长胃排空时间，降低葡萄糖的吸收速度，使人体进餐后的血糖值不会急剧上升，并降低人体对胰岛素的需求，从而有利于糖尿病病情的改善。254.预防结肠和直肠癌主要与致癌物质在肠道内停留时间长，和肠壁长期接触有关。增加膳食中纤维含量，使致癌物质浓度相对降低，加上膳食纤维有刺激肠蠕动作用，致癌物质与肠壁接触时间大大缩短。长期以高动物蛋白为主的饮食，再加上摄入纤维素不足是导致这两种癌的重要原因。265.降低血液胆固醇含量、预防心血管疾病高脂肪和高胆固醇是引发心血管疾病的主要原因。肝脏中的胆固醇经人体代谢而转变成胆酸，胆酸到达小肠以消化脂肪，然后胆酸再被小肠吸收回肝脏而转变成胆固醇。膳食纤维在小肠中能形成胶状物质，如“果胶”可结合胆固醇，“木质素”可结合胆酸，从而将胆酸包围，被膳食纤维包围的胆酸便不能通过小肠壁被吸收回肝脏，而是通过消化道被排出体外。肝脏只能靠吸收血液中的胆固醇来补充消耗的胆酸，从而就降低了血液中的胆固醇。27糙米、玉米、小米、大麦、小麦皮（米糠）和麦粉（黑面包的材料）等杂粮根菜类和海藻类中食物纤维较多，如胡萝卜、四季豆、豌豆、薯类等过多的摄食膳食纤维会致腹部不适，如增加肠蠕动和增加产气量，影响其他营养素如蛋白质的消化和钙、铁的吸收。28八、糖原存在于动物体内，又称动物淀粉其结构类似于支链淀粉只是糖原的分支更多，分子量更大。当动物血液中葡萄糖含量较高时，就会结合成糖原储存于肝脏中。当葡萄糖含量降低时，糖原就可分解成葡萄糖而供给机体能量。29通过α-(1−4)和α-(1-6)连接形成的。411630九、多糖的功能1.调整粘度(Viscositycontrol)2.改善质构(Texturecontrol)3.用作乳化剂(Emulsifyingagent)4.用作保水性(Water-bindingcapacity)5.用作稳定剂(Stabilizer)31第四节淀粉淀粉是大多数植物的主要储备物，主要存在于植物的种子、根和茎中。是很多的植物组分之一。它也是人类营养最重要的碳水化合物来源。制备淀粉所用的原料来源主要有玉米、小麦、马铃薯、甘薯等农作物，此外，豆类、藕也用作淀粉生产的原料。一、来源32二、淀粉粒淀粉是植物的主要贮备碳水化合物。淀粉主要是以淀粉颗粒(granules)的形式存在。无定型区结晶区直链淀粉支链淀粉33淀粉粒的特性淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒。形状：圆形、椭圆形、多角形等。大小：0.001~0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最大，大米淀粉颗粒最小。形状和大小均随植物的品种而改变34三、分类淀粉包括直链淀粉(amylose)和支链淀粉(amylopectin)。淀粉包括天然淀粉(nativestarch)和改性淀粉(modifiedstarch)。普通淀粉含有20%-39%的直链淀粉，有的玉米新品种中直链淀粉含量可达50%-85%称为高直链淀粉玉米。有些淀粉仅由支链淀粉组成。如糯玉米、糯米淀粉等。351.直链淀粉Amylose葡萄糖以-1,4糖苷键连接而成的线性聚合物。聚合度：数百～数千；相对分子质量约为106左右；分子内的氢键作用成右手螺旋状，每个环含有6个葡萄糖残基。36大多数含有0.3%～0.5%的-D-1,6糖苷键。大多数淀粉含有25%左右的直链淀粉。个别高直链玉米淀粉的直链含量能达到52%及70%～75%。直链淀粉在水溶液中通常以三种形式存在：一是分子呈弯曲性非常大的无规则线团结构；二是间断式螺旋结构；三是螺旋形式存在。372.支链淀粉Amylopectin支链淀粉是一种高度分支的大分子。葡萄糖通过-1,4糖苷键连接构成主链，支链通过-1,6糖苷键与主链连接；聚合度数万；分子量很大，107~5108分支点-1,6糖苷键占总糖苷键的4%～5%。38大多数淀粉含有75%的支链淀粉（口感好）。含有100%支链淀粉称为蜡质淀粉。马铃薯淀粉含有磷酸酯基，因此略带负电，在温水中快速吸水膨胀，使其具有高粘度、透明度好以及老化速率慢的特性。39特点直链淀粉支链淀粉形式连接单位分子量直链(Linear)α-(1,4)200-2,000105-106支链(Branched)α-(1,4);α-(1,6)高达2,000,0001×107-5×10840四、淀粉的主要性质1、淀粉的溶解性淀粉分子间形成的氢键众多，导致淀粉分子间作用力较强，在一般条件下无法破坏这些作用力，淀粉颗粒不溶于冷水。将干燥的淀粉放入冷水中，水分子进入淀粉粒的内部，在非结晶区同一些亲水基团作用，淀粉粒就会因吸收少量的水而产生溶胀作用，但不能破坏淀粉结晶的完整性。41马铃薯淀粉由于含有较多的磷酸基、颗粒较大，所以内部结构较松弛，溶解度相对较高。玉米淀粉由于颗粒小、结构致密、同时含有较多的脂类化合物，抑制了淀粉的膨胀和溶解，溶解度相对较低。42提高淀粉溶解性的三种途径：（1）引入一些亲水基团，增加淀粉分子与水分子间的相互作用，如化学改性淀粉；（2）改变淀粉分子的结构方