食品化学碳水化合物部分

第一节概述定义(Definition)经验式(Empiricalformula)分类(Classification)功能(Functions)1一、内涵碳水化合物是包含一个羰基(carbonylgroup,-C=O)的多羟基化合物（polyhydroxylcompounds,-OH）。经验式(Empiricalformula)：Cm(H2O)n,特殊情况：C2H4O2、C3H6O3(乳酸)、C5H10O4（脱氧核糖）和C6H12O5（鼠李糖）。根据官能团(functionalgroup)，碳水化合物分为：Aldoses（醛糖）和ketoses（酮糖）根据单糖聚合度(singlesugarunit)，碳水化合物分为：Monosaccharides（单糖）:1unitOligosaccharides（低聚糖）:2-10units(二糖Disaccharides:2units)Polysaccharides（多糖）:10units2Aldoses(醛糖)3Ketoses(酮糖)4Monosaccharides(单糖)5Oligosaccharides(低聚糖)蔗糖麦芽糖6Polysaccharides(多糖)纤维素直链淀粉7二、功能(Functions)1.碳水化合物可以提供生物体所需的能量和热量。2.碳水化合物可以用作重要的甜味剂和保藏剂。3.碳水化合物可以赋予食物风味和颜色。4.碳水化合物可以提供黏性、胶凝性和稳定性。82.1提供能量和热量根据目前中国膳食碳水化合物的实际摄入量,2000年联合国粮农组织重新修订了我国健康人群的碳水化合物供给量应为总能量摄入的55%-65%,以保障人体能量和营养素的需要。92.2用作甜味剂和保藏剂所有的单糖、部分低聚糖和糖醇都具有甜度但是多糖不具有甜味。单糖(Monosaccharides):葡萄糖(glucose),果糖(fructose),果葡糖浆(HFCS)等。低聚糖(Oligosaccharides):蔗糖(Sucrose),麦芽糖(Maltose),龙胆三糖(Gentianose),棉子糖(Raffinose)等。糖醇(Sugaralcohol):山梨糖醇(sorbitol),木糖醇(xylitol),赤藓糖醇(erythritol),异麦芽糖醇(Isomalt)等。10甜味剂•葡萄糖和果糖11•蔗糖和麦芽糖蔗糖麦芽糖12•山梨醇和木糖醇木糖醇山梨醇13以20oC时10%或15%的蔗糖溶液的甜度为1.0。•糖度糖甜度蔗糖α-D-葡萄糖β-D-果糖1.000.701.50α-D-半乳糖α-D-甘露糖α-D-木糖0.270.590.5014用作保藏剂(Preservers)例如：50%的蔗糖可以抑制酵母(yeasts)。65%的蔗糖可以抑制细菌(bacterias)。80%的蔗糖可以抑制霉菌(molds)。152.3赋予颜色和风味碳水化合物可以赋予食品诱人的色泽(金黄色或褐色)如，美拉德反应(Maillardreaction)产生的类黑精（Melanoidin),以及焦糖化反应(Caramelization)产生的焦糖色(Caramel)。碳水化合物可以赋予食品诱人的风味，如美拉德反应中斯特克勒尔(Streckerreaction)降解产生的吡嗪(Pyrazine)。162.4黏性、胶凝性和稳定性所有的糖都有黏性。糖的黏性与分子量成正相关。淀粉糖浆(Starchsyrup)和果葡糖浆常被用作提高食物黏度。多糖具有胶凝性，如淀粉(starch)、纤维素(cellulose)、羟甲基纤维素(CMC)、果胶(pectin)、瓜尔豆胶(guargum)和琼脂(agar)。多糖具有很好的亲水性和疏水性，可以改善食品的稳定性。如糊精(Cyclodextrins)、黄原胶(xanthangum)等。17•胶凝性(Gelatinization)Starch淀粉18•稳定性(Stabilization)糊精能够提高各种化合物的化学和物理稳定性。4141lipophilic(疏水的)centralcavityhydrophilic(亲水的)outersurfaceCyclodextrins（糊精）CCCCCC19第二节单糖分类(Classification)专业术语(Nomenclatures)构型和构象(Configurationandconformation)物理性质(Physicalproperties)化学性质(Chemicalproperties)单糖衍生物(Derivants)20一、分类分类(Classification):醛糖(Aldoses)和酮糖(Ketoses)丙糖(Trioses),丁糖(Tetroses),戊糖(Pentoses)，己糖(Hexoses)重要的单糖(Importantmonosaccharides):葡萄糖(Glucose),果糖(Fructose),半乳糖(Galactose),甘露糖(Mannose).21醛糖(Aldoses)手性碳原子(chiralcarbonatom)差向异构体(epimer)C4差向异构体C2C2差向异构体C422•手性碳原子甘油醛(Glyceraldehyde)(1)葡萄糖(Glucose)(4)23将连有四个不同基团的碳原子形象地称为手性碳原子2.1D-/L-型生物界中只存在D-型碳水化合物。L-甘油醛D-甘油醛根据甘油醛D-/L-型定义，将碳水化合物中离羰基最远的手性碳原子上的-OH在右方的，定义为D-型，而指向左方的则定义为L-型。24二、构型和构象D-型葡萄糖L-型葡萄糖25酮糖(Ketoses)C5差向异构体C5C262.2α/β型半缩醛上连接的羟基与末端碳上连接的羟基，在同侧的，为β型；在异侧的，为α型。αβ葡萄糖65654433221127265431αβ果糖221166334455282.3呋喃型/吡喃型吡喃型比呋喃型稳定PyranoidformFuranoidform29构象：由于分子中的某个原子（基团）绕C-C单键自由旋转而形成的不同的暂时性的易变的空间结构形式。不同的构象之间可以互相转变。构型：分子中由于某个原子（基团）特有的固定空间排列方式不同而使它呈现出不同的较稳定的结构。30两个聚合物具有相同的化学成分，但是必须通过键断裂或重组才能形成一样的空间结构，那么这两种聚合物被认为是构型不同。(e.g.L/D,α/β).两个聚合物之间可以通过单键的旋转形成一样的空间结构，那么这两种聚合物被认为是构象不同。(e.g.船式和椅式构象).31三、单糖物理性质甜度(Sweetness):感官评定法(Sensorycomparisonmethod)旋光性(Opticalactivity):旋光度(Opticalrotation),比旋光度(Specificrotation),变旋现象(Mutarotation)溶解性(Dissolubility):分子结构(Molecularstructure)和温度(Temperature)32以20oC时10%或15%的蔗糖溶液的甜度为1.0。其他的碳水化合物与该标准品做对比。3.1甜度(Sweetness)糖甜度蔗糖α-D-葡萄糖β-D-果糖1.000.701.50α-D-半乳糖α-D-甘露糖α-D-木糖0.270.590.5033糖的甜度与分子量成负相关性。所有的单糖、部分低聚糖和糖醇都具有甜度但是多糖不具有甜味。糖的甜度与分子构型有关。α-D-glucoseβ-D-glucoseβ-D-fructoseα-D-fructose343.2旋光性(Opticalactivity)旋光性是一种物质使偏振光的振动平面发生旋转的特性，使偏振光平面向右旋转的成为右旋糖，D-或（+）。使偏振光平面向左旋转的成为左旋糖，L-或（-）。除了丙酮糖(acetonesugar)外，单糖分子中都含有手性碳原子，因此其溶液都具有旋光性。糖比旋光度D-果糖D-葡萄糖D-半乳糖-92.4o+52.2o+80.2o麦芽糖蔗糖乳糖+130.4o+66.5o+55.4o35•变旋现象(Mutarotation)比旋光度是指1mL含有1g糖的溶液在其透光层为0.1m时使偏振光旋转的角度。变旋现象时比旋光度发生改变。α-D-glucoseβ-D-glucoseα/β型平衡β-D-fructoseα-D-fructoseα/β型平衡糖比旋光度α-D-glucoseβ-D-glucoseβ-D-fructoseα-D-fructose+112.2o+18.7o-133.5o-21o363.3溶解性(Dissolubility)单糖分子易溶于水，不溶于乙醚(ethylether)和丙酮(acetone)等有机溶剂。糖的溶解性与分子极性和温度有关。极性基团越多，溶解度就越高。果糖(fructose)葡萄糖(glucose)温度升高，溶解性增大。fructoseandglucose:50oC40oC30oC20oC373.4结晶性(Crystallinity)单糖中葡萄糖和二糖中蔗糖非常容易发生结晶现象。果糖(Frucose),转化糖(invertsugar),淀粉糖浆(starchsyrup)不会发生结晶现象。383.5黏度(Viscosity)所有的糖溶液都具有黏度。糖的黏度与分子质量成正相关性。葡萄糖和果糖(glucoseandfructose)蔗糖(sucrose)淀粉糖浆(Starchsyrup)和果葡糖浆(HFCS)常用于提高食品的黏度。39四、化学性质异构化作用(Isomerization)葡萄糖Glucose甘露糖Mannose果糖Fructose脱水反应(Dehydrationreaction)Sugar(糖）Furfural(糠醛)酯化反应(Esterificationformation)Sugar(糖）Ester(酯)氧化反应(Oxidationreaction)R-CHO(醛基)R-COOH(羧酸基）还原反应(Reductionreaction)R-CHO(醛基)R-CH2OH(伯醇基)40异构化反应(Isomerization)果糖葡萄糖甘露糖烯醇式中间体41葡萄糖(glucose)葡萄糖醇(glucitol)甘露糖(mannose)甘露醇(mannitol)木糖(xylose)木糖醇(xylitol)还原反应(Reducingreaction)木糖木糖醇42五、单糖衍生物氨基糖(Aminosugars)糖苷(Glycosides)糖醇(Sugaralcohols)脱氧糖(Deoxysugars)435.1氨基糖(Aminosugars)一个或多酚羟基被氨基取代而生成的化合物。例如葡萄糖胺(D-Glucosamine)半乳糖胺(D-Galactosamine)D-GalactosamineD-Glucosamine445.2糖苷(Glycosides)羰基与其他醇分子的羟基或酚羟基结合形成半缩醛或酮。通过O-(anO-glycoside),N-(aglycosylamine),S-(athioglycoside)orC-(aC-glycoside)糖苷键连接.455.3糖醇(Sugaralcohols)山梨醇(sorbitol),甘露醇(mannitol),半乳糖醇(dulcitol),木糖醇(xylitol),阿拉伯醇(arabitol)糖醇的性质:亲水性(hydrophilic)润湿剂(humectants)口感凉爽(Coolfeeling)低热值(Lowcalories)木糖醇465.4脱氧糖(Deoxysugars)单糖分子中的一个或多个羟基被氢原子取代生成的化合物称为脱氧糖。脱氧核糖(desoxyribose),海藻糖(fucose),鼠李糖(rhamnose).脱氧核糖鼠