碳水化合物

碳水化合物（1）Carbohydrates一、概述•自然界最丰富的有机物，约占生物物质的3/4•植物体中含量最丰富，约占其干重的85%-90%，其中最多的是纤维素。•人类消费的食品的主要碳水化合物是淀粉和糖（葡萄糖、果糖、乳糖及蔗糖）•是生命活动所需能量的主要来源（80%）食品中的碳水化合物食品中的糖类化合物(%)产品总糖量单糖和双糖多糖苹果14.5葡萄糖1.17果糖6.04蔗糖3.78淀粉1.5纤维素1.0葡萄17.3葡萄糖2.09果糖2.40蔗糖4.25纤维素0.6胡萝卜9.7葡萄糖2.07果糖1.09蔗糖4.25淀粉7.8纤维素1.0甜玉米22.1蔗糖12-17纤维素0.7甘薯26.3葡萄糖0.87蔗糖2-3淀粉14.65纤维素0.7肉葡萄糖0.1糖原0.1碳水化合物与食品质量•食品的褐变：与参与反应的还原糖种类和浓度密切相关。•食品的质构：软、脆、弹性等质构特征与淀粉、果胶等多糖密切有关•食品甜味：单糖和双糖是最重要的甜味物质•食品香气：各类烤肉香气与糖的热反应产物密切相。二、结构知识要点1、英文关键词•Carbohydrate:ThegeneralformulaofacarbohydrateisCx(H2O)y•Monosaccharide(simplesugar):Acarbohydratewith3–7carbonatoms.•Disaccharide:Acarbohydratecomposedoftwomonosaccharides.•Polysaccharide(complexcarbohydrate):Acarbohydratethatisapolymerofmonosaccharides.2、醛糖和酮糖：Thefamily-nameending-oseindicatesacarbohydrate.•Aldose:Amonosaccharidethatcontainsanaldehydecarbonylgroup.•Ketose:Amonosaccharidethatcontainsaketonecarbonylgroup.3、D和L构型：a“right-handed”Dformanda“left-handed”Lform.•DSugar:Monosaccharidewiththe-OHgrouponthechiralcarbonatomfarthestfromthecarbonylgrouppointingtotherightinaFischerprojection.•LSugar:Monosaccharidewiththe-OHgrouponthechiralcarbonatomfarthestfromthecarbonylgrouppointingtotheleftinaFischerprojection.•ConsistentlywritingmonosaccharideformulasasFischerprojectionsallowsustoidentifytheDandLformsataglance.区别单糖的D和L构型4、单糖的旋光性偏振光的振动面（光振动方向与光传播方向所成的平面）以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为旋光现象。单糖具有旋光性，旋转的角度与物质的性质、长（厚）度以及入射光波长等有关。利用糖溶液的旋光性就可以测出糖溶液的浓度。5、差向异构C-2差向异构体C-4差向异构体CHOCH2OHCHOCH2OHD-葡萄糖CHOCH2OHD-半乳糖D-甘露糖D-葡萄糖与D-甘露糖在构型上只有C2构型不同，称为差向异构。多个手性碳的异构体，彼此间只有一个手性碳原子的构型不同，而其余的碳原子构型都相同的两种糖，称为差向异构体。α与β差向异构Aldehydesandketonesreactreversiblywithalcoholstoyieldhemiacetals.Simplesugarshavehydroxylgroupsandacarbonylgroupinthesamemolecule,internalhemiacetal（半缩醛）formationispossible.葡萄糖的α与β差向异构6、糖苷键（Glycosidicbond）7、还原糖与非还原糖乳糖：还原糖蔗糖：非还原糖9、变旋现象（Mutarotation）:Ordinarycrystallineglucoseisinthecyclicaform.Oncedissolvedinwater,equilibriumisestablishedamongtheopen-chainformandthetwoanomers.对葡萄糖而言：温度、浓度及其他化学环境的改变，溶液的旋光会发生变化。对寡糖而言，旋光度亦有规律性变化non-reducingIthydrolysisisdenotedasinvertsugarmutarotationchangeformpositivetonegativeβ-anomerlowerspecificrotation,cleavageofβ-glycosidesincreasesspecificrotation;α-anomerhigherspecificrotation,cleavageofα-glycosidesdecreasesspecificrotation三、单糖功能特性与化学反应1、单糖的功能特性：甜味、溶解性等（1）SensoryProperties（感官性质）Recognitionthreshold:thelowestconcentrationatwhichsweetnessstillperceivedDetectionthreshold.LowestrecognitionthresholdconcentrationThetemperaturedependenceofthetasteintensityisespeciallypronouncedinthecaseofD-fructoseitisbasedontheiso-mers-D-fructopyranoseisthesweetest（2）溶解度•一般T升高，溶解度增大，在同一T下，果糖的溶解度最高。•溶解度与渗透压有关，一定浓度的糖溶液其渗透压随浓度的增高而增大，渗透压越高的糖，对食品的保存越好。（3）吸湿性和保湿性吸湿性：糖吸收环境中水分的性质。保湿性：糖保持水分的性质。单糖和双糖的吸湿性为：果糖、转化糖葡萄糖、麦芽糖蔗糖。应用举例：面包、糕点、软糖等食品，需维持松软结构，应选吸湿性大的果糖或果葡糖浆、饴糖等。硬糖、酥糖及酥性饼干等需要干脆，应选吸湿性小的糖，如，葡萄糖或蔗糖。（4）结晶性单糖和双糖都具有不同程度的结晶性。蔗糖葡萄糖（晶体较蔗糖细小）果糖和转化糖。果糖和转化糖的适当应用，可通过控制结晶来改变糖果等的结构。乳糖溶解度较低，容易结晶，是牛奶冰激淋产生砂粒感的主要原因。结晶性-乳糖β-乳糖。乳糖可控制蔗糖结晶，纯蔗糖结晶时，晶体相互粘连成块，随着乳糖的加入，两者的结晶体均变的较小。2、单糖的化学反应1、异构化（弱碱的作用）：单糖对稀酸相对稳定，但在碱溶液中能发生多种反应，产生不同的产物。单糖在碱溶液中可发生分子重排通过烯二醇中间物互相转化（2）单糖的氧化：1）氧化成醛糖酸：醛糖＋氢氧化铜－－醛糖酸＋氧化铜将氢氧化铜（蓝色）还原为氧化铜（砖红色）2）氧化成醛糖二酸：D-葡萄糖＋硝酸－－D-葡糖二酸3）氧化成糖醛酸：葡萄糖＋酶－－葡萄糖醛酸D-葡糖二酸醛糖酸OxidationtoAldonicDicarboxylicandUronicAcid(糖醛酸)Analdonicacid（醛糖酸）isanyofafamilyofsugaracidsobtainedbyoxidationofthealdehydefunctionalgroupofanaldosestoformacarboxylicacidfunctionalgroupUndermildconditions,e.g.withbromineWaterinbufferedneutraloralkalinemedia,aldosesareoxidizedtoaldonicacids．TreatmentofaldoseWithmorevigorousoxidizingagentssuchasnitricacid,bringsaboutoxidationoftheC-1aldehydegroupandtheCH20Hgroupresultinginformationofadicarboxylicacid（3）单糖的脱水反应（与无机酸反应或呈色反应）在强酸作用下戊糖脱水生成糠醛。己糖脱水生成5－羟甲基糠醛Molischreaction:糠醛或羟甲基糠醛＋α－萘酚-----红紫色化合物,（用于鉴别糖类物质）Seliwanoffreaction:酮糖＋HCl+间苯二酚-----迅速出现红色（大约20秒）醛糖＋HCl+间苯二酚-----加热后缓慢出现红色（大约2分钟）用来鉴别酮糖或醛糖。（4）非酶褐变反应：又称maillardreaction反应物（1）糖类或含有羰基的化合物：谷物类食品含有羰基，来源于各种多糖、低聚糖、单糖油脂：氧化酸败产生的醛和酮（2）氨基酸或含氨基的化合物各类含蛋白质的食品，非纯化的处理动物源性食品、植物源性食品都存在（3）水三类物质共同存在是发生反应的基本条件含糖量较高，含水量适中最易发生反应反应过程初期阶段：羰氨缩合分子重排：阿姆德瑞（Amadori）重排、海因斯（Heyenes）重排阿姆德瑞（Amadori）重排海因斯（Heyenes）重排末期阶段：醇醛缩合生成黑色素Melanoidinpigments反应条件（1）羰基化合物的影响反应速度:五碳糖六碳糖五碳糖中：核糖＞阿拉伯糖＞木糖；六碳糖中：半乳糖＞甘露糖＞葡萄糖（2）氨基化合物胺类氨基酸蛋白质氨基酸中：碱性氨基酸的褐变速度快（3）pH的影响pH3以上，其反应速度随pH的升高而加快（4）反应物浓度与反应物浓度成正比，水分在10%～15%时，褐变易进行。（5）温度：随温度的升高而加快（6）金属离子：铁和酮促进褐变，Fe3+比Fe2+更为有效反应对食品质量的影响有害食品品质：色泽变差：黄花菜、中草药、红薯粉丝、腐竹等营养损失：必须氨基酸损失（赖氨酸）有益食品品质：促进色泽、风味变好：茶叶、咖啡、酱油、面包、烤鸡等反应控制方法稀释、降低pH、降低温度、除去一种作用物（一般除去糖）、钙化合物：可同氨基酸结合生成不溶性化合物使用亚硫酸盐。二氧化硫毒理：漂白剂、杀菌剂，自古以来，长期在数十种食品中使用低毒，使部分哮喘病人哮喘复发吊白块：次硫酸氢钠甲醛分子式为：NaHSO2·CH2O·2H2O酸、热分解为：甲醛、二氧化硫和硫化氢吊白块毒性甲醛，是细胞原浆毒，能使蛋白质凝固；硫化氢刺激嗅觉与味觉（5）焦糖化反应（Caramelreaction)糖类在没有含氨基化合物存在的条件下，加热到其熔点以上温度时，会生成黑褐色色素物质，这种反应称焦糖化反应。糖类在受热情况下，生成两类物质：一类是糖的脱水聚合物，即焦糖或称酱色物；一类是裂解产物，主要由挥发性醛、酮等物质组成。焦糖化反应时，不同的技术助剂，不同的温度，不同的保温时间，不同的PH值，可以得到迥然不同的产品。关于焦糖色中四-甲基咪唑问题焦糖是一种在食品中应用范围十分广泛的天然着色剂.60年代，由于其存在的环化物四-甲基咪唑毒性问题，曾一度被各国政府禁用。后经科学家们的多年努力研究，证明它是无害的，联合国粮食与农业组织（FAO），联合国世界卫生组织（WHO），国际食品添加剂联合专家委员会（JECFA）等均已确认焦糖是安全的，但对其四-甲基咪唑作了限量的规定。近年来，世界各国的焦糖工业加速了发展。据文献介绍、英、法、德各国年产量均在1.1万吨以上，美国年产量在10万吨以上，而我国的年产量却未见有统计数字。我国焦糖色生产情况中国过去只生产一