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1、食品化学第三章碳水化合物图文现在学习的是第1页，共28页93（3）淀粉淀粉醚醚化化淀粉含有大量的淀粉含有大量的羟羟基，如少量的基，如少量的羟羟基被基被酯酯化、化、醚醚化或氧化，化或氧化，则则淀粉的性淀粉的性质质将将发发生相当大的生相当大的变变化，从而化，从而扩扩大了淀粉的用途。大了淀粉的用途。淀粉分子中淀粉分子中D-吡喃葡萄糖上三个游离吡喃葡萄糖上三个游离羟羟基均可基均可进进行行醚醚化。低取代度化。低取代度(degree of substitution,DS)的的羟羟乙基淀粉糊化温度降低，淀粉乙基淀粉糊化温度降低，淀粉颗颗粒的溶粒的溶胀胀速速度加快，淀粉糊形成凝胶和老化的度加快，淀粉糊形成凝胶
2、和老化的趋势趋势减弱。减弱。羟烷羟烷基淀粉基淀粉如如羟羟丙基淀粉可作丙基淀粉可作为为色拉色拉调调味汁、味汁、馅饼馅饼食品的添加食品的添加剂剂和其他食品的增稠和其他食品的增稠剂剂。（4）淀粉淀粉酯酯淀粉和酸式正磷酸淀粉和酸式正磷酸盐盐、酸式焦磷酸、酸式焦磷酸盐盐以及三聚磷酸以及三聚磷酸盐盐的混合物在一的混合物在一定温度范定温度范围围内反内反应应可制成淀粉磷酸可制成淀粉磷酸单单脂。淀粉脂。淀粉单单磷酸磷酸酯酯因具有极好的因具有极好的冷冷冻冻-解解冻稳冻稳定性定性，通常作，通常作为为冷冷冻冻肉汁和冷肉汁和冷冻冻奶油奶油馅饼馅饼的增稠的增稠剂剂。淀粉可与有机酸在加淀粉可与有机酸在加热热条件下反条件下反
3、应应生成淀粉有机酸生成淀粉有机酸酯酯，其，其增稠性、增稠性、糊的透明性和糊的透明性和稳稳定性均定性均优优于天然淀粉于天然淀粉，可用作焙烤食品、，可用作焙烤食品、汤汤汁粉料、汁粉料、沙司、布丁、冷沙司、布丁、冷冻冻食品的增稠食品的增稠剂剂和和稳稳定定剂剂，以及脱水水果的保，以及脱水水果的保护护涂涂层层和保香和保香剂剂、微胶囊包被、微胶囊包被剂剂。现在学习的是第2页，共28页94（5）交交联联淀粉淀粉交交联联淀粉是由淀粉是由淀粉与含有双或多官能淀粉与含有双或多官能团团的的试剂试剂反反应应生成的衍生物。两生成的衍生物。两条相条相邻邻的淀粉的淀粉链链各有一个各有一个羟羟基被基被酯酯化，因此，化，因此，
4、在毗在毗邻邻的淀粉的淀粉链链之之间间可形成一可形成一个化学个化学桥键桥键，这类这类淀粉称淀粉称为为交交联联淀粉。淀粉。这这种由淀粉种由淀粉链链之之间间形成的共价形成的共价键键能能阻阻止淀粉粒溶止淀粉粒溶胀胀，对热对热和振和振动动的的稳稳定性更大。定性更大。（6）氧化淀粉）氧化淀粉淀粉水淀粉水悬悬浮液与次浮液与次氯氯酸酸钠钠在低于糊化温度下反在低于糊化温度下反应发应发生水解和氧化，生成的氧生水解和氧化，生成的氧化化产产物平均每物平均每2550个葡萄糖残基有一个个葡萄糖残基有一个羧羧基，氧化淀粉用于色拉基，氧化淀粉用于色拉调调味料和蛋黄味料和蛋黄酱酱等等较较低粘度的填充料，但它不同于低粘度低粘度的
5、填充料，但它不同于低粘度变变性淀粉，既性淀粉，既不易老化也不能凝不易老化也不能凝结结成成不透明的凝胶。不透明的凝胶。OO OOHOHO OCOOCOOOHOHO OOHOHOHOHCHCH 2 2OHOHO O氧化淀粉氧化淀粉现在学习的是第3页，共28页种类直链淀粉/支链淀粉糊化温度范围()性质普通淀粉1:36272冷却解冻稳定性不好糯质淀粉0:16370不易老化高直链淀粉3:24:16692颗粒双折射小于普通淀粉酸变性淀粉可变6979与未变性淀粉相比，热糊的粘性降低羟乙基化淀粉可变5868(DS)0.04增加糊的透明性，降低老化作用磷酸单酯淀粉可变5666降低糊化温度和老化作用交联淀粉淀粉可
6、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5565糊状物透明，稳定性好95玉米淀粉改性前后的性玉米淀粉改性前后的性质质比比较较现在学习的是第4页，共28页96（二）、（二）、糖原糖原糖原又称糖原又称动动物淀粉，是肌肉和肝物淀粉，是肌肉和肝脏组织脏组织中的主要中的主要储储存存的碳水化合物，因的碳水化合物，因为为它在肌肉和肝它在肌肉和肝脏脏中的中的浓浓度都很低，糖度都很低，糖原在食品中的含量很少。原在食品中的含量很少。糖原是同聚糖，与支糖原是同聚糖，与支链链淀粉的淀粉的结结构相似，含构相似，含-D-(1,4)和和-D-(1,6)糖苷糖苷键键；但糖原比支；但糖原比支链
7、链淀粉的分子量更大，支淀粉的分子量更大，支链链更多。从玉米淀粉或其他淀粉中也可分离出少量植物糖更多。从玉米淀粉或其他淀粉中也可分离出少量植物糖原（原（phytoglycogen），它属于），它属于低分子量和高度支化的多低分子量和高度支化的多糖。糖。现在学习的是第5页，共28页97三、三、纤维纤维素和半素和半纤维纤维素素（一）、（一）、纤维纤维素素由由-D-吡喃葡萄糖基吡喃葡萄糖基单单位通位通过过14糖苷糖苷键连键连接而成的接而成的高分子直高分子直链链不溶不溶性的均一高聚物。性的均一高聚物。纤维纤维素分子在广泛区域内素分子在广泛区域内缔缔合，形成多晶合，形成多晶纤维纤维束。束。结结晶区是由大量晶
8、区是由大量氢氢键连键连接而成，接而成，结结晶区之晶区之间间由无定形区隔开。由无定形区隔开。纤维纤维素不溶于水，欲使素不溶于水，欲使纤维纤维素溶于水，大多数素溶于水，大多数氢键氢键必必须须立即被打破。立即被打破。纤维纤维素和改性素和改性纤维纤维素是一种膳食素是一种膳食纤维纤维，不提供，不提供营营养与养与热热量，但具有重量，但具有重要的功能。要的功能。纯纯化的化的纤维纤维素粉末被用作食品配料素粉末被用作食品配料.现在学习的是第6页，共28页改性纤维素改性纤维素现在学习的是第7页，共28页981.羧羧甲基甲基纤维纤维素（素（CMC）纤维纤维素素经经化学改性，可制成化学改性，可制成纤维纤维素基食物胶。
9、最广泛素基食物胶。最广泛应应用的用的纤维纤维素衍生物是素衍生物是羧羧甲基甲基纤维纤维素素钠钠，它是用，它是用氢氢氧化氧化钠钠-氯氯乙酸乙酸处处理理纤维纤维素制素制成的，一般成的，一般产产物的取代度物的取代度DS为为0.30.9，聚合度，聚合度为为5002000，其反，其反应应如下所示：如下所示：OHOHO OOHOHCHCH2 2OCHOCH 2 2COONaCOONa+O On nNaOHNaOHn nO OClCHClCH 2 2COOHCOOHOHOHO OCHCH 2 2 OHOHOHOH纤维纤维素素羧羧甲基甲基纤维纤维素素钠盐钠盐现在学习的是第8页，共28页99 高粘度和高粘度和稳稳
10、定作用定作用 CMC分子中的大量的离子化分子中的大量的离子化羧羧基具有基具有静静电电斥斥力力，这这使使CMC分子在溶液中分子在溶液中处处于伸展状于伸展状态态。相。相邻链间邻链间的相互排斥作用使的相互排斥作用使CMC溶液具有溶液具有高粘性高粘性和和稳稳定的定的倾倾向向。CMC能能稳稳定蛋白定蛋白质质分散体系，特分散体系，特别别是在接近等是在接近等电电点的点的pH值值。如。如鸡鸡蛋清可用蛋清可用CMC一起干燥或一起干燥或冷冷冻冻而得到而得到稳稳定定 CMC也能提高乳制品也能提高乳制品稳稳定性以防止酪蛋白沉淀。定性以防止酪蛋白沉淀。现在学习的是第9页，共28页1002.甲基甲基纤维纤维素和素和羟羟丙
11、基丙基纤维纤维素素甲基甲基纤维纤维素是素是纤维纤维素的素的醚醚化衍生物，其制化衍生物，其制备备方法与方法与羧羧甲基甲基纤维纤维素相似，在素相似，在强强碱性条件下将碱性条件下将纤维纤维素同三素同三氯氯甲甲烷烷反反应应即得到即得到甲基甲基纤维纤维素（素（methylcelluose,MC）,取代度依反取代度依反应应条件而定，条件而定，商商业产业产品的取代度一般品的取代度一般为为1.12.2。羟羟丙基甲基丙基甲基纤维纤维素（素（Hydroxypropylmethylcellulose,HPMC）是）是纤维纤维素与素与氯氯甲甲烷烷和和环环氧丙氧丙烷烷在碱性条件下反在碱性条件下反应应制制备备的，取代度通
12、常在的，取代度通常在0.0020.3范范围围。现在学习的是第10页，共28页101 冷水可溶。冷水可溶。甲基和甲基和羟羟丙基丙基醚醚基沿着主基沿着主链链伸伸向空向空间间，阻止了，阻止了纤维纤维素分子素分子间缔间缔合。合。由于极性由于极性较较小的小的醚醚基替代了持水的基替代了持水的羟羟基，因而基，因而水合能力有所下降。因此，当水溶液加水合能力有所下降。因此，当水溶液加热时热时，高聚物溶高聚物溶剂剂化的水分子从主化的水分子从主链链上解离出来，水上解离出来，水合明合明显显下降，分子下降，分子间缔间缔合加合加强强，产产生胶凝。一生胶凝。一旦温度降低，又开始溶解，所以旦温度降低，又开始溶解，所以胶凝是可
13、逆胶凝是可逆的。的。这这是此是此类类胶的独特性胶的独特性质质，即加即加热时热时形成凝形成凝胶，冷却胶，冷却时时溶解。溶解。现在学习的是第11页，共28页102甲基甲基纤维纤维素的素的4种重要功能：种重要功能：增稠增稠表面活性（非离子纤维素醚）表面活性（非离子纤维素醚）成膜性成膜性形成热凝胶（冷却时熔化）形成热凝胶（冷却时熔化）用于油炸食品用于油炸食品油摄入可减少油摄入可减少50%50%使用甲基纤维素可以减少脂肪用量，两个机理：使用甲基纤维素可以减少脂肪用量，两个机理：（a 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；）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 b）可
14、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）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。构具有阻油和持水的能力，它好似一种粘合剂。现在学习的是第12页，共28页103（二）、半（二）、半纤维纤维素素半半纤维纤维素也植物素也植物细细胞壁的构成成分，是一胞壁的构成成分，是一类类聚合物，水解聚合物，水解时时生生成的大量成的大量戊糖、葡萄糖戊糖、葡萄糖醛醛酸和某些脱氧糖酸和某些脱氧糖。食品中最普遍存在的半食品中最普遍存在的半纤维纤维素是由素是由-(1，4)-D-吡喃木糖吡喃木糖单单位位组组成的木聚糖，成的木聚糖，这这种聚合物通常含有种聚合物
15、通常含有连连接在某些接在某些D-木糖基木糖基3碳位上碳位上的的-L-呋呋喃阿拉伯糖基喃阿拉伯糖基侧链侧链，其他特征成分是，其他特征成分是D-葡萄糖葡萄糖醛醛酸酸4-O-甲基甲基醚醚，D-或或L-半乳糖和乙半乳糖和乙酰酯酰酯基。基。半半纤维纤维素素在食品焙烤中最主要的作用在食品焙烤中最主要的作用是提高面粉是提高面粉对对水的水的结结合合能力，改善面包面能力，改善面包面团团的混合品的混合品质质，降低混合所需能量，有助于蛋，降低混合所需能量，有助于蛋白白质质的的掺掺合，合，增加面包体增加面包体积积。含植物半。含植物半纤维纤维素的面包比不含半素的面包比不含半纤纤维维素的可推素的可推迟变迟变干硬的干硬的时
16、间时间。半。半纤维纤维素也是膳食素也是膳食纤维纤维的来源之一。的来源之一。现在学习的是第13页，共28页104四、果胶四、果胶（一）、果胶物（一）、果胶物质质的化学的化学结结构与分构与分类类天然果胶存在于所有陆生植物的细胞壁和细胞中间天然果胶存在于所有陆生植物的细胞壁和细胞中间层。层。果胶分子的主链是由果胶分子的主链是由150-500150-500个个-D-D-吡喃半乳糖醛吡喃半乳糖醛酸基酸基（相对分子质量为（相对分子质量为30,000-30,000-1,000,000?1,000,000?）通过）通过1,41,4糖苷键糖苷键连接而成的连接而成的 ，在主链中相隔一定距离含有，在主链中相隔一定距
17、离含有L-L-鼠李吡喃糖基侧链鼠李吡喃糖基侧链，因此果胶分子结构由均匀区与毛，因此果胶分子结构由均匀区与毛发区组成。发区组成。均匀区均匀区是由是由-D-D-吡喃半乳糖醛酸基组成吡喃半乳糖醛酸基组成毛发区毛发区是由高度支链的是由高度支链的-L L -鼠李半乳糖醛酸组鼠李半乳糖醛酸组成。成。现在学习的是第14页，共28页105现在学习的是第15页，共28页果胶物质的分类果胶物质的分类部分羧基被甲醇酯化部分羧基被甲醇酯化酯化度（酯化度（DEDE）：）：酯化的半醛酸酯化的半醛酸残基残基(羧基羧基)数占半乳糖醛酸残数占半乳糖醛酸残基总数的百分数。基总数的百分数。高甲氧基果胶高甲氧基果胶 HM DE50%
18、HM DE50%低甲氧基果胶低甲氧基果胶 LM DE50%LM DE50%（HM）时，）时，形成凝胶的条件：可溶性固形成凝胶的条件：可溶性固形物（一般是糖）超过形物（一般是糖）超过55%，pH2.0-3.5。当当DE50%（LM）时，）时，通过加入通过加入Ca2+形成凝胶，可形成凝胶，可溶性固形物为溶性固形物为10-20%，pH2.5-6.5。根据胶凝时间和胶凝温度将根据胶凝时间和胶凝温度将HM果胶分类果胶分类快速胶凝的果胶（高酯化度）在快速胶凝的果胶（高酯化度）在pH3.3pH3.3也可以胶凝。也可以胶凝。慢速胶凝的果胶（低酯化度）在慢速胶凝的果胶（低酯化度）在pH2.8pH2.8可以胶凝。
19、可以胶凝。现在学习的是第20页，共28页108（三）形成凝胶机理（三）形成凝胶机理 HM果胶溶液须糖和酸存在。糖果胶溶液须糖和酸存在。糖-酸酸-果胶凝胶果胶凝胶在果胶溶液中加入足够的酸和糖就会胶凝。由于果胶溶液在果胶溶液中加入足够的酸和糖就会胶凝。由于果胶溶液pHpH降低时降低时，高度水合和带电的，高度水合和带电的羧基羧基转变成转变成不带电荷不带电荷的和仅的和仅少量水合的羧基。失去了一些电荷和少量水合的羧基。失去了一些电荷和降低了水合程度降低了水合程度后，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
20、溶液。由于高浓和网状结构，网孔中固定了溶质分子的水溶液。由于高浓度度糖（糖（6565，至少，至少5555）能竞争水合水）能竞争水合水，因而降低了分，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。的形成。影响凝胶的形成条件和凝胶强度的因素，最主要的是影响凝胶的形成条件和凝胶强度的因素，最主要的是分子分子链长和连接区的化学性质链长和连接区的化学性质。链越长，凝胶强度越大。酯化链越长，凝胶强度越大。酯化度、温度、度、温度、pHpH、离子强度、糖浓度、离子强度、糖浓度。现在学习的是第21页，共28页111（四）果胶的主要用途（四
21、）果胶的主要用途果酱与果冻的胶凝剂果酱与果冻的胶凝剂慢胶凝的慢胶凝的HM果胶和果胶和LM果胶用于制造凝胶软糖。添加量果胶用于制造凝胶软糖。添加量2-5%。酸奶的水果基质酸奶的水果基质 LM果胶特别适合果胶特别适合增稠剂和稳定剂增稠剂和稳定剂HM果胶可应用于乳制品。在果胶可应用于乳制品。在pH3.5-4.2能阻止加热时酪蛋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。牛奶与果汁的混合物。HM和和LM果胶也能用于蛋黄酱、番茄酱、混浊型果汁饮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。添加量一般料以
22、及冰淇淋等。添加量一般1%。现在学习的是第22页，共28页112第四第四节节 膳食膳食纤维纤维一、概述一、概述膳食膳食纤维纤维被被现现代医学界和代医学界和营营养学界公养学界公认为继认为继蛋白蛋白质质、脂肪、脂肪、碳水化合物、碳水化合物、矿矿物物质质、维维生素等六大生素等六大营营养素之后并列的影响养素之后并列的影响人体健康所必需的人体健康所必需的“第七大第七大营营养素养素”。现在学习的是第23页，共28页113二、膳食二、膳食纤维纤维的的结结构与性构与性质质1 膳食膳食纤维纤维的定的定义义1985年美国食品与年美国食品与药药物管理局（物管理局（FDA）和世界）和世界卫卫生生组织组织（WHO）定）
23、定义义膳食膳食纤纤维为维为“能用公能用公认认的定量方法的定量方法测测定的，人体消化器官不能水解的定的，人体消化器官不能水解的动动植物植物组组成成分成成分”；根据根据联联合国合国FAO和美国和美国FDA的定的定义义：“膳食膳食纤维纤维是指各种食用是指各种食用动动植物的所植物的所有构成成分中，不受人的消化有构成成分中，不受人的消化酶酶作用而作用而发发生加水分解作用的物生加水分解作用的物质质”；膳食膳食纤维纤维定定义义工作委工作委员员会于会于1999年年11月月2日在日在84th美国谷物化学家美国谷物化学家协协会会（AACC）年会上）年会上举举行行专门专门会会议对议对膳食膳食纤维纤维的定的定义进义进
24、行了行了讨论讨论，膳食，膳食纤维纤维被定被定义为义为“凡是不能被人体内源凡是不能被人体内源酶酶消化吸收的可食用植物消化吸收的可食用植物细细胞、多糖、木胞、多糖、木质质素以及素以及相关物相关物质质的的总总和和”，这这一定一定义义包括了食品中的大量包括了食品中的大量组组成成分：成成分：纤维纤维素、半素、半纤维纤维、低聚糖、果胶、木低聚糖、果胶、木质质素、脂素、脂质类质质类质素、胶素、胶质质、改性、改性纤维纤维素、粘素、粘质质及及动动物性壳物性壳质质、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、在植物体内含量较较少的成少的成分，如糖蛋白、
25、角分，如糖蛋白、角质质、蜡和多酚脂等也包括在内。、蜡和多酚脂等也包括在内。虽虽然，膳食然，膳食纤维纤维在人的口腔、胃、小在人的口腔、胃、小肠肠内不能消化吸收，但人体大内不能消化吸收，但人体大肠肠内的某些内的某些微生物能降解部分膳食微生物能降解部分膳食纤维纤维，从，从这这种意种意义义上来上来说说，膳食，膳食纤维纤维的的净净能量不能量不严严格等格等于零。于零。现在学习的是第24页，共28页1142.2 按膳食按膳食纤维纤维的来源分的来源分2 膳食膳食纤维纤维的分的分类类水溶性膳食水溶性膳食纤维纤维（SDF）2.1 按膳食按膳食纤维纤维在水中的溶解能力分在水中的溶解能力分水不溶性膳食水不溶性膳食纤维
26、纤维（IDF）植物植物类类动动物物类类合成合成类类现在学习的是第25页，共28页115（1）溶解性与黏性）溶解性与黏性（2）具有很高的持水性）具有很高的持水性（3）对对有机化合物的吸附作用有机化合物的吸附作用3、膳食、膳食纤维纤维的理化特性的理化特性（4）对对阳离子的阳离子的结结合和交合和交换换作用作用（5）改）改变肠变肠道系道系统统中微生物群系中微生物群系组组成成（6）容）容积积作用作用现在学习的是第26页，共28页116三、膳食三、膳食纤维纤维的生理功能的生理功能1、营营养功能养功能2、预预防肥胖症和防肥胖症和肠肠道疾病道疾病3、预预防心血管疾病防心血管疾病4、降低血、降低血压压5、降血糖
27、、降血糖6、抗乳腺癌、抗乳腺癌7、膳食、膳食纤维纤维抗氧化抗氧化性和清除自由基作用性和清除自由基作用8、提高人体免疫能力、提高人体免疫能力9、改善和增、改善和增进进口腔、口腔、牙牙齿齿的功能的功能10、其它作用、其它作用现在学习的是第27页，共28页117五、膳食五、膳食纤维纤维的安全性的安全性大量大量摄摄入入膳食膳食纤维纤维，因，因肠肠道道细细菌菌对纤维对纤维素的酵解作用而素的酵解作用而产产生生挥发挥发性脂肪酸、二氧化碳及甲性脂肪酸、二氧化碳及甲烷烷等等，可引起人体，可引起人体腹腹胀胀、胀胀气气等不适反等不适反应应。影响人体影响人体对对蛋白蛋白质质、脂肪、碳水化合物的吸收，膳食、脂肪、碳水化
28、合物的吸收，膳食纤维纤维的食物的食物充盈作用引起膳食脂肪和能量充盈作用引起膳食脂肪和能量摄摄入量的减少，入量的减少，还还可直接吸附或可直接吸附或结结合脂合脂质质，增加其排出；具有凝胶特性的，增加其排出；具有凝胶特性的纤维纤维在在肠肠道内形成凝胶，可以分隔、道内形成凝胶，可以分隔、阻留脂阻留脂质质，影响蛋白，影响蛋白质质、碳水化合物和脂、碳水化合物和脂质质与消化与消化酶酶及及肠肠粘膜的接触，粘膜的接触，从而影响人体从而影响人体对这对这些能量物些能量物质质的生物利用率。的生物利用率。对对于一些于一些结结构中含有构中含有羟羟基或基或羰羰基基基基团团的膳食的膳食纤维纤维，可与人体内的，可与人体内的一些有益一些有益矿矿物元素，形成复合物，最物元素，形成复合物，最终终随随粪粪便一起排出体外，便一起排出体外，进进而影而影响响肠肠道内道内矿矿物元素的生理吸收。物元素的生理吸收。一些研究表明，膳食一些研究表明，膳食纤维纤维可束可束缚缚一些一些维维生素，生素，对对脂溶性脂溶性维维生素有生素有效性效性产产生影响。生影响。膳食膳食纤维纤维的安全性目前存在一定的争的安全性目前存在一定的争议议，有些有待，有些有待进进一步研究。一步研究。现在学习的是第28页，共28页