糖類的食品性質(zhì)與功能

1、第十七章 糖類的食品性質(zhì)與功能,第一節(jié) 單糖與低聚糖的 食品性質(zhì)與功能,一、物理性質(zhì)與功能 （一）親水性 定義：糖類的羥基通過氫鍵與水分子相互 作用，導(dǎo)致糖類及其許多聚合物的 溶劑化和（或）增溶作用。 1、結(jié)構(gòu)與吸濕性,表1 糖在潮濕空氣中吸收的水分 （%，20℃）,由表1可推得糖的吸濕性大小為： 果糖>高

2、轉(zhuǎn)化糖>低轉(zhuǎn)化和中度轉(zhuǎn)化的淀粉糖>無水葡萄糖>蔗糖>葡萄糖>乳糖 注：結(jié)晶完好的糖不易潮解，因為糖的大多數(shù)氫鍵部位已經(jīng)參與形成糖-糖-氫鍵。,2、純度與吸濕性 不純的糖或糖漿比純糖的吸濕性強， 并且吸濕的速度也快：這是因為雜質(zhì)的 作用是干擾定向的分子間力（主要是指 糖分子間形成的氫鍵），于是糖的羥基 能更有效地同周圍的水形成氫鍵。,（二）甜味蜂蜜和大多數(shù)果實的甜味主要取決于

3、 蔗糖、D-果糖、葡萄糖的含量。 優(yōu)質(zhì)糖應(yīng)具備甜味純正，反應(yīng)快，很快 達到最高甜度，甜度高低適當(dāng)，甜味消 失迅速等特征。,表2 糖的相對甜度 （W/W，％）,表3 糖的溶解度,（三）溶解度,各種糖都能溶于水，其溶解度隨溫度升高而增大。,（四）結(jié)晶性蔗糖易結(jié)晶，晶體很大；葡萄糖也易結(jié)晶， 但晶體細??；果糖和轉(zhuǎn)化糖則較難于結(jié)晶。糖果制造時，要應(yīng)用糖結(jié)晶性質(zhì)上的差別。 例如，生產(chǎn)

4、硬糖果不能單獨用蔗糖，而應(yīng)添加 適量的淀粉糖漿（葡萄糖值42），這是因為： ①淀粉糖漿不含果糖，吸潮性較轉(zhuǎn)化糖低，糖 果保存性較好。②淀粉糖漿含有糊精，能增加 糖果的韌性、強度和粘性，使糖果不易碎裂。,（五）粘度葡萄糖和果糖的粘度較蔗糖低；淀粉糖漿的粘度較高，而且其粘度隨轉(zhuǎn)化程度的增高而降低。 葡萄糖的粘度隨著溫度升高而增大，而蔗糖的粘度則隨著溫度升高而減小。 在食品生產(chǎn)中，可借調(diào)節(jié)糖的粘度來提高食

5、品的稠度和可口性。,（六）滲透壓糖液的滲透壓對于抑制不同微生物的生長是有差別的。例如50％蔗糖溶液能抑制一般酵母的生長，但抑制細菌和霉菌的生長，則分別需要65％和80％的濃度。,（七）持味護色性 機理： 糖-水+風(fēng)味物 糖-風(fēng)味物+水風(fēng)味物通過二糖比通過單糖更能有效地 保留在食物中。較大的低聚糖也是風(fēng)味物的有效結(jié)合劑。,環(huán)糊精結(jié)構(gòu),?-環(huán)糊精分子結(jié)構(gòu),環(huán)糊精分子的空間填充模型,環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)

6、特點,中空圓柱形結(jié)構(gòu)高度對稱性 -OH在外側(cè)，C-H和環(huán)O在內(nèi)側(cè) 環(huán)的外側(cè)親水，中間空穴是疏水區(qū)域 作為微膠囊壁材，包埋脂溶性物質(zhì),環(huán)糊精的物理性質(zhì),環(huán)糊精的應(yīng)用 醫(yī)學(xué)：例如用環(huán)狀糊精包接前列腺素的試劑、注射劑。 食品行業(yè)：可用做增稠劑，穩(wěn)定劑，提高溶解度（作為乳化劑），掩蓋異味等等。 農(nóng)業(yè)：應(yīng)用在農(nóng)藥上,化妝品：作乳化劑，可以提高化妝品的穩(wěn)定性，減輕對 皮膚的刺激作用。 其它方面：香

7、精包埋在環(huán)狀糊精制成的粉末，而混合到熱 塑性塑料中，可制成各種加香塑料。 如tide（汰漬）洗衣粉留香，可經(jīng)CD包接香精 后添加到洗衣粉中。,二、化學(xué)性質(zhì)與功能,,糖苷在酸或酶的作用下，可水解生成單糖或低聚糖。,水解歷程：,（一）水解反應(yīng),影響水解反應(yīng)的因素： 結(jié)構(gòu)： α-異頭物水解速度>β-異頭物 呋喃糖苷水解速度>吡喃糖苷

8、 ?-D糖苷水解速度> ?-D糖苷 糖苷鍵的連接方式： ?-D: 1?6 < 1?2 < 1?4 < 1?3 ? -D:1?6 < 1?4 < 1?3 < 1?2,聚合度（DP）大小:水解速度隨著DP的增大而明顯減小。 溫度：溫度提高，水解速度急劇加快。 酸度：單糖在pH3~7范圍內(nèi)穩(wěn)定；糖苷在堿性介質(zhì)中相當(dāng)穩(wěn)定，但在

9、酸性介質(zhì)中易降解。,（二） 脫水反應(yīng),酸、熱條件下的反應(yīng)： 在室溫下，稀酸對單糖的穩(wěn)定性并無 影響。當(dāng)在酸的濃度大于12%的濃鹽酸以及 熱的作用下，單糖易脫水，生成糠醛及其衍生物。,,（三）復(fù)合反應(yīng) 單糖受酸和熱的作用，縮合失水生成 低聚糖的反應(yīng)稱為復(fù)合反應(yīng)。它水解反應(yīng) 的逆反應(yīng)。 例如：2 C6H12O6

10、 C12H22O11 + H2O,,,（四）焦糖化反應(yīng) 焦糖化反應(yīng)產(chǎn)生色素的過程： 糖經(jīng)強熱處理可發(fā)生兩種反應(yīng)： 分子內(nèi)脫水： 向分子內(nèi)引入雙鍵，然后裂解產(chǎn)生一些揮發(fā)性醛、酮，經(jīng)縮合、聚合生成深色物質(zhì)。環(huán)內(nèi)縮合或聚合： 裂解產(chǎn)生的揮發(fā)性的醛、酮經(jīng)縮合或聚合產(chǎn)生深色物質(zhì)。,三種商品化焦糖色素,蔗糖通常被用來制造焦糖色素和風(fēng)味物： 耐酸焦糖色素 由亞硫酸氫銨催化產(chǎn)生 應(yīng)用于可樂飲料

11、、酸性飲料 生產(chǎn)量最大 焙烤食品用焦糖色素 糖與胺鹽加熱，產(chǎn)生紅棕色 啤酒等含醇飲料用焦糖色素 蔗糖直接熱解產(chǎn)生紅棕色,焦糖化產(chǎn)品的風(fēng)味,面包風(fēng)味：,各種調(diào)味品和甜味劑的增強劑：,（五）互變異構(gòu)反應(yīng) 單糖，特別是還原糖，一般是以環(huán)式結(jié)構(gòu)存在，但少量存在的開鏈形式是進行某些反應(yīng)所必需的結(jié)構(gòu)，如環(huán)大小的轉(zhuǎn)變、變旋作用和烯醇化作用等，糖均以開鏈形式參入。,,,,,,,,,其次,為主,三、保健低聚糖類

12、 定義：低聚糖是指2～10個單糖以糖苷 鍵連接的結(jié)合物。 （一）低聚糖的保健作用 低聚糖類不被人體胃腸水解酶類水解，可順利到達大腸而成為人體腸道有益菌群的碳源，其保健作用主要是促進腸道有益菌群生長、增強免疫力和通便作用。,（二）常見的低聚糖 1、低聚果糖 定義：是在蔗糖分子上以β（1→2） 糖苷鍵結(jié)合1～3個果糖的寡糖。分子式為G

13、-F-Fn，n=1～3,低聚果糖的生理活性,增殖雙歧桿菌 難水解，是一種低熱量糖，可作為高 血壓、糖尿病和肥胖癥患者用甜味劑 水溶性膳食纖維 抑制腐敗菌，維護腸道健康 防止齲齒,低聚果糖存在于天然植物中 香蕉、蜂蜜、大蒜、西紅柿、洋蔥 產(chǎn)酶微生物 米曲霉、黑曲霉作為新型的食品甜味劑或功能性食品配料,2、低聚木糖,是由2～7個木糖以糖苷鍵連接而成的低聚糖，以二糖和三糖為主。木二糖含量↑，產(chǎn)品質(zhì)量↑ 甜度為蔗

14、糖的40%,木二糖的分子結(jié)構(gòu),低聚木糖的特性,較高的耐熱（100℃/1h）和耐酸性能（pH 2.5～8.0） 雙歧桿菌所需用量最小的增殖因子 代謝不依賴胰島素，適用糖尿病患者 抗齲齒，適合作為兒童食品的甜味添加劑。,3、甲殼低聚糖,降低肝臟和血清中的膽固醇 提高機體的免疫功能 抗腫瘤 增殖雙歧桿菌,甲殼低聚糖的結(jié)構(gòu),β-1,4,,D-氨基葡萄糖,水溶性 D-氨基葡聚糖,4、環(huán)狀低聚糖,是由葡萄糖通過?-1,4糖苷鍵連接而成

15、的環(huán)糊精：,N=6,N=7,N=8,第二節(jié) 多糖的食品性質(zhì)與功能,（一）多糖的溶解性,多羥基和氧原子，易形成氫鍵 糖基可結(jié)合水，使多糖分子完全溶劑化 大多數(shù)多糖不結(jié)晶凝膠或親水膠體不會顯著降低冰點，提供冷凍穩(wěn)定性 保護產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)，提供貯藏穩(wěn)定性,一、多糖的結(jié)構(gòu)與功能,（二）多糖的粘度,與分子的大小、形狀、構(gòu)象有關(guān) 主要具有增稠和膠凝功能 還可用于控制流體食品與飲料的流動性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)以及改變半固體食品的變形性等,（三）多

16、糖的流變性質(zhì),假塑性流體 剪切變?。杭羟兴俾试龈?，粘度快速下降 粘度變化與時間無關(guān) 觸變 也是剪切變稀 粘度與時間有關(guān) 溫度升高，粘度下降,（四）凝膠,三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 氫鍵、疏水相互作用、范德華引力、離子橋連、纏結(jié)或共價鍵 液相分散在網(wǎng)孔中,（五）直鏈多糖,帶電的，粘度提高 靜電斥力，鏈伸展，鏈長增加，占有體積增大 如海藻酸鈉、黃原膠及卡拉膠形成穩(wěn)定的高粘 溶液 不帶電的，傾向于締合、形成結(jié)晶 碰撞時形成分子

17、間鍵，分子間締合，重力作用 下產(chǎn)生沉淀和部分結(jié)晶 如淀粉老化,（一）淀粉的特性,,淀粉在植物細胞中以顆粒狀態(tài)存在。,形狀: 圓形、橢圓形、多角形等； 大小: 0.001~0.15毫米之間，馬鈴薯淀粉粒最 大，谷物淀粉粒最小。,晶體結(jié)構(gòu): 用偏振光顯微鏡觀察及X-射線研 究，能產(chǎn)生雙折射及X衍射現(xiàn)象。,二、淀粉,馬鈴薯淀粉的顆粒和偏光十字,直鏈淀粉 葡萄糖殘基以?-1,4糖

18、苷鍵連結(jié) 少量? -1,6糖苷鍵，支鏈點隔開很遠 分子內(nèi)的氫鍵作用成右手螺旋狀，每個 環(huán)含有6個葡萄糖殘基 相對分子質(zhì)量約為60 000左右聚合度約在300~400之間在水溶液中呈線性分子,支鏈淀粉,C鏈為主鏈，由? -1,4鍵連接 A、B鏈?zhǔn)侵ф?，A鏈由 ? -1,6鍵 與B鏈連結(jié)，B鏈又經(jīng)由 ? -1,6鍵 與C鏈連接 聚合度在6000以上，分子量可達 107~5?108 。,,,,（二）淀粉的

19、物理性質(zhì),白色粉末，在熱水中溶脹。純支鏈淀粉能溶于冷水中，直鏈淀粉則不能，但直鏈淀粉能溶于熱水。,無還原性； 遇碘呈藍色，加熱則藍色消失，冷后 呈藍色。 水解：酶解、酸解,（三）化學(xué)性質(zhì),（四）淀粉的糊化,糊化： 淀粉粒在適當(dāng)溫度下，在水中溶脹，分裂，形成均勻的糊狀溶液的過程被稱為糊化。其本質(zhì)是微觀結(jié)構(gòu)從有序轉(zhuǎn)變成無序。 糊化溫度： 指雙折射現(xiàn)象消失的溫

20、度。糊化溫度不是一個點，而是一段溫度范圍。,淀粉 開始糊化 完全糊化 （℃）粳米 59 61 糯米 58 63 大麥 58 63 小麥 65 68 玉米

21、 64 72 蕎麥 69 71 馬鈴薯 59 67 甘薯 70 76,β-淀粉：生淀粉分子排列緊密，成膠束結(jié)構(gòu) ?-淀粉：糊化淀粉 糊化程度～產(chǎn)品性質(zhì)（貯藏性和消化性）,,,,粘度～溫度,影響糊化的因素,結(jié)構(gòu): 直鏈淀粉小于支鏈淀粉。

22、Aw: Aw提高，糊化程度提高。。 糖: 高濃度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制。 鹽: 高濃度的鹽使淀粉糊化受到抑制；低濃度的鹽存在，對糊化幾乎無影響。但對馬鈴薯淀粉例外，因為它含有磷酸基團，低濃度的鹽影響它的電荷效應(yīng)。 脂類: 脂類可與淀粉形成包合物，即脂類被包含在淀粉螺旋環(huán)內(nèi)，不易從螺旋環(huán)中浸出，并阻止水滲透入淀粉粒。,酸度： pH<4時，淀粉水解為糊

23、精，粘度降低（故高酸食品的增稠需用交聯(lián)淀粉）； pH在4~7時，幾乎無影響； pH =10時，糊化速度迅速加快，但在食品中意義不大。,淀粉酶： 在糊化初期，淀粉粒吸水膨脹已經(jīng)開始，而淀粉酶尚未被鈍化前，可使淀粉降解（稀化），淀粉酶的這種作用將使淀粉糊化加速。故新米（淀粉酶酶活高）比陳米更易煮爛。,（五）淀粉的老化,淀粉溶液經(jīng)緩慢冷卻或淀粉凝膠經(jīng)長期 放置，會變?yōu)椴煌该魃踔廉a(chǎn)生沉淀

24、的現(xiàn)象，被稱為淀粉的老化。 實質(zhì)是糊化后的淀粉分子在低溫下又自動排列成序，形成高度致密的結(jié)晶化的淀粉分子微束。,影響淀粉老化的因素,溫度： 2~4℃，淀粉易老化； >60℃或 <-20℃，不易發(fā)生老化。 含水量： 含水量為30~60%時，易老化； 含水量過低（10%）或過高，均不易老化。 結(jié)構(gòu)： 直鏈淀粉易老

25、化； 聚合度 n 中等的淀粉易老化； 淀粉改性后，不均勻性提高，不易老化。,共存物的影響： 脂類和乳化劑可抗老化， 多糖（果膠例外）、蛋白質(zhì) 等親水大分子，可與淀粉競爭水分子及干擾淀粉分子平行 靠攏，從而起到抗老化作用。,（六）淀粉水解,在熱和酸的作用下： 酸輕度水解 淀粉變稀，酸改性或變稀淀粉 提高凝膠的透明度，并增加凝膠強度 成膜劑和粘結(jié)劑

26、酸水解程度加大 得到低粘度糊精 成膜劑和粘結(jié)劑、糖果涂層、微膠囊壁材,,?-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶,,葡萄糖異構(gòu)酶,D-果糖,玉米淀粉,D-葡萄糖,,玉米糖漿,玉米糖漿：58%D-葡萄糖，42%D-果糖 高果糖漿：55%D-果糖，軟飲料的甜味劑,（果葡糖漿）,改性淀粉： 天然淀粉經(jīng)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理、物理處理或酶處理，使某些加工性能得到改善，以適應(yīng)特定的需要，這種淀粉被稱為變性淀粉. 改性淀粉種類

27、 物理改性 化學(xué)改性,,（七）改性淀粉及其應(yīng)用,,物理改性： 只使淀粉的物理性質(zhì)發(fā)生改變。,如α-淀粉： 將糊化后淀粉迅速干燥即得。,α-淀粉應(yīng)用： 家用洗滌劑，鰻魚飼料。,化學(xué)改性： 利用化學(xué)方法進行變性。,氧化淀粉 淀粉分子中的羥基能夠被氯酸鈉、雙氧水、臭氧等氧化物氧化為羧基。 優(yōu)點：粘度低

28、，不易凝凍。 用途：做增稠劑和糖果成型劑。 酸降解淀粉 用H2SO4、HCl使淀粉降解。 優(yōu)點：粘度低、老化性大、易皂化。 用途: 用于軟糖、果凍、糕點生產(chǎn)。,（八）交聯(lián)淀粉 淀粉羥基與雙（多）功能試劑相互作用：,親核取代反應(yīng),交聯(lián)淀粉的應(yīng)用,隨交聯(lián)度增加，酸穩(wěn)定性增加 降低了淀粉顆粒吸水膨脹和糊化的速率 保持初始的低粘度，有利于快速熱傳遞和升溫，均勻殺

29、菌 用于罐頭、冷凍、焙烤和干燥食品中 功能性質(zhì)改善,,淀粉衍生物（淀粉脂、淀粉醚）,淀粉的接枝共聚物：淀粉可以與聚乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯醇共混制成淀粉塑料。淀粉塑料有一定的生物降解性，對解決塑料制品造成的“白色污染”有很大的意義。,淀粉脂：如淀粉磷酸酯（磷酸淀粉） 淀粉醚：如羥甲基淀粉（CMS),三、果膠,酯化度：醛酸殘基的酯化數(shù)占D-半乳糖醛酸 殘基總數(shù)的百分數(shù),結(jié)構(gòu)： D-吡喃半乳糖醛酸以α-

30、1,4苷鍵相連，通常以部分甲酯化存在，即果膠。,分類： 以酯化度分類 ：原果膠，果膠，果膠酸,果膠物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu),,,?-D-半乳糖醛酸基 ? -1,4 糖苷鍵,分子結(jié)構(gòu),均勻區(qū)： ?-D-吡喃半乳糖醛酸 毛發(fā)區(qū)： ? -L-鼠李半乳糖醛酸,果膠的分類,部分羧基被甲醇酯化 羧基酯化的百分數(shù)稱為酯化度（DE） HM高甲氧基果膠：DE>50% LM低甲氧基果膠：DE<50%,原果膠：

31、 高度甲酯化的果膠物質(zhì)。只存在于植物細胞壁中，不溶于水。在未成熟的果實和蔬菜中，它使果實、蔬菜保持較硬的質(zhì)地。,果膠： 部分甲酯化的果膠物質(zhì)。存在于植物汁液中。,果膠酸： 不含甲酯基，即羥基游離的果膠物質(zhì)。 原果膠 果膠 甲酯化程度下降 果膠酸,,,果

32、膠的物理、化學(xué)性質(zhì),水解 果膠在酸堿條件下發(fā)生水解，生成去甲酯和苷鍵裂解產(chǎn)物。 原果膠在果膠酶和果膠甲酯酶作用下，生成果膠酸。 溶解度 果膠與果膠酸在水中溶解度隨鏈長增加而減少。 粘度 粘度與鏈長正比。,果膠凝膠的形成,條件： 脫水劑（蔗糖，甘油，乙醇）含量60~65%，pH2~3.5，果膠含量0.3~0.7%，可以形成凝膠。

33、機制： 脫水劑使高度含水的果膠分子脫水以及電荷中和而形成凝聚體。,1、凝膠強度與分子量成正比,2、凝膠強度與酯化程度成正比 酯化程度越大，凝膠強度越大。 完全酯化的聚半乳糖醛酸的甲氧基含量為16~32%，以 此作為100%酯化度。 甲氧基含量>7，稱為高甲氧基果膠。 甲氧基含量≤7，稱為低甲氧基果膠（或低果膠酯）,影響凝膠強度的因素,果膠的主要用途,果

34、醬與果凍的膠凝劑 制造凝膠糖果 酸奶的水果基質(zhì)（LM） 增稠劑和穩(wěn)定劑 乳制品（HM）,四、纖維素 纖維素是植物細胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分，對植物性食品的質(zhì)地影響較大。 結(jié)構(gòu)： 由β-（1,4）-D-吡喃葡萄糖單位構(gòu)成。為線性結(jié)構(gòu)，無定型區(qū)和結(jié)晶區(qū)構(gòu)成。,纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu),β-1,4,高分子直鏈不溶性均一多糖,纖維素膠,（改性纖維素）,（一）甲基纖維素（MC）與 羥丙基甲

35、基纖維素（HPMC）,非離子纖維素醚 功能性質(zhì) 增稠 表面活性 成膜性 形成熱凝膠（冷卻時熔化，50～70℃膠凝） 用于油炸食品（阻油，降低脂肪用量）,（二）羧甲基纖維素（CMC）,化學(xué)結(jié)構(gòu)：,羧甲基纖維素的用途,可與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，有助于蛋白質(zhì)食品的增溶，在餡餅、牛奶蛋糊及布丁中作增稠劑和粘接劑。由于羧甲基纖維素對水的結(jié)合容量大，在冰淇淋和其它冷凍食品中，可阻止冰晶的形成。防止糖果，糖漿中產(chǎn)生糖結(jié)晶，增加蛋糕等烘烤食品

36、的體積，延長食品的貨架期。,（三）微晶纖維素,用稀酸處理纖維素，可以得到極細的纖維素粉末，稱為微晶纖維素。在療效食品中作為無熱量填充劑。,五、半纖維素,與纖維素一起存在于植物細胞壁中的 多糖物質(zhì)的總稱。構(gòu)成半纖維素單體的有：葡萄糖，果糖，甘露糖，半乳糖，阿拉伯糖，木糖，鼠李糖及糖醛酸。半纖維素有助于蛋白質(zhì)與面團的混合，增加面包體積，延緩面包的老化。,植物樹膠： 阿拉伯膠、黃芹膠、刺槐豆膠 按來源分類：種子膠、瓜爾豆膠、羅望