食品化學(xué)課件(碳水化合物)

1、l 2.1 單糖單糖l 2.2 低聚糖低聚糖l 2.3 食品多糖食品多糖l 2.4 碳水化合物在食品加工貯存中的變化碳水化合物在食品加工貯存中的變化l 2.5 食品多糖的深加工食品多糖的深加工 碳水化合物是食品的重要成分，它廣泛存在于綠色植物，占植物體干重的5080。l1.碳水化合物是人和動(dòng)物主要供能物質(zhì)，是構(gòu)成食品的主要成分；l2.低分子糖類(lèi)可作為甜味劑；l3.大分子糖類(lèi)物質(zhì)能形成凝膠、糊或作為增稠劑、穩(wěn)定劑。l4.碳水化合物還是食品在加工過(guò)程中產(chǎn)生香味和色素的前體。l 單糖是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的碳水化合物，分為醛糖和酮糖。l 單糖若含有另一個(gè)羰基則稱(chēng)為二醛糖(二個(gè)醛基)或二酮糖(二個(gè)酮基)。l 糖

2、的羥基被氫原子或氨基取代，可分別生成脫氧糖和氨基脫氧糖。l 除赤蘚糖(丁糖)外，單糖分子均以環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在。單糖溶解于水時(shí)，開(kāi)鏈?zhǔn)脚c環(huán)狀半縮醛逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)，于是溶液中有很少量的開(kāi)鏈?zhǔn)絾翁谴嬖?。l 一、 堿的作用l 糖在堿性溶液中不穩(wěn)定，易發(fā)生異構(gòu)化和分解等反應(yīng)。堿性溶液中糖的穩(wěn)定性受許多因素的影響，如糖的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)，堿的種類(lèi)和濃度，作用時(shí)間和溫度等。l1.烯醇化作用和異構(gòu)化作用l 用稀堿處理單糖，能形成某種差向異構(gòu)體的平衡體系，例如，用稀堿處理D一葡萄糖，就得到D一甘露糖和D一果糖三種物質(zhì)的平衡混合物。這種轉(zhuǎn)化是通過(guò)烯醇式中間體完成的。l 由于果糖的甜度超過(guò)葡萄糖的一倍，故可利用異構(gòu)化反應(yīng)，

3、以堿性物質(zhì)處理葡萄糖溶液或淀粉糖漿，使一部分葡萄糖轉(zhuǎn)變成果糖，提高其甜度。這種糖液稱(chēng)為果葡糖漿。但是用稀堿進(jìn)行異構(gòu)化，轉(zhuǎn)化率較低，只有2l一27，糖分約損失1015，同時(shí)還生成有色的副產(chǎn)物，影響顏色和風(fēng)味，精制也較困難，所以工業(yè)上未采用。l 1957年發(fā)現(xiàn)異構(gòu)酶能催化葡萄糖發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成果糖，這為工業(yè)生產(chǎn)果葡糖漿開(kāi)辟了新途徑。l 在濃堿作用下，糖發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生較小分子的糖、酸、醇和醛等化合物。此分解反應(yīng)因有無(wú)氧氣或其它氧化劑的存在而不相同。己糖受堿的作用，發(fā)生連續(xù)烯醇化，生成l，2一、2，3一和3，4一烯二醇，這些烯二醇在氧化劑的存在下，于雙鍵處裂開(kāi)，生成含有1，2，3，4和5個(gè)碳

4、原子的分解物。l1. 強(qiáng)酸中的反應(yīng)：?jiǎn)翁窃谙o(wú)機(jī)酸作用下發(fā)生糖苷水解逆反應(yīng)生成糖苷，即分子間脫水反應(yīng)，產(chǎn)物包二糖和其它低聚糖，如葡萄糖主要生成異麥芽糖和龍膽二糖。這個(gè)反應(yīng)是很復(fù)雜的，除要生成。一和一1，6鍵二糖外，還有微量的其它二糖生成。l 戊糖經(jīng)酸作用脫掉三個(gè)分子的水，生產(chǎn)糠醛的反應(yīng)進(jìn)行得比較完全，同時(shí)產(chǎn)物也相當(dāng)穩(wěn)定。l 糖是多羥基醛或酮，因此，在不同氧化條件下，糖類(lèi)可被氧化成各種不同的產(chǎn)物。l1. 在溴水中醛糖的醛基會(huì)被氧化成羧基而生成糖酸。糖酸加熱很容易失水而得到或一內(nèi)酯或內(nèi)酯。葡萄糖酸與鈣離子形成葡萄糖酸鈣，葡萄糖酸鈣可作為口服鈣的飲食補(bǔ)充劑。酮糖與溴水不起作用，利用這個(gè)反應(yīng)可以區(qū)別醛

5、糖與酮糖。l 2. 用濃硝酸這種強(qiáng)氧化劑與醛糖作用時(shí)，它的醛基和伯醇基都被氧化，生成具有相同碳數(shù)的二元酸，如半乳糖氧化后生成半乳糖二酸。半乳糖二酸不溶于酸性溶液，而其它己醛糖氧化后生成的二元酸都能溶于酸性溶液，利用這個(gè)反應(yīng)可以區(qū)別半乳糖與其它己醛糖。l 3. 酮糖在強(qiáng)氧化劑作用下，在酮基處作裂解，生成草酸和酒石酸。l 4. 葡萄糖在氧化酶作用下，可以保持醛基不被氧化，僅是第六碳原于上的伯醇基被氧化生成羧基而形成葡萄糖醛酸。生物體內(nèi)某些有毒物質(zhì)，可以和D一葡萄糖醛酸結(jié)合，隨尿排出體外，從而起到解毒作用。l 單糖類(lèi)的羰基在一定條件下可被還原成羥基，常用的還原劑有鈉汞齊和氫化硼鈉(NaBH4)。如D

6、一葡萄糖還原后可得到山梨醇，木糖經(jīng)還原可以得到木糖醇。山梨醇可用于制取抗壞血酸，亦可用于食品和糖果的保濕劑，木糖醇可以代替蔗糖作為糖尿病患者的療效食品。l 國(guó)外已廣泛用木糖醇制造糖果、果醬、軟飲料等食品，目前已有大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，是直接通過(guò)催加加氫而生產(chǎn)的。l 低聚糖涵義：?jiǎn)翁悄苄纬商擒?，?10個(gè)單糖殘基以糖苷鍵結(jié)合而成的糖類(lèi)稱(chēng)為低聚糖。l 自然界存在的低聚糖其聚合度均不超過(guò)6個(gè)單糖殘基，其中食品中最重要的是雙糖類(lèi)中的蔗糖、 麥芽糖和乳糖。l 雙糖分為還原性和非還原性雙糖。二個(gè)單糖分子的半縮醛羥基之間形成糖苷鍵，結(jié)合成非還原性雙糖；一個(gè)單糖分子的半縮醛羥基與另一個(gè)單糖分子的醇羥基構(gòu)成糖苷鍵

7、則生成還原性雙糖。前者稱(chēng)糖基苷，后者稱(chēng)為糖基糖。l 雙糖相對(duì)于它們的單體成分又可以分為均勻的和非均勻的。所謂均勻是指單糖體成分相同；當(dāng)單糖體成分不相同時(shí)則稱(chēng)為非均勻。從D一葡萄糖所得的均勻二糖有纖維二糖、麥芽糖、異麥芽糖、龍膽二糖和海藻糖；非均勻二糖有蔗糖、乳糖等。l 低聚糖的糖殘基單位幾乎全部是己糖構(gòu)成的，除果糖為呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)外，葡萄糖、甘露糖和半乳糖等均是吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)。低聚糖也存在分支，一個(gè)單糖分子同二個(gè)糖殘基結(jié)合可形成三糖分子結(jié)構(gòu)，它主要存在于多糖類(lèi)支鏈淀粉和糖原的結(jié)構(gòu)中。ll 1. 水解l 低聚糖如同其它糖苷一樣易被酸水解，但對(duì)堿較穩(wěn)定。蔗糖水解叫做轉(zhuǎn)化，生成等摩爾的葡萄糖和果糖的混合物稱(chēng)

8、為轉(zhuǎn)化糖(invert sugar)。蔗糖的旋光度為正值，經(jīng)過(guò)水解后變成負(fù)值, 因?yàn)樗猱a(chǎn)物葡萄糖的比旋光 D= + 52.7，而果糖的比旋光度D= 一92.4，所以蔗糖水解物的比旋光度為一19.8。從還原性雙糖水解引起的變旋光性可以知道異頭碳的構(gòu)型，因?yàn)橐划愵^物比異頭物的旋光率大，一糖苷裂解使旋光率增大，而一糖苷裂解卻降低旋光率 。 麥芽糖 2D葡萄糖 D=+130 D=52.7 纖維二糖（）2D葡萄糖 D=+34.6 D=+52.7l 2.氧化還原性l 還原性低聚糖，由于其含有半縮醛羥基，因此，可以被氧化劑氧化生成糖酸，也可被還原劑還原成醇。而非還原性的低聚糖，如蔗糖、半乳糖，則不具有氧化

9、一還原性。l 一、環(huán)狀糊精(cyclodextrin)概念：是一種人 工 合 成 的 低 聚 糖 ， 它 又 名 沙 丁 格 糊 精(schardingerdextrin)，是由D一葡萄糖殘基以一1，4糖苷鍵連接而成的環(huán)狀低聚糖，聚合度有6,7,8三種，分別稱(chēng)為一，一，一環(huán)狀糊精。 l 環(huán) 狀 糊 精 是 軟 化 芽 孢 桿 菌 ( B a c i t l u s macerans)作用于淀粉所形成的產(chǎn)物，為白色粉末狀結(jié)晶，熔點(diǎn)300350。本世紀(jì)70年代中期已開(kāi)始出品生產(chǎn)，并得到廣泛應(yīng)用。狀糊精是食品工業(yè)中應(yīng)用較多的一種。 與膠體微相比，在結(jié)構(gòu)上環(huán)狀糊精對(duì)物質(zhì)的吸附能力明顯要高得多，并且還能

10、作為復(fù)雜酶的基質(zhì)被應(yīng)用。由于環(huán)狀糊精結(jié)構(gòu)上的特性，在食品加工和保藏上：l1. 可用作保香、保色、減少維生損失；l2. 對(duì)油脂起乳化作用，對(duì)易氧化和易光解的物質(zhì)起保護(hù)作用，如萜烯類(lèi)香料和天然素易揮發(fā)和光解，若添加環(huán)狀糊精進(jìn)行包接，則可起到保護(hù)作用；l3. 環(huán)狀糊精還可去苦味和異味，如對(duì)柑桔罐頭中橙皮苷的抑制等等。l2.3.1 概述概述 l 1. 概念：糖基單位數(shù)在10個(gè)以上的屬于多糖，多糖的糖基單位數(shù)大多在100以上，甚至1000個(gè)左右。l 多糖可由一種糖基單位或由幾種糖基單位構(gòu)成，分別稱(chēng)為同聚糖同聚糖(hemoglycans)和雜聚糖雜聚糖(heteroglycans)。l 單糖分子相互間可連

11、接成線性結(jié)構(gòu)線性結(jié)構(gòu)(如纖維素和直鏈淀粉)或帶支鏈結(jié)構(gòu)支鏈結(jié)構(gòu)(支鏈淀粉、糖原、瓜爾聚糖)，支鏈多糖的分支位置和支鏈長(zhǎng)度因種類(lèi)不同存在很大差別。l2.多糖的構(gòu)象：l 多糖的鏈構(gòu)象是由單糖的結(jié)構(gòu)單位構(gòu)象、糖苷鍵的位置和類(lèi)型來(lái)確定的。 * 伸展或拉伸螺條型構(gòu)象是1，4一連接的一D一毗喃葡萄糖殘基的特征，例如纖維素，這是由于單糖殘基的鍵呈鋸齒形所引起的，而且鏈略微縮短或壓縮，這樣就會(huì)使鄰近殘基間形成氫鍵，以維持構(gòu)象的穩(wěn)定。 *折疊螺條型構(gòu)象，例如果膠和海藻酸鹽，它們都以同樣的折疊鏈段存在。果膠鏈段是由l，4連接的一D一吡喃半乳糖醛酸單位組成，海藻酸鹽鏈段由1，4-一L一吡喃古洛糖醛酸單位構(gòu)成，此結(jié)構(gòu)

12、因Ca2+保持穩(wěn)定構(gòu)象。l （1）多糖廣泛且大量分布于自然界，是構(gòu)成動(dòng)、植物體結(jié)構(gòu)骨架的物質(zhì)，如植物的纖維素、半纖維素和果膠，動(dòng)物體內(nèi)的幾丁質(zhì)、粘多糖。l （2）某些多糖還可作為生物的代謝貯備物質(zhì)而存在，像植物中的淀粉、糊精、菊糖，動(dòng)物體內(nèi)的糖原。l （3）多糖是水的結(jié)合物質(zhì)，例如瓊脂、果膠和海藻酸，以及粘多糖都能結(jié)合大量的水，可作為增稠劑或凝膠凝結(jié)劑。l 其凝膠機(jī)理如下： *當(dāng)多糖分子溶于水時(shí)，由于多糖分子之間氫鍵的作用（見(jiàn)圖2-2），須經(jīng)劇烈攪拌或加熱處理，破壞多糖分子間氫鍵，使多糖分子上的羥基能與水分子作用，形成水層，從而達(dá)到溶解或分散的目的。 *當(dāng)這種水合多糖分子在溶液中盤(pán)旋時(shí)，水層發(fā)

13、生重新組合或被取代，結(jié)果多糖分子會(huì)形成環(huán)形、螺旋形甚至雙螺旋形；若數(shù)個(gè)多糖分子鏈間部分形成氫鍵而成膠束(micelles)，若許多多糖分子在不同地方生成膠束，則成了包有水分的多糖三維構(gòu)造，稱(chēng)為凝膠(gel)。多糖分子與水之間的這種作用，使其在食品加工中可作為增稠劑或凝膠凝結(jié)劑，如海藻酸鹽、淀粉、果膠瓜爾豆膠等便屬于這一類(lèi)多糖。l （4）多糖還可用作乳濁液和懸浮液的穩(wěn)定劑，用以制成膜或防止食品變質(zhì)的涂布層。l一、淀粉（來(lái)源、組成、化學(xué)性質(zhì)）一、淀粉（來(lái)源、組成、化學(xué)性質(zhì)）l 淀粉作為儲(chǔ)存的碳水化合物，廣泛分布于各種植物器官，是許多食品的組成成分，也是人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)最重要的碳水化合物來(lái)源。l（一）來(lái)源：

14、淀粉的生產(chǎn)原料來(lái)源于玉米、小麥、馬玲薯、甘薯等農(nóng)作物，此外，粟、稻和藕也常用作淀粉加工的原料。l（二）組成和結(jié)構(gòu)：淀粉在植物組織中以獨(dú)立的淀粉顆粒存在，淀粉在加工中，如磨粉、分離純化及淀粉的化學(xué)修飾，皆能保持其完整；但淀粉糊化時(shí)被破壞。l 1. 淀粉粒由二種葡聚糖組成，即直鏈淀粉和支鏈淀粉。大多數(shù)淀粉含2039的直鏈淀粉，新玉米品種含直鏈淀粉可達(dá)5080；普通淀粉粒含7080支鏈淀粉，而糯玉米或糯粟含支鏈淀粉近100。此外，糯米、糯稻米和糯高梁等谷物中支鏈淀粉的含量也很高。l 2. 淀粉顆粒內(nèi)有結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)之分。結(jié)晶區(qū)分子排列有序，無(wú)定形區(qū)分子呈無(wú)序排列。l 直鏈淀粉是由葡萄糖以一1，4糖

15、苷鍵縮合而成的，用不同方法測(cè)得的直鏈淀粉的虎子量為3.21041.6lO5，甚至更大，聚合度為1006，000之間，一般為幾百。直鏈淀粉在水溶液中并不是線型分子，而是由分子內(nèi)的氫鍵作用使之卷曲成螺旋狀，每個(gè)環(huán)轉(zhuǎn)含有6個(gè)葡萄糖殘基(圖23)。 l 支鏈淀粉也是由葡萄糖組成的，但葡萄糖的連接方式與直鏈淀粉有所不同，是“樹(shù)枝”狀支叉結(jié)構(gòu)(如圖2.4)，支鏈淀粉具有A、B和C三種鏈，鏈的尾端具有一個(gè)非還原尾端基，A鏈?zhǔn)峭怄湥?jīng)由一1，6鍵與B鏈連接，B鏈又經(jīng)由一1，6鍵與C鏈連接，A鏈和B鏈的數(shù)目大致相等。C鏈?zhǔn)侵麈?，每個(gè)支鏈淀粉只有一個(gè)C鏈，C鏈的一端為非還原端基，另一端為還原端基，A鏈和B鏈只有非

16、還原端基。每個(gè)分支平均含2030個(gè)葡萄糖殘基，分支與分支之間相距一般有1112個(gè)葡萄糖殘基，各分支卷曲成螺旋狀。支鏈淀粉分子是近似球形的大分子，聚合度約在l，0003，000，000之間。 1. 淀粉的水解 淀粉在無(wú)機(jī)酸或酶的作用下，會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，分別稱(chēng)之為酸水解法和酶水解法。 （1）酸水解法 以無(wú)機(jī)酸為催化劑水解淀粉，因水解程度不同，其產(chǎn)物也有所不同。直鏈淀粉 紫色糊精(30個(gè)葡萄糖殘基片斷)、紅色糊精(20個(gè)葡萄糖殘基片斷)、無(wú)色糊精(6個(gè)葡萄糖殘基)、麥芽糖、葡萄糖。 不同來(lái)源的淀粉對(duì)酸水解的難易有差別，馬鈴薯淀粉較玉米、麥、高梁等谷類(lèi)淀粉易水解，大米淀粉較難水解。支鏈淀粉較直鏈淀粉易

17、水解，l，4糖苷鍵水解速度較一l，6糖苷鍵快另外，酸水解反應(yīng)還與溫度、濃度和無(wú)機(jī)酸種類(lèi)有關(guān)，一般鹽酸和硫酸催化效能較高。l（2） 酶水解法：l 酶水解在工業(yè)上稱(chēng)為酶糖化。酶糖化經(jīng)過(guò)糊化、液化和糖化三道工序。淀粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu)抗酶作用力強(qiáng)，因此，淀粉酶不能直接作用于淀粉，需事先加熱淀粉乳，破壞其晶體結(jié)構(gòu)使其糊化。淀粉水解應(yīng)用的淀粉酶主要為。淀粉酶(液化酶)、一淀粉酶(轉(zhuǎn)化酶)和葡萄糖淀粉酶。 l*一淀粉酶水解淀粉是從分子內(nèi)部進(jìn)行的，水解中間位置的一1，4糖苷鍵，先后次序沒(méi)有一定的規(guī)律，這種由分子內(nèi)部進(jìn)行水解的酶稱(chēng)為“內(nèi)酶”，生成產(chǎn)物的還原尾端葡萄糖單位為一構(gòu)型，故稱(chēng)一淀粉酶，一淀粉酶不能水解一1

18、，6糖苷鍵，但能越過(guò)此鍵繼續(xù)水解；一淀粉酶不能水解麥芽糖分子中的一1，4糖苷鍵。l*一淀粉酶能水解一1，4葡萄糖苷鍵，不能水解一1，6糖苷鍵，也不能越過(guò)它繼續(xù)水解，水解從淀粉分子的還原尾端開(kāi)始，不能從分子內(nèi)部進(jìn)行。因此屬于外酶，水解最后產(chǎn)物是一麥芽糖和一極限糊精。l * 葡萄糖淀粉酶，由非還原尾端水解一1，4、l，6和一l，3糖苷鍵,分離出來(lái)的葡萄糖構(gòu)型發(fā)生轉(zhuǎn)變，最后產(chǎn)物全部為-葡萄糖。葡萄糖淀粉酶屬于外酶，專(zhuān)一性差。（1）淀粉的糊化定義：未受損傷的淀粉顆粒不溶于冷水，但能可逆地吸收水和輕微地溶脹，但隨著溫度升高，淀粉分子振動(dòng)劇烈，造成氫鍵斷裂，斷裂的氫鍵與較多的水分子結(jié)合。由于水分子的穿透以

19、及更多的與更長(zhǎng)的淀粉鏈段的分離，增加了結(jié)構(gòu)的無(wú)序性和減少了結(jié)晶區(qū)域的數(shù)目和大小，溶液呈糊狀。（2）糊化溫度：淀粉粒溶脹、內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞的溫度范圍，稱(chēng)為糊化溫度。糊化通常發(fā)生在一個(gè)狹窄的溫度范圍，較大的顆粒先糊化，較小的顆粒后糊化。（3）糊化程度的監(jiān)測(cè)：通常用偏振光顯微鏡測(cè)定淀粉粒懸浮液中完全糊化的淀粉粒數(shù)量來(lái)表示；淀粉糊化程度與溫度的關(guān)系是用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)連續(xù)觀察。l（4）影響淀粉的糊化的因素：糊化程度不僅取決于溫度，還共存的其它組分的種類(lèi)和數(shù)量，如糖、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、有機(jī)酸以及水等物質(zhì)。l$1 溫度：溫度越高，糊化程度越大。l$2 水分活度：水分活度低，糊化將不能發(fā)生或糊化程度非常有限，因?yàn)榕c水能強(qiáng)

20、烈結(jié)合的食品成分和淀粉競(jìng)爭(zhēng)與水的結(jié)合而推遲了淀粉的糊化。l$3 高濃度糖降低了淀粉糊化的程度；脂類(lèi)如甘油三酯等，能與直鏈淀粉形成復(fù)合物，推遲顆粒的溶脹。l$4 酸、鹽對(duì)淀粉腫脹或糊化影響很小，但在低PH值時(shí)，淀粉水解，產(chǎn)生了非增稠性糊精而變稀，故糊化使用交聯(lián)淀粉。l $5 直鏈淀粉與支鏈淀粉的含量也影響糊化溫度。直鏈淀粉在冷水中不易溶解和分散，在淀粉粒完全溶脹時(shí)，直鏈淀粉才從淀粉粒中滲出分散在溶液中，形成粘稠的懸浮液，直鏈淀粉含量越高，淀粉越難以糊化，糊化溫度越高；相反，一些淀粉僅含有支鏈淀粉，這些淀粉一般產(chǎn)生清糊，并不會(huì)有老化現(xiàn)象，淀粉糊相當(dāng)穩(wěn)定。1) 定義：淀粉老化通常是表示淀粉由增溶或分

21、散態(tài)向不溶的微晶態(tài)的不可逆轉(zhuǎn)變，即大多是直鏈淀粉分子的重新定位。2）淀粉老化過(guò)程：糊化后的淀粉分子在低溫下又自動(dòng)排列成序，相鄰分子間的氫鍵又逐步恢復(fù)形成致密、高度晶化的淀粉分子微末。3）影響淀粉老化的因素：低溫(特別在0附近)、中性PH、高濃度淀粉和無(wú)表面活性劑存在的情況下，老化趨勢(shì)增強(qiáng)。老化程度還取決于淀粉分子的分子量(鏈長(zhǎng)或聚合度)和淀粉的來(lái)源，不同淀粉老化趨勢(shì)按以下順序增強(qiáng)，即馬鈴薯玉米小麥。l1）用于糖果制作過(guò)程中的填充劑，也可以作為淀粉糖漿的原料。為了防粘、便于操作，可使用少量淀粉代替有害的滑石粉。l2）作為雪糕、冰棍及罐頭增稠劑，增加制品結(jié)著性和持水性。l3）用于稀釋餅干的面筋濃度

22、和調(diào)節(jié)面筋膨潤(rùn)度，解決餅干坯收縮變形的問(wèn)題。l 纖維素作為細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分存在于所有的植物中。它通常和各種半纖維素及木質(zhì)素結(jié)合在一起，這些結(jié)合的類(lèi)型與結(jié)合的程度在很大程度上影響著植物性食品特有的質(zhì)構(gòu)。嫩葉的干物中約有10，而老葉的干物中則達(dá)20。l 1 結(jié)構(gòu)：纖維素是由一葡萄糖通過(guò)1，4一糖苷鍵縮合成的直鏈分子，其聚合度大小取決于纖維素的天然來(lái)源。用X一射線衍射法研究纖維素的細(xì)微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)纖維素是由60多條纖維分子平行排列，并互相以氫鍵連接起來(lái)的束狀物質(zhì)(如圖26)。雖然氫鍵的鍵能較一般的化學(xué)鍵的鍵能小得多，但由于纖維素微晶之間氫鍵很多，所以微晶束相當(dāng)牢固，因此，纖維素的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。

23、植物細(xì)胞壁的纖維素在一般食品加工條件下，不被破壞，但在高溫、高壓稀硫酸溶液中，纖維素可被水解成一葡萄糖。l 纖維素雖消化吸收率低，無(wú)過(guò)多營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但卻會(huì)產(chǎn)生有益的作用。l1）促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)，使物質(zhì)易于通過(guò)消化系統(tǒng)，提高了腸的運(yùn)動(dòng)速度，因此能避免便秘；l2）能較快地將不吸收的代謝產(chǎn)物排出體外，縮短脂肪停留時(shí)間。l3）纖維素與膽汁酸相結(jié)合后減少了膽汁酸的再吸收，從而能降低血中膽固醇含量，另?yè)?jù)推測(cè)，它能阻滯動(dòng)脈粥樣硬化。l4）是很好的減肥食品。l 果膠物質(zhì)是植物細(xì)胞壁成分之一，存在于相鄰細(xì)胞壁間的中膠層中，具有粘著細(xì)胞的作用。l 果膠物質(zhì)廣泛存在于植物中，尤其是在果實(shí)蔬菜中含量較多：l 在果實(shí)中以山楂

24、(紅果)含量較多，約為6.6，蘋(píng)果含量為1.01.8，柑桔含量為0.71.5，桃子含量為0.561.25，梨含量為0.51.4，杏含量為0.51.2。l 在蔬菜中以南瓜含量較多約為717，胡蘿卜含量為810，洋白菜含量為57.5，熟西紅柿含量為22.9。l 酯化度：天然果膠甲酯化程度變動(dòng)幅度較大，酯化的半乳糖醛酸基對(duì)總的半乳糖醛酸基的比值稱(chēng)為酯化度。從天然原料提取的果膠最高酯化度為75，在各種果膠產(chǎn)品加工過(guò)程中，控制酯化度為2070。l 根據(jù)果蔬成熟過(guò)程，果膠物質(zhì)一般有三種形態(tài)：l 原果膠 與纖維素和半纖維素結(jié)合一起的甲酯化聚半乳糖醛酸苷鏈，只存在于細(xì)胞壁中，不溶于水，水解后生成果膠。在未成熟

25、果蔬組織中與纖維、半纖維素粘結(jié)在一起形成較牢固的細(xì)胞壁，使整個(gè)組織變得比較堅(jiān)硬。l 果膠 果膠是羧基不同程度甲酯化和中和的聚半乳糖醛酸苷鏈，存在于植物細(xì)胞汁液中。在成熟果蔬的細(xì)胞液內(nèi)含量較多。l 果膠酸 果膠酸是完全未甲酯化的聚半乳糖醛酸苷鏈；在細(xì)胞汁中與Ca2+、Mg2+、K+、Na+等擴(kuò)等礦物質(zhì)形成不溶于水或稍溶于水的果膠酸鹽。當(dāng)果蔬變成軟瘍狀態(tài)時(shí)，含量較多。l1 水解和脫羧反應(yīng)：果膠物質(zhì)在酸性或堿性條件下，能發(fā)生水解，可使酯基水解和糖苷鍵裂解；在高溫強(qiáng)酸條件下，糖醛酸殘基發(fā)生脫羧作用。l2 溶解度的變化：果膠及果膠酸在水中的溶解度隨聚合度增加而減小，在一定程度上還隨酯化程度增加而加大。果

26、膠酸的溶解度較小(1)，但其衍生物如甲醇酯和乙醇酯溶解度較大。l3 膠凝能力：果膠溶液是高粘度溶液，粘度與鏈長(zhǎng)成正比；果膠在一定條件下，具有膠凝能力。l1 果膠物質(zhì)凝膠形成的條件與機(jī)理l*條件：當(dāng)果膠水溶液含糖量在6065，pH在2.03.5，果膠含量為0.3 0.7時(shí)，果膠溶膠形成凝膠。 l *機(jī)理：*1在膠凝過(guò)程中，溶液中過(guò)量的水不利于果膠形成凝膠，因此在果膠溶液中添加糖類(lèi)脫水，使膠粒表面吸附水減少，膠粒與膠粒易于結(jié)合而為鏈狀膠束； *2高度失水能加快膠束的凝聚、相互交織，無(wú)定向地組成一種連接松弛的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； *3在網(wǎng)絡(luò)交界處形成空隙，由于氫鍵、分子間引力的作用，緊緊吸附著糖-水的分子

27、。果膠的膠束失水后形成結(jié)晶而沉淀，形成一種具有一定強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)類(lèi)似海綿的凝膠體。 *4在果膠一糖溶液分散體系內(nèi)添加一定數(shù)量的酸(酸產(chǎn)生的氫離子能中和果膠所帶的負(fù)電荷)，當(dāng)PH達(dá)到一定值時(shí)，果膠近電中性，于是其溶解度降至最小。故加酸必能加速果膠膠束結(jié)晶、沉淀和凝聚，有利于形成凝膠。l（1）果膠分子量與凝膠強(qiáng)度的關(guān)系l 二者成正比關(guān)系，因?yàn)樵诠z溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z時(shí)是每68個(gè)半乳糖醛酸單位形成一個(gè)結(jié)晶中心，所以隨著分子量的增大，凝膠強(qiáng)度也隨之增大。 l (2)酯化程度與凝膠強(qiáng)度的關(guān)系 l 果膠凝膠的強(qiáng)度隨酯化程度增大而增高，因?yàn)槟z網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成時(shí)的結(jié)晶中心位于酯基團(tuán)之間，另外果膠的酯化程度也影響膠凝速度

28、，果膠的膠凝速度隨酯化度減小而減慢。 l 一般規(guī)定甲氧基含量大于7者為高甲氧基果膠，小于或等于7者為低甲氧基果膠。 l依甲酯化程度不等，可將果膠分為下列四類(lèi)：l （i）全甲酯化聚半乳糖醛酸l 100甲酯化時(shí)，只要有脫水劑(如糖)存在即可形成凝膠。l (i i)速凝果膠 l 甲酯化程度在70(相當(dāng)于甲氧基含量114)以上時(shí)，加糖、加酸(PH3.03.4)斥可在較高溫度下形成凝膠(稍涼即凝)。這類(lèi)果膠的分子量大小對(duì)凝膠性質(zhì)的影響更為突出，對(duì)于所謂“蜜餞型”果醬食品，可防止果塊在醬體中浮起或沉淀。l (i i i)慢凝果膠l 甲酯化程度在5070之間(相當(dāng)于甲氧基含量8.211.4)時(shí)，加糖，加酸(

29、PH2.83.2)后，在較低的溫度下凝聚(凝凍較慢)，所需酸量也因果膠分子中游離羧基增多而增大。慢凝果膠用于柔軟果凍、果醬、點(diǎn)心等生產(chǎn)中，在汁液類(lèi)食品中可用作增稠劑、乳化劑。l ()低甲氧基果膠l 甲酯化程度不到50(相當(dāng)于甲氧基含量7)時(shí)，即使加糖、加酸的比例恰當(dāng)也難形成凝膠，但其羧基與多價(jià)離子(常用Ca2+、A13+)起作用可形成凝膠，多價(jià)離子能加強(qiáng)果膠分子的交聯(lián)作用。這類(lèi)果膠的膠凝能力受酯化度的影響大于分子量的影響。低甲基果膠在療效食品制造中有其特殊用途。l (3) PH值的影響l 一定PH值有助于果膠一糖凝膠體的形成，不同類(lèi)型的果膠形成凝膠有不同的PH范圍，低甲氧基果膠(LMP)對(duì)PH

30、變化的敏感性差于標(biāo)準(zhǔn)的果膠凝膠，低甲氧基果膠凝膠能在2.56.5的PH范圍內(nèi)形成，而正常果膠則限于2.73.5的PH范圍，不適當(dāng)?shù)腜H值不但無(wú)助于凝膠的形成，反而會(huì)導(dǎo)致果膠水解和糖分解，尤其是高甲氧基果膠。當(dāng)果膠處于高PH(堿性)條件下，即使在室溫下，果膠分子中酯鍵部分也會(huì)發(fā)生水解，使凝膠強(qiáng)度降低。l (4)糖濃度的影響l 低甲氧基果膠凝膠不需要糖，但加入1020蔗糖所得到的凝膠具有較好的質(zhì)構(gòu)。如果不加入糖或某種增稠劑，那么低甲氧基果膠凝膠是脆性的，其彈性比正常果膠差。l (5)溫度的影響l 當(dāng)脫水劑(糖)的含量和PH值適當(dāng)時(shí)，在050范圍內(nèi)，溫度對(duì)果膠凝膠影響不大，但溫度過(guò)高或加熱時(shí)間長(zhǎng)，果

31、膠將發(fā)生降解，蔗糖也發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而影響果膠強(qiáng)度。l（一）（一） 阿拉伯樹(shù)膠：阿拉伯樹(shù)膠是金合歡屬植物阿拉伯樹(shù)(Acacia senegal)樹(shù)皮的滲出液，由D一半乳糖、D一葡萄糖醛酸、L一鼠李糖和L一阿拉伯糖組成的多糖大分子，樹(shù)膠主鏈由D吡喃半乳糖殘基以l3鍵連接構(gòu)成，部分殘基的C一6位置連有側(cè)鏈，阿拉伯樹(shù)膠以中性或弱酸性鹽形式存在，組成鹽類(lèi)的陽(yáng)離子是Ca2+，Mg2+和K+，樹(shù)膠易溶于水，濃度可達(dá)到50。阿拉伯樹(shù)膠溶液只有在高濃度時(shí)粘度才開(kāi)始急劇增大，這與其它許多多糖的性質(zhì)不相同。l 阿拉伯樹(shù)膠用作食品乳化劑和穩(wěn)定劑，能阻止糖果中的糖結(jié)晶和脂肪分離以及冰淇淋中產(chǎn)生冰晶，還可用作飲料的泡沫穩(wěn)定

32、劑，穩(wěn)定固體飲料的香味。在香精油中添加阿拉伯樹(shù)膠可使其乳化，經(jīng)噴霧干燥后，便可在油滴表面形成一層阿拉伯樹(shù)膠薄膜，防止油脂氧化以及其它化學(xué)變化的發(fā)生。l（二）（二）瓜爾豆膠：l 瓜爾豆膠是豆科植物瓜爾豆(Cyarnopsis tetragonoloious)種子所含的多糖，原產(chǎn)于印度、我國(guó)云南、巴基斯坦和美國(guó)。 l 瓜爾豆膠是由D一吡喃甘露糖殘基以14鍵連接成主鏈構(gòu)成的多糖，每間隔一個(gè)殘基有一個(gè)側(cè)鏈，D一吡喃半乳糖殘基以(16)鍵與主鏈連接。這種種子膠的溶液非常粘稠，其粘度大小取決于剪切速率。l 瓜爾豆膠用作食品飲料的增稠劑和穩(wěn)定劑，添加量一般為0.3左右，此外，還廣泛用于造紙、化妝和制藥工業(yè)。

33、 l（三）卡拉膠(carrageenans)：l 卡拉膠是紅海藻所含的一類(lèi)多糖又稱(chēng)鹿角藻膠。紅海藻產(chǎn)生二種半乳聚糖：一種是由D一半乳糖和3，6一脫水一L一半乳糖殘基構(gòu)成的瓊脂多糖；另一種則是由D一半乳糖和3，6一脫水一D一半乳糖構(gòu)成酡鹿角海藻膠。部分糖殘基的C一2，C一4和C一6羥基形成硫酸酯或2，6一二硫酸酯，半乳糖殘基以13和l4鍵交替地連接。l 卡拉膠是各種多糖的復(fù)雜混合物，用鉀離子可將其分段沉淀分離成6個(gè)部分，兩個(gè)主要部分是(膠凝和K+不溶部分)和(不膠凝和K+不溶的部分)。l 在食品加工中用來(lái)提高溶液的粘度、穩(wěn)定乳膠體和各種分散體。巧克力、牛奶中添加0.03卡拉膠可阻止脂肪球的分離和

34、穩(wěn)定可可顆粒懸浮體。此外，還能阻止新鮮干酪脫水收縮、改善面團(tuán)的性質(zhì)。在有K+存在時(shí)可以使甜點(diǎn)心和肉罐頭產(chǎn)生膠凝性質(zhì)。添加在煉乳中如同一酪蛋白一樣，能防止蛋白質(zhì)沉淀和由Ca2+引起的牛乳蛋白凝結(jié)，對(duì)冰淇淋亦具有穩(wěn)定作用，還用于澄清飲料。l（四）海藻酸鹽：l 海藻酸鹽存在于褐藻(Phaeophycene)細(xì)胞壁內(nèi)，從海藻類(lèi)植物中用堿提取海藻膠，再加酸或鈣鹽使之以海藻酸或海藻酸鈣的形式沉淀。 海藻酸鹽的結(jié)構(gòu)單元是由14鍵連接的D一甘露糖醛酸和一L一古洛糖醛酸組成。l 在有多價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+存在時(shí)粘度增大，因此，通過(guò)Ca2+的添加量可以調(diào)節(jié)海藻酸溶液的粘度；海藻酸鈉溶液中添加Ca2+或酸可形成凝膠、

35、纖維或膜。欲形成均勻的凝膠，必須緩慢地進(jìn)行這種反應(yīng)，一般是用海藻酸鈉、磷酸鈣和一葡萄糖酸內(nèi)酯的混合物或海藻酸鈉和硫酸鈣的混合物制備成凝膠。l 海藻酸鹽是一種很好的增稠劑、穩(wěn)定劑和膠凝劑，用于改善和穩(wěn)定焙烤食品(蛋糕、餡餅)、餡、色拉調(diào)味汁、牛奶巧克力的質(zhì)地以及防止冰淇淋貯存時(shí)形成大的冰晶。食品中添加量一般為0.25一0.5。海藻酸鹽還用來(lái)加工各種凝膠食品，例如速溶布丁、果凍、果肉果凍、人造魚(yú)子醬以及穩(wěn)定新鮮果汁和啤酒泡沫。l 242碳一碳鍵不發(fā)生斷裂的反應(yīng)碳一碳鍵不發(fā)生斷裂的反應(yīng)l1正位異構(gòu)化反應(yīng)(一平衡)，純一D一葡萄糖或D一葡萄糖加熱熔融，無(wú)論哪一種都會(huì)生成和的平衡混合物，并且因加熱使正位異構(gòu)化反應(yīng)很快地進(jìn)行，反應(yīng)如下：l以上是還原糖通過(guò)非環(huán)狀結(jié)構(gòu)生成和一異構(gòu)體的反應(yīng)機(jī)理，它也可以用來(lái)解釋吡喃糖呋喃糖的異構(gòu)化。D一吡喃葡萄糖加熱時(shí)生成D一呋喃葡萄糖；D一木糖、D一甘露糖和D半乳糖加熱熔融時(shí)，同樣也可以發(fā)生正位異構(gòu)化，而纖維二糖這類(lèi)雙糖僅其還原末端糖基能發(fā)生Q日互變。正位異構(gòu)化是糖在加熱和食品焙烤時(shí)的重要初始反應(yīng)。