食品化學(xué)第2章-糖類.ppt

1、2020/8/22,1,2020/8/22,2,2020/8/22,3,第三章 糖 類 物 質(zhì) (Saccharides),2020/8/22,4,課外：微生物胞外多糖研究前沿介紹 胞外多糖(EPS :extracellular polysaccharide)產(chǎn)生的多糖，易與菌體分離，可通過深層發(fā)酵實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)據(jù)統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)76種微生物產(chǎn)生胞外多糖，但真正有應(yīng)用價(jià)值并已進(jìn)行或接近工業(yè)化生產(chǎn)的僅十幾種近幾年，隨著對(duì)微生物多糖研究的深入，世界上微生物多糖的產(chǎn)量和年增長(zhǎng)量均在10以上，而一些新型多糖年增長(zhǎng)量在30以上到目前為止，已大量投產(chǎn)的微生物胞外多糖主要有黃原膠、結(jié)冷膠、小核菌葡聚糖、短梗霉

2、多糖、熱凝多糖等,2020/8/22,5,微生物多糖具有植物多糖不具備的優(yōu)良性質(zhì)，它們生產(chǎn)周期短，不受季節(jié)、地域和病蟲害條件限制，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的發(fā)展前景目前，許多微生物多糖已作為膠凝劑、成膜劑、保鮮劑、乳化劑等，廣泛應(yīng)用于食品、制藥、石油、化工等多個(gè)領(lǐng)域據(jù)估計(jì)，全世界微生物多糖年加工業(yè)產(chǎn)值可達(dá)50100億美元,2020/8/22,6,黃原膠：世界上生產(chǎn)規(guī)模最大、用途最廣的微生物多糖黃單孢桿菌產(chǎn)生的胞外雜多糖統(tǒng)稱,具良好的增稠性而用作增稠劑、成型劑 結(jié)冷膠：由沼假單胞菌生產(chǎn)的一種雜多糖,一般的胞外多糖膠不均勻且不透明，不適合應(yīng)用于食品工業(yè)中結(jié)冷膠的優(yōu)點(diǎn)是在金屬離子存在時(shí)也可形成透明

3、膠體，所以它可應(yīng)用于食品工業(yè)結(jié)冷膠的主要作用是作為凝膠劑、增稠劑、懸浮劑和成膜劑它可以使食品穩(wěn)定、增強(qiáng)食品結(jié)構(gòu)和增加風(fēng)味等乳酸菌EPS:和黃原膠不同，不是添加到食品中去的，而是微生物發(fā)酵牛奶的過程中產(chǎn)生的其生物學(xué)功能:調(diào)節(jié)胃腸道功能、調(diào)節(jié)免疫功能、抗腫瘤功能.,2020/8/22,7,未來新的微生物胞外多糖可能在化妝品上有較大的潛力,微生物多糖的另一個(gè)發(fā)展方向是增強(qiáng)乳酸菌的胞外多糖的合成能力，從而使食品中不需要再添加增稠劑和穩(wěn)定劑,2020/8/22,8,目的要求 了解單糖及其相關(guān)化合物的組成特點(diǎn)；了 解常見低聚糖及多糖的組成；掌握糖類物 質(zhì)的性質(zhì)以及食品中各類糖類物質(zhì)的功能。 重點(diǎn)難點(diǎn) 淀粉

4、類型、結(jié)構(gòu)特征和性質(zhì)，糖類物質(zhì)的 功能特性及在食品加工中應(yīng)用，糖類物質(zhì) 在食品加工和貯藏中的化學(xué)反應(yīng)。,2020/8/22,9,主要內(nèi)容 1、單糖及其相關(guān)化合物 2、低聚糖及其特點(diǎn) 3、單糖和低聚糖的功能性質(zhì) 4、多糖及其在食品中的應(yīng)用 1)多糖的類型和性質(zhì) 2)多糖在食品工業(yè)中的應(yīng)用 5 、糖類物質(zhì)在食品加工和貯藏中的化學(xué)反應(yīng),2020/8/22,10,Saccharides - polyhydroxy aldehyde, ketones and their derivatives. Carbohydrates - Elemental composition Cx(H2O)y 不符合通式的糖

5、：鼠李糖C6H12O5 符合通式但不屬于糖：乳酸C3H6O3 Functions - structure material, storage material for carbon and energy.,SACCHARIDES,2020/8/22,11,hydroxy adj. 英 haidrksi 氫氧根的,羥基的aldehyde n. 英 ldihaid 醛,乙醛ketone n. 英 ki:tun 酮醛糖(aldoses) 、酮糖 (ketoses) derivative n. 英 dirivtiv 衍生物carbonyl n. 英 k:bnil 羰基,2020/8/22,12,第一節(jié)

6、 概 述,一、定義 多羥基的醛類、酮類化合物或其聚合物及其各類衍生物。,二、分類 單糖：葡萄糖、果糖 低聚糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖 多糖 ：淀粉、纖維素、糖原,2020/8/22,13,四、有害糖類物質(zhì) 生氰苷類（如苦杏仁苷、亞麻苦甙）： 苦杏仁/白果/枇杷葉/ 木薯 氫氰酸，致組織細(xì)胞窒息中毒 許多含氮塑料燃燒產(chǎn)生的氣體中含相當(dāng)量的HCN，因而許多火災(zāi)中喪生的人都是因?yàn)镃O,HCN其它而窒息死亡。 皂苷（如茄苷、薯芋皂苷）：溶血 (紅細(xì)胞破裂，血紅蛋白逸出稱紅細(xì)胞溶解，簡(jiǎn)稱溶血。 ),三、食品中常見糖類及作用 、提供熱能：淀粉、蔗糖等； 、促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)：纖維素、果膠等； 、賦予食品色、香、味；

7、 、大分子糖類可作增稠劑、穩(wěn)定劑。,2020/8/22,14,食品原料中的主要有害糖苷類,2020/8/22,15,2020/8/22,16,第二節(jié) 單 糖 （Monosaccharides）,一、在自然界中的存在,2020/8/22,17,2020/8/22,18,二、單糖分類,2020/8/22,19,三、單糖的結(jié)構(gòu),、手性原子 、構(gòu)型：、（） 、環(huán)式結(jié)構(gòu) 、構(gòu)像：、,2020/8/22,20,單糖的構(gòu)型 Configuration of Monosaccharides 1951年以前人為地規(guī)定左、右旋甘油醛用下式表示：,L-(-)-甘油醛D-(+)-甘油醛 最高C位數(shù)手性C原子（距羰基最

8、遠(yuǎn)的手性碳）上的羥基以甘油醛為基準(zhǔn)。,2020/8/22,21,D-甘油醛D-某醛糖D-某酮糖,末端羥甲基,2020/8/22,22,葡萄糖的Fischer projection formula：開鏈結(jié)構(gòu),The Nobel Prize in Chemistry 1902 in recognition of the extraordinary services he has rendered by his work on sugar and purine syntheses,Hermann Emil Fischer (1852 1919),2020/8/22,23,葡萄糖的變旋現(xiàn)象 D-葡萄糖

9、只能與一個(gè)醇（甲醇）形成縮醛。 不與NaHSO3反應(yīng)。 IR（infrared ray ）圖譜中沒有羰基的伸縮振動(dòng) 1HNMR圖譜（nuclear magnetic resonance）、 中沒有醛基質(zhì)子的吸收峰。 能與斐林試劑、土倫試劑、H2NOH、HCN(加成)、Br2水 等發(fā)生反應(yīng)。（有醛基）,葡萄糖的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)無法合理解釋上述各種特性,2020/8/22,24,Br2-H2O 合成醛糖酸 與HCN加成,碳鏈增長(zhǎng),醛糖酸,Br2H2O只氧化醛糖，酮糖不起反應(yīng)，可鑒別,有旋光,2020/8/22,25,葡萄糖的Haworth formula：六元環(huán)環(huán)狀結(jié)構(gòu),The Nobel Prize i

10、n Chemistry 1937,Walter Norman Haworth (1883 1950),for his investigations on carbohydrates and vitamin C,for his investigations on carotenoids, flavins and vitamins A and B2,Paul Karrer (1889 1971),2020/8/22,26,purine英 pjuri:n ：n. 嘌呤,咖啡堿 carotenoids 英 krtnid ：n.類葫蘿卜素 flavin 英 fleivin n. 黃素,四羥酮醇 Acet

11、yl英 sitil n. 乙酰基,2020/8/22,27,葡萄糖的六元環(huán)結(jié)構(gòu),端基異構(gòu)體（Anomers）,2020/8/22,28,Anomers,葡萄糖的五元環(huán)結(jié)構(gòu),2020/8/22,29,2020/8/22,30,異構(gòu)體的命名：,1. 以羰基碳上新生成的-OH與環(huán)上末端碳上的-CH2OH相比,異側(cè)是,同側(cè)是,2. 如環(huán)上末端碳上是兩個(gè)H，無法相比時(shí)，則將羰基碳上新生成 的OH于決定構(gòu)型（D，L）的碳上的OH相比,異側(cè)，D-吡喃木糖,同側(cè)，D-吡喃木糖,2020/8/22,31,兩種吡喃葡萄糖的穩(wěn)定構(gòu)象,2020/8/22,32,一般而言，-OH和-CH2OH的平伏鍵比直立鍵更穩(wěn)定。因

12、此在溶液中，-D-葡萄糖比-D-葡萄糖更占優(yōu)勢(shì)。,2020/8/22,33,2020/8/22,34,半乳糖與葡萄糖的差異僅在于C4上的羥基構(gòu)型不同，象這種存在多個(gè)手性碳原子的非對(duì)映異構(gòu)體中，彼此僅有一個(gè)手性碳構(gòu)型不同，其余都相同，則互稱為差向異構(gòu)體（epimers）。,2020/8/22,35,單糖的重要衍生物 糖磷酸酯,2020/8/22,36,氨基糖：己糖分子中的C2上的羥基（OH）被氨基（NH2） 取代，生成氨基糖。 常存在于結(jié)構(gòu)多糖中，如細(xì)菌細(xì)胞壁中的肽聚糖，是由N-乙酰-D-葡萄糖胺(NAG, GlcNAc)和 N-乙酰胞壁酸(NAM)形成的雜多糖；節(jié)肢動(dòng)物外骨骼中的幾丁質(zhì)(chi

13、tin)，是由 N-乙酰-D-葡萄糖胺形成的同多糖。葡萄糖胺和半乳糖胺是自然界廣為分布的氨基糖；葡萄糖胺是甲殼類動(dòng)物（蝦、蟹）甲殼的主要成分；半乳糖胺是軟骨和腱等蛋白質(zhì)中硫酸軟骨素的構(gòu)成成分。,2020/8/22,37,脫氧糖,2020/8/22,38,糖酸 唾液酸（sialic acid，SA, N-乙酰神經(jīng)氨酸）：高等動(dòng)物中許多糖蛋白和糖脂的組成成分，在分子和細(xì)胞識(shí)別中具有重要作用。,2020/8/22,39,糖醇：?jiǎn)翁堑娜┗蛲贿€原成羥基。肌醇是一種B族維生素，米糠中含量為7-8%。,2020/8/22,40,糖苷：?jiǎn)翁堑陌肟s醛上羥基與非糖物質(zhì)（醇、酚等）的羥基形成的縮醛。,重要單糖

14、及其衍生物的縮寫,2020/8/22,41,四、與食品相關(guān)的物理學(xué)特性 1.單糖的甜度（比甜度） 規(guī)定以10%或15%的蔗糖水溶液在20時(shí)的甜度為1.0。 一些單糖的甜度： -D葡萄糖 0.70 -D半乳糖 0.27 -D甘露糖 0.59 -D木糖 0.50 -D呋喃果糖 1.50,2020/8/22,42,影響甜度的因素： 分子量：分子量越大，甜度越?。?構(gòu)型：環(huán)狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)型不同，甜度亦有差別，例如葡萄糖的-構(gòu)型甜度較大，而果糖的-構(gòu)型甜度較大。,2020/8/22,43,2.旋光性 目前已知除丙酮糖外，所有的單糖均有旋光性。 常見單糖的比旋光度（20 ，鈉光） D-葡萄糖 +52.2 D-

15、半乳糖 +80.2 D-甘露糖 +14.2 D-阿拉伯糖 -105.0 D-果糖 -92.4 D-木糖 +18.8,旋光性:指一種物質(zhì)可以使偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的特性. 比旋光度:在糖濃度為1g/ml,透光層為0.1m時(shí),使偏振光旋轉(zhuǎn)的角度.,2020/8/22,44,變旋現(xiàn)象：當(dāng)單糖溶解于水時(shí)，由于開鏈結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)直接的互相轉(zhuǎn)化（即構(gòu)像轉(zhuǎn)變），溶液的旋光度會(huì)逐步發(fā)生變化。,2020/8/22,45,3.溶解度 溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑。 濃度與滲透壓的關(guān)系：微生物適宜生長(zhǎng)的蔗糖溶液濃度：酵母50%，細(xì)菌65%，霉菌80%（特例：耐高滲酵母導(dǎo)致蜂蜜敗壞） T 分子結(jié)構(gòu)：果糖葡萄糖

16、,2020/8/22,46,4.吸濕性、保濕性、結(jié)晶性 吸濕性：在較高空氣濕度條件下吸收水分的能力；果糖、轉(zhuǎn)化糖葡萄糖、麥芽糖蔗糖（生產(chǎn)硬、軟糖） 蔗糖的光學(xué)性質(zhì)為右旋，水解后變成左旋，稱為轉(zhuǎn)化 保濕性：在較低空氣濕度條件下保持水分的能力；果糖、轉(zhuǎn)化糖葡萄糖、麥芽糖蔗糖 結(jié)晶性：蔗糖葡萄糖果糖和轉(zhuǎn)化糖,2020/8/22,47,4.其它 黏度、降低冰點(diǎn)、提高滲透壓、可發(fā)酵、抗氧化等。,2020/8/22,48,三、單糖的食品化學(xué)反應(yīng) （一） 美拉德反應(yīng)(Maillard Reaction ),2020/8/22,49,1.概念： 含羰基化合物（還原糖類）與含氨基化合物（如AA等）通過縮合、聚合

17、而生成類黑色素和某些風(fēng)味物質(zhì)的反應(yīng)。 2.條件：溫度（130）、水（ 10-15 %）,2020/8/22,50,初期： 羰胺縮合Schiffs baseN-葡萄糖基胺 分子重排：1-氨基-1-脫氧-2-酮糖（果糖基胺） 中期： HMF形成、還原酮生成、Strecker反應(yīng) 末期： 醇醛縮合 聚合反應(yīng)生成類黑精,3.反應(yīng)的總體過程：,2020/8/22,51,2020/8/22,52,2020/8/22,53,4.反應(yīng)機(jī)理： （1）初期階段 A.羥氨縮合,2020/8/22,54,B.分子重排(Amadori),2020/8/22,55,（2）中期階段 主要途徑：脫水轉(zhuǎn)化成羥甲基糠醛（HMF）

18、,2020/8/22,56,其它途徑：脫去胺基重排形成還原酮； 二羰基化合物與氨基酸反應(yīng)。,2020/8/22,57,（3）末期階段, 醇醛縮合物的產(chǎn)生, 黑色素的產(chǎn)生,+,醇醛縮合物,不穩(wěn)定的醛,含羰基的中間產(chǎn)物，在有氨基酸或沒有氨基酸參與下隨機(jī)聚合， 在連續(xù)不斷的醇醛縮合反應(yīng)后，在有氨基酸或蛋白質(zhì)參與下，聚合成黑色素。,+,2020/8/22,58,5.伴隨反應(yīng)：,2020/8/22,59,6.影響Maillard反應(yīng)的因素：,A.底物結(jié)構(gòu) 糖類：五碳糖六碳糖；單糖二糖；醛糖酮糖 （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） 其它羰基類：,-不飽和醛類-雙羰基類酮類 B.氨基化合物 胺類氨基酸（堿性中性、酸性）,2020/8/22,60,C.PH 最適：7.89.2 D.底物濃度、含水量及含脂肪量 與底物濃度成正比； 含水量1015%時(shí)易發(fā)生； 與脂肪含量（尤為不飽和脂肪酸含量高的脂類化合物）成正比。,2020/8/22,61,E.溫度 30時(shí)較快； 20時(shí)較慢。 F.金屬離子 Fe3+、 Cu2+等有促進(jìn)作