食品化学碳水化合物_思维导图模板

碳水化合物

概述

水解程度

单糖

不能被水解为更小单位的糖类物质

葡萄糖、果糖

低聚糖（寡糖）

能被水解成少数（2-10个）单糖分子

蔗糖、乳糖、麦芽糖

多糖

能被水解为多个单糖分子的糖类物质

在食品中的作用

人类营养的基本物质之一

形成一定的色泽和风味

游离糖本身有甜度，对食品口感有重要作用

与食品粘弹性有重要作用

纤维素、果胶等除了对食品质构有重要作用外，还是膳食纤维的构成成分

某些多糖或寡糖具有特定生理功能，是保健食品的主要活性成分

单糖种类

均多糖

由一种单糖组成的

淀粉、纤维素

杂多糖

由多种单糖组成的

香菇多糖

是否含有非糖基因

纯粹多糖

不有非糖基因（一般意义上的多糖）

复合多糖

含非糖基因

糖蛋白、糖脂

生物学功能

结构多糖

组成生物体

纤维素、糖蛋白、糖脂

贮存多糖

贮存能量

淀粉、糖原

功能性多糖

具有抗原性

抗原多糖

多糖来源

植物多糖

香菇多糖

动物多糖

肌糖原、肝糖原

微生物多糖

环糊精、黄原胶

多糖复合物

脂多糖、蛋白多糖

食品中的碳水化合物

水溶性

一般游离的单糖和寡糖

水不溶性

一般多糖

目前加工食品中水溶性糖含量比其他相应原料多得多，是为了满足是哦i你的风味和色泽需要人为加入。

多糖

单糖

结构

食品中多以D-结构

单糖衍生物

部分基团发生变化

糖醇

除木糖醇甜度与蔗糖相近，其他糖醇的甜度均比蔗糖低

能被人体小肠吸收进入血液代谢，产生一定热量，是一种营养性甜味剂，但其热值比葡萄糖低，因此时很好的低热量食品甜味剂

物理性质

甜度

相对值，以蔗糖作为基准物，一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20℃时的甜度为1

果糖>蔗糖>葡萄糖>麦芽糖>半乳糖

分子量↑，溶解度↓，甜度↓

葡萄糖α—构型甜度较大，果糖β—构型甜度较大

变旋现象

葡萄糖溶液经放置一段时间后的旋光值与最初的旋光值不同的现象。

原因

单糖溶解在水中时，开链结构和环状结构直接互相转化

稀碱可催化变旋现象

溶解度

单糖类化合物在水中都有较大的溶解度，但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂

不同的单糖溶解度不同，果糖最高，其次是葡萄糖

温度↑，溶解度↑

吸湿性、保湿性、结晶性

吸湿性

较高空气湿度下吸收水分的能力

保湿性

较低空气湿度下保持水分的能力

吸湿性：果糖>葡萄糖；保湿性：葡萄糖>果糖

结晶

不同单糖结晶难易程度不同，葡萄糖易形成结晶且结晶细小，果糖难以形成结晶

含有羟基，具有亲水能力

化学性质

美拉德反应（羰胺反应）

定义

羰基和氨基经缩合、聚合生成黑色素的反应

历程

开始阶段

羰胺缩合和分子重排

酸性条件降低了氨基亲核性，不利于反应发生，碱性可促进此反应发生，如体系中存在优先与羰基反应的物质，则可抑制美拉德反应的发生，如亚硫酸盐

中间阶段

pH≤7

果糖基胺主要发生1，2-烯醇化形成糠醛

pH>7且温度较低

果糖基胺发生2，3烯醇化脱去胺残基形成还原酮，还原酮不稳定，有较强的还原作用，也可异构化，形成脱氢还原酮，即二羰基化合物

pH>7且温度较高

二羰基化合物类易与氨基酸作用，使氨基酸脱羧、脱氨，生成少一个碳的醛类和α-氨基酮类（Strecker降解作用），进一步聚合生成褐色物质，反应生成的醛类物质是香味物质的主要来源。

末期阶段

醇醛缩合

反应过程中形成的醛类、酮类不稳定，可发生聚合反应，生成醛醇类和脱氮聚合物类

生成黑色素的聚合反应

中间阶段后，产物中的糠醛及其衍生物、二羰基化合物、还原酮类、降解和裂解所产生的醛等，进一步缩合、聚合，最终形成含氮的棕色聚合物或共聚物，统称类黑素

影响因素

糖的种类及含量

五碳糖>六碳糖

五碳糖：核糖>阿拉伯糖>木糖

六碳糖：半乳糖>甘露糖>葡萄糖

单糖>双糖

还原糖含量↑，反应程度↑

α，β-不饱和醛>α-双羰基>酮类

氨基酸及其他含胺物种类

胺类比氨基酸易褐变

胺类>氨基酸肽>蛋白质

碱性氨基酸的氨基易褐变

氨基在末端，比α-位易褐变

温度

温度↑褐变↑，与时间呈正相关

pH>3

有利于美拉德反应

酸性环境

pH↑，反应速度↑

高压

随体系pH的不同而变化

pH=6.5，常压条件下，即可完成美拉德反应

PH=8.0或10.1时，需要高压才能完成美拉德反应

反应物浓度、水分、含脂肪量

与反应物浓度呈正比

<10%水分<15%

易褐变

水分<3%

褐变受到抑制

脂肪（尤其是不饱和脂肪酸）含量高的脂类化合物↑，反应易发生

金属离子

Cu、Fe（特别是过渡离子）可促进抗坏血酸及酚类褐变，亚硫酸盐能抑制褐变

控制

降温-低温冷藏可延缓

亚硫酸盐处理

降低pH

降低产品浓度

使用不易褐变的糖类：避开游离羰基

发酵法除糖和生物化学法酶法除糖

加入钙盐：钙可与氨基酸结合生成不溶性化合物

对食品的影响

色泽

分子量<1000

水溶性小分子有色成分

分子量≥100000

水不溶性大分子高聚物

风味

二羰基化合物

促进氨基酸脱氨脱羧，产生醛类

麦芽酚和异麦芽酚

焙烤面包产生香味

吡嗪类和醛类

食品焦糊味

醛酮

氧化为酸性物质，影响风味

抗氧化作用

醛酮对食品有一定抗氧化能力，尤其是防止食品中油脂的氧化

食品营养

氨基酸

赖氨酸、碱性L-精氨酸、L-组氨酸对美拉德降解敏感

糖和VC

可溶性糖和VC大量损失

蛋白质

氨基如果参与非酶褐变，溶解度会降低

矿质元素的生物有效性下降

有害成分

氨基酸和蛋白质生成杂环胺物质

产生D-糖胺可损伤DNA

对胶原蛋白结构有负面作用，影响人体衰老和糖尿病的形成

焦糖化褐变

糖类在没有含氨基化合物存在时，加热到熔点以上，糖发生脱水与降解，会变为黑褐的色素物质

生成物质

脱水

焦糖或酱色

裂解

挥发性的醛、酮类物质，它们进一步缩合、聚合成深色物质

并行进行

焦糖的形成

糖类在无水条件下加热，或在高浓度时用稀酸处理，可发生焦糖化反应

历程（了解）

第一阶段

蔗糖熔融，经一段时间起泡，脱去一分子水，生成无甜味具温和苦味的异蔗糖酐，起泡暂时停止

第二阶段

较长时间的持续试水阶段，异蔗糖酐缩合为焦糖酐（浅褐色色素）

第三阶段

焦糖酐脱水形成焦糖烯，继续加热失水，生成高分子难溶性焦糖素，难溶于水，深褐色

热降解产物的产生

酸性条件下醛类形成

加热过程中，醛糖或酮糖进行烯醇化，生成1，2-烯醇式已糖，经一系列脱水过程，形成糠醛，进一步反应，生成黑色素

碱性条件下醛类的形成

还原糖在碱性条件下发生互变异构作用，形成中间产物1，2-烯醇式已糖，在强热下裂解生成醛类，经复杂缩合、聚合反应或羰胺反应生成黑褐色物质

其他

烯醇化和异构化

用稀碱处理单糖，能形成某些差向异构体的平衡体系

脱水反应（酸、热条件）

室温下，稀酸对单糖稳定性无影响

酸浓度>12%的浓盐酸及热的作用下，单糖易脱水，生成糠醛及其衍生物

氧化反应

碱性条件

弱氧化剂（多伦试剂、费林试剂）

被氧化成糖酸（醛基被氧化成羧基）

强氧化剂（浓硝酸）

醛糖的醛基和伯醇基被氧化成羧基，形成糖二酸

醛糖在酶作用下也可发生氧化，如某些醛糖在特定的脱氢酶作用下其伯醇被氧化，而醛基被保留，生成糖醛酸

还原反应

单糖分子中的醛基能被还原为醇，常用的还原剂有镍、氢化硼钠

酯化和醚化反应

糖分子中羟基能与有机酸和一些无机酸形成酯

糖中的羟基除能形成酯外还可生成醚。多糖醚化后可改善其性能

低聚糖

又称寡糖，由2~10个糖单位以糖苷键结合，主要是二糖和三糖

组成

均低聚糖

糖基相同

杂低聚糖

糖基不同

功能

赋予风味

特殊功能

增加溶解性

稳定剂

保健功能

功能性低聚糖

不被人体消化，提供热量很低

能促进肠道双歧杆菌的增殖（治疗肠道疾病）

预防龋齿、结肠癌等

低聚果糖、低聚木糖、甲壳低聚糖

环状糊精（双亲分子）

分类

α-环状糊精

n=6

β-环状糊精

n=7，使用最广泛

γ-环状糊精

n=8

作用

乳化作用

防止挥发性芳香物质挥发

保护易氧化和易光解物质

保护食品的色、香、味

除去食品中苦味和异味

多糖

概述

定义

分子量较大，聚合度不均一，分子量没有固定值

形状

直链

支链

分类

均多糖

杂多糖

性质

溶解性

分子量↓，分支程度↓，T↑，溶解度↑

限制水分流动

抑制冰晶生长

粘度

聚合度高的低聚糖粘度高

影响因素

结构

分子量相同时，直链粘度>支链粘度

电荷

仅带一种电荷的多糖粘度更高

温度

T↑，粘度↓

pH影响多糖在溶液中所带电荷状态

胶凝作用

既有固体的某些特性，又有液体的某些特性

风味结合功能

醛类、酮类、酯类可有效保留挥发性风味成分

在食品中的应用

冷冻（低温）稳定剂

增稠剂和胶凝剂

食品中的多糖

淀粉

结构

直链淀粉（双亲分子）

α-1，4-糖苷键

支链淀粉

α-1，6-糖苷键

糊化

本质

淀粉粒在适当温度下，在水中溶胀、分裂，形成均匀糊状溶液的过程

过程

第一阶段（可逆吸水阶段）

水由孔隙进入淀粉粒内，此时取出脱水可恢复原状

第二阶段（不可逆吸水阶段）

加热至糊化温度，水分子进入微晶束结构，淀粉原有排列取向被破坏

第三阶段（淀粉粒解体阶段）

淀粉粒分解，全部进入溶液

影响因素

结构

直链淀粉不易糊化

↑，糊化程度↑

糖

高浓度糖可抑制淀粉糊化

盐

高浓度盐可抑制淀粉糊化，低浓度对糊化无影响

脂类

与淀粉形成包合物，抑制糊化

酸度

pH<4，不利于糊化

<4pH<7,几乎无影响

pH=10，糊化速度加快

淀粉酶

可使淀粉降解，使糊化加快

老化

本质

糊化后的分子又自动排列成序，形成高度致密、结晶化、不溶解性分子微束

影响因素

淀粉种类

直链淀粉易老化，淀粉改性后不易老化

淀粉浓度

浓度大，30%<含水量<60%，易老化

无机盐

可阻碍老化

温度

2~4℃易老化，<60℃或-20℃>，不易老化

冷冻速度

速冻可降低老化

共存物

脂类和乳化剂可抗老化

水解

酸水解法

酶水解法

糖原

主要存在于肌肉和肝脏内，可储存能量，与支链淀粉结构相似，但分子量更大，支链更多

纤维素

结构

由D-吡喃葡萄糖通过β-D-1，4-糖苷键连接构成的线型同聚糖

性质

不溶于水，无还原性，需要浓酸或稀酸在一定压力下长时间加热水解

人体不能产生分解纤维素的酶，一些食草动物可以消化纤维素

半纤维素

定义

一些纤维素一起存在于植物细胞壁中的多糖物质总称

结构

由β-D-1，4-D-吡喃木糖单位组成的木聚糖

功能

提高面粉对水的结合能力

是膳食纤维的来源之一

果胶

结构

以α-1，4-苷键连成的聚合物

分类

果胶酸

果胶

原果胶

酯化度<50%

低甲氧基果胶

酯化度>50%

高甲氧基果胶

酯化度依次增强

理化性质

水解

溶解度

随着链增长而减少

粘度

与链长呈正比

影响因素

强度与分子量呈正比，与酯化程度呈正比

膳食纤维

定义

各种食用动植物的所有构成成分中，不受人的消化酶作用发生加水分解的物质

分类

溶解能力

水溶性膳食纤维（SDF）

水不溶性膳食纤维（IDF)

来源

植物类

动物类

合成类

理化性质

溶解性

结构越有序、支链越少、键合力越强、分子越稳定、溶解性越差

持水性

亲水基团具有良好的持水性和吸水性

对有机化合物的吸附作用

对阳离子的结合和交换作用

改变肠道系统内微生物群系组成

在大肠内繁殖有益菌，代替厌氧菌群，减少致病性

容积作用

吸水后体积增大，易引起饱腹感

生理功能

营养功能

预防肥胖症、肠道疾病

预防心血管疾病

降低血压，排出、，降低血液中Na/K比例

降血糖

抗乳腺癌

抗氧化性、清除自由基

提高人体免疫力

改善、增进口腔、牙齿功能

安全性

大量摄入膳食纤维，可引起人体腹胀、胀气等不适反应

影响对蛋白质、脂肪、碳水化合物的吸收

影响肠道内矿物元素的吸收

可束缚一些维生素，对脂溶性维生素有效性产生影响

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