食品化学-碳水化合物

这是一篇关于食品化学-碳水化合物的思维导图，主要内容有概述、单糖、多糖、低聚糖、膳食纤维。

碳水化合物

• 概述
  • 分类
    • 根据其水解程度
      • 单糖
      • 低聚糖（寡糖）
      • 多糖
    • 根据组成多糖的单糖种类
      • 均多糖
      • 杂多糖
    • 根据是否含有非糖基团
      • 纯粹多糖
      • 复合多糖
    • 根据多糖的生物学功能
      • 结构多糖
      • 贮存多糖
      • 功能性多糖
    • 根据多糖的来源
      • 植物多糖
      • 动物多糖
      • 微生物多糖
      • 多糖复合物
  • 在食品中的作用
    • 碳水化合物是人类营养的基本物质之一(能量）
    • 形成一定色泽和风味
    • 游离糖本身有甜度，对食品口感有重要作用
    • 游离糖本身有甜度，对食品口感有重要作用
    • 食品中纤维素、果胶等，除对食品质构有重要作用外，还是膳食纤维的构成成分。
    • <div>某些多糖或寡糖具有特定的生理功能，是保健食品的主要活性成分。</div>
  • 食品原料中的碳水化合物
    • 可分为水溶性的和水不溶性的，一般游离的单糖和寡糖是水溶性的，而多糖溶解性较差，甚至不溶。
• 单糖
  • 单糖的结构
    • 食品中的单糖多以D-构型。
    • 单糖衍生物
      • 单糖的磷酸酯
      • 脱氧单糖
      • 氨基糖
      • 糖酸
      • 糖醛酸
  • 单糖的物理性质
    • 甜度
    • <div>变旋现象</div>
    • 溶解度
    • 吸湿性、保湿性与结晶性
  • 单糖的化学性质
    • 美拉德反应
      • 开始阶段：包括羰氨缩合和分子重排作用
      • 中间阶段
        • 当pH小于或等于7
          • 当糖为戊糖时：果糖基胺主要发生1,2-烯醇化而形成糠醛;
          • 当糖是己糖时：羟甲基糠醛
        • 当pH大于7、温度较低
          • 果糖基胺发生2,3-烯醇化脱去胺残基而形成还原酮，还原酮较不稳定，形成脱氢还原酮，即二羰基化合物。
        • 当pH大于7、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
      • 末期阶段
        • 醇醛缩合：反应过程中形成的醛类、酮类都不稳定，它们可发生聚合反应，产生醛醇类和脱氮聚合物类：
        • 生成黑色素的聚合反应；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、聚合形成<br>棕色聚合物或共聚物
    • 美拉德反应对食品的影响
      • 对食品色泽的影响
      • 对食品风味的影响
      • 美拉德反应产物的抗氧化作用
      • 美拉德反应降低了食品的营养性
      • 美拉德反应产生有害成分
    • 影响美拉德反应的因素
      • 糖类与氨基酸的结构
      • 温度和时间
      • pH
      • 反应物浓度、含水及含脂肪量
      • 金属离子
      • 高压
    • 美拉德反应的控制
      • 降温-低温冷藏可延缓
      • 亚硫酸盐处理：羰基可与亚硫酸根生成加成产物，此产物与氨基反应的生成物不能进一步生成希夫碱
      • 改变pH值:降低pH
      • 降低产品浓度
      • <div>使用不易褐变的糖类：避开游离羰基</div>
      • 发酵法除糖和生物化学法酶法除糖
      • 钙盐防止：钙可与氨基酸结合生成不溶性化合物
    • 焦糖化褐变及其反应历程
      • 焦糖的形成
        •  第一阶段；蔗糖熔融，脱去一分子水，生成异蔗糖酐
        • 第二阶段；为持续较长时间失水阶段，异蔗糖酐缩合为焦糖酐
        • 第三阶段；焦糖酐进一步脱水形成焦糖烯，继续加热失水，生成高分子量难溶性焦糖素，难溶于水，深褐色
      • 热降解产物的产生
        • 酸性条件下醛类形成；在酸性条件下加热，醛糖或酮糖进行烯醇化，生成1,2-烯醇式己糖，随后形成糠醛
        • 碱性条件醛类的形成；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-烯醇式己糖，在强热下裂解生成醛类
    • 其他化学性质
      • 烯醇化和异构化
      • 脱水反应
      • 氧化反应
      • 还原反应
      • 酯化与醚化反应
• 多糖
  • 定义
    • 分子量：较大
    • 形状：直链、支链
    • 分类：根据单糖种类可分为
      • 均多糖
      • 杂多糖
  • 性质与功能
    • 溶解性
      • 溶解性与分子大小有关，分子量较小加热更易溶解。分子量大、分支程度高的溶解度低。不会显著降低水的冰点，是一种冷冻稳定剂
      • 水分流动性低
      • 抑制冰晶生长
    • 粘度与凝胶作用
      • 具有黏度的原因；多糖分子在溶液中以<font color="#ff0000">无规线团</font>的形式存在，在溶液中旋转时分子间彼此碰撞的几率提高
      • 影响粘度因素
        • 分子大小
        • 形状
        • 电荷
        • 构象
        • 温度
        • PH<br>
      • 凝胶作用
        • 风味结合功能
  • 在食品上的应用
    • 冷冻（低温）稳定剂
    • 增稠剂和胶凝剂
  • 淀粉
    • 化学结构
      • 右手螺旋结构，在螺旋内部只含氢原子，具亲油性；糖链上羟基在螺旋外部，具亲水性。
    • 淀粉的糊化
      • 定义
        • 淀粉粒在适当温度下，在水中溶胀，分裂，形成均匀的糊状溶液的过程被称为糊化
        • 本质
          • 微观结构从有序转变成无序/分子间的氢键断开，分散在水中
      • 糊化三个阶段
        • 可逆吸水阶段
        • 不可逆吸水阶段
        • 淀粉粒解体阶段
      • 糊化温度
        • 指双折射消失时的温度，糊化温度不是一个点，而是一段温度范围。
      • 影响因素
        • 结构
        • Aw
        • 糖
        • 盐
        • 脂类
        • 酸度
        • 淀粉酶
    • 淀粉的老化
      • 定义;
        • 淀粉溶液经缓慢冷却</font>或淀粉凝胶经<font color="#ff0000">长期放置</font>，会变为不透明甚至产生沉淀的现象
      • 实质
        • 糊化后的分子又自动排列成序，形成高度致密的、结晶化的、不溶解性分子微束。
      • 影响因素
        • 淀粉种类
        • 淀粉的浓度
        • 无机盐
        • pH
        • 温度
        • 冷冻速度
        • 共存物的影响
    • 水解
      • 酸水解法
      • 酶水解法
  • 糖原
    • 糖原是同聚糖，与支链淀粉的结构相似，含α-D-(1→4)和α-D-(1→6)糖苷键
  • 纤维素
    • 结构
      • 是由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
  • 半纤维素
    • 结构
      • <div>最普遍存在的半纤维素是由β-(1→4)-D-吡喃木糖单位组成的木聚糖。</div>
    • 功能
      • 半纤维素也是膳食纤维的来源之一
  • 果胶
    • 结构
      • D-吡喃半乳糖醛酸以α-1，4苷键相连的聚合物，通常以部分甲酯化存在
    • 分类
      • 果胶<br>
      • 果胶酸
      • 原果胶
      • 酯化度大于50%的果胶称为高甲氧基果胶，酯化度低于50%的是低甲氧基果胶
• 低聚糖
  • 概念
    • 定义；由2～10个糖单位以糖苷键结合，可溶于水<br>
    • 分类
      • 均低聚糖：糖基同种
      • 杂低聚糖：糖基不同
    • 功能
      • 赋予风味
      • 增加溶解性<br>稳定剂
      • 保健功能
  • 环状糊精
    • 定义；为6、7、8个D-吡喃葡萄糖通过α-1,4糖苷键连接而成的D-吡喃葡萄糖基聚合物
    • 特点
      • 高度对称性，是一个中间为空穴的圆柱体底部和上部排列若干-OH，内壁被C-H所覆盖
      • 有较强的疏水性
    • 作用
      • 对油脂起乳化作用
      • 对挥发性的芳香物质有防止挥发的作用
      • 对易氧化和易光解物质有保护作用
      • 对食品的色、香、味也具有保护作用
      • 除去一些食品中的苦味和异昧
  • 功能性低聚糖
    • 特点
      • 不被人体消化吸收，提供的热量很低
      • 能促进肠道双歧杆菌的增殖（治疗肠道疾病）
      • 可预防牙齿龋变、结肠癌等
• 膳食纤维
  • 定义
    • 膳食纤维是指各种食用动植物的所有构成成分中，不受人的消化酶作用而发生加水分解作用的物质
  • 分类
    • 按在水中的溶解能力分
      • 水溶性膳食纤维（SDF）
      • 水不溶性膳食纤维（IDF）
    • 按来源分
      • 植物类
      • 动物类
      • 合成类
  • 理化特性
    • 溶解性
    • 持水性
    • 对有机化合物的吸附作用
    • 对阳离子的结合和交换作用
    • 改变肠道系统中微生物群系组成
    • 容积作用
  • 生理功能
    • 营养功能
    • 预防肥胖症和肠道疾病
    • 预防心血管疾病
    • 降低血压：排出钠、钾离子，降低血液中钠/钾比
    • 降血糖：吸附葡萄糖，减少糖类物质的吸收和数量，延缓吸收速度。
    • 抗乳腺癌
    • 抗氧化性和清除自由基作用
    • 提高人体免疫能力
    • 改善和增进口腔、牙齿的功能
    • 其它作用