食品化学教案汇编

目录

第1章绪论.....................................................2

第2章水分.....................................................5

第3章碳水化合物...............................................10

第4章脂类.....................................................17

第5章蛋白质...................................................28

第6章酶.......................................................38

第7章维生素与矿物质...........................................71

第8章食品色素与着色剂........................................86

第9章食品风味..................................................125

第10章食品添加剂..............................................133

第11章食品中的有害成分.......................................143

1

课程介绍：

课程名称：食品化学

课时安排：56学时，1-14周，每周4学时；4学分。

教材：汪东风主编.食品化学，北京：化学工业出版社，2007.7

参考教材：

1、O.R.Fennema著，王璋等译.《食品化学》（第三版），中国轻工业出版社,2003

2、阚建全主编.《食品化学》（面向21世纪课程教材），北京:中国农业大学出版

社,2002年9月第一版

3、刘邻渭主编.《食品化学》（食品科学与工程专业用），北京:中国农业出版社,2000

年3月第一版

4、王光慈主编.《食品营养学》，中国农业出版社,2001.6

5、王璋,许时婴，汤坚主编.食品化学，北京:中国轻工业出版社出版,2007.4

章节内容及学时安排：

章节章题学时

第1章绪论2

第2章水分4

第3章碳水化合物10

第4章脂类6

第5章蛋白质10

第6章酶4

第7章维生素与矿物质4

第8章食品色素与着色剂4

第9章食品风味4

第10章食品添加剂2

第11章食品中有害成分6

考核：平时成绩（考勤、作业、课堂讨论）30%,期末考试成绩70%。

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《食品化学实验》安排：

教材：徐玮，汪东风主编.食品化学实验和习题.化学工业出版社,2008.5

学时：24学时，安排6个实验，第5-10周；2个学分。

分组：

实验内容：

1、食品中水分含量和水分活度的测定（p9）

2、油脂皂化值的测定（p26）

3、食品中叶绿素含量的测定——分光光度法（p45）

4、食品非酶褐变程度的测定（p86）

5、食品风味成分分析——游离氨基酸含量测定（p99）

6、食品风味成分分析——多酚总量测定（plOl）

几点要求：

1、上课时间，请收起手机和其他无关物品。如发现，第一次警告，第二

次当堂没收，课后请到班主任处领取。

2、课堂多交流，不明白随时提问，没有疑问时请保持安静；

3、作业：每章结束后布置，最迟1周后上交，希望准备两个作业本。作

业完成情况记入平时考核。

4、不要迟到早退，有事请假，必需提供请假条，无请假条这以旷课记。

考勤情况记入平时考核。

5、迟到、早退、旷课者，每次扣5分，该门课程每学期超过5次者，平

时成绩0分。

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课时名称：第1章绪论

课时安排：2学时。

一'教学目标

1、掌握食品化学的概念和发展历史；

2、了解食品化学在食品科学与工程学科中的地位；

3、了解食品化学课程的学习方法。

二、教学重点和难点分析

1、食品化学的概念；

2、食品化学课程的学习方法。

三'教学方法和教学手段

1、教学方法：讲授、讨论；

2、教学手段：多媒体教学、板书。

四、教学过程

第1章绪论

食品工业的简介：

1、1999年，全世界食品工业销售额为2.7万亿美元，居各行业之首。

2、2000年，中国食品工业总产值和利税分别为8434.1亿元和1458.3亿元，分别占全国工

业总产值的9.8%和利税的15.3%；食品工业就业人数为403.7万人，占全国工业企业

就业人数的7.3%。

3、2001年和2002年中国食品工业总产值分别为8740.55亿元和10169.68亿元。

4、食品工业产值与农业产值的比值为0.3-04:1,远低于发达国家的2-3:1。

1.1食品化学的概念及发展简史

1.1.1基本概念

营养素（nutrient）：指那些能够维持人体正常生长发育和新陈代谢所必需的物质，共

分为6类，水、碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质和维生素。

食物或食料（foodstuff）是指含有营养素的物料。（食品，food,?）

4

食品化学(foodchemistry)是从化学的角度和分子水平上研究成分在食品生产、食品

加工和贮藏期间的变化及其对食品营养性、享受性和安全性影响的科学；是为改善食品品

质、开发食品新资源、革新食品加工工艺和贮运技术、科学调整膳食结构、改进食品包装、

加强食品质量与安全控制及提高食品原料加工和综合利用水平奠定理论基础的科学。

一水分(water)

碳水化合物(carbohydrates)

蛋白质(proteins)

脂类［lipids)

—天然成分-----矿质元素(mineralelements)

维生素(vitamins)

(naturalcompositions)

色素(pigments)

激素(hormone)

风味成分(

食品----flavorcompositions)

(Foodproducts)」有害成分(toxicsubstances)

L食品添加剂-T天然食品添加剂(naturaladditives)

(砧0dadditives)工合成食品添加剂(syntheticadditnes)

「非天然成分一

(imnatural)

_污处物___厂加工过程污染物(fi"omprocessing)

(contaminant)L环境污染物(fromenvironmentpollution)

1.1.2食品化学发展简史

食品化学相关的研究和报道始于18世纪末期。1847年出版的《食品化学研究》。1860

年，将氮乘以6.25得蛋白质含量。20世纪，食品化学方面的论文期刊。

食品化学的发展归纳成四个阶段：第一阶段，天然动植物特征成分的分离与分析阶段。

第二阶段，19世纪早期(1820-1850年)，建立了新的化学研究杂志。定量分析有机物质

的方法，1847年出版了《食品化学研究》。第三阶段，19世纪中期英国的ArthurHillHassall

绘制了显示纯净食品材料的微观形象的示意图，微观分析。目前食品化学的发展处于第四

阶段。

食品化学”体系的形成与现状

1.1.3.1国外“食品化学”体系的形成与现状

1976年到1985年间，美国、日本、德国等国出版了一些较权威的食品化学著作。

1.1.3.2国内“食品化学”体系的形成与现状

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最初：食品生物化学，20世纪80年代：食品化学。食品化学教学内容基本上分理论

和实验两部分。

1.2食品化学在食品科学与工程学科中的地位

食品化学在食品科学和工程中有着重要的作用和特殊地位。

1.2.1食品化学对食品工业技术发展的作用

现代食品正向着加强营养、保健、安全和享受性方向发展，食品化学的基础理论和应

用研究成果，正在并继续指导人们依靠科技进步，健康而持续地发展食品工业

1.2.2食品化学对保障人类营养和健康的作用

食品的最基本的属性是为人们提供营养和感官享受，现代食品化学的责任不仅是要保

证食品中的成分有益健康和享受性而且要帮助和指导社会及消费者正确选择和认识食品的

营养价值，以达到合理饮食。

1.3食品化学的研究方法

食品科学研究的试验设计开始时，就应以揭示食品复杂体系及该食品体系在加

工和贮藏条件下的营养性、享受性及安全性为目的。

食品化学的试验应包括理化试验和感官试验。

了解这些变化的机理和控制原理就构成了食品化学研究的核心内容，其研究成

果最终将转化为：合理的原料配比、适当的保护或催化措施的应用、最佳反应时间

和温度的设定、光照、氧含量、水分活度和pH值等的确定，从而得出最佳的食品

加工和储藏的方法。

表1-1导致食品质量或安全性变化的一些化学和生物化学反应

反应种类实例

非酶催化褐变焙烤食品

前催褐变切开的水果

氧化反应脂类（不良风味）、维生素降解、色素变化、蛋白质（失去营

养价值）

水解脂类、蛋白质、维生素、碳水化合物、色素

金属相互作用络合反应（花色甘）、叶绿素失去镁、催化氧化反应

脂类异构化顺式一反式、非共扼一共扼

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脂类环化单环脂肪酸

脂类聚合反应在深度油炸中起泡

蛋白质变性蛋清凝结、酶失活

蛋白质交联在碱法加工过程中失去营养价值

多糖合成发生在采收后的植物中

糖分解反应发生在宰杀后的动物组织、采收后的植物组织中

食品中主要成份的反应和相互反应:

在食品加工保藏过程中，各主要成分间的相互作用对食品质量有着重要影响。

各种反应及其相互作用如下图所示：

L-脂类库（三酰甘油、脂肪酸和磷）C—碳水化合物库（多糖、糖和有机酸）

P—蛋白质库（蛋白质、肽、氨基酸和其他含氮物质）

思考题：

1、概念：营养素；食品化学。

2、简述食品化学在食品科学与工程学科中的作用。

3、简述食品化学课程的研究方法。

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课时名称：第2章水分

课时安排：4学时。

一'教学目标

1、了解水和冰的物理特性；

2、掌握食品中水的存在状态、掌握水分活度的定义和应用、掌握水分吸附等温线及其

应用；掌握水分活度与食品稳定性的关系；

3、了解冰在食品稳定性中的作用。

二'教学重点和难点分析

1、水特性与其分子结构间的关系；

2、食品中水分的存在状态：

3、水分活度的定义及其应用；

4、水分吸附等温线及其应用。

三、教学方法和教学手段

1、教学方法：讲授、讨论；

2、教学手段：多媒体教学、板书。

四、教学过程

第2章水分

在食品体系中的水除直接参与水解反应外，还作为许多反应的介质。

水是人体的主要成分，是维持生命活动、调节代谢过程不可缺少的重要物质。

水不仅是食品的主要营养素之一，它的存在还对食品的加工、储藏及品质等方面有重要

影响。

2.1水和冰的物理性质

2.1.1水分子及缔合其作用

2.1.1.1水分子

水分子结构为近似四面体的结构。

2.1.1.2水分子的缔合作用

水分子通过氢键作用与另4个水分子配位结合形成正四面体结构。氢键的离解能约为

25kJ/moL。水分子中的H-0键的极化作用可通过氢键使电子产生位移。

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2.1.2冰和水的结构

2.1.2.1冰的结构

冰是由水分子有序排列形成的结晶。

在食品中由纯粹的水结冰是不存在的，食品中溶质的数量和种类对冰晶的数量、大小、

结构、位置和去向都有影响。

六方型是大多数冷冻食品中重要的冰结晶形式，它是一种高度有序的普通结构。

2.1.2.2水的结构

由于综合原子距离和配位数对水的密度的影响，冰在转变成水时，净密度增大，当继

续升温至3.98℃时密度可达到最大值。

液态水的结构是不稳定的，水分子的排列是动态的，它们之间的氢键可迅速断裂，同

时通过彼此交换又可以形成新的氢键，使水分子具有低黏度。

水分子中氢键可被溶于其中的盐及具有亲水/疏水基团的分子破坏。极性基团也可通过

偶极-偶极。

水和冰的三维网状的氢键状态，赋予其一些特有的性质，如较高的熔点、沸点。

2.2食品中水的存在状态

2.2.1水与溶质的相互作用

2.2.1.1水与离子和离子基团的相互作用

离子-偶极的极性结合，离子水合作用。而大多数是电场强度较弱的负离子和离子半径

大的正离子，它们阻碍水形成网状结构，这类盐溶液的流动性比纯水更大。

221.2水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用

水与这些溶质之间的氢键键合作用比水与离子之间的相互作用弱，与水分子之间的氢

键相近。大多数氢键键合溶质都会阻碍水结冰。

2.2.1.3水与非极性物质的相互作用

由于他们与水分子产生斥力，从而是疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强。此

过程被称为疏水水合作用(hydrophobichydration)»如果水体系中存在多个分离的疏水性基

团，那么疏水基团之间相互聚集，从而使它们之间与水的接触面积减小，此过程被称为疏

水相互作用(hydrophobicinteraction)

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笼形水合物就是水靠氢键键合形成像笼一样的结构，通过物理作用方式将非极性物质

截留在笼中。

疏水基团周围水分子对正离子产生排斥，吸引负离子，这与许多蛋白质在等电点以上

pH值时能结合某些负离子的实验结果一致。“疏水相互作用”引起了蛋白质的折叠。是蛋白

质折叠的主要驱动力也是维持蛋白质三级结构的重要因素。

2.2.1.4水与双亲分子的相互作用

双亲分子的特征是在同一分子中同时存在亲水和疏水基团。

2.2.2水分存在状态

一般可将食品中的水分为自由水（或称游离水、体相水）和结合水（或称束缚水、

固定水）。

,化合水

结合水，邻近水

、多层水

食品中的水＜

（滞化水

I自由水彳毛细管水

I自由流动水

2.2.2.1结合水

结合水通常是指存在于溶质或其他非水成分附近的、与溶质分子之间通过化学键结合

的那部分水。根据结合水被结合的牢固程度，结合水又可分为：

（1）化合水

（2）邻近水

（3）多层水多层水的形成主要靠水-水和水-溶质间氢键而形成。

2.2.2.2自由水

自由水（游离水、体相水）是指那些没有被非水物质化学结合的水，通过一些物理作用

而滞留的水。

（1）滞化水：不能自由流动。

（2）毛细管水：如流动性降低、蒸汽压下降等。

2.2.2.3自由流动水

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自由流动水是指动物的血浆、植物的导管和细胞内的液泡中的水。食品中常说的水分

含量，一般是指在常压、100-105℃条件下恒重受试食品的减少量。

食品中水分子存在状态的不同及含量的高低，对食品的结构、加工特性稳定性等产生

重要的影响。

食品中结合水和自由水的性质区别在于：①食品中结合水与非水成分缔合强度大，其

蒸汽压也比自由水低得很多；②结合水的冰点比自由水低得多；③结合水不能作为溶质的

溶剂；④自由水能被微生物所利用，结合水则不能。

2.3水分活度

含水量作为判断食品稳定性的指标是不完全可靠的，提出了水分活度这一概念。

2.3.1水分活度的定义

水分活度(aw)：能反映水与各种非水成分缔合的强度，更确切的表示是aw^p/poo

食品中的aw值总在0-1之间。

2.3.2水分活度对温度的关系

dlnAw4H

d(l/T)R

式中：T一热力学温度；R—气体常数；△H一在试样水分含量时的等量吸附热

上述关系是：在一定的水分含量范围内：InAw与1/T是一种线性关系。起始Aw为0.5,

温度系数在2~40℃范围内是0.0034/°C。

在比较冰点以上和冰点以下温度的aw时，应注意：

①不能根据值aw来准确地预测在食品冰点以下温度时的体系中溶质的种类及其含量对

体系变化所产生的影响。

②食品冰点温度以上和冰点温度以下时a”.值的大小对食品稳定性的影响是不同的。

③低于食品冰点温度时的aw不能用来预测冰点以上的同一种食品的aw。

2.4水分的吸着等温线

2.4.1定义和区间：

II

水分吸着等温线(moisturesorptionisotherms,MSI)：在恒温条件下，食品的含水量

(用每单位干物质质量中水的质量表示)与aw的关系曲线。

意义：①在浓缩和干燥过程中样品脱水的难易程度与aw有关；②配制混合食品必须避

免水分在配料之间的转移；③测定包装材料的阻湿性的必要性；④测定什么样的水分含量

能够抑制微生物的生长；⑤预测食品的化学和物理稳定性与水分的含量的关系。

大多数食品的等温线呈S型。

等温线的制作方法主要有两种：解吸等温线和回吸等温线。

相当于等温线区间I中的水，是食品中吸附最牢固和最不容易移动的水。在-40℃时不

结冰，没有溶解溶质的能力，对于食品的固形物不产生增塑效应，相当于固形物的组成部

分。

等温线区间II的水占据固形物表面第一层的剩余位置和亲水基团周围的另外几层位

置，形成了水分子层结合水，主要靠水-水和水-溶质的氢键键合作用与邻近的分子缔合，同

时还包括直径＜lum的毛细管中的水。

区间III范围内增加的水是食品中结合最最不牢固和最容易流动的水，一般称为体相水,

毛细管aw在0.8~0.99。除化合水外，等温线每一个区间内和区间与区间之间的水都能发生

交换。

表1-2吸附等温线上不同区水分特性

等温线分区I区II区III区

Aw0—0.20.2—0.85>0.85

含水量，%1—6.56.5—27.5>27.5

冻结能力不能冻结不能冻结正常

溶剂能力无轻微一适度正常

水分状态单分子层吸附、多分子水层凝聚毛细管水

化学吸附结合水物理吸附或自由流动水

微生物利用不可利用开始可以利用可利用

2.4.2水分吸着等温线与温度的关系

aw随温度的升高而增大，MSI的图也随温度的上升向高aw方向迁移。

2.4.3滞后现象(Hysteresis)

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在一指定的aw时，解吸过程中试样的水分含量大于回吸过程中的水分含量，这就是滞

后现象的结果。

原因主要有：

①解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分；

②不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压(要抽出需

P内〉P外，要填满则需P外＞P内)；

③解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水，由此可导致回吸相同水分

含量时处于较高的aw。

④温度、解吸的速度和程度及食品类型等都影响滞后环的形状。

2.5水分活度和食品稳定性(Wateractivityandfoodstability)

用aw比用水分含量能更好地反应食品的稳定性。因为：

①aw对微生物生长有更为密切的关系；

②awW与引起食品品质下降的诸多化学反应、酶促反应及质构变化有高度的相关性；

③用aw比用水分含量更清楚地表示水分在不同区域移动情况；

④从MSI图中所示的单分子层水的aw(0.20-0.30)所对应的水分含量是干燥食品的最

佳要求；

⑤另外，aw比水分含量易测，且又不被破坏试样。

2.5.1食品中的aw与微生物生长的关系

细菌生长需要的aw较高，而酶菌需要的aW较低。低于0.5后，所有的微生物都不能

生长。

2.5.2食品中aw与化学及酶促反应的关系

aw与化学的及酶促反应的关系较为复杂。

2.5.3食品中aw与脂质氧化的关系

一般脂类氧化的速率最低点在aw=0.35左右。食品水分对脂质氧化既有促进作用，又

有抑制作用。当食品中aw大于0.35后，水分对脂质氧化促进作用的可能原因：其一是水

分的溶剂化作用，使反应物和产物便于移动，有利于氧化作用的进行；其二是水分对生物

大分子的溶胀作用，暴露出新的氧化部位，有利于氧化的进行。

2.5.4食品中aw与美拉德褐变的关系

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当食品中aw=0.3-0.7时，多数的食品就会发生美拉德褐变反应。用食品的BET单分

子层水的值可以准确地预测干燥产品最大稳定性时的含水量。

aw值除影响化学反应和微生物生长外，对食品的质构也有重要影响。

2.6冰在食品稳定性中的作用

冷冻是保藏大多数食品最理想的方法，其作用主要在于低温，而不是因为形成冰。将

出现两个非常不利的后果：①即水结冰后，食品中非水组分的浓度将比冷冻前变大；②水

结冰后其体积比结冰前增加9%o

采取速冻、添加抗冷冻剂等方法降低食品在冻结的不利影响，更有利于冻结食品保持

原有的色、香、味和品质。

2.7分子流动性和食品稳定性

分子流动性（molecularmobility,Mm）与食品的稳定性也有密切相关。分子流动性主要

受水合作用大小及温度高低的影响。温度越高分子流动越快，相态的转变也可提高分子流

动性。

2.7.1状态图

状态图就是描述不同含水量的食品在不同温度下所处的物理状态，它包括了平衡状态

和非平衡状态的信息。

用DSC（differentialscanningcalorimetry,差示扫描量热法）可测定简单的高分子体系，

而大多数食品很难利用DSC正确测定Tg,一般可以采用动态机械分析（DMA）和动态机

械热分析（DMTA）方法测定。

2.7.2分子流动性、状态图与食品性质的关系

2.7.2.1理化反应的速率与分子流动性的关系

食品中Mm分子流动取决于限制性扩散速率。

对于溶液中的化学反应速率主要受三方面的影响：扩散系数（D,一个反应的进行，反

应物必须相互碰撞）、碰撞频率因子（A,单位时间内碰撞次数）和化学反应的活化能因子

（Ea,反应物能量必须超过使它转变成产物的能量）。如果D对反应大于A和Ea,那么

该反应就是扩散限制反应。

2.722自由体积与分子流动性的关系

温度降低使体系中的自由体积减小，分子的平动和转动就变得困难，因此也就影响聚

合物链段的运动和食品的局部黏度。

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2.7.2.3水分对Tg的影响

食品中水分对食品的Tg具有特别作用。水的Tg极低，为-135C,水分可看做一种强

力增塑剂。

在没有其他外界因素的影响下，水分含量是影响食品体系玻璃化转变温度的主要因素。

2.7.2.4碳水化合物及蛋白质对Tg的影响

平均分子量越大，分子结构越坚固，分子自由体积越小，体系黏度越高，从而Tg也

越高。

2.7.3分子流动性、状态图与食品稳定性

如何简单、快捷、便宜的准确测定实际食品玻璃化温度的方法仍处于发展阶段。

2.7.3.1温度、分子流动性及食品的稳定性的关系

使无定形区的食品处于低于Tg温度，可提高食品的稳定性。

2.7.3.2食品的玻璃化转变温度与稳定性

通常在Tg以下，Mm和所有的限制性扩散反应（包括许多变质反应）将受到严格的限

制。

273.3根据状态图判断食品的稳定性

Aw是判断食品稳定性的有效指标，根据状态图也可粗略地判断食品的相对稳定性，从

而达到预测食品货架期的目的。

思考题：

1、概念：水分活度、水分吸湿等温线、滞后现象、结合水、游离水。

2、水的理化性质与其类似物比较有何特殊性？为什么？

3、水分含量与水分活度的关系。

4、简述食品中水分的存在形式及其性质区别。

5、冰冻法保藏食品有何利弊？采取哪些方法可以克服不利的因素？

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课时名称：第3章碳水化合物

课时安排：10学时。

一'教学目标

1、了解食品中碳水化合物的概念及其对食品质量的影响；

2、掌握食品中重要的碳水化合物的理化功能性质；

3、了解食品中重要的低聚糖、多糖和膳食纤维及其功能性质。

二、教学重点和难点分析

1、碳水化合物的相关概念、分子结构特点；

2、碳水化合物的食品功能性；

3、非酶褐变的定义、影响因素及其对食品质量的影响；

4、淀粉、果胶、膳食纤维等重要多糖的分子结构特点及其功能特性。

三'教学方法和教学手段

1、教学方法：讲授、讨论；

2、教学手段：多媒体教学、板书。

四'教学过程（10学时）

第3章碳水化合物（p28）

3.1概述

碳水化合物是多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。是人类膳食热量的主要来源。

淀粉是植物中最普遍的贮藏能量的碳水化合物，广泛分布于种子、根和块茎中。

3.1.1碳水化合物的一般概念

碳水化合物根据组成其单糖的数量可分为单糖、寡糖和多糖。

多糖是由多个单糖分子缩合而成，其聚合度大于10,根据组成多糖的单糖种类，多糖

又可分为均多糖或杂多糖。

根据其来源，多糖又可分为植物多糖、动物多糖和微生物多糖。

根据其在生物体的功能，多糖又可分为结构多糖、储臧性多糖和功能性多糖。

多糖衍生物：多糖复合物。

3.1.2食品原料中的碳水化合物

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根据其溶解性，可分为水溶性和水不溶性的。一般游离的单糖及寡糖是水溶性的，而

多糖的水溶性较差，甚至是不溶的。

淀粉：植物源食物中最普通的多糖，以种子、根和块茎中含量最丰富。

糖原：是动物性食品中的高分子碳水化合物，存在于肌肉和肝脏中。是一种葡聚糖，

结构与支链淀粉相似。

3.1.3碳水化合物与食品质量

碳水化合物对食品的营养、色泽、口感、质构及某些食品功能等都有密切关系。

营养：人体70%能量来源。

色泽：美拉德反应。

口感：甜味。

质构：黏性、弹性等。

食品功能：膳食纤维、保健功能等。

3.2碳水化合物的理化性质及食品功能性

3.2.1碳水化合物的结构

3.2.1.1单糖

单糖的分子量较小，一般含有5或6个碳原子，分子式为Cn(H2O)n。具有旋光性。

L-糖：如果在最高编号的手性碳原子上的羟基位于左边的位置，则称为L—糖。食品中

有两种天然的L—糖：L-阿拉伯糖和L-半乳糖。L一糖一般具有重要的生物化学作用。

CHOrHO

HOHJHOH

o

H汨H

OHOHHOH

OHH

H.O汨

.0

CH,OHCH20H

肌\

L一型/)

3.2.1.2糖醇、肌醉和糖昔

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(1)糖醇(alditol)：指由糖经氢化还原后的多元醇(polyols),除海藻中有丰富的甘露

糖醇外，自然界糖醇存在较少。糖醇大都是白色结晶，具有甜味，易溶于水，是低甜度、

低热量物质。不发生美拉德褐变反应。

(2)肌醇(inositol)：是环己六醇，肌醇异构体中具有生物活性的只有肌-肌醇，即肌醇。

肌醇通常以游离形式存在于动物的肌肉、心脏、肝、肺等组织中。

(3)糖昔(glycoside)：可分为含氧糖甘、含氮糖昔和含硫糖甘等。

3.2.1.3低聚糖

低聚糖又称寡糖，可溶于水。其中主要是二糖和三糖，二糖有蔗糖、麦芽糖，三糖有

棉籽糖。

还有一些分子量较大的低聚糖，如环状糊精。环糊精是由6-8个D-口比喃葡萄糖通过a-1,4

糖昔键连接而成的低聚物，分别称为a-环状糊精、快环状糊精和上环状糊精。

a-环状糊精的结构具有高度对称性，是一个中间为空穴的圆柱体，内壁为C-H所覆盖,

与外侧相比有较强的疏水性。环状糊精能稳定地将一些非极性的化合物截留在环状空穴，

从而起到稳定食品香味的作用。

3.2.1.4多糖

(1)多糖的结构：DP(degreeofpolymerization,聚合度)值由11到几千，一般大于10。

多糖的形状有直链和支链两种，前者如纤维素和直链淀粉，后者如支链淀粉和糖原。

(2)多糖的构象：

①延伸或拉伸的带状构象(extendedorstretchedribbon-typeconformation)；

②空心螺旋状构象(hollowhelix-typeconformation)：当螺旋直径较大时笼形复合物

就形成了；

③褶皱型构象(crumpled-typeconformation)；

④松散结合构象(loosely-joinedconformation)；

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⑤杂多糖构象；

⑥链间的相互作用：卡拉胶由于链的相互作用而形成具有三维网络结构的凝胶，溶剂

被截留在网络之中，凝胶强度受a-D-毗喃半乳糖-2,6-二硫酸酯残基数和分布的影响。

3.2.2碳水化合物的理化性质

3.2.2.1溶解性

单糖、糖醉、糖昔、低聚糖等一般是可溶于水的。多糖是一类高分子化合物，水虽能

使多糖分子溶剂化，但多糖不会增加水的渗透性和显著降低水的冰点，因此，多糖是一种

冷冻稳定剂。

3.2.2.2水解反应

(1)糖甘的水解：氧糖甘连接的0-昔键在中性或弱碱性pH环境中是稳定的，而在酸性条

件下易水解。

N-糖甘(糖基胺)在水中不稳定，易水解，并通过一系列复杂反应而产生有色物质，

是引起美拉德褐变的主要原因。

S-糖甘，即硫代葡萄糖甘或硫葡糖甘，是非常稳定的水溶性物质，在硫代葡萄糖甘酶

作用下可产生异硫鼠酸酯等产物。

生氟糖甘：在体内水解即可产生氢氟酸，如杏、木薯、高粱、竹、利马豆中。

(2)低聚糖及多糖的水解：

低聚糖易被酸或醵水解，但对碱较稳定。蔗糖水解称为转化，生成等物质量的葡萄糖

和果糖的混合物称为转化糖(invertsugar)。

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多糖经酶水解(a-淀粉酶和葡萄糖糖化酶)得到近乎纯的D-葡萄糖，再经葡萄糖异构

酶，形成由54%D-葡萄糖和42%D-果糖组成的平衡混合物，即果葡糖浆。

淀粉糊精麦芽糖葡萄糖

3.2.2.3氧化反应

含有游离醛基的醛糖或能产生醛基的酮糖都是还原糖，醛糖在酶作用下下可发生氧化。

在室温下葡糖酸6内酯和片内酯都可以水解生成D-葡糖酸，随着是酶解不断进行，pH值

逐渐下降，是一种温和的酸化剂。

3.2.2.4还原反应

单糖的埃基在适当的还原条件下可被还原成对应的糖醇(polyol)»

3.2.2.5酯化与酸化反应

蔗糖脂肪酸酯是食品中一种常用的乳化剂。

多糖酸化后可明显改善其性能。

3.2.3碳水化合物的食品功能性

3.2.3.1亲水功能

碳水化合物含有许多亲水性羟基，靠氢键键合与水分子相互作用，对水有较强亲和力。

糖醇除了甘露醇、异麦芽酮糖醇，均有一定吸湿性，特别在相对湿度较高的情况下。

碳水化合物结合水的能力通常称为保湿型。糖霜粉在包装后不应发生粘结，添加不易

吸收水分的糖如乳糖或麦芽糖能满足这一要求。

323.2黏度与凝胶作用

(1)黏度(viscosity)是表征流体流动时所受内摩擦阻力大小的物理量，是流体在受剪切

应力作用时表现的特性。

(2)多糖溶液的黏度：与相应食品的粘稠性及胶凝性都有重要关系。

多糖溶液的黏度同分子的大小、形状、所带静电荷及其所在溶液中的构象有关。

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直链多糖即线性多糖在溶液中占有较大的屈绕回转空间，其“有效体积”和流动产生的

阻力一般都比支链多糖大，分子间彼此碰撞频率高。

多糖溶液的黏度大小除与多糖的聚合度DP（相对分子量）、伸展程度和刚性有关，还与

多糖链溶剂化后的形状和柔顺性有关。

多糖在溶液中所带电荷状态对其黏度也有重要影响。pH值对黏度大小有较显著的影

响，其原因与多糖在溶液中所带电荷状态有密切关系。

通过加热，多糖分子溶于水，并形成不稳定的分散体系，随后分子链间又相互作用形

成有序排列，加快形成沉淀或胶凝现象。淀粉中出现的这种不溶解效应称为“老化”。

带电荷的直链均多糖会因静电斥力阻止分子链段相互接近，同时引起链伸展，产生高

粘度，形成了稳定的溶液，因此很难发生老化现象。例如海藻酸钠、黄原胶、卡拉胶等。

多糖溶液的黏度随着温度升高而下降，但黄原胶溶液除外，黄原胶溶液在0-100℃内黏

度基本保持不变。

（3）胶凝作用：在食品加工中，多糖或蛋白质等大分子，可通过氢键、疏水相互作用、范

德华引力、离子桥接（ioniccrossbridges）,缠结或共价键等相互作用，形成海绵状三维网

状凝胶结构。

凝胶是一种能保持一定形状，可显著抵抗外界应力作用，具有黏性液体某些特征的黏

弹性半固体。凝胶中含有大量的水，有时甚至高达99%。

凝胶强度依赖于联结区结构的强度。

多糖溶液的上述特征，赋予多糖在食品及轻工业广泛的应用，如作为增稠剂、絮凝剂、

泡沫稳定剂、吸水膨胀剂和乳状液稳定剂等。

3.233风味结合功能

大分子碳水化合物是一类很好的风味固定剂，应用最普通和最广泛的阿拉伯树胶。

3.2.3.4碳水化合物褐变产品与食品风味

碳水化合物在非酶褐变过程中，除了产生深色类黑精色素外，还产生了多种挥发性物

质，使加工食品产生特殊的风味，具有这种双重作用的焦糖化产物是麦芽酚和乙基麦芽酚。

碳水化合物的褐变产物均具有特殊的强烈的焦糖气味，可作为甜味增强剂。

3.235甜度

甜度是一个相对值，它是在相同条件下以蔗糖的甜度为100作为标准。

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除了木糖醇甜度和蔗糖相近，其他糖醇的甜度均比蔗糖低。是一种营养型甜味剂，低

热量食品甜味剂。

3.2.4非酶褐变反应

就碳水化合物而言，非酶褐变反应包括美拉德反应、焦糖化褐变和抗坏血酸褐变。

3.2.4.1非酶褐变的类型及历程

(1)美拉德反应及其反应历程：“非醐褐色化反应”，主要是指还原糖与氨基酸、蛋白质之

间的复杂反应。

开始阶段，生成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖。

中间阶段，1-氨基-1-脱氧-2-酮糖根据pH值的不同发生降解。

终了阶段，反应过程中形成的醛类、酮类都不稳定，它们可发生缩合作用产生醛醇类

及脱氮聚合物类，最终形成含氮的棕色聚合物或共聚物，统称为类黑素(melanoidin)»

(2)焦糖化褐变及其反应历程：糖类在没有含氮基化合物存在时加热到熔点以上，也会变

为黑褐的色素物质，这种作用称为焦糖化作用(caramelization)。一般可将焦糖化作用所产

生的成分分为两类：一类是糖脱水后的聚合产物，即焦糖或称酱色(caramel)；另一类是

一些热降解产物，如挥发性的醛、酮、酚类的物质。

焦糖化的历程可概况如下：

①焦糖的形成：糖类在无水及含氮基化合物存在条件下加热或高浓度时以稀酸处理，

可发生焦糖化作用。焦糖的水溶液呈胶态，其等电点(pl)多数在pH3.0-6.9范围内，少数

可低于pH3.0。

由蔗糖形成的焦糖素的反应历程:

第一阶段

A

H0

起泡二三异蔗糖酊I

蔗糖+加热M熔融加4,热二加热第

-H20二

阶

二^焦糖烯一生2起泡、脱水一焦糖酊段

焦糖素

(caramelin)加热(caramelan))

第三阶段

焦糖素的反应历程可分三阶段:

第一阶段：由蔗糖熔化开始，经一段时间起泡，蔗糖脱去一水分子，生产异蔗糖醉。

第二阶段是持续较长时间的失水阶段，焦糖酢(caramelan)。

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第三阶段是由焦糖酎进一步脱水形成焦糖烯(caramelen),若再继续加热，则生成高

分子量的难溶性焦糖素(caramelin)。

铁的存在能强化焦糖色泽。氨和硫酸镂可提高糖色的出品率，加工也方便。其缺点是

在高温下形成4-甲基咪嚏，它是一种惊厥剂，长期食用，影响神经系统健康，目前禁止使

用。

焦糖是一种焦态物质，溶于水呈棕红色，是我国传统的一种着色剂。

②热降解产物的产生：

a.酸性条件下醛类的形成。

b.碱性条件下醛类的形成。

(3)抗坏血酸褐变及其反应历程其氧化有两种途径：有氧时抗坏血酸被氧化反应

形成脱氧抗坏血酸，再脱水形成DKG[2,3-二酮古洛糖酸(2,3-diketogulomicacid)]后，

脱竣产生xylosone(酮木糖)，最终产生还原糖。

(4)酚类成分的褐变及其反应历程酚类成分在中酚性羟基在空气中容易氧化，尤其

是碱性环境中更易氧化。

①儿茶素的结构有A、B、C三个核，儿茶素分子中含有较多的酚性羟基，所以具有

极易氧化、聚合、缩合等性质。儿茶素是白色结晶。

②儿茶素的氧化反应儿茶素在高温、潮湿条件下容易自动氧化成各种有色物质。

3.24.2非褐变对食品的影响

非褐变反应是食品在加工及储存过程中的主要反应之一。参与反应的主要有糖类、氨基

酸、酚类及维生素C等。

(1)非褐变对食品色泽的影响其一是低分子量的有色物质；其二是分子量可达10万的

水不可溶的大分子高聚物。

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（2）非褐变对食品风味的影响非褐变反应可产生需宜的风味。可作为风味和甜味增强剂。

Strecker降解产生了C02<,

（3）非褐变产物的抗氧作用：食品褐变反应过程中生成醛、酮等还原性物质，它们有一

定的抗氧化能力，尤其是防止食品中油脂的氧化作用较为显著。到目前为止那些具有抗氧

化活性的MRPs确切结构还是没有完全搞清楚。MRPs的大豆油氧化诱导时间较未添加

MRPs的诱导增长3倍，氧化链传播的速度降低一半，且能减少己醛的形成。

对DPPH都有很好的清除作用。

主要在于缺少有抗氧化活性的MRPs的特殊结构和对抗氧化机理的研究。MRPs具有

很强的消除活性氧的能力。

（4）非酶褐变降低了食品的营养性。首先是氨基酸的损失，其中以含有游离卜氨基的赖

氨酸最为敏感，因而最容易损失。其次是糖及Vc等的损失。可溶性糖及Vc在非褐变反应

过程中将大量损失；蛋白质上氨基如果参与了非褐变反应，其溶解度也会降低。食品一旦

发生非褐变，其食品中矿物质元素的生物有效性也有下降。

（5）非褐变产生有害成分：生产了能引起突变和致畸的杂环胺物质；典型产物D-糖胺

可以损伤DNA；拉美德反应对胶原蛋白的结构有负面作用，这将影响到人体的老化和糖尿

病的形成。丙烯酰胺（acrylamide）是已知的致癌物，并能引起神经损伤。经煎、炸或烤等

高温加工处理的碳水化合物食品中丙烯酰胺较多。食品在120℃下加工即会产生丙烯酰胺。

3.2.4.3影响非褐变反应的因素及控制方法

（1）糖类与氨基酸的结构。还原糖是主要成分，以五碳糖的反应最强，约为六碳糖的10

倍。在埃基化合物中，以a-己烯醛褐变最快，其次是a-双埃基化合物，酮的褐变最慢。

至于氨基化合物，在氨基酸中碱性的氨基酸易褐变，氨基酸的氨基在a-位或在末端者

比在a-位易褐变；胺类一般较氨基酸易于褐变。

蛋白质也能与镶基化合物发生拉美德反应，但其褐变的速度要比肽和氨基酸缓慢。

（2）温度和时间。温度相差10C,褐变速度相差3-5倍。热作用时间对褐变反应的影

响也较大。A420nm的吸光值变化。对非酶褐变产生的有害成分也有重要影响。

（3）食品体系中的pH值当糖与氨基酸共存，pH值在3以上时，褐变随pH值增加而

加快；pH2.0-3.5间，褐变与pH值可防止食品褐变，加入亚硫酸盐来防止食品褐变。

（4）食品中aW及金属离子食品中水分子含量在10%-15%时容易发生非酶褐变，水分

含量在3%以下时，非酶褐变反应会受到抑制。在一定的水分含量范围内食品中水分含量较

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多，产生的丙烯酰胺量也越多。金属离子，铜、铁可促进抗坏血酸及酚类的褐变，铅次之，

锌和锡较小。

(5)高压的影响压力对褐变的影响，则随着体系中的pH不同而变化。在pH6.5时

褐色反应在高压下较慢，但是在PH8.0和IpHlO.l时，高压下葡萄糖-赖氨酸水溶液的褐色形

成要比常压下快的多。

(6)非褐变的控制防止非褐变反应主要采取以下措施。①降温，降温可减缓化学反

应速度。②亚硫酸处理。③改变pH值•④降低成品的浓度。⑤使用不发生褐变的糖类。⑥

发酵法和生物化学法，有的食品中糖含量甚微，可加入酵母用发酵法除糖•⑦钙盐，钙可

与氨基酸结合不溶性化合物，钙盐有协同SO2防止褐变的作用。

3.3食品中的重要低聚糖和多糖

3.3.1食品中重要的低聚糖

蔗糖、麦芽糖、乳糖、和环状糊精是食品加工中最常用的低聚糖。许多特殊的低聚糖

(如聚果糖、低聚木糖、甲壳低聚糖和低聚魔芋葡甘露糖)具有显著的生理功能。

常见的双糖主要有纤维二糖、麦芽糖、异麦芽糖、龙胆二糖和海藻糖等，又称还原糖。

蔗糖、乳糖、乳酮糖(lactulose)和二糖是杂低聚糖，除蔗糖外其余都是还原性双糖。

如果缺乏乳糖酶，会使乳糖在大肠内受到厌氧微生物的作用，发酵生成醋酸、乳酸和其他

短链酸，倘若这些产物大量积累会引起腹泻。

低聚果糖、低聚木糖等，它们又称为功能性低聚糖。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，预防牙齿踽变结肠癌等。

(1)大豆低聚糖：(soybenoligosaccharide)主要成分是水苏糖(stachyose占成熟大

豆干基3.7%)、棉籽糖(raffinose,占大豆干基1.3%)和蔗糖(占大豆干基5%)。

(2)低聚果糖(fructo-oligosaccharide)存在于果蔬中，如牛芽(3.6%)、洋葱(2.8%)、

大蒜(1.0%)、黑麦(0.7%)、香蕉(0.3%)o是一种防制齿的甜味剂。

(3)低聚木糖(xylo-oligosaccharide)其甜度约为蔗糖的40%。木二糖含量越高，则

低聚木糖的质量越好，低聚木糖一般是以富含木聚糖(xylan)的植物性物质如玉米芯、糖

渣、棉籽壳和数皮等为原料，通过木聚糖醐水解而制得。

(4)甲壳低聚糖生理活性，如提高机体免疫能力、抗肿瘤作用、促进双歧杆菌增殖

等。

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(5)其他低聚糖

3.3.2淀粉及糖原

3.3.2.1淀粉

淀粉一般由直链淀粉和支链淀粉构成。当直链淀粉比例较高时不易糊化，直链淀粉容

易发生"老化”，糊化形成的糊化物不稳定，而支链淀粉糊化后非常稳定的。在食品工业中淀

粉被广泛在用作增稠剂、黏合剂、稳定剂。

(1)淀粉的化学结构

直链淀粉：是由a-D-毗喃葡萄糖残基以1,4键结合而成直链分子，分子量1()6左右，呈

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。

支链淀粉

是一分支很高的大分子支链通过以a-1,6糖昔键与主链连接，分支点的a-1,6糖昔键

占总糖昔键的4%-5%o

(2)淀粉的糊化

①淀粉粒的特性在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉。粒淀粉粒大小在

0.001-015mm之间，马铃薯淀粉粒最大，谷物淀粉粒最小。有结晶结构的一些特点，结晶

区与无定形区呈现交替的层状结构。无定形区中主要是直链淀粉；结晶区主要是支链淀粉。

直链淀粉分子易形成以能截留脂肪酸、烧类物质的螺旋结构，这类复合物称为包含复合物。

淀粉粒中直链淀粉和支链淀粉分子呈径向排列。

②淀粉的糊化过程完整的淀粉粒不溶于冷水，能可逆地吸水并略微溶胀。加热，淀

粉发生不可逆溶胀。此时支链淀粉由于水合作用而出现无规卷曲，淀粉分子的有序结构被

破坏，最后完全成为无序状态，双折射和结晶结构从有序转变成无序。第一阶段：水温未

达到糊化温度时，水分只是由淀粉粒的孔隙进入粒内。第二阶段：加热至糊化温度，这时

大量的水渗入到淀粉粒内，引起淀粉粒溶胀并像蜂窝一样紧密地相互推挤。第三阶段：使

膨胀的淀粉粒继续分离支解，当在95℃恒定一段时间后，则黏度急剧下降。

③影响淀粉糊化的因素

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a.aWo