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碳水化合物是食品中主要组成分子，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。
（1）碳水化合物是人类营养的基本物质之一。人体所需要的能量中有70%左右是由糖提供的。
（2）具有游离醛基或酮基的还原糖在热作用下可与食品中其它成分，如氨基化合物反应而形成一定色泽；在水分较少情况下加热，糖类在无氨基化合物存在情况也可产生有色产物，从而对食品的色泽产生一定的影响。
（3）游离糖本身有甜度，对食品口感有重要作用。
（4）食品的黏弹性也是与碳水化合物有很大关系，如果胶、卡拉胶等。
（5）食品中纤维素、果胶等不易被人体吸收，除对食品的质构有重要作用外，还有促进肠道蠕动，使粪便通过肠道的时间缩短，减少细菌及其毒素对肠壁的刺激，可降低某些疾病的发生。
（6）某些多糖或寡糖具有特定的生理功能，如香菇多糖、茶叶多糖等，这些功能性多糖是保健食品的主要活性成分。
2 碳水化合物吸湿性和保湿性在食品中的作用。
碳水化合物的亲水能力大小是最重要的食品功能性质之一，碳水化合物结合水的能力通常称为保湿性。 根据这些性质可以确定不同种类食品是需要限制从外界吸入水分或是控制食品中水分的损失。例如糖霜粉可作为前一种情况的例子，糖霜粉在包装后不应发生黏结，添加不易吸收水分的糖如乳糖或麦芽糖能满足这一要求。另一种情况是控制水的活性。特别重要的是防止水分损失，如糖果饯和焙烤食品，必须添加吸湿性较强的糖，即玉米糖浆、高果糖玉米糖浆或转化糖、糖醇等。 3 膳食纤维的安全性。
（1）大量摄入膳食纤维，因肠道细菌对纤维素的酵解作用而产生挥发性脂肪酸、二氧化碳及甲烷等，可引起人体腹胀、胀气等不适反应。
（2）影响人体对蛋白质、脂肪、碳水化合物的吸收，膳食纤维的食物充盈作用引起膳食脂肪和能量摄入量的减少，还可直接吸附或结合脂质，增加其排出；具有凝胶特性的纤维在肠道内形成凝胶，可以分隔、阻留脂质，影响蛋白质、碳水化合物和脂质与消化酶及黏膜的接触，从而影响人体对这些能量物质的生物利用率。
（3）对于一些结构中含有羟基或羰基基团的膳食纤维，可与人体内的一些有益矿物元素，发生交换或形成复合物，最终随粪便一起排出体外，进而影响肠道内矿物元素的生理吸收。
（4）一些研究表明，膳食纤维可束缚一些维生素，对脂溶性维生素有效性产生影响。 4 蔗糖形成焦糖素的反应历程。
蔗糖是用于生产焦糖色素和食用色素香料的物质，在酸或酸性铵盐存在的溶液中加热可制备出焦糖色素，其反应历程如下。
第一阶段：由蔗糖熔化开始，经一段时间起泡，蔗糖脱去一水分子水，生成无甜味而具温和苦味的异蔗糖酐。这是这是焦糖化的开始反应，起泡暂时停止。
第二阶段：是持续较长时间的失水阶段，在此阶段异蔗糖酐脱去一水分子缩合为焦糖酐。焦糖酐是一种平均分子式为C24H36O18的浅褐色色素，焦糖酐的熔点为138℃，可溶于水及乙醇，味苦。
第三阶段：是焦糖酐进一步脱水形成焦糖烯，焦糖烯继续加热失水，生成高分子量的难溶性焦糖素。焦糖烯的熔点为154℃，可溶于水，味苦，分子式C36H50O25。焦糖素的分子式为C125H188O80，难溶于水，外观为深褐色。 5 抗坏血酸褐变的反应历程。
抗坏血酸不仅具有酸性还具有还原性，因此，常作为天然抗氧化剂。抗坏血酸在对其它成分抗氧化的同时它自身也极易氧化，其氧化有两种途径：
（1）有氧时抗坏血酸被氧化形成脱氢抗坏血酸，再脱水形成DKG（2，3-二酮古洛糖酸）后，脱羧产生酮木糖，最终产生还原酮。还原酮极易参与美拉德反应德中间及最终阶段。此时抗坏血酸主要是受溶液氧及上部气体的影响，分解反应相当迅速。
（2）当食品中存在有比抗坏血酸氧化还原电位高的成分时，无氧时抗坏血酸因脱氢而被氧化，生成脱氢抗坏血酸或抗坏血酸酮式环状结构，在水参与下抗坏血酸酮式环状结构开环成2，3-二酮古洛糖酸；2，3-二酮古洛糖酸进一步脱羧、脱水生成呋喃醛或脱羧生成还原酮。呋喃醛、还原酮等都会参与美拉德反应，生成含氮的褐色聚合物或共聚物类。抗坏血酸在pH<5.0的酸性溶液中氧化生成脱氢抗坏血酸，速度缓慢，其反应是可逆的。 6 淀粉糊化及其阶段。
给水中淀粉粒加热，则随着温度上升淀粉分子之间的氢键断裂，淀粉分子有更多的位点可以和水分子发生氢键缔合。水渗入淀粉粒，使更多和更长的淀粉分子链分离，导致结构的混乱度增大，同时结晶区的数目和大小均
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减小，继续加热，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受到破坏，最后完全成为无序状态，双折射和结晶结构也完全消失，淀粉的这个过程称为糊化。淀粉糊化分为三个阶段：
第一阶段：水温未达到糊化温度时，水分是由淀粉粒的孔隙进入粒内，与许多无定形部分的极性基相结合，或简单的吸附，此时若取出脱水，淀粉粒仍可以恢复。
第二阶段：加热至糊化温度，这时大量的水渗入到淀粉粒内，黏度发生变化。此阶段水分子进入微晶束结构，淀粉原有的排列取向被破坏，并随着温度的升高，黏度增加。
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。淀粉糊冷却时，一些淀粉分子重新缔合形成不可逆凝胶。 7 淀粉老化及影响因素。
热的淀粉糊冷却时，通常形成黏弹性的凝胶，凝胶中联结区的形成表明淀粉分子开始结晶，并失去溶解性。通常将淀粉糊冷却或储藏时，淀粉分子通过氢键相互作用产生沉淀或不溶解的现象，称作淀粉的老化。影响淀粉老化因素包括以下几点。
（1）淀粉的种类。直链淀粉分子呈直链状结构，在溶液中空间障碍小，易于取向，所以容易老化，分子量大的直链淀粉由于取向困难，比分子量小的老化慢；而支链淀粉分子呈树枝状结构，不易老化。
（2）淀粉的浓度。溶液浓度大，分子碰撞机会多，易于老化，但水分在10％以下时，淀粉难以老化，水分含量在30％～60％，尤其是在40％左右，淀粉最易老化。
（3）无机盐的种类。无机盐离子有阻碍淀粉分子定向取向的作用。
（4）食品的pH值。pH值在5～7时，老化速度最快。而在偏酸或偏碱性时，因带有同种电荷，老化减缓。 （5）温度的高低。淀粉老化的最适温度是2～4℃，60℃以上或－20℃以下就不易老化。
（6）冷冻的速度。糊化的淀粉缓慢冷却时会加重老化，而速冻使淀粉分子间的水分迅速结晶，阻碍淀粉分子靠近，可降低老化程度。
（7）共存物的影响。脂类、乳化剂、多糖、蛋白质等亲水大分子可抗老化。表面活性剂或具有表面活性的极性脂添加到面包和其他食品中，可延长货架期。 8 影响淀粉糊化的因素有哪些。
影响淀粉糊化的因素很多，首先是淀粉粒中直链淀粉与支链淀粉的含量和结构有关，其他包括以下一些因素。 （1）水分活度。食品中存在盐类、低分子量的碳水化合物和其他成分将会降低水活度，进而抑制淀粉的糊化，或仅产生有限的糊化。
(2) 淀粉结构。当淀粉中直链淀粉比例较高时不易糊化，甚至有的在温度100℃以上才能糊化；否则反之。 （3）盐。高浓度的盐使淀粉糊化受到抑制；低浓度的盐存在，对糊化几乎无影响。
（4）脂类。脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋环内，不易从螺旋环中浸出，并阻止水渗透入淀粉粒。因此，凡能直接与淀粉配位的脂肪都将阻止淀粉粒溶胀，从而影响淀粉的糊化。
（5）pH值。当食品的pH<4时，淀粉将被水解为糊精，黏度降低。当食品的pH＝4～7时，对淀粉糊化几乎无影响。pH≥10时，糊化速度迅速加快。
（6）淀粉酶。在糊化初期，淀粉粒吸水膨胀已经开始，而淀粉酶尚未被钝化前，可使淀粉降解，淀粉酶的这种作用将使淀粉糊化加速。 9 壳聚糖在食品工业中的应用。
壳聚糖的化学名为β-（1，4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，具有诸多的生理作用。
（1）作为食品的天然抗菌剂。壳聚糖分子的正电荷和细菌细胞膜上的负电荷相互作用，使细胞内的蛋白酶和其它成分泄漏，从而达到抗菌、杀菌作用。
（2）作为水果的天然保鲜剂。壳聚糖膜可阻碍大气中氧气的渗入和水果呼吸产生二氧化碳的逸出，但可使诱使水果熟化的乙烯气体逸出，从而抑制真菌的繁殖和延迟水果的成熟。
（3）作为食品的天然抗氧化剂。当肉在热处理过程中，游离铁离子从肉的血红蛋白中释放出来，并与壳聚糖螯合形成螯合物，从而抑制铁离子的催化活性，起到抗氧化作用。
（4）保健食品添加剂。壳聚糖被人体胃肠道消化吸收后，可与相当于自身质量许多倍的甘油三酯、脂肪酸、胆汁酸和胆固醇等脂类化合物生成不被胃酸水解的配合物，不被消化吸收而排出体外。与此同时，由于胆酸被壳聚糖结合，致使胆囊中胆酸量减少，从而刺激肝脏增加胆酸的分泌，而胆酸是由肝脏中胆固醇转化而来的，这一过程又消耗了肝脏和血液中的胆固醇，最终产生减肥的功效。
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（5）果汁的澄清剂。壳聚糖的正电荷与果汁中的果胶、纤维素、鞣质和多聚戊糖等的负电荷物质吸附絮凝，该体系是一个稳定的热力学体系，所以能长期存放，不再产生浑浊。
（6）水的净化剂。壳聚糖比活性炭能更有效地除去水中地聚氯化联苯，与膨润土复合处理饮用水时，可除去饮用水地颗粒物质、颜色和气味，和聚硅酸、聚铝硅酸及氯化铁复合使用，可明显降低水的COD值和浊度。 10美拉德反应的历程。
美拉德反应主要是指还原糖与氨基酸、蛋白质之间的复杂反应。它的反应历程如下。
开始阶段：还原糖如葡萄糖和氨基酸或蛋白质中的自由氨基失水缩合生成N－葡萄糖基胺，葡萄糖基胺经Amadori重排反应生成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，当pH值等于或小于7时，Amadori产物主要发生1，2-烯醇化而形成糠醛（当糖是戊糖时）或羟甲基糠醛（当糖为己糖时）。当pH值大于7、温度较低时，1-氨基-1-脱氧-2-酮糖较易发生2，3-烯醇化而形成还原酮类，还原酮较不稳定，既有较强的还原作用，也可异构成脱氢还原酮（二羰基化合物类）。当pH值大于7、温度较高时，1-氨基-1-脱氧-2-酮糖较易裂解，产生1-羟基-2-丙酮、丙酮醛、二乙酰基等很多高活性的中间体。这些中间体还可继续参与反应，如脱氢还原酮易使氨基酸发生脱羧、脱氨反应形成醛类和α-氨基酮类，这个反应又称为Strecker降解反应。
终期阶段：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脱氮聚合物类。
五、论述题
1 膳食纤维的理化特性。
（1）溶解性与黏性
膳食纤维分子结构越规则有序，支链越少，成键键合力越强，分子越稳定，其溶解性就越差，反之，溶解性就越好。膳食纤维的黏性和胶凝性也是膳食纤维在胃肠道发挥生理作用的重要原因。
（2）具有很高的持水性
膳食纤维的化学结构中含有许多亲水基团，具有良好的持水性，使其具有吸水功能与预防肠道疾病的作用，而且水溶性膳食纤维持水性高于水不溶性膳食纤维的持水性。
（3）对有机化合物的吸附作用
膳食纤维表面带有很多活性基团而具有吸附肠道中胆汁酸、胆固醇、变异原等有机化合物的功能，从而影响体内胆固醇和胆汁酸类物质的代谢，抑制人体对它们的吸收，并促进它们迅速排出体外。
（4）对阳离子的结合和交换作用
膳食纤维的一部分糖单位具有糖醛酸羧基、羟基和氨基等侧链活性基团。通过氢键作用结合了大量的水，呈现弱酸性阳离子交换树脂的作用和溶解亲水性物质的作用。
（5）改变肠道系统中微生物群系组成
膳食纤维中非淀粉多糖经过食道到达小肠后，由于它不被人体消化酶分解吸收而直接进入大肠，膳食纤在肠内发酵，会繁殖相当多的有益菌，并诱导产生大量的好氧菌群，代替了肠道内存在的厌氧菌群，从而减少厌氧菌群的致癌性和致癌概率。
（6）容积作用
膳食纤维吸水后产生膨胀，体积增大，食用后膳食纤维会对肠胃道产生容积作用而易引起饱腹感。 2 试述非酶褐变对食品质量的影响。
（1）非酶褐变对食品色泽的影响
非酶褐变反应中产生二大类对食品色泽有影响的成分，其一是一类分子量低于1000水可溶的小分子有色成分；其二是一类分子量达到100000水不可溶的大分子高聚物质。
（2）非酶褐变对食品风味的影响
在高温条件下，糖类脱水后，碳链裂解、异构及氧化还原可产生一些化学物质，如乙酰丙酸、甲酸、丙酮醇、3-羟基丁酮、二乙酰、乳酸、丙酮酸和醋酸；非酶褐变反应过程中产生的二羰基化合物，可促进很多成分的变化，如氨基酸在二羰基化合物作用下脱氨脱羧，产生大量的醛类。非酶褐变反应可产生需要或不需要的风味，例如麦芽酚和异麦芽酚使焙烤的面包产生香味，2-H-4-羟基-5-甲基-呋喃-3-酮有烤肉的焦香味，可作为风味增强剂；非酶褐变反应产生的吡嗪类等是食品高火味及焦糊味的主要成分。
（3）非酶褐变产物的抗氧化作用
食品褐变反应生成醛、酮等还原性物质，它们对食品氧化有一定抗氧化能力，尤其是防止食品中油脂的氧化
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较为显著。它的抗氧化性能主要由于美拉德反应的终产物－类黑精具有很强的消除活性氧的能力，且中间体－还原酮化合物通过供氢原子而终止自由基的链反应和络合金属离子和还原过氧化物的特性。
（4）非酶褐变降低了食品的营养性
氨基酸的损失：当一种氨基酸或一部分蛋白质参与美拉德反应时，会造成氨基酸的损失，其中以含有游离ε－氨基的赖氨酸最为敏感。糖及Vc等损失：可溶性糖及Vc在非酶褐变反应过程中将大量损失，由此，人体对氮源和碳源的利用率及Vc的利用率也随之降低。蛋白质营养性降低：蛋白质上氨基如果参与了非酶褐变反应，其溶解度也会降低。矿质元素的生物有效性也有下降。
（5）非酶褐变产生有害成分
食物中氨基酸和蛋白质生成了能引起突变和致畸的杂环胺物质。美拉德反应产生的典型产物D－糖胺可以损伤DNA；美拉德反应对胶原蛋白的结构有负面的作用，将影响到人体的老化和糖尿病的形成。 3 非酶褐变反应的影响因素和控制方法。
影响非酶褐变反应的因素 （1）糖类与氨基酸的结构
还原糖是主要成分，其中以五碳糖的反应最强。在羰基化合物中，以α-己烯醛褐变最快，其次是α-双羰基化合物，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。蛋白质也能与羰基化合物发生美拉德反应，其褐变速度要比肽和氨基酸缓慢。
（2）温度和时间
温度相差10℃，褐变速度相差3～5倍。30℃以上褐变较快，20℃以下较慢，所以置于10℃以下储藏较妥。 （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增加而加快；pH2.0～3.5范围时，褐变与pH值成反比；在较高pH值时，食品很不稳定，容易褐变。中性或碱性溶液中，由抗坏血酸生成脱氢抗坏血酸速度较快，不易产生可逆反应，并生成2，3-二酮古罗糖酸。碱性溶液中，食品中多酚类也易发生自动氧化，产生褐色产物。降低pH可防止食品褐变，如酸度高的食品，褐变就不易发生。也可加入亚硫酸盐来防止食品褐变，因亚硫酸盐能抑制葡萄糖变成5-羟基糠醛，从而可抑制褐变发生。
（4）食品中水分活度及金属离子
食品中水分含量在10～15％时容易发生，水分含量在3％以下时，非酶褐变反应可受到抑制。含水量较高有利于反应物和产物的流动，但是，水过多时反应物被稀释，反应速度下降。
（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时褐色化反应在常压下比较慢。但是，在pH8.0和10.1时，高压下褐色形成要比常压下快得多。
非酶褐变的控制
（1）降温，降温可减缓化学反应速度，因此低温冷藏的食品可延缓非酶褐变。（2）亚硫酸处理，羰基可与亚硫酸根生成加成产物，此加成产物与R-NH2反应的生成物不能进一步生成席夫碱，因此抑制羰氨反应褐变。（3）改变pH值，降低pH值是控制褐变方法之一。（4）降低成品浓度，适当降低产品浓度，也可降低褐变速率。（5）使用不易发生褐变的糖类，可用蔗糖代替还原糖。（6）发酵法和生物化学法，有的食品糖含量甚微，可加入酵母用发酵法除糖。或用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶混合酶制剂除去食品中微量葡萄糖和氧。（7）钙盐，钙可与氨基酸结合成不溶性化合物，有协同SO2防止褐变的作用。 4 食品中主要的功能性低聚糖及其作用。
在一些天然的食物中存在一些不被消化吸收的并具有某些功能的低聚糖，它们又称功能性低聚糖，具有以下特点：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，预防牙齿龋变、结肠癌等。
（1）大豆低聚糖
大豆低聚糖广泛存在于各种植物中，主要成分是水苏糖、棉子糖和蔗糖。成人每天服用3～5g低聚糖，即可起到增殖双歧杆菌的效果。
（2）低聚果糖
低聚果糖是在蔗糖分子上结合1～3个果糖的寡糖，存在于果蔬中， 可作为高血压、糖尿病和肥胖症患者的甜味剂，它也是一种防龋齿的甜味剂。
（3）低聚木糖
是由2～7个木糖以β-1，4糖苷键结合而成的低聚糖，它在肠道内难以消化，是极好的双歧杆菌生长因子，
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每天仅摄入0.7g即有明显效果。
（4）甲壳低聚糖
是一类由N-乙酰-D-氨基葡萄糖和D-氨基葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接起来的低聚合度的水溶性氨基葡聚糖。它有许多生理活性，如提高机体免疫能力、增强机体的抗病抗感染能力、抗肿瘤作用、促进双歧杆菌增殖等。
（5）其他低聚糖
低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚乳果糖以及低聚龙胆糖等都是双歧菌生长因子，可使肠内双歧杆菌增殖，保持双歧杆菌菌群优势，有保健作用。 5 膳食纤维的生理功能。
（1）营养功能
可溶性膳食纤维可增加食物在肠道中的滞留时间，延缓胃排空，减少血液胆固醇水平，减少心脏病、结肠癌发生。不溶性膳食纤维可促进肠道产生机械蠕动，降低食物在肠道中的滞留时间，增加粪便的体积和含水量、防止便秘。
（2）预防肥胖症和肠道疾病
富含膳食纤维的食物易于产生饱腹感而抑制进食量，对肥胖症有较好的调节功能。此外，可降低肠道中消化酶的浓度而降低对过量能量物质的消化吸收；与肠道内致癌物结合后随粪便排出；加快肠腔内毒物的通过，减少致癌物与组织接触的时间。
（3）预防心血管疾病
膳食纤维通过降低胆酸及其盐类的合成与吸收，加速了胆固醇的分解代谢，从而阻碍中性脂肪和胆固醇的胆道再吸收，限制了胆酸的肝肠循环，进而加快了脂肪物的排泄。
（4）降低血压
膳食纤维促使尿液和粪便中大量排出钠、钾离子，从而降低血液中的钠/钾比，直接产生降低血压的作用。 （5）降血糖
膳食纤维可吸附葡萄糖，减少糖类物质在体内的吸收和数量，延缓吸收速度。 (6) 抗乳腺癌
膳食纤维减少血液中诱导乳腺癌雌激素的比率。 (7) 抗氧化性和清除自由基作用
膳食纤维中的黄酮、多糖类物质具有清除超氧离子自由基和羟自由基的能力。 （8）提高人体免疫能力
食用真菌类提取的膳食纤维具有通过巨噬细胞和刺激抗体的产生，达到提高人体免疫力的生理功能。 （9）改善和增进口腔、牙齿的功能
增加膳食中的纤维素，则可增加使用口腔肌肉、牙齿咀嚼的机会，使口腔保健功能得到改善。 （10）其它作用
膳食纤维的缺乏还与阑尾炎、间歇性疝、肾结石和膀胱结石、十二指肠溃疡和溃疡性结肠炎等疾病的发病率与发病程度有很大的关系。
第4章 脂类 习题
一、填空题
1 脂类化合物种类繁多，结构各异，主要有_______、_______、_______、_______等。 2 脂类化合物是_______维生素的载体和许多活性物质的_______物质，并提供_______。 3 饱和脂肪酸的烃链完全为_______所饱和，如_______；不饱和脂肪酸的烃链含有_______，如花生四烯酸含_______个双键。
4 根据脂类的化学结构及其组成，将脂类分为_______脂类、_______脂类和_______脂类。 5 纯净的油脂_______、_______，在加工过程中由于脱色不完全，使油脂稍带_______色。
6 固体脂和液体油在加热时都会引起_______的增加，这种非相变膨胀称为_______膨胀。由固体脂转化为液体油时因相变化引起的体积增加称为_______膨胀。
7 牛奶是典型的_______型乳化液，奶油是_______型乳化液。
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