CARBOHYDRATE

1. CARBOHYDRATE Carbon, Hydrogen, Oxygen Cn(H2O)n aldehyde or ketone functional group

2. ประเภทของ CHO  แบ่งตามสมบัติทางกายภาพและเคมี 1. Soluble CHO Monosaccharide Oligosaccharide 2. Non-soluble CHO Polysaccharide 2.1 Non-digestible polysaccharide ex. Cellulose 2.2 Metabolizable CHO ex. Starch 2.3 textural modification ex. Pectin, gum

3. ประเภทของ CHO  แบ่งตามลักษณะโมเลกุล 1. Monosaccharide : glucose, fructose, galactose 2. Oligosaccharide : sucrose, maltose, lactose Mono 2-10 unit glycosidic bond 3. Polysaccharide : starch Mono >10 unit linear and branch chain

4. Monosaccharide ที่พบมากในอาหาร  Pentose (C5H10O5) • พบในรูปอิสระน้อยมาก • ส่วนใหญ่เป็นองค์ประกอบของ Polysaccharide • เช่น xylose, arabinose, ribose  Hexose (C6H12O6) Glucose • ถูกสังเคราะห์จาก Photosynthesis • พบทั่วไปในรูปอิสระในส่วนต่างๆ ของพืช • เป็นน้ำตาลที่สำคัญในเลือดของมนุษย์ • เป็น อปก ในโมเลกุลของ Oligosaccharide และ • Polysaccharide เช่น maltose, sucrose, lactose, starch • - Glucose ทางการค้า มาจาก hydrolysis ของ starch

5. Fructose or Levulose • เป็น ketose เพียงชนิดเดียว ที่มีความสำคัญในอาหาร • พบในผลไม้ และน้ำผึ้ง • มีความหวานมากที่สุด • D-form สามารถถูก metabolized ในร่างกายได้ • -furanose (4%), -furanose (21%), • -pyranose (trace), -pyranose (75%)

6. Galactose • ไม่ปรากฏเป็นอิสระในธรรมชาติ หรือพบน้อยมาก • เป็น อปก สำคัญในโมเลกุลของ lactose ในน้ำนม Mannose • ในธรรมชาติพบน้อยมาก • ส่วนใหญ่พบในรูปของ polymer

7. อนุพันธ์ของ Hexose Sugar alcohol or polyol

8.  Deoxy sugar เป็น Aldohexose ที่หมู่ CH2OH ถูกแทนที่ด้วย CH3 Ex. 2-Deoxy-D-ribose เป็นองค์ประกอบในโมเลกุลของ nucleotide ซึ่งเป็นองค์ประกอบของ DNA  Sugar acid oxidized -COOH Uronic acid -CHO Glucuronic acid Glucose Mannuronic acid Mannose Galacturonic acid Galactose

9.  Amino sugar -OH ถูกแทนที่ด้วย –NH2 ที่ ตน ที่ 2 ของ aldohexose Ex. D-glucosamine ได้มาจาก hydrolysis ของ chitin D-galactosamine พบในกระดูกอ่อน  Phosphate sugar เกิดจาก –OH ถูก esterified ด้วย phosphate acid phosphorilation Ex. Glucose-6-phosphate Fructose-6-phosphate Glycolysis

10. Oligosaccharide -H2O C6H12O6 + C6H12O6 C12H22O11 1. Disaccharide Mono 2 โมเลกุล 1.1 Homogeneous Disaccharide : maltose, cellobiose, isomaltose, gentibiose, trehalose 1.2 Heterogeneous Disaccharide : sucrose, lactose, lactulose, melibiose Mono 3 โมเลกุล 2. Trisaccharide 2.1 Homogeneous Trisaccharide : maltotriose 2.2 Heterogeneous Trisaccharide : manninotriose, raffinose

11. Oligosaccharide 3. Tetrasaccharide 4. Dextrin Mono 4-10 โมเลกุล

12. Disaccharide

13. Polysaccharide • Mono  10 unit • เป็น อปก อยู่ในโครงสร้างของเซลล์พืชและสัตว์ ประเภท  แบ่งตามลักษณะของ Polys ที่พบในธรรมชาติ • Structure forming skeletal substances • พืช : cellulose, hemicellulose, pectic substances • สัตว์ : chitin, mucopolysaccharide • Reserved substance • พืช : starch, dextrin, inulin • สัตว์ : mucopolysaccharide • Water binding substances • พืช : agar, pectin, alginate • สัตว์ : mucopolysaccharide

14. ประเภท  แบ่งตาม อปก • Homopolysaccharide (homoglycans) • : starch, cellulose • Heteropolysaccharide (heteroglycans) • : pectic substances, hemicellulose • Conjugated compound • : glycolipid

15. Linear amylose, cellulose Substituted locust bean, guar gum Multi-branch pectin, gum arabic Structure Branch dextran

16. Chemistry of Polysaccharides  Sugar composition Linkage types Molecular shape and size Common monosaccharides found in foods: Neutral sugars - Glucose - Galactose - Mannose - Xylose - Arabinose - Fructose - Rhamnose - Fucose Acidic sugars - Glucuronic acid - Galacturonic acid - Mannuronic acid - Guluronic acid

17. Effect of shape and size on viscosity • Longer chains give higher viscosity • Shorter chains give lower viscosity • Linear chains: favor high viscosity • Branched chains favor low viscosity • Rigid chains gives higher viscosity • Flexible chains give lower viscosity

18. Integration of Carbohydrates with other food components • Carbohydrates-Water • 2. Carbohydrates-Carbohydrates • 3. Carbohydrates-Proteins • 4. Carbohydrates-Lipids • 5. Carbohydrates-Flavors • 6. Carbohydrates-Co-solutes

19. 1.Carbohydrate-Water • 1.1 Starch-water • 1.2 Polysaccharides-water Rheological properties (viscosity & gel)

20. 1.1 Starch-Water Starch amylose amylopectin

22. Amylose Amylopectin โครงสร้าง สายยาว สายแขนง การเกิดสีกับ I2 สีน้ำเงิน สีแดง การดูดกลืนแสง 650 m 540 m จน.กลูโคสในโมเลกุล 10-10,000 10,000-100.000 การละลายน้ำ ไม่ละลาย ละลาย ความคงตัว เกิด retrogradation คงตัว การปป.maltose 70% 55%

23. ภาพแสดงกระบวนการละลายของเม็กแป้งระหว่างการพองตัวของเม็ดแป้งภาพแสดงกระบวนการละลายของเม็กแป้งระหว่างการพองตัวของเม็ดแป้ง

24. Gelatinization temperature (G.T.) ปัจจัยที่มีผลต่อ G.T. • ชนิดของแป้ง (amylopectin) • ขนาดและรูปร่างของเม็ดแป้ง ตารางแสดง G.T. ของแป้งบางชนิด Diameter (m) Starch G.T. (C) range mean Corn 21-96 15 61-72 White potato 15-100 33 62-68 Sweet potato 15-55 25-50 82-83 Tapioca 6-36 20 59-70 Wheat 2-38 20-22 53-64 Rice 3-9 5 65-75

26. 1.2 Polysaccharides-Water • Hydration and Solubility (Suspension and Dispersion) • Viscosity Enhancing or Thickening Properties • Gelling Properties

27. 1.2 Polysaccharides-Water • Hydration and Solubility (Suspension and Dispersion) • Viscosity Enhancing or Thickening Properties • Gelling Properties

28. Hydration and Solubility (Suspension and Dispersion) When polysaccharide is placed in water, water molecules penetrate amorphous regions and bind to available polymer sites, hydration continues until molecules become completely surrounded by an atmosphere of partially immobilized water molecules and polymer is monodispersed.

29. 1.2 Polysaccharides-Water • Hydration and Solubility (Suspension and Dispersion) • Viscosity Enhancing or Thickening Properties • Gelling Properties

30. The ability to increase viscosity or to thicken the aqueous system is the most important property 1). Effect of structure/shape The shape and conformation of polysaccharides are determined by their primary sequence structure. 2). Effect of molecular weight The molecular weight and concentration become important in determining their functional properties.

31. 3). Temperature/pH Solution pH, temperature, certain ions and ionic strength of the system, have significant influences on the conformation of polysaccharide chains, and hence their functional properties. 4). Concentration Solution viscosity increases with concentration, but not necessarily in a linear manner.

32. At low concentrations--normally exhibit Newtonian • flow behaviour • When the polymer concentration is increased to a • critical point, solution viscosity increases sharply— • polysaccharide gums exhibit shear thinning flow • behaviour • The viscosity of most gum solutions decreases • with increased temperature • Other factors influencing viscosity include pH, ionic • strength and presence of co-solutes

33. 1.2 Polysaccharides-Water • Hydration and Solubility (Suspension and Dispersion) • Viscosity Enhancing or Thickening Properties • Gelling Properties

34. 1). Gelling Phenomenon:caused by the cross-linking of long polymer chains to form a continuous three-dimensional network and forms a firm and rigid structure resistant to flow under force.

35. 2). Gelling Conditions and Procedures: Gelling Involves three stages: a. dissolved/dispersed at temperature above the melting point-- polymer chains exist in a coiled conformation. Upon cooling, start to form ordered structure such as helices; b. Formation of a gel network with further cooling– helices begin to aggregate by forming cross-links or super-junctions, and a continuous network is eventually developed; c. Aging stage-- existing helices or aggregations are further enhanced and some new helices are formed.

36. Most of the polysaccharide gels are thermally reversible below 100C with defined setting and melting temperature ranges. • There is a minimum concentration for each polysaccharide, below which, gel cannot be obtained. • Some gels exhibit thermal hysteresis: the melting temperature is much higher than the setting temperature.

37. Some gums form gels upon heating while others • can form gels by changing ionic strengths and pH or • introducing specific ions. • A wide range of gels with different textures, such as • soft, elastic, very firm and brittle, can be prepared by • selecting different types of polysaccharides and by • varying gelation conditions.

38. SOL GEL Generalised ‘junction zones’ which may be one of several type namely (a) (b) (c) (d) 3). Gelling Mechanisms: • Network formation by chains of interrupted type: • cross-linkage by double helices as in -carrageenan; • by bundles of double helices as in agarose; • by ribbon-ribbon associations of the egg-box type as in alginate; • helix-ribbon associations as in mixed systems containing agarose and certain galactomannans or xanthan gum and certain glucomannans.

39. 2.Carbohydrates-Carbohydrates • 2.1 Pyrolytic reaction • 2.2 Interaction of amylopectin and amylose • 2.3 Polysaccharides-Polysaccharides • 2.4 Starch-Polysaccharides

40. 2.1 Pyrolytic reaction Caramelization sugar catalyst (acid, base, salt) dehydrate Unsaturated ring Conjugated bond fragmentation condensation polymer (brown pigment) aroma

41. Caramelization Catalyst : specific type of caramel color ammonium bisulfite Color of cola drink ammonium ion Brewer color of beer Reaction rate Temp pH

42. 2.2 Interaction of amylopectin and amylose Retrogradation การคืนตัวของแป้ง : การรวมตัวกันใหม่ของโมเลกุลแป้ง ระหว่าง cooling & freezing water OH OH OH HO Water escaping syneresis OH OH

43. Syneresis ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ เวลาผ่านไป เกิดการแยกน้ำออกมา H O-H H + H2O O O O H O-H H แป้งละลายน้ำ Syneresis

44. ปัจจัยที่มีผลต่อ retrogradation • type of starch • starch concentration • cooking procedure • temp • storing time • pH • cooling procedure • presence of other compound

45. 2.3 Polysaccharides-Polysaccharides 1). Association of two hydrocolloids after mixing– two possible results: precipitate or gelation. mechanisms • ionic interactions if the two hydrocolloids • have opposite charge • the synergistic interaction of stiff polysaccharide • molecules to increase viscosity, gel formation or • enhance gelling properties

46. 2). No association of the two hydrocolloids-- two possible results • If the two polymer are compatible: • be a single phase • If the two polymers are non-compatible: • separate into two phases – each phase contains one • hydrocolloid as the main components but also • contains a small portion of the second • polysaccharides.

47. 2.4 Polysaccharide/Starch Interactions • Aggregation and recrystallization of starch molecules • can lead to increased rigidity and syneresis of the • starch paste, further exacerbated during freezing with • detrimental effects to the texture, acceptability and • digestibility of starch-containing foods. • Modifications of starch gelatinization and retrogradation • characteristics by hydrocolloids make these • combinations useful as food ingredients.

48. Examples • Guar gum, xanthan and carboxymethyl cellulose • hastened the onset of initial paste viscosity and • increased final peak viscosity of wheat starch due • to the greater leaching out of amylose • The addition of a small amount of konjac- • glucomannan prevented the development of • syneresis during the storage of corn starch • Interaction between yellow mustard gum and native • and acetylated pea starch increased the starch paste • viscosity and altered the degree of pseudoplasticity • of the corresponding starch pastes

49. 3.Carbohydrates-Proteins • 3.1 Maillard Reaction • 3.2 Starch-Protein • 3.3 Polysaccharides-Proteins

50. 3.1 Millard reaction • Rxn ระหว่าง Aldose กับ Amino acid ก่อให้เกิด • Aldosylamino acid ด้วยการเกิด Aldol Condensation • เกิด Amadori rearrangement ได้ ketose amino acid • 3. มีการรวม 2 โมเลกุลของ ketose amino acid เป็น • Diketose amino acid • Ketose amino acid และ Diketose amino acid สลายตัวให้ • Carbonyl intermediate • สารประกอบประเภท Carbonyl compound จะจับกับ • amino acid ที่เหลืออยู่ ให้ browning pigment