碳水化合物的化学结构不同，其理化性质也有所不同，因此，不同的糖有不同的风味、甜度和特殊反应，为食品加工提供色泽、口感和质构。了解其理化特性，可为指导人体营养和食品加工等方面中合理利用碳水化合物提供理论基础。

单糖、双糖、低聚糖、糊精、果胶都溶于水。淀粉一般不溶于水，但与水加热后可吸水膨胀，变成糊状。淀粉经酸处理生成可溶淀粉。糖原能分散在水中得乳白色胶态“溶液”。糖脂的一端亲水，脂质的一端疏水。糖蛋白和蛋白多糖的糖也都亲水。一般而言，碳水化合物的溶解性能与温度、pH和等电点有关。

大多数不溶于水的糖类都具有与水结合的能力，如膳食纤维、非淀粉多糖、部分寡糖和淀粉，但有些在热水中能溶解或者溶胀，醇类能增加这种溶胀性。琼脂、果胶、海藻酸和黏多糖等都能结合大量的水。如膳食纤维可吸水膨胀，吸水量依据其来源、周围液体的pH和离子浓度等而不同，吸水后膳食纤维呈海绵状，细菌和一些分子能穿插进去。麦麸可吸收5倍于本身重量的水。利用此性质在食品工业中可以作为增稠剂、凝结剂和湿润剂。水溶性和水合性是碳水化合物的重要参数，此性质在食品工业中的应用比在营养学中的应用更为重要。

许多种碳水化合物都有些甜味，特别是单糖和双糖，味道较甜。不同的糖，其甜味也不相同。国际上常把甜味剂分成3类：食糖，如蔗糖、淀粉糖等；食糖的代用品，如糖醇类；高倍甜味剂，如糖精、甜蜜素、阿斯巴甜等。食物中的碳水化合物的甜味与能量大小有一定的关系，但与食糖代用品则无关。如把蔗糖的甜度定为1.0，主要天然和合成的糖类相对甜度和能量价值见表1-5-3。

常见的单糖是葡萄糖和果糖，他们的分子式相同，都是C ₆H ₁₂O ₆，但其构型不同。以甘油醛为标准，糖分子的构型分为D-型和L-型。L-糖是D-糖的镜像异构体，在自然界中很少存在。一般情况下，两者之间的物理性质（如沸点、熔点、可溶性、黏度、颜色和外观）几乎完全一样，但在生化性质方面却截然不同。人体内的酶系统对D-型糖发挥作用而对L-型糖无效，同时，L-糖也不能被大部分微生物利用和被降解。

单糖有旋光性。在旋光计中，能使偏振光的平面右旋的为右旋糖，一般用（+）表示；使平面左旋的为左旋糖，用（-）表示。不是所有的D系糖都是右旋的。一般提到的葡萄糖，除特别指出的以外，都是α，D（+）葡萄糖。果糖是D系的β异构体，为左旋，表示为β，D（-）果糖。

碳水化合物的化学性质复杂，为方便了解其共性，以单糖为例阐述。单糖的化学反应有的以环式结构进行，有的以开链结构进行。

单糖无论是醛糖或酮糖都可与弱的氧化剂叶伦试剂、费林试剂和本尼迪特试剂作用，生成金属或金属的低价氧化物，表明其具有还原性，所以，单糖也叫作还原糖。

单糖在酸性条件下氧化时，由于氧化剂强弱不同，氧化产物也不同。例如，葡萄糖被溴水氧化时，生成葡萄糖酸；而用强氧化剂硝酸氧化时，则生成葡萄糖二酸。溴水氧化能力较弱，它把醛糖的醛基氧化为羧基。当醛糖中加入溴水，稍加热后，溴水的棕色即可褪去，而酮糖则不被氧化，因此可用溴水来区别醛糖和酮糖。

单糖环状半缩醛结构中的半缩醛羟基与另一分子醇或羟基作用时，脱去一分子水而生成缩醛。糖的这种缩醛称为糖苷。例如α-和β-D-吡喃葡萄糖的混合物，在氯化氢催化下同甲醇反应，脱水生成α-和β-D-甲基吡喃葡萄糖苷的混合物。苷由糖和非糖部分组成。非糖部分称为糖苷配基或苷元。糖和糖苷配基脱水后通过“氧桥”连接，这种键称为苷键。由于单糖的环式结构有α-和β-两种构型，所以，可生成α-和β-两种构型的苷。天然苷多为β-构型。苷的名称是按其组成成分而命名，并指出苷键和糖的构型。天然苷常按其来源而用俗名。

糖苷在中性或碱性环境中较稳定，但在酸性溶液中或在酶的作用下，则水解生成糖和非糖部分。糖苷也是植物的有效成分之一，多为无色、无臭、有苦涩味的固体，但黄酮苷和蒽醌苷为黄色。苷中含有糖部分，所以在水中有一定的溶解性。苷类都有旋光性，天然苷多为左旋体。

单糖分子中含多个羟基，这些羟基能与酸作用生成酯。人体内的葡萄糖在酶作用下生成葡萄糖磷酸酯，如1-磷酸吡喃葡萄糖和6-磷酸吡喃葡萄糖等。单糖的磷酸酯在生命过程中具有重要意义，它们是人体内许多代谢的中间产物。

单糖分子与三分子苯肼作用，生成的产物叫作糖脎。例如葡萄糖与苯肼作用，生成葡萄糖脎。无论是醛糖还是酮糖都能生成糖脎，成脎反应可以看作是α-羟基醛或α-羟基酮的特有反应。糖脎是难溶于水的黄色晶体。不同的脎具有特征的结晶形状和一定的熔点。常利用糖脎的这些性质可鉴别不同的糖。

该反应指糖和氨基化合物（氨基酸、肽和蛋白质的氨基）相遇，经过一系列反应生成褐色聚合物的现象。褐变反应分为非酶促如焦糖化反应、美拉德反应；酶促反应如氧和酚类化合物在酚类氧化酶作用下的反应。褐变反应是食品储藏和加工中最常见的一类反应，反应速度和过程复杂，对食品的色泽、风味、品质均有重要影响，详见第二卷食物营养卷。