《EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY》：Understanding the challenges to reduce carbohydrates in foods: a review
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对低碳水化合物（low-carb）膳食模式的日益关注，推动了针对低碳水化合物含量再配方食品的研究与工业努力。然而，碳水化合物是多功能组分，不仅赋予食品甜味，还影响结构稳定性、水分分布、粘度和感官感知，这使得降低其含量成为一项重大技术挑战。为应对这些挑战，本篇叙
对低碳水化合物（low-carb）膳食模式的日益关注，推动了针对低碳水化合物含量再配方食品的研究与工业努力。然而，碳水化合物是多功能组分，不仅赋予食品甜味，还影响结构稳定性、水分分布、粘度和感官感知，这使得降低其含量成为一项重大技术挑战。为应对这些挑战，本篇叙述性综述分析了加工食品中的主要碳水化合物来源，包括糖、淀粉和小麦粉，重点阐述了开发低碳水化合物替代品所涉及的再配方策略、感官影响和技术障碍。此外，研究人员还进行了探索性的关键词共现分析，以界定当前研究趋势并识别文献中的主题空白。现有证据表明，没有任何单一成分或替代策略能够在不同食品体系中始终如一地再现传统富含碳水化合物成分的理化性质和感官特性。相反，碳水化合物的降低通常需要在营养改善、结构稳定性、加工特性和消费者接受度之间进行权衡。本综述强调了整合多学科方法的必要性，将成分功能性、营养平衡、加工策略和感官优化相结合，以支持开发在技术上可行且可被消费者接受的低碳水化合物食品。本综述为未来低碳水化合物食品再配方的进展提供了机理性和整合性的框架。
引言
碳水化合物（CHO）在人类饮食中扮演重要角色，在多数人群中约占每日总能量摄入的50%。然而，过量摄入特定CHO（尤其是精制糖）与包括2型糖尿病（T2D）在内的代谢性疾病风险增加相关。低碳水化合物（low-carb）膳食模式通常定义为CHO摄入低于130克/天或占总能量的26%，其日益增长的需求推动了全球低碳水食品市场的扩张。尽管关于健康效应的证据存在一定异质性，但CHO减少在食品体系中引发的技术挑战尚未得到充分认识。CHO在食品中的功能不仅限于热量贡献，还涉及甜度、水分活度控制、结构完整性、粘度和感官感知等，从而形成了营养鼓励与配方依赖之间的根本矛盾。该综述将“低碳水食品”定义为经再配方、可显著降低可消化CHO含量的加工产品。通过VOSviewer对Web of Science（WoS）数据库2020至2025年间文献进行关键词共现分析，发现现有研究主题主要集中于临床和营养领域，而与食品加工、配方和理化功能相关的主题被显著低估。这种主题失衡验证了文献中技术框架的缺失，为后续的机理性和整合性分析提供了证据基础。
糖类
糖类根据聚合度可分为单糖和双糖，但即使简单的CHO其技术行为也因分子结构、反应性和基质相互作用而显著不同。蔗糖是使用最广泛的甜味剂，不仅因为其甜味，更因为它平衡了感官接受度、经济可行性和技术功能性，包括水分活度控制、粘度调节及参与褐变反应等。甜味的感知不仅关乎强度，更涉及时序特征，包括起始、峰值强度和持续性。非营养性甜味剂（NNS）和低热量甜味剂（LCS）常被用于替代蔗糖，但它们在这些时序特征上存在显著差异，例如木糖醇较接近于蔗糖，而阿斯巴甜等NNS则具有较长的甜味余味。在复杂基质（如巧克力）中，多组分甜味剂虽可改善营养属性，却可能引入储存期间的持久异味。糖类替代也深刻影响理化性质，例如水分活度（aw）的降低。由于水分活度降低是依数性质，在等质量浓度下，分子量较低的单糖（如阿洛糖、塔格糖）相比二糖（如蔗糖）具有更高的摩尔浓度，从而能更有效地降低水的化学势和蒸气压。同时，糖类替代改变基质中的水分分布，直接影响淀粉糊化温度；在松饼等烘焙体系中，糊化对粘度的发展和蛋白变性前的结构建立至关重要。近年来，有研究关注到甜味受体不仅存在于口腔，还表达于肠道等组织，这引发了关于NNS代谢等效性的讨论。此外，监管框架和消费者意识的提升也在发挥作用，加贴前包装标签等政策可以显著影响购买行为。而风味调节化合物（如乙基香兰素）及渐进式减糖策略则依赖于消费者的感官适应，可为糖类减少提供补充途径。
淀粉功能特性与低碳水化合物再配方中的挑战
淀粉是谷物和蔬菜中的主要CHO组分，在加工食品中充当填充剂和结构化剂。其功能行为主要由直链淀粉（线性分子）和支链淀粉（支化分子）的比例和组织决定，直接影响糊化、粘度发展和结构稳定性。天然淀粉颗粒不溶于冷水，但在水存在下加热会经历糊化，颗粒膨胀并失去晶体结构，直链淀粉溶出后有助于形成粘度和结构化凝胶。替代淀粉的主要策略包括基于蛋白质的体系、碳水化合物衍生的亲水胶体和抗性淀粉（RS）。蛋白质体系的功能受pH和离子强度影响显著，且成本较高，限制其规模化应用。碳水化合物衍生的亲水胶体（如纤维素、β-葡聚糖、车前子壳）因成本低且能调节粘度和保水性而受到关注，但不同胶体的分子特性（如溶解度、分子量、电荷）导致其在不同体系中的性能表现出巨大差异。例如，高度亲水的成分（如车前子壳）能显著提高持水性和凝胶强度，但在高浓度下可能破坏网络形成，导致结构性能下降。在烘焙体系中，用纯化或原纤化纤维素部分替代淀粉虽能提高保水性，却增加了面团刚性，限制了发酵和烘烤过程中的气体膨胀，导致产品体积缩小、质地变硬。抗性淀粉（RS）能保留淀粉功能并部分维持食品结构，同时降低消化性和血糖反应，但其受限的膨胀能力可能限制加工过程中的基质膨胀，导致产品硬度增加和比容降低。总体而言，现有证据表明，没有任何单一成分能同时复制淀粉的保水性、结构性和加工性，因此有效的再配方依赖于多种组分的组合以平衡功能需求，这是一种系统级的设计挑战，而非简单的成分替换。
小麦粉在烘焙体系中的功能特性
小麦粉是加工食品（尤其是烘焙产品）中的核心成分，其技术性能由淀粉和谷蛋白蛋白的相互作用共同决定。淀粉负责水分吸收、糊化、粘度发展和回生，而谷蛋白蛋白则提供面团形成所需的面筋粘弹性和发酵过程中的气体保持能力。降低小麦粉用量需要同时补偿这两种功能，使得再配方过程变得尤为复杂。许多替代面粉（如鹰嘴豆粉、豌豆粉、核桃粉）缺乏形成连续谷蛋白网络所需的特定蛋白相互作用。因此，许多低碳水配方常表现出气体保持不足、比容降低、面包屑结构致密和面团弹性受损等问题。研究结果表明，替代食材的技术性能与其主导的大分子营养成分相关：富含蛋白质或脂质的成分（如豌豆蛋白、核桃粉）通常能改善产品软度和风味接受度；而富含膳食纤维的成分则倾向于增加持水性和面团粘度，损害气体膨胀和面包屑柔软度，导致产品密度增加。值得注意的是，部分替代面粉的CHO含量并不低，但其中可包含非消化性低聚糖（如鹰嘴豆粉中的水苏糖），相较于常规的富含淀粉原料具有较低的消化率和
