CARBOHYDRATE · CH19
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NIELSEN'S FOOD ANALYSIS · CHAPTER 19

碳水化合物分析

Carbohydrate Analysis
食品分析　·　3 小時課程　·　含 6 個互動小遊戲
分類 · 苯酚-硫酸法 · 還原糖 · HPLC · 酵素法 · 澱粉 · 膳食纖維
單/寡/多醣總糖還原糖HPLC/PAD膳食纖維
先想一想
營養標示上的總碳水化合物，是「量」出來的嗎？

其實多數標示上的總碳水化合物是用差減法算的：
總重 −（水分＋蛋白質＋脂肪＋灰分）。它不是直接測量值。

能量來源質地 膳食纖維標示與定價摻假鑑別
19.1 為什麼重要

為什麼要分析碳水化合物

⚡
能量主角
可消化醣類提供熱量；自然界 90% 醣以多醣形式存在
🏷️
標示法規
總碳水、總糖、添加糖、膳食纖維皆須正確標示
🍮
質地功能
增稠、穩定乳化泡沫、保水、抗凍融、褐變風味
🛡️
真偽品管
確認成分標示正確、偵測摻假與來源
19.1 分類

依分子大小分類

  • 單醣 (DP 1)：葡萄糖、果糖——唯一能直接吸收
  • 雙醣 (DP 2)：蔗糖、乳糖、麥芽糖
  • 寡醣 (DP 3–9)：棉子糖、水蘇糖、麥芽糊精
  • 多醣 (DP >9)：澱粉、纖維素、果膠、植物膠
FAO/WHO 依分子大小分：糖(DP1–2)、寡醣(DP3–9)、多醣(DP>9)。
人類只能消化蔗糖、乳糖、麥芽糊精與澱粉；其餘多醣皆不可消化。
19.1 食物中的含量

食物裡的碳水化合物含量

資料：USDA FoodData Central，% 總碳水化合物（濕基，概值）。
核心命題
先分類，再選方法

沒有單一方法能測「全部」碳水化合物。
策略是：依結構類型（單/寡/多醣、可否消化）選擇對應的分析法。

關鍵前處理：先乾燥→脫脂，再用熱 80% 乙醇萃取低分子醣，把多醣與蛋白留在殘渣。
小遊戲 ①依分子大小分類0 / 7
把 7 個碳水化合物依分子大小分到三類（單醣 / 寡醣 / 多醣）。
方法全覽

醣分析方法地圖

🟡
總糖
苯酚-硫酸法(490nm)——幾乎測所有醣
🔵
還原糖
Somogyi-Nelson、Lane-Eynon(Cu²⁺還原)
🧬
個別糖
HPLC / HPAEC-PAD、GC、酵素法(GOPOD)
🌾
多醣/纖維
澱粉酵素法、膳食纖維 AOAC 重量法、果膠
19.2 樣品前處理

萃取與淨化

  • 乾燥：真空烤箱乾至恆重（可同時測水分）
  • 磨碎＋脫脂：不先除脂，水溶性醣萃取會不完全
  • 熱 80% 乙醇萃取：溶出單/寡醣；加碳酸鈣中和防蔗糖水解
  • 離子交換淨化：除去帶電的灰分、有機酸、色素
為何用 80% 乙醇而非水？
低分子醣可溶於熱 80% 乙醇，而多醣與蛋白不溶——萃取相當專一。（不能用 Soxhlet：含水乙醇會共沸成 95%。）
19.3 總糖

苯酚-硫酸法

醣類樣品 清澈水溶液 加濃硫酸 脫水→糠醛 (furfural) 與苯酚縮合 黃金色產物 比色 490 nm 測 A 苯酚-硫酸法 Phenol-Sulfuric Acid 測幾乎所有單/寡/多醣（糖醇不顯色）·需標準曲線
濃硫酸使醣脫水成糠醛衍生物，與苯酚縮合成黃金色，於 490 nm 比色。簡單、快速、便宜；但糖醇不顯色，且反應非計量 → 必須用標準曲線。
小遊戲 ②醣類分析即時測驗0 / 4
19.4.1 還原糖

Somogyi-Nelson 法

還原糖 游離醛基 Cu²⁺ → Cu⁺ 還原砷鉬酸→藍色 520nm 氧化還原顯色
  • 還原糖的醛基把 Cu(II) 還原成 Cu(I)
  • Cu(I) 再還原砷鉬酸錯合物 → 強烈藍色
  • 於 520 nm 比色定量（葡萄糖當量）
  • 酮糖會異構成醛糖被一起測到——需標準曲線
反應非計量、各糖反應不同 → 必須建標準曲線。
19.4.1.2 另一還原糖法

Lane-Eynon 滴定

🧪
原理
樣品滴入沸騰鹼性硫酸銅(含酒石酸鉀鈉、甲基藍指示劑)；還原糖把 Cu²⁺ 還原，當 Cu²⁺ 耗盡，指示劑藍色消失
📏
判讀
以達終點所需體積計算還原糖量；AOAC 945.66。反應非計量 → 仍需標準曲線
與 Somogyi-Nelson 同樣基於Cu(II)→Cu(I)，差別在「滴定到指示劑變色」而非比色。
小遊戲 ③膳食纖維流程排序— / 6
用 ▲▼ 把 AOAC 991.43 酵素-重量法測膳食纖維的 6 個步驟排成正確順序。
19.4.2 個別糖

HPLC 與 HPAEC-PAD

🧬
HPLC 首選
同時定性(滯留時間)＋定量(峰面積)；快速、精準；除還原糖外也能測糖醇
⚡
HPAEC-PAD
高 pH 下醣羥基解離，陰離子交換管柱分離；脈衝電化學偵測器(PAD)專一靈敏
HPAEC-PAD 偵測下限約 1.5 ng（單醣）；響應因子逐日變動，需每天跑標準品校正。
19.4.2.3 酵素法

專一又靈敏

🧫
GOPOD 測葡萄糖
葡萄糖氧化酶將葡萄糖氧化生成 H₂O₂；過氧化酶＋無色染料 → 顯色定量
🎯
高度專一
酵素對特定醣高度專一、靈敏、不需高純度樣品、易自動化（套組販售）
應用延伸：澱粉先酵素水解成葡萄糖，再用 GOPOD 測 → 得總澱粉。
19.5.1 澱粉

總澱粉酵素測定

澱粉 DMSO 糊化 α-澱粉酶 切成寡醣片段 葡萄糖澱粉酶 完全水解→葡萄糖 GOPOD 顯色定量 總澱粉測定 Total Starch 酵素專一水解成葡萄糖，再以葡萄糖氧化酶偶聯定量 注意：抗性澱粉(RS)不易完全水解 → 多歸入膳食纖維
唯一可靠的總澱粉法：以純化澱粉酶完全水解成葡萄糖再定量(GOPOD)。酵素須純化以免雜酶釋出非澱粉葡萄糖。抗性澱粉(RS)不易完全水解，多歸入膳食纖維。
19.5.2 植物膠與果膠

多醣最難測

🌿
植物膠(hydrocolloids)
結構、溶解度、分子量差異大，無單一通用法；多需萃取→去蛋白→乙醇沉澱→水解測組成糖
🍓
果膠(pectin)
主成分為聚半乳糖醛酸，無官方法；常以間羥基聯苯-硫酸法測糖醛酸含量間接定量
添加量常僅 0.01–1%，且常為混摻——分離回收必有損失，定量格外困難。
小遊戲 ④方法「測什麼」分類0 / 7
換個角度——這些方法各自測的是哪一類目標？分到三類。
19.6 膳食纖維

定義決定方法

  • 膳食纖維＝小腸不可消化的醣類＋木質素等
  • 除非抗性澱粉外，所有非澱粉多醣皆屬纖維
  • 分可溶(SDF)與不可溶(IDF)；TDF＝SDF＋IDF
  • 定義須先取得共識，方法才能照定義測量
難處：纖維除了化學定義，還牽涉生理效應（不同來源效果不同）。AACC、IOM、Codex、FDA 四套定義略有差異，正持續調和。
19.6.2 纖維方法

酵素-重量法

🧪
為何叫「酵素-重量」
用酵素(α-澱粉酶、蛋白酶、葡萄糖澱粉酶)移除可消化澱粉與蛋白，再以重量秤殘渣
⚖️
關鍵校正
殘渣須扣除蛋白(凱氏/Dumas)、灰分(灰化)、空白，才是真正纖維
最棘手的干擾是澱粉：未除盡的可消化澱粉會增加殘渣重，高估纖維。
19.7 物理與光譜法

快速但只適純樣品

💧
比重/折射率
以比重計(°Brix)或折射計測糖漿濃度；僅適單一純物質(如純蔗糖)
🔄
旋光度
偏光儀測旋光；可由蔗糖水解前後('轉化')測蔗糖
📡
FTIR / NIR
快速、非破壞；乳品分析儀測乳糖；NIR 估纖維與糖，需先校正
物理法快速便宜，但只對純溶液準確；光譜法為間接估計值，須建檢量線。
小遊戲 ⑤決策挑戰：選對方法0 / 5
19.7 方法比較

一張表選方法（點欄位排序）

方法 ⇅測什麼 ⇅速度 ⇅主要應用 ⇅
速度：★ 越多越快。整合自 Table 19.2。
19.6 膳食纖維含量

各食物的總膳食纖維

資料：Table 19.8（AOAC 991.43），g 纖維 / 100 g 食物（濕基）。
方法選擇

跟著決策樹走

你要測的是什麼？ 選擇碳水化合物分析方法 總糖(混合醣)? 苯酚-硫酸法 490nm 比色 糖醇不顯色 還原糖? Somogyi-Nelson Cu²⁺→Cu⁺ 或 Lane-Eynon 滴定 個別糖/澱粉? HPLC / 酵素法 HPAEC-PAD 分離 澱粉→葡萄糖 GOPOD 膳食纖維? AOAC 酵素重量法 除澱粉/蛋白後秤殘渣 991.43

下一頁實戰：算一份早餐穀片的總膳食纖維 →

19.8 方法演進

為何層析法勝出

📉
舊法的痛
顯色/還原糖法：不同糖反應不同，混合醣時尤其麻煩；物理法只適純物質
📈
層析法的強
HPLC/GC 把混合醣分離、以滯留時間辨識、再定量每一成分
趨勢：舊法漸被層析取代；但因簡單、品管、標準化需求，部分舊法仍續用。澱粉是例外——可用酵素專一測定。
19.10 計算

膳食纖維 %：扣空白、蛋白、灰分

纖維% = 殘渣 − 蛋白 − 灰分 − 空白樣品重 × 100
  • 殘渣含少量殘留蛋白與灰分 → 須扣除
  • 另扣試劑空白(blank)
  • 結果以乾基表示（若樣品已乾燥）
  • TDF ＝ IDF ＋ SDF
小遊戲 ⑥計算闖關未作答
擠壓早餐穀片以 AOAC 991.43 測總纖維：樣品重 1002.8 mg，殘渣 151.9 mg，殘留蛋白 13.1 mg、灰分 21.1 mg、空白 6.1 mg。求總膳食纖維 %。
%
重點整理

今天的五個關鍵

  • 沒有萬用法——依結構類型(單/寡/多醣)選方法
  • 前處理：乾燥→脫脂→熱 80% 乙醇萃取低分子醣
  • 總糖苯酚-硫酸法；還原糖Somogyi-Nelson/Lane-Eynon
  • 個別糖看HPLC/HPAEC-PAD；澱粉用酵素→葡萄糖
  • 膳食纖維酵素-重量法：除澱粉/蛋白，秤殘渣扣蛋白灰分空白
自我檢核

今天結束，你應該會…

點一下打勾——確認自己真的會了。

下一步 · NEXT

把碳水化合物分析
用起來

📌 課後練習：Study Questions、Practice Problems
🔜 銜接章節：蛋白質分析 (Ch18)、水分分析 (Ch15)
🧪 思考：你要測總糖、還原糖、個別糖，還是膳食纖維？該選哪種方法？
苯酚-硫酸法Somogyi-NelsonHPLC/PAD酵素法膳食纖維