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食品化学是研究食品中化学成分和化学反应的科学。我们日常食用的食品都含有各种化学物质，包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等天然成分，以及防腐剂、色素等人工添加成分。这些化学物质不仅决定了食品的营养价值，还影响着食品的口感、颜色、保存期限和安全性。
碳水化合物是食品中最重要的能量来源。单糖如葡萄糖和果糖可以直接被人体吸收利用。双糖如蔗糖和乳糖需要消化分解。多糖如淀粉是植物的储能形式，而纤维素虽然不能被人体消化，但对肠道健康很重要。
蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的大分子。人体需要20种氨基酸，其中9种是必需氨基酸，必须通过食物获得。完全蛋白质如肉类、蛋类含有所有必需氨基酸，而不完全蛋白质如某些植物蛋白缺少一些必需氨基酸。
脂肪提供人体所需的必需脂肪酸，并帮助吸收脂溶性维生素。饱和脂肪酸分子结构稳定，多存在于动物脂肪中。不饱和脂肪酸含有双键，结构不稳定，多存在于植物油中。维生素分为脂溶性维生素A、D、E、K和水溶性维生素B族、C等。
食品添加剂是为了改善食品品质而添加的化学物质。防腐剂如苯甲酸钠能抑制细菌生长，延长食品保存期。抗氧化剂如维生素C能防止食品氧化变质。色素让食品更有吸引力，甜味剂为糖尿病患者提供甜味选择，乳化剂则改善食品质地。合理使用添加剂是安全的。
维生素是维持人体正常生理功能必需的有机化合物。脂溶性维生素如维生素A能够储存在体内脂肪组织中，而水溶性维生素如维生素C需要经常补充。矿物质是无机营养素，钙离子对骨骼健康重要，铁离子参与血红蛋白合成，锌离子是多种酶的辅助因子。
天然活性化合物是植物中具有生物活性的化学物质。茶多酚具有强抗氧化性，能清除体内自由基。β-胡萝卜素是维生素A的前体，同时也是强抗氧化剂。植物甾醇能够降低血液中胆固醇水平。这些化合物通过清除自由基、调节酶活性等机制发挥保健作用。
食品加工过程中发生多种重要的化学反应。美拉德反应是氨基酸与还原糖在加热条件下发生的反应，产生食品的褐色和特有香味。焦糖化反应是糖类在高温下分解产生焦糖色和甜味。脂质氧化会导致食品酸败变质。这些反应既能改善食品的色香味，也可能产生有害物质，需要合理控制加工条件。
食品中可能存在多种有害化学物质。农药残留如有机磷化合物可能影响神经系统。重金属如铅、汞、镉会在体内蓄积造成慢性中毒。丙烯酰胺在高温加工时产生，具有潜在致癌性。黄曲霉毒素是强致癌物质。通过合理清洗、适当加工、严格检测可以有效控制这些有害物质的摄入。