第五节　碳水化合物

一、概述

碳水化合物又称糖类或醣，是一大类由碳、氢、氧组成的化合物，是构成动物和植物的主要成分，也是人类能量的主要来源。每日膳食中最重要的碳水化合物是淀粉。多糖类物质包括能在人的消化道消化、吸收的淀粉和不能被消化、吸收的纤维素和果胶。

二、分类和特点

营养学上一般将碳水化合物分为四类：单糖、双糖、寡糖和多糖。作为食物中的碳水化合物，可以分成两类，即能够被人类机体消化吸收的碳水化合物和不能或很难被人类机体消化、吸收、利用的碳水化合物（纤维素）。

（一）单糖

单糖是最为简单的糖，每个分子含有3～7个碳原子，包括丙糖、丁糖、戊糖、庚糖。

（1）己糖　包括葡萄糖（右旋）、果糖（左旋）和半乳糖、甘露糖。

①葡萄糖。最早在葡萄中发现，天然形式的较少，是构成食物中众多糖类的基本单位。淀粉全部是由葡萄糖构成，人体只能代谢利用D型葡萄糖，不能利用L型。人们把L型葡萄糖作为甜味剂应用。

②果糖。主要存在于水果和蜂蜜中。在肝脏转化为葡萄糖。精子细胞主要利用果糖。

③半乳糖。在人体内转化为葡萄糖，母乳中的乳糖是母体合成的。

（2）己糖的衍生物　山梨醇是一种多元醇或糖醇，存在于水果中，食入山梨醇后转变为果糖，90％以上被吸收，但是吸收的速度比葡萄糖慢很多，对血糖的影响少很多。山梨醇可用于糖尿病患者。大量应用可能导致腹泻。甘露醇和卫矛醇是甘露糖和半乳糖氢化而获得的醇类，用作食品改进剂。肌醇存在于天然食物中（谷物的胚芽），它与六个磷酸盐分子结合形成植酸，植酸可影响肠道钙的吸收。肌醇在动物饲养中被认为是动物维生素（对人的作用未明确）。

（3）戊糖　作为能量的来源，不重要。它是D-核糖和D-2-脱氧核糖的基本组成。人体可以合成，不是必需的营养物。

阿拉伯糖和木糖广泛存在于植物中。

（二）双糖

双糖是由两分子单糖缩合而成。

（1）蔗糖（甜菜糖）　由一分子葡萄糖和一分子果糖组成，水解的溶液称为转化糖，用于食品加工。

（2）乳糖　哺乳动物乳汁中的主要糖类，由一分子葡萄糖和一分子半乳糖组成，对幼年动物和婴儿有一定作用。

（3）麦芽糖　由两个葡萄糖以1-4键连接构成，常来自大麦淀粉。

（4）海藻糖　由两个葡萄糖以1-1键连接构成，常来自真菌和细菌中，人体只能吸收一小部分。

（三）寡糖

寡糖是由3～10个单糖构成的一类小分子多糖。寡糖中的化学键不能被人体的消化酶分解，通常不易消化，当大量摄入时可能造成胀气、肠道不适等。虽然在小肠内不能被消化吸收，但可刺激结肠有益菌繁殖，抑制有害菌生长，因此又被称为“益生元”。

（1）蜜三糖（棉籽糖）　由葡萄糖、果糖、半乳糖构成。见于蜜糖。

（2）水苏四糖　存在于豆类的四糖，摄入豆类后，因为它的不易消化，在结肠被细菌发酵，产气。

（3）低聚果糖　由一个葡萄糖和多个果糖结合而成，存在于水果、蔬菜中，尤以洋葱、芦笋中含量较高。

（4）异麦芽低聚糖　在天然食物中含量极少，主要存在于某些发酵食品，如酒、酱油中。

（四）多糖

多糖由10个或10个以上葡萄糖分子组成。

（1）糖原　是动物体内的多糖贮存形式，也称动物淀粉，由3000～60000个葡萄糖分子以α-1，4键连接构成，并有侧链。糖原能溶解于水，在体内酶的作用下能迅速分解出葡萄糖，快速供给能量。存在于肝脏的称为肝糖原，存在于肌肉中的称为肌糖原。糖原可维持正常的血糖浓度，在动物的肝脏和贝壳类软体动物中含量较多。

（2）淀粉

①可吸收淀粉。由葡萄糖分子作为单位组成，有直链淀粉和支链淀粉。淀粉是最常见的多糖，贮存在植物种子、根茎中，由成千上万个葡萄糖分子以α-1，4键连接而成。人类的消化酶能够分解α-1，4键的淀粉，因此淀粉是碳水化合物的来源。

新鲜的植物种子和根茎中所含的淀粉不溶于水，加热后能促进溶解，并成为相对稳定的液体，冷却后，成糊状。加热和水的存在使淀粉颗粒膨胀，使包裹它们的细胞膜开裂，这样消化液容易对它起作用。故淀粉类食物要加热至沸点才容易消化。

糊精：淀粉经分解成为葡萄糖单位数目较少的分子。

②抗性淀粉。抗性淀粉是指健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物。抗性淀粉本身仍然是淀粉，其化学结构不同于纤维，但其性质类似于溶解性纤维。一般将其分为四类，即RS1、RS2、RS3、RS4。

RS1：物理包埋淀粉，指那些因细胞壁的屏障作用或蛋白质的隔离作用而不能被淀粉酶接近的淀粉。如部分研磨的谷物和豆类中，一些淀粉被裹在细胞壁里，在水中不能充分膨胀和分散，不能被淀粉酶接近，因此不能被消化。但是在深加工后，往往变得可以消化。

RS2：抗性淀粉颗粒，指那些天然具有抗消化性的淀粉。主要存在于生的马铃薯、香蕉和高直链玉米淀粉中。其抗酶解的原因是具有致密的结构和部分结晶结构，其抗性随着糊化完成而消失。根据X线衍射图像的类型，RS2可分为以下三类。

A类，这类淀粉即使未经加热处理也能消化，但在小肠中只能部分被消化，主要包括小麦、玉米等禾谷类淀粉；B类，这类淀粉即使经加热处理也难以消化，包括未成熟的香蕉、芋类和高直链玉米淀粉；C类，衍射的类型介于A类和B类之间，主要是豆类淀粉。

RS3：回生淀粉，指糊化后在冷却或储存过程中结晶而难以被淀粉酶分解的淀粉，也称为老化淀粉。它是抗性淀粉的重要成分，通过食品加工引起淀粉化学结构、聚合度和晶体构象方面等的变化而形成。这类淀粉即使经加热处理，也难以被淀粉酶类消化，因此可作为食品添加剂使用。

RS4：化学改性淀粉，主要指经过物理或化学变性后，由于淀粉分子结构的改变以及一些化学官能团的引入而产生的抗酶解淀粉部分，如羧甲基淀粉、交联淀粉等。同时，也指种植过程中基因改造引起的淀粉分子结构变化，如基因改造或化学方法引起的分子结构变化而产生的抗酶解淀粉部分。

抗性淀粉的功能：

a.抗性淀粉类似膳食纤维的作用。抗性淀粉对人体产生作用，主要是通过影响其他物质的吸收代谢以及在结肠内发酵产生的次生产物而发挥其生理功能。

b.对肠道疾病的防治作用。抗性淀粉不被消化，进入结肠，作为结肠菌群的营养源。这些微生物通过发酵，将碳水化合物代谢后生成丁酸等短链脂肪酸，从而降低结肠及粪便pH。丁酸具有促进结肠健康，减少胺类致癌物的产生；抑制肿癌细胞；减少肠黏膜细胞的增生等作用，进而降低患结肠癌的危险。肠道的大肠杆菌还能合成泛酸、烟酸、维生素B2等人体不可缺少的生命物质，增加人体所需营养。未降解的抗性淀粉还可增加粪便通量，加速有毒物质排出，防治便秘和痔及肛门直肠疾病。抗性淀粉能在回肠中经肠内微生物发酵而降低pH，促进矿物质等微量营养素的吸收，促进钙、镁等的溶解，形成可溶性钙镁，经扩散易被人体上皮细胞吸收。此外，抗性淀粉还能降低血清胆固醇，防治心血管疾病，控制体重，改变结肠微生物群落，促进肠道有益微生物繁殖，促进矿物质吸收。

c.降脂减肥作用。抗性淀粉能降低胆固醇含量，促进胆汁分泌与循环，可预防胆结石的形成。抗消化淀粉还能减少脂质吸收与脂肪酸合成，有效降低血中及肝脏内脂质含量，预防脂肪肝形成，因此它可作为减肥保健食品添加剂。抗性淀粉所产生的热量约为糖类的一半，进而达到控制体重的目的。抗性淀粉可抵抗酶的分解，在体内释放葡萄糖缓慢，具有防治糖尿病的性能，对2型糖尿病患者，可延缓餐后血糖上升，有效控制糖尿病病情。

（3）纤维

①纤维素。它的结构与淀粉相似，但是是以1-4β键连接成的直链聚合物，不能被人类淀粉酶分解，因为人体淀粉酶只对1-4α键有分解作用。

②半纤维素。半纤维素是多糖和纤维素紧密结合的产物，可用碱性溶液将其分离，存在于植物组织中，最大的一类有：戊聚糖类、木聚糖类、阿拉伯木糖类；另一类为己糖的聚糖化合物：半乳聚糖；还有酸性半纤维素，它含有半乳糖醛酸或葡萄糖醛酸，这种物质在小肠不能被消化。

③木质素。是植物木质化过程中形成的非碳水化合物，由苯丙烷单体聚合而成。主要存在于蔬菜的木质化部分和种子，如草莓籽、老化的胡萝卜、花茎甘蓝等。

④果胶。它不是纤维状而是无定型物质，存在于水果（柑橘、苹果）和蔬菜中，果胶分解后生成甲醇和果胶酸（腐烂、过熟、果酒的甲醇由此而来）。

⑤树胶和海藻酸盐类。

三、消化、吸收、代谢

膳食中的碳水化合物主要是淀粉，α-淀粉酶是消化碳水化合物的主要酶。唾液中含有α-淀粉酶，食物在口腔中即开始被消化。碳水化合物的消化主要在小肠进行，来自胰液的α-淀粉酶以及小肠黏膜上皮细胞刷状缘上含有丰富的α-淀粉酶、麦芽糖酶等，把膳食中的碳水化合物水解为葡萄糖、乳糖、果糖。

碳水化合物在体内首先分解为丙酮酸，在无氧情况下，丙酮酸还原为乳酸，这个过程称为碳水化合物的无氧氧化。在有氧的情况下，丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧后进入三羧酸循环，最终被彻底氧化成二氧化碳及水，这个过程称为碳水化合物的有氧氧化。

当碳水化合物的摄入量大于需要量时，碳水化合物可转化为脂肪酸、脂肪、胆固醇，还可以转化为各种非必需氨基酸。

四、生理功能

1.热能来源

碳水化合物是人体最重要的热能来源，每克碳水化合物在人体内可以产生4kcal热能。特别是葡萄糖能够很快氧化，供给能量满足机体的需要。60％以上的热能应该来源于碳水化合物。

糖原能贮存和提供能量。糖原是肌肉和肝脏贮存碳水化合物的形式，当机体需要时能及时地转化为葡萄糖供机体使用，红细胞和大脑、神经组织只能利用葡萄糖。

2.机体的组成成分

黏蛋白、糖蛋白、糖脂、核糖等都是人体所必需的，是生命必需的。

3.节约蛋白质作用

当机体的碳水化合物供给量不足时，只能通过转化蛋白质来供给热能的需要。

蛋白质和碳水化合物一起被摄入时，机体内贮留的氮比单独摄入蛋白质时的量要多。

4.抗生酮作用

当机体的碳水化合物供给量不足时，脂肪酸氧化，产生酮体，过多的酮体则可引起酮血症、酸中毒。因此碳水化合物有抗生酮作用。人体每天至少需要50～100g碳水化合物。

5.提供膳食纤维

膳食纤维的生理功能如下。

（1）增强肠道蠕动，增加粪便体积，有利于粪便排出。

（2）有利于控制体重和减肥　由于膳食纤维易于吸水、膨胀，增大体积，具有饱腹感，从而减少食物摄入。

（3）降低血糖和血固醇　可溶性纤维素可以减少小肠对糖的吸收，血糖不会进食后很快上升，因此可以减少胰岛素的释放。此外，还具有抑制淀粉酶的作用，延缓糖类吸收，降低空腹血糖和餐后血糖水平。

①果胶和木质素等能部分阻断胆固醇和胆汁酸（吸附胆汁酸）的肝肠循环，增加鹅脱氧胆酸的合成，促进肠道中胆固醇和胆汁酸随粪便排出，从而降低胆汁酸在血中的浓度以及在胆汁中的饱和度，减少肝脏的胆固醇合成，预防冠心病和胆石症的发生。

②减少胆固醇合成。较高的血糖可以刺激胰腺分泌胰岛素，胰岛素有促进胆固醇合成的作用。

（4）预防结肠癌　流行病学调查，欧美国家每人每天从食物中摄入的纤维素是非洲人（居住在农村）的1/6，每年结肠癌发病率是非洲人的14倍。肠蠕动加快，毒素不易形成，阻断其长时间与肠壁接触，减少结肠癌的发生。

（5）降低龋齿和牙周病的发病率。

（6）膳食纤维可以与金属离子结合或吸附而被排出。长期过多的摄入膳食纤维，可使钙、镁、铁等吸收减少，排出增加。还可以影响胡萝卜素、烟酸、叶酸、维生素B6、维生素B12的吸收和利用。

五、供给量、来源

碳水化合物是最易摄入的能量，膳食中碳水化合物的主要存在形式是淀粉。膳食中淀粉的来源主要是粮谷类和薯类食物。粮谷类一般含碳水化合物60％～80％，薯类含量为15％～29％，豆类为40％～60％。

碳水化合物适宜摄入量（AI）为总能量的55％～65％。碳水化合物的来源包括复合碳水化合物淀粉、不消化的抗性淀粉、非淀粉多糖和低聚糖等；限制纯能量食物如糖的摄入量，精制糖占总能量的10％以下。

膳食纤维的适宜摄入量：低能量膳食7531kJ（1800kcal），为25g/d；中等能量膳食10042kJ（2400kcal）为30g/d；高能量膳食11715kJ（2800kcal）为35g/d。