第四章碳水化合物

1第四章碳水化合物碳水化合物：由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物。多羟基的醛类和多羟基酮类化合物及其缩合物和某些衍生物的总称是绿色植物经过光合作用形成的，一般占植物体干重的80%左右动物没有能力制造，人类膳食碳水化合物主要是由植物性食品提供第一节碳水化合物的功能一、供能与节约蛋白质（一）供能1g完全燃烧产生4kcal热量体内消化吸收较其他两种产能营养素迅速、完全缺氧条件下，仍能进行部分酵解，供给机体能量（二）节约蛋白质当食物中碳水化合物的供给：充足，机体首先利用它提供能量，从而减少了蛋白质作为能量的消耗，使更多的蛋白质用于最合适的地方（即用于组织的建造和再生）。不足，机体为了满足自身对葡萄糖的需要，则通过糖原异生作用产生葡萄糖。由于脂肪一般不能转变为葡萄糖，所以主要动用体内蛋白质，甚至是器官中的蛋白质，如肌肉、肝、肾、心脏中的蛋白质，对人体及各器官造成损害。节食减肥的危害性也与此有关。因此，当摄入足够的碳水化合物时，可以防止体内和膳食中的蛋白质转变为葡萄糖，这就是所谓的节约蛋白质作用（sparingproteinaction）。二、构成体质碳水化合物在体内的含量虽然较少，仅占人体干重的2%左右，但是机体重要物质的组成成分，参与细胞许多生命过程。如：糖蛋白：某些抗体、酶和激素等具有重要生理功能物质的组成成分糖脂：细胞膜与神经组织的组成部分2粘蛋白：结缔组织中糖脂：神经组织中糖蛋白：细胞膜表面的具有信息传递功能核糖核酸与脱氧核糖核酸：对遗传信息起传递作用三、维持神经系统的功能与解毒（一）维持神经系统的功能尽管大多数体细胞可由脂肪和蛋白质代替糖作为能源，但是脑、神经和肺组织却需要葡萄糖作为能源物质，若血中葡萄糖水平下降(低血糖)，脑缺乏葡萄糖产生不良反应。（二）解毒1.机体肝糖原：充足，则对某些细菌毒素的抵抗能力增强。摄入足量碳水化合物可以增加体内肝糖原的储存，加强肝脏功能，使机体抵抗外来有毒物质的能力增强。不足，其对四氯化碳、酒精、砷等有害物质的解毒作用显著下降，所以人患肝炎时，要多吃一些糖。2.葡萄糖醛酸：葡萄糖代谢的氧化产物，它对某些药物的解毒作用非常重要。吗啡/水杨酸/磺胺类药物+葡萄糖醛酸→葡萄糖醛酸衍生物→排泄→解毒。四、有益肠道功能1.饱腹感：摄食含碳水化合物的食物，尤其是吸收缓慢和不易消化吸收的碳水化合物易产生，可以抑制食物的过量摄入。2.有益菌生长与钙吸收：乳糖3.利于排便：非淀粉多糖如纤维素、半纤维素、果胶、树胶，以及功能性低聚糖如低聚异麦芽糖、低聚果糖等不能被消化吸收，但可刺激肠道蠕动，有利于排便。与此同时，它们还可促进结肠菌群发酵，产生短链脂肪酸和使肠道有益菌增殖。（具有2的作用）4.膳食纤维：功能主要有：(1)吸水通便，防止结肠癌:在体内不被消化吸收，刺激消化液分泌和促进肠道蠕动，缩短食物通过肠道时间，加速粪便的排泄速度，减少粪便中有毒物质3与肠壁接触的机会，膳食纤维可以吸收大量水分，增大粪便的体积，相对降低了有毒物质的浓度，有利于防治结肠癌。(2)降低血糖水平:改善末梢组织对胰岛素的感受性，降低对胰岛素的需求，调节糖尿病患者的血糖水平。(3)降低血清胆固醇:膳食纤维可降低血糖水平，因此也可减少体内胰岛素的释放，而胰岛素可刺激肝脏合成胆固醇，所以胰岛素释放的减少可以使血浆胆固醇水平受到影响；另外，膳食纤维还可以螯合胆固醇，吸附胆汁酸，降低胆固醇和甘油酯溶解，阻止其消化吸收，从而防止心血管疾病(动脉粥样硬化及冠心病)作用。(4)改善肠道菌群:脂肪和过精膳食可以使肠内厌氧细菌大量繁殖，这些细菌能使肠道中的胆碱、胆固醇及其代谢产物进一步分解产生致癌物质，在有充分纤维素存在情况下，好氧细菌易于生长，厌氧细菌受到抑制，减少致癌物质的产生。(5)利于控制体重:膳食纤维素属于多糖类，有饱腹感，可减少体内产能营养素的摄入，有利于控制体重、预防肥胖。五、食品加工中的重要原、辅材料碳水化合物是食品工业的重要原辅材料之一。对食品的感官性状（如焙烤食品的色、香、味、形，酱制品的色泽和风味等）具有很重要的作用。在某些食品加工时还要控制一定的糖酸比（饮料等）。焙烤食品则主要由富含碳水化合物的谷类原料制成。糖果则几乎全是由糖(蔗糖)制成。功能性食品——低聚异麦芽糖、低聚果糖等。六、抗生酮作用脂肪在体内彻底被代谢分解，需要葡萄糖的协同作用。脂肪酸被分解所产生的乙酰基需与草酰乙酸结合进入三羧酸循环而最终被彻底氧化，产生能量。当碳水化合物摄入量不足时，草酰乙酸则不足，脂肪不能在体内完全氧化燃烧，致使其反应的中间产物酮大量堆积，尽管肌肉和其他组织可利用酮体产生能量，但酮体是一些酸性化合物，过多会引起血液酸性升高，即出现所谓的酸中毒。当碳水化合物摄入充足时，脂肪代谢完全，不产生酮体。人体每天至少需50g至lOOg碳水化物，才可防止酮血症的产生。4第二节食品中重要的碳水化合物食品，根据含糖量——高糖食品(如白糖、蜂蜜)低糖食品(如黄瓜、瘦肉)无糖食品(如食用油脂)碳水化合物分类：一种是从化学的角度可以将碳水化合物分为糖类、低聚糖和多糖(包括淀粉和非淀粉多糖)一种是从营养学角度，根据碳水化合物是否提供能量，可将碳水化合物分为可被人体消化利用的和不能被人体消化吸收利用的两类。膳食中碳水化合物的分类见表。表膳食中碳水化合物的分类（FAO/WHO）分类（DP）亚组组成糖（1-2）单糖葡萄糖、果糖、半乳糖双糖蔗糖、乳糖、糖醇山梨醇、甘露糖醇寡糖（3-9）异麦芽低聚糖多种低聚异麦芽糖混合物其他寡糖棉子糖、水苏糖、多糖（≥10）淀粉支链淀粉、直链淀粉非淀粉多糖纤维素、果胶一、糖(一)单糖食物中的单糖主要为葡萄糖、果糖和半乳糖。1.葡萄糖来源：葡萄糖主要由淀粉水解而来，此外还可来自蔗糖、乳糖等的水解制得。特征：能源：大脑每日需100-120g葡萄糖。此外，肾髓质、肺组织和红细胞等也必须依靠葡萄糖供能源。机体血糖(血中的葡萄糖)含量保持相对恒定(正常为80-120mg／100mL血)原料：构成食物中各种糖类的最基本单位（糖+糖）。有些糖类完全由葡萄糖构成，如淀粉；有些则是由葡萄糖与其它糖化合而成，如蔗糖。构成生理活性物质（糖+其他）：如核糖核酸、脱氧核糖核酸中5的核糖和脱氧核糖、糖蛋白、糖脂、脂类和非必需氨基酸等。2.果糖（1）生产：.1.食品工业：蜂蜜、水果中含有果糖，工业人工制作的高果糖浆（玉米糖浆）中含果糖可达到40～90%，.2.机体：肠道的二糖酶将蔗糖分解为葡萄糖和果糖而来。（2）吸收与代谢：.1.吸收：部分果糖被肠粘膜细胞转变成葡萄糖和乳酸，而肝脏是实际利用果糖惟一的器官，它可将果糖迅速转化成葡萄糖被人体利用，也有一部分转变为糖原、乳酸和脂肪。。.2.代谢：不受胰岛素制约，故糖尿病人可食用果糖（3）不良反应：.1.尽管人体对果糖的代谢能力强，然而不少人仍可因大量食用而出现恶心、上腹部疼痛，以及不同血管区的血管扩张现象。.2.大量给予果糖还可引起肝脏中三酰甘油酯合成增多，并可导致高三酰甘油酯血症.3.血清胆固醇水平有不同程度的升高。（4）工业应用：果糖的甜度很高（甜度为173），是通常糖类中最甜的物质（蔗糖100，葡萄糖74），因而是食品工业中重要的甜味物质。近年来。人们纷纷利用异构化酶将葡萄糖转变为果糖，制成不同规格的果葡糖浆(高果糖浆或异构糖)予以应用。(二)双糖天然——蔗糖、乳糖、麦芽糖等1．蔗糖组成：蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖连接而成。存在：植物的根、茎、叶、花、果实和种子内，如甘蔗、甜菜和蜂蜜中含量较多，日常食用的白糖既是蔗糖，是从甘蔗或甜菜中提取的。危害：龋齿：蔗糖易于发酵，并可产生溶解牙齿珐琅质和矿物质的物质。它被在牙垢中发现的某些细菌和酵母作用，在牙齿上形成一层粘着力很强的不溶性葡聚糖，同时产生作用牙齿的酸，引起龋齿。糖尿病等：调查显示，由于西方国家人们每天食用蔗糖的量可高达100g以上，结果体重过高，糖尿病，动脉硬化和心肌梗死等的发病率高，这与糖的大量摄食有关。动物试验表明，大量食用6低分子糖有害，应该以高分子糖类为主满足机体对做的需要。2.异构蔗糖（异麦芽酮糖）发现：1957年首先由德国学者、制得存在与制备：天然：蜂蜜和蔗汁中微量存在制备：蔗糖（α-1，2）+α—葡糖基转移酶→异构蔗糖（α-l，6）性质：耐酸性强。如20％的蔗糖溶液在pH2.0的条件下，经100℃加热60min，可全部水解为葡萄糖和果糖，而异构蔗糖尚未酸解还原性，其对费林溶液的还原力为葡萄糖的52％。甜味：品质极似蔗糖、味感纯正，但甜度比蔗糖低，约为蔗糖42％。吸收、代谢：异构蔗糖→小肠+异构蔗糖酶→葡萄糖+果糖→吸收、正常代谢应用：不被口腔中的细菌、酵母发酵、产酸，也不被用来产生强粘着力的不溶性葡聚糖，故不致龋。因而近年来已被包括我国在内的许多国家批准作为甜味剂，代替蔗糖在食品工业中应用。3.麦芽糖构成：麦芽糖是由两分子葡萄糖连接而成来源：天然：麦芽糖主要来自淀粉水解，一般植物含量很少，但种子发芽时可因酶作用分解淀粉生成，尤其在麦芽中含量较多。动物体内除淀粉水解外不含麦芽糖：食品工业：由淀粉经酶水解而来，可降解生成大量的麦芽糖，制糖制酒工业中大量使用，是食品工业中重要的糖质原料。甜度：约为蔗糖的l／2功能：在营养上除供能外尚未见有特殊意义。4.乳糖构成：乳糖由1分子葡萄糖和1分子半乳糖连结而成存在;哺乳动物乳汁的主要成分，其含量依动物不同而异。通常人乳含约7％，牛乳含约5％。功能：.1.乳糖是婴儿主要食用的碳水化合物。.2.构成乳糖的D—半乳糖除作为乳糖的构成成分外，还参与构成许多重要的糖脂(如脑苷脂、神经节苷酯)和精蛋白，细胞膜中也有含半乳糖的多糖，故在营养上仍有一定意义。缺陷：随年龄增长，人体肠道中将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖的乳糖酶活性7急剧下降。甚至在某些个体中几乎降到0，因而成年人食用大量乳糖，不易消化，食物中乳糖含量高于15％时可导致渗透性腹泻。5.异构乳糖存在：异构乳糖由乳糖异构而来，并无天然存在。转化：原乳中没有异构乳糖，经过不同加工处理后所得到乳制品可含有一定量的异构乳糖。例：淡炼乳中可含有0.4-0.9％超高温杀菌含异构乳糖5—71.5ml/100mL瓶装灭菌乳含量可大于71．5ml／100ml组成：1分子半乳糖和1分子果糖组成甜度：约为蔗糖的一半（约50）。作用：1促进肠道有益菌——双歧乳酸杆菌的增殖，抑制腐败茵的生长。这主要是双歧乳酸杆菌的代谢产物—乳酸、己酸等有机酸降低肠道pH所致。2促进肠道双歧杆菌合成维生素B族，尤其维生素13人体没有分解它的酶，故不能被消化、吸收，有整肠、通便等作用。（三）糖醇1.山梨糖醇（又称葡萄糖醇）存在：天然：植物中，海藻和果实类如苹果、梨、葡萄等中多有存在。工业：由葡萄糖氢化制得。甜度：约为蔗糖的一半（50%）。产能：每克供能约4kcal(17kJ)应用：代谢：可转化成果糖，而不转变成葡萄糖,不受胰岛素控制，因而适合于用作糖尿病等患者的甜味剂。保湿性：具有吸湿作用，故可用作糕点等的保湿剂2.木糖醇存在：天然：存在于多种水果、蔬菜中的五碳糖醇，香蕉、草萄、黄梅、胡萝卜、洋葱、花椰菜、茄子等均有存在工业：玉米芯/甘蔗渣→水解→木糖→氧化→木糖醇甜度:蔗糖相等。供能:与蔗糖相同应用:代谢性能：不受胰岛素调节，因而可被糖尿病人接受。发酵性能：不能被口腔细菌发酵，无促龋作用，可以通过阻止新龋形成和原有龋齿的继续发展，改善口腔卫生，对牙齿无8害。因而被用作无糖糖果中具有止龋或抑龋作用的甜味剂。3.麦芽糖醇存在：麦芽糖醇是由麦芽糖氢化制得：在工业上则多是由淀粉酶解制得含多种组分的“葡萄糖浆”后氢化制成。组成：是多种糖醇和氢化葡萄糖混合物，麦芽糖醇的含量可从50％-90％应用：在食品工业中主要作为甜味剂使用甜度：为蔗糖的75-95％应用：代谢性能：小肠内的分解量是麦芽糖的1／40，为非能源物质，不升高血糖，也不增加胆固醇和中性脂肪的含量。是心血管疾病、糖尿病等患者作为疗效食品用的理想甜昧剂。发酵性能：不能被微生物利用，有防龋作用。4.乳糖醇生产：乳糖催化加氢制成甜度：蔗糖的30-40％。应用：代谢性能：肠