营养学-第三章-碳水化合物

碳水化合物一、碳水化合物的概念碳水化合物是由碳、氢、氧三种元素组成，每两个氢原子结合一个氧原子，该比例与水相同，故名碳水化合物。低分子量的碳水化合物有甜味，故碳水化合物又称为糖类。碳水化合物(carbohydrates)是人类最廉价的能量来源,又是人类生存的最基本物质和最重要的食物能源。碳水化合物又称糖类，是世界上大多数国家膳食中能量的主要来源。我国以淀粉类食物为主食，人体总能量的60％～70％来自食物中的糖类,碳水化合物是人类能量最主要、最经济的来源人体的大脑和红细胞必须依靠血糖供给能量，因此维持神经系统和红细胞的正常功能也需要糖。近10年来，随着营养学研究的深入，人们对碳水化合物生理功能的认识已从仅“提供能量”扩展到调节血糖、降低血脂、改善肠道菌群等更多的方面。二、碳水化合物分类单糖(monosaccharide)双糖(disaccharide)寡糖(oligosaccharide)多糖（polysaccharide）单糖不能再水解的糖葡萄糖(glucose)果糖(fructose)半乳糖(galactose)——乳糖的水解产物双糖:两个分子单糖缩合而成的糖。（每分子能水解成两分子单糖的碳水化合物）食物中主要的双糖有三种：蔗糖(sucrose)葡萄糖—果糖乳糖(1actose)葡萄糖—半乳糖麦芽糖(maltose)葡萄糖—葡萄糖淀粉的基本单位寡糖:是指由3～8个单糖构成的一类小分子多糖。棉子糖(raffinose)葡萄糖-果糖-半乳糖水苏糖(stachyose)葡萄糖-果糖-半乳糖-半乳糖“益生源”多糖:由数量众多的同种单糖或异种单糖组成。按能否被人体利用分为两类：1.可利用糖：淀粉、糊精和糖原（1）淀粉：食物中绝大部分碳水化合物以淀粉形式存在，其基本构成单位为麦芽糖，在体内最终水解为葡萄糖。按照葡萄糖分子结合方式的不同，分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉：可以溶解在热水中，遇碘产生蓝色反应。一般天然食物中直链淀粉含量为总淀粉量的19%-35%。支链淀粉：难溶于水，遇碘产生棕色反应。食物中支链淀粉含量较高，一般占65%——81%（2）糊精：淀粉水解产物（3）糖原：存在于动物体内，实际上是动物淀粉。可在酶的作用下分解为葡萄糖。食物中含有的大量纤维素，因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。2.不可利用多糖不能被机体消化吸收，又称非淀粉多糖。包括纤维素、半纤维素、果胶等。单糖、双糖、寡糖和糊精都溶于水，淀粉不溶于水，与水加热后可吸水膨胀，变成糊状。名称单体成分存在的食物及其含量单糖葡萄糖许多食物的主要成分半乳糖少量，主要存在于发酵的奶制品中果糖大量存在水果、蜂蜜中双糖麦芽糖少量，主要存在于葡萄糖糖浆中蔗糖大量存在乳糖仅存于奶制品中三糖棉子糖少量，存在于豆类、多种蔬菜中麦芽寡糖少量，葡萄糖糖浆四糖麦芽糖醇少量，葡萄糖糖浆水苏糖少量，存在于豆类、多种蔬菜中五碳糖毛蕊花糖微量膳食中的主要碳水化合物存在方式三、碳水化合物的生理功能（一）体内碳水化合物的功能（二）食物碳水化合物的功能1、贮存和提供能量是人类获取能量的最经济和最主要的来源，所有的碳水化合物在体内消化后，主要以葡萄糖的形式被吸收，每克葡萄糖可以产生16.7kJ(4kcal)的能量。人体内作为能源的碳水化合物主要是糖原和葡萄糖，糖原是糖的储存形式，在肝脏和肌肉中含量最多，而葡萄糖是碳水化合物的运输形式。由于人体内储存的糖原很少，其储备的能量仅供半天消耗，所以人们每天必须按餐进食足够量的碳水化合物，才能保证人体能量的需要。2、机体的构成成分碳水化合物与脂类形成的糖脂是组成细胞膜与神经组织的重要成分；糖类与蛋白质结合生成的糖蛋白是构成软骨、骨骼和眼球的角膜、玻璃体的组成成分，并具有多种复杂的生理功能；糖类与蛋白质结合成糖蛋白还可构成抗体、某些酶和激素等具有重要生物活性的物质。人体的大脑和红细胞必须依靠血糖供给能量，因此维持神经系统和红细胞的正常功能也需要糖。糖和磷酸、碱基组成的核糖核酸和脱氧核糖核酸是构成细胞质和细胞核的重要成分。3、节约蛋白质作用(sparingproteinaction)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。4、抗生酮作用(antiketogenesis)当饮食中碳水化合物不足时，总能量的供给相应减少。为保证人体所需的能量供给，体内脂肪中储存的甘油三酯被动员并加速分解为脂肪酸，以供给能量。在这一代谢过程中，可产生过多的酮体（乙酰乙酸、丙酮和β-羟基丁酸），酮体不能及时被氧化而在体内聚集，导致酮血症和酮尿症。只有当膳食中碳水化合物供应充足时，机体就不会过多动用脂肪，也不至于会产生过量的酮体，那么，也就不会发生酸中毒症状。所以，碳水化合物有抗生酮的作用。5、保护肝脏的作用碳水化合物除了供给能量还具有保护肝脏和解毒的作用。实验表明，肝脏中的糖原储备充足时对四氯化碳、乙醇、砷等化学物质有较强的解毒能力。另外，肝糖原储存含量充足者对各种细菌引起的毒血症也有较强的解毒作用。因此，摄入足量的碳水化合物，可使肝脏合成足够量的糖原，对肝脏起到保护作用，对有害物质起到较强的解毒作用，有利于身体的健康。6.某些寡糖的保健作用近几年来，人们对于寡糖的研究和应用具有特别的兴趣，已合成了一些寡糖产品，如甘露寡糖(MOS，酵母细胞壁的衍生物)、果寡糖（FOS，由蔗糖通过转果糖酶反应合成）等。研究表明，上述寡糖进入人体内后，胃肠道中的致病菌就会与之结合，从而不能在肠壁表面定植，这样它们就会随食糜一道排出体外，从而保护了人免遭这些致病菌的侵害。某些寡糖不能被动物分泌的酶消化。在胃肠道内，寡糖可以选择性地作为某些细菌生长的底物。果寡糖能够作为乳酸杆菌和双歧杆菌生长的底物，但沙门氏菌、大肠埃希氏菌和其它革兰氏阴性菌发酵FOS的效率很低，因而它们的生长将会受到抑制。由于合成寡糖具有上述调整胃肠道微生物区系平衡的效应，现已将其称为化学益生素(Chemicalprobiotics)。（二）食物碳水化合物的功能1、主要的能量营养素2、改变食物的色、香、味、型3、提供膳食纤维增强肠道功能、有利粪便排出控制体重和减肥可降低血糖和血胆固醇预防结肠癌的作用四、糖的消化与吸收（一）糖的消化人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。消化部位：主要在小肠，少量在口腔淀粉麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）α-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）葡萄糖唾液中的α-淀粉酶α-葡萄糖苷酶α-临界糊精酶消化过程肠粘膜上皮细胞刷状缘胃口腔肠腔胰液中的α-淀粉酶（二）糖的吸收1.吸收部位小肠上段2.吸收形式单糖糖代谢的概况葡萄糖酵解途径丙酮酸有氧无氧H2O及CO2乳酸糖异生途径乳酸、氨基酸、甘油糖原肝糖原分解糖原合成磷酸戊糖途径核糖+NADPH+H+淀粉消化与吸收ATP五、碳水化合物的质量评价1．碳水化合物种类多样化碳水化合物的来源应有多种，包括淀粉、抗性淀粉、非淀粉多糖和低聚糖等，还应限制纯能量食物，如糖、酒精等的来源，选择摄入营养素／能量密度比值高的食物，以保障人体能量充足和营养素的需要。低聚糖在肠道有利于有益菌的增殖，它们不仅能抑制某些致病菌的生长，而且还能合成B族维生素和维生素K，所以，又是人体维生素的一个重要来源。可以保持人体肠道内有益细菌比较恒定。对人体健康具有保健作用。人类主食是人体血糖高低的主导相同的食物，由于加工工艺不同，有不一样的血糖应答。2．根据血糖指数值选择适合自己的食物血糖生成指数(glycemicindex)1981年，加拿大多伦多大学营养系教授DavidJenkins博士首先提出。定义：空腹状态下进食含50g碳水化物的被测食物与进食50g葡萄糖后，血糖反应曲线下的面积的比，以葡萄糖的GI为100。GI越低，血糖升高趋势越缓，葡萄糖在人体内扩散的速度越缓慢。GI70为高GI食物GI55~70为中GI食物GI55为低GI食物现在以血糖指数值来衡定许多不同的碳水化合物。一般将葡萄糖的血糖指数值规定为100。除麦芽糖由两个葡萄糖分子组成的二糖，其血糖指数高于100外。其他所有食物的血糖指数均低于100。研究表明低血糖指数值的膳食可以增加Ⅱ型糖尿病患者对胰岛素的敏感性，从而降低血浆胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇。这些研究结果可以说明，在判断碳水化合物对血脂和冠心病的影响时，不能只看膳食中碳水化合物的总量，其种类同样是非常重要的。部分食物的血糖指数(G1)(葡萄糖为100)食物GI食物GI食物GI食物GI精白大米糙米小米荞麦白面包7255715470黑面包黄豆豆腐干四季豆牛奶6518242727绿豆马铃薯苹果柑香蕉2783364353梨西瓜乳糖果糖蜂密3672462373一般来说，粗粮的血糖指数低于细粮，糙米低于精米，豆类低于谷类，淀粉颗粒大的指数较低，加工时间越长，指数越高，混合餐较纯糖类的指数低。一般来说，应优先选择低GI的食物，但有些低GI的食物不一定优先选择，因它的含脂肪量高。相反，有些高GI的食物也能够选用，因为它含有能量低而营养素丰富。血糖生成指数的应用六、碳水化合物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%，薯类一般含15%-29%，豆类40%-60%。单糖、双糖主要来源于蔗糖、糖果、甜食、糕点、甜味水果、含糖饮料和蜂蜜。碳水化合物的供给总能量包括碳水化物的摄入不能过多。中国营养学会推荐我国居民的碳水化物的膳食供给量占总能量的55%～65%较为适宜，其中精制糖占总能量10%以下。美国FDA提倡每人每天摄入纤维25g碳水化合物的烹调与应用1.粗杂粮中的维生素、无机盐、膳食纤维高于精细粮2.粮食与豆类食物混合食用可提高蛋白质的营养价值3.霉变的粮食不可食用4.烹调中，淀粉受干热后分解为糊精容易消化，如烤馒头片；做菜勾芡可保护维生素的损失六、膳食纤维(dietaryfiber)不能被人体消化吸收的多糖,又称为非淀粉多糖根据其水溶性不同，一般分为：可溶性纤维(solublefiber)不溶性纤维(insolublefiber)不溶性纤维：不溶于水，也不能被肠道微生物分解。纤维素(cellulose)粗纤维某些半纤维素(hemicellulose)木质素(1ignin)可溶性纤维：可吸水膨胀，并能被肠道微生物分解。果胶(pectin)树胶(gum)粘胶(mucilage)少数半纤维素膳食纤维的种类、食物来源和主要功能种类主要食物来源主要功能不溶性纤维木质素纤维素半纤维素所有植物所有植物（如小麦制品）小麦、黑麦、大米、蔬菜正在研究之中增加粪便体积促进胃肠蠕动可溶性纤维果胶、树胶、粘胶少数半纤维素柑橘类、燕麦制品和豆类延缓胃排空时间（饱感）、减缓葡萄糖吸收、降低血胆固醇译自：PerspectiveinNutrition，第三版，第82页，1996年。1.膳食纤维的主要特征：（1）吸水作用：可溶性膳食纤维有很强的吸水能力或结合水的能力。膳食纤维的吸水能力可明显增加肠道中粪团的体积，增加其在肠道中转运速度，减少其中有害物质接触肠壁的时间。（2）粘滞作用与容水量有关；可以降低小肠腔内单糖和中性氨基酸的转运速度（3）结合胆酸作用结合胆酸、胆固醇，酸性条件结合较多。（4）阳离子交换作用可在胃肠道内结合无机盐2.膳食纤维生理作用：(1)润肠通便作用65岁以上老年人中20％～30％有便秘，女性高于男性。膳食中缺乏膳食纤维是便秘重要的原因。食物中膳食纤维在肠道内吸收水分而充分膨胀，并促进肠壁的有效蠕动，使肠内容物迅速通过肠道而排出体外，客观上起到了通便的作用。缩短食物在肠内的通过时间，增加粪便的体积，减少粪便的硬度。促进消化液的分泌，吸收水分，使粪便变软，体积增大，从而增强胃肠的蠕动而促进消化，有助于排便。(2)降低血糖作用高纤维碳水化合物消化得比较慢，结果使体内血糖水平不会升高的太快。相比之下，低纤维碳水化合物消化得比较快，所以体内血糖水平会迅速升高。血糖量的迅速升高导致体内产生更多的胰岛素，它是一种激素，可帮助调节体内血糖水平。这样长