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食品营养学FOODNUTRITION第四章碳水化合物碳水化合物(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。目前，人类每日摄入的热量中，碳水化合物占全日总热量的40~80%，越是不发达的地区，食物中碳水化合物的比例就相对地高。第一节碳水化合物的功能碳水化合物对机体最重要的作用就是提供能量，除此它们在一些机体组织中具有特殊的功能。一、节约蛋白质作用碳水化合物可帮助调节蛋白质代谢。有充足碳水化合物来满足能量的需要，以防止大量蛋白质用做能量。当碳水化合物与蛋白质共同摄食时，体内储留的氮比单独摄入蛋白质时多，这主要是同时摄入碳水化合物后可增加机体ATP的合成，有利于氨基酸的活化与合成蛋白质。二、构成体质碳水化合物是构成机体的重要物质，如糖脂是细胞膜与神经组织的组成成分，糖蛋白是一些具有重要生理功能的物质如某些抗体、酶和激素的组成部分，核糖和脱氧核糖是核酸的重要组成成分等。三、维持神经系统的功能碳水化合物对维持神经系统的功能具有很重要的作用。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），脑缺乏葡萄糖可产生不良反应，大脑每日最少需要100克葡萄糖。四、抗生酮与解毒作用碳水化合物与脂代谢也有关系，碳水化合物存在的量决定有多少脂肪水解来供给能源，因此就影响酮体的生成及比例。酮体是脂肪代谢的中间产物，一般在脂肪氧化中产生较低水平的酮体。然而，在极度的条件下如饥饿或未受控制的糖尿病，碳水化合物缺乏，不能满足能量需要，过度的脂肪氧化和酮体的积累，导致酮酸中毒，也可以引起昏迷。因此，充足的膳食碳水化合物可防止过多酮体形成。五、有益肠道功能一些不易消化的碳水化合物可以调节胃肠道菌群，它们虽不能消化吸收，但可刺激肠道蠕动，有利于排便。第二节食品中重要的碳水化合物根据FAO/WHO报告，碳水化合物可分为三类：糖（单糖、双糖和糖醇）、低聚糖和多糖。碳水化合物的一般化学在有机化学中作了论述，碳水化合物在生物界的存在极其在食品中的重要性等在食品生物化学中也作了论述，本课程侧重讲授碳水化合物在营养学方面的重要性。一、糖1.单糖（1）葡萄糖葡萄糖主要由淀粉水解而来。此外，还来自蔗糖、乳糖等的水解。机体的一些器官完全是依靠葡萄糖供给所需能量。如大脑、肺组织和红细胞等。机体血糖（血中的葡萄糖）浓度保持相对恒定，正常血糖范围应该在80~120mg/100ml。低血糖症（Hypoglycemia)有些异常的症状如紧张、忧虑、、饥饿、心悸和头痛，发病的原因：长期得不到充足的食物或没有良好的饮食习惯造成。也可以由一些药物引起(a)乙醇，可阻碍肝脏葡萄糖的产生；(b)口服降低血糖药如磺基尿素类用于治疗糖尿病；(c)阿司匹林中的水杨酸盐。糖尿病(Diabetes)是一种糖代谢异常的疾病，当身体健康时，在每餐之后身体会把碳水化合物消化和分解为葡萄糖。之后葡萄糖便会进入血液中和被细胞吸收作为能量，在葡萄糖由血液进入细胞的过程中，需要胰岛素(Insulin)，胰岛素是一种由胰脏分泌的激素。但糖尿病人不能正常地完成这个步骤，当中包括两个原因：（1）病人不能分泌正常量的胰岛素（2）细胞未能正常地对胰岛素作出反应。葡萄糖积聚在血液中，并从尿液中流走，造成尿中出现糖份现象，即所谓的糖尿。95%以上的患者都属于二型糖尿病。糖尿病人每日都受血糖高低波幅的影响，血糖高时感疲倦、尿频、视力模糊、甘渴、消瘦等。血糖低时欲感到饥饿、眩晕、出冷汗、心悸，严重者可引致昏迷。糖尿病的成因非常复杂，如老龄化、缺乏运动、肥胖、压力大、进食过量的甜食等。糖尿病若控制不好会引起多种并发症，包括大小血管病变、神经病变、视网膜病变、肾脏病变等。血糖指数（glycemicindex,GI)是指给予被测对象50克葡萄糖以后，血葡萄糖浓度的反应与被测同量碳水化合物反应的对比，对比的方法是常规的糖耐量曲线。GI是衡量碳水化合物对血糖反应的一种有效指标。GI值的计算公式如下:食物餐后2小时血浆葡萄糖曲线下总面积-----------------------------------------等量葡萄糖餐后2小时血浆葡萄糖曲线下总面积(2)果糖蜂蜜和许多水果中含有果糖，食品工业上已使用高果糖浆。但机体的果糖主要由分解蔗糖而来。肝脏是实际利用果糖的唯一器官，它可将果糖迅速转化，所以在整个循环血液中的果糖含量很低。果糖的代谢可不受胰岛素制约，故糖尿病人可食用果糖，但大量食用也可产生副作用。2.双糖(1)乳糖乳糖是哺乳动物乳汁的主要成分,其含量依动物不同而异。乳糖是婴儿主要食用的糖类物质，同时可保持肠道中最适的菌群数。成年人因缺少乳糖酶，而出现乳糖不适。乳是营养极其丰富的食品，特别是钙的供给。由于人们缺少乳糖酶大大限制了乳品的消费，解决的方法：食用已用乳糖酶水解过的低乳糖乳。食用已经过培养发酵的乳制品如酸奶。随餐食入少量乳品。使用乳糖酶（片剂）培养发酵或用乳糖酶处理的方法是较为可能，它较普通的乳甜一些，但它对不适症是有效的。(2)异构乳糖异构乳糖是乳糖异构而来，是乳经过加工后产生的，如超高温杀菌乳可达71.5mg/100ml，人们已用人工的方法，生产大量的异构乳糖。异构乳糖是半乳糖和果糖以β-1，3糖苷键连接而成，因人体不存在分解它的酶，故不能消化、吸收。异构乳糖的功能有以下几点：能促进肠道有益菌如双歧乳杆菌的增殖，抑制腐败菌的生长。促进肠中双歧杆菌自行合成维生素B1、B2、B6、B12、E、K等。不被消化、吸收，故有整肠，通便作用。3.糖醇糖醇是糖的衍生物，食品工业中常代替蔗糖作甜味剂，在营养上亦有其独特的作用。(1)山梨糖醇山梨糖醇广泛存在于植物中，工业上可由葡萄糖氢化制得。其甜度为蔗糖的一半。每克供能4kcal,其特点是代谢时可转化成果糖，而不受胰岛素控制，因而适合用作糖尿病患者的甜味剂。(2)木糖醇木糖醇是存在于多种水果、蔬菜中，工业上常用木屑等经水解制成木糖后氢化获得，其甜度与蔗糖相等。木糖醇的供能与蔗糖相同，重要的是木糖醇代谢不受胰岛素调节，因而可被糖尿病病人接受。它还不被口腔细菌发酵，具有防龋作用。（3）麦芽糖醇麦芽糖醇是由麦芽糖氢化制得，在食品工业作甜味剂使用，甜度约为蔗糖的75~95%。麦芽糖醇在小肠内的分解量是同量麦芽糖的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，因此它是心血管病、糖尿病等患者食用理想甜味剂。也有防龋作用。二、低聚糖（oligosaccharide)它是由3～9个糖单位组成。低聚果糖近年受人关注，在一些谷物（小麦、燕麦）中存在。此外，低聚异麦芽糖、低聚木糖。它们由于不能被人类消化酶分解、吸收、利用，故称之为抗性低聚糖。能促进肠道有益菌如双歧乳杆菌的增殖，抑制有害菌的生长。不被消化、吸收，故有整肠，通便作用。三、多糖多糖按其是否被人体消化分成两类：1.可消化、吸收的多糖2.不被消化、吸收的多糖（1）纤维素(Cellulose)存在植物细胞壁中，由葡萄糖β-1，4糖苷键连接，分子量为6×105D。（2）半纤维素(Hemicellulose)存在植物细胞壁中，由葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖及糖醛酸，有均一的、有混合的，分子量为3×104D，它可用17.5%NaOH提取分离。（3）果胶(Pectins)是植物细胞壁的组成成分，主要为甲基化程度不等的半乳糖醛酸构成，分子量约6×104~9×104D。（4）树胶(Gums)和海藻胶(Algalsubstances)及其他树胶是植物胶，主要包括植物分泌胶如阿拉伯胶和黄蓍胶等，种子胶如瓜尔豆胶和角豆胶。来自海藻类的如琼脂胶和卡拉胶等，来自微生物的黄原胶等，来自动物的几丁质。（5）改性淀粉和抗性淀粉，一些人工合成的多糖和改性淀粉如淀粉经加热后又经过冷却可形成抗性淀粉(resistantstarch)。第三节膳食纤维及其作用一、膳食纤维概述膳食纤维有别于“粗纤维”。粗纤维是指经酸和碱消化后所剩的残渣。此种测定方法得出的粗纤维不能表示生理上所不能消化的纤维，因此自70年代起用膳食纤维(dietaryfiber)的概念代替了粗纤维。膳食纤维—不被机体利用的多糖。分为可溶和不可溶两类。膳食纤维的营养学意义有一定的重要性。上世纪美国摄食的果蔬中膳食纤维下降20%，谷类中下降50%，结果居民憩室病(Diverticulosis)增加，这是一种大肠病，在大肠壁上形成囊状物或带状物。摄入膳食纤维多的人，其粪便中排出的脂肪、胆固醇和胆汁酸也较多，血胆固醇水平较低。此外，也有人提出，食物膳食纤维下降可能是美国结肠癌发病率增加的原因。二、膳食纤维的理化特性与生理作用从流行病调查和实验研究相结合总结出膳食纤维具有如下的理化特性和生理功能：1.理化特性（1）吸水性：许多膳食纤维具有很好的吸水性，增加容水量，增加粘稠度。（2）螯合作用：对胆酸和胆固醇以及微量元素具有螯合作用。（3）调整消化道菌群：膳食纤维不被人的消化道所消化，但可被肠内细菌酵解，这些菌是好气菌，很少产生致癌物。2.生理作用（1）降低胆固醇的作用：大多数可溶性膳食纤维可降低血清胆固醇水平，尤其是可降低低密度脂蛋白胆固醇。（2）对餐后血糖及胰岛素水平的影响：水溶性膳食纤维可降低餐后血糖升高的幅度和降低血清胰岛素水平或提高胰岛素的敏感性。（3）改善大肠功能：包括增加粪便体积和重量，缩短在大肠的时间，改善便秘。同时增加了排便的频率，加快了肠毒素的排出，起到了抗癌的作用。三、膳食纤维的含量及适宜摄入量1.食物中膳食纤维含量：可按测定方法将膳食纤维分类为总膳食纤维和可溶及不可溶膳食纤维。总膳食纤维包括可溶和不可溶膳食纤维。可溶膳食纤维主要含果胶、树胶、海藻多糖等；不可溶膳食纤维包括纤维素、半纤维素、木质素和角质。下表中列出文献报道的部分食物中膳食纤维含量。2.膳食纤维的适宜摄入量：美国国家研究所提出每人每天摄入量为20~30g，或每千卡热10~13g;美国营养素专家委员会推荐的膳食纤维中不可溶纤维占70~75%，可溶纤维占25~30%为宜，而且这些纤维应由天然膳食提供，建议用谷类、水果、蔬菜和豆类。我国1992年调查结果：全国农村居民摄入不可溶膳食纤维14.1±10.4，城市为11.6±8.7g,按增加一半可溶纤维，农村应为28g，城市应为23g。四、膳食纤维制品为了增加饮食中膳食纤维的含量，一些发达国家开发了许多膳食纤维以强化食品，这些膳食纤维制品有：1.米糠：含膳食纤维35~40%，风味好，稳定性佳，含维生素。2.麸皮粉：含膳食纤维70%，不含植酸，含多种矿物质。3.豌豆纤维：豌豆壳制成，膳食纤维约45%。4.苹果和梨的膳食纤维：含膳食纤维70%。5.水溶性膳食纤维：阿拉伯胶、瓜尔豆胶，具有乳化、增稠作用。未来食品为满足营养需求——糖类发展趋势与创新innovationfocuson1.低热量；2.低血糖应答（GI)，适用于糖尿病患者；3.积极抗龋作用；4.稳定肠道菌群、增加肠道功能；5.膳食纤维思考题：1.叙述膳食纤维对憩室病、高血脂症、糖尿病和结肠癌的保健作用。2.血糖水平的正常范围是多少？食物是怎样影响血糖水平的？3.在你的膳食中应有多少kcal的能量由碳水化合物提供？应包括多少克的膳食纤维？4.糖类发展趋势与创新有那些？