碳水化合物是什么？

碳水化合物 碳水化合物是自然界最丰富的有机物 是人类最经济和最主要的能量来源 碳水化合 物也称为糖类 因大多数糖类物质由碳 氢 氧组成 其结构式为 Cn H2O 与水分子中 的比例相同 因此称为碳水化合物 一 碳水化合物分类 从化学上 根据碳水化合物的聚合度 可以将其分成单糖 双糖 寡糖和多糖四类 但从生理上 根据碳水化合物能否被人体消化吸收 碳水化合物可以被分成可消化吸收与 不可消化吸收两类 一 可消化吸收的碳水化合物 可以消化吸收的碳水化合物是指能在人体肠道被分解成小分子成分 并透过肠粘膜细 胞进入血液的糖类 包括 1 所有单糖如葡萄糖 果糖 半乳糖等 2 所有双糖如 蔗糖 乳糖 麦芽糖等 3 多糖中的淀粉 糖原及糊精等 二 不能消化吸收的碳水化合物 不能消化吸收的碳水化合物是指人类肠道中不含其水解酶 不能被消化成小分子物质 因 而不能吸收的糖类 包括 1 低聚糖如棉子糖 水苏糖等 2 多糖如纤维素 半纤 维素 果胶 木质素等 其中木质素连食草动物也不能消化吸收 二 碳水化合物的生理功能 1 提供和贮存能量是人类最经济和最主要的能量来源 碳水化合物主要以葡萄糖的方 式进入血液 在机体的组织细胞特别是大脑 肝脏和肌肉等组织内 先分解为 2 个丙酮酸 然后脱羧形成乙酰辅酶 A 最后进入三羧酸循环生成二氧化碳和水 同时释放大量热能 每克葡萄糖在体内进行生物氧化可产生 16 8kJ 4kcal 的能量 一般情况下 大脑仅利用葡 萄糖作为能量来源 大脑在活动时约消耗 2 3 的血糖 肝脏既可以利用葡萄糖分解产热 也可以利用葡萄糖合成糖原作为储备能源 与脂肪不同 糖原可迅速动员 补充血糖的不 足 肌肉在葡萄糖不足时 可在糖原酶的作用下直接分解糖原产生能量 2 构成体组织 糖是构成机体的重要物质 如糖与蛋白质结合形成的糖蛋白可以构成保 护胃粘膜的粘液 构成软骨的主要成分硫酸软骨素 此外 糖蛋白还参与抗体 酶 激素 核酸的组成 糖和脂肪形成的糖脂是细胞膜的重要成分 参与细胞的标记和识别 3 节约蛋白质 摄入充足的糖类 可以减少体内蛋白质分解供能 可节约蛋白质 同时 减少因蛋白质分解而产生的含氮化合物的含量 减轻肾脏的负担 4 抗生酮作用 血糖不足 脂肪动员增加 脂肪酰辅酶 A 形成增多 通过 氧化形成 的乙酰辅酶 A 增多 但长链脂肪酰辅酶 A 可抑制柠檬酸合成酶的活性 使乙酰辅酶 A 不能 与草酰乙酸结合成柠檬酸而进入三羧酸循环 同时长链脂肪酰辅酶 A 还可反馈性的抑制乙 酰辅酶 A 羧化酶和脂肪酸合成酶而抑制脂肪酸合成 其结果造成了乙酰辅酶 A 在线粒体内 的堆积 聚合形成乙酰乙酸 羟丁酸 丙酮酸等酮体 一般酮体在肝脏产生 随血液循 环运送到肝外组织利用 当大量酮体产生超过机体的利用能力时 可造成体内酮体堆积 酮体具有酸的性质 过量可造成人体酸中毒 称为酮症酸中毒 5 解毒作用 肝糖原充足可增强肝脏对某些有害物质如细菌毒素的解毒作用 糖原不 足时机体对酒精 砷等有害物质的解毒作用减弱 葡萄糖醛酸直接参与肝脏解毒 三 参考摄入量 DRIs 一般情况下 人类膳食中不易出现碳水化合物的缺乏 在短期内也不会出现机体缺乏 的症状 其适宜需要量尚未确定 许多国家把碳水化合物作为膳食的主体 常用其可提供 能量的百分比来表示 推荐摄入量不少于 55 根据我国膳食中碳水化合物的实际摄入量 参考国外对碳水化合物的推荐量 我国建议碳水化合物的适宜摄入量为 除 2 岁以下的婴 幼儿外碳水化合物应提供 55 65 的膳食总能量 可消化利用的碳水化合物量至少 275g 占热 55 另外 建议限制纯热能食物如糖的摄入量 提倡摄入营养素 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 改善胃肠道环境和预防龋齿的需要 四 食物的来源 膳食中主要可利用碳水化合物是淀粉类多糖 主要存在于植物性食品中 重要的食物 来源是粮谷类 70 75 薯类 20 25 根茎类 豆类 20 25 水果中的 坚果类 栗子等 含淀粉较高 一般蔬菜 水果含一定量的双糖 单糖 另外 含有纤维 素和果胶类 食用糖或纯糖制品被摄取后迅速吸收 但其营养密度较低 且易于以脂肪形式贮存 一般认为摄入量不易过多 占热能 10 以下 而粮谷类 薯类 根茎类 除含淀粉外还含 蛋白质 维生素 矿物质和较多的食物纤维 是碳水化合物良好的食物来源 五 膳食纤维 从生理学的角度 将膳食纤维定义为不能被人体利用的多糖 这类多糖主要来源于植 物细胞壁的复合碳水化合物 也称非淀粉多糖 即非 葡聚糖的多糖 在营养宣传中常 采用可溶性和不可溶性膳食纤维以及两者之和为总膳食纤维的概念 非淀粉多糖是膳食纤维的主要成分 它包括纤维素 半纤维素 果胶及亲水胶体物质 如树胶及海藻多糖等 另外还包括植物细胞壁所含的木质素 近年来又将一些非细胞壁的 化合物如抗性淀粉及抗性低聚糖 美拉德反应的产物以及来源于动物的抗消化物甲壳素 氨基多糖 也包含在膳食纤维组成成分中 虽然这些物质在膳食中含量很低 但可能具 有一定生理活性 一 膳食纤维的生理作用 1 降低血浆胆固醇的作用 人体和动物实验得到的一般结论为 大多数可溶性膳食纤 维可降低人血浆胆固醇水平及动物血浆胆固醇和肝的胆固醇水平 这类纤维包括果胶 欧 车前 psyllium 魔芋葡甘聚糖以及各种树胶 富含水溶性纤维的食物如燕麦麸 大麦 荚豆类和蔬菜等 这些食物的膳食纤维摄入后 一般都可降低血浆总胆固醇 5 10 几乎一律都是降低低密度脂蛋白胆固醇 而高密度脂蛋白降低得很少或不降低 流行病学 调查表明纤维摄入量高与冠心病死亡的危险性大幅度降低有关 曾发现血清胆固醇每下降 1 可减少心血管疾病发生的危险率达 2 动物实验表明 果胶能防止鸡的动脉硬化 而 动脉硬化程度与冠心病密切相关 2 改善血糖生成反应 许多研究表明 摄入某些可溶性纤维可降低餐后血糖升高的幅度 并提高胰岛素的敏感性 补充各种纤维使餐后血葡萄糖曲线变平的作用与纤维的黏度有关 黏度可以延缓胃排空速率 延缓淀粉在小肠内的消化或减慢葡萄糖在小肠内的吸收 3 改善大肠功能 膳食中的纤维影响大肠功能的作用包括 缩短消化残渣在大肠的通过 时间 增加粪便体积和重量及排便次数 稀释大肠内容物以及为正常存在于大肠内的菌群 提供可发酵的底物 膳食中纤维对粪便体积 重量和通过大肠时间长短的影响被公认为是 对大肠功能的重要作用 这种对肠功能的作用起到了预防肠癌的作用 粪便量的增加以及 膳食纤维在结肠的发酵作用从而加速肠内容物在结肠的转移和使粪便排出 起到了预防便 秘的效果 4 其他生理功能 除上所述 膳食纤维还能增加胃部饱腹感 减少食物摄入量 具有预 防肥胖症的作用 膳食纤维可减少胆汁酸的再吸收 改变食物消化速度和消化道激素的分 泌量 可预防胆结石 另据报道 膳食纤维可能会减少血液中能诱导乳腺癌的雌性激素的 比率 因而可能还有抗乳腺癌的作用 另外 膳食纤维的缺乏与间歇式疝 阑尾炎 静脉 血管曲张 肾结石 膀胱结石 十二指肠溃疡 溃疡性结肠炎 胃食道逆流等均有很大的 相关关系 摄入高纤维膳食可保护人类免遭这些疾病的侵害 但许多的实验结果也表明 各种纤维均能抑制消化碳水化合物 脂质和蛋白质的酶的 活性 影响了食物在小肠内的消化吸收 引起腹部不适 增加肠道产气和蠕动 纯的膳食 纤维可能降低某些维生素和矿物质的吸收率 因此 过多摄入膳食纤维对人体健康有一定 的副作用 二 膳食纤维的参考摄入量 DRIs 与膳食来源 1 膳食纤维的推荐摄入量 表 3 6 是根据中国营养学会 1999 年提出的中国居民膳 食指南及平衡膳食宝塔为依据 由指南中推荐的各类食物摄入量及其所提供的膳食纤维含 量计算出中国居民可以摄入的膳食纤维的量及范围 美国 英国及亚洲学者所提出的建议 值为 20 35g d 2 主要食物来源 膳食纤维主要来源于谷 薯 豆类及蔬菜 水果等植物性食品中 植物的成熟度越高 其纤维含量也就越多 谷类加工越精细则所含的纤维越少 我国居民 自古以来以植物性膳食结构为主 膳食纤维摄入量较多 对预防一些慢性病的发生有一定 作用 我国一些代表性的食物中不可溶性膳食纤维 IDF 的含量在 1991 年版的 食物成 分表 中可查到 引用建议的折算系数可计算出总膳食纤维的参考性数据 表 3 6 中国人平衡膳食宝塔建议不同能量膳食的各类食物参考摄入量 食物种类 低能量 中等能量 高能量 约 1800kcal 约 2400kcal 约 2800kcal 谷类 蔬菜 水果 豆类及豆制品 总计 食物量 TDF IDF 食物量 TDF IDF 食物量 TDF IDF 300 10 2 6 6 400 13 6 8 8 500 16 9 11 0 400 8 8 4 56 450 9 9 5 13 500 11 1 5 70 100 1 7 1 14 150 2 5 1 71 200 3 3 2 28 50 4 2 2 51 50 4 2 2 51 50 4 2 2 51 24 9 14 81 30 2 18 15 35 4 21 49 引自 Chinese DRIs 2000 表示只列出含有膳食纤维的食物 TDF 的数值由 IDF 谷类 1 54 水果 1 46 蔬菜 1 77 豆类及制品 1 68 计算得出 TDF 总膳食纤维 IDF 不可溶膳 食纤维 六 功能性低聚糖 低聚糖或称寡糖 是由 2 10 个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚合糖 分功能性低聚糖和普通低聚糖两大类 功能性低聚糖现在研究认为包括水苏糖 棉子糖 异麦芽酮糖 乳酮糖 低聚果糖 低聚木糖 低聚半乳糖 低聚异麦芽糖 低聚异麦芽酮 糖 低聚龙胆糖 大豆低聚糖 低聚壳聚糖等 人体胃肠道内没有水解它们 除异麦芽酮 糖外 的酶系统 因而它们不被消化吸收而直接进入大肠内优先为双歧杆菌所利用 是双 歧杆菌的增殖因子 另外 这些低聚糖均带有不同程度的甜味 除低聚龙胆糖外 一般甜 度相当于蔗糖的 30 60 可以做为食品的调味料 一 功能性低聚糖的生理作用 不同的功能性低聚糖的生理作用有所不同 总的说来 功能性低聚糖的生理作用可概 括为 1 整肠功能 改善肠道功能 预防疾病 人体试验表明 摄取低聚糖可使双歧杆菌 增殖 抑制有害细菌 双歧杆菌发酵低聚糖产生短链脂肪酸 醋酸 丙酸 丁酸 乳酸等 和一些抗菌素物质 抑制外源致病菌和肠内固有腐败菌的生长繁殖 双歧杆菌素 bifidin 能非常有效地抑制志贺氏杆菌 沙门氏菌 金黄色葡萄球菌 大肠杆菌和其他 一些微生物 体内和活体外粪便培养试验表明 摄入低聚糖可有效地减少有毒发酵产物及 有毒细菌酶的产生 减少了肠内有害细菌的数量 进而抑制病原菌和腹泻 大量的短链脂 肪酸刺激肠道蠕动 增加粪便湿润度并保持一定的渗透压 从而防止便秘发生 由于摄取 功能性低聚糖使人体肠道内菌群平衡改变的结果 导致血清胆固醇水平降低 血清中低密 度脂蛋白 LDL 降低 高密度脂蛋白 HDL 升高 有利于防止心脑血管疾病 另外人体 试验认为 摄入低聚糖或双歧杆菌可减少有毒代谢产物的形成 大大减轻了肝脏分解毒素 的负担 进而有保护肝脏的功能 功能性低聚糖不能被口腔微生物特别是突变链球菌利用 不能被口腔酶液分解 因而能防止龋齿的发生 2 生成并改善营养素的吸收 双歧杆菌在肠道内能自然合成维生素 B1 B2 B6 B12 烟酸和叶酸 双歧杆菌能发酵乳品中的乳糖使其转化为乳酸 解决了 人们乳糖耐受性问题 同时增加了水溶性可吸收钙的含量 使乳品更宜消化吸收 3 热值低 不引起血糖升高 功能性低聚糖很难或不被人体消化吸收 所提供的能量 值很低或根本没有 能满足喜爱甜品的糖尿病 肥胖病人 低血糖病及控制体重者的需要 4 增强机体免疫力 防止癌变发生 大量动物实验表明 双歧杆菌在肠道内大量繁殖 能够起抗癌作用 抗癌作用归功于双歧杆菌的细胞 细胞壁成分和细胞外分泌物 使机体 的免疫力提高 免疫调节功能试验证明摄取低聚糖能明显提高抗体的细胞数和活性 二 功能性低聚糖的摄入量 随着对功能性低聚糖研究的深入和认识的提高 功能性低聚糖的摄入量问题引起人们 的关注 功能性低聚糖虽比较广泛地存在于植物性食物中 但一般人日常膳食往往达不到 有效的摄入量 与其他难消化糖一样 低聚糖过量摄入也会产生胃肠胀气和腹泻 各种低 聚糖的最小有效剂量和最大无作用量见表 3 7 三 功能性低聚糖的膳食来源 在某些蔬菜 水果中含有天然的低聚糖 如洋葱 大蒜 葡萄 洋姜 芦笋 香蕉等 含低聚果糖 大豆及一些豆类含水苏糖 甜菜中含棉籽糖 多食这类食物对各类人群都是 有益的 低聚糖可以从天然物中提取 也可用微生物酶转化或水解法