食品营养与卫生 -碳水化合物,能量.ppt

1,第三节碳水化物(Carbohydrate，CHO),第三节CHO,2,一、定义和分类,1.碳水化合物的定义又称糖类化合物。是一类多羟基醛，多羟基酮；或者一些能水解成多羟基醛或多羟基酮的化合物。,多羟基醛,多羟基酮,3,考一考?,糖类化合物为何叫做碳水化合物呢？,4,由于糖类由碳、氢、氧三种元素所组成，其中H:O=2:1，与水相同，故称为碳水化合物。糖类分子通式为Cn(H2O)m，例如：葡萄糖的分子式为C6H12O6可写成C6(H2O)6。蔗糖的分子式C12H22O11，可写成C12(H2O)11。,5,一、分类、来源,一、碳水化物分类按照聚合度的不同，营养学上一般将其分为四类,多糖,双糖,可消化多糖,寡糖,单糖,非消化多糖,可消化寡糖,非消化寡糖,两分子单糖,6,(一)单糖,（一）单糖（monosaccharide）食物中主要有葡萄糖、果糖、半乳糖，还有少量其它糖类天然水果、蔬菜中，还有少量的糖醇类物质1葡萄糖（glucose）2果糖（fructose）3.半乳糖（galactose）4甘露糖（mannose）等其它单糖,营养中最重要的单糖,7,6碳糖(己糖)：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖5碳糖（戊糖）：核糖、2-脱氧核糖,8,(二)双糖,蔗糖(sucrose),1葡萄糖1果糖,麦芽糖(maltose),2葡萄糖,乳糖(lactose),1葡萄糖1半乳糖,海藻糖(trehalose),2葡萄糖,（二）双糖（disaccharide）常见的双糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖和海藻糖等,9,(三)寡糖,（三）寡糖（oligosaccharide）由3-10个单糖构成的一类小分子多糖，较重要的是存在于豆类中的棉子糖、水苏糖,10,（四）多糖,植物多糖,淀粉(starch),膳食纤维(fiber),动物多糖,糖原(glycogen),（四）多糖（polysaccharide）由10个以上单糖构成的大分子糖重要的有糖原、淀粉、纤维素，均由葡萄糖分子构成,11,可利用的多糖淀粉糊精糖原,不可利用的多糖纤维素半纤维素果胶,树胶木质素抗性淀粉粘胶,12,淀粉的分子结构,直链淀粉1935%,支链淀粉6581%,13,糖原的分子结构,14,纤维素的分子结构,15,二、碳水化合物的功能,供能（占人体所需55-65%）节约蛋白质（sparingproteinaction）CHO充足可预防Pro通过糖异生作用浪费机体的构成成分维持神经系统的功能解毒作用具有抗生酮作用（antiketogenesis）有益肠道功能（益生元）改变食物的感官特征,16,机体的构成成分每个细胞含量为2%-10%糖脂糖蛋白核糖及脱氧核糖氨基多糖,17,保肝解毒作用,葡萄糖葡萄糖醛酸低毒易溶物质肝脏螯合有毒物质排出体外,18,抗生酮作用（至少50-100g）体内Fat的彻底分解需葡萄糖协同,19,（体内的脂肪组织）甘油三酯脂肪酸乙酰辅酶A酮体（乙酰乙酸、丙酮、羟丁酸）酮血症或酮尿症,草酰乙酸,TCA,ATP,20,改变食物的感官特征甜味剂,21,三、几种重要的碳水化合物,3.1单糖3.2双糖3.3糖醇3.4功能性低聚糖3.5膳食纤维3.6多糖,22,3.1单糖,葡萄糖果糖,23,特性：是一种己醛糖，动物单糖，D型生理功能：机体各器官都可以利用葡萄糖提供能量某些器官完全依葡萄糖供能，如脑、肾髓质、红细胞葡萄糖在体内的代谢受胰岛素的控制用途：葡萄糖用作营养剂或调味剂,葡萄糖（glucose）,24,低血糖症（Hypoglycemia)正常血糖浓度恒定80-120mg/100ml症状：饥饿感、软弱无力、面色苍白、头晕、心慌、脉快、出冷汗、肢体颤抖等。精神激动、恐惧、幻觉、狂躁、惊厥、抽搐、嗜睡甚至昏迷死亡。,葡萄糖（glucose）,25,胰岛素,26,升糖激素,27,餐后血糖变化,血糖生成指数：在一定时间内人体摄入50g有价值的碳水化合物的食物与等量葡萄糖后，体内血糖水平应答的比值。,28,血糖生成指数高的食物,血糖生成指数低的食物,29,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高GI75中等GI5575低GI55,30,高GI的食物，进入胃肠后消化快、吸收率高，葡萄糖释放快，葡萄糖进入血液后峰值高，也就是血糖升的高；低GI食物，在胃肠中停留时间长，吸收率低，葡萄糖释放缓慢，葡萄糖进入血液后的峰值低、下降速度也慢，简单说就是血糖比较低。可用于病人管理、居民教育和运动员膳食管理,31,常见淀粉食物的血糖生成指数（均值）,32,吸收和利用,肝脏是实际利用果糖的唯一器官,吸收时在肠黏膜细胞,代谢不受胰岛素制约,果糖（Fructose）,33,特性：是一种最普通和最甜的己酮糖来源：天然水果中的含量很高工业上用酸或酶水解菊粉制造果糖。用途：果糖在医药上或食品工业中用作增甜剂。,果糖（Fructose）,34,3.2双糖,蔗糖异构蔗糖麦芽糖乳糖异构乳糖乳果糖,35,性质：一种非还原性二糖，纯净的蔗糖是无色晶体易溶于水，比葡萄糖、麦芽糖甜，但不如果糖甜。,来源：广泛存在于植物中，以甘蔗和甜莱中含量最高,蔗糖（Sucrose）,36,对健康的影响摄入30g/d蔗糖不会妨碍碳水化物或脂质的代谢，过多有害龋齿。蔗糖易于发酵，并可产生溶解牙齿珐琅质和矿物质的物质用途：食品工业中重要的含能甜味剂,蔗糖（Sucrose）,37,红糖又是什么呢？,38,1，2糖苷键1，6糖苷键甜味品质极似蔗糖，甜度是蔗糖的42%是一种能源物质不致龋在蜂蜜、蔗汁中微量存在,异构蔗糖（异麦芽酮糖，Isomultose）,39,特性：还原糖，甜度低于蔗糖（1/2）来源：工业上在淀粉酶的催化下由淀粉水解而得用途：供能常见食品如：高梁饴、软糖、酥糖、芝麻糖等都是以麦芽糖为主要糖成分,麦芽糖（饴糖）,40,性质：由葡萄糖和半乳糖组成，不甜,乳糖（lactose）,-1，4糖苷键,41,来源：存在于哺乳动物的乳汁中，人乳中含乳糖7%，牛乳中含乳糖4-6%。乳糖的甜味只有蔗糖的70%。,乳糖（lactose）,42,吸收与代谢：乳糖被人体小肠中乳糖酶，水解生成半乳糖和葡萄糖。吸收速度较慢，食物中乳糖含量高于15%可导致渗透性腹泻,乳糖（lactose）,对婴儿重要：提供能量；可促进双歧菌和乳酸菌的生长，能分解产生乳酸和醋酸，抑制大肠杆菌的生长；促进钙的吸收,43,乳糖不耐症,是指摄食乳糖或含乳糖的乳制品后出现的症状，如出现腹部不适，腹泻或酸性便等症状主要原因：乳糖酶缺乏，乳糖吸收不良,44,乳糖不耐受,亚洲人更为多见，全世界有75%的人随着年龄的增加逐渐丧失了制造足够量乳糖酶的能力。对乳糖不耐受的人在喝牛奶或食用含乳糖的食物后会有恶心、疼痛、腹泻、产生过多气体等不良反应。小肠中的细菌利用没被消化的乳糖制造它们自己需要的能量。在这个过程中，会产生气体和小肠刺激物。婴儿制造的丰富的乳糖酶帮助他们吸收母乳中和以牛奶为主的配方奶中的糖分。少数天生对乳糖有不耐性的婴儿只能用不含乳糖的食物喂养。,45,常见肠粘膜中先天性乳糖酶缺乏(极为罕见的疾病)发育性的继发性乳糖酶缺乏,如何应对乳糖不耐症摄食少含或不含乳糖的乳制品发酵乳制品补充乳糖酶,46,由乳糖异构而来，是乳糖经过加工后产生的由半乳糖和果糖以-1，3糖苷键连接而成，人体不存在分解它的酶，故不能消化、吸收。甜度是蔗糖的0.6倍,是黏度低、热值低、易溶于水、性能稳定、安全性高、使用方便,异构乳糖isolactose,47,主要作用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不被消化、吸收，故有整肠，通便作用,异构乳糖isolactose,用途：可广泛用于保健食品中,如添加到乳饮料、碳酸饮料、果汁饮料、糖果、奶粉等食品中作膳食疗效食品,也可单独作医疗用品。,48,由半乳糖和果糖构成，不易被人消化对人体健康的影响双歧因子，促使双歧杆菌迅速增殖，从而抑制有害菌的生长，维护肠道菌群平衡。润肠通便在肠道内通过双歧杆菌发酵，会产生大量的短链脂肪酸，这种脂肪酸能够刺激肠道蠕动、增加粪便湿润度并保持一定的渗透压，从而防止便秘的产生。,乳果糖,49,1858年从海藻中分离出而得名；除海藻外，广泛存在于真菌和细菌中，如食用蘑菇等。性质稳定，可作为非特异性保护剂以及保鲜剂。,海藻糖,50,3.3糖醇,山梨糖醇木糖醇麦芽糖醇乳糖醇,51,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。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。吸湿性。,山梨糖醇(sorbitol),52,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。,木糖醇（xylitol）,53,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7595%。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。,麦芽糖醇(maltitol),54,3.4功能性低聚糖（Functionaloligosaccharide）,55,低聚糖：由310个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚合糖甜度只有蔗糖的30%-60%功能性低聚糖主要包括低聚乳糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖、棉籽糖等。主要存在于人乳、大豆、棉籽、桉树、甜菜、龙胆属植物根及淀粉的酶水解物中。,56,功能性低聚糖的生理功能改善肠道功能，预防疾病抗龋齿作用增强机体免疫，防治癌变的发生热值低，不引起血糖升高具有膳食纤维的作用,57,3.5膳食纤维（dietaryfiber）,58,膳食纤维,膳食纤维*（dietaryfiber）食物中不能被人体消化酶分解、且不能被人类小肠吸收的非淀粉多糖的总称严格而言不是营养素，但因其特殊生理作用，营养学上仍将它作为重要的营养素,59,膳食纤维是构成植物细胞壁的主要成分，存在谷物、豆类等种子的外皮以及蔬菜的茎、叶、果实、海藻之中。它不能为人体所吸收，但对人体有重要的作用。它由纤维素、半纤维素、果胶和木质素等组成。被称为“第七营养元素”,60,(1)膳食纤维的分类,61,不可溶性纤维1）纤维素,2）半纤维素不是纤维素的衍生物,3）木质素化学上不属于多糖，是多聚苯丙烷（芳香族）化合物，是使植物木质化的物质可刺激肠道蠕动,62,可溶性纤维溶于水并吸水膨胀，能被肠道微生物丛酵解常存在于植物细胞液和细胞间质中果胶、树胶、黏胶以及一些半纤维素等,63,Examples-solublevsinsoluble,64,Sourcesoffiber,65,(2)膳食纤维的生理功能,66,膳食纤维的生理功能主要是通过影响大肠功能而起到预防大肠癌、降低血糖、胆固醇水平，预防心脑血管疾病的作用膳食纤维在量较大时可妨碍消化酶与营养素接触（抗营养过程）使消化吸收过程减慢血糖由以上机理可见，膳食纤维的各种作用是一个综合过程，但可溶性纤维的作用较主要,67,根据调查，西方国家膳食中脂肪占比例大，而膳食纤维占的比例较小，仅为非洲居民膳食纤维摄入量的六分之一，其每年结肠癌发病率为非洲人的10倍。原因是膳食纤维未经消化进入大肠，能刺激胃肠道蠕动和消化液的正常分泌，膳食纤维在肠内吸收水分膨胀而与废物混合形成大团而柔软的粪便，易于排泄。这样粪便在肠道内停留时间缩短，缩短促癌物质与结肠粘膜接触的时间，防止癌变。另外，膳食纤维还能与饱和脂肪酸结合，防止血浆胆固醇升高，有利于防止冠心病。,68,膳食纤维的促进作用降低血浆胆固醇的作用改善血糖生成反应改善大肠功能预防肥胖、胆结石和癌症,69,改善大肠功能缩短消化残渣灾害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为大肠内的菌落提供发酵的底物,70,MechanismforFiberReducingCardiovascularRisk,HighfiberfoodsareabsorbedmoreslowlyBloodsugarlevelsdontincreasesorapidlyorincreasetosuchhighlevelsTherefore,lessinsulinisrequired,soinsulinlevelsremainlower.,Lowerinsulinresultsin:LessweightgainMorefavorablebloodfat/cholesterollevelsLowerbloodpressureLowerfibrinogenlevels(affectsclotting)Andperhaps,lessdirectvascularinjuryLesslikelihoodofdiabetes,71,膳食纤维的负面作用：抑制消化碳水化合物、脂质和蛋白的酶活性影响食物的消化吸收引起腹部不适，增加肠道产气和蠕动可能降低某些维生素和矿物质的吸收率,72,(3)膳食纤维的参考摄入量和膳食来源,膳食纤维的RNI:成年人（19-50岁）男性为38g/d,女性为25g/d膳食来源：谷物、薯、豆类、蔬菜、水果等植物性食品,73,74,75,总,可,不可,76,3.6多糖,淀粉功能性多糖,77,3.6多糖,多糖分淀粉多糖和非淀粉多糖。淀粉分支链淀粉、直链淀粉、改性淀粉。天然的淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成,78,直链淀粉可溶性淀粉（1-4）糖苷键聚合碘显紫蓝色支链淀粉不溶于热水支点处存在（1-6）糖苷键碘显紫红色。,淀粉,79,NRE,RE,直链淀粉,80,支链淀粉或糖原分支点的结构,81,82,是指利用化学、物理甚至基因工程的方法改变天然淀粉的理化性质，用以满足食品加工所需功能特性的一类淀粉常用的变性处理方法有化学法、物理法和酶法三种,改性淀粉,83,改性淀粉中重要的是取代淀粉（substitutedstarch）：由淀粉经酯化（如磷酸淀粉）和醚化（如羟丙基淀粉）引入不同功能基团而制成淀粉老化的倾向、增加稳定性交联淀粉（cross-linkedstarch）由淀粉羟基与双功能试剂作用引入少量交联剂而制成增加淀粉的稳定性，提高其耐酸碱、耐热性,改性淀粉,84,（1）定义：“健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物”。1992年世界粮农组织不能被小肠消化吸收和提供葡萄糖在结肠中可被生理性细菌发酵，产生短连脂肪酸和气体刺激有益菌群生长作用类似于膳食纤维，被认为是膳食纤维的一种,抗性淀粉（ResistantStarch）,85,（2）食物中存在的抗性淀粉分三类：生理受限淀粉：在食品基质中受生理作用所限制，难以被消化,抗性淀粉（ResistantStarch）,抗性淀粉颗粒：某些天然淀粉颗粒可以对抗淀粉酶的作用,老化淀粉淀粉在烹饪、糊化后随时间的延长、其淀粉分子重新排列、缔合形成不溶性的淀粉。,86,(3)功能应用,主要应用于低湿食品中作膳食纤维营养素。持水力低口感比膳食纤维好不影响食品的风味，能改善质地改善一些食品的膨胀性与脆性,抗性淀粉（ResistantStarch）,87,淀粉水解,常见的几种产品极限糊精饴糖高果糖糖浆,88,定义：也称为活性多糖，指具有调节人体生理功能的非淀粉多糖。纯多糖：10个以上的单糖杂多糖：含有肽链、脂类等成分,重要的功能性多糖灵芝多糖、虫草多糖、茶叶多糖、魔芋多糖、肝素、透明质酸、海洋生物多糖,功能性多糖,89,主要生理功能免疫调节作用抗病毒作用抗肿瘤作用降血糖、降血脂作用其它功能,功能性多糖,90,四、供给,四、碳水化物供给CHO供能占总热能55-65%（RNI）较合理但也有营养学家认为：应占55-60%，且精制糖占总热能10%（否则可龋齿发生率）美国FDA提倡每人摄入膳食纤维25g/d，或11.5g/kkcal淀粉主要来源：粮谷类、薯类膳食纤维主要来源：蔬菜、水果,91,碳水化物摄入不足与过量,当碳水化物摄入不足，则表现出热能缺乏，出现消瘦、生长缓慢、低血糖、头晕、无力、甚至休克当碳水化物摄入过量，长期如此，可导致肥胖、血脂升高。儿童过多摄入精制糖龋齿发病率高,92,糖类食入过量,能量食入过多脂肪沉积肥胖（糖尿病、高血压）甜饮料、甜点、甜果品食入过多正餐食入量减少营养不良（肝脏、肾脏肿大）糖在口腔中残留细菌繁殖腐蚀牙齿糖过多维生素B1需要量过多维生素B1缺乏降低神经、肌肉活动能力，易骨折,93,不消化的CHO和疾病预防,肥胖糖尿病(NIDDM)降低胆固醇(inloweringcholesterol)肠道疾病-预防和处理便秘-肠道癌症龋齿,94,第五节能量,第四节热能,95,96,能量是人类赖以生存的基础。人们为了维持生命、生长、发育、繁殖后代和从事各种活动，每天必须从外界取得一定物质和能量。食物能量最终来源是太阳能，这是由植物利用太阳能，通过光合作用，把CO2、水和其它无机物转变成有机物，供生命之所需，并将生命过程的化学能直接或间接保持在ATP的高能磷酸键中。人体所需要的能量通常主要由食物来提供。食物中所含有的营养素当中只有碳水化合物、脂肪、蛋白质能够在体内产生能量，营养学上将这三种营养素称为“产能营养素”。另外，酒中的乙醇也能提供较高的热能。,97,一、概述,热能(energy),热,能,维持体温恒定,维持各种生理体力活动正常进行,单位,焦耳(joule，J)，千焦耳(kilo-joules，kJ),卡(calorie，cal)千卡(kilo-calories，kcalories，kcal),1cal=4.184J1J=0.239cal,不断向环境中散发,1gCHO16.7kJ(4.0kcal)1g乙醇29.3kJ(7.0kcal)1gPro16.7kJ(4.0kcal)1gFat36.7kJ（9.0kcal),一、能量概述,98,食物能值与生理能值,食物能值即食物彻底燃烧时测定的能值。即“物理燃烧值”，或称“总能值”。生理能值：机体可以利用的能值。,99,生理能值即机体可利用的能值，在体内，碳水化合物和脂肪氧化的最终产物与体外燃烧时相同，因考虑到机体对它们的消化、吸收情况(如纤维素即不能被人类消化)，故二者的生理能值与体外燃烧时可稍有不同。,100,蛋白质在体内的氧化并不完全，氨基酸等中的氮并未氧化成氮的氧化物或硝酸(这些物质对机体有害)，而以尚有部分能量的有机物如尿素、尿酸、肌酐等由尿排出。这些含氮有机物的能量均可在体外燃烧时测得。此外，再考虑到消化率的影响，便可得到机体由蛋白质氧化而来的可利用的能值。不同食品中碳水化合物、脂肪和蛋白质的含量各异，若需了解某种食品所含能值，可利用食物成分表或仔细分析其样品的组成进行计算。,101,宏量产能营养素的能量系数：,图糖类、脂肪、蛋白质的净能量系数,102,二、人体能量消耗,热能消耗*基础代谢+体力活动+食物热效应,103,二、E消耗(一)BM,恒温(18-25),安静静卧,禁食12hr,热能消耗(BM),体温呼吸、血液循环其它器官生理需要,放松清醒,仅维持最基本生命活动,（一）基础代谢*（basalmetabolism，BM）,104,基础代谢率：,基础代谢所消耗的能量通常以每h、每m2体表面积所消耗的能量来表示，称BMR。即单位时间内人体每平方米体表面积所消耗的基础代谢能量。基础代谢能量消耗一般占60%-75%,105,BM热能消耗(basalenergyexpenditure，BEE)1间接计算法2直接计算法,106,（1）用体表面积进行计算（赵松山提出）体表面积(m2)=0.00659*身高(cm)+0.0126*体重(kg)-0.1603基础代谢（kJ）=体表面积（m2）基础代谢率（kJ/m2h）24（h）,107,基础代谢率可由下表1-1查得。表1-1我国正常人基础代谢率平均值（kJ/m2h）,108,WHO于1985年提出静息代谢率（restingmetabolicrate）代替BMR,109,（2）直接用公式计算,男BEE66+13.7体重(kg)+5.0身长(cm)6.8年龄(y)女BEE65.5+9.5体重(kg)+1.8身长(cm)4.7年龄(y),110,简单的方法成人男性按每公斤体重每小时1kcal(4.18kJ)女性按0.95kcal(3.97kJ)，和体重相乘直接计算WHO于1985年推荐使用Schofield公式(表)，计算一天的基础代谢能量消耗。,111,WHO建议的计算基础代谢公式,注：w为体重(kg)。摘自TechnicalReportSerie724，Geneva，WHO，1985。我国营养学会推荐，我国儿童、