营养素|七大营养素之碳水化合物

一、碳水化合物的介绍

碳水化合物（carbohydrate）是由碳、氢和氧三种元素组成，由于它所含的氢氧的比例为二比一，和水一样，故称为碳水化合物。它是为人体提供热能的三种主要的营养素中最廉价的营养素。 

碳水化合物是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源。它不仅是营养物质，而且有些还具有特殊的生理活性。碳水化合物也是自然界存在最多、具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。主要由绿色植物经光合作用而形成，是光合作用的初期产物。从化学结构特征来说，它是含有多羟基的醛类或酮类的化合物或经水解转化成为多羟基醛类或酮类的化合物。

二、碳水化合物的生理功能

（1）供给能量：每克葡萄糖产热16千焦（4千卡），人体摄入的碳水化合物在体内经消化变成葡萄糖或其它单糖参加机体代谢；

（2）构成细胞和组织：每个细胞都有碳水化合物，其含量为2%~10%，主要以糖脂、糖蛋白和蛋白多糖的形式存在，分布在细脑膜、细胞器膜、细胞浆以及细胞间质中；

（3）节省蛋白质：食物中碳水化合物不足，机体不得不动用蛋白质来满足机体活动所需的能量，这将影响机体用蛋白质进行合成新的蛋白质和组织更新；

（4）维持脑细胞的正常功能：葡萄糖是维持大脑正常功能的必需营养素，当血糖浓度下降时，脑组织可因缺乏能源而使脑细胞功能受损，造成功能障碍，并出现头晕、心悸、出冷汗、甚至昏迷；

（5）抗酮体的生成：当人体缺乏糖类时，可分解脂类供能，同时产生酮体。酮体导致高酮酸血症；

（6）解毒：糖类代谢可产生葡萄糖醛酸，葡萄糖醛酸与体内毒素（如：药物 胆红素）结合进而解毒；

（7）加强肠道功能：与膳食纤维有关。如：防治便秘、预防结肠和直肠癌、防治痔疮等；

（8）其它：碳水化合物中的糖蛋白和蛋白多糖有润滑作用。还可控制细脑膜的通透性。嘌呤、嘧啶、胆固醇等为一些合成生物大分子物质的前体。

三、碳水化合物的分类

依据能否水解和水解后的生成物，可以将碳水化合物分为下述三类：

●单糖，是糖的基本单位，不能再进行水解。自然界中的单糖以四个、五个或六个碳原子最为普遍，食品中以戊糖和已糖较多，尤以已糖分布最广。戊糖在自然界中大都以形成多糖的成分而存在，如阿拉伯糖存在于半纤维素中，稻草、木材中含有木糖的成分。戊糖不能被人体吸收。己糖中最重要的有葡萄糖、果糖、半乳糖三种。葡萄糖除了构成水果与蔬菜类甜味的成分，还以结合状态构成各种多糖及低聚糖，如淀粉、纤维素、半纤维素、麦芽糖、肝糖原等。葡萄糖的甜度相对来说不高，约为蔗糖的0.6倍；果糖是葡萄糖的异构糖，主要存在于水果中而得名，是甜度最高的糖，约为蔗糖的1.5倍；半乳糖为无游离状态存在，与葡萄糖结合构成乳糖，存在于动物乳汁中。

●低聚糖类，其中以两分子单糖所结合而成的双糖为最重要，包括麦芽糖、蔗糖和乳糖。麦芽糖由二分子葡萄糖结合而成，可由淀粉水解得到，是饴糖的主要成分，甜度比蔗糖低，有还原性；蔗糖是食品中最重要的甜味料，由一个葡萄糖分子和一个果糖分子构成，无还原性，甘蔗和甜菜中含量最高；乳糖由半乳糖和葡萄糖构成，甜度约为蔗糖的0.7倍。乳糖是双糖中溶解度最小而又没有吸湿性的一种，在食品和医药工业中可作特殊用途。乳糖也具有还原性。

●多糖类，这是一类高分子化合物，由许多单糖分子组合而成，种类很多，如淀粉糖原、纤维素、到半纤维素和果胶等。

四、碳水化合物的消化吸收

1、消化

（一）口腔内消化

碳水化合物的消化自口腔开始。口腔分泌的唾液中含有α-淀粉酶(amyae),又称唾液淀粉酶(pyali)，唾液还具有此酶最合适pH6 -7的环境。α-淀粉酶能催化直链淀粉、支链淀粉及糖原分子中α-1，4-糖苷键的水解，但不能水解这些分子中分支点上的α-1，6-糖苷键及紧邻的两个α-1，4-糖苷键。水解后的产物有葡萄糖、麦芽糖、异麦芽糖、麦芽寡糖以及糊精等的混合物。由于食物在口腔内停留时间短暂，以致唾液淀粉酶的消化作用很小。

（二）胃内消化

当口腔内的食物被唾液所含的粘蛋白粘合成团，并被吞咽而进入胃后，其中所包藏的唾液淀粉酶仍可使淀粉短时继续水解，但当胃酸及胃蛋白酶渗入食团或食团散开后，pH下降至1-2时，不再适合唾液淀粉酶的作用，同时该淀粉酶本身亦被胃蛋白酶水解破坏而完全失去活性。胃液不含任何能水解碳水化合物的酶，其所含的胃酸虽然很强，但对碳水化合物也只可能有微少或极局限的水解，故碳水化合物在胃中几乎完全没有什么消化。

（三）肠内消化

水化合物的消化主要是在小肠中进行。小肠内消化分肠腔消化和小肠粘膜上皮细胞表面上的消化。极少部分非淀粉多糖可在结肠内通过发酵消化。

（1）肠腔内消化 肠腔中的主要水解酶是来自胰液的α-淀粉酶，又称胰淀粉酶(amy-lopsin)，其作用和性质与唾液淀粉酶一样，最适pH为6.3-7.2，胰淀粉酶对末端α-1，4-糖苷键和邻近α-1，6-糖苷键的α-1，4-糖苷键不起作用，但可随意水解淀粉分子内部的其他α-1，4-糖苷键。消化结果可使淀粉变成麦芽糖、麦芽三糖(约占65%)、异麦芽糖、α-临界糊精及少量葡萄糖等。α-临界糊精是由4-9个葡萄糖基构成。

（2）小肠粘膜上皮细胞表面上的消化 淀粉在口腔及肠腔中消化后的上述各种中间产物，可以在小肠粘膜上皮细胞表面进一步彻底消化。小肠粘膜上皮细胞刷状缘上含有丰富的α-糊精酶、糖淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶及乳糖酶，它们彼此分工协作，最终把食物中可消化的多糖及寡糖完全消化成大量的葡萄糖及少量的果糖和半乳糖。生成的这些单糖分子均可被小肠粘膜上皮细胞吸收。

（3）结肠内消化 小肠内不被消化的碳水化合物到达结肠后，被结肠菌群分解，产生氢气、甲烷、二氧化碳和短链脂肪酸等，这一系列过程称为发酵。发酵也是消化的一种方式。所产生的气体经体循环转运，经呼气和直肠排出体外，其他产物如短链脂肪酸被肠壁吸收并被机体代谢。碳水化合物在结肠发酵时，促进了肠道一些特定菌群的生长繁殖，如双歧杆菌、乳酸杆菌等。

2、吸收

碳水化合物经过消化变成单糖后才能被细胞吸收。糖吸收的主要部位是在小肠的空肠。单糖首先进入肠粘膜上皮细胞，再进入小肠壁的毛细血管，并混合于门静脉而进入肝脏，最后进入大循环，运送到全身各个器官。在吸收过程中也可能有少量单糖经淋巴系统而进入大循环。

单糖的吸收过程不单是被动扩散吸收，而是一种耗能的主动吸收。目前普遍认为，在肠粘膜上皮细胞刷状缘上有特异的运糖载体蛋白：不同的载体蛋白对各种单塘的结合能力不同，有的单糖甚至完全不能与之结合，故各种单糖的相对吸收速率也就各异。

五、碳水化合物的需要量和食物来源

1、需要量

每个人膳食中所含碳水化合物的比例没有可以规定的具体数值。美国医学研究所建议每天摄入130克（520千卡）的碳水化合物，这是大脑平均最小的葡萄糖用量。

有运动习惯的人对碳水化合物的摄入量应该是5~10克/公斤体重或者20~40千卡/公斤体重。假设一个体重70公斤的运动员，应该从碳水化合物中摄入1400~2800千卡，这表示比膳食参考的520千卡碳水化合物要高得多。假设碳水化合物摄入量占总热量的60%，这位运动员每天要摄入2300~4700千卡。通常推荐的碳水化合物摄入量是根据运动强度与该进食多少碳水化合物才能优化表现与回复体力。

2、食物来源

一般说来，对碳水化合物没有特定的饮食要求。主要是应该从碳水化合物中获得合理比例的热量摄入。

主要食物来源：

1. 稻米、小麦、玉米、大麦、燕麦、高粱等谷物类，碳水化合物含量约为60%～80%。
2. 甘蔗、甜瓜、西瓜、香蕉、葡萄等水果类，碳水化合物的含量差距较大。3、胡萝卜、番薯等根茎蔬菜类也含有碳水化合物，其中薯类中含量约为20%～30%。
3. 干豆类中碳水化合物的含量约为40%～60%。
4. 含淀粉的坚果类也含有一定量的碳水化合物。