第一節(jié)　碳水化合物

碳水化合物也稱糖類，是自然界分布最廣、含量最豐富的一類有機(jī)化合物，也是人和動物體的重要能源。

一、碳水化合物的分類

碳水化合物是C、H、O三種元素組成一類多羥基醛或多羥基酮化合物。根據(jù)其單元結(jié)構(gòu)不同，碳水化合物可分為單糖、低聚糖和多糖3類。

（一）單糖

單糖是糖類的最小組成單位，不能進(jìn)一步水解。從分子結(jié)構(gòu)上看（圖3-1），單糖是含有一個自由醛基或酮基的多羥基醛或多羥基酮類化合物。根據(jù)分子中羰基的存在形式，單糖可分為含有醛基的醛糖和含有酮基的酮糖；根據(jù)分子中碳原子的數(shù)目，單糖可分為丙糖、丁糖、戊糖和己糖等。自然界存在的單糖主要是戊糖和己糖。戊糖中最重要的是核糖，己糖中最重要的是葡萄糖和果糖。

（二）低聚糖

低聚糖也稱寡糖，一般可看作是由2～10個單糖失水而形成的縮合產(chǎn)物。其中二糖最重要，如蔗糖、麥芽糖、乳糖等（圖3-2）。蔗糖（C12H22O11）是自然界中分布最廣、最重要的二糖，由α-D-（+）-吡喃葡萄糖與β-D-（-）-吡喃葡萄糖以1，2-苷鍵連接而成。

（三）多糖

多糖是由許多單糖分子通過糖苷鍵結(jié)合而成的天然高分子化合物。與單糖相比，多糖沒有還原性和變旋光現(xiàn)象，且多糖沒有甜味，大多數(shù)難溶于水。淀粉和纖維素是最常見的多糖。淀粉由若干個葡萄糖單體以α-1，4或α-1，6糖苷鍵聚合而成，廣泛存在于植物的種子和塊莖中，是多種植物的碳水化合物的儲藏物。纖維素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁及支柱的主要成分，由若干個葡萄糖單體以β-1，4糖苷鍵聚合而成。

二、碳水化合物的性質(zhì)

（一）小分子糖的一般性質(zhì)

小分子糖主要是指單糖和低聚糖，并以單糖和雙糖為主。葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、半乳糖等都具有甜味，可作為甜味劑使用。小分子糖易溶于水并形成糖漿，濃度在70%以上的糖漿能夠抑制酵母、霉菌等微生物的生長，可作為蜜餞類食品的保存劑。在食品加熱或長期貯存過程中，還原糖能夠和氨基化合物（蛋白質(zhì)、氨基酸）的氨基進(jìn)行美拉德（Maillard）反應(yīng)，導(dǎo)致食品發(fā)生褐變。

（二）淀粉的一般性質(zhì)

淀粉是植物體中儲存的養(yǎng)分，富含淀粉的食物是人體重要的能量來源。淀粉無甜味，沒有還原性，一般不易溶于冷水。淀粉顆粒會在熱水中膨脹破裂，形成具有一定黏度的膠狀淀粉糊，這種現(xiàn)象稱為糊化。近年來，人們采用物理、化學(xué)以及生物化學(xué)的方法改變淀粉的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，從而得到具有特定性能和用途的變性淀粉，大大擴(kuò)展了淀粉作為食品成分的應(yīng)用范圍。

（三）纖維素和半纖維素的一般性質(zhì)

纖維素和半纖維素是植物組織中的結(jié)構(gòu)性多糖，是組成植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素和半纖維素很難被人體所消化吸收，不溶于水和一般的有機(jī)溶劑。雖然纖維素、半纖維素等膳食纖維既不能提供能量又不能提供營養(yǎng)素，但膳食纖維卻是健康膳食重要的組成成分。某些植物膳食纖維能夠通過控制糖尿病患者血糖濃度升高、降低血液膽固醇濃度等多種方式維護(hù)人體的健康。

（四）植物膠的一般性質(zhì)

植物膠指由植物滲出液、種子、果皮或莖、根等制取獲得的食品膠，通常是由甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、木糖等單糖和其相應(yīng)的糖醛酸按一定比例結(jié)合而組成的水溶性高分子多糖類物質(zhì)。常見的植物膠有果膠、阿拉伯膠、瓜爾膠、黃原膠、瓊脂、卡拉膠等。果膠是一類天然高分子化合物，它主要存在于高等植物中，是植物細(xì)胞間質(zhì)的重要成分。

三、碳水化合物的生理功能

（一）構(gòu)成細(xì)胞和組織

碳水化合物是機(jī)體物質(zhì)的主要組成成分，普遍存在于動物體的各種組織中。人體內(nèi)的糖蛋白、核糖、糖脂等都由糖參與組成；由糖類和蛋白質(zhì)結(jié)合而成的糖蛋白是抗原、抗體、酶、激素、細(xì)胞膜等的重要組成成分；脫氧核糖和核糖分別參與DNA和RNA的構(gòu)成。

（二）儲存和供給能量

糖類在機(jī)體內(nèi)的主要作用是氧化供能，是人體主要的供能物質(zhì)。1g碳水化合物可提供熱能16.74kJ，在總能量中所占比例大。碳水化合物來源廣泛，在體內(nèi)消化、吸收、利用較其他熱源物質(zhì)迅速而及時，氧化的最終產(chǎn)物為二氧化碳和水，對機(jī)體無害，即使在缺氧的情況下，仍能通過酵解作用提供身體最必需的能量。此外，糖原是肌肉和肝臟碳水化合物的儲存形式，肝臟儲存機(jī)體內(nèi)1/3的糖原。一旦機(jī)體需要，肝臟中的糖原即分解為葡萄糖供能。

（三）維持神經(jīng)系統(tǒng)功能

葡萄糖是神經(jīng)系統(tǒng)唯一的能量來源，神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能需要一定濃度的血糖作為保證。腦對低血糖反應(yīng)十分敏感，當(dāng)血糖濃度下降時，腦組織可因缺乏能量而使腦細(xì)胞功能受損，造成功能障礙，并出現(xiàn)頭暈、心悸、反應(yīng)遲鈍、注意力不集中、低血糖性休克等狀況。

（四）抗生酮作用

脂肪在體內(nèi)分解代謝，需要碳水化合物的協(xié)同作用。當(dāng)碳水化合物攝入不足或不能被充分利用時，機(jī)體所需能量主要由脂肪供給，但由于供給脂肪在體內(nèi)氧化不徹底而產(chǎn)生過多酮體（乙酰乙酸、β-羥丁酸等），造成酮體在機(jī)體內(nèi)過多蓄積會造成酸中毒，導(dǎo)致一系列代謝功能紊亂，如酮血癥和酮尿癥。

（五）節(jié)約蛋白質(zhì)的作用

碳水化合物是機(jī)體最直接、最經(jīng)濟(jì)的能量來源，碳水化合物攝入充足時，可減少蛋白質(zhì)作為機(jī)體能量來源的消耗，使更多的蛋白質(zhì)參與組織構(gòu)成等更重要的生理功能，起到了節(jié)約蛋白質(zhì)的作用。此外，膳食中碳水化合物的充分補(bǔ)給，體內(nèi)有足夠的ATP產(chǎn)生，也有利于氨基酸的主動轉(zhuǎn)運(yùn)。

（六）解毒作用

肝臟內(nèi)的糖原在機(jī)體對毒物的抵抗力和對某些化學(xué)物質(zhì)的解毒作用中有著重要的意義。經(jīng)糖醛酸途徑生成的葡萄糖醛酸，是體內(nèi)一種重要的結(jié)合解毒劑，在肝臟中能與細(xì)菌毒素、四氯化碳等有害物質(zhì)結(jié)合，能夠消除或減輕這些物質(zhì)的毒性或生物活性，從而起到解毒作用。

（七）增強(qiáng)腸道功能

纖維素、抗性淀粉、果膠、功能性低聚糖等雖然不能在小腸消化吸收，但能夠刺激腸道蠕動，增加結(jié)腸發(fā)酵率，并增強(qiáng)腸道的排泄功能。此外，低聚果糖、菊粉、非淀粉多糖等在結(jié)腸發(fā)酵時，能夠選擇性地刺激腸道細(xì)菌生長，特別是某些益生菌的繁殖，如乳酸桿菌、雙歧桿菌。因此，也將這些不被消化的碳水化合物稱為“益生元”。