第四章

碳水化合物南京工業大學主講教師：熊強第一節碳水化合物的分類1.單糖葡萄糖（最常見的糖，世界上最豐富的有機物。）半乳糖果糖（天然化合物中甜味最高的糖，在水果及蜂蜜中較常見）一、糖（糖單1～2位）第一節碳水化合物的分類果糖果糖還有一個很重要的特點，即果糖的代謝不受胰島素的制約，故糖尿病人可食用果糖，但大量食用也可產生副作用。肝臟是實際利用果糖唯一的器官。在食品工業上，用異構化酶在常溫常壓下，使葡萄糖轉化為果糖。人工制作的玉米糖漿中含果糖可達到40%～90%，是飲料、冷凍食品、糖果蜜餞生產的重要原料。2.雙糖蔗糖（一分子葡萄糖和一分子果糖縮合脫水而成。在甘蔗、甜菜、槭樹汁中較常見，是制作紅糖、白糖的原料。）異構蔗糖麥芽糖（二分子葡萄糖相連而成，大量存在于發芽的谷粒，特別是麥芽中。乳糖（一分子葡萄糖和一分子半乳糖相連而成。只存在于哺乳動物的乳汁中，人體存在乳糖酶，可水解其為單糖。）

一、糖（糖單1～2位）2.雙糖一、糖（糖單1～2位）乳糖作為乳中的主要碳水化合物必須通過特定的乳糖酶消化，才能被腸道吸收。在世界上大多數種族中，生命的前十年或二十年便喪失了腸道乳糖酶活性。正常情況下，世界上約有一半的成年人存在著這種代謝缺陷，在東南亞的比例更高。乳糖不耐受癥糖醇：單糖的重要衍生物山梨醇（氫化葡萄糖而得到，親水性強，臨床上可作為脫水劑幫助消腫。）木糖醇（在水果、蔬菜中含有。甜度與蔗糖相當，代謝不受胰島素調節，可用于糖尿病人甜味劑；又因其不易為口腔微生物利用，預防齲齒，故在口香糖中常使用）麥芽糖醇（氫化麥芽糖得到，作用與木糖醇相似）一、糖（糖單1～2位）低聚果糖（蔗糖分子結合1-3分子果糖。在蔬菜、水果中含有。甜度沒有甘蔗高，難以被人體消化吸收利用，是可溶性膳食纖維，大腸雙歧桿菌增值因子）大豆低聚糖（存在于大豆中的可溶性糖的總稱。也是腸道雙歧桿菌增值因子，可作為功能性食品的基料，部分代替蔗糖應用于食品加工中。）二、寡糖（又稱低聚糖，糖單位3～10）第一節碳水化合物的分類二、寡糖益生原（元）（prebiotics）

是一類不能被消化的食物成分，它通過選擇性刺激一種或有限幾種已存在于結腸的細菌的生長或活性而提高宿主健康。二、寡糖益生原的作用

（1）促進腸道有益菌：益生原能促進雙歧桿菌的增殖并增強其活性，有益于調整腸道微生物群落的分布。（2）促進腸中雙歧桿菌自行合成維生素B1、B2、B6、B12、煙酸、泛酸以及維生素E、K等。（3）不被消化、吸收，故有整腸和通便的作用。人體腸道中存在有益菌群和有害菌群。在人體正常的情況下，前者占優勢；當人患病時，腸道內有害菌群占優勢。1.淀粉（由葡萄糖聚合而成，存在于谷類、根莖等食物中）直連淀粉（又稱糖淀粉，由數百個葡萄糖分子相連而成的一條直鏈，在熱水中可溶解，與碘產生藍色反應，在食物淀粉中含量較少。）支鏈淀粉（又稱膠淀粉，由數千個葡萄糖分子相連而成像樹冠樣復雜的帶有許多分支結構。難溶于水，與碘產生棕色反應，在食物淀粉中含量高。）糖原（又稱動物淀粉，存在于動物組織，結構與支鏈淀粉相似，分子量很大，由數千至數萬個葡萄糖相連而成。）第一節碳水化合物的分類二、多糖（糖單位≥10的聚合度）支鏈淀粉直鏈淀粉三、多糖2.非淀粉多糖（大部分由植物細胞壁組成）纖維素（植物細胞壁主要成分，由數千個葡萄糖分子相連而成的一條長鏈，不溶于水，不被人體消化，促進胃腸蠕動）半纖維素（植物細胞壁主要成分，與纖維素共存，由不同單糖衍生的復雜多糖。）果膠類（半乳糖醛酸為主要成分的復合多糖。存在于陸地植物的細胞壁與細胞間質層，水果中較常見。均溶于水，可作為食品加工中的凝凍劑和穩定劑。）其他多糖（動植物中含有的多種類型的多糖，有些具有調節生理功能的活性，如香菇多糖、茶多糖、殼聚糖等。）三、多糖1.儲存和提供能量碳水化合物在體內釋放能量較快，供能也快，是神經系統和心肌系統的主要能源，也是肌肉活動時的主要燃料，對維持神經系統和心臟的正常供能，增強耐力，提高工作效率都有重要意義。膳食中的碳水化合物是世界上來源最廣、使用最多、價格最便宜的能量營養素。1g碳水化合物可提供約16.7kJ（4.0kcal）的能量。

第二節碳水化合物的生理功能2.構成組織及重要生命物質每個細胞內含有碳水化合物約2～10%，主要以糖脂、糖蛋白和蛋白多糖的形式存在，參與細胞的組成與多種活動。

糖脂是細胞膜與神經組織的組成部分，粘蛋白參與結締組織的構成。糖蛋白是一些具有重要生理功能的物質如抗體、酶、激素的組成部分，核糖和脫氧核糖是核酸的重要組成成分等，在遺傳中起著重要的作用。

第二節碳水化合物的生理功能3.節約蛋白質在糖類不足的情況下，機體通過糖原異生作用將蛋白質轉化為葡萄糖供給能量，造成大量蛋白質的損失。膳食中充足的糖類則可避免以上情況發生。第二節碳水化合物的生理功能日常生活的例子：喝牛奶時必須同時進食一些碳水化合物。4.抗生酮作用脂肪在體內分解代謝，需要葡萄糖的協同作用。當糖類不足時，脂肪酸不能徹底氧化而產生過多的酮體，超過了肝外組織所能利用的限度，在體內蓄積產生酮血癥、酮尿癥，影響血液酸堿度，造成“酸中毒”。第二節碳水化合物的生理功能4.抗生酮作用乙酰乙酸脂肪酸

乙酰CoA

b-羥丁酸丙酮

糖草酰乙酸

CO2+H2O三羧酸循環5.解毒碳水化合物經糖醛酸途徑代謝生成的葡萄糖醛酸，是一種重要的結合解毒劑，在肝臟中能與許多有害物質如細菌毒素、酒精、砷等結合，起到解毒作用。如FDP。6.增強腸道功能非淀粉多糖（不被消化的碳水化合物）及低聚糖常被稱為“益生元”，可刺激腸蠕動，增加了結腸內發酵，保護腸道益生菌，有助于正常消化和增加排便量。第二節碳水化合物的生理功能第二節碳水化合物的生理功能7.其他功能（1）傳遞信息（2）起潤滑作用（3）保護蛋白質不被蛋白酶消化（4）控制細胞膜的通透性（5）作為合成生物大分子的前體第三節碳水化合物的消化吸收1.碳水化合物的消化口腔內消化：唾液淀粉酶將碳水化合物初步水解為葡萄糖、麥芽糖、糊精（淀粉水解的含葡萄糖分子較少的產物）等混合物。小腸內消化：消化碳水化合物的主要場所。腸腔中的主要水解酶來自胰液的α-淀粉酶，稱胰淀粉酶。腸液中也含豐富的消化酶類。碳水化合物最后消化成大量的葡萄糖及少量的果糖及半乳糖。結腸內消化：小腸內不被消化的碳水化合物到達結腸后，被結腸菌群分解，這一系列稱為發酵。2.碳水化合物的吸收主要部位是在小腸的空腸。單糖首先進入腸黏膜上皮細胞，再進入小腸壁的毛細血管，并匯合于門靜脈而進入肝臟，最好進入大循環，運送到全身各個器官。

單糖的吸收過程是一種耗能的主動吸收。第三節碳水化合物的消化吸收2.碳水化合物的吸收

第三節碳水化合物的消化吸收動物細胞含有兩種基本的葡萄糖載體：一種為依賴Na+的，另一種則不倚賴Na+。倚賴Na+的載體轉運葡萄糖的過程為：鈉從細胞中被泵出，使腸腔與細胞間形成一個Na+濃度梯度。Na+泵需要ATP的水解，所形成的Na+濃度梯度驅動協同轉運蛋白，因而使1分子鈉和1分子葡萄糖通過一種“閘孔”機制而共同轉運。

戊糖和多元醇以單純擴散的方式吸收；果糖以易化擴散的形式吸收；葡萄糖和半乳糖的吸收是主動轉運。此外，己糖的吸收速度大于戊糖的吸收速度。GI含50克碳水化合物試驗食物餐后2h血糖應答曲線下面積等量碳水化合物標準參考物餐后2h血糖應答曲線下面積=×100%血糖生成指數（GI）1986年由Jenkins提出的評價碳水化合物血糖應答反應的方法GI值是經過人體試食實驗得出的數據。第三節碳水化合物的消化吸收GI：表示某種食物升高血糖效應與標準食品(通常為葡萄糖)升高血糖效應之比，是衡量某種食物或某種膳食組成對血糖濃度影響的一個指標。高GI的食物，進入胃腸后消化快、吸收率高，葡萄糖釋放快，葡萄糖進入血液后峰值高，也就是血糖升的高。低GI食物，在胃腸中停留時間長，吸收率低，葡萄糖釋放緩慢，葡萄糖進入血液后的峰值低、下降速度也慢，簡單說就是血糖比較低。當血糖生成指數＜55，為低GI食物；在55～75之間時，為中等GI食物；＞75，為高GI食物。

血糖生成指數（GI）血糖生成指數（GI）如何有效降低食物GI值食物選擇：盡量選擇GI值相對較低的食物食用。食物搭配：做到蛋白質互補餐次分配：少食多餐。烹調加工：盡量簡化烹調加工方法，即“粗做”，如食物不要切的太碎，谷類食物不要烹煮時間太長，烹調時控制油鹽、適當放點醋。血糖生成指數（GI）3.碳水化合物的代謝食物糖原合成與分解生物氧化供能肝糖原肌糖原有氧氧化ATP＋CO2＋H2O無氧分解ATP＋乳酸糖異生葡萄糖乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸等消化吸收代謝中間產物脂肪酸氨基酸第三節碳水化合物的消化吸收(1)機體糖的儲存和利用3.碳水化合物的代謝被機體吸收后的糖有三個基本去向：一是進入血液被直接利用；二是暫時地以糖原的方式儲存；三是轉變為脂肪。人體機體存儲糖原量約為370g，其中肌肉245g（相當于肌肉7g/kg），肝108g(60g/kg),其他組織包括血漿及細胞外液共17g（0.8g/kg）。例如，如果在不進食情況下，一個成人走2~3h就幾乎消耗全部儲存，故糖原支持機體活動的力量是有限的。(2)血糖的調節

3.碳水化合物的代謝早晨空腹時，正常人一般血糖水平為90mg/100ml,進食后逐漸升高，可以達到150mg/100ml或更高一些。當人體處于空腹禁食時，腦能取得它所需要的糖，肝臟也可以提供糖而加以調節，但肝糖原的總含量不過100g，因而調節和維持的能力是有限的。當肝糖原消耗殆盡時，肝臟從其他方面的能源取得合成糖原的材料，如糖的異生作用。中性脂肪含有10%的甘油，也可隨時轉變為碳水化合物，肌肉及其他組織亦能將脂肪代謝為葡萄糖。

激素是血糖調節的重要因素。如胰島素可以降低血糖，胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質激素、生長素等可以升高血糖。(2)血糖的調節

3.碳水化合物的代謝胰島素調節血糖的作用原理主要有：①促進肌肉和脂肪細胞膜對葡萄糖的通透性，使血糖容易進入細胞內，從而使血糖濃度降低。②胰島素可激活肝臟葡萄糖激酶，加速葡萄糖的磷酸化，間接促使血糖進入肝細胞生成糖原，使血糖降低。③胰島素可以誘導肝臟合成丙酮酸激酶、葡萄糖激酶和磷酸果糖激酶，因而有加速血糖氧化利用的作用。④胰島素可活化糖原合成酶，促進血糖合成糖原，或抑制糖異生的關鍵酶，減少血糖來源，從而降低血糖。膳食碳水化合物的參考攝入量為占總能量攝入量的55%～65%（AI）.膳食碳水化合物包括復合碳水化合物淀粉、不消化的抗性淀粉、非淀粉多糖和低聚糖等碳水化合物；限制純能量食物如糖的攝入量。碳水化合物的來源主要為谷類食物，還應包括薯類。谷類食物中應包含部分粗糧。第四節碳水化合物的供給和食物來源一、供給量標準1982～2002全國居民膳食谷類消費對比：

平均每人每日谷類消費量由1982年的510g下降至2002年的402克，共下降了108g。特別是大城市居民，膳食能量的41%來自于谷類。中國居民膳食指南及膳食寶塔強調：食物多樣，谷類為主，粗細搭配。成人每日谷類攝入在250～400g，其中粗糧、雜糧最好在50～100g。二、食物來源第四節碳水化合物的供給和食物來源1.糖尿病

糖尿病是一種多病因的代謝性疾病。由于胰