中國營養(yǎng)師培訓教材5

本文章轉載發(fā)布,轉載請保留版權本文章轉載發(fā)布,轉載請保留版權本文章轉載發(fā)布,轉載請保留版權本文章轉載發(fā)布,轉載請保留版權中國營養(yǎng)師培訓教材5第五章…………碳水化合物第一節(jié)碳水化合物的分類碳水化合物可分為糖、寡糖和多糖三類，如下表1-5-1。分類(糖分子DP)亞組組成

糖(1～2)單糖葡萄糖、半乳糖、果糖雙糖蔗糖、乳糖、麥芽糖、海藻糖糖醇山梨醇、甘露糖醇寡糖（3～9）異麥芽低聚寡糖麥芽糊精其他寡糖棉子糖、水蘇糖、低聚果糖多糖≥淀粉直鏈淀粉、支鏈淀粉、變性淀粉非淀粉多糖纖維素、半纖維素、果膠、親水質物表1-5-1碳水化合物分類注：引自FAO／WHO1998一、糖包括單糖、雙糖和糖醇。(一)單糖單糖是最簡單的糖，通常條件下不能再被直接水解為分子更小的糖。具有醛基或酮基。有醛基者稱為醛糖，有酮基者稱為酮糖。常見單糖有：1.D一葡萄糖即通常所說的葡萄糖，又名右旋糖。D-葡萄糖不僅是最常見的糖，也是世界上最豐富的有機物。在血液、腦脊液、淋巴液、水果、蜂蜜以及多種植物液中都以游離形式存在，是構成多種寡糖和多糖的基本單位。2.D-半乳糖又名腦糖。此糖幾乎全部以結合形式存在。它是乳糖、蜜二糖(melibiose)、水蘇糖(stachyose)、棉子糖(raffinose)等的組成成分之一。某些植物多糖例如瓊脂、阿拉伯樹膠、牧豆樹樹膠、落葉松樹膠以及其他多種植物的樹膠及粘漿液水解后都可得到D-半乳糖。3.D-果糖又稱左旋糖(1evulose)，它是一種己酮糖。D-果糖通常與蔗糖共存在于水果汁及蜂蜜中，蘋果及番茄中含量亦較多。D-果糖是天然碳水化合物中甜味最高的糖。如以蔗糖甜度為100，D-果糖的相對甜度可達110。(二)雙糖雙糖是由兩個相同或不相同的單糖分子上的羥基脫水生成的糖苷。自然界最常見的雙糖是蔗糖及乳糖。此外還有麥芽糖、海藻糖、異麥芽糖、纖維二糖、殼二糖等。1.蔗糖蔗糖(sucrose)俗稱白糖、砂糖或紅糖。它是由一分子D-葡萄糖的半縮醛羥基與一分子D-果糖的半縮醛羥基彼此縮合脫水而成。蔗糖幾乎普遍存在于植物界的葉、花、根、莖、種子及果實中。在甘蔗、甜菜及槭樹汁中含量尤為豐富。2.乳糖乳糖(1actose)由一分子D-葡萄糖與一分子D-半乳糖以β1，4-糖苷鍵相連而成。乳糖只存在于各種哺乳動物的乳汁中，其濃度約為5％。人體消化液中乳糖酶可將乳糖水解為其相應的單糖。3.麥芽糖麥芽糖(maltose)由二分子葡萄糖借α-l，4-糖苷鍵相連而成，大量存在于發(fā)芽的谷粒，特別是麥芽中。麥芽糖是淀粉和糖原的結構成分。(三)糖醇糖醇是單糖的重要衍生物，常見有山梨醇、甘露醇、木糖醇、麥芽糖醇等。1.山梨醇和甘露醇二者互為同分異構體。山梨醇存在于許多植物的果實中，甘露醇在海藻、蘑菇中含量豐富。山梨醇可氫化葡萄糖制得，由于它含有多個醇羥基，親水性強，所以臨床上常用20％或25％的山梨醇溶液作脫水劑，使周圍組織及腦實質脫水，從而降低顱內壓，消除水腫。2.木糖醇存在于多種水果、蔬菜中的五碳醇，其甜度與蔗糖相等。其代謝不受胰島素調節(jié)，故木糖醇常作為甜味劑用于糖尿病人的專用食品及許多藥品中。

3.麥芽糖醇由麥芽糖氫化制得，可作為功能性甜味劑用于心血管病、糖尿病等患者的保健食品中。不能被I：1腔中的微生物利用，有防齲齒作用。二、寡糖寡糖又稱低聚糖。FAO根據專家建議，定義糖單位≥3和<10聚合度為寡糖和糖的分界點。目前已知的幾種重要寡糖有棉籽糖、水蘇糖、異麥芽低聚糖、低聚果糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖等。其甜度通常只有蔗糖的30％～60％。(一)低聚果糖低聚果糖(fructooligosaccharide)又稱寡果糖或蔗果三糖族低聚糖，是由蔗糖分子的果糖殘基上結合1～3個果糖而組成。低聚果糖主要存在于日常食用的水果、蔬菜中，如洋蔥、大蒜、香蕉等。低聚果糖的甜度約為蔗糖的30％～60％，難以被人體消化吸收，被認為是一種水溶性膳食纖維，但易被大腸雙歧桿菌利用，是雙歧桿菌的增殖因子。(二)大豆低聚糖大豆低聚糖(soybeanoligosaccharide)是存在于大豆中的可溶性糖的總稱，主要成分是水蘇糖、棉籽糖和蔗糖。大豆低聚糖也是腸道雙歧桿菌的增殖因子，可作為功能性食品的基料，能部分代替蔗糖應用于清涼飲料、酸奶、乳酸菌飲料、冰淇淋、面包、糕點、糖果和巧克力等食品中。三、多糖多糖是由≥10個單糖分子脫水縮合并借糖苷鍵彼此連接而成的高分子聚合物。多糖在性質上與單糖和低聚糖不同，一般不溶于水，無甜味，不形成結晶，無還原性。在酶或酸的作用下，水解成單糖殘基不等的片段，最后成為單糖。根據營養(yǎng)學上新的分類方法，多糖可分為淀粉和非淀粉多糖。(一)淀粉淀粉(starch)是人類的主要食物，存在于谷類、根莖類等植物中。淀粉由葡萄糖聚合而成，因聚合方式不同分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。為了增加淀粉的用途，淀粉經改性處理后獲得了各種各樣的變性淀粉。1.直鏈淀粉直鏈淀粉(amylose)又稱糖淀粉，由幾十個至幾百個葡萄糖分子殘基以α-1，4-糖苷鍵相連而成的一條直鏈，并卷曲成螺旋狀二級結構，分子量為1萬至10萬。直鏈淀粉在熱水中可以溶解，與碘產生藍色反應，一般不顯還原性。天然食品中，直鏈淀粉含量較少，一般僅占淀粉成分的19％～35％。2.支鏈淀粉支鏈淀粉(amylopectin)又稱膠淀粉，分子相對較大，一般由幾千個葡萄糖殘基組成，其中每25～30個葡萄糖殘基以α-1，4-糖苷鍵相連而形成許多個短鏈，每兩個短鏈之間又以α-1，6-糖苷鍵連接，如此則使整個支鏈淀粉分子形成許多分支再分支的樹冠樣的復雜結構。支鏈淀粉難溶于水，其分子中有許多個非還原性末端，但卻只有一個還原性末端，故不顯現還原性。支鏈淀粉遇碘產生棕色反應。在食物淀粉中，支鏈淀粉含量較高，一般占65％～81％。3.糖原糖原(glycogen)是多聚D-葡萄糖，幾乎全部存在于動物組織，故又稱動物淀粉。糖原結構與支鏈淀粉相似，分子中各葡萄糖殘基間通過α-1，4-糖苷鍵相連，鏈與鏈之間以α-1，6-糖苷鍵連接。糖原的分支多，支鏈比較短。每個支鏈平均長度相當于12～18個葡萄糖分子。糖原的分子很大，一般由幾千個至幾萬個葡萄糖殘基組成。(二)非淀粉多糖80％～90％的非淀粉多糖(nonstarchpolysaccharides，NSP)由植物細胞壁成分組成，包括纖維素、半纖維素、果膠等，即以前概念中的膳食纖維。其他是非細胞壁物質如植物膠質、海藻膠類等。

1.纖維素纖維素(cellulose)一般由一千個至一萬個葡萄糖殘基借β-1，4-糖苷鍵相連，形成一條線狀長鏈。分子量約為20萬一200萬。纖維素在植物界無處不在，是各種植物細胞壁的主要成分。人體缺乏能水解纖維素的酶，故纖維素不能被人體消化吸收，但它可刺激和促進胃腸道的蠕動，有利用于其他食物的消化吸收及糞便的排泄。2.半纖維素絕大多數的半纖維素(hemicellulose)都是由2～4種不同的單糖或衍生單糖構成的雜多糖。半纖維素也是組成植物細胞壁的主要成分，一般與纖維素共存。半纖維素既不是纖維素的前體或衍生物，也不是其生物合成的中間產物。3.果膠類果膠類(pectins)亦稱果膠物質。一般指D-半乳糖醛酸為主要成分的復合多糖之總稱。果膠類普遍存在于陸地植物的原始細胞壁和細胞間質層，在一些植物的軟組織中含量特別豐富，例如在柑桔類水果的皮中約含30％，甜菜中約含25％，蘋果中約含15％。果膠物質均溶于水，與糖、酸在適當的條件下能形成凝凍，一般用作果醬、果凍及果膠糖果等的凝凍劑，也可用作果汁、飲料、冰淇淋等食品的穩(wěn)定劑。4.其他多糖動物和植物中含有多種類型的多糖，有些多糖具有調節(jié)生理功能的活性，如香菇多糖、茶多糖、銀耳多糖、殼聚糖等。第二節(jié)碳水化合物的生理功能碳水化合物是生命細胞結構的主要成分及主要供能物質，并且有調節(jié)細胞活動的重要功能。一、供給和儲存能量膳食碳水化合物是人類獲取能量的最經濟和最主要的來源。每克葡萄糖在體內氧化可以產生16.7kJ(4kcal)的能量。維持人體健康所需要的能量中，55％～65％由碳水化合物提供。糖原是肌肉和肝臟碳水化合物的儲存形式，肝臟約儲存機體內1／3的糖原。一旦機體需要，肝臟中的糖原即將分解為葡萄糖以提供能量。碳水化合物在體內釋放能量較快，供能也快，是神經系統(tǒng)和心肌的主要能源，也是肌肉活動時的主要燃料，對維持神經系統(tǒng)和心臟的正常供能，增強耐力，提高工作效率都有重要意義。二、構成組織及重要生命物質碳水化合物是構成機體組織的重要物質，并參與細胞的組成和多種活動。每個細胞都有碳水化合物，其含量約為2％～10％，主要以糖脂、糖蛋白和蛋白多糖的形式存在。核糖核酸和脫氧核糖核酸兩種重要生命物質均含有D-核糖，5碳醛糖；即一些具有重要生理功能的物質，如抗體、酶和激素的組成成分，也需碳水化合物參與。三、節(jié)約蛋白質作用機體需要的能量，主要由碳水化合物提供，當膳食中碳水化合物供應不足時，機體為了滿足自身對葡萄糖的需要，則通過糖原異生(gluconeogenesis)作用動用蛋白質以產生葡萄糖，供給能量；而當攝入足夠量的碳水化合物時則能預防體內或膳食蛋白質消耗，不需要動用蛋白質來供能，即碳水化合物具有節(jié)約蛋白質作用(sparingproteinaction)。四、抗生酮作用脂肪酸被分解所產生的乙酰基需要與草酰乙酸結合進入三羧酸循環(huán)，而最終被徹底氧化和分解產生能量。當膳食中碳水化合物供應不足時，草酰乙酸供應相應減少；而體內脂肪或食物脂肪被動員并加速分解為脂肪酸來供應能量。這一代謝過程中，由于草酰乙酸不足，脂肪酸不能徹底氧化而產生過多的酮體，酮體不能及時被氧化而在體內蓄積，以致產生酮血癥和酮尿癥。膳食中充足的碳水化合物可以防止上述現象的發(fā)生，因此稱為碳水化合物的抗生酮作用(antiketogenesis)。五、解毒作用

經糖醛酸途徑生成的葡萄糖醛酸，是體內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，以消除或減輕這些物質的毒性或生物活性，從而起到解毒作用。六、增強腸道功能非淀粉多糖類如纖維素和果膠、抗性淀粉、功能性低聚糖等抗消化的碳水化合物，雖不能在小腸消化吸收，但刺激腸道蠕動，增加了結腸內的發(fā)酵，發(fā)酵產生的短鏈脂肪酸和腸道菌群增殖，有助于正常消化和增加排便量。第三節(jié)碳水化合物的代謝碳水化合物的消化(一)口腔內消化碳水化合物的消化自口腔開始?？谇环置诘耐僖褐泻笑?淀粉酶(α-amylase)，又稱唾液淀粉酶(ptyalin)，唾液中還含此酶的激動劑氯離子，而且還具有此酶最合適pH6～7的環(huán)境。α-淀粉酶能催化直鏈淀粉、支鏈淀粉及糖原分子中α-1，4-糖苷鍵的水解，但不能水解這些分子中分支點上的α-1，6-糖苷鍵及緊鄰的兩個α-1，4-糖苷鍵。水解后的產物可有葡萄糖、麥芽糖、異麥芽糖、麥芽寡糖以及糊精等的混合物。(二)胃內消化由于食物在口腔停留時間短暫，以致唾液淀粉酶的消化作用不大。當口腔內的碳水化合物食物被唾液所含的粘蛋白粘合成團，并被吞咽而進人胃后，其中所包藏的唾液淀粉酶仍可使淀粉短時繼續(xù)水解，但當胃酸及胃蛋白酶滲入食團或食團散開后，pH下降至1～2時，不再適合唾液淀粉酶的作用，同時該淀粉酶本身亦被胃蛋白酶水解破壞而完全失去活性。胃液不含任何能水解碳水化合物的酶，其所含的胃酸雖然很強，但對碳水化合物也只可能有微少或極局限的水解，故碳水化合物在胃中幾乎完全沒有什么消化。(三)腸內消化碳水化合物的消化主要是在小腸中進行。小腸內消化分腸腔消化和小腸粘膜上皮細胞表面上的消化。極少部分非淀粉多糖可在結腸內通過發(fā)酵消化。1.腸腔內消化腸腔中的主要水解酶是來自胰液的α-淀粉酶，稱胰淀粉酶(amylopsin)，其作用和性質與唾液淀粉酶一樣，最適pH為6.3～7.2，也需要氯離子作激動劑。胰淀粉酶對末端α-1，4-糖苷鍵和鄰近α-1，6-糖苷鍵的α-1，4-糖苷鍵不起作用，但可隨意水解淀粉分子內部的其他α-1，4-糖苷鍵。消化結果可使淀粉變成麥芽糖、麥芽三糖(約占65％)、異麥芽糖、α-臨界糊精及少量葡萄糖等。α-臨界糊精是由4～9個葡萄糖基構成。2.小腸粘膜上皮細胞表面上的消化淀粉在口腔及腸腔中消化后的上述各種中間產物，可以在小腸粘膜上皮細胞表面進一步徹底消化。小腸粘膜上皮細胞刷狀緣上含有豐富的α-糊精酶(α-dextrinase)、糖淀粉酶(glycoamylase)、麥芽糖酶(mahase)、異麥芽糖酶(isomahase)、蔗糖酶(sucrase)及乳糖酶(|actase)，它們彼此分工協(xié)作，最后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及半乳糖。生成的這些單糖分子均可被小腸粘膜上皮細胞吸收。3.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，產生氫氣、甲烷氣、二氧化碳和短鏈脂肪酸等，這一系列過程稱為發(fā)酵。發(fā)酵也是消化的一種方式。所產生的氣體經體循環(huán)轉運經呼氣和直腸排出體外，其他產物如短鏈脂肪酸被腸壁吸收并被機體代謝。碳水化合物在結腸發(fā)酵時，促進了腸道一些特定菌群的生長繁殖，如雙歧桿菌、乳

酸桿菌等。二、碳水化合物的吸收碳水化合物經過消化變成單糖后才能被細胞吸收。糖吸收的主要部位是在小腸的空腸。單糖首先進入腸粘膜上皮細胞，再進入小腸壁的毛細血管，并匯合于門靜脈而進入肝臟，最后進入大循環(huán)，運送到全身各個器官。在吸收過程中也可能有少量單糖經淋巴系統(tǒng)而進人大循環(huán)。單糖的吸收過程不單是被動擴散吸收，而是一種耗能的主動吸收。目前普遍認為，在腸粘膜上皮細胞刷狀緣上有一特異的運糖載體蛋白，不同的載體蛋白對各種單糖的結合能力不同，有的單糖甚至完全不能與之結合，故各種單糖的相對吸收速率也就各異。三、碳水化合物的代謝碳水化合物在體內分解過程中，首先經糖酵解途徑降解為丙酮酸，在無氧情況下，丙酮酸在胞漿內還原為乳酸，這一過程稱為碳水化合物的無氧氧化。由于缺氧時葡萄糖降解為乳酸的情況與酵母菌內葡萄糖“發(fā)酵”生成乙酸的過程相似，因而碳水化合物的無氧分解也稱為“糖酵解”。在有氧的情況下，丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧后進入三羧酸循環(huán)，最終被徹底氧化成二氧化碳及水，這個過程稱為碳水化合物的有氧氧化。(一)無氧分解1.糖酵解過程由于葡萄糖降解到丙酮酸階段的反應過程對于有氧氧化和糖酵解是共同的，因此把葡萄糖降解成丙酮酸階段的具體反應過程單獨地稱為糖酵解途徑。整個過程可分為兩個階段。第一階段由1分子葡萄糖轉變?yōu)?分子磷酸丙糖，第二階段由磷酸丙糖生成丙酮酸。第一階段反應是一個耗能過程，消耗2分子ATP；第二階段反應是產能過程，一分子葡萄糖可生成4分子的ATP，整個過程凈生成2分子ATP。2.糖酵解作用的生理意義糖酵解產生的可利用能量雖然有限，但在某些特殊情況下具有重要的生理意義。例如重體力勞動或劇烈運動時，肌肉可因氧供應不足處于嚴重相對缺氧狀態(tài)，這時需要通過糖酵解作用補充急需的能量。(二)有氧氧化葡萄糖的有氧氧化反應過程可歸納為三個階段：第一階段是葡萄糖降解為丙酮酸，此階段的化學反應與糖酵解途徑完全相同。第二階段是丙酮酸轉變成乙酰輔酶A。第三階段是乙酰輔酶A進入三羧酸循環(huán)被徹底氧化成CO2和H20，并釋放出能量。三羧酸循環(huán)由一連串的反應組成。這些反應從有4個碳原子的草酰乙酸與2個碳原子的乙酰CoA的乙?；s合成6個碳原子的檸檬酸開始，反復地脫氫氧化。通過三羧酸循環(huán)，葡萄糖被完全徹底分解。糖有氧氧化的生理意義：有氧氧化是機體獲取能量的主要方式。1分子葡萄糖徹底氧化可凈生成36～38個ATP，是無氧酵解生成量的18～19倍。有氧氧化不但釋放能量的效率高，而且逐步釋放的能量儲存于ATP分子中，因此能量的利用率也很高。糖的氧化過程中生成的CO2并非都是代謝廢物，有相當部分被固定于體內某些物質上，進行許多重要物質的合成代謝。例如在丙酮酸羧化酶及其輔酶生物素的催化下，丙酮酸分子可以固定CO2生成草酰乙酸。其他一些重要物質，如嘌呤、嘧啶、脂肪酸、尿素等化合物的合成，均需以CO2作為必不可少的原料之一。有氧氧化過程中的多種中間產物可以使糖、脂類、蛋白質及其他許多物質發(fā)生廣泛的代謝聯(lián)系和互變。例如有氧氧化第一階段生成的磷酸丙糖可轉變成僅一磷酸甘油；第二階段生成的乙酰CoA可以合成脂肪酸，二者可進一步合成脂肪。有氧氧化反應過程中生成的丙酮酸、脂酰CoA、僅一酮戊二酸、草酰乙酸，通過氨基酸的轉氨基作用或聯(lián)合脫氨基的逆行，可分

別生成丙氨酸、谷氨酸及天冬氨酸，這些氨基酸又可轉變成為其他多種非必需氨基酸，合成各種蛋白質。四、糖原的合成與分解消化吸收的葡萄糖或體內其他物質轉變而來的葡萄糖進入肝臟和肌肉后，可分別合成肝糖原和肌糖原，此種過程稱為糖原的合成作用。肝糖原可在肝臟分解為葡萄糖，此種過程稱為糖原的分解作用。糖原的合成和分解作用在維持血糖相對恒定方面具有重要作用。例如當機體處于暫時饑餓時，血糖趨于低下，這時肝糖原分解加速，及時使血糖升高恢復正常；反之，當機體飽餐后，消化吸收的葡萄糖大量進入血循環(huán)，血糖趨于升高，這時可通過糖原合成酶的活化及磷酸化酶的活性降低，使血糖水平下降而恢復正常。五、糖異生由非碳水化合物轉變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生。非碳水化合物主要是乳酸、丙酮酸、甘油、丙酸鹽及生糖氨基酸。糖異生的主要場所是肝臟。糖異生具有重要生理意義。(一)保持饑餓時血糖相對穩(wěn)定饑餓時，血糖趨于下降，此時除了肝糖原大量分解外，糖異生作用開始加強。當肝糖原耗盡時，機體組織蛋白質分解而來的大量氨基酸以及由體脂分解而來的甘油等非糖物質加速轉變成葡萄糖使血糖保持相對穩(wěn)定，這對于主要依賴葡萄糖供能的組織維持其生理功能十分重要。如人體大腦、腎髓質、血細胞、視網膜等。(二)促進肌乳酸的充分利用當人體劇烈運動時，肌肉經糖酵解作用生成大量的乳酸，通過骨骼肌細胞擴散至血液，并被運送到肝臟。通過肝中強大的糖異生能力，乳酸轉變?yōu)槠咸烟?，又返回肌肉供肌肉糖酵解產生能量。如果糖異生途徑障礙，則乳酸利用受限，可使得人體運動能力明顯下降。++(三)有利于腎臟排H保Na在長期禁食或糖尿病晚期可出現代謝性酸中毒，使血液pH降低，促使腎小管細胞中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成加速，從而促進了糖異生作用，由此可引起谷氨酰胺脫氨。脫下++的氨由腎小管細胞分泌進入管腔的腎小球濾液中，與H結合形成NH，隨尿排出，從而降低了++腎小球濾液中H濃度，同時替回了Na，如此則有助于緩解酸中毒。第四節(jié)膳食參考攝入量與食物來源一、碳水化合物的膳食參考攝人量人體對碳水化合物的需要量，常以可提供能量的百分比來表示。由于體內其他營養(yǎng)素可轉變?yōu)樘妓衔?，因此其需要量尚難確定。在1988年，中國營養(yǎng)學會曾建議我國健康人群的碳水化合物供給量為總能量攝人的60％～70％。根據目前我國膳食碳水化合物的實際攝人量和FAO／WHO的建議，于2000年制訂的中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量中的碳水