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碳水化合物俗稱糖類，是由碳、氫、氧三種元素組成的一大類有機化合物。碳水化合物是人類熱能的主要來源形式。自然界的碳水化合物主要來自植物的光合作用。

一、概述

(一)糖的分類

碳水化合物依結構主要有單糖、雙糖、多糖及糖醇、寡糖等種類。在日常生活中人類接觸較多的是前三類。

1.單糖

單糖是最簡單的糖，一般情況下人體消化酶是不會再將其分解為更小分子的糖。其中，重要的單糖有葡萄糖、果糖和半乳糖。

葡萄糖(又名D-葡萄糖、右旋糖)是人體生理功能上最重要的糖，又是構成食物中各種糖類的基本單位。人體中血糖即為葡萄糖。葡萄糖在蜂蜜和水果中含量豐富，甜度為100。

果糖(又名D-果糖、左旋糖)是天然糖類中最甜的糖，甜度為110。果糖通常與蔗糖共存于

水果及蜂蜜中，在蘋果與番茄中含量亦較豐富。

半乳糖(又名D-半乳糖、腦糖)是由乳糖、蜜二糖、棉子糖、水蘇糖等分解生成。自然界沒有單一形式的半乳糖存在。

2.雙糖

雙糖是一種水解后可產生兩個分子單糖的糖。其既可由兩個相同的，又可由兩個不相同的單糖分子結合而成。其中，重要的雙糖有蔗糖、麥芽糖及乳糖等。

蔗糖廣泛存在于甘蔗、甜菜及有甜味的植物果實、葉、花、根莖之中，由一分子葡萄糖和一分子果糖結合而成，是砂糖(紅、白)中的主要成分，也是日常生活中常用的甜味劑。

麥芽糖由二分子葡萄糖結合而成，大量存在于發(fā)芽的谷粒，特別是麥芽中。淀粉和糖原水解后也可產生少量的麥芽糖。一般亦為食物加工中常用的甜味劑。

乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖結合而成，是唯一來自動物的糖類，故只存在于哺乳動物的乳汁及乳制品中，其濃度多為5%。乳糖不易溶解，且不太甜，但對嬰兒營養(yǎng)特別重要。成人的小腸液中若缺乏乳糖酶或因年齡增加而致乳糖酶的活性下降，會導致乳糖不耐癥，造成腹脹、腹痛、腹瀉等不適癥狀。

3.多糖

多糖是由≥10個單糖分子聚合而成的大分子化合物。其特性與單糖、雙糖及低聚糖等有很大的差異。多糖類一般不溶于水，無甜味，不能形成結晶，無還原性。其中，最具代表性的有淀粉、糖原及膳食纖維等。通常，多糖可分為淀粉和非淀粉多糖二大類。

⑴淀粉類：包括植物淀粉和糖原。淀粉大量存在于植物種籽、根莖及部分干果中，是植物體貯存能量的形式。淀粉水解后中間產物為糊精，然后變?yōu)辂溠刻?，最終產物為葡萄糖。糊精是淀粉的部分水解物，分子大小約為淀粉的1/5，它的甜度低于葡萄糖。其中，因聚合方式不同又分為和支鏈淀粉兩種。

①直鏈淀粉(糖淀粉)：由幾十至幾百個葡萄糖分子殘基相連成一直鏈。在天然食品中的含量為19%～35%，且有粘性小、甜度低、易消化等特點;

②支鏈淀粉(膠淀粉)：一般由幾千個葡萄糖分子殘基組成。其空間形式呈樹冠狀，有許多分枝，結構較直鏈淀粉復雜。在植物淀粉中的含量較高，一般為65%～81%，并具有粘性大、甜度大、不易消化等特點。在谷物類中糯米的支鏈淀粉含量高達98 % ～100 %;粳米中直鏈淀粉的含量約為16%～24 % ，平均21%;秈米中所含的直鏈淀粉約為16%～32%，平均26 %。

糖原(多聚D-葡萄糖)又稱為動物淀粉，是人和動物體內糖類的貯存形式。糖原的結構與支鏈淀粉相似，但分子更大。糖原廣泛分布于動物體內的所有組織，但肝臟和肌肉中的含量較高。其在相應酶的作用下可被分解為葡萄糖，故人體可以利用肝糖原快速分解以平衡血糖濃度。同時，肝臟又可將多余的血糖轉變成肝糖原貯存，以降低血糖，故肝糖原轉化成葡萄糖可作為人體任何組織細胞的能源。

肌肉中的糖原不能用于調節(jié)血糖濃度，只能在肌肉細胞需要能量時快速轉化成葡萄糖以供能，尤其能滿足在高強度和持久運動時肌肉的能量需要。

⑵非淀粉多糖類：包括纖維素、半纖維素、果膠等，常被統(tǒng)稱為膳食纖維。膳食纖維是一大類人體不能消化、吸收的多糖。(另有專節(jié)介紹)

此外，碳水化合物中還有糖醇和寡糖兩類。其中，糖醇是單糖的衍生物，如山梨醇、甘露醇、木糖醇、麥芽糖醇等。通常在臨床醫(yī)學領域應用較多;寡糖 (低聚糖)是指由≥3和<10個糖單位組成的糖。其中，低聚果糖被認為是一種水溶性膳食纖維;大豆低聚糖則能部分代替蔗糖作為基料應用于功能飲料和食品的制備和加工。

(二)碳水化合物的消化、吸收與代謝

膳食中的主要碳水化合物是淀粉和食糖。碳水化合物的消化自口腔開始，經胃至小腸。其主要消化過程在小腸內進行，被分解為單糖后通過小腸粘膜吸收。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，二是以糖原的方式儲存，三是轉變?yōu)橹尽?/p>

當碳水化合物攝入過多，超過機體需要時即轉變?yōu)橹荆Υ嬗谥窘M織中。機體的能量來源可同時從脂肪酸和葡萄糖獲得。肝臟在碳水化合物代謝中起著關鍵作用，肝細胞既能將葡萄糖合成糖原，又能將糖原分解為葡萄糖供能。

血液中的葡萄糖又稱為血糖，是糖在體內的轉運形式。早晨空腹時，正常人血糖水平一般為4.5(90mg/100ml)。若碳水化合物代謝失常，可通過血糖濃度的改變反映出來，如高血糖、低血糖等。高血糖是指空腹血糖濃度高于>6.5 mmol/L(130mg/100ml)，其原因可能是生理性的，也可能是病理性的。糖尿病即為病理性碳水化合物代謝異常。

低血糖是指血糖濃度低于<3.5 mmol/L(70mg/100ml)，通常只在一些特殊生理或病理情況下出現。腦組織對低血糖的反應很敏感，當血糖濃度下降時，腦組織可因能量短缺而發(fā)生功能障礙，出現頭暈、心悸、出冷汗及饑餓感;當血糖濃度低于2.3 mmol/L(45mg/100ml)時，即可出現“低血糖昏迷”。

二、生理功能

1.供給和儲存能量

碳水化合物來源廣泛，價格低廉，易貯存，在體內消化吸收和利用非常快速并且完全，即使在缺氧的條件下仍能進行酵解供能，是人類能量的最主要來源。每克葡萄糖可產生4kcal(16.7KJ)的能量。通常，人體的能量來源中的55﹪/65﹪為碳水化合物提供。同時，碳水化合物可轉化成糖原貯存于肝臟、肌肉等組織中，在需要時又可分解為葡萄糖供能。

但與蛋白質及脂肪相比，碳水化合物在人體內的儲備量較少，僅占人體干重的2%左右，一般能維持數小時的需要。而人體每日所消耗碳水化合物的量比體內儲備量要大得多，因此必須經常性保證供給。這即是碳水化合物的營養(yǎng)學特點。若碳水化合物供給不足，基于能量供應第一優(yōu)先的原則，人體會動員機體組織中的脂肪和蛋白質供能，從而導致脂肪和蛋白質的消耗。

此外，葡萄糖供能對維持神經組織功能有特殊的生理意義。尤其是腦中樞神經系統(tǒng)只能靠葡萄糖供能，故其是腦細胞唯一可利用的能量形式。對胎兒和嬰兒來說，缺乏碳水化合物攝入不僅會影響腦細胞的代謝，甚至能導致腦細胞的發(fā)育障礙。

2.是機體組織及重要生命物質的構成原料

如細胞膜中的糖蛋白、結締組織中的粘蛋白、神經組織中的糖脂等的構成都有碳水化合物的參與;再如核糖和脫氧核糖等遺傳物質合成也必須有碳水化合物的參與;某些激素、抗體的生成也與之相關。在人體的組織細胞中碳水化合物的含量約為2%～10%。

3.調節(jié)血糖、節(jié)約蛋白質

被機體吸收的單糖進入血液，血糖升高，經組織利用或以糖原形式儲存于肝臟及肌肉組織，可恢復到正常水平;當饑餓時血糖降低，糖原分解為葡萄糖，調節(jié)血糖使之穩(wěn)定在正常范圍。

當碳水化合物攝入不足，供給的能量不能滿足機體需要時，膳食中的蛋白質有一部分將會被用來分解供能，而不能發(fā)揮其更主要的生理功能，造成蛋白質的浪費。故攝入充足的碳水化合物可以節(jié)約蛋白質，避免其無效消耗，使蛋白質在體內的貯存量增加。這即是碳水化合物對蛋白質的節(jié)約作用。

4.抗生酮作用

脂肪在體內氧化時需要碳水化合物的參與。如脂肪在體內代謝所產生的乙?；仨毰c草酰乙酸結合才能進入三羧酸循環(huán)被徹底氧化。而草酰乙酸是葡萄糖在體內氧化的中間產物。當碳水化合物攝入不足，草酰乙酸減少，脂肪則不能完全被氧化而會產生過量酮體。酮體過量堆積可致人體內酸堿平衡失調，甚至可能危及生命。故足量的碳水化合物攝入，能有效防止脂肪不完全氧化的情況發(fā)生，從而避免產生過量的酮體。營養(yǎng)學將這一作用稱為抗生酮作用。

5.協(xié)助胃腸系統(tǒng)

乳糖可促進腸中有益菌的生長，進而合成維生素B群及加強鈣的吸收。有些多聚糖盡管不能被人體所吸收利用，但可被人體內腸道細菌所利用，并有利于維持人體腸道內環(huán)境的平衡，促進腸道蠕動，維護消化管的正常功能及大便通暢等。

6.解毒作用

碳水化合物經代謝生成的葡萄糖醛酸是人體內的重要結合性解毒物質。其可在肝細胞中與諸如細菌毒素、乙醇、重金屬離子等結合，可使之毒性減弱，甚至消失，從而達到解毒的目的。

三、來源與供給量

1.來源

碳水化合物廣泛存在于各類食物中，且以植物類食物中的含量尤為豐富。人類所需的碳水化合物主要由谷物類和薯類供給。一般谷物類食物中的含量為 60%~80%、薯類中的含量為15%~29%、豆類中約含40%~60%，其他如根莖類蔬菜、堅果(如栗子、蓮子、菱角等)亦含淀粉較多。

此外，蔗糖(食糖)、蜂蜜、水果、糕點、乳制品等亦都是人類所需碳水化合物的重要來源。

2.供給量

碳水化合物的供給量取決于機體對能量的需要。1998年中國營養(yǎng)學會曾推薦我國居民中健康人群的碳水化合物膳食供給量應占總能量供給的60%～70%。但目前有許多營養(yǎng)學家認為，若要長期維持人體健康，碳水化合物攝入量以占總能量供給的55%～65%為宜，即我國

健康成年人每日平均需要攝入的碳水化合物大約在300～400克左右。

由于純能量食物，如蔗糖等精制糖攝取后會被迅速吸收，若攝入量較大使人體一時難以盡快將其完全氧化，并分解利用，尤易于轉化成脂肪儲存，以致發(fā)生肥胖，兒童則易造成齲齒等。故認為精制糖攝入量應加以控制，一般健康成年人以25g/d為宜。并提倡在日常生活中應以復合性碳水化合物淀粉、非淀粉多糖、低聚糖等為主。

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