[科普中国]-碳水化合物

碳水化合物（carbohydrate）1是由碳、氢和氧三种元素组成，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。可用通式Cx(H2O)y来表示。2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。3它可以为人体提供热能的。食物中的碳水化合物分成两类：人可以吸收利用的有效碳水化合物和人不能消化的无效碳水化合物。4糖类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。

发现历史在人们知道碳水化合物的化学性质及其组成以前，碳水化合物已经得到很好的利用，如今含碳水化合物丰富的植物作为食物，利用其制成发酵饮料，作为动物的饲料等。一直到18世纪一名德国学者从甜菜中分离出纯糖和从葡萄中分离出葡萄糖后，碳水化合物研究才得到迅速发展。1812年，俄罗斯化学家报告，植物中碳水化合物存在的形式主要是淀粉，在稀酸中加热可水解为葡萄糖。1884年，另一科学家指出，碳水化合物含有一定比例的C、H、O三种元素，其中H和O的比例恰好与水相同为2：1，好像碳和水的化合物，故称此类化合物为碳水化合物，这一名称，被一直沿用。5

化学组成糖类化合物由C、H、O三种元素组成，分子中H和O的比例通常为2：1，与水分子中的比例一样，故称为碳水化合物。可用通式Cm（H2O ）n表示。因此，曾把这类化合物称为碳水化合物。但是后来发现有些化合物按其构造和性质应属于糖类化合物，可是它们的组成并不符合Cm（H2O ）n 通式，如鼠李糖（C6H12O5）、脱氧核糖（C5H10O4）等；而有些化合物如甲醛、乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3）等，其组成虽符合通式Cm（H2O ）n，但结构与性质却与糖类化合物完全不同。所以，碳水化合物这个名称并不确切，但因使用已久，迄今仍在沿用。6(另外像碳酸（H2CO3）、碳酸盐（XXCO3）、碳单质（C）、碳的氧化物（CO2、CO）、水（H2O）都不属于有机物，也就是不属于碳水化合物。2

食物中的碳水化合物分成两类：人可以吸收利用的有效碳水化合物，如：单糖、双糖、多糖和人不能消化的无效碳水化合物，如：纤维素。7

碳水化合物一般的化学表达式为Cm（H2O ）n。6

主要用途碳水化合物是生命细胞结构的主要成分及主要供能物质，并且有调节细胞活动的重要功能。机体中碳水化合物的存在形式主要有三种，葡萄糖、糖原和含糖的复合物，碳水化合物的生理功能与其摄入食物的碳水化合物种类和在机体内存在的形式有关。1.膳食碳水化合物是人类获取能量的最经济和最主要的来源，能够提供和储存热能；2.碳水化合物是构成机体组织的重要物质，维持大脑功能必须的能源并参与细胞的组成和多种活动；此外还有调节脂肪代谢、提供膳食纤维、节约蛋白质、抗生酮、解毒和增强肠道功能的作用。8

基本分类碳水化合物根据其能否水解和水解后的生成物可分为下述三类。1

单糖类单糖是糖的基本单位，不能再行水解。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。1

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。1

己糖中最重要的有三种：葡萄糖、果糖、半乳糖。1

(1)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、半纤维索、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。1

(2)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。果糖吸湿性强。果糖与葡萄糖结合构成蔗糖，多数果糖结合成为多糖类的菊糖。果糖也是蜂蜜的糖分组成之一。1

(3)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。1

低聚糖类在低聚糖类中以两分子单糖所结合而成的双糖为最重要，有麦芽糖、蔗糖和乳糖。1

(1)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。1

(2)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。1

(3)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。1

多糖类多糖类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。1

营养供给(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。每个人膳食中碳水化合物的比例没有规定具体数量，我国营养专家认为碳水化合物产热量占总热量的60~65%为宜。平时摄入的碳水化合物主要是多糖，在米、面等主食中含量较高，摄入碳水化合物的同时，能获得蛋白质、脂类、维生素、矿物质、膳食纤维等其它营养物质。而摄入单糖或双糖如蔗糖，除能补充热量外，不能补充其它营养素。3

同时应多食用复合碳水化合物淀粉、不消化的抗性淀粉、非淀粉多糖和低聚糖等碳水化合物；限制纯能量食物如糖的摄入量，提倡摄入营养素、能量密度高的食物，以保障人体能量和营养素的需要及改善胃肠道环境和预防龋齿的需要。5

(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

(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。因此，完全不吃主食，只吃肉类是不适宜的，因肉类中含碳水化合物很少，这样机体组织将用蛋白质产热，对机体没有好处。所以减肥病人或糖尿病患者最少摄入的碳水化合物不要低于150克主食。3

(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。3

(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。9

(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。9

(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。9

其它：碳水化合物中的糖蛋白和蛋白多糖有润滑作用。另外它可控制细脑膜的通透性。并且是一些合成生物大分子物质的前体，如嘌呤、嘧啶、胆固醇等。3

摄入指南摄入来源一般说来，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。另外，每天应至少摄入50~100克可消化的碳水化合物以预防碳水化合物缺乏症。2

碳水化合物的主要食物来源有：糖类、谷物（如水稻、小麦、玉米、大麦、燕麦、高粱等）、水果（如甘蔗、甜瓜、西瓜、香蕉、葡萄等）、干果类、干豆类、根茎蔬菜类（如胡萝卜、番薯等）等。2

含量计算食品营养标签中的碳水化合物是指每克产生能量为17kJ/g 的部分，数值可由减法或加法获得。10

减法：食品总质量分别减去蛋白质、脂肪、水分、灰分和膳食纤维的质量，即是碳水化合物的量。10

加法：淀粉和糖的总和即为碳水化合物。10

总碳水化合物指碳水化合物和膳食纤维的总和。10

摄入选择营养专家普遍认为，人们每天摄入的50%~60%的热量应来自碳水化合物。由于碳水化合物的不同，所以更多的证据表明你应慎重选择饮食。11

对于简单碳水化合物，饮用牛奶和果汁，食用适量的水果是十分重要的。但食用糖和其他甜味剂会提供大量体内不需要的热量对健康有害。11

对于复杂碳水化合物，应避免仅仅食用低纤维碳水化合物，淀粉（如土豆）和精加工的谷物（如白米饭，通心粉和白面包）。这些食品中的碳水化合物会被身体迅速转化为单糖。11

相反，应尽量多食用含大量纤维的碳水化合物。特别是豆类和全麦类食品会对人体健康有益。按照这些专家推荐的水果和蔬菜的食用量，可以对碳水化合物进行完整，健康的摄入。11

有很多方法摄取碳水化合物简单的方法摄取含更多碳水化合物的食品。食用风干的水果、食用包含豆类且丰盛的汤、改吃全麦面包、食用黄色稻米而非白米（或在白米中混入野生稻米）。11

摄入过量当膳食中碳水化合物过多时，就会转化成脂肪贮存于身体内，使人过于肥胖而导致各类疾病如高血脂、糖尿病等。3

膳食中碳水化合物的主要来源是植物性食物，如谷类、薯类、根茎类蔬菜和豆类，另外是食用糖类。碳水化合物只有经过消化分解成葡萄糖、果糖和半乳糖才能被吸收，而果糖和半乳糖又经肝脏转换变成葡萄糖。血中的葡萄糖简称为血糖，少部分血糖直接被组织细胞利用与氧气反应生成二氧化碳和水，放出热量供身体需要，大部分血糖则存在人体细胞中，如果细胞中储存的葡萄糖已饱和，多余的葡萄糖就会以高能的脂肪形式储存起来，多吃碳水化合物发胖就是这个道理！2

有研究显示，某些碳水化合物含量丰富的食物会使人体血糖和胰岛素激增，从而引起肥胖，甚至导致糖尿病和心脏病，原因是这些碳水化合物食物的血糖负载很高。医学界的5个临床试验表明，低碳水化合物饮食和低脂饮食一样能有效促进快速减肥，并能预防糖尿病和心脏病等疾病。12

100多年前，一位名叫威廉·邦庭的肥胖英国男子用低碳水化合物的饮食方法成功减肥。随后，他写了一本题为《给肥胖人士的信》的书，在公众中掀起热潮，但却遭到了医学界的嘲笑。一个多世纪以后，邦庭的理论终于幸运地被证明是科学和有效的。上世纪70年代，心脏病专家罗伯特·阿特金斯博士证明碳水化合物含量高的食物会刺激胃口、增大食欲、使人发胖，而且还会诱发2型糖尿病。阿金斯博士的实验还证明低碳水化合物饮食可以在短时间内促进体重下降。如今，许多人都热衷于采用“阿金斯饮食法”。12

30年前，阿特金斯提出，面包、马铃薯和面食对人类健康无益的理论，被当时的营养学家斥为谬论。以前的医学营养界只认为脂肪是人类健康的罪魁祸首。然而越来越多的专家认为阿金斯的理论是有一定科学道理的，碳水化合物的确对人体健康有害。12

选择健康的碳水化合物食物，既然有一部分碳水化合物食物能引起肥胖和疾病，那么要避免这种问题的发生，就应该选择健康的碳水化合物食品，也就是血糖负载低的碳水化合物。12

摄入缺乏膳食中缺乏碳水化合物，可造成膳食蛋白质浪费，组织蛋白质和脂肪分解增强以及阳离子的丢失等。将导致全身无力，疲乏、血糖含量降低，产生头晕、心悸、脑功能障碍等。严重者会导致低血糖昏迷。3

内容评价选择食用何种碳水化合物是十分重要的，因为碳水化合物会对健康饮食及对疾病的防范起重要作用。3

碳水化合物是你身体的燃料。碳水化合物是使你的体内器官工作所需的燃料，例如你的大脑主要用它作为能量的来源。大多数的碳水化合物来自植物、谷物、蔬菜、水果和豆类是其主要来源。奶制品是唯一含有大量碳水化合物且源自动物的食品。13

碳水化合物有三种类型：糖类、淀粉和纤维，糖类和淀粉中的碳水化合物每克产生4000卡路里的热量，纤维并不产生热量，它不能被吸收，然而它却可以帮助处于消化系统中的食物顺畅地移动及减慢其对热量的吸收。5

对比一下，每克脂肪产生9000卡路里的热量。所有的碳水化合物都是以糖为单位的，根据其的含量和它们之间复杂联接程度来决定碳水化合物是：14

简单的（如糖类）：它们是由单或双糖单元组成的，牛奶、水果和一些蔬菜中都含有简单碳水化合物，然而人们摄取简单碳水化合物的主要来源是添加糖和加工食品。14

复杂的（如淀粉和纤维）：它们是由糖单元链条结合构成的。与简单碳水化合物相比，人体要用更多步骤才能分解淀粉。而纤维则更加复杂，以致人体根本不能吸收。谷物类或由谷物类加工而成的食品中含有复杂碳水化合物，如面包，谷物和意大利通心粉。土豆和一些蔬菜象玉米中都含有大量的淀粉。14

关于高纤维

某些复杂碳水化合物在我们饮食中所起的重要作用正引起我们更多的注意。而那些含有高纤维和营养丰富的谷物，蔬菜和豆类更引起我们的兴趣。高纤维碳水化合物消化得比较慢，结果使体内血糖水平不会升高的太快。相比之下，低纤维碳水化合物消化得比较快，所以体内血糖水平会迅速升高。5

血糖量的迅速升高导致体内产生更多的胰岛素，它是一种荷尔蒙可帮助调节体内血糖水平。这样长此以往，会导致健康问题。5

本词条内容贡献者为:

包申旭 - 教授 - 武汉理工大学