碳水化合物的系统研究

黍匀营养机构  黄尹俞(五级技能)

   摘要：本文对碳水化合物的历史和原理、种类、临床、研究进展等领域进行了系统阐述，对于了解碳水化合物的研究概况有良好的借鉴作用。

    关键词：碳水化合物  研究 概况

    碳水化合物是生命能量的源泉，在营养学研究领域具有重要的研究意义。系统地研究碳水化合物，对于营养防治领域的应用具有重要意义和积极作用。

    一、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作用，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，一直沿用至今。

        碳水化合物由C（碳），H（氢），O（氧）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。碳水化合物亦称糖类化合物，是自然界存在最多、分布最广的一类重要的有机化合物。葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素等都属于糖类化合物。

     二、结构原理

        碳水化合物，包括糖类和乙醇等，营养学多研究糖类，故碳水化合物又常指糖类。按照能量释放的快慢，大体分为两种，即能量快速释放类和能量缓慢释放类。在简单碳水化合物中，大多数是属于“热量快速释放”类型的，也就是说它们可以在短时间内提交高你的血糖水平，如蜂蜜、麦芽、糖果和大多数加工糖类食品。有一些水果，如香蕉、椰枣以及葡萄干中也含有，糖尿病患者是要避免食用的，但是果糖属于“能量缓慢释放”糖分，它们多富含于新鲜水果中，如蔬菜、水果、粗粮等。

        碳水化合物分为四大类，一是乙醇，具有杀菌消毒的作用。二是人体可以吸收的糖类，人体吸收的糖分经过肝脏的分解，和胰岛素的参与，分解为能量被人体利用起来。一部分提供给正常的生理活动，一部分以储存能量的形式收藏起来，如肌糖和肝糖。三是专门提供给人体菌落——双歧杆菌使用的膳食纤维，当乙醇和人体吸收的糖分被分解吸收掉之后，剩余的就是膳食纤维——上天就让人体不产生消化该类成分的酶。主要为双歧杆菌吸收，提供能量。四是剩余的菌体不可吸收的膳食纤维。当第三部分的膳食纤维被吸收之后，最后就是连菌体也不需要的部分了。这个部分就会吸水膨胀，迅速促进排泻废物，达到排泄过多的胆固醇、各种引起疾病的蛋白质废物、毒素等。因此有预防肠道病的美称。

        糖类（saccharide），是植物光合作用的产物，是一类重要的天然有机化合物，对于维持动植物的生命起着重要的作用。因这类化合物都是符合Cn(H2O)m的通式，所以称之为碳水化合物。

        根据分子结构的多少来分类，糖可分为单糖、双糖、寡糖、多糖、乙醇。

        1、单糖

        单糖含3～7个碳原子。食物单糖主要有葡萄糖、果糖和半乳糖。

        2、双糖

        双糖是由2分子单糖缩合而成。常见有蔗糖、乳糖和麦芽糖、海藻糖等。甘蔗、蜂蜜、甜菜多含蔗糖；淀粉在酶的作用下降解成麦芽糖；奶类和奶制品多含乳糖果 食用蘑菇含海藻糖多。

        3、寡糖

        寡糖由3～10个单糖构成的小分子多糖。在大肠内可被肠内细菌代谢，产生气体和其他产物，造成胀气。肠内益生菌如双歧杆子能够了利用寡糖，促进菌群的增加而达到保健作用。双歧杆菌一直是肠道的忠实“卫士”。如双歧杆菌减少，我们就容易得到肠道疾病。所以要保持双歧杆菌的数量，就得经常提供寡糖类食物，而寡糖类食物绝大多数在植物性食物身上。吃素多者，肠道多清洁，故肠道少病，寿命长。多吃蔬菜水果足够人体产生双歧杆菌。

        4、多糖

        由10个以上单糖组成的大分子糖为多糖。营养学上具有重要的三种多糖有：糖原、淀粉、纤维素。

       （1）糖原。也称动物淀粉，由人体肝和肌肉合成和储存。肝储存糖原可以维持正常血糖浓度，提供运动所需的能量，尤其是高强度和持久性运动。

       （2）淀粉。淀粉由讲多葡萄糖组成，能被人本吸收消化。淀粉多在植物细胞储存，尤其是根茎叶和种子的细胞中。根据结婚分为直链淀粉和支链淀粉。前者能使食物老化，后者能使食物糊化。

       （3）纤维素。纤维素由β—键连接，人体的淀粉酶不能破坏这种化合键，因此不能消化吸收。但是它却是重要的营养素。存在于食物中的各类纤维统称食物纤维素。根据其水溶性不同，分为可溶性纤维和不溶性纤维。食物纤维素主要包括非淀粉多糖纤维素、β——葡聚糖、半纤维素、果胶、树胶（如海藻糖），还有非多糖结构的木质素、氨基多糖（也称甲壳素）、低聚糖、糖醇、抗性淀粉。

        5、乙醇

        酒精的学名是乙醇，是由碳水化合物转化而成。需要指出的是，乙醇与生活中所指的酒有很大的区别，酒精是化合物，而酒是混合物。酒是多种化学成分的混合物，酒精是其主要成分，此外还有水和酸、酯、醛、醇等化学物质。

     三、功能作用

        碳水化合物是能量之母，它与蛋白质、脂肪同为生物界三大基础物质，为生物的生长、运动、繁殖提供主要能源。是人类生存发展必不可少的重要物质之一。

       “肠道血学说”提出者日本森下敬一博士指出。“生命的根本不是蛋白。而是碳水化合物”他认为从古至今现代医学与营养学家把三大营养素看成是相互之间没有联系的物质，认为“碳水化合物只是能量的来源，实际上构成人体的是蛋白质”，但是成为我们生命发展基础的营养成分，毫无疑问是碳水化合物。而蛋白质与脂肪都是由碳水化合物形成的。所以说，碳水化合物是生命的根本。

        森下敬一博士认为，碳水化合物、蛋白质、脂肪三种物质不过是一个物质演变的各个侧面，而不是分开的。当生命活动处于高涨状态时，其物质基础是蛋白质，它的前期状态则是碳水化合物。碳水化合物就是生命活动还没有开始时的状态。当条件充足、生命活动处于高涨状态时，碳水化合物通过人体内部化学反应，就会转变成了蛋白质。而当生命活动减弱时，蛋白质则变成脂肪。由此可见，碳水化合物、蛋白质、脂肪只不过是生命物质的演变，仅为生命活动每个时期的不同侧面。如果用更符合实际的话来说，碳水化合物就是“前蛋白质”脂肪就是“后蛋白质”。可见，这三种营养素并非没有联系，而是一种物质的演变过程。

        碳水化合物是提供人体热量的直接来源，同时有助于脂肪和蛋白质的吸收利用。但是碳水化合物并不参与构成人体的组织，也就是说一旦人体生病，组织受损，碳水化合物并不能用来修补组织。碳水化合物主要来源于五谷、蔬菜和水果。中国人的饮食主要是白米饭、面食，白米饭、面食，由于经过了精制，损失了大量蛋白质、维生素、矿物质，纤维素也变得缺少。米面中大量的淀粉，迅速地在酶的作用下转化为葡萄糖，这样的饮食所提供的碳水化合物等于是直接提供了大量的糖分，而没有提供帮助运用糖的营养素。多余的糖不能被有效地利用，就会被迅速转化成脂肪堆积在体内。这其实是亚洲人群中肥胖的真正原因。同时淀粉在消化过程中又会消耗体内大量的蛋白质、维生素、矿物质的储存，这些宝贵的营养素被用于产生各种消化液，比如唾液酶、淀粉酶和胃酸，而使机体本来就缺乏的养分，又进一步被消耗，大大增加了机体的负担。另外，由于纤维素的缺乏，引起血糖上升得很快，迫使胰腺分泌更多的胰岛素来降低血糖，长期的结果，导致胰岛素分泌枯竭，而引发糖尿病。而血糖升高的速度，也就直接影响了脂肪形成的速度，过多的糖转化为过多的脂肪，引起肥胖和心脏方面的疾病。碳水化合物是最直接的热量来源，自然界中的这种食物来源通常都含有足够的纤维素，如水果和蔬菜。纤维素的存在，可以有交往地控制糖分在肠道内被吸收的速度，而保证血糖持续稳定。同时，这类天然的食物中还含有各种维生素和矿物质，帮助身体将吸收的碳水化合物合理地运用和储存，并提供身体的各种需要。

        碳水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。例如：肝脏中的肝素有抗凝血作用；血型中的糖与免疫活性有关。此外，核酸的组成成分中也含有碳水化合物——核糖和脱氧核糖。因此，碳水化合物对医学来说，具有更重要的意义。

       （一）生理功能

        1、供给能量：人体所需能量的70%以上是由碳水化合物氧化分解供应的。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，所有的碳水化合物在体内消化后，主要以葡萄糖的形式被吸收，并迅速氧化给机体提供能量，氧化的最终产物为二氧化碳和水。1克葡萄糖在体内完全氧化分解，可释放能量1.67×104焦耳。每克葡萄糖可以产生16.7kJ(4kcal)的能量。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。

         2、构成机体的重要物质：碳水化合物也是构成机体的重要物质，并参与细胞的多种活动。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。如糖脂参与细胞膜的强构，粘蛋白参与结缔组织的构成，核糖与脱氧糖是核酸的重要组成部分，肝糖原与肌糖原具有重要的生理功能。

        3、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。

        4、是维持心脏和神经系统正常活动不可缺少的物质，血糖低下可导致昏迷，严重者甚至可休克、死亡。

        5、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。

         6、解毒作用：机体肝糖原丰富时对某些有害物质如细菌毒素解毒作用增强。肝糖原不足时，机体对酒精、砷等有害物的解毒作用显著下降。肝脏中的葡萄糖醛酸具有解毒作用。

         7、增加胃的充盈感：摄入含碳水化合物丰富的食物，容易增加胃和腹的充盈感。特别是缓慢吸收和抗消化的碳水化合物，充盈感的时间更长。这些理论已得到不少研究者的肯定。碳水化合物的类型和量都影响充盈感的程度，但在实际应用中尚受到多方面限制。

         8、增强肠道功能：不能被消化的碳水化合物称为纤维素，它能刺激肠道蠕动，增加了结肠发酵率，发酵产生的短链脂肪酸和肠道菌群增殖，有助于正常消化和增加排便量。如：防治便秘、预防结肠和直肠癌、防治痔疮等。

         9、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。足量的碳水化合物具有这种抗生酮作用。

        10、其他：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。　

       （二）碳水化合物的好坏

        食物中的热量主要由三种营养物质提供：蛋白质、脂肪、碳水化合物。碳水化合物是身体的主要热量来源，是大脑的惟一热量供应。碳水化合物在提供人体与大脑所需的能量方面发挥至关重要的作用。没有它们，我们就会变得昏昏欲睡、毫无生气。当我们吃东西时，人体就将碳水化合物转化成作为直接能量的葡萄糖，其余的则以肝糖形式储存起来。
        然而，所有的碳水化合物并不都是相同的。它们分为两种类型：一类是单一碳水化合物，即加工过的碳水化合物。另外一类是复合碳水化合物。即天然碳水化合物。人体吸收单一碳水化合物就像卫生纸吸水一样容易。单一碳水化合物主要由糖组成，这些糖很快被释放到体内，造成体内含糖量上升然后迅速跌落。其结果是我们很容易感到饥饿，当然会吃得更多。另一方面，复合碳水化合物是由淀粉和纤维组成，被人体逐步吸收，为人体提供较为稳定的能量。这类碳水化合物总是让我们觉得很饱，非常满足，也易被分解，释放能量。

　   单一碳水化合物包括精制面粉、精制意大利面食（硬质粗粒小麦粉）、精制米、精制糖。这些食品对身体无益，它们就像一群坏男孩，才使得所有的碳水化合物声名狼藉。主要是糖、“外加糖”及精白米面。这里糖指简单糖，如葡萄糖、蔗糖等，如糖果。外加糖指有热量的甜味剂，如蔗糖及糖浆等，一般的甜饮料及甜点心都加有这些。吃了这些食品后，你要仔细注意身体的感觉，也就是关注自己什么时候要稳定波动的情绪，以及调节不稳定的能量。这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。

       复合碳水化合物包括马铃薯、山药、甘薯、大麦、玉米、糙米、大豆、鹰嘴豆沙、小扁豆、奎奴亚藜（一种谷物）、小米、用糙米做的意大利面食、全麦面粉、蔬菜等。另外，不要忘记蔬菜、水果，它们可为人体提供维生素、矿物质和纤维的复合碳水化合物。我们应当经常吃水果。因为水果中富含大量的酶，所以它不费吹灰之力就能通过身体，为人们提供碳水化合物、纤维、维生素、矿物质、脂肪酸、氨基酸，以及抗癌的丹宁酸和类黄酮。由于水果中含有大量水分，因此它还可以为人体补充水分，从而起到帮助人们清洁身体、解除毒素、去除垃圾的作用。
       （三）注意事项

　　膳食中缺乏碳水化合物将导致全身无力，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。

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

        四、获得办法

        碳水化合物是构成人体的重要成分之一。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。平常我们吃的主食如馒头、米饭、面包等都属于糖类物质。另外白糖、红糖、水果，也属于糖类物质。糖根据能否水解又分为单糖、双糖(如蔗糖、麦芽糖、乳糖等)、多糖(如淀粉、糖元和纤维素等)。米、面、玉米及白薯所含的淀粉属多糖；红、白糖中的蔗糖及牛乳中的乳糖均是双糖；水果中的糖主要是葡萄糖及果糖，属于单糖。　

        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。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。

        对于简单碳水化合物，它们是由单或双糖单元组成的。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。　

        对于复杂碳水化合物，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。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。　　　

        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。

碳水化合物（又称糖类），是人体内热能的最主要来源，约占总热能的60%～70%，碳水化合物的主要食物来源有：蔗糖、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）、坚果、蔬菜（如胡萝卜、番薯等）等。在我国人们主食的大米、面粉、玉米、小米等食物中所含的淀粉，正是碳水化合中重要的一种(属多糖)。

        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。“食品指导金字塔”建议每天从以下食品组中摄入多种碳水化合物。

食品指导金字塔

        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）。

    五、相关临床

        1、巴马百岁老人饮食结构：95%为植物性食物，5%为白色肉类，结果是100岁以上多。

        2、根据几个百岁长寿乡资料研究，发现：南美厄瓜多尔比尔卡班巴村，饮食结构：98%为植物性食物，2%为白色肉类，结果是100岁以上多。保加利亚、高加索、墨西哥和委内瑞拉的山区、厄瓜多尔比尔卡班巴、巴基斯坦的罕萨和罗马尼亚的多瑙河三角洲、南太平洋的斐济以及日本的冲绳，这些地方都有许多百岁老在在劳动，生活着。他们的共同特点是寿星多数出生于农村和山区，那里地理环境幽静宜人、气候温和，空气清新、日照充足，果菜新鲜、大气和河流污染少、没有噪声、也不易得传染病。饮食的特点都有个共性，那就是粗粮与蔬菜类食物占日常饮食的80%以上。

        3、出家人经常以吃蔬菜水果类食物为主，并不用担心蛋白质的缺乏，也减少了许多慢性病的发生。

    4、瑞典一项研究表明，从长远看，低碳水化合物高蛋白质减肥法可能给健康带来不良影响。研究小组在12年间对2万中年妇女进行了跟踪调查，结果表明，对于一个人来说，在其摄入的能量中由蛋白质所提供的能量比例越高，其死于到致病的可能性越高，这样的疾病有可能是癌症或心血管疾病。此外，低碳水化合物高蛋白质的饮食方式可能对身体肥胖和吸烟者的健康更不利。

    参考文献

    1、黎黍匀.肠胃决定健康[M].北京：中国轻工业出版社，2009.

    指导老师  黎黍匀