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碳水化合物

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碳水化合物(carbohydrate) [1]  是由三種元素組成,自然界存在最多、具有廣譜化學結構和生物功能的有機化合物。可用通式Cx(H2O)y來表示。 [2]  由於它所含的氫氧的比例為二比一,和水一樣,故稱為碳水化合物。 [3]  它可以為人體提供熱能。食物中的碳水化合物分成兩類:人可以吸收利用的有效碳水化合物和人不能消化的無效碳水化合物。 [4]  糖類化合物是一切生物體維持生命活動所需能量的主要來源。它不僅是營養物質,而且有些還具有特殊的生理活性。
中文名
碳水化合物 [1] 
外文名
Carbohydrate [1] 
別    名
糖類化合物 [4] 
組成元素
碳、氫和氧 [1] 
屬    性
有機化合物 [3] 
主要類別
單糖、二糖多糖 [3] 
食物來源
穀類 蔬菜 水果 奶製品等 [2] 

碳水化合物發現歷史

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碳水化合物的來源 碳水化合物的來源
在人們知道碳水化合物的化學性質及其組成以前,碳水化合物已經得到很好的利用,如今含碳水化合物豐富的植物作為食物,利用其製成發酵飲料,作為動物的飼料等。一直到18世紀一名德國學者馬格拉夫從甜菜中分離出純糖和從葡萄中分離出葡萄糖後,碳水化合物研究才得到迅速發展。1812年,俄羅斯化學家報告,植物中碳水化合物存在的形式主要是澱粉,在稀酸中加熱可水解葡萄糖。1884年,有人指出,碳水化合物含有一定比例的C、H、O三種元素,其中H和O的比例恰好與水相同為2:1,好像碳和水的化合物,故稱此類化合物為碳水化合物,這一名稱,被一直沿用。 [5] 

碳水化合物化學組成

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糖類化合物由C、H、O三種元素組成,分子中H和O的比例通常為2:1,與水分子中的比例一樣,故稱為碳水化合物。可用通式Cm(H2O )n表示。因此,曾把這類化合物稱為碳水化合物。但是後來發現有些化合物按其構造和性質應屬於糖類化合物,可是它們的組成並不符合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,其組成雖符合通式Cm(H2O )n,但結構與性質卻與糖類化合物完全不同。所以,碳水化合物這個名稱並不確切,但因使用已久,迄今仍在沿用。 [6]  (另外像碳酸(H2CO3)、碳酸鹽(XXCO3)、碳單質(C)、碳的氧化物(CO2、CO)、水(H2O)都不屬於有機物,也就是不屬於碳水化合物。 [2] 
食物中的碳水化合物分成兩類:人可以吸收利用的有效碳水化合物,如:單糖、雙糖、多糖和人不能消化的無效碳水化合物,如:纖維素 [7] 
碳水化合物一般的化學表達式為Cm(H2O )n [6] 

碳水化合物主要用途

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碳水化合物是生命細胞結構的主要成分及主要供能物質,並且有調節細胞活動的重要功能。機體中碳水化合物的存在形式主要有三種,葡萄糖、糖原和含糖的複合物,碳水化合物的生理功能與其攝入食物的碳水化合物種類和在機體內存在的形式有關。1.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,能夠提供和儲存熱能;2.碳水化合物是構成機體組織的重要物質,維持大腦功能必須的能源並參與細胞的組成和多種活動;此外還有調節脂肪代謝、提供膳食纖維、節約蛋白質、抗生酮、解毒和增強腸道功能的作用。 [8] 
碳水化合物 碳水化合物

碳水化合物基本分類

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碳水化合物根據其能否水解和水解後的生成物可分為下述三類。 [1] 

碳水化合物單糖類

單糖的基本單位,不能再行水解。自然界中的單糖以四個、五個或六個碳原子最為普遍,食品中以戊糖和已糖較多,尤以已糖分佈最廣。 [1] 
戊糖在自然界中大都以形成多糖的成分而存在,如阿拉伯糖存在於半纖維素中,稻草、木材中含有木糖的成分。戊糖不能被人體吸收。 [1] 
己糖中最重要的有三種:葡萄糖果糖半乳糖 [1] 
(1)葡萄糖除了構成水果與蔬菜類甜味的成分,還以結合狀態構成各種多糖及低聚糖,如澱粉、纖維素、半纖維素、麥芽糖、肝糖原等。葡萄糖的甜度相對來説不高,約為蔗糖的0.6倍。 [1] 
(2)果糖是葡萄糖的異構糖,主要存在於水果中而得名,是甜度最高的糖,約為蔗糖的1.5倍。果糖吸濕性強。果糖與葡萄糖結合構成蔗糖,多數果糖結合成為多糖類的菊糖。果糖也是蜂蜜的糖分組成之一。 [1] 
(3)半乳糖為無遊離狀態存在,與葡萄糖結合構成乳糖,存在於動物乳汁中。 [1] 

碳水化合物低聚糖類

低聚糖類中以兩分子單糖所結合而成的雙糖為最重要,有麥芽糖蔗糖乳糖 [1] 
(1)麥芽糖由二分子葡萄糖結合而成,可由澱粉水解得到,是飴糖的主要成分,甜度比蔗糖低,有還原性。 [1] 
(2)蔗糖是食品中最重要的甜味料,由一個葡萄糖分子和一個果糖分子構成,無還原性,甘蔗和甜菜中含量最高。 [1] 
(3)乳糖由半乳糖和葡萄糖構成,甜度約為蔗糖的0.7倍。乳糖是雙糖中溶解度最小而又沒有吸濕性的一種,在食品和醫藥工業中可作特殊用途。乳糖也具有還原性。 [1] 

碳水化合物多糖類

多糖類是一類高分子化合物,由許多單糖分子組合而成,種類很多,如澱粉糖原、纖維素、到半纖維素和果膠等。 [1] 

碳水化合物營養供給

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哈佛大學金字塔 哈佛大學金字塔
(1) 供給能量:每克葡萄糖產熱16千焦(4千卡),人體攝入的碳水化合物在體內經消化變成葡萄糖或其它單糖參加機體代謝。每個人膳食中碳水化合物的比例沒有規定具體數量,我國營養專家認為碳水化合物產熱量佔總熱量的60~65%為宜。平時攝入的碳水化合物主要是多糖,在米、面等主食中含量較高,攝入碳水化合物的同時,能獲得蛋白質、脂類、維生素、礦物質膳食纖維等其它營養物質。而攝入單糖或雙糖如蔗糖,除能補充熱量外,不能補充其它營養素。 [3] 
同時應多食用複合碳水化合物澱粉、不消化的抗性澱粉、非澱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,提倡攝入營養素、能量密度高的食物,以保障人體能量和營養素的需要及改善胃腸道環境和預防齲齒的需要。 [5] 
(2) 構成細胞和組織:每個細胞都有碳水化合物,其含量為2%~10%,主要以糖脂、糖蛋白和蛋白多糖的形式存在,分佈在細胞膜、細胞器膜、細胞漿以及細胞間質中。 [3] 
(3) 節省蛋白質:食物中碳水化合物不足,機體不得不動用蛋白質來滿足機體活動所需的能量,這將影響機體用蛋白質進行合成新的蛋白質和組織更新。因此,完全不吃主食,只吃肉類是不適宜的,因肉類中含碳水化合物很少,這樣機體組織將用蛋白質產熱,對機體沒有好處。所以減肥病人或糖尿病患者最少攝入的碳水化合物不要低於150克主食。 [3] 
(4) 維持腦細胞的正常功能:葡萄糖是維持大腦正常功能的必需營養素,當血糖濃度下降時,腦組織可因缺乏能源而使腦細胞功能受損,造成功能障礙,並出現頭暈、心悸、出冷汗、甚至昏迷。 [3] 
(5) 抗酮體的生成:當人體缺乏糖類時,可分解脂類供能,同時產生酮體。酮體導致高酮酸血癥。 [9] 
(6) 解毒:糖類代謝可產生葡萄糖醛酸,葡萄糖醛酸與體內毒素(如:藥物 膽紅素)結合進而解毒。 [9] 
(7) 加強腸道功能:與膳食纖維有關。如:防治便秘、預防結腸和直腸癌、防治痔瘡等。 [9] 
其它:碳水化合物中的糖蛋白和蛋白多糖有潤滑作用。另外它可控制細腦膜的通透性。並且是一些合成生物大分子物質的前體,如嘌呤嘧啶膽固醇等。 [3] 

碳水化合物攝入指南

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碳水化合物攝入來源

一般説來,對碳水化合物沒有特定的飲食要求。主要是應該從碳水化合物中獲得合理比例的熱量攝入。另外,每天應至少攝入50~100克可消化的碳水化合物以預防碳水化合物缺乏症。 [2] 
碳水化合物的主要食物來源有:糖類、穀物(如水稻小麥玉米大麥燕麥、高粱等)、水果(如甘蔗、甜瓜西瓜香蕉、葡萄等)、乾果類、幹豆類、根莖蔬菜類(如胡蘿蔔、番薯等)等。 [2] 

碳水化合物含量計算

食品營養標籤中的碳水化合物是指每克產生能量為17kJ/g 的部分,數值可由減法或加法獲得。 [10] 
減法:食品總質量分別減去蛋白質、脂肪、水分、灰分和膳食纖維的質量,即是碳水化合物的量。 [10] 
加法:澱粉和糖的總和即為碳水化合物。 [10] 
碳水化合物 碳水化合物
總碳水化合物指碳水化合物和膳食纖維的總和。 [10] 

碳水化合物攝入選擇

營養專家普遍認為,人們每天攝入的50%~60%的熱量應來自碳水化合物。由於碳水化合物的不同,所以更多的證據表明你應慎重選擇飲食。 [11] 
對於簡單碳水化合物,飲用牛奶果汁,食用適量的水果是十分重要的。但食用糖和其他甜味劑會提供大量體內不需要的熱量對健康有害。 [11] 
對於複雜碳水化合物,應避免僅僅食用低纖維碳水化合物,澱粉(如土豆)和精加工的穀物(如白米飯通心粉白麪包)。這些食品中的碳水化合物會被身體迅速轉化為單糖。 [11] 
相反,應儘量多食用含大量纖維的碳水化合物。特別是豆類和全麥類食品會對人體健康有益。按照這些專家推薦的水果和蔬菜的食用量,可以對碳水化合物進行完整,健康的攝入。 [11] 
有很多方法攝取碳水化合物簡單的方法攝取含更多碳水化合物的食品。食用風乾的水果、食用包含豆類且豐盛的湯、改吃全麥麪包、食用黃色稻米而非白米(或在白米中混入野生稻米)。 [11] 

碳水化合物攝入過量

當膳食中碳水化合物過多時,就會轉化成脂肪貯存於身體內,使人過於肥胖而導致各類疾病如高血脂糖尿病等。 [3] 
膳食中碳水化合物的主要來源是植物性食物,如穀類、薯類、根莖類蔬菜和豆類,另外是食用糖類。碳水化合物只有經過消化分解成葡萄糖、果糖和半乳糖才能被吸收,而果糖和半乳糖又經肝臟轉換變成葡萄糖。血中的葡萄糖簡稱為血糖,少部分血糖直接被組織細胞利用與氧氣反應生成二氧化碳和水,放出熱量供身體需要,大部分血糖則存在人體細胞中,如果細胞中儲存的葡萄糖已飽和,多餘的葡萄糖就會以高能的脂肪形式儲存起來,多吃碳水化合物發胖就是這個道理! [2] 
有研究顯示,某些碳水化合物含量豐富的食物會使人體血糖和胰島素激增,從而引起肥胖,甚至導致糖尿病和心臟病,原因是這些碳水化合物食物的血糖負載很高。醫學界的5個臨牀試驗表明,低碳水化合物飲食和低脂飲食一樣能有效促進快速減肥,並能預防糖尿病和心臟病等疾病。 [12] 
100多年前,一位名叫威廉·邦庭的肥胖英國男子用低碳水化合物的飲食方法成功減肥。隨後,他寫了一本題為《給肥胖人士的信》的書,在公眾中掀起熱潮,但卻遭到了醫學界的嘲笑。一個多世紀以後,邦庭的理論終於幸運地被證明是科學和有效的。上世紀70年代,心臟病專家羅伯特·阿特金斯博士證明碳水化合物含量高的食物會刺激胃口、增大食慾、使人發胖,而且還會誘發2型糖尿病阿金斯博士的實驗還證明低碳水化合物飲食可以在短時間內促進體重下降。如今,許多人都熱衷於採用“阿金斯飲食法”。 [12] 
30年前,阿特金斯提出,麪包馬鈴薯和麪食對人類健康無益的理論,被當時的營養學家斥為謬論。以前的醫學營養界只認為脂肪是人類健康的罪魁禍首。然而越來越多的專家認為阿金斯的理論是有一定科學道理的,碳水化合物的確對人體健康有害。 [12] 
選擇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,那麼要避免這種問題的發生,就應該選擇健康的碳水化合物食品,也就是血糖負載低的碳水化合物。 [12] 

碳水化合物攝入缺乏

膳食中缺乏碳水化合物,可造成膳食蛋白質浪費,組織蛋白質和脂肪分解增強以及陽離子的丟失等。將導致全身無力,疲乏、血糖含量降低,產生頭暈、心悸、腦功能障礙等。嚴重者會導致低血糖昏迷。 [3] 

碳水化合物內容評價

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選擇食用何種碳水化合物是十分重要的,因為碳水化合物會對健康飲食及對疾病的防範起重要作用。 [3] 
碳水化合物是你身體的燃料。碳水化合物是使你的體內器官工作所需的燃料,例如你的大腦主要用它作為能量的來源。大多數的碳水化合物來自植物、穀物、蔬菜、水果和豆類是其主要來源。奶製品是唯一含有大量碳水化合物且源自動物的食品。 [13] 
碳水化合物有三種類型:糖類、澱粉和纖維,糖類和澱粉中的碳水化合物每克產生4000卡路里的熱量,纖維並不產生熱量,它不能被吸收,然而它卻可以幫助處於消化系統中的食物順暢地移動及減慢其對熱量的吸收。 [5] 
對比一下,每克脂肪產生9000卡路里的熱量。所有的碳水化合物都是以糖為單位的,根據其的含量和它們之間複雜聯接程度來決定碳水化合物是: [14] 
簡單的(如糖類):它們是由單或雙糖單元組成的,牛奶、水果和一些蔬菜中都含有簡單碳水化合物,然而人們攝取簡單碳水化合物的主要來源是添加糖和加工食品。 [14] 
複雜的(如澱粉和纖維):它們是由糖單元鏈條結合構成的。與簡單碳水化合物相比,人體要用更多步驟才能分解澱粉。而纖維則更加複雜,以致人體根本不能吸收。穀物類或由穀物類加工而成的食品中含有複雜碳水化合物,如麪包,穀物和意大利通心粉。土豆和一些蔬菜玉米中都含有大量的澱粉。 [14] 
關於高纖維
某些複雜碳水化合物在我們飲食中所起的重要作用正引起我們更多的注意。而那些含有高纖維和營養豐富的穀物,蔬菜和豆類更引起我們的興趣。高纖維碳水化合物消化得比較慢,結果使體內血糖水平不會升高的太快。相比之下,低纖維碳水化合物消化得比較快,所以體內血糖水平會迅速升高。 [5] 
血糖量的迅速升高導致體內產生更多的胰島素,它是一種荷爾蒙可幫助調節體內血糖水平。這樣長此以往,會導致健康問題。 [5] 
參考資料
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