食品营养学第三章碳水化合物

第三章 碳水化合物
• 七、食品工业的重要原料和辅助材料
碳水化合物是食品工业中糖果、糕点的重要原辅材料， 同时也是其他多种食品的辅助材料。例如，在食品加工时 要控制一定的糖酸比；焙烤食品主要由富含碳水化合物的 谷类原料制成；而硬糖则几乎全是由蔗糖制成的。此外， 碳水化合物一般有甜味，不仅是食物，而且可以做佐料， 调节食物风味，增加食欲。
第三章 碳水化合物
• 第二节 碳水化合物的分类
碳水化合物是自然界最丰富的有机物，人体总能量的 60%～70%来自食物中的碳水化合物。它在人体内消化后，主 要以葡萄糖的形式被吸收利用。中国以淀粉类食物为主食， 主要有大米、面粉、玉米、小米等谷物以及豆类、根茎类富 含淀粉的食品。
第三章 碳水化合物
• 一、按照分子结构和性质分类
第三章 碳水化合物
• 三、维持神经系统的功能和解毒
在正常情况下，神经组织主要靠葡萄糖氧化供给能量， 若血中葡萄糖水平下降（低血糖），神经组织供能不足， 易出现昏迷、四肢麻木、烦躁易怒等症状。
机体里肝糖元对某些细菌毒素有很强的抵抗力，充足 的肝糖元能加强肝脏功能。如果体内肝糖元不足时，对四 氯化碳、酒精、砷等有害物质的解毒作用明显下降。
第三章 碳水化合物
• 四、抗生酮作用
脂肪在体内被彻底分解，需要葡萄糖的协同作用。当 膳食中碳水化合物供应不足时，脂肪动员加速，肝脏中酮 体生成量增加，再加上糖代谢减少，丙酮酸缺乏，可与乙 酰辅酶A缩合成柠檬酸的草酰乙酸减少，更减少了酮体的去 路使酮体聚集于血液成为酮血症。血中酮体过多，由尿排 出，又形成酮尿。酮体为酸性物质，若超过血液的缓冲能 力时，引起酸中毒。
糖醇是糖的衍生物，由单糖或多糖加氢而成，也有天 然存在的。在食品工业中常用其代替蔗糖作为甜味剂使用。
（1）山梨糖醇 葡萄糖氢化，使其醛基转化为醇基， 代谢时可转化为果糖，不受胰岛素的控制，食后不影响血 糖。
第三章 碳水化合物
（2）木糖醇 存在于多种水果、蔬菜中，其甜度及氧 化功能与蔗糖相似，但代谢不受胰岛素调节，可被糖尿病 患者食用。此外，木糖醇不能被口腔细菌发酵，因对牙齿 无伤害，可用作无糖糖果中防止龋齿的甜味剂。
• 1．单糖 单糖是指分子结构中含有3～6个碳原子的糖，如三碳
糖的甘油醛；四碳糖的赤藓糖；五碳糖的阿拉伯糖、核糖、 木糖、来苏糖；六碳糖的葡萄糖、果糖、半乳糖等。食品 中常见的单糖以六碳糖为主，主要有如下几种。
（1）葡萄糖 植物性食品中含量最丰富，有的高达20%。 在动物的血液、肝脏、肌肉中也含有少量的葡萄糖，而且 是人体血液中不可缺少的糖类，有些器官甚至完全依靠葡 萄糖提供能量，例如大脑每天约需100～120g葡萄糖。葡萄 糖也是双糖、多糖的组成成分。
淀粉在使用α-淀粉水解酶和葡萄糖淀粉酶进行水解时， 可得到近乎完全的葡萄糖。此后再用葡萄糖异构酶使其异构 成果糖，最后可得到58%的葡萄糖和42％的果糖组成的玉米糖 浆。由其进一步制成果糖含量55%的高果糖（玉米）糖浆是食 品工业中重要的甜味物质。
第三章 碳水化合物
• 二、淀粉的糊化与老化
通常，将淀粉加水、加热，使之产生半透明、胶状物 质的作用称为糊化作用。糊化淀粉即α-淀粉，未糊化的淀 粉称为β-淀粉。淀粉糊化后可使其消化性增加。这是因为 多糖分子吸水膨胀和氢键断裂，从而使淀粉酶能更好地对 淀粉发挥酶促消化作用的结果。未糊化的淀粉则较难消化。
第三章 碳水化合物
（2）麦芽糖 主要来自淀粉水解，由二分子葡萄糖构 成，具有还原性，为针状晶体，易溶于水。食品工业中所 用的麦芽糖主要由淀粉经酶的作用分解生成。用大麦芽作 为酶的来源，作用于淀粉得到糊精和麦芽糖的混合物，即 饴糖。
（3）乳糖 存在于哺乳动物的乳汁中，由一分子葡萄 糖和一分子半乳糖组成，白色结晶体，能溶于水。人乳中 含乳糖5%～8%，牛乳中含4%～5%，羊乳中含4.5％～5%。乳 糖是婴儿主要食用的糖类物质，随着年龄的增长，肠道中 的乳糖酶活性下降，因而很多成年人食用大量的乳糖后， 不易消化，即乳糖不耐症。
第三章 碳水化合物
碳水化合物又称糖类，是由碳、氢、氧组成的一类多 羟基醛或多羟基酮类化合物，是生物界三大基础物质之一， 其基本结构式为Cm(H2O)n。碳水化合物主要存在于植物界， 多是通过绿色植物的光合作用而产生。碳水化合物占植物干 重的50%～80%，占动物体干重的2%左右。在植物组织中碳水 化合物主要以能源物质（如淀粉）和支持结构（如纤维素和 果胶等）的形式存在，在动物组织中，碳水化合物主要以肝
第三章 碳水化合物
• 二、构成机体组织
碳水化合物是构成机体的重要物质，并参与细胞的许 多生命活动。所有神经组织和细胞都含有碳水化合物，如 糖蛋白构成人和动物体中结缔组织的胶原蛋白、黏膜组织 的黏蛋白、血浆中的转铁蛋白、免疫球蛋白等；糖脂是细 胞膜与神经组织的组成部分；另外，核糖和脱氧核糖是构 成核酸的重要组成成分，在遗传中起着重要的作用。
糊化淀粉(α-淀粉)缓慢冷却后可生成难以消化的β淀粉，即淀粉的老化或反生。这在以淀粉凝胶为基质的食 品中有可能由凝胶析出液体，称为食品的脱水收缩。此外， 当α-淀粉在高温、快速干燥，并使其水分低于10%时，可 使α-淀粉长期保存，成为方便食品或即食食品。此时，若 将其加水，无需再加热即可得到完全糊化的淀粉。
• 一、供能和节约蛋白质
碳水化合物对机体最重要的作用是供能，是供能营养 素中最经济的一种。其中葡萄糖可很快被代谢，1g葡萄糖 彻底氧化可供能17kJ（4kcal）。当食物中碳水化合物的供 给量充足时，机体首先利用它提供能量，从而减少蛋白质 作为能量的消耗。相反，体内碳水化合物供给不足时，机 体为了满足对能量的需要，要动用蛋白质转化为葡萄糖提 供能量。因此，足够的碳水化合物对蛋白质有保护作用， 也就是节约蛋白质的作用。
（1）淀粉 普通淀粉由25%的直链淀粉和75%的支链淀粉 构成，前者遇碘出现蓝色反应，后者单独存在时遇碘发生棕 色反应。直链淀粉溶于热水，支链淀粉则不能。淀粉不溶于 冷水，与水共煮时会形成浆糊状，这叫淀粉的糊化。淀粉经 酸或酶适当处理后，其物理性质发生改变，这种淀粉叫变性 淀粉。
第三章 碳水化合物
第三章 碳水化合物
• 六、多糖的生物活性功能
许多多糖类物质具有生物活性功能，如细菌的荚膜多 糖有抗原性，分布在肝脏、肠黏膜等组织中的肝素，对血 液有抗凝作用，真菌多糖对肿瘤有一定的抑制作用等。多 糖特殊的生物活性已被广泛地应用于临床医学，有口服液、 发酵液、精粉等。
多糖在食品中的功能主要是能够增稠和形成凝胶，其 次是能控制或改变饮料和流体食品的质构和流动性质。很 多工业食品中都含有多糖，它对食品的感官性状具有很重 要的作用。
（3）麦芽糖醇 由麦芽糖氢化而来的，在工业上是由 淀粉酶解制得多组分“葡萄糖浆”后氢化制成。麦芽糖醇 被人体摄入后在小肠内的分解量是同量麦芽糖得1/40，是 非能源物质，不升高血糖，也不增加胆固醇和中性脂肪的 含量，是心血管疾病、糖尿病患者的甜味剂。也不能被微 生物利用，故也能防止龋齿。
第三章 碳水化合物
第三章 碳水化合物
（2）果糖 存在于水果和蜂蜜中，为白色晶体。是糖类 中最甜的一种，食品中的果糖在人体内转变为肝糖，然后再 分解为葡萄糖，所以在整个血液循环中果糖含量很低。果糖 代谢不受胰岛素制约，故糖尿病人可食用果糖。但大量摄入 果糖，容易出现恶心、呕吐、上腹部疼痛以及不同血管区的 血管扩张现象。
（4）纤维素、半纤维素、木质素 广泛存在于植物组织中，详 细性状见本章第五节膳食纤维部分。
第三章 碳水化合物
（5）果胶 是植物细胞壁的成分之一，存在于相邻细 胞壁的中胶层。按果蔬成熟度不同，果胶分为原果胶、果 胶和果胶酸三种。果胶是亲水性胶体物质，其水溶液在适 当条件下形成凝胶，利用果胶这一特性，可将水果生产果 酱、果冻、果糕等制品。 • 4．糖的衍生物
（3）半乳糖 由乳糖分解而来，是白色结晶，具有甜味， 在人体内转变成肝糖后被利用。
（4）其他单糖 除了上述三种重要的已糖外，食物中还 有少量的戊糖，如核糖、脱氧核糖、阿拉伯糖和木糖。前两 种糖动物体内可以合成，后几种糖主要存在于水果和根、茎 类蔬菜之中。
第三章 碳水化合物
• 2．双糖 双糖是由两个单糖分子缩合失去一分子水形成的化合物，
第三章 碳水化合物
• 三、沥滤损失
食品加工期间经沸水烫漂后的沥滤操作，可使果蔬装 罐时的低分子碳水化合物，甚至膳食纤维受到一定损失。 例如，在烫漂胡萝卜和芜菁甘蓝时，其低分子碳水化合物 如单糖和双糖的损失分别25%和30%。青豌豆的损失较少， 约为12%，它们主要进入加工用水而流失。此外，胡萝卜中 低分子质量碳水化合物的损失，可依品种不同而有所不同， 且在收获与贮藏时也不相同。贮存后期胡萝卜的损失增加。 这可能是因其具有更高的水分含量而易于扩散的结果。
第三章 碳水化合物
• 五、有益肠道功能
摄食富含碳水化合物的食物，尤其是吸收缓慢和不易 消化吸收的碳水化合物易产生饱腹感。乳糖可促进肠道中 有益菌的生长，也可加强钙的吸收。非淀粉多糖如纤维素、 半纤维素、果胶、树胶，以及功能性低聚糖等虽不能被消 化吸收，但可刺激肠道蠕动，有利于排便。与此同时，它 们还可促进结肠菌群发酵，产生短链脂肪酸和使肠道有益 菌增殖。
膳食纤维在烫漂时的损失依不同情况而异。胡萝卜、 青豌豆、菜豆和孢子甘蓝没有膳食纤维进入加工用水，但 芜菁甘蓝则可有大量膳食纤维（主要是不溶的膳食纤维） 因煮沸和装罐时进入加工用水而流失。
第三章 碳水化合物
• 3．多糖 多糖是由许多单糖分子残基构成的大分子物质，一般不溶
于水，无甜味，无还原性，不形成结晶，在酸或酶的作用下， 依水解程度不等而生成糊精，完全水解的最终产物是单糖。 多糖中一部分可被人体消化吸收，如淀粉、糊精、糖原等； 而另一部分则不被人体消化吸收，如纤维素、半纤维素、木 质素、果胶等。
• 二、按照聚合度不同分类
FAO/WHO专家组将糖类按照其聚合度分为三类，见表 3-1。
表3-1 主要的膳食糖类
分类 糖（1～2）
寡 糖（3～9） 多 糖（≥10）
亚组 单糖 双糖 糖醇 麦芽低聚寡糖 其他杂寡糖 淀粉 非淀粉多糖
组成 葡萄糖，半乳糖，果糖
蔗糖，乳糖，麦芽糖 山梨醇，甘露醇，木糖醇
麦芽糊精 面子糖，木苏糖，低聚果糖 直链淀粉，支链淀粉，变性淀粉 纤维素，半纤维素，国胶，亲水胶质物
（2）糊精 糊精是淀粉的水解产物，通常糊精的分子 大小是淀粉的1/5。糊精具有易溶于水，强烈保水及易于消 化等特点，食品工业中常被用来增稠、稳定或保水。
（3）糖原 糖原也称动物淀粉，在肝脏和肌肉合成并 贮存，是一种含有许多葡萄糖分子和支链的动物多糖。肝 脏中贮存的糖原可以维持正常的血糖浓度，肌肉中的糖原 可提供机体运动所需要的能量。其较多的分支可提供较多 的酶的作用位点，能快速分解和提供较多的葡萄糖。食物 中糖原含量很少。
双糖为结晶体，溶于水，但不能直接被人体所吸收，必须经 过酸或酶的水解作用生成单糖后方能被人体所吸收。
（1）蔗糖 蔗糖不具有还原性，由一，为白色结晶体，易溶于水， 加热到200℃变成黑色焦糖。甘蔗、甜菜中含量最多，果实 中也有，作为食品原料的白砂糖、红糖就是蔗糖。蔗糖摄入 过高，容易引发糖尿病、龋齿、甚至动脉硬化等疾病。
糖原、肌糖原、核糖、乳糖的形式存在。
第三章 碳水化合物
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 • 第六节
碳水化合物的生理功能 碳水化合物的分类 食品加工对碳水化合物的影响 碳水化合物的供给量及食物来源 膳食纤维 碳水化合物的质量评价
第三章 碳水化合物
• 第一节 碳水化合物的生理功能
注：1. 括号内的数字为单糖分子数； 2. 引自FAO/WHO.1998. Expert consultation carbohydrates in human nutrition。
第三章 碳水化合物
• 第三节 食品加工对碳水化合物的影响
• 一、淀粉水解
淀粉经酸水解或酶水解可生成糊精。当以糖化型淀粉酶 水解支链淀粉至分支点时所生成的糊精称为极限糊精。食品 工业中常用大麦芽为酶源水解淀粉，得到糊精和麦芽糖的混 合物，称为饴糖。饴糖在体内水解为葡萄糖后被吸收、利用。 在制作羊羹时添加少许糊精可防止结晶析出，避免外观不良。