轉:第三章能量與宏量營養素

教學內容：

一、能量

二、碳水化合物

三、脂類

四、蛋白質

五、水

教學要求：

一、了解能量單位和能值，掌握人體能量消耗的構成，了解並熟悉能量消耗量的測定及估算方法，掌握能量不平衡對

人體的影響，能量的合理膳食來源與構成及適宜攝入量；

二、了解碳水化合物的分類，熟悉功能性低聚糖和多糖的種類與功能，掌握碳水化合物的生理功能、適宜攝入量及膳

食來源、血糖指數；

三、了解脂類的分類，掌握脂肪、必需脂肪酸、磷脂和膽固醇的生理功能以及脂類營養價值的評價方法，認識脂類在

人體營養和膳食中的作用、地位和適宜攝入量；

四、了解蛋白質種類，掌握蛋白質、功能性氨基酸以及功能性肽的生理功能，熟悉蛋白質的營養價值評價方法、蛋白

質營養不良的表現、DRI 和食物來源；

五、了解水在體內的分布和水缺乏、過量的危害，熟悉水的生理功能。

教學內容

第一節能量

一、概述

能量是營養學研究的重要內容，人體的一切活動都與能量代謝分不開，例如物質代謝、肌肉收縮、腺體分泌等。

在生命活動中，人體不斷地從外界環境攝取食物，以獲取所需要的能量和營養物質，其中碳水化合物、脂肪和蛋白質

經體內氧化可以釋放能量，為「產能營養素」。此外，酒中的乙醇也能提供較高的能量。

體內的能量，一方面不斷地釋放，維持體溫的恆定並不斷地向環境中散發，另一方面作為能源可維持各種生命活

動的正常進行。

如果人體攝入的能量不足，機體會動用自身的能量儲備甚至消耗自身的組織以滿足生命活動對能量的需要。人若

長期處於飢餓狀態則會導致生長發育遲緩、消瘦甚至死亡。反之，長期攝入能量過剩，則過剩的能量會在機體大部分

以脂肪的形式儲存。因此，能量的攝入應該達到供需平衡。

能量單位：

目前，國際上通用的能量單位是焦耳、千焦耳和兆焦耳。過去，營養學上以卡和千卡作為能量單位。

二、產能營養素及其生熱係數

人體內主要的產能營養素有碳水化合物、蛋白質、脂肪。1g 碳水化合物、脂肪和蛋白質在體外燃燒時分別釋放17. 15kJ

(4.10 kcal)、39.54kJ（9.45kcal) 和23.64kJ (5.65 kcal) 的能量。碳水化合物和脂肪在體內完全氧化成H2O 和CO2，所產

生的能量與其在體外燃燒放出的能量接近，而1g 蛋白質在體內氧化釋放的能量只有18.2kJ (4.35kcal)，為體外燃燒放能

的77%。這是因為體內蛋白質不能完全氧化，除H2O 和CO2 等產物外，代謝廢物中還有尿素、尿酸等含氮有機物。如

果把1g 蛋白質的這些含氮產物在測熱器中燃燒，則可放出5.44kJ (1.3 kcal) 的能量。1g 蛋白質在體內燃燒只能放出

18.2kJ (4.35kcal)能量。

每克產能營養素在體內氧化產生的能量值稱為生熱係數（能量係數）。

食物在人體的消化道內不能被完全消化吸收，習慣上按三者的消化率分別為98%、95%、92%來計算，故三種產能

營養素的凈生熱係數分別為：1g CHO→16.81kJ (4.0 kcal) ；1g Pro →16.74kJ (4.0 kcal) 1g Fat →37.56kJ（9.0

kcal)。

此外，酒精也在體內產生能量，每克純酒精產能約為1g 乙醇→29.29kJ (7.0 kcal)，每克有機酸產能約12.55kJ (3 kcal)

雖然以上生熱係數目前在許多國家經常應用，是一個比較簡便快速的計算方法，但是也受到質疑（1）不同食物中

產能營養素的消化吸收率不同可導致不同的生熱係數（2）沒有考慮膳食纖維產生的能量。研究表明，食物中不可利用

的CHO 雖然不能在小腸消化吸收，但在大腸內可被細菌發酵，產生短鏈脂肪酸併產生能量。CHO 的生熱係數應為可

利用CHO 的能量值16.7kJ(4.0kcal)+不可利用CHO 的能量值8kJ(1.9kcal)

因此，美國對食物能量公式進行了調整，提出新的「食物代謝能量換算係數推導系統」，簡稱「可代謝能量」（ME）

MEkJ=16.7×Pro（g）+37.4×Fat（g）+16.7×可利用CHO（g）+8×不可利用CHO（g）

或MEkcal=4×Pro（g）+9×Fat（g）+4×可利用CHO（g）+1.9×不可利用CHO（g）

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三、人體的能量消耗

一般而言，人體的能量消耗主要用於維持基礎代謝、體力活動和食物熱效應三方面的需要。另外，處於生長期的嬰幼

兒、兒童、青少年需要額外的能量用於機體生長發育，孕婦要攝入更多的能量供子宮、乳房、胎兒、胎盤等的生長發

育和母體體脂的儲備，哺乳期婦女要儲存能量以供泌乳。

（一）基礎代謝**（basal metabolism，BM）

1、定義：

基礎代謝**（basal metabolism，BM）是指維持生命的最低能量消耗，即人體在安靜和恆溫條件下（一般20-25℃），禁

食12h 後，靜卧、放鬆而又清醒時的能量消耗。此時能量僅用於維持體溫、呼吸、血液循環及其它器官生理活動需要。

為了確定基礎代謝的能量消耗（BEE），首先需要測定基礎代謝率。

基礎代謝率（Basal Metabolic Rate，BMR）：是指人體處於基礎代謝狀態下，單位時間內單位體表面積的能量消耗，可

用每小時每平方米體表面積(或每千克體重)的能量消耗來表示。單位是：kJ（kcal）/（m2.h）、kJ（kcal）/（kg.h）；MJ/d。

常用來表示基礎代謝的水平。

2、基礎代謝的計算

基礎代謝消耗的能量可根據體表面積或體重和基礎代謝率計算。

（1）體表面積計演算法

我國學者趙松山於1984 年提出一個相對適合中國人的體表面積計算公式。

體表面積(m2)=0.00659×身高(cm)+0.0126×體重(kg)－0.1603

根據這個公式先計算體表面積，再按照年齡、性別在人體基礎代謝率表（表1-14）中查出相應的BMR，然後通過下列

公式計算24h 的基礎代謝水平。

基礎代謝=體表面積(m2)×基礎代謝率kJ/（m2.h）×24h

人在熟睡時，能量消耗比基礎代謝約減少10%，所以計算時應扣除睡眠時少消耗的這部分熱能。

由於測定基礎代謝率比較複雜，WHO 提出用靜息代謝率（RMR）代替BMR。

RMR，測定時要求全身處於休息狀態，禁食4 小時後測定。表1-15

（2）體重計演算法（WHO 建議的計算方法）

WHO 於1985 年以及中國營養學會2000 年推薦使用體重來計算一天的基礎代謝能量消耗(BMR)。Schofield 公式，表

1—16，其中我國18～49 歲成年人群及50～59 歲老年前期人群的BMR 應減去計算結果的5%。

（3）直接計演算法

在實際應用中，可根據體重、身高和年齡直接計算基礎代謝的能量消耗。

男BEE=66.47＋13.57×體重（kg）＋5.00×身高（cm）－6.67×年齡（y）

女BEE=65.50＋9.46×體重（kg）＋1.85×身高（cm）－4.68 年齡（y）

（4）簡易估計

更為簡單的方法是，成人按男性每公斤體重每小時l.0kcal(4.184kJ)，女性按0．95kcal(3.97kJ)，和體重相乘，直接計算，

結果相對粗略。

3、基礎代謝的影響因素

（1）體表面積和機體構成：體表面積大散發能量也多，基礎代謝高。所以，同等體重情況下瘦高者基礎代謝高於矮胖

者。人體瘦體組織消耗的能量占基礎代謝的70%-80%，這些組織包括肌肉、腦、肝、腎等，所以，瘦體質量大、肌肉

發達者，基礎代謝水平高。

（2）性別和年齡：同一年齡、同一體表面積下，女性的基礎代謝率低於男性；嬰幼兒和青少年的基礎代謝相對較高。

成年後隨年齡增長基礎代謝下降。

（3）不同生理、病理狀況的影響：孕婦和乳母的基礎代謝也較高。甲狀腺激素等分泌異常能使能量代謝增強，直接或

間接影響人體基礎代謝的消耗。

（4） 其它因素：炎熱或寒冷、過多攝食、精神緊張時都可以使基礎代謝水平升高。

（二）體力活動（thermic effect of exercise，TEE）

又稱生熱效應。人體能量消耗中變動最大的一部分，約佔總能量消耗的15-30%。

1、體力活動所消耗能量影響因素：①肌肉越發達者，活動時消耗能量越多。②體重越重者，做相同的運動所消耗的能

量也越多。③活動時間越長、強度越大、消耗能量越多。

2、體力活動強度與能量消耗

人類的體力活動種類很多，強度不一，但可簡單劃分為四大類：卧床時間、職業活動時間、家務勞動和隨意活動、休

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閑時間。

職業活動和家務勞動等能量消耗，根據能量消耗水平，即活動的強度將活動水平分成不同等級，用體力活動水平

（Physical Activity Level，PAL）來表示。

體力活動水平PAL **指一人1天24小時消耗的總能量與其基礎代謝能量之比值，最好能達到1.75以上。

我國成年人的體力活動強度分為三個級別，即輕、中、重，這是根據一天內各種活動的時間段長短、強度綜合確定的。

按單位時間內單項職業活動的能量消耗大小來區分活動強度，從而分時間段來計算一天的總能量消耗。這種單項職業

活動的能量消耗量，可用體力活動比（Physical Activity Rate，PAR）表示。

PAR=單項職業活動的每分鐘能量消耗量/每分鐘基礎代謝能量消耗量。

PAR=1.0～2.5, 活動強度為輕；PAR=2.6～3.9，活動強度為中；PAR≥4.0，活動強度為重。

（三）食物熱效應

食物熱效應(Specific Dynamics Action，SDA)又稱食物特殊動力作用。人體在攝食過程中，由於要對食物中營養素進行

消化，吸收、代謝轉化，需要額外消耗能量，同時引起體溫升高和散發熱量，這種人體在攝食過程中所引起的額外能

量消耗稱食物的熱效應。

食物熱效應引起的能量額外消耗平均約為627.6kJ-836.8kJ，約相當與總能量消耗的10%。

不同食物的食物熱效應因食物成分而異。Pro 最高，可達其本身能量的30%以上；Fat 最低，為4%-5%；CHO 為5%-6%。

食物熱效應在進食後不久即可出現，進食2 小時後達最高點，在進食3-4 小時基本恢復到進餐前的水平。

（四）生長發育和新組織增加

嬰幼兒、兒童、青少年的生長發育需要能量，主要包括機體生長發育中形成新的組織所需要的能量，及新生成的組織

進行新陳代謝所需要的能量。

新生兒按千克體重計算，相對比成人消耗的能量多2-4 倍。3 - 6 個月的嬰兒，每天約有15%-23%所攝入的能量被機

體用於生長發育的需要保存在體內。

孕婦的子宮、乳房、胎盤、胎兒的生長發育及體脂儲備乳母合成和分泌乳汁、胎兒、嬰兒、成人、孕婦、恢復期病人

等均需要額外補充能量。

每增加1 克體重所需要的能量因個體不同而異。大約在4.9-8.2kcal/g 之間。

對於不同的人群，增加組織的能量消耗是有很大差異的，例如，據研究，營養狀況良好的人可以將更多的富裕能量轉

變為脂肪而非蛋白質，因此更容易發胖；而體型消瘦的人可能將富裕的能量轉化為蛋白質，而這種過程更耗費能量，

因此這類人不容易發胖。

四、人體能量需要與供給

能量需要量**：能長期保持良好健康狀態，具有良好體形、機體構成和活動水平的個體達到能量平衡，並能勝任必要

的經濟和社會活動所需要的能量攝入量。

（一）能量需要量的推算

在正常情況下，人體的總能量消耗是估算能量需要量的基礎和依據，因此常以實際測量的能量消耗來確定能量需要量。

目前國際一致認為能量的推薦攝入量即是人群能量需要量的平均值（EVR）。BMR 約佔總能量消耗的60%-70%，因此

它是估算成年人能量需要量的重要基礎。

目前國際上多採用「要因加演算法」估算成年人的能量需要量。即以BMR乘以體力活動水平計算人體的能量消耗量或需

要量：能量需要量=BMR×PAL

兒童、孕婦和乳母等特殊人群則還需考慮其特殊需要。

根據WHO 成年人能量推薦攝入量的計算方法，推算出中國居民成年人膳食能量需要量，見表。

（二）能量需要量的測定

能量消耗的測定方法有氣體代謝法、雙標記水法、心率監測法、活動時間計演算法、間接測熱法等。

l. 氣體代謝法

呼吸氣體分析法常用直接測熱法，被測對象在一個密閉的氣流循環裝置內進行特定活動，通過測定裝置內的氧氣

和二氧化碳濃度變化，得到氧氣的消耗量，並可求出呼吸商（RQ），按每升氧氣產熱可計算出熱量消耗量，又稱Douglas

袋法。用於研究肥胖和內分泌障礙。設備複雜，操作繁瑣，應用受限。

2. 雙標記水法

雙標記水法（DLW）是讓受試者喝入定量的雙標記水，在一定時間內（8～15d）連續收集尿樣，通過測定尿樣中

穩定的雙標記同位素及消失率，計算能量消耗量。適用於任何人群和個體的測定，無毒無損傷，但費用高，需要高靈

敏度、準確度的同位素質譜儀及專業技術人員，近年主要用於測定個體不同活動水平（PAL） 的能量消耗值。

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3. 心率監測法

用心率監測器和Douglas 袋法同時測量各種活動的心率和能量消耗量，推算出心率-能量消耗的多元回歸方程，通

過連續一段時間（3-7d）監測實際生活中的心率，可參照回歸方程推算受試者每天能量消耗的平均值。此法可消除一

些因素對受試驗者的干擾，但心率易受環境和心理的影響，目前僅限於實驗室應用。

4. 活動時間計演算法

此法是了解能量消耗最常用的方法。它是通過詳細記錄每人一天各種活動的持續時間，然後按每種活動的能量消

耗率計算全天的能量消耗量，各種活動的能量消耗率可以採取他人的測定結果或用直接測定法測定。此法優點是可以

利用已有的測定資料，不需昂貴的儀器和較高的分析技術手段，但影響測定結果的因素較多，職業外活動記錄難以准

確，會導致結果有偏差。

5. 間接測熱法

間接測熱法的原理

依據：定比定律：同一化學反應無論中間過程和條件差異多大，釋放的能量是一定的。產物一致：食物在體內外

的氧化其最終產物是一樣的。

基本原理：利用化學反應的定比定律，查出一定時間內機體中氧化分解的糖、脂肪和蛋白質各有多少，據此計算

該段時間內機體所釋放出的總熱量。

食物的熱價：1g 食物氧化（或在體外燃燒）時釋放出來的能量。分為：

物理熱價： 指食物在體外燃燒時釋放的熱量。

生物熱價： 指食物在體內經過生物氧化所產生的熱量。

食物的氧熱價：某種營養物質在細胞內氧化時，消耗1L 氧所產生的熱量。

呼吸商(RQ)： 在一定時間內，機體的CO2 產量和耗氧量的比值。

具體做法是：測定混合膳食下機體一定時間內CO2 產量和耗氧量，計算出非蛋白質呼吸商，查表1-19 得到相應的

氧熱價，再乘以耗氧量或CO2 產量，即可得到受試者在該段時間內產熱量。

在生理情況下，機體動用蛋白質供能極少。在實際工作中，為計算方便經常不考慮蛋白質代謝的影響。

五、能量平衡

正常體重成人體內代謝的最佳狀態是達到攝入的能量與消耗的能量相等。

衡量能量營養狀態的常用指標是體質指數（body mass index，BMI）

BMI=體重（kg）/[身高（m）]2

能量不平衡：

能量不足：人體就動用機體儲存的糖原及脂肪甚至蛋白質，發生蛋白質能量營養不良，主要臨床表現為消瘦、貧血、

神經衰弱、皮膚乾燥、脈搏緩慢、工作能力下降、體溫低、抵抗力低，兒童出現生長遲緩等。因貧困及不合理餵養造

成的兒童能量輕度缺乏較為常見。

能量過剩：長期能量攝入過多，會造成人體超重或肥胖，並發血糖升高，脂肪沉積，肝脂增加，肝功能下降，出現脂

肪肝、糖尿病、高血壓、膽結實石症、心腦血管疾病及某些癌症等多種併發症。現在，能量攝入與體力活動的不平衡

成為肥胖症及慢性病發病率增加的重要原因。

六、能量供應

三餐的能量分配要合理。

一般早、中、晚餐的能量分別佔總能量的30%、40%、30%為宜**。

早餐有食慾者，比例可增高。

按營養素來源應有適當比例：

Pro 10-15%** Fat 20-25%** CHO 55-65%**

不同性別、年齡、生理狀況、活動強度時的能量推薦量不同。

在考慮能量供給及食物來源時，應該遵循以下幾點：

1、遵循能量平衡，供給量等於需要量

2、三大生熱營養素的比例應該合理

3、對不同人群應有針對性

4、能量的食物來源應該合理

一般來講，含脂肪多的食物，其能量密度高，是「高能食品」；含水分及非消化性成分多的食物，其能量密度低，是「低

能食品」。

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第二節碳水化合物

碳水化合物(Carbohydrate，CHO)也稱糖類，是由碳、氫、氧組成的一類宏量營養素。是人類能量的主要來源，人類膳

食中約40%-80%的能量來源於碳水化合物。近10 年來，隨著營養學研究的深入，人們對碳水化合物的認識已從僅「提

供能量」擴展到調節血糖、降低血脂、改善腸道菌群等多種生理功能，對其分類及其與慢性病的關係也有新進展。近

年來鼓勵增加碳水化合物的攝入量、減少脂肪攝入量已成為許多國家「膳食指南」中的共識，而且無論對一般群體，

還是對特殊群體（如糖尿病、高血脂和肥胖者），各國營養學專家對碳水化合物的攝入量和有關食物指導的建議變的更

具體和準確。

一、碳水化合物分類

1998 年FAO/WHO 按照碳水化合物的聚合度（DP）將其分為糖、低聚糖和多糖三類，見表：

《中國居民膳食營養素參考攝入量》一書在多糖類還分有活性多糖、結合多糖亞類。每個亞類又有較多種。

（一）營養學上重要的糖

營養學上「糖」的新概念與日常生活中的概念大體相同，即表示具有甜味的單糖、雙糖和糖醇。

1. 單糖

是不能被水解的，

結構最簡單的碳水化合物

按碳原子的數目，分別含3-7 個碳原子的單糖即稱為丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖。

戊糖和己糖在自然界中分布最廣。以己糖為主。

食物中的單糖主要為葡萄糖、果糖和半乳糖。

2. 雙糖

是由兩個單糖分子上的羥基脫水生成的糖苷。

常見的天然存在於食品中的有：蔗糖、乳糖、麥芽糖、海藻糖。

蔗糖：1 分子的葡萄糖和1 分子果糖以α鍵連接而成

乳糖：1 分子的葡萄糖和1 分子半乳糖以β鍵連接而成

麥芽糖：2 分子的葡萄糖以α鍵連接而成

海藻糖

3. 糖醇

單糖還原後的產物，如D-葡萄糖還原為D-山梨醇、D-半乳糖還原為D-衛矛醇、D-甘露糖還原為D-甘露醇。

糖醇作為甜味劑和濕潤劑廣泛用於食品工業，如甘露醇、麥芽糖醇、木糖醇和混合糖醇等。甘露醇製劑[USP]靜脈輸注

可作為滲透性利尿葯以預防腎衰竭，降低腦壓和腦脊液壓。

由於糖醇代謝不需要胰島素，因此可以用作糖尿病人食品的甜味劑。但大量攝入會因為吸收慢而增加腸道滲透壓引起

腹瀉，故須避免食用量過大。

（二）低聚糖的營養學新認識

1. 低聚糖分類

由3-10 個單糖分子通過糖苷鍵連接而成。

寡糖的分子量不大，但能刺激味蕾而具有甜味，因此常作為功能性食品添加劑而用在飲料產品中。

低聚糖的甜度通常只有蔗糖的30%-60%。

大多具有良好的溶解性、熱穩定性和耐酸性。

由於低聚糖中的化學鍵不能被人體消化酶所分解，故通常不易在唾液及胃液中被消化分解，部分可在結腸中被消化利

用。

低聚糖由於單糖分子結合位置和結合類型不同，可分為多種。目前已知的幾種重要的功能性低聚糖有異麥芽低聚糖、

海藻糖、低聚果糖、大豆低聚糖等（棉籽）。大豆低聚糖是目前所有新型低聚糖中唯一從植物中提取的。

2. 低聚糖的功能

（1）通過以下功能發揮重要的整腸作用

①有利於雙歧桿菌的增殖：難以被小腸吸收的低聚糖到達大腸後，大多可被存在於大腸內的微生物作為營養源利用，

特別是低聚果糖、異麥芽低聚糖、半乳糖低聚糖、大豆低聚糖可被腸內雙歧桿菌選擇性地利用，有利於雙歧桿菌在腸

分類（DP） 亞類組成

糖（1-2） 單糖葡萄糖、半乳糖、果糖

雙糖蔗糖、乳糖、海藻糖

糖醇山梨醇、甘露醇

低聚糖（寡糖） 異麥芽低聚糖麥芽糊精

其它寡糖棉籽糖、水蘇四糖

多糖澱粉多糖直鏈澱粉、鏈澱粉、變性澱粉

非澱粉多糖纖維素、半纖維素、果膠、水凝膠

活性多糖

結合多糖

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內形成優勢細菌群。雙歧桿菌的增殖能促進腸道蠕動，預防和治療便秘，抵禦病原菌感染，抑制腸內腐敗物質形成，

分解致癌物質，製造維生素和氨基酸，提高免疫力，抑制有害的產氣莢膜桿菌的增殖。

②產生結腸代謝產物：低聚糖可被大腸內細菌轉變為短鏈脂肪酸而被生物利用，此外還可產生CO2、H2、甲烷等氣體及

乙酸、丙酸等多種有機酸和細菌的菌體成分。在大腸內產生的短鏈脂肪酸約有95%被大腸迅速吸收，部分被吸收的短鏈

脂肪酸被用來作為大腸上皮細胞的能源，其餘可作為全身能源利用。所產生的有機酸還可促進礦物質的吸收。

③對腸道的影響：低聚果糖、低聚木糖會影響消化管徑的大小、腸黏膜層厚度、腸內容物的移動速度及礦物質、水和

其它營養成分的吸收（雙歧桿菌的快速增殖，分泌多種消化酶，促進吸收）。

維持腸黏膜細胞的正常結構、細胞間連接和絨毛高度，保持腸黏膜的機械屏障；維持腸道固有菌比值的正常生長，保持腸黏膜的生物屏

障；刺激胃酸及胃蛋白酶分泌，保持黏膜的化學屏障；刺激消化液和胃腸道激素的分泌，促進膽囊收縮、胃腸蠕動，增加內臟血液，使代

謝更符合生理過程，減少了肝、膽併發症的發生率。

④降低大腸氨濃度：大腸內的氨是食物及消化道上皮細胞、黏液、消化液等中的蛋白質由腸內細菌分解產生的。腸內

細菌可利用的未消化澱粉、難消化多糖、低聚糖及內分泌物等基質較為豐富時，可使腸內細菌增殖較快，合成細菌菌

體蛋白質的氨消耗較多，從而可以使氨的積蓄量降低。

氨是有毒的物質，能參與生化代謝。氨吸收後被血液運至肝臟，通過鳥氨酸循環合成尿素，由腎臟排出或被利用於蛋白質合成。另一部分

與α- 酮戊二酸還原氨基化形成谷氨酸。還有小部分氨隨糞便排出體外。

氨在結腸中產生並吸收，對正常人無臨床意義，因為門脈血流中的氨迅即由肝臟解毒，但在肝硬變，門脈高壓的病人，從結腸內吸收

的氨是導致肝昏迷的重要原因。

⑤抗齲齒作用：在口腔中，多數低聚糖不易被致齲病原菌發酵產生乳酸損害牙釉質，此外，低聚糖與蔗糖並用時能阻

止蔗糖被齲齒病原菌作用而生成不溶性的高分子葡聚糖（牙垢）。

⑥其它作用：海藻糖在冰凍、乾燥、高滲透壓的惡劣環境中可保護生物體的細胞膜及膜蛋白。

（三）多糖

多糖由10 個以上單糖組成的一類大分子碳水化合物的總稱。營養學上起重要作用的多糖主要有3 種：糖原、澱粉和纖

維。**

1. 糖原：動物澱粉。水溶性、多分支，在體內可迅速分解提供能量。食物中糖原含量較少，貝類含量較多，牡蠣含糖

原可達其濕重的6%，但總的說來，糖原不是有意義的碳水化合物食物來源。

2. 澱粉

即傳統沿用的可利用多糖，或現代概念的血糖生成碳水化合物，有數百上千個單糖構成的大分子。澱粉是人類的主要

食物。

分為可吸收澱粉和抗性澱粉

（1）可吸收澱粉：主要食物，穀類、根莖類

（2）抗性澱粉：（resistant starch，RS）

定義：健康人小腸內剩餘的不被消化吸收的澱粉及其降解產物的總稱。

廣泛存在於一些水果及豆科作物中，食物加工過程如加熱處理含澱粉食品等都會產生RS。

分為四類：

RS1：生理上不接受的澱粉，一般為整個穀粒和大的澱粉顆粒，當咀嚼時不能被唾液和α-胰澱粉酶分解；

RS2：特殊晶體結構的澱粉，可對澱粉酶產生高度抗性。有一定的粒度的澱粉，通常在生的薯類和香蕉中。

RS3：變性和老化的澱粉，如加工過程引起的澱粉化學結構、聚合度和晶體構象方面的變化等，如煮熟的冷土豆。

RS4：為改性澱粉，如基因改造或化學方法引起的分子結構變化。

共同特性：不能在小腸消化吸收，但在結腸可被生理性細菌發酵。

意義：發酵產物是短鏈脂肪酸和氣體，主要是丁酸和CO2，CO2 可調節腸道有益菌群和降低糞便的pH 值。

3.非澱粉多糖（纖維）

存在於植物體中不能被人體消化吸收的多糖。根據水溶性分為不溶性（纖維素、半纖維素和木質素）和可溶性（果膠

和樹膠）。

4. 活性多糖**

（1）概念

專指具有某種特殊生物活性的多糖化合物，包括植物多糖，動物多糖及微生物多糖。

近年來發現多糖的糖鏈在分子生物學功效中具有決定性作用，它能控制細胞的分裂和分化，調節細胞的生長和衰老，

而且其毒性極小。不少多糖已開發成為藥物和保健食品的功效成分。

（2）活性多糖特殊生物活性

不少研究表明：活性多糖在抗癌、抗炎、抗病毒、調整血糖、血脂以及增強肌體免疫力等方面具有重要作用。

(3)根據組成分類

純多糖和雜多糖

純多糖：一般為由10 個以上單糖通過糖苷鍵連接起來的純多糖鏈。

結合多糖（雜多糖）：指與氨基酸及脂類結合的多糖，包括：

糖蛋白：碳水化合物與蛋白質的結合物。

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糖脂：糖與脂質的結合物。

二、膳食纖維

1970 年以前營養學中沒有膳食纖維這個詞，而只有粗纖維這個詞。粗纖維當時被認為是對人體不起營養作用的一

種非營養成分。膳食纖維首先由Hipsley 提出，真正認識膳食纖維是人類必需的營養素則是近十幾年的事情。人們觀念

的轉變得益於20 世紀70 年代Burkit 和Trowell 等提出「膳食纖維」假說，該假說指出現代「文明病」的發病率與低膳

食纖維攝入量有關，粗糧或富含膳食纖維的食物可以預防西方發達國家許多常見疾病，如腸癌、憩室病、闌尾炎、便

秘、糖尿病、心臟病、高脂血症及肥胖症等，這以後「膳食纖維」的概念逐漸引起了許多營養學家、流行病學家以及

食品科學家的重視和研究。目前越來越多的研究證實膳食纖維在預防人體的某些疾病方面起著重要的作用，故原來的

「粗纖維」名詞已經被「膳食纖維」取代，用於描述這一大類具有保健功能的「功效成分」。

1999 年11 月2 日，在第84 界AACC（美國穀物化學家協會）年會上舉行專門會議對膳食纖維定義進行了討論，

最後確定定義如下：

膳食纖維：是不能被人體消化道分泌的消化酶所消化的、且不被人體吸收利用的多糖和木質素。此處的多糖，也可稱

為非澱粉多糖，即非α-葡聚糖的多糖，是膳食纖維的主要成分，主要包括纖維素、半纖維素、果膠及親水膠體物質，

如樹膠、海藻多糖等組分；另外，還包括植物細胞壁中所含有的木質素；以及一些非細胞壁的化合物，如一些也不被

人體消化酶所分解的物質，如抗性澱粉、抗性低聚糖、美拉德反應的產物；及來源於動物的不被消化酶所消化的物質

如氨基多糖（也稱甲殼素）以及少量相關成分，如蠟質、角質、軟木質等，這類物質在人類的飲食中含量雖少，但可

能具有一定的生理活性。

根據以上的定義，不能根據食物成分表上所列粗纖維的含量來推算膳食纖維的含量。

（一） 膳食纖維的種類

1、膳食纖維分類

膳食纖維包括一大類具有相似生理功能的物質，根據目前的分析方法測出的膳食纖維的組分大致分為以下幾類：

（1）總膳食纖維（T 膳食纖維）：包括所有組分的膳食纖維，如非澱粉多糖、木質素、抗性澱粉以及美拉德反應產物

等。按溶解性可將膳食纖維分為可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維。

（2）可溶性膳食纖維（S 膳食纖維）：主要是植物細胞壁內的儲存物質和分泌物、部分半纖維素、部分微生物多糖和

合成類多糖，如果膠、魔芋多糖、瓜兒膠、阿拉伯膠等

（3）不可溶性膳食纖維（I 膳食纖維）：包括纖維素、不溶性半纖維素和木質素，還包括抗性澱粉、一些不可消化的寡

糖、美拉德反應產物、蝦、蟹等甲殼類動物的表皮中所含的甲殼素、植物細胞壁的蠟質、角質和不被消化的細胞壁蛋

白。

（二） 常見的膳食纖維

1、纖維素； 2、半纖維素； 3、木質素； 4、果膠； 5、樹膠和粘膠

6、不可消化寡糖：具有生理調節作用的不可消化寡糖（NDO）是由3-9 個單糖聚合成的短鏈多糖。這些低聚糖可能由

相同或不同的單體聚合、並經不同的鏈連接而成。NDO 是某些植物如豆科籽實、穀物中的天然成分。此外，還可以生

產NOD 作為飼料和食品中的功能性添加劑，例如可以通過部分水解菊粉製備低聚果糖（FOS）。NDO 的生理功能和化

學性質取決於其化學組成。NDO 大多可溶於水、乙醇及體液，但在體內pH條件下卻相當穩定。NDO的營養功能源於

其獨特的發酵品質，也被稱為雙歧因子。纖維素、半纖維素不具有類似的功能。

7、抗性澱粉：包括改性澱粉和經過冷卻加熱處理的澱粉。抗性澱粉在生理功能上與膳食纖維極為相似，故歸入膳食纖

維。它屬於不溶性膳食纖維，但同時兼具可溶性膳食纖維的優點，可用做葡萄糖的緩釋劑，用於降低餐後血糖。

改性澱粉：澱粉產品主要有三種類型。天然澱粉是不經過物理與化學改良的澱粉；改性澱粉是用物理或化學方法處理從而改變澱粉的主要

物理或化學特性；第三類澱粉是澱粉衍生物（澱粉水解物）是通過酸解或酶解作用獲得，這種類型的澱粉還包括葡萄糖漿和葡萄糖。澱粉

衍生物是最重要的的澱粉類型。

（三）膳食纖維的攝入量

美國FDA 推薦健康成人膳食纖維攝入量應增加至20g-35g/d（相當於10-13g/1000kcal），膳食纖維中以可溶性膳食纖維

佔25%-30%、不可溶性膳食纖維佔70%-75%，即S膳食纖維/I膳食纖維比例大致是1：3為宜。

美國糖尿病學會（ADA）推薦糖尿病人膳食纖維的攝入量也是20g-35g/d，與健康人的相同，但S膳食纖維/I膳食纖維

比例是1：1 的膳食更有利於控制糖尿病人的血糖。

三、碳水化合物生理功能

（一）體內碳水化合物的功能

體內碳水化合物有三種存在形式：葡萄糖、糖原和含糖的複合物，其功能與其存在形式有關。

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提供與儲存能量、構成機體的重要物質、節約蛋白質作用、抗生酮作用（人體每天至少需要50-100gCHO才可能防止

酮血症的產生）、解毒作用。

（二）食物碳水化合物的功能

1、主要的能量營養素1g=16.7kJ

2、改變食物的色、香、味、形

3、提供膳食纖維

（1）增強腸道功能、有利糞便排出：大多數纖維素具有促進腸道蠕動和吸收膨脹的特性。一方面可使腸道平滑肌保持

健康和張力，另一方面，糞便因含水分較多而體積增加和變軟，這樣非常有利於糞便的派出。反之，腸道蠕動緩慢，

糞便少而硬，造成便秘。

（2）控制體重和減肥：特別是可溶性纖維可以減緩食物由胃進入腸道的速度並有吸水作用，從而產生飽腹感而減少能

量攝入。

（3）降低血糖和血膽固醇：膳食纖維可以減少小腸對糖的吸收，使血糖不致因進食而快速升高，因此也可減少體內胰

島素的釋放，而胰島素可刺激肝臟合成膽固醇，所以胰島素釋放的減少可以使血漿膽固醇水平受到影響。各種纖維因

可吸附膽汁酸，使脂肪、膽固醇等吸收率下降，也可達到降血脂的作用。另外，膳食纖維在大腸中被腸道細菌代謝產

生一些短鏈脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸。

（4）預防結腸癌

四、乳糖不耐受症**

世界各地都有一部分人有不同程度的乳糖不耐受。

癥狀：不能或只能少量地分解吸收乳糖，大量的乳糖因未被吸收而進入大腸，在腸道細菌作用下產酸、產氣、引起胃

腸不適、脹氣、痙攣和腹瀉等。

造成乳糖不耐受的原因主要有：

1. 先天性缺少或不能分泌乳糖酶；

2. 一些藥物如抗癌藥物或腸道感染而使乳糖分泌減少；

3. 更多的人是由於年齡增加，乳糖酶水平不斷降低，一般自2 歲以後倒青年時期，乳糖酶水平可降到出生時的5%-10%。

克服乳糖不耐受性的方法：

1. 可選用經發酵的乳製品；

2. 用逐步增加攝入量和堅持不斷攝入牛奶及其製品也是很好的克服和減低乳糖不耐受的方法。

世界上完全沒有乳糖不耐受的人僅佔30%左右。

五、碳水化合物的食物來源與膳食參考攝入量

碳水化合物的主要來源為穀類（澱粉含量70%-80%）、還有根莖類（其新鮮品含15%-25%）、豆類（21%-60%）

動物性食品中，除肌肉和肝外，只有乳類可提供一些碳水化合物。

在某些經濟發達國家和地區，食糖也是人們所需碳水化合物的常見來源，但流行病學的調查，大量消費食糖（每日消

耗100 克以上）與冠心病有一定關係。

根據我國膳食碳水化合物的實際攝入量：**

除2 歲以下的嬰幼兒外，碳水化合物應提供55%-65%的膳食總能量（AI）；並來自不同種類的食物，包括穀類、薯類、

豆類、蔬菜和水果等植物性食物的多種形式的碳水化合物，還應限制純能量食物如食糖的攝入量不要超過1 天總能量

的10%，提倡攝入營養素/能量密度比值高的食物，以保障人體能量充足和營養素的需要。

六、碳水化合物與血糖指數**

（一）血糖指數的概念（glycemic index，GI）

是1986 年Jenkin 首先提出用以衡量碳水化合物對血糖反應的有效指標，提出了不同種類的碳水化合物有不同「質量」

的新理論。

FAO/WHO 專家委員會1997 年對血糖指數的定義為：在一定時間內，50 克含碳水化合物的食物血糖應答曲線下面積

（area under the cueve，AUC）與同一個體攝入50 克碳水化合物的標準食物（葡萄糖和麵包）血糖應答曲線下面積之

比。

在人體內碳水化合物被降解成為單糖由血液進入細胞，這種轉運過程受人體分泌胰島素的量所控制，當食品中的

碳水化合物被消化後，導致血糖升高並誘導人體產生飽感。胰島素的分泌使血糖轉運至細胞以恢復正常的血糖濃度，

降低越快產生飢餓感就越快。

相同的碳水化合物，可產生不同的血糖反應和相應不同的GI 值。如表：

表部分食物的血糖生成指數（葡萄糖=100）

食物GI 食物GI 食物GI

麵包69 果糖20 蜂蜜75

大米72 土豆80 乳糖90

糯米66 新土豆70 蔗糖60

玉米粥80 胡蘿蔔92 麥芽糖108

蘋果39 香蕉62 牛奶36

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GI 值高（＞75）的食物進入胃腸後，消化快、吸收完全，葡萄糖進入血液後峰值高，也就是血漿葡萄糖升得高；

GI 值低（GI＜55）的食物在胃腸停留時間長，釋放緩慢，葡萄糖進入血液後峰值低，簡單說就是，血漿葡萄糖比較低。

食物血糖生成指數還受到許多因素影響，如食物中碳水化合物類型、結構，食物得化學成分和含量，以及食物的物理

狀況和加工製作過程的影響。

（二）血糖指數的應用

1、控制血糖：

保持穩定的血糖濃度對糖尿病人十分重要。多項研究表明，低GI 食物針對餐後血糖應答是一種靈活有效的膳食治療方

法。與高GI 食物不同，攝入低GI 食物後血糖僅輕度或中度升高並緩慢回落，不會出現低血糖現象，刺激胰島素的釋

放也較少。攝入高GI 的食物後引起血糖大幅升高，往往伴隨著血糖迅速回落，因此，低GI 食物可有效控制餐後胰島

素和血糖異常，有利血糖濃度保持穩定。此外，低GI 食物攝入後能維持血糖水平對糖尿病患者和健康人的飽腹感、情

緒、認知功能等有積極作用。目前國際糖尿病研究所健康教育節目、美國新版的飲食學都用大篇章節論述食物GI 對糖

尿病人的重要性。但對糖尿病患者來說，脂肪含量高的低GI 食品仍然不是一種好選擇。（如冰淇淋）

2、控制體重和血壓

低GI 飲食在吸收後的代謝能量利用，飽腹感、調節食物攝入量和體重控制等方面較高GI 飲食更好。長期低GI 飲食能

影響脂質代謝和機體脂肪的分布，提示低GI 飲食可能對超重人群有利，並有利於預防代謝性疾病的發生。動物試驗還

提示在攝入低GI 食物後，能更有效的接受訓練信息和改變行為，更好地適應環境，因此，食物血糖指數的概念和數值

不僅用於對糖尿病人的膳食管理，而且被廣泛應用於高血壓病人和肥胖者的膳食管理。

3、指導運動員補膳：

在大運動量訓練前補充低GI 食物較為有利，低GI 食物可以溫和地提高血糖水平，有利於維持穩定持續的血糖水平和

較高的遊離脂肪酸水平，從而節約糖原，改善運動耐力；而運動後選用高血糖指數的食物較好，因為它能通過及時補

糖補充運動中糖原的消耗，提高肌糖原再合成速率，有利於運動後減輕疲勞和體力恢復。

4、改善胃腸功能：

高GI 食物，消化吸收既快又好，對消化吸收功能較差的人群有利；而低GI 食物含抗性澱粉或非澱粉多糖較多，有利

於結腸內益生菌繁殖和排便。

5、指導食物碳水化合物的消化吸收的研究：

GI 可反映食物碳水化合物被人體消化吸收的程度，食物中碳水化合物的種類、含量、烹調方式都會影響GI 水平，故GI

可作為膳食搭配、食品加工和食物營養價值研究的一個有用指標。

七、糖代用品（*）

主要用於增加食物的甜味，可分為糖醇類、合成甜味劑和天然甜味劑。

食用糖甜味與能量大小有關，但糖代用品則不然。（*）

糖醇：在食糖代用品中，口腔細菌對糖醇的代謝比其它糖類慢，因此在口香糖中添加糖醇作為甜味劑很常見，例如，

（1）木糖醇不僅不能被口腔細菌利用，而且還能阻止細菌生成酸和黏附在牙齒表面。（2）異麥芽糖醇由一分子甘露醇

或山梨醇與一分子葡萄糖結合而成，熱性質穩定，因此可用於煮或煎烤的食品。

糖精：主要用於加工食品和飲料，關於糖精的安全性問題出現於20 世紀70 年代，動物實驗發現糖精會引起小鼠膀胱

癌，雖然現在人群研究並沒有表明膀胱癌升高的趨勢，但是仍把糖精列為低毒物品，建議成人每天食用量不超過

1000mg，兒童不超過500 mg。但對人體致癌的可能性尚未完全排除，因此應避免一次大量使用。

三氯蔗糖是唯一由蔗糖製成的人工增甜劑，三個氯原子取代了蔗糖結構中的三個羥基，使三氯蔗糖的甜度比蔗糖

甜600 倍。三氯蔗糖屬無能量的甜味劑，通過消化道不被人體代謝，而全部從尿液和糞便中以原形排出，相對安全性

較高。具有無毒、不致癌的特點。1990 年，食品舔加劑聯合專家委員會JECF 將三氯蔗糖的ADI 值從原來的3.5mg/(kg·bw)

提高到15 mg/(kg·bw)；目前已在中國、美國、日本、澳大利亞等30 多個國家獲得批准使用。

阿斯巴甜由天門冬氨酸和苯丙氨酸結合而成，在消化時分開，與蛋白質一起代謝。味道類似甘蔗，因此很受歡迎，

但由於其不耐熱，用於無需加熱的食品。1g 阿斯巴甜產生17kJ 的熱量，但用量很少，所以在食品中幾乎不佔熱量。ADI

值為40 mg/(kg·bw)，已在100 多個國家和地區批准使用，包括中國及美國、日本、歐共體、澳大利亞等。基於苯丙酮

酸尿症患者需要控制苯丙氨酸的攝入量，因此一些國家要求含有阿斯巴甜的飲料需標明其成分。

值得指出的是，食物中適量甜味劑不會對健康帶來影響，但是甜味劑本身並不刺激或抑制食慾，應合理地使用甜

味劑。

八、食品腐敗的化學過程及鑒定指標

食品的腐敗變質，實質上是食品中的蛋白質、脂肪、碳水化合物等營養成分受微生物、食品中的酶及環境影響等因素

共同作用的結果。其分解產物和細胞組織結構的變化可形成腐敗變質的各種特徵，故可從感官、物理、化學和微生物

四個方面鑒定食品腐敗變質的性質和程度。

碳水化合物的分解
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