碳水化合物的分類及作用

05-29

碳水化合物的分類及作用

　　碳水化合物是由碳、氫、氧三種元素組成的多羥基醛或多羥基酮。在營養學上，一般根據碳水化合物結構特點和性質的不同將其分為單糖、低聚糖和多糖。

1、單糖

　　單糖（Monosaccharides）是所有碳水化合物的基本結構單元，其碳原子個數為 3-6 個，較為常見的有戊糖（C5）和己糖（C6），其中己糖最為常見。常見戊糖有核糖和甘露糖；常見己糖包括葡萄糖、果糖和半乳糖。單糖易溶於水，有甜味、結晶性和旋光性。

A、葡萄糖

　　葡萄糖（Glucose）一般以遊離態存在於葡萄、香蕉、柿子等多種水果中，它是機體吸收利用最好的糖。葡萄糖是一種可發酵糖，在酵母菌的作用下分解生成乙醇。工業上葡萄糖的生產一般採用酶法或酸法水解澱粉原料而成。葡萄糖既可直接食用，又可通過靜脈注射到血液中，釋放能量最快。

B、果糖

　　果糖（ Fructose ）因其最早從水果中分離出來而得名。它是以遊離態存在於蜂蜜（40%）、葡萄（6.5%）、蘋果（6%）和梨等水果中。果糖甜度高，為最甜的一種天然單糖，其甜度為葡萄糖的兩倍，蔗糖的 1.5 倍。果糖口味好，有一種香味且食後無苦味，冷時甜度更大，特別適於冷飲食品的製作。此外，果糖吸濕性較強，可用於一些需要保濕的糕點及糖果的加工。

　　果糖在人體內被吸收後，其代謝過程不受胰島素的控制，因此適於糖尿病人食用。此外，果糖在體內轉化成脂肪的可能性低於葡萄糖，但果糖一次食用量不宜過大，過多攝入可導致腸道內滲透壓的增加而引起腹瀉。據此，還可以認為果糖具有防治便秘的作用，因此輕度便秘者可採用口服蜂蜜法進行食療。

2、低聚糖

　　低聚糖（Oligosaccharides），又稱寡糖，由 2-10 個單糖分子脫水縮合而成。根據其可消化性的不同，分為普通低聚糖和功能性低聚糖。普通低聚糖是一類能夠被人體消化吸收利用的低聚糖，而功能性低聚糖則不能被人體消化，但對人體具有特殊的生理功能。根據其構成單糖數量的多少，普通低聚糖可分為雙糖、三糖和四糖等，它們分別由 2-4 個糖單元構成，其中以 2 個己糖分子脫水縮合而成的雙糖分子最為多見。低聚糖均易溶於水，有甜味、旋光性和結晶性。

A、普通低聚糖

　　（1）蔗糖（Sucrose）。蔗糖俗稱食糖，有紅糖、白糖及冰糖 3 種形式。其廣泛分布於植物界，尤以甘蔗和甜菜中含量最高，二者是製備蔗糖的原料。它是由一分子的葡萄糖和一分子的果糖以α-1,2 糖苷鍵連接而成。

　　蔗糖是食品加工中重要的甜味劑，但會引發齲齒。蔗糖為可發酵性糖，易被口腔中微生物利用，而在牙齒表面形成一層粘性很強的不溶性葡聚糖，同時產生能腐蝕牙齒的

酸，由此形成齲齒。因此，粘附在牙齒上的食物，特別是甜食對牙齒甚為有害，只有保持良好的口腔衛生，才能減少或避免齲齒的發生。從這一點來看，晚上刷牙比早晨刷牙意義更大。愛護牙齒要從小抓起，做父母的要盡量控制 1-3 歲幼兒對糖果的食用量，尤其在睡前不要讓他們食用糖果。流行病學調查研究顯示，嗜好糖果的人或兒童其齲齒髮生率明顯高於無糖果嗜好的人或同齡兒童。

　　（2）麥芽糖（Maltose）。麥芽糖為兩分子葡萄糖以α-1,4 糖苷鍵連接而成的雙糖，僅存在於植物體中，各種穀物的發芽種子中均含有麥芽糖，尤以大麥芽中含量最高，因此而得名。含澱粉的食物經唾液澱粉酶作用可部分水解成麥芽糖，這就是吃饅頭或米飯時細嚼慢咽產生甜味感覺的原因所在。由大麥芽熬制而成的飴糖主要成分為麥芽糖和糊精。

　　（3）乳糖（Lactose）。乳糖是由一分子葡萄糖和一分子半乳糖以β-1,4 糖苷鍵連接而成，因存在於哺乳動物乳汁中而得名。乳糖在乳汁中的含量為 5%-8%。乳糖甜味較低，不能被酵母發酵，但能被乳酸菌發酵而生成乳酸。乳糖是嬰兒食用的主要糖類物質，但隨著年齡的增加，腸道內分解乳糖的酶（乳糖酶）活性急劇降低，有的甚至缺乏，因此腸道內缺乏乳糖酶的成年人食用牛奶後往往會產生乳糖不耐症，出現噁心、腹脹、腹瀉及其他消化不良癥狀。這主要由於乳糖在腸道內積聚而引起腸腔內滲透壓增加，造成腸壁水分反流入腸腔，從而引起腹瀉。乳糖是嬰兒營養中必不可少的成分，乳糖具有維持腸道健康、減少嬰兒腹瀉發生的作用。乳糖在腸道內乳酸菌的作用下，分解產生乳酸，降低了腸道的 pH 值，從而使腸道內鹼性腐敗菌的生長繁殖受阻，酸性有益菌的生長繁殖增強，起到保持腸道最合適菌群、減少嬰兒腸功能紊亂髮生的作用。此外，由於乳糖在腸道內可與鈣形成可溶性配合物，因此有促進鈣吸收的功能。

B、功能性低聚糖

　　功能性低聚糖（Functional Oligosaccharides）是指在小腸內不能被消化吸收而直接進入大腸，優先被腸道內有益菌（雙歧桿菌）所利用的一類低聚糖。功能性低聚糖是雙歧桿菌的營養物質，能促進其大量繁殖，因此又稱為雙歧因子。雙歧因子包括異構乳糖、低聚果糖、麥芽低聚糖、大豆低聚糖、低聚木糖、異麥芽酮糖、乳酮糖及低聚龍膽糖等。除了低聚龍膽糖具有苦味外，其餘均帶有程度不等的甜味，可作為功能性甜味劑用於多種保健食品、兒童食品和老年食品的加工。

　　（1）雙歧桿菌與人體健康。雙歧桿菌也稱雙叉桿菌，最早由法國人梯塞爾從健康母乳餵養的嬰兒糞便中發現，因其形態如棒，又帶一個叉，很像「Y」或「V」字，於是便採用常有分叉含義的拉丁字母命名為雙叉桿菌。在人體腸道內，雙叉桿菌是處於絕對優勢的菌株，也是惟一既不產生內毒素又不產生外毒素、無致病性並對人體具有許多重要生理功能的有益菌株。它們的存在、減少或消失，都將對人體健康產生不容忽視的影響。

　　嬰兒出生不久後，雙歧桿菌便會在腸道內繁殖，其數量隨年齡而變化，隨年齡的增加而逐漸減少。此外，腸道內雙歧桿菌的數量還受飲食的影響。日常生活中經常食用富含功能性低聚糖的人群中腸道內雙歧桿菌的數量要高於其他人群。正常情況下，雙歧桿菌一直與人體保持和諧的共生關係，可稱得上人類健康的忠誠伴侶。雙歧桿菌在人體內的作用主要表現為以下方面：

　　第一，調節人體腸道菌群。腸道內雙歧桿菌發酵低聚糖產生醋酸和乳酸等酸性物質和雙歧桿菌素等抗菌性物質。前者能使腸道 pH 值降低，從而抑制腸道內鹼性腐敗菌的生長繁殖，後者能有效地抑制痢疾桿菌、傷寒桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等致病菌的繁殖。此外，人體腸道內由鹼性腐敗菌群代謝產生的吲哚和胺類等有害物質也明顯減少，從而維護腸道內穩態的平衡和人體健康。

　　第二，合成多種維生素。雙歧桿菌在人體腸道內可合成維生素 B1、B2、B6、B12 及煙酸等多種維生素，對人體所需的維生素有一定的補充作用。

　　第三，整腸通便，預防便秘和腹瀉。雙歧桿菌的代謝產物醋酸和乳酸等能刺激腸道蠕動，平衡腸道菌群，增加糞便濕潤度，並保持一定的滲透壓，從而可以預防便秘和腹瀉。

　　第四，保護肝臟和抗癌。鹼性腐敗菌在腸道內能產生大量吲哚、硫化氫和胺等有害代謝物，這些物質在肝臟中用酸進行解毒，隨尿以葡萄糖醛酸和硫酸鹽的形式排出。由於雙歧桿菌在腸道內能抑制腐敗菌的生長和繁殖，因而可以減少這些有毒代謝物的產生，避免有毒物質進入肝臟，減輕毒物對肝臟的刺激，從而起到保護肝臟的作用。腸道腐敗

菌在代謝中還會產生一些致癌物質，如亞硝胺等。雙歧桿菌可通過抑制腐敗菌的生長而減少致癌物的形成，或適度分解致癌物及增強機體免疫力等起到抗癌作用。此外，雙歧桿菌還具有增強機體免疫力、提高抗衰老能力、降血脂、降血壓等作用。

　　（2）功能性低聚糖的生理功能。廣義上講，功能性低聚糖屬於低分子量的水溶性膳食纖維，因此它在某些生理功能方面類似於膳食纖維，但在一些物理特點上與膳食纖維有所不同，不具備膳食纖維所特有的吸水性、膨脹性和粘稠性。功能性低聚糖的生理功能主要歸功於其特有的發酵特徵，即作為雙歧桿菌的營養源或增殖因子，在體內發揮其獨特的生理作用。功能性低聚糖除了擁有上述雙歧桿菌所具有的功能外，還具有低能量或零能量及無致齲齒的特性。

　　功能性低聚糖由於很難或完全不被人體消化，並且它所提供的能量很低或幾乎為零，因此可作為功能性甜味劑，用於低能量食品的生產，以便最大限度地滿足那些喜愛甜食而又擔心發胖者的要求，也可作為糖尿病、肥胖症患者的甜味劑。由於功能性低聚糖不能為口腔微生物所利用，因此不會引起齲齒，可用於兒童食品的生產。

3、多糖

　　多糖（Polysaccharides）是由 10 個以上單糖分子脫水縮合而成的大分子化合物，廣泛分布於植物界，在動物體內也有存在。就其功能而言，一些不溶性多糖（如植物組織中的纖維素、半纖維素、木質素）和動物體內的甲殼質是構成組織基本骨架的原料；而一些作為貯存形式的多糖（如澱粉和糖原）則是生物機體的能源物；還有一些特殊的多糖（如粘多糖等），它們在動植物和微生物體內有著多種多樣而複雜的功能。

　　多糖在性質上不同於單糖和低聚糖，多糖一般不溶於水，有些則只能形成膠體溶液。多糖無甜味，無還原性，有旋光性，在酸或酶的作用下可水解成單糖。

　　營養學上，多糖可按其消化與否分為可消化多糖和不可消化多糖，前者包括澱粉和糖原，後者為膳食纖維。

A、澱粉

　　澱粉（Starch）廣泛分布於植物界，在植物種子（如大米、小麥、玉米、小米和高粱等）、根莖（如馬鈴薯、紅薯、木薯）以及果實（如紅豆、綠豆、豌豆、板栗等）中含量較高，一般可達 60%以上（以干基計）。天然澱粉有兩種存在形式，一種為直鏈澱粉，它溶於水，遇碘成藍色，加水加熱後形成的澱粉糊粘性較小，冷卻後易老化變硬；另一種為支鏈澱粉，其結構類似於樹枝狀，分子量更大，遇碘變紫紅色，不溶於水，加水加熱後可形成粘性很大的澱粉糊，冷卻後不易老化變硬。一般糧食中直鏈澱粉占 10%-20%，支鏈澱粉占 80%-90%。但糯米例外，其支鏈澱粉含量高達 99%，煮成的飯粘性極大。一般來說，粘性越大的糧食中支鏈澱粉含量越高，口感越佳，但作為烹調勾芡所用的淀粉，一般宜選用粘性較小的直鏈澱粉。在各種來源的澱粉中，一般地下生植物澱粉（如馬鈴薯、紅薯、木薯）和水生植物澱粉（如藕粉）中的支鏈澱粉含量較高，吸水膨脹性好，其膨化製品體積大、口感鬆軟；而地上系列的禾穀類（糯性糧食除外）的直鏈澱粉含量較高，吸水膨脹性差，其製品易於老化，口感較粗糙。

B、糖原

　　糖原（Glycogen）是動物體內葡萄糖的貯存形式，故有「動物澱粉」之稱。其存在於動物肝臟中的肝糖原和肌肉中的肌糖原是人和動物的能量來源，在體內主要發揮平衡血糖和解毒的作用。

4、糖醇

　　糖醇（Sugar Alcohols）為糖的衍生物，由單糖或雙糖加氫而成，也有天然存在的。在食品工業中常用糖醇代替蔗糖用於特殊營養食品的加工。常見的糖醇包括山梨糖醇、麥芽糖醇和木糖醇。這三種糖醇在人體內的代謝不受胰島素的控制，因此可作為糖尿病人的甜味劑。其中，山梨糖醇和木糖醇均可代謝產能（4kcal/g），是人體內的能源物質；而麥芽糖醇代謝產能很低，僅為葡萄糖的 1/40，可作為肥胖症患者的甜味劑。此外，木糖醇和麥芽糖醇不能被口腔微生物所利用，因此無致齲齒效應，可用於兒童食品中。