碳水化合物課件

1、第四章 碳水化合物Chapter4 Carbohydrate4-1 概述(Introduction)碳水化合物是各類糖的總稱，由C、H、O三種元素組成，大多數(shù)都符合通式Cn(H2O)m，是自然界分布最廣的有機(jī)物；糖是綠色植物光合作用的主要產(chǎn)物，自然界的生物物質(zhì)中，糖類化合物約占 3/4，從細(xì)菌到高等動物都含有糖類化合物，植物體中含量最豐富，約占其干重的 85%90%。地球上每年通過光合作用要生產(chǎn)出1000億噸以上的碳水化合物。 大腦工作時所需的唯一直接來源，是一種叫“葡萄糖”的物質(zhì)，這是其他營養(yǎng)素?zé)o法替代的。低碳水化合物減肥的危害美國塔弗茲大學(xué)研究表明，腦細(xì)胞需要葡萄糖作為能量，但腦細(xì)胞無法貯

2、存葡萄糖，需要通過血液持續(xù)供應(yīng)。如果碳水化合物食品攝取不足，可能造成腦細(xì)胞所需要的葡萄糖供應(yīng)減少，對學(xué)習(xí)、記憶及思考力會造成傷害。 4-2 碳水化合物的功能供能與節(jié)約蛋白質(zhì)人類獲取能量最經(jīng)濟(jì)、最主要的來源，1g葡萄糖可提供17kJ的能量；碳水化合物供給充足，可是蛋白質(zhì)免于消耗，用于最適合的地方；構(gòu)成體質(zhì)構(gòu)成機(jī)體組織的重要物質(zhì)，參與各種生命活動。如糖脂是神經(jīng)組織和細(xì)胞膜的組成成分，核糖和脫氧核糖是核酸的構(gòu)成成分；維持神經(jīng)系統(tǒng)的功能與解毒腦、神經(jīng)和肺組織需要葡萄糖作為直接能源物質(zhì)；機(jī)體肝糖原能提高對某些細(xì)菌毒素的抵抗能力；增強(qiáng)腸道功能；非淀粉多糖如纖維素、半纖維素、果膠、以及功能性低聚糖，本身不能

3、被消化吸收，但可刺激腸道蠕動；風(fēng)味結(jié)合不吃早餐或早餐碳水化合物含量低引起腦部的營養(yǎng)不足，使注意力無法集中起來。 儲存在肝臟的糖分將被分解，使得肝臟機(jī)能變得低下。 體內(nèi)的蛋白質(zhì)被分解，使身體變得易疲勞。 破壞體內(nèi)的pH值酸堿平衡，使血液偏向酸性，從而引起昏睡狀態(tài) 。4-3 分類(Classification)糖：包括單糖、雙糖和糖醇結(jié)構(gòu)最簡單的糖，是不能再被水解的糖單位；根據(jù)官能團(tuán)的特點(diǎn)又分為醛糖(CHO)和酮糖(C=O);常見的單糖有葡萄糖、果糖、甘露糖、木糖等。低聚糖（寡糖）由 220 個單糖分子縮合而成，水解后產(chǎn)生單糖。多糖多個單糖分子縮合而成，其聚合度很大，不溶于水，沒有甜味，常見的多糖

4、有淀粉、纖維素和果膠等。糖糖是指能夠準(zhǔn)確測定的碳水化合物，包括單糖、雙糖和糖醇。食品中的單糖主要是葡萄糖和果糖。雙糖是由兩分子單糖縮合而成，天然雙糖主要有蔗糖、乳糖和麥芽糖。其中，麥芽糖主要來自淀粉水解。糖醇是由相應(yīng)的糖經(jīng)催化加氫制成，如木糖醇、山梨糖醇、乳糖醇等。單糖的結(jié)構(gòu)和命名根據(jù)糖分子中所含碳原子數(shù)，分別稱為丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。手性碳和旋光性連接4個不相同的原子或基團(tuán)的碳原子。 左旋體用()表示，右旋體用(+)表示。以甘油醛為標(biāo)準(zhǔn)，糖分子中距離羰基最遠(yuǎn)的手性碳與右旋甘油醛構(gòu)型相同為D-構(gòu)型，與左旋甘油醛構(gòu)型相同為L-構(gòu)型。食物中的糖類化合物戊糖含五個碳原子的糖。自然界中只有D-

5、木糖、L-阿拉伯糖、D-核糖和D-2-脫氧核糖。生物體內(nèi)，D-核糖或D-2-脫氧核糖作為糖基是以五元呋喃環(huán)形是存在的，是RNA和DNA的重要成分。己糖 含六個碳原子的糖。在自然界里大量存在D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖和D-果糖。葡萄糖叫做右旋糖，果糖叫做左旋糖。1.葡萄糖 人體能量的主要來源，食物中的碳水化合物，經(jīng)酶催化水解后，得到葡萄糖，它為人體提供活動的能量。人體內(nèi)的核糖和脫氧核糖，以及粘多糖、糖蛋白、糖脂、脂類、非必需氨基酸都是由葡萄糖轉(zhuǎn)化來的。 最初是從成熟的葡萄中獲得(熟葡萄中含2030)。它以游離形式存在于葡萄、香蕉、柿子等多種水果中，谷類、玉米、甘薯、蔬菜、蜂蜜中也都有葡萄

6、糖。大量用做醫(yī)藥，直接注射到血液中，供嚴(yán)重病人救急。或作為營養(yǎng)劑，于病后恢復(fù)期或手術(shù)后靜脈滴注，能促進(jìn)體力的恢復(fù)。 2.甘露糖 甘露糖游離態(tài)存在很少，通常以甘露聚糖或糖甙的形式存在于植物中。 3. 半乳糖糖與人的血型：人的血型就是由細(xì)胞表面上，糖蛋白或糖脂的糖鏈末端，露出的單糖結(jié)構(gòu)決定的。A型血就是末端為乙酰氨基半乳糖，B型血是末端為半乳糖，用酶去掉這兩種糖，成為O型血。臨床上可以把A行或者B型血轉(zhuǎn)變成O型血，是用咖啡豆或大豆制備的-半乳糖苷酶催化。 4. 果糖 葡萄、梨、蘋果等甜的水果及蜂蜜中含量最多，它在各種水果中的含量很高，所以稱為果糖。各種水果與蜂蜜含果糖的量見P29表3-2。前四種含

7、量高，其中香蕉總的含糖量最高。一分子果糖與一分子葡萄糖縮合，成為蔗糖。甜菊糖是多聚果糖。果糖的優(yōu)點(diǎn)：單糖中最甜的糖，其甜度是葡萄糖的兩倍，是蔗糖的一倍。果糖有香味，食后無苦味，冷時比熱時甜，適合制作冷飲一類食品。 果糖與其它甜味劑有協(xié)同效應(yīng)，使甜度提高。 果糖不易造成齲齒。 果糖在人體內(nèi)，可以經(jīng)過轉(zhuǎn)氨基作用合成非必需氨基酸，而轉(zhuǎn)變成脂肪的可能性比葡萄糖小。 低聚糖有210的單糖聚合而成的化合物叫低聚糖。兩個單糖分子之間失去一分子水形成雙糖。由三個單糖分子失去兩分子水形成叁糖。低聚糖也叫寡糖。 最常見的低聚糖為蔗糖、乳糖、麥芽糖、纖維二糖和棉子糖。 1. 蔗糖 蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖以

8、-1,2-糖甙鍵方式連接的，是自然界分布最廣、產(chǎn)量最大的二糖。蔗糖因最初從甘蔗中提取而得名，是千百年來人們最主要的食用糖。 綿白糖、白砂糖、紅糖、黃糖都是蔗糖，只是制法不同而已。 蔗糖以甘蔗和甜菜里含量最為豐富，甘蔗中約含16-26，甜菜中約含12-15。 2. 麥芽糖 麥芽糖是由兩分子葡萄糖以-1,4-糖甙鍵的連接而成的，它水解生成兩分子葡萄糖。麥芽糖是淀粉類食物在消化過程中的第一個產(chǎn)物，也是淀粉的結(jié)構(gòu)單位。麥芽糖是飴糖的主要成分。3. 乳糖乳糖是由一分子半乳糖和一分子葡萄糖，以-1,4-糖甙鍵的形式連接而成的。乳糖存在于哺乳動物及人的乳汁中，為初生嬰兒及動物的重要營養(yǎng)物。人奶中乳糖含67，

9、牛奶及羊奶中含45。 為什么有的人喝牛奶消化吸收，有的人不能消化吸收？ 多糖多糖是由糖甙鍵連接起來的醛糖或酮糖組成的天然大分子。多糖是所有生命有機(jī)體的重要組成成分并與維持生命所必需的多種功能有關(guān)，大量存在于藻類、真菌、高等陸生植物中。多糖分類：按來源分：多糖可分成植物性多糖、動物性多糖和微生物多糖三類。淀粉植物性多糖；甲殼素動物性多糖；蟲草多糖微生物多糖。按性質(zhì)與功能分：多糖可分為結(jié)構(gòu)骨胳多糖、貯存營養(yǎng)多糖和粘性成分三類。結(jié)構(gòu)骨骼多糖：充作植物或動物的結(jié)構(gòu)材料，如纖維素、半纖維素和甲殼素(也叫角質(zhì)素)等，它們不溶于冷水和熱水；貯存營養(yǎng)多糖：在動植物體內(nèi)作為單糖的貯存形式，如淀粉、菊糖、肝糖等；

10、粘性成分：指廣泛存在于植物中的樹膠、果膠和粘液質(zhì)。 一、 淀粉(Starch) 淀粉是食物的主要成分之一，存在于植物的根莖及種子中，大米中含量約為6282，小麥中約含5775，玉米中約含6572，馬鈴薯中約含1214。淀粉一般含水1419的水分，其中10是結(jié)晶水。淀粉用酸水解，或者被酶水解，逐步水解成糊精、麥芽糖，最終產(chǎn)物是葡萄糖。 直鏈淀粉和支鏈淀粉直鏈淀粉約占淀粉總量的20，能溶于水。 支鏈淀粉：約占淀粉總量的80，結(jié)構(gòu)象樹杈，主鏈上帶有側(cè)鏈，不溶于水，與熱水作用生成漿糊。支鏈淀粉分子量較大，約在10萬100萬之間，聚合度為600-6000。支鏈淀粉較難水解，用淀粉酶只能水解60。剩下的是

11、-1,6-枝叉鍵，不能水解，必須用-1,6-糖甙酶才能使之水解。馬鈴薯淀粉大都是支鏈淀粉。 二、纖維素(Cellulose )由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑，是植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。 纖維素的基環(huán)是D-葡萄糖以b-1, 4-糖苷鍵組成，分子量約500002500000，相當(dāng)于30015000個葡萄糖基脫水葡萄糖，其分子式為(C6H10O5)n 纖維素在國民經(jīng)濟(jì)中具有重大價值，它們是造紙、紡織、膠粘劑、塑料、炸藥、石油鉆井等的工業(yè)原料。名稱wt%棉花8896亞麻6570木材4050秸桿3140幾種纖維植物

12、的纖維素含量三、半纖維素半纖維素是許多植物細(xì)胞壁中的成分，包括聚合度稍低的六碳聚糖(葡萄聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖、半乳甘露聚糖)和五碳聚糖(木聚糖和阿拉伯聚糖)，與纖維素、木質(zhì)素、果膠和樹膠共生，比纖維素較易水解。半纖維素中，數(shù)量最大的是木聚糖，是由2040個D-木糖分子經(jīng)-1, 4-糖甙鍵連接。 四、果膠 果膠是幾種多糖的混和物，在體內(nèi)不能被消化吸收，但能促進(jìn)腸道蠕動，它在吸水浸脹后，有利于糞便的排出，能防止便秘。果膠主要出現(xiàn)在植物果實和一些根菜中，蘋果皮和草莓中都含有豐富的果膠。果膠由果膠酸、阿拉伯聚糖和半乳聚糖組成。五、肝糖(Glycogen)又稱糖原，葡萄糖的聚合物，其結(jié)構(gòu)與支鏈淀粉的

13、結(jié)構(gòu)相似，分子量最高可達(dá)500萬。與支鏈淀粉相比，其枝叉多，支鏈短。糖原的支鏈由810個葡萄糖構(gòu)成，支鏈淀粉的支鏈含2030個葡萄糖。肝糖是動物貯藏碳水化合物的形式，也是動物間接、迅速可利用的能源，當(dāng)劇烈運(yùn)動或肌肉收縮時，糖原會很快地降解為葡萄糖。 作用：維持血糖的濃度。在血中血糖的濃度基本上是衡定的，一般是每100mL血液中含160180mg葡萄糖。當(dāng)血糖濃度高時，多余的葡萄糖就在肝內(nèi)迅速轉(zhuǎn)變成肝糖原貯存起來。當(dāng)血糖濃度低于160mg時，肝糖原迅速分解成葡萄糖進(jìn)入血液，維持血糖濃度。感到饑餓時，血糖濃度已低于160mg，這時吃塊水果糖，很快補(bǔ)充血糖，饑餓感就會消除。六、甲殼素甲殼素：也叫幾丁

14、、角糖，屬于結(jié)構(gòu)骨骼多糖，大量存在于蝦、蟹、昆蟲等節(jié)足動物的甲殼中。它是2-乙酰氨基葡萄糖的聚合物，具有-1,4-糖甙鍵。將蝦殼或蟹殼用強(qiáng)堿處理，除去其中的CaCO3，剩下的即是甲殼素。殼聚糖：甲殼素用酸水解，脫去乙酰基，獲得殼聚糖聚氨基葡糖。它用酸進(jìn)一步水解得2-氨基-D-葡萄糖。殼聚糖可作為食品工業(yè)中的絮凝劑和化妝品中的保濕劑，氨基葡萄糖可加到味精中作增味劑。 甲殼素(Chitosan) 又稱甲殼質(zhì)、幾丁質(zhì)、幾丁聚糖，是自然界中迄今為止發(fā)現(xiàn)的唯一帶正電荷的動物纖維素，提煉自海洋生物體的外殼，例如蝦蟹等水中生物。由于它的分子結(jié)構(gòu)中帶有不飽和的陽離子基團(tuán)，因而它對帶有負(fù)電荷的各類有害物質(zhì)具有強(qiáng)

15、大的吸附作用，能清除人體內(nèi)的“垃圾”，從而對受損細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)和活化，因此該纖維被人們稱作為“保健型纖維”。甲殼素具有抗癌抑制癌、瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，提高人體免疫力及護(hù)肝解毒作用。尤其適用于糖尿病、肝腎病、高血壓、肥胖等癥，有利于預(yù)防癌細(xì)胞病變和輔助放化療治療腫瘤疾病。 木糖醇木聚糖經(jīng)稀酸水解生成木糖，催化加氫生成木糖醇，化學(xué)名叫1, 2, 3, 4, 5-戊五醇。木糖醇的甜度僅低于果糖，比蔗糖還甜，大有取代蔗糖成為第一甜味劑的趨勢。木糖醇入口后伴有清涼感，是因為它易溶于水，在溶解時吸收一定熱量。木糖醇在人體內(nèi)代謝中不需要胰島素，它可以作為糖尿病患者的甜味劑、營養(yǎng)劑。木糖醇對肝病患者有改善肝功能和抗脂肪

16、肝的作用，治療乙型遷延性肝炎，對乙型慢性肝炎及肝硬化有明顯療效，是肝炎并發(fā)癥病人的理想輔助藥物。防止齲齒 木糖醇+口香糖=黃金搭檔木糖醇防止齲齒的機(jī)理：口腔內(nèi)的鏈球菌是造成蛀牙的主要原因，它生長在牙齒的牙垢中，能使食品中的碳水化合物發(fā)酵，產(chǎn)生乳酸，腐蝕牙齒法瑯質(zhì)，形成牙洞。而鏈球菌吸收木糖醇后，其代謝受阻細(xì)胞生長受到抑制，其數(shù)量與活力減少，使蛀牙大為減少?？谙闾堑漠a(chǎn)生和墨西哥的一位叫做桑塔安納的將軍有關(guān)。他在1836年的賈森托戰(zhàn)役中被俘，后被美國山姆豪斯頓將軍釋放回國。后來，桑塔安納帶著一種曬干了的人心果樹樹膠到了美國紐約，人心果樹生長在墨西哥叢林里，當(dāng)?shù)厝税堰@種樹的樹膠放在口里嚼咬。正是墨西

17、哥人的這種“吃”法，經(jīng)過桑塔安納的用心經(jīng)營后，演變出了現(xiàn)代的口香糖工業(yè)?？谇患?xì)菌4-4 活性多糖具有生物學(xué)功能的多糖又被稱為“生物應(yīng)答效應(yīng)物”(biological response modifier，BRM)或活性多糖（active polysaccharides）。很多多糖都具有抗腫瘤、免疫、抗補(bǔ)體、降血脂、降血糖、通便等活性。活性多糖包括：膳食纖維、真菌多糖和植物多糖。 1999年7月26日IFT(the Institute of Food Technologists)年會在芝加哥就膳食纖維的定義舉行了專門的論壇。1999年11月2日在84th 美國谷物化學(xué)師協(xié)會(AACC)年會上舉行專

18、門會議對膳食纖維的定義進(jìn)行了討論?！胺彩遣荒鼙蝗梭w內(nèi)源酶消化吸收的可食用植物細(xì)胞、多糖、木質(zhì)素以及相關(guān)物質(zhì)的總和”。不溶性膳食纖維：包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、原果膠和動物性的甲殼素和殼聚糖水溶性膳食纖維是指不被人體消化酶消化，但溶于溫水或熱水的那部分膳食纖維，主要包括存在于蘋果、桔類中的果膠，植物種子中的膠，海藻中的海藻酸、卡拉膠、瓊脂和微生物發(fā)酵產(chǎn)物黃原膠，以及人工合成的羧甲基纖維素鈉鹽等。 膳食纖維(Dietary fiber) ：人類的第七大營養(yǎng)素膳食纖維的生理功能20世紀(jì)60年代，在大量的研究事實與流行病調(diào)查結(jié)果基礎(chǔ)上，膳食纖維的重要生理功能才為人們所了解，并逐漸得到公認(rèn)，現(xiàn)在它已

19、被列入繼蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、維生素、礦物元素和水之后的第七營養(yǎng)素。 （一）調(diào)整腸胃功能(整腸作用)膳食纖維能使食物在消化道內(nèi)的通過時間縮短，一般在大腸內(nèi)的滯留時間約占總時間的97%，食物纖維能使物料在大腸內(nèi)的移運(yùn)速度縮短40%，并使腸內(nèi)菌群發(fā)生變化，增加有益菌，減少有害菌，從而預(yù)防便秘、靜脈瘤、痔瘡和大腸癌等，并預(yù)防其它合并癥狀。防止便秘改善腸內(nèi)菌群和輔助抑制腫瘤作用緩和由有害物質(zhì)所導(dǎo)致的中毒和腹瀉避免闌尾炎的發(fā)生（二）調(diào)節(jié)血糖值 膳食纖維中的可溶性纖維，能抑制餐后血糖值的上升，其原因是延緩和抑制對糖類的消化吸收，并改善末梢組織對胰島素的感受性，降低對胰島素的要求。水溶性膳食纖維隨著凝膠

20、的形成，阻止了糖類的擴(kuò)散，推遲了在腸內(nèi)的吸收，因而抑制了糖類吸收后血糖的上升和血胰島素升高的反應(yīng)。膳食纖維能改變消化道激素的分泌，如胰汁的分泌減少，從而抑制了糖類的消化吸收，并減少小腸內(nèi)糖類與腸壁的接觸，從而延遲血糖值的上升。因此，提高可溶性膳食纖維的攝入量可以防止型糖尿病的發(fā)生。但對型糖尿病的控制作用很小。 （三）調(diào)節(jié)血脂 可溶性膳食纖維可螯合膽固醇，從而抑制機(jī)體對膽固醇的吸收，并降低血漿膽固醇5%10%，且都是降低對人體健康不利的低密度脂蛋白膽固醇，而高密度脂蛋白膽固醇降得很少或不降。相反，不溶性纖維很少能改變血漿膽固醇水平。膳食纖維能結(jié)合膽固醇的代謝分解產(chǎn)物膽酸，從而會促使膽固醇向膽酸轉(zhuǎn)

21、化，進(jìn)一步降低血漿膽固醇水平。流行病學(xué)的調(diào)查表明，纖維攝入量高與冠心病死亡的危險性大幅度降低有關(guān)。 （四）控制肥胖 大多數(shù)富含膳食纖維的食物，僅含有少量的脂肪。因此，在控制能量攝入的同時，攝入富含膳食纖維的膳食會起到減肥的作用。粘性纖維使碳水化合物的吸收減慢，防止了餐后血糖的迅速上升并影響氨基酸代謝，對肥胖病人起到減輕體重的作用。膳食纖維能與部分脂肪酸結(jié)合，使脂肪酸通過消化道，不能被吸收，因此對控制肥胖癥有一定的作用。 （五）消除外源有害物質(zhì) 膳食纖維對汞、砷、鎘和高濃度的銅、鋅都具有清除能力，可使它們的濃度由中毒水平減低到安全水平。食物來源膳食纖維是植物性成分，而非動物性成分，植物性食物是膳食纖維的天然食物來源。膳食纖維在蔬菜、水果、粗糧、雜糧、豆類、菌類及藻類食物中含量豐富。糧谷類、豆類的麩皮、糠、豆皮含有大量的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素；燕麥和大麥含有多量的粗纖維；檸檬、柑橘、蘋果、菠蘿、香蕉等