11.2.1 碳水化合物
碳水化合物是各种糖类的总称，也称糖类。它们是自然界中分布最广的有机物，是由碳、氢、氧三种元素组成的。大多数碳水化合物分子中的氢与氧的原子个数之比为2∶1，与水分子中氢和氧的原子比一样，故这类化合物称为碳水化合物。
1）碳水化合物的营养功能
（1）碳水化合物是人体最主要和最经济的能量来源 碳水化合物是绿色植物光合作用的产物。在粮谷食品中，碳水化合物的含量高达70%以上，不仅来源广，而且价格相对便宜。除少量粗纤维难以消化外，大部分都能被人体利用，产生能量。每克糖在人体内可产生1.72×104J的热量。虽然与同样重量的脂肪产生的热量相当，但大量食用不会产生油腻感，且具有产能快、易消化、体内氧化完全、无中间代谢产物的特点。目前，我国居民每天由碳水化合物中获得的能量约占总能量的60%～70%。
（2）碳水化合物是构成机体某些组织的必要成分 如血液中含有一定的血糖（即葡萄糖），若血糖含量不足，脑神经得不到足够的养分，人容易出现昏迷和休克，人体细胞核中的核糖、结缔组织中的粘蛋白等，也都有糖类物质参与其组成。
（3）保护肝脏 糖类被机体吸收后，除进入血液产生热量外，一部分合成糖原储存于体内，起到保护肝脏的作用。同时还可经合成转化为脂肪，储存于皮下和脏器组织周围。因此，食物中必须有足量的碳水化合物，但要注意不宜太多，以防止脂肪沉积太多而使人体发胖。
（4）糖能防止酸中毒 机体内脂肪在糖的参与下可氧化产生热量，当饮食中糖类不足时，机体所需要的热量就要靠脂肪供给。脂肪氧化不完全时，会产生一种酸性物质（酮体），积累到一定程度会出现酸中毒，引起大脑功能障碍。
（5）食物纤维对人体也有重要作用 纤维素虽然不能被人体消化吸收，但纤维素质地较硬，被胃液浸泡后体积增大，饱腹感强，并能刺激胃肠壁的机械作用，有利于胃肠蠕动和消化液分泌，便于食物消化，防止便秘。粗纤维在“饮食疗法”方面具有特殊疗效。
（6）糖还是重要的甜味剂 糖能改善食物的风味，增进食欲，是食品工业中的重要原料和日常必备的调味品。
2）碳水化合物的分类与特点
食品中的碳水化合物主要包括单糖、双糖和多糖三类。
（1）单糖类 单糖是不能被水解的最简单的糖，是一类在结构上由3～6个碳原子构成的糖，其中以六碳糖在自然界中分布最为广泛。食品中对人体营养有作用的单糖主要有葡萄糖、果糖和半乳糖，它们的分子式都是C6H12O6。
①葡萄糖：大部分水果中含有葡萄糖，某些蔬菜、粮食以及血液中也含有葡萄糖。葡萄糖可直接为人体吸收、利用。食品中的淀粉、糖原和双糖，只有经消化最终水解为葡萄糖和其他单糖，才能被人体吸收。
②果糖：广泛存在于瓜果中，尤其在蜂蜜中的含量较多。它是糖类中最甜的糖。它能被人体直接吸收。
③半乳糖：可由动物乳糖经水解后产生，少数植物中也有少量游离的半乳糖存在。半乳糖进入人体后可转化为葡萄糖而被吸收，并能促进钙的吸收，所以对婴幼儿和老人非常有益。
以上三种糖都能溶于水，也能形成结晶。在不同的微生物作用下能进行不同的发酵。在酵母菌作用下能进行酒精发酵，产生酒精和二氧化碳，酒的生产就是基于这一原理；在乳酸菌作用下可进行乳酸发酵，产生乳酸，酸奶和酸菜就是利用乳酸发酵原理制作的；工业上还利用特殊的微生物对单糖发酵生产氨基酸和柠檬酸等产品。
单糖在加热中，当温度超过熔点时，它们的分子会发生裂解变成深褐色的焦糖。单糖和蛋白质或氨基酸一起加热，能发生迈拉德反应，形成褐色物质和诱人的香气，如食品烘烤时出现的焦黄色和香气。
（2）双糖类 是能被水解为两个单糖分子的碳水化合物，或由两个单糖分子互相缩合的糖。食品中的双糖有很多种，但分子式均为C12H22O11。主要的双糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖。
①蔗糖：广泛存在于植物的根、茎、叶、花、果和种子中，主要存在于甘蔗和甜菜中，由于它最早从甘蔗中发现，因此得名蔗糖，它是食糖的主要成分。蔗糖在酶的作用下或与酸共热，会发生水解生成等量的葡萄糖与果糖的混合物，称之为转化糖。蜂蜜中含有天然的转化糖。
②麦芽糖：利用麦芽中的酶可以使淀粉水解，其产物中含有较多的麦芽糖。它是淀粉水解后的中间产物，易溶于水，在饴糖中含量较多。食用淀粉食物在消化道经唾液（淀粉酶）的作用有甜味的就是麦芽糖成分。
③乳糖：主要存在于动物的乳汁中。人乳的乳糖含量多于牛和羊的含量。乳糖经人体肠道中的乳糖酶作用水解为半乳糖和葡萄糖而被人体吸收。
（3）多糖 是指由许多单糖分子缩合而成的较复杂的糖。食品中最常见的多糖可分为两部分，一部分是能被人体消化吸收的多糖，如淀粉、糊精、糖原等；另一部分是不能被人体消化吸收的多糖，如纤维素、果胶和甲壳素。
①淀粉：它是人们饮食中热量的主要来源，主要存在于植物（米、面、薯等）的细胞中。淀粉呈颗粒状，吸湿性很强，没有甜味，也不能直接被人体吸收。在消化酶的作用下，淀粉水解的过程是：淀粉—淀粉糊精—红糊精—无色糊精—麦芽糖—葡萄糖。用碘液可以检查出淀粉的水解程度。
淀粉在热水中会吸水膨胀而破裂形成糊状，称之为淀粉的“糊化”。糊化后的淀粉结晶度下降，淀粉分子重新排列，导致分子结构紧密和析出水分现象，这种变化称为淀粉的“老化”。老化的淀粉不易被淀粉酶水解，影响淀粉在人体内的消化吸收。因此，淀粉类食品在加工、储运和销售中应考虑这种情况。
淀粉的用途很广，除了供人们的主食需要外，在食品、纺织、医药等工业中都有广泛的用途。
②糊精：是淀粉水解过程中的中间产物，平均为5个葡萄糖分子构成，它的甜度低于葡萄糖。
③糖原：也叫动物淀粉、肝淀粉，主要存在于动物肝脏和肌肉中，少数植物中也有发现。糖原是唯一存在于动物体内的多糖。糖原与淀粉不同，可溶于水，在相应酶的作用下分解为葡萄糖。人体吸收的单糖，多余部分会转变为糖原储藏于肝脏中。
④半纤维素和纤维素：这两种多糖统称为粗纤维，是组成植物细胞壁的主要成分，主要存在于蔬菜和水果中。纤维素是由许多葡萄糖缩合而成的高分子化合物，聚合度在一万个葡萄糖分子以上，半纤维素是介于淀粉和纤维素之间的高分子化合物。人体中缺乏水解它们的酶，所以很难消化吸收它们。但它们对人体有特殊的生理功能，如促进肠道蠕动、减少有害物质与肠壁接触时间、预防便秘和直肠癌等，因而现代营养学上已把它们称为“第七营养素”。
⑤甲壳素：它是指蟹、虾等甲壳动物外壳中含有的糖类。甲壳素虽然无食用价值，但可制成多种工业品和医药用品。
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