碳水化合物课件

1、第四章 碳水化合物Chapter4 Carbohydrate4-1 概述(Introduction)碳水化合物是各类糖的总称，由C、H、O三种元素组成，大多数都符合通式Cn(H2O)m，是自然界分布最广的有机物；糖是绿色植物光合作用的主要产物，自然界的生物物质中，糖类化合物约占 3/4，从细菌到高等动物都含有糖类化合物，植物体中含量最丰富，约占其干重的 85%90%。地球上每年通过光合作用要生产出1000亿吨以上的碳水化合物。 大脑工作时所需的唯一直接来源，是一种叫“葡萄糖”的物质，这是其他营养素无法替代的。低碳水化合物减肥的危害美国塔弗兹大学研究表明，脑细胞需要葡萄糖作为能量，但脑细胞无法贮

2、存葡萄糖，需要通过血液持续供应。如果碳水化合物食品摄取不足，可能造成脑细胞所需要的葡萄糖供应减少，对学习、记忆及思考力会造成伤害。 4-2 碳水化合物的功能供能与节约蛋白质人类获取能量最经济、最主要的来源，1g葡萄糖可提供17kJ的能量；碳水化合物供给充足，可是蛋白质免于消耗，用于最适合的地方；构成体质构成机体组织的重要物质，参与各种生命活动。如糖脂是神经组织和细胞膜的组成成分，核糖和脱氧核糖是核酸的构成成分；维持神经系统的功能与解毒脑、神经和肺组织需要葡萄糖作为直接能源物质；机体肝糖原能提高对某些细菌毒素的抵抗能力；增强肠道功能；非淀粉多糖如纤维素、半纤维素、果胶、以及功能性低聚糖，本身不能

3、被消化吸收，但可刺激肠道蠕动；风味结合不吃早餐或早餐碳水化合物含量低引起脑部的营养不足，使注意力无法集中起来。 储存在肝脏的糖分将被分解，使得肝脏机能变得低下。 体内的蛋白质被分解，使身体变得易疲劳。 破坏体内的pH值酸碱平衡，使血液偏向酸性，从而引起昏睡状态 。4-3 分类(Classification)糖：包括单糖、双糖和糖醇结构最简单的糖，是不能再被水解的糖单位；根据官能团的特点又分为醛糖(CHO)和酮糖(C=O);常见的单糖有葡萄糖、果糖、甘露糖、木糖等。低聚糖（寡糖）由 220 个单糖分子缩合而成，水解后产生单糖。多糖多个单糖分子缩合而成，其聚合度很大，不溶于水，没有甜味，常见的多糖

4、有淀粉、纤维素和果胶等。糖糖是指能够准确测定的碳水化合物，包括单糖、双糖和糖醇。食品中的单糖主要是葡萄糖和果糖。双糖是由两分子单糖缩合而成，天然双糖主要有蔗糖、乳糖和麦芽糖。其中，麦芽糖主要来自淀粉水解。糖醇是由相应的糖经催化加氢制成，如木糖醇、山梨糖醇、乳糖醇等。单糖的结构和命名根据糖分子中所含碳原子数，分别称为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。手性碳和旋光性连接4个不相同的原子或基团的碳原子。 左旋体用()表示，右旋体用(+)表示。以甘油醛为标准，糖分子中距离羰基最远的手性碳与右旋甘油醛构型相同为D-构型，与左旋甘油醛构型相同为L-构型。食物中的糖类化合物戊糖含五个碳原子的糖。自然界中只有D-

5、木糖、L-阿拉伯糖、D-核糖和D-2-脱氧核糖。生物体内，D-核糖或D-2-脱氧核糖作为糖基是以五元呋喃环形是存在的，是RNA和DNA的重要成分。己糖 含六个碳原子的糖。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 人体能量的主要来源，食物中的碳水化合物，经酶催化水解后，得到葡萄糖，它为人体提供活动的能量。人体内的核糖和脱氧核糖，以及粘多糖、糖蛋白、糖脂、脂类、非必需氨基酸都是由葡萄糖转化来的。 最初是从成熟的葡萄中获得(熟葡萄中含2030)。它以游离形式存在于葡萄、香蕉、柿子等多种水果中，谷类、玉米、甘薯、蔬菜、蜂蜜中也都有葡萄

6、糖。大量用做医药，直接注射到血液中，供严重病人救急。或作为营养剂，于病后恢复期或手术后静脉滴注，能促进体力的恢复。 2.甘露糖 甘露糖游离态存在很少，通常以甘露聚糖或糖甙的形式存在于植物中。 3. 半乳糖糖与人的血型：人的血型就是由细胞表面上，糖蛋白或糖脂的糖链末端，露出的单糖结构决定的。A型血就是末端为乙酰氨基半乳糖，B型血是末端为半乳糖，用酶去掉这两种糖，成为O型血。临床上可以把A行或者B型血转变成O型血，是用咖啡豆或大豆制备的-半乳糖苷酶催化。 4. 果糖 葡萄、梨、苹果等甜的水果及蜂蜜中含量最多，它在各种水果中的含量很高，所以称为果糖。各种水果与蜂蜜含果糖的量见P29表3-2。前四种含

7、量高，其中香蕉总的含糖量最高。一分子果糖与一分子葡萄糖缩合，成为蔗糖。甜菊糖是多聚果糖。果糖的优点：单糖中最甜的糖，其甜度是葡萄糖的两倍，是蔗糖的一倍。果糖有香味，食后无苦味，冷时比热时甜，适合制作冷饮一类食品。 果糖与其它甜味剂有协同效应，使甜度提高。 果糖不易造成龋齿。 果糖在人体内，可以经过转氨基作用合成非必需氨基酸，而转变成脂肪的可能性比葡萄糖小。 低聚糖有210的单糖聚合而成的化合物叫低聚糖。两个单糖分子之间失去一分子水形成双糖。由三个单糖分子失去两分子水形成叁糖。低聚糖也叫寡糖。 最常见的低聚糖为蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维二糖和棉子糖。 1. 蔗糖 蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖以

8、-1,2-糖甙键方式连接的，是自然界分布最广、产量最大的二糖。蔗糖因最初从甘蔗中提取而得名，是千百年来人们最主要的食用糖。 绵白糖、白砂糖、红糖、黄糖都是蔗糖，只是制法不同而已。 蔗糖以甘蔗和甜菜里含量最为丰富，甘蔗中约含16-26，甜菜中约含12-15。 2. 麦芽糖 麦芽糖是由两分子葡萄糖以-1,4-糖甙键的连接而成的，它水解生成两分子葡萄糖。麦芽糖是淀粉类食物在消化过程中的第一个产物，也是淀粉的结构单位。麦芽糖是饴糖的主要成分。3. 乳糖乳糖是由一分子半乳糖和一分子葡萄糖，以-1,4-糖甙键的形式连接而成的。乳糖存在于哺乳动物及人的乳汁中，为初生婴儿及动物的重要营养物。人奶中乳糖含67，

9、牛奶及羊奶中含45。 为什么有的人喝牛奶消化吸收，有的人不能消化吸收？ 多糖多糖是由糖甙键连接起来的醛糖或酮糖组成的天然大分子。多糖是所有生命有机体的重要组成成分并与维持生命所必需的多种功能有关，大量存在于藻类、真菌、高等陆生植物中。多糖分类：按来源分：多糖可分成植物性多糖、动物性多糖和微生物多糖三类。淀粉植物性多糖；甲壳素动物性多糖；虫草多糖微生物多糖。按性质与功能分：多糖可分为结构骨胳多糖、贮存营养多糖和粘性成分三类。结构骨骼多糖：充作植物或动物的结构材料，如纤维素、半纤维素和甲壳素(也叫角质素)等，它们不溶于冷水和热水；贮存营养多糖：在动植物体内作为单糖的贮存形式，如淀粉、菊糖、肝糖等；

10、粘性成分：指广泛存在于植物中的树胶、果胶和粘液质。 一、 淀粉(Starch) 淀粉是食物的主要成分之一，存在于植物的根茎及种子中，大米中含量约为6282，小麦中约含5775，玉米中约含6572，马铃薯中约含1214。淀粉一般含水1419的水分，其中10是结晶水。淀粉用酸水解，或者被酶水解，逐步水解成糊精、麦芽糖，最终产物是葡萄糖。 直链淀粉和支链淀粉直链淀粉约占淀粉总量的20，能溶于水。 支链淀粉：约占淀粉总量的80，结构象树杈，主链上带有侧链，不溶于水，与热水作用生成浆糊。支链淀粉分子量较大，约在10万100万之间，聚合度为600-6000。支链淀粉较难水解，用淀粉酶只能水解60。剩下的是

11、-1,6-枝叉键，不能水解，必须用-1,6-糖甙酶才能使之水解。马铃薯淀粉大都是支链淀粉。 二、纤维素(Cellulose )由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。 纤维素的基环是D-葡萄糖以b-1, 4-糖苷键组成，分子量约500002500000，相当于30015000个葡萄糖基脱水葡萄糖，其分子式为(C6H10O5)n 纤维素在国民经济中具有重大价值，它们是造纸、纺织、胶粘剂、塑料、炸药、石油钻井等的工业原料。名称wt%棉花8896亚麻6570木材4050秸杆3140几种纤维植物

12、的纤维素含量三、半纤维素半纤维素是许多植物细胞壁中的成分，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)，与纤维素、木质素、果胶和树胶共生，比纤维素较易水解。半纤维素中，数量最大的是木聚糖，是由2040个D-木糖分子经-1, 4-糖甙键连接。 四、果胶 果胶是几种多糖的混和物，在体内不能被消化吸收，但能促进肠道蠕动，它在吸水浸胀后，有利于粪便的排出，能防止便秘。果胶主要出现在植物果实和一些根菜中，苹果皮和草莓中都含有丰富的果胶。果胶由果胶酸、阿拉伯聚糖和半乳聚糖组成。五、肝糖(Glycogen)又称糖原，葡萄糖的聚合物，其结构与支链淀粉的

13、结构相似，分子量最高可达500万。与支链淀粉相比，其枝叉多，支链短。糖原的支链由810个葡萄糖构成，支链淀粉的支链含2030个葡萄糖。肝糖是动物贮藏碳水化合物的形式，也是动物间接、迅速可利用的能源，当剧烈运动或肌肉收缩时，糖原会很快地降解为葡萄糖。 作用：维持血糖的浓度。在血中血糖的浓度基本上是衡定的，一般是每100mL血液中含160180mg葡萄糖。当血糖浓度高时，多余的葡萄糖就在肝内迅速转变成肝糖原贮存起来。当血糖浓度低于160mg时，肝糖原迅速分解成葡萄糖进入血液，维持血糖浓度。感到饥饿时，血糖浓度已低于160mg，这时吃块水果糖，很快补充血糖，饥饿感就会消除。六、甲壳素甲壳素：也叫几丁

14、、角糖，属于结构骨骼多糖，大量存在于虾、蟹、昆虫等节足动物的甲壳中。它是2-乙酰氨基葡萄糖的聚合物，具有-1,4-糖甙键。将虾壳或蟹壳用强碱处理，除去其中的CaCO3，剩下的即是甲壳素。壳聚糖：甲壳素用酸水解，脱去乙酰基，获得壳聚糖聚氨基葡糖。它用酸进一步水解得2-氨基-D-葡萄糖。壳聚糖可作为食品工业中的絮凝剂和化妆品中的保湿剂，氨基葡萄糖可加到味精中作增味剂。 甲壳素(Chitosan) 又称甲壳质、几丁质、几丁聚糖，是自然界中迄今为止发现的唯一带正电荷的动物纤维素，提炼自海洋生物体的外壳，例如虾蟹等水中生物。由于它的分子结构中带有不饱和的阳离子基团，因而它对带有负电荷的各类有害物质具有强

15、大的吸附作用，能清除人体内的“垃圾”，从而对受损细胞进行修复和活化，因此该纤维被人们称作为“保健型纤维”。甲壳素具有抗癌抑制癌、瘤细胞转移，提高人体免疫力及护肝解毒作用。尤其适用于糖尿病、肝肾病、高血压、肥胖等症，有利于预防癌细胞病变和辅助放化疗治疗肿瘤疾病。 木糖醇木聚糖经稀酸水解生成木糖，催化加氢生成木糖醇，化学名叫1, 2, 3, 4, 5-戊五醇。木糖醇的甜度仅低于果糖，比蔗糖还甜，大有取代蔗糖成为第一甜味剂的趋势。木糖醇入口后伴有清凉感，是因为它易溶于水，在溶解时吸收一定热量。木糖醇在人体内代谢中不需要胰岛素，它可以作为糖尿病患者的甜味剂、营养剂。木糖醇对肝病患者有改善肝功能和抗脂肪

16、肝的作用，治疗乙型迁延性肝炎，对乙型慢性肝炎及肝硬化有明显疗效，是肝炎并发症病人的理想辅助药物。防止龋齿 木糖醇+口香糖=黄金搭档木糖醇防止龋齿的机理：口腔内的链球菌是造成蛀牙的主要原因，它生长在牙齿的牙垢中，能使食品中的碳水化合物发酵，产生乳酸，腐蚀牙齿法琅质，形成牙洞。而链球菌吸收木糖醇后，其代谢受阻细胞生长受到抑制，其数量与活力减少，使蛀牙大为减少。口香糖的产生和墨西哥的一位叫做桑塔安纳的将军有关。他在1836年的贾森托战役中被俘，后被美国山姆豪斯顿将军释放回国。后来，桑塔安纳带着一种晒干了的人心果树树胶到了美国纽约，人心果树生长在墨西哥丛林里，当地人把这种树的树胶放在口里嚼咬。正是墨西

17、哥人的这种“吃”法，经过桑塔安纳的用心经营后，演变出了现代的口香糖工业。口腔细菌4-4 活性多糖具有生物学功能的多糖又被称为“生物应答效应物”(biological response modifier，BRM)或活性多糖（active polysaccharides）。很多多糖都具有抗肿瘤、免疫、抗补体、降血脂、降血糖、通便等活性。活性多糖包括：膳食纤维、真菌多糖和植物多糖。 1999年7月26日IFT(the Institute of Food Technologists)年会在芝加哥就膳食纤维的定义举行了专门的论坛。1999年11月2日在84th 美国谷物化学师协会(AACC)年会上举行专

18、门会议对膳食纤维的定义进行了讨论。“凡是不能被人体内源酶消化吸收的可食用植物细胞、多糖、木质素以及相关物质的总和”。不溶性膳食纤维：包括纤维素、半纤维素、木质素、原果胶和动物性的甲壳素和壳聚糖水溶性膳食纤维是指不被人体消化酶消化，但溶于温水或热水的那部分膳食纤维，主要包括存在于苹果、桔类中的果胶，植物种子中的胶，海藻中的海藻酸、卡拉胶、琼脂和微生物发酵产物黄原胶，以及人工合成的羧甲基纤维素钠盐等。 膳食纤维(Dietary fiber) ：人类的第七大营养素膳食纤维的生理功能20世纪60年代，在大量的研究事实与流行病调查结果基础上，膳食纤维的重要生理功能才为人们所了解，并逐渐得到公认，现在它已

19、被列入继蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物元素和水之后的第七营养素。 （一）调整肠胃功能(整肠作用)膳食纤维能使食物在消化道内的通过时间缩短，一般在大肠内的滞留时间约占总时间的97%，食物纤维能使物料在大肠内的移运速度缩短40%，并使肠内菌群发生变化，增加有益菌，减少有害菌，从而预防便秘、静脉瘤、痔疮和大肠癌等，并预防其它合并症状。防止便秘改善肠内菌群和辅助抑制肿瘤作用缓和由有害物质所导致的中毒和腹泻避免阑尾炎的发生（二）调节血糖值 膳食纤维中的可溶性纤维，能抑制餐后血糖值的上升，其原因是延缓和抑制对糖类的消化吸收，并改善末梢组织对胰岛素的感受性，降低对胰岛素的要求。水溶性膳食纤维随着凝胶

20、的形成，阻止了糖类的扩散，推迟了在肠内的吸收，因而抑制了糖类吸收后血糖的上升和血胰岛素升高的反应。膳食纤维能改变消化道激素的分泌，如胰汁的分泌减少，从而抑制了糖类的消化吸收，并减少小肠内糖类与肠壁的接触，从而延迟血糖值的上升。因此，提高可溶性膳食纤维的摄入量可以防止型糖尿病的发生。但对型糖尿病的控制作用很小。 （三）调节血脂 可溶性膳食纤维可螯合胆固醇，从而抑制机体对胆固醇的吸收，并降低血浆胆固醇5%10%，且都是降低对人体健康不利的低密度脂蛋白胆固醇，而高密度脂蛋白胆固醇降得很少或不降。相反，不溶性纤维很少能改变血浆胆固醇水平。膳食纤维能结合胆固醇的代谢分解产物胆酸，从而会促使胆固醇向胆酸转

21、化，进一步降低血浆胆固醇水平。流行病学的调查表明，纤维摄入量高与冠心病死亡的危险性大幅度降低有关。 （四）控制肥胖 大多数富含膳食纤维的食物，仅含有少量的脂肪。因此，在控制能量摄入的同时，摄入富含膳食纤维的膳食会起到减肥的作用。粘性纤维使碳水化合物的吸收减慢，防止了餐后血糖的迅速上升并影响氨基酸代谢，对肥胖病人起到减轻体重的作用。膳食纤维能与部分脂肪酸结合，使脂肪酸通过消化道，不能被吸收，因此对控制肥胖症有一定的作用。 （五）消除外源有害物质 膳食纤维对汞、砷、镉和高浓度的铜、锌都具有清除能力，可使它们的浓度由中毒水平减低到安全水平。食物来源膳食纤维是植物性成分，而非动物性成分，植物性食物是膳食纤维的天然食物来源。膳食纤维在蔬菜、水果、粗粮、杂粮、豆类、菌类及藻类食物中含量丰富。粮谷类、豆类的麸皮、糠、豆皮含有大量的纤维素、半纤维素和木质素；燕麦和大麦含有多量的粗纤维；柠檬、柑橘、苹果、菠萝、香蕉等