
碳水是碳水化合物的簡稱,它在自然界分布極廣,是含量最豐富的一類有機物質。最初,化學家認為這類化合物的分子中除碳外,氫和氧的比例與水相同,所以把它看成碳與水形成的各種化合物。但后來發現,有些碳水化合物在化學結構上與糖更相似,另外還發現,這類化合物除碳、氫、氧外,還含有其他元素。因而嚴格地講,碳水化合物的正確名稱應該是糖類化合物。
碳水化合物是生物機體的重要能源。人類從食物中攝取的總熱量,50%~60%來自碳水化合物,碳水化合物也能通過各種代謝途徑轉化為生命必需的其他物質,如蛋白質和脂類物質等。碳水化合物一般分單糖、低聚糖(又稱寡糖)和多糖三類。
單糖是組成低聚糖和多糖的基本單元。葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、木糖等都是單糖。其中,前三種的分子式都是C6H12O6,它們是同分異構體(即具有相同的分子式,但原子排列方式不同,因而物理和化學性質不同);后兩種的分子式都是C5H10O5,它們也是同分異構體。
兩個葡萄糖分子能夠縮聚成一個麥芽糖分子,一個葡萄糖分子能夠與一個果糖分子縮聚成一個蔗糖分子,一個葡萄糖分子能夠與一個半乳糖分子縮聚成一個乳糖分子。麥芽糖、蔗糖、乳糖這類由兩個單糖縮聚而成的糖被稱為雙糖。雙糖與單糖能夠繼續縮聚,從而形成三聚糖、四聚糖,等等。這種由2~10個單糖縮聚而成的糖被稱為低聚糖,而由更多單糖縮聚形成的糖則被稱為多糖。淀粉、纖維素、糖原、菊粉、糊精、果膠等都是多糖。
碳水化合物主要來源于谷類、薯類、豆類、蔬菜、水果和奶制品等,它是構成人體組織的重要物質,能夠維持大腦正常功能、參與細胞組成、調節脂肪代謝、增強腸道功能。對于成年人來說,即使蛋白質的攝入量不足,但只要攝入足夠的碳水化合物,也能夠延續生命。可以說,吃飽飯是人們最基本也是最重要的生存需求。但不幸的是,現在全球還有很多人面臨饑餓。2024年7月24日,聯合國糧食及農業組織發布了2024年《世界糧食安全和營養狀況》報告。報告指出,2023年全球約有7.33億人面臨饑餓,比2019年新增了約1.52億人。
淀粉和纖維素都是由葡萄糖分子通過縮聚反應形成的多糖,但它們的縮聚方式有所不同。根據所形成的糖苷鍵的構型不同,縮聚方式主要有α和β兩種。
當大量葡萄糖分子以α方式縮聚時,就會形成淀粉分子。淀粉大量存在于植物的種子、塊莖等部位,主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。比如,在稻米、玉米、馬鈴薯中,直鏈淀粉的占比為10%~30%,其余為支鏈淀粉;但在糯米中,直鏈淀粉的含量極低,幾乎全是支鏈淀粉。在災荒年月、糧食不足的時候,人們常常會將樹皮根莖等作為食物來源,就是因為樹皮根莖中含有大量淀粉,它是人們賴以生存的重要營養來源。
淀粉是一種高分子化合物,只有經過水解并被分解成小分子葡萄糖后,才能被人體吸收。淀粉的水解過程從口腔開始,唾液中的淀粉酶能將少量淀粉水解成麥芽糖,但主要的水解過程還是發生在小腸中,由胰腺分泌的淀粉酶催化完成。在小腸中,葡萄糖被吸收,然后通過血液被輸送到各個器官中,在氧氣的參與下發生氧化反應,并釋放出能量,這些能量是人體維持各器官正常運轉所必需的能量。淀粉轉化為葡萄糖并被人體吸收后,人體的血糖濃度就會升高。此時,身體會將多余的葡萄糖轉化為糖原,儲存在肝臟和肌肉中。當人體血糖濃度降低時,這些被儲存起來的糖原會被迅速水解為葡萄糖,供身體使用。當然,如果我們攝入過多食物,肝臟和肌肉存不下的糖原就會轉化為脂肪,儲存在皮下和器官周圍。所以,雖然淀粉是人體重要的營養物質之一,但如果攝入過量,同樣會對健康造成嚴重影響。比如,對于糖尿病患者來說,由于大米和白面屬于精制谷物,淀粉含量較高且易于消化吸收,攝入較多就會導致血糖快速升高,增加糖尿病并發癥的風險。為了更好地控制血糖水平,糖尿病患者應適當減少大米和白面的攝入量,增加粗糧和雜糧的攝入量。
當大量葡萄糖分子以β方式縮聚時,就會形成纖維素。纖維素能夠在β-葡萄糖苷酶的催化下水解成葡萄糖。作為一種碳水化合物,纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖,也是植物細胞壁的主要成分,幾乎所有植物都含有纖維素。
纖維素是膳食纖維的一種,膳食纖維包括纖維素、半纖維素、果膠、木質素等。膳食纖維是糖類聚合物,分為不可溶性纖維和可溶性纖維兩大類。不可溶性纖維主要來源于水果、蔬菜、全谷類、豆類等,可溶性纖維主要來源于果膠、藻膠、魔芋等。由于膳食纖維不能在人體胃腸道內被消化吸收,因此一度被認為是“無營養物質”。不過,隨著營養學和相關科學的深入發展,人們逐漸發現,雖然膳食纖維不能直接作為人體的能量來源,但它在維護腸道健康、調節血糖水平、降低膽固醇、保護心腦血管健康等方面一直發揮著重要作用。
乳糖是一種雙糖,由一個葡萄糖分子和一個半乳糖分子通過β方式縮聚而成,廣泛存在于哺乳動物的乳汁中。乳糖必須要經過 乳糖酶的催化水解才能被人體消化吸收,所以體內缺乏乳糖酶的人會因無法正常分解乳糖而導致乳糖滯留在腸道內,增高腸道滲透壓;同時,腸道細菌也會將滯留的乳糖酵解成乳酸、二氧化碳等,這樣就引起腸鳴、腹脹、腹痛、腹瀉、排氣增多等乳糖不耐受癥狀了。乳糖酶缺乏可分為先天性、繼發性和原發性。先天性缺乏較罕見;繼發性缺乏多見于小腸黏膜廣泛病變者;原發性缺乏很常見,與飲食習慣不同所造成的基因表達改變有關。一般來說,嬰幼兒腸道中的乳糖酶活性最高,所以很少發生乳糖不耐受;但隨著年齡增長,人體腸道中的乳糖酶活性會逐漸降低,從而出現乳糖不耐受的各種癥狀。
乳糖不耐受者如果想從奶制品中攝取蛋白質,可以選用酸奶和奶酪。酸奶和奶酪中的大部分乳糖會在發酵過程中被分解成乳酸或其他有機酸,既有利于鈣的吸收,也能保護腸道,還能有效緩解乳糖不耐受的情況。
【責任編輯】諶 燕