人类营养学基础/定义碳水化合物
- 碳水化合物经常被评为负面，即使是那些应该了解得更好的医生也是如此。这种误解只会让已经混乱的公众更加困惑。
- 当我们试图将所有碳水化合物归为一类，而没有区分不同类型时，就会产生混淆。
- 另一方面，当进行区分时，通常只区分两种类型的碳水化合物：简单碳水化合物和复杂碳水化合物。这使得讨论更加混乱。在本节中，我们将讨论三种类型的碳水化合物
- 复杂
- 简单
- 加工过的简单
- 首先，我们将从所有碳水化合物的来源开始。所有碳水化合物都源于植物。碳水化合物只有一个目的，那就是在血液中产生葡萄糖，因此蛋白质和脂肪没有列入血糖指数。然后，葡萄糖通过血液运输到每个细胞的线粒体，在那里被用来产生能量分子三磷酸腺苷。如果没有这种高能分子，生命过程就不会有能量。蛋白质和脂肪是另外两种宏量营养素，在本文后面会详细介绍，它们的作用不同。它们的消化方式也不同。
碳水化合物是构成典型人类饮食的三种宏量营养素之一。它们约占平均每日热量摄入量的一半。碳水化合物包括糖类、淀粉和纤维素。它们是通过绿色植物的光合作用形成的。这是植物通过一种称为叶绿素的色素来完成的，这种色素吸收光能。如图 4A所示，植物将二氧化碳 (CO2)、水 (H2O) 和能量（阳光）转化为氧气 (O2) 和葡萄糖，一种简单的碳水化合物。该反应的化学方程式为6CO2 + 6H2O + 光能 → 6O2 + C6H12O6
图 4A：光合作用
这些葡萄糖中的一部分被用作能量，一部分用于制造纤维素作为植物的结构支撑，其余部分被转化为其他化学形式。通常，这种替代形式是淀粉，它被储存起来以备后用。植物产生的碳水化合物对动物的能量至关重要。动物吃植物并通过呼吸作用利用碳水化合物中的能量。呼吸作用从植物中获取碳水化合物和氧气，将其转化为能量、CO2 和水。然后，产生的能量被用于全身的细胞工作。
每种碳水化合物都具有相同的通用构成：CnH2nOn，也可以写成 Cn(H2O)n。葡萄糖的公式是通过在该公式中使用 n=6 获得的。因此，葡萄糖是 C6H12O6。图 4B显示了葡萄糖的结构。果糖是一种与葡萄糖非常相似的糖，它们具有相同的化学式 C6H12O6。然而，果糖的结构却大不相同，如这里所示。这里所示的葡萄糖的环状形式是一个 6 元环，通过一个直链醛形成一个分子内半缩醛。另一方面，果糖从一个直链酮形成一个 5 元环半缩酮。这些不同的结构形成导致葡萄糖和果糖也具有不同的功能。
图 4B：葡萄糖和果糖
葡萄糖存在于某些水果、蔬菜和蜂蜜中。在人体内，它被称为血糖。果糖存在于水果、蜂蜜和玉米糖浆中。它也被称为果糖。葡萄糖和果糖是简单的碳水化合物（单糖）。更复杂的碳水化合物（多糖）由多个单糖键合在一起构成。复杂碳水化合物和简单碳水化合物都可以成为健康饮食的一部分。
葡萄糖存在于某些水果、蔬菜和蜂蜜中。在人体内，它被称为血糖。果糖存在于水果、蜂蜜和玉米糖浆中。它也被称为果糖。葡萄糖、果糖和半乳糖是简单的碳水化合物（单糖）。蔗糖、麦芽糖和乳糖是两种单糖的组合（二糖），也被认为是简单的碳水化合物。更复杂的碳水化合物（多糖）由多个单糖键合在一起构成。复杂碳水化合物和简单碳水化合物都可以成为健康饮食的一部分。这一组食物可能包括羽衣甘蓝、菠菜、西兰花、羽衣甘蓝和芥菜等蔬菜。这些被称为深绿色蔬菜。在这些植物中，你可以找到所有已知的维生素，无论是水溶性还是脂溶性。植物化学物质是指科学界最近发现的对癌症等退行性疾病具有保护作用的化合物。这些化合物只存在于这种大自然的预防药物宝库中。糙米等谷物是另一种为人类消费而种植的植物，属于复杂碳水化合物类别。蔬菜在送达消费者餐桌时仍然像蔬菜一样，糙米仍然是棕色的，原因是它们没有经过产生面粉的极端碾磨过程。稻米籽粒有三个层：外壳或外皮（用于保护，没有营养）、麸皮层、胚乳和胚芽。在碾磨过程中，只去除了外壳。包含所有维生素和矿物质的棕色麸皮层保持完整。
单糖定义：甜味、无色、晶体结构，包含一个（单）糖分子（糖类），具有基本的 CnH2nOn 结构。碳水化合物类别中最小的单位之一，它们不能通过水解分解。[1]单糖可以与另一个单糖结合形成二糖，或者与许多其他单糖结合形成多糖。有三种这样的糖，它们是果糖、葡萄糖和半乳糖[2]，下面将详细介绍：参考文献 1. ↑http://ghr.nlm.nih.gov/glossary=monosaccharides 2. ↑http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/sugar.html 3. ↑http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/543fructose.html
葡萄糖 也被称为血糖和右旋糖。它是在植物中通过光合作用产生的，光能与叶绿体中的叶绿素协同作用，将 CO2 转化为葡萄糖。它的结构是 C6H12O6。所有单糖都一样。三种单糖之间的区别在于它们的原子排列方式。这就是单糖之间甜度不同的原因。然而，这种糖是一种醛。它不需要消化就能被人体吸收，因此被用于静脉注射。葡萄糖对人体能量和许多生理过程的进行至关重要。葡萄糖是每种二糖中的两种糖之一，当葡萄糖与自身结合时，形成的二糖称为麦芽糖。参考文献 1. ↑http://ghr.nlm.nih.gov/glossary=monosaccharides 2. ↑http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/sugar.html 3. ↑http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/543fructose.html
果糖 也被称为果糖，或早些时候被称为左旋糖[3]。它是植物和蜂蜜中的一种葡萄糖异构体。蜂蜜被蜜蜂的酶水解转化为果糖，这种化合物是蔗糖（这两种单糖的组合，在多糖中作为二糖讨论，并在下面讨论）。如上所述，它的结构也是 C6H12O6，但线性结构不同，因为它是一种酮。果糖被认为是最甜的糖。当果糖与葡萄糖结合时，就会形成二糖蔗糖，由于其成分中的果糖，蔗糖也非常甜。参考文献 1. ↑http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/sugar.html 2. ↑http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/sugar.html 3. ↑http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/543fructose.html
半乳糖 也被称为乳糖。它在食物中很少以游离状态存在，因为它通常以乳糖（半乳糖所属的二糖）的形式被摄入，但在豌豆中也有存在。它与葡萄糖和果糖具有相同的化学成分，但原子排列不同。半乳糖比葡萄糖和果糖甜度低得多。半乳糖与葡萄糖结合形成二糖乳糖。 参考资料 1. http://themedicalbiochemistrypage.org/galactose.php 2. http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/543galactose.html 3. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8246770
复杂碳水化合物是膳食的主要成分之一。碳水化合物是人体正常运作所需的三个基本宏量营养素之一。它们包括糖、淀粉和纤维。简单碳水化合物是糖，而复杂碳水化合物包括淀粉和纤维。它们为身体提供能量，特别是大脑和神经系统。能量也用于心跳、消化、呼吸和身体运动等功能。一种名为淀粉酶的酶将碳水化合物分解成葡萄糖，用于能量。食物中的淀粉必须经过消化分解，然后身体才能将其作为膳食来源使用。
复杂碳水化合物由糖分子以长链和分支形式连接在一起。身体将简单和复杂碳水化合物转化为葡萄糖（血糖）。葡萄糖被身体细胞和大脑利用。任何未使用的葡萄糖都储存在肝脏和肌肉中，作为糖原，以便在将来使用。由于它们的复杂性，复杂碳水化合物需要更长的时间来消化，并且它们不会像简单碳水化合物那样迅速提高血糖水平。它们充当身体的燃料，并对能量产生有重大贡献。
它们存在于各种食物中，包括谷物、蔬菜和豆类 - 包含复杂碳水化合物的食物示例包括菠菜、山药、西兰花、豆类、西葫芦、扁豆、脱脂牛奶、全谷物，如小米、燕麦、麦芽、大麦、野生稻、糙米、荞麦、燕麦麸、玉米粉、苋菜以及许多其他豆类植物和蔬菜。与糖等简单碳水化合物相比，全谷物等复杂碳水化合物含有更多的营养物质和纤维。由这些谷物制成的产品也是复杂的，如谷物面包、意大利面、百吉饼、面包卷和面包、通心粉、早餐麦片。复杂碳水化合物也是低升糖指数的，这意味着它们对血糖的影响较小，可以增强食欲控制、体重管理和能量。
复杂碳水化合物食物提供维生素、矿物质和纤维，对个人的健康至关重要。大多数碳水化合物应该来自复杂碳水化合物（淀粉）和天然糖，而不是来自加工或精制糖，因为加工或精制糖不含复杂和天然碳水化合物中存在的维生素、矿物质和纤维。精制糖通常被称为“空热量”，因为它们几乎没有营养价值。大多数人无法满足每天纤维的推荐摄入量——每 1000 卡路里 14 克。用精制面粉制成的食物示例包括面包、面包卷、面包和披萨面团，这些都是不利的纤维来源。相反，增加豆类、豌豆、蔬菜、水果、全谷物、坚果、种子和含有天然纤维的食物的消费将是更好的选择，并且更有益。一些乳制品，如低脂牛奶、低脂酸奶或脱脂牛奶，也是膳食中复杂碳水化合物的良好选择。
参考资料
[1] 碳水化合物：MedlinePlus 医学百科全书。美国国家医学图书馆。可在以下网址获取：http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/002469.htm。访问时间：2016 年 5 月 6 日。
[2] 简单碳水化合物与复杂碳水化合物 / 营养 / 碳水化合物。简单碳水化合物与复杂碳水化合物 / 营养 / 碳水化合物。可在以下网址获取：http://www.fitday.com/fitness-articles/nutrition/carbs/simple-vs-complex-carbohydrates.html。访问时间：2016 年 5 月 6 日。
[3] 复杂碳水化合物计数器。复杂碳水化合物计数器。可在以下网址获取：http://foodhealth.info/complex-carbs/。访问时间：2016 年 5 月 6 日。
[4] 复杂碳水化合物的完整指南。LIVESTRONG.COM 2015 年。可在以下网址获取：http://www.livestrong.com/article/518475-5-foods-that-are-rich-in-complex-carbohydrates。访问时间：2016 年 5 月 6 日。
[5] 复杂碳水化合物。马里兰大学医学中心。可在以下网址获取：http://www.umm.edu/patiented/articles/000575.htm。访问时间：2016 年 5 月 6 日。
淀粉
纤维 复杂碳水化合物包括二糖和多糖。主要的二糖包括三对单糖：麦芽糖、蔗糖和乳糖。这三种二糖都包含一个与另一个葡萄糖、一个果糖或一个半乳糖分别结合在一起的葡萄糖。蔗糖是食糖，乳糖可以在乳制品中找到。多糖要复杂得多，可能涉及多个葡萄糖单元，甚至多个单糖链 [1]。几乎所有膳食纤维都是多糖。
二糖是通过共价键连接在一起的两个单糖 [2]。在“饮食对肠道二糖酶和二糖吸收的影响”中，一组实验室大鼠被禁食 3 天，然后喂食高蔗糖饮食——富含二糖的饮食——或酪蛋白，作为对照组。观察到第一组的蔗糖酶和麦芽糖酶活性极度升高 [4]。这让我们相信，高剂量的二糖会影响一个人的胃肠道，以及其他二糖和多糖的吸收。
多糖分为两大类：由植物物质制成的淀粉，以及由动物制成的糖原。纤维素是另一种常见的多糖，由植物细胞壁制成，由长链葡萄糖组成。然而，动物不能消化这种多糖，因为它含有需要特定酶才能消化的β键。人类的消化系统中没有这种酶，这就是为什么纤维素不被认为是营养素。在人类中，糖原和淀粉的主要作用是作为易于获取的葡萄糖储存。当摄入的葡萄糖比此时需要的多时，肝脏会将多余的糖原储存为糖原。当葡萄糖水平低时，肝脏会将储存的糖原转化回葡萄糖，准备使用 [2]。淀粉是一种多糖，含有 300 到 1000 个葡萄糖单元连接在一起。淀粉来自植物，是在谷物中形成的。这些谷物含有坚硬的外层。人类可以消化淀粉，因为它们比纤维素小，更容易被生物利用，用于能量 [5]。IEEE 科学期刊发表的一项关于中国某些类型的真菌及其提取的多糖的研究表明，这些多糖具有抗衰老特性，以及抗感染和抗肿瘤特性 [3]。
参考资料
[1] Ophardt CE。二糖 - 多糖。二糖 - 多糖 2003 年。可在以下网址获取：http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/545polycarbo.html。访问时间：2016 年 5 月 6 日。
[2] 碳水化合物。碳水化合物。可在以下网址获取：http://www.austincc.edu/emeyerth/carbohyd.htm。访问时间：2016 年 5 月 6 日。
[3] Song G, Du Q。中国九种传统食用菌多糖的抗氧化活性比较。2011 年。可在以下网址获取：http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6098606。访问时间：2016 年 5 月 6 日。
[4] Deren JJ, Broitman SA, Zamcheck N。饮食对肠道二糖酶和二糖吸收的影响。1967 年。可在以下网址获取：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc297037/pdf/jcinvest00230-0066.pdf。访问时间：2016 年 5 月 6 日。
[5] 碳水化合物。超物理。可在以下网址获取：http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/carb.html#c3。访问时间：2016 年 5 月 6 日。