人類營養學基礎/定義碳水化合物
- 碳水化合物經常被評為負面，即使是那些應該瞭解得更好的醫生也是如此。這種誤解只會讓已經混亂的公眾更加困惑。
- 當我們試圖將所有碳水化合物歸為一類，而沒有區分不同型別時，就會產生混淆。
- 另一方面，當進行區分時，通常只區分兩種型別的碳水化合物：簡單碳水化合物和複雜碳水化合物。這使得討論更加混亂。在本節中，我們將討論三種類型的碳水化合物
- 複雜
- 簡單
- 加工過的簡單
- 首先，我們將從所有碳水化合物的來源開始。所有碳水化合物都源於植物。碳水化合物只有一個目的，那就是在血液中產生葡萄糖，因此蛋白質和脂肪沒有列入血糖指數。然後，葡萄糖透過血液運輸到每個細胞的線粒體，在那裡被用來產生能量分子三磷酸腺苷。如果沒有這種高能分子，生命過程就不會有能量。蛋白質和脂肪是另外兩種宏量營養素，在本文後面會詳細介紹，它們的作用不同。它們的消化方式也不同。
碳水化合物是構成典型人類飲食的三種宏量營養素之一。它們約佔平均每日熱量攝入量的一半。碳水化合物包括糖類、澱粉和纖維素。它們是透過綠色植物的光合作用形成的。這是植物透過一種稱為葉綠素的色素來完成的，這種色素吸收光能。如圖 4A所示，植物將二氧化碳 (CO2)、水 (H2O) 和能量（陽光）轉化為氧氣 (O2) 和葡萄糖，一種簡單的碳水化合物。該反應的化學方程式為6CO2 + 6H2O + 光能 → 6O2 + C6H12O6
圖 4A：光合作用
這些葡萄糖中的一部分被用作能量，一部分用於製造纖維素作為植物的結構支撐，其餘部分被轉化為其他化學形式。通常，這種替代形式是澱粉，它被儲存起來以備後用。植物產生的碳水化合物對動物的能量至關重要。動物吃植物並透過呼吸作用利用碳水化合物中的能量。呼吸作用從植物中獲取碳水化合物和氧氣，將其轉化為能量、CO2 和水。然後，產生的能量被用於全身的細胞工作。
每種碳水化合物都具有相同的通用構成：CnH2nOn，也可以寫成 Cn(H2O)n。葡萄糖的公式是透過在該公式中使用 n=6 獲得的。因此，葡萄糖是 C6H12O6。圖 4B顯示了葡萄糖的結構。果糖是一種與葡萄糖非常相似的糖，它們具有相同的化學式 C6H12O6。然而，果糖的結構卻大不相同，如這裡所示。這裡所示的葡萄糖的環狀形式是一個 6 元環，透過一個直鏈醛形成一個分子內半縮醛。另一方面，果糖從一個直鏈酮形成一個 5 元環半縮酮。這些不同的結構形成導致葡萄糖和果糖也具有不同的功能。
圖 4B：葡萄糖和果糖
葡萄糖存在於某些水果、蔬菜和蜂蜜中。在人體內，它被稱為血糖。果糖存在於水果、蜂蜜和玉米糖漿中。它也被稱為果糖。葡萄糖和果糖是簡單的碳水化合物（單糖）。更復雜的碳水化合物（多糖）由多個單糖鍵合在一起構成。複雜碳水化合物和簡單碳水化合物都可以成為健康飲食的一部分。
葡萄糖存在於某些水果、蔬菜和蜂蜜中。在人體內，它被稱為血糖。果糖存在於水果、蜂蜜和玉米糖漿中。它也被稱為果糖。葡萄糖、果糖和半乳糖是簡單的碳水化合物（單糖）。蔗糖、麥芽糖和乳糖是兩種單糖的組合（二糖），也被認為是簡單的碳水化合物。更復雜的碳水化合物（多糖）由多個單糖鍵合在一起構成。複雜碳水化合物和簡單碳水化合物都可以成為健康飲食的一部分。這一組食物可能包括羽衣甘藍、菠菜、西蘭花、羽衣甘藍和芥菜等蔬菜。這些被稱為深綠色蔬菜。在這些植物中，你可以找到所有已知的維生素，無論是水溶性還是脂溶性。植物化學物質是指科學界最近發現的對癌症等退行性疾病具有保護作用的化合物。這些化合物只存在於這種大自然的預防藥物寶庫中。糙米等穀物是另一種為人類消費而種植的植物，屬於複雜碳水化合物類別。蔬菜在送達消費者餐桌時仍然像蔬菜一樣，糙米仍然是棕色的，原因是它們沒有經過產生面粉的極端碾磨過程。稻米籽粒有三個層：外殼或外皮（用於保護，沒有營養）、麩皮層、胚乳和胚芽。在碾磨過程中，只去除了外殼。包含所有維生素和礦物質的棕色麩皮層保持完整。
單糖定義：甜味、無色、晶體結構，包含一個（單）糖分子（糖類），具有基本的 CnH2nOn 結構。碳水化合物類別中最小的單位之一，它們不能透過水解分解。[1]單糖可以與另一個單糖結合形成二糖，或者與許多其他單糖結合形成多糖。有三種這樣的糖，它們是果糖、葡萄糖和半乳糖[2]，下面將詳細介紹：參考文獻 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 也被稱為血糖和右旋糖。它是在植物中透過光合作用產生的，光能與葉綠體中的葉綠素協同作用，將 CO2 轉化為葡萄糖。它的結構是 C6H12O6。所有單糖都一樣。三種單糖之間的區別在於它們的原子排列方式。這就是單糖之間甜度不同的原因。然而，這種糖是一種醛。它不需要消化就能被人體吸收，因此被用於靜脈注射。葡萄糖對人體能量和許多生理過程的進行至關重要。葡萄糖是每種二糖中的兩種糖之一，當葡萄糖與自身結合時，形成的二糖稱為麥芽糖。參考文獻 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 也被稱為果糖，或早些時候被稱為左旋糖[3]。它是植物和蜂蜜中的一種葡萄糖異構體。蜂蜜被蜜蜂的酶水解轉化為果糖，這種化合物是蔗糖（這兩種單糖的組合，在多糖中作為二糖討論，並在下面討論）。如上所述，它的結構也是 C6H12O6，但線性結構不同，因為它是一種酮。果糖被認為是最甜的糖。當果糖與葡萄糖結合時，就會形成二糖蔗糖，由於其成分中的果糖，蔗糖也非常甜。參考文獻 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 也被稱為乳糖。它在食物中很少以遊離狀態存在，因為它通常以乳糖（半乳糖所屬的二糖）的形式被攝入，但在豌豆中也有存在。它與葡萄糖和果糖具有相同的化學成分，但原子排列不同。半乳糖比葡萄糖和果糖甜度低得多。半乳糖與葡萄糖結合形成二糖乳糖。 參考資料 1. http://themedicalbiochemistrypage.org/galactose.php 2. http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/543galactose.html 3. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8246770
複雜碳水化合物是膳食的主要成分之一。碳水化合物是人體正常運作所需的三個基本宏量營養素之一。它們包括糖、澱粉和纖維。簡單碳水化合物是糖，而複雜碳水化合物包括澱粉和纖維。它們為身體提供能量，特別是大腦和神經系統。能量也用於心跳、消化、呼吸和身體運動等功能。一種名為澱粉酶的酶將碳水化合物分解成葡萄糖，用於能量。食物中的澱粉必須經過消化分解，然後身體才能將其作為膳食來源使用。
複雜碳水化合物由糖分子以長鏈和分支形式連線在一起。身體將簡單和複雜碳水化合物轉化為葡萄糖（血糖）。葡萄糖被身體細胞和大腦利用。任何未使用的葡萄糖都儲存在肝臟和肌肉中，作為糖原，以便在將來使用。由於它們的複雜性，複雜碳水化合物需要更長的時間來消化，並且它們不會像簡單碳水化合物那樣迅速提高血糖水平。它們充當身體的燃料，並對能量產生有重大貢獻。
它們存在於各種食物中，包括穀物、蔬菜和豆類 - 包含複雜碳水化合物的食物示例包括菠菜、山藥、西蘭花、豆類、西葫蘆、扁豆、脫脂牛奶、全穀物，如小米、燕麥、麥芽、大麥、野生稻、糙米、蕎麥、燕麥麩、玉米粉、莧菜以及許多其他豆類植物和蔬菜。與糖等簡單碳水化合物相比，全穀物等複雜碳水化合物含有更多的營養物質和纖維。由這些穀物製成的產品也是複雜的，如穀物麵包、義大利麵、百吉餅、麵包卷和麵包、通心粉、早餐麥片。複雜碳水化合物也是低升糖指數的，這意味著它們對血糖的影響較小，可以增強食慾控制、體重管理和能量。
複雜碳水化合物食物提供維生素、礦物質和纖維，對個人的健康至關重要。大多數碳水化合物應該來自複雜碳水化合物（澱粉）和天然糖，而不是來自加工或精製糖，因為加工或精製糖不含複雜和天然碳水化合物中存在的維生素、礦物質和纖維。精製糖通常被稱為“空熱量”，因為它們幾乎沒有營養價值。大多數人無法滿足每天纖維的推薦攝入量——每 1000 卡路里 14 克。用精製麵粉製成的食物示例包括麵包、麵包卷、麵包和披薩麵糰，這些都是不利的纖維來源。相反，增加豆類、豌豆、蔬菜、水果、全穀物、堅果、種子和含有天然纖維的食物的消費將是更好的選擇，並且更有益。一些乳製品，如低脂牛奶、低脂酸奶或脫脂牛奶，也是膳食中複雜碳水化合物的良好選擇。
參考資料
[1] 碳水化合物：MedlinePlus 醫學百科全書。美國國家醫學圖書館。可在以下網址獲取：http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/002469.htm。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。
[2] 簡單碳水化合物與複雜碳水化合物 / 營養 / 碳水化合物。簡單碳水化合物與複雜碳水化合物 / 營養 / 碳水化合物。可在以下網址獲取：http://www.fitday.com/fitness-articles/nutrition/carbs/simple-vs-complex-carbohydrates.html。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。
[3] 複雜碳水化合物計數器。複雜碳水化合物計數器。可在以下網址獲取：http://foodhealth.info/complex-carbs/。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。
[4] 複雜碳水化合物的完整指南。LIVESTRONG.COM 2015 年。可在以下網址獲取：http://www.livestrong.com/article/518475-5-foods-that-are-rich-in-complex-carbohydrates。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。
[5] 複雜碳水化合物。馬里蘭大學醫學中心。可在以下網址獲取：http://www.umm.edu/patiented/articles/000575.htm。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。
澱粉
纖維 複雜碳水化合物包括二糖和多糖。主要的二糖包括三對單糖：麥芽糖、蔗糖和乳糖。這三種二糖都包含一個與另一個葡萄糖、一個果糖或一個半乳糖分別結合在一起的葡萄糖。蔗糖是食糖，乳糖可以在乳製品中找到。多糖要複雜得多，可能涉及多個葡萄糖單元，甚至多個單糖鏈 [1]。幾乎所有膳食纖維都是多糖。
二糖是透過共價鍵連線在一起的兩個單糖 [2]。在“飲食對腸道二糖酶和二糖吸收的影響”中，一組實驗室大鼠被禁食 3 天，然後餵食高蔗糖飲食——富含二糖的飲食——或酪蛋白，作為對照組。觀察到第一組的蔗糖酶和麥芽糖酶活性極度升高 [4]。這讓我們相信，高劑量的二糖會影響一個人的胃腸道，以及其他二糖和多糖的吸收。
多糖分為兩大類：由植物物質製成的澱粉，以及由動物製成的糖原。纖維素是另一種常見的多糖，由植物細胞壁製成，由長鏈葡萄糖組成。然而，動物不能消化這種多糖，因為它含有需要特定酶才能消化的β鍵。人類的消化系統中沒有這種酶，這就是為什麼纖維素不被認為是營養素。在人類中，糖原和澱粉的主要作用是作為易於獲取的葡萄糖儲存。當攝入的葡萄糖比此時需要的多時，肝臟會將多餘的糖原儲存為糖原。當葡萄糖水平低時，肝臟會將儲存的糖原轉化回葡萄糖，準備使用 [2]。澱粉是一種多糖，含有 300 到 1000 個葡萄糖單元連線在一起。澱粉來自植物，是在穀物中形成的。這些穀物含有堅硬的外層。人類可以消化澱粉，因為它們比纖維素小，更容易被生物利用，用於能量 [5]。IEEE 科學期刊發表的一項關於中國某些型別的真菌及其提取的多糖的研究表明，這些多糖具有抗衰老特性，以及抗感染和抗腫瘤特性 [3]。
參考資料
[1] Ophardt CE。二糖 - 多糖。二糖 - 多糖 2003 年。可在以下網址獲取：http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/545polycarbo.html。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。
[2] 碳水化合物。碳水化合物。可在以下網址獲取：http://www.austincc.edu/emeyerth/carbohyd.htm。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。
[3] Song G, Du Q。中國九種傳統食用菌多糖的抗氧化活性比較。2011 年。可在以下網址獲取：http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6098606。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。
[4] Deren JJ, Broitman SA, Zamcheck N。飲食對腸道二糖酶和二糖吸收的影響。1967 年。可在以下網址獲取：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc297037/pdf/jcinvest00230-0066.pdf。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。
[5] 碳水化合物。超物理。可在以下網址獲取：http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/carb.html#c3。訪問時間：2016 年 5 月 6 日。