下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
根据能否水解和水解后的生成物，碳水化合物可分为单糖（包括戊糖和己糖）、低聚糖（包括麦芽糖、蔗糖和乳糖）以及多糖（包括淀粉和非淀粉多糖）三类。
单糖分子结构最简单，是不能水解的最基本的糖分子，通式为（CH 2 O） n 。单糖为结晶物质，易溶于水，有甜味，可不经消化就被人体直接吸收利用。自然界中的单糖以4～6个碳原子最为普遍，食品中以戊糖（n=5）和己糖（n=6）较多，尤以己糖分布最广。戊糖在自然界中大都以形成多糖的成分而存在，如阿拉伯糖存在于半纤维素中，稻草、木材中含有木糖的成分。戊糖不能被人体吸收。己糖中最重要的单糖有三种：葡萄糖、果糖、半乳糖，它们在营养学上有重要作用。
葡萄糖是自然界中分布最广且最为重要的一种六碳单糖，它是一种多羟基醛，分子式为C 6 H 12 O 6 ，以游离形式存在于血液、脑脊液、淋巴液、水果、蜂蜜等中，是构成多种寡糖和多糖的基本单位。
葡萄糖是生物体内新陈代谢不可缺少的营养物质。它的氧化反应放出的热量是人类生命活动所需能量的重要来源。机体各器官都能利用它作为燃料和合成许多其他重要的化合物。在活细胞，例如哺乳动物的肌肉细胞或单细胞的酵母细胞中，葡萄糖先后经过不需氧的糖酵解途径、需氧的三羧酸循环以及生物氧化过程生成二氧化碳和水，释放出较多的能量，以三磷酸腺苷（adenosine triphosphate, ATP）的形式贮存起来，供生长、运动等生命活动之需。
葡萄糖很容易被吸收进入血液中，因此医务人员、运动爱好者等常常将它当作强而有力的快速能量补充剂，过多的血液葡萄糖会在肝脏和脂肪组织中转换成脂肪酸和甘油三酯，提高胰岛素的浓度，导致肥胖和糖尿病；过少的血液葡萄糖会造成低血糖症或者胰岛素休克（糖尿病昏迷）；葡萄糖可以加强记忆，刺激钙质吸收和增加细胞间的沟通，研究人员发现，在饮食中补充75g的葡萄糖会增加记忆测验的成绩。此外葡萄糖对脑部功能很重要，例如阿尔茨海默病患者比其他脑部功能异常者具有更低的葡萄糖浓度，因而造成中风或其他的血管疾病；葡萄糖被吸收到肝细胞中，会减少肝糖的分泌，导致肌肉和脂肪细胞吸收葡萄糖的能力增强。
果糖是葡萄糖的异构体，分子式与葡萄糖相同，结构不同，也为六碳糖，常温下为白色晶体，是最甜的一种糖，甜度为蔗糖的1.75倍，它以游离状态大量存在于水果的浆汁和蜂蜜中。
在体内，果糖代谢的强度取决于果糖浓度，不受胰岛素的影响。果糖的服用和吸收不会引起低血糖；果糖可以转化为葡萄糖或合成糖原；但是葡萄糖和糖原不能逆向转化为果糖；此外，果糖在体内的代谢不受胰岛素的控制，在肝脏内果糖首先磷酸化生成1-磷酸果糖，然后分解成丙糖，丙糖进一步合成为葡萄糖和甘油三酯或进入糖酵解途径。身体健康的人仅有极少量的葡萄糖从肝脏中释放出来，因此，人体摄入果糖不会像摄入葡萄糖和蔗糖一样容易引起严重的饭后血糖高峰或低血糖。
尽管人体对果糖的代谢能力很强，但是不少人仍会因大量食用而出现恶心、上腹部疼痛，以及不同血管区的血管扩张现象。此外，大量给予果糖还可引起肝脏中甘油三酯合成增多，并可导致高甘油三酯血症，此外，还发现血清胆固醇水平有不同程度的升高。
半乳糖是一种单糖，分子式为C 6 H 12 O 6 ，是一种由六个碳和一个醛组成的单糖，是某些糖蛋白的重要成分。半乳糖在植物界常以多糖形式存在于多种植物胶中，如红藻中的K-卡拉胶。食物中的半乳糖主要来自奶类所含的乳糖，哺乳婴儿所需能量的20%由乳类中的乳糖提供，牛奶中的乳糖被人体分解为葡萄糖和半乳糖后再被吸收利用。正常情况下，乳糖进入肠道后即被水解成半乳糖和葡萄糖经肠黏膜吸收。半乳糖被吸收后在肝细胞内先后经半乳糖激酶、半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶和尿苷二磷酸半乳糖表异构酶的作用，最终生成L-磷酸葡萄糖进入葡萄糖代谢途径。人体肝脏将半乳糖转化为葡萄糖的能力很强，进入人血液中的半乳糖在半小时内即有50%被转化。
低聚糖又名寡糖或少糖类，是一种新型功能性糖源。低聚糖并不能被人体的胃酸破坏，也无法被消化酶分解，但它可以被肠中的细菌发酵利用，转换成短链脂肪酸以及乳酸，每克可产生0～2.5kcal的热量。在低聚糖类中，由两分子单糖结合而成的双糖最为重要，有麦芽糖、蔗糖和乳糖。
麦芽糖是由两个D-葡萄糖分子通过α-1，4糖苷键连接起来的双糖，化学式为C 12 H 22 O 11 ，为白色晶体，易溶于水，具有还原性，可由淀粉水解得到，甜度比蔗糖低。在口腔中慢慢咀嚼淀粉类食品（米、面制品）时感觉到的甜味，是因为唾液中的淀粉酶把淀粉水解成了麦芽糖。唾液、胰液中的淀粉酶都能将淀粉水解成麦芽糖，麦芽糖通过麦芽糖酶的水解形成了两分子葡萄糖，然后被人体吸收。麦芽糖也是一种被普遍食用的糖，平时吃的饴糖，主要成分就是麦芽糖。糕点、面包的配方原料和烹饪的原料中常用饴糖，如烤鸭、烧饼等食品的制作。饴糖在加热时可随温度的升高而产生由浅黄、红黄、酱红到焦黑等不同的色泽。
蔗糖是最重要的双糖，它是由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合而成，无还原性，广泛存在于植物的茎、叶、果实和种子中，在甜菜、甘蔗中含量很丰富，日常食用的白糖、红糖、砂糖都为蔗糖。
蔗糖被人食用后，在胃肠中转化酶的作用下转化成葡萄糖和果糖，一部分葡萄糖随着血液循环运往全身各处，在细胞中氧化分解，最后生成二氧化碳和水并产生能量，为脑组织功能、人体的肌肉活动等提供能量并维持体温。血液中的葡萄糖——血糖，除了供细胞利用外，多余的部分可以被肝脏和肌肉等组织合成糖原而储存起来。当血糖含量由于消耗而逐渐降低时，肝脏中的肝糖原可以分解成葡萄糖，并且陆续释放到血液中，肌肉中的肌糖原则是作为能源物质，供给肌肉活动所需的能量。
蔗糖可以增加机体ATP的合成，有利于氨基酸的活化与蛋白质的合成。由蔗糖分解成的葡萄糖对脑组织和肺组织来说都是十分重要的。糖是构成机体的重要物质，如糖蛋白是体内激素、酶、抗体等的组成部分，糖脂是细胞膜和神经组织的成分，核糖和脱氧核糖是核酸的重要组分。
乳糖是人类和哺乳动物乳汁中特有的碳水化合物，是D-葡萄糖与D-半乳糖以β-1，4糖苷键结合的双糖，属还原糖，分子式为C 12 H 22 O 11 。乳糖主要在空肠、回肠消化吸收，小肠上皮细胞刷状缘分泌的乳糖酶将其水解为葡萄糖和半乳糖后，通过细胞的主动转运而吸收。葡萄糖主要为机体提供能量，而半乳糖以糖苷键结合于神经酰胺上，形成半乳糖脑苷脂，从而参与大脑的发育。婴儿期是神经发育的关键期，因此，乳糖对婴儿期神经系统的发育至关重要。
乳糖和其他糖类一样都是人体热能的来源。牛乳中总热量的1/4来自乳糖。除供给人体能源外，乳糖还具有与其他糖类所不同的生理意义。乳糖在人体胃中不被消化吸收，可直达肠道。在人体肠道内，乳糖易被乳糖酶分解成葡萄糖和半乳糖以被吸收。半乳糖是构成脑及神经组织的糖脂质的一种成分，对婴儿的智力发育十分重要，它能促进半乳糖脑苷脂和黏多糖类的生成。乳糖能促进入体肠道内某些乳酸菌的生成，能抑制腐败菌的生长，有助于肠的蠕动。由于乳酸的生成有利于钙以及其他物质的吸收，从而防止佝偻病的发生，婴儿食品中常强化乳糖。
多糖是水解后能生成多个单糖分子的糖类，也可以说它由多个单糖分子脱水缩合而成。多糖无甜味，但经过消化酶的作用可分解为单糖。多糖中的淀粉、糖原、纤维素在营养学上有重要作用。
多糖也可按其是否可被人体消化吸收而分成可消化利用的多糖和不可消化利用的多糖两类。淀粉和糖原是能被人体消化利用的多元糖类，但是根据新近研究报告，淀粉中存在一部分不能在人体小肠中消化、吸收的淀粉，如生理受限淀粉和老化淀粉等，它们可被称为抗性淀粉；非淀粉多糖则包括纤维素、半纤维素、果胶、β-葡聚糖、果聚糖、植物胶、树胶和藻类多糖等。这些多糖实际上多是膳食纤维的组成成分，膳食纤维因人体缺乏相应的酶而不能被人体消化吸收。
淀粉是高分子碳水化合物，是由葡萄糖分子聚合而成的多糖。其基本构成单位为α-D-吡喃葡萄糖，分子式为（C 6 H 10 O 5 ） n ，是白色无定型粉末，大量存在于植物块根和种子中。米、麦、玉米、马铃薯等食物的主要成分是淀粉，它是绿色植物光合作用的产物，人类能量的主要来源。谷类含淀粉70%～80%、干豆类含淀粉50%～60%、红薯含淀粉23%～24%。
淀粉根据结构的不同可分为直链淀粉和支链淀粉两种，直链淀粉能溶于热水，为可溶性淀粉，支链淀粉不溶于热水，只能在热水中膨胀。淀粉无甜味也不溶于冷水，但加水、加热至沸腾时，就会形成糊浆（俗称糨糊），称为糊化作用。沸化后的淀粉有黏性，遇冷产生胶凝作用，副食加工中粉条、粉丝、粉皮的制作和糕点上的烫面都是利用淀粉这一特性制成的。
淀粉在酶的作用下依次分解为糊精、麦芽糖和葡萄糖，最后以葡萄糖的形式被机体吸收利用。含淀粉的食物在高温作用下就能产生一些糊精，如烤饼干、面包或馒头表面那层棕黄色的硬皮，熬米粥时表面那层黏性膜就是淀粉产生的糊精。糯米中含糊精较多。糊精有利于肠道中嗜酸杆菌的生长，可减轻肠内细菌的腐化作用。
糖原是一种动物淀粉，又称肝糖原或肌糖原，是由葡萄糖结合而成的支链多糖，其糖苷链为α型，是动物的储备多糖，化学式为（C 6 H 10 O 5 ） n 。哺乳动物体内，糖原主要存在于骨骼肌（约占整个身体糖原的2/3）和肝脏（约占1/3）中，其他大部分组织中，如心肌、肾脏、脑等，也含有少量糖原。低等动物和某些微生物（如真菌）中也含有糖原或糖原类似物。糖原结构与支链淀粉相似。
植物及动物（消化道中）的淀粉酶均能作用于糖原，产生麦芽糖及糊精。在活细胞内，糖原的降解从非还原性末端开始，逐个切下葡萄糖基生成D-葡萄糖-1-磷酸，再通过糖酵解等途径进一步分解产生能量和提供合成其他生物分子所需要的碳架。高度的分支状构造使糖原分子中8%～10%的葡萄糖处于可被利用的非还原末端，这就便于在需要时可短时间内快速大量动用，不需要时快速恢复贮存。例如，肌肉收缩运动时所需要的以ATP形式提供的能量为静止时的几千至几万倍，这些ATP主要依赖糖原的分解来提供。葡萄糖、乳酸、脂肪酸、甘油和某些氨基酸都可以通过适当的代谢途径转变为贮存的糖原；由葡萄糖合成糖原的过程称为糖原生成作用，由非糖物质生成葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用。
人体内糖原的贮存或消耗是一个受激素及底物控制的过程。通过调节参加合成及降解过程的酶的活性，机体的糖原代谢和血糖水平得到恰当的控制。糖原的不正常代谢表现为糖原蓄积症，其原因常是缺乏相关的酶。例如，缺乏葡萄糖-6-磷酸酶的患者，其肝脏及肾脏含有较多结构正常的糖原，临床症状为肝肿大、极度低血糖、高脂血症、高尿酸血症、酮中毒以及生长停滞等。
纤维素是一类复杂的多糖，是构成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。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的、最纯的纤维素来源。一般木材中，纤维素占40%～50%，还有10%～30%的半纤维素和20%～30%的木质素。
纤维素是植物细胞壁的主要结构成分，通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起，其结合方式和程度对植物源性食品的质地影响很大。而植物在成熟和后熟时质地的变化则是由果胶物质发生变化引起的。人体消化道内不存在纤维素酶，纤维素是一种重要的膳食纤维。
人体内没有β-糖苷酶，不能对纤维素进行分解与利用，但纤维素却具有吸附大量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，减少不良刺激对肠道的作用，从而可以预防肠癌发生。