二、碳水化合物的生理功能

碳水化合物具有与人体健康密切相关的多种功能,包括贮存和提供能量、构成机体的成分、调节蛋白质代谢、抗生酮、保护肝脏、调节肠道菌群等,这些功能对人体健康十分重要。

1. 贮存和提供能量：碳水化合物作为人体主要能量来源，在人体主要以葡萄糖的形式被消化吸收，每克葡萄糖可以产生约17 kJ (4 kcal）的能量。

2. 构成机体的成分：碳水化合物是参与构成机体的重要成分，是生命细胞结构的主要成分及主要功能物质，大脑神经组织、软骨、骨骼、角膜、核糖核酸等的合成均离不开碳水化合物。

3. 调节蛋白质代谢：充足的碳水化合物摄入可防止体内蛋白质的大量消耗。当碳水化合物与蛋白质共同摄食时，体内储留的氮比单独摄入蛋白质时多，可增加机体ATP的合成，有利于氨基酸的活化与合成蛋白质。

4. 抗生酮作用：碳水化合物摄入不足时，人体脂质代谢会产生大量酮体，一旦在体内蓄积，会导致酮血症和酮尿症。因此，充足的膳食碳水化合物摄入可起到抗生酮的作用

5. 保护肝脏：肝脏对人体具有重要的解毒作用，摄入碳水化合物有助于增强肝细胞的再生，促进肝脏代谢，具有保护肝脏的作用。

6. 调节肠道菌群：碳水化合物与肠道菌群的多样性和丰度密切相关，科学合理的碳水化合物摄取可以维持肠道菌群平衡，有助于预防和改善一些肠道疾病，如肠病菌群失调、肠道炎症和肠易激综合征等。

三、功能性碳水化合物

随着社会经济的快速发展,人们的健康意识逐渐增强，对碳水化合物摄入有了新的需求,具备各种功能的功能性碳水化合物成为人们研究的热点。像膳食纤维、抗性淀粉、活性多糖、功能性低聚糖以及糖醇等功能性碳水化合物的多功能性引起了广泛的关注。

1、膳食纤维

膳食纤维通常是指不能被人类内源消化酶消化和吸收的碳水化合物，具有多种健康生理功能，包括通便防癌、维护肠道健康、血糖调节、保护心血管、降低胆固醇等。

近期，美国国立卫生研究院经过随访940例癌症肝癌病例和993例慢性肝病死亡病例后发现，摄入更多的膳食纤维与降低患肝癌和慢性肝病死亡的风险有关。近年来，利用淀粉作为4，6-α-葡聚糖转移酶的底物生产可溶性膳食纤维备受关注。本团队通过解析糖基转移酶介导的淀粉分支化及键型转变规律与机制，利用酶法重构使易于消化的淀粉α-1，4糖苷键转变成不易消化的α-1，6糖苷键，建立了高益生特性淀粉基膳食纤维的水溶性调控方法。为有效地修饰淀粉分支链结构，本团队以淀粉为底物，利用蔗糖磷酸化酶、α-葡聚糖磷酸化酶和支化酶通过体外酶促合成构建了富含大量膳食纤维、具有抗肿瘤活性的超支化葡聚糖。

2、抗性淀粉

抗性淀粉是指不能在小肠中消化和吸收，但可以在大肠中发酵或部分发酵的淀粉和淀粉降解产物，具有调节血糖和脂质代谢、促进肠道蠕动、抑制结肠癌、益生元以及抗肥胖等多种健康生理功能。抗性淀粉可以通过生物育种、化学、酶促和物理改性等方法制备，但是通过育种方法改良的谷物中抗性淀粉含量较低（3%-10%左右），因此开发抗性淀粉高效制备方法具有重要意义。

3、抗性糊精

抗性糊精是由淀粉酸化和酶解产生的可溶性膳食纤维，具有调节血糖、降低血脂、改善肠胃菌群组成、润肠通便、促进矿物质吸收等生理功能和良好的加工稳定性。近期，日本早稻田大学一项研究表明，同时食用抗性糊精和低剂量氧化镁可促进人体肠道微生物中短链脂肪酸和乳酸的生成。

为实现高附加值淀粉糊精化衍生物的高效制备，本团队通过创新糊精环化三维结构的柔性化新理论，在国际上首次提出“Spring Dextrin”（弹簧糊精）新概念、柔性结构与调控方法；筛选获得具备强反向合成能力的糖苷酶，在高浓度底物条件下（>50%）创制出葡萄糖基、半乳糖基和麦芽糖基等系列分支环糊精，溶解度提高100倍以上；利用自主筛选的4-α-糖基转移酶，实现系列大环糊精（聚合度20-30，空腔由0.6-0.8nm提升至4nm）高效制备。

4、抗肿瘤多糖

从真菌、植物等中提取的多糖成分已被证明在预防和治疗癌症肿瘤方面具有巨大潜力。据报道，多糖可以与化疗药物协同对抗肿瘤，并改善由于手术和化疗引起的机体损伤。近期研究表明，黄芪多糖除了可以直接诱导肿瘤细胞凋亡外，还可以减轻摄入常用化疗药物5-氟尿嘧啶（5-FU）导致的免疫抑制作用和胸腺损伤，因此可以与5-FU联合使用来提高肿瘤治疗效果。

5、功能性低聚糖（例：抗阿尔茨海默病的低聚糖）

阿尔茨海默病是一种目前仍无法治疗的神经退行性疾病，细胞外β-淀粉样蛋白沉积是其病理学特征之一。据报道，低聚糖在调节大脑功能方面起着关键作用。最新研究显示，甘露寡糖可显著降低AD小鼠大脑中β-淀粉样蛋白积累，并通过重塑肠道微生物组和增强神经保护代谢物短链脂肪酸（SCFA）的生成来减轻阿尔茨海默病小鼠模型的认知和行为障碍。

6、糖醇

糖醇并不是没有能量，而是能量密度低于天然糖源。现行食品营养标签标识相关标准暂未规定含糖醇原料食品中碳水化合物的计算方法，导致糖醇产生的能量无法计算。正确的能量计算方式应该将产品中碳水化合物分为2部分，一部分是糖醇，另一部分是总碳水化合物减去糖醇后得到的“碳水化合物”。其中，GB28050-2011中建议赤藓糖醇能量系数为0 kJ/g，其他糖醇的能量系数为10 kJ/g，碳水化合物能量系数为17 kJ/g。

7、甜味剂

人工甜味剂（阿斯巴甜、安赛蜜、三氯蔗糖等）已被广泛应用于食品中，但关于人工甜味剂的长期健康影响仍值得关注。2023年7月14日，世界卫生组织下属国际癌症研究机构（IARC）将阿斯巴甜归类为可能对人类致癌物质（IARC 2B组），但WHO下属食品添加剂专家联合委员会（JECFA）则重申强调了40 mg/kg体重的可接受每日摄入量，即一个体重70公斤的成年人每天需要消耗9-14罐以上无糖饮料才能超过可接受的每日摄入量。

事实上，由于阿斯巴甜的安全性争议，其早已进入世卫组织“观察名单”。1981年，世卫组织食品添加剂联合专家委员会已经对其健康影响开展了评估；此前，世卫组织癌症研究机构（IARC）也已将阿斯巴甜作为高度优先评定对象。本次是WHO联合专家委员会对阿斯巴甜开展的第三次评估，根据阿斯巴甜在人类癌症（特别是肝癌）方面的有限证据，将阿斯巴甜归类为可能对人类致癌组。

目前，低热量、高安全性的新型甜味剂开发成为研究热点。其中，D-阿洛酮糖自1995年被首次报道以来，因具有蔗糖70%的甜度，但只有蔗糖10%的能量而受到人们关注。2011年，美国食品药品管理局FDA将D-阿洛酮糖认证为“公认安全GRAS”。2015年，D-阿洛酮糖获得美国FDA批准可在烘焙食品、糖果、甜酱、乳制品、冰淇淋、甜点、饮料等产品中使用。我国卫健委也于2021年8月受理 D-阿洛酮糖作为新食品原料的申请，其有望成为未来兴起的新型甜味剂之一。

四、碳水化合物与饮食健康

中国居民膳食指南推荐我国居民的碳水化合物的膳食供给量占总能量的50-65%较为适宜，其中添加糖应占总能量10%以下，提倡摄入以谷类为主的多糖食物，以保障人体能量充足和营养素的需要，同时还可以改善胃肠道环境和预防龋齿。

现在对于低GI米面食品，饮食是一个重要的方面。我们团队做过一些调研。其实很多特医并不是没有效果，而是大家不愿意吃很甜的东西。他们需要的是像米、面条等的主食，所以我们现在就致力于把淀粉做成面条、饼干，做成全面的功能，这样才能真正解决糖尿病人的饮食问题。

报告专家：金征宇教授 中国工程院院士、江南大学食品学院