碳水化合物（carbohydrate）是由碳、氢和氧三种元素组成，由于它所含的氢氧的比例为2∶1，和水一样，故将其称为碳水化合物。由于碳水化合物的广泛存在，它成为为人体提供热能的三种主要的营养素中最廉价的营养素。碳水化合物是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源。它不仅是营养物质，而且有些还具有特殊的生理活性。碳水化合物是粮谷类、薯类、某些豆类及蔬菜水果的主要组成成分，对人体有多种重要的生理功能，是人类主要的供能物质。

食物中的碳水化合物可分成两大类：一类是人体可以吸收利用的有效碳水化合物；另一类具有糖类的结构，但很难或不能为人体所利用，如膳食纤维，但这一类多糖却在人体的消化过程中起重要的作用。根据化学结构可大致分为糖、寡糖、多糖等。

糖主要为单糖、双糖和糖醇。

单糖（monosaccharide）是不能被水解的最简单的碳水化合物，单糖包括葡萄糖（glucose）、果糖（fructose）和半乳糖（galactose）。单糖有D型和L型，人体只能代谢D型而不能利用L型，所以有人用L型葡萄糖作甜味剂，可达到增加食品的甜味而又不增加能量摄入的双重目的。葡萄糖是构成食物中各种碳水化合物的基本单位。有些碳水化合物完全由葡萄糖构成，如淀粉；有些由葡萄糖与其他单糖共同组成，如蔗糖。果糖的主要来源是水果和蜂蜜。果糖比糖类中的其他糖都甜，尤其是β果糖的甜度最大。果糖很容易消化，适于幼儿和糖尿病患者食用，它不需要胰岛素的作用，能直接被人体代谢利用。果糖吸收后，经肝脏转变成葡萄糖被人体利用，也有一部分转变为糖原、乳酸和脂肪。半乳糖很少以单糖形式存在于食品之中，而是乳糖、棉籽糖和琼脂等物质的组成成分，可以被乳酸菌发酵。

双糖（disaccharide）是由两分子单糖组合而成。常见的天然存在于食品中的双糖有蔗糖（sucrose）、乳糖（lactose）和麦芽糖（maltose）等。蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖结合而成。甘蔗、甜菜中含量较多，是蔗糖的主要来源，日常食用的白砂糖即是蔗糖。蔗糖易于发酵，并可以产生溶解牙齿珐琅质和矿物质的物质。它与牙垢中的某些细菌和酵母发生作用，在牙齿上形成一层黏着力很强的不溶性葡聚糖，同时产生作用于牙齿的酸，引起龋齿。因此，黏附在牙齿上的食物和黏性甜食对牙齿甚为有害，必须保持良好的口腔卫生（不常吃含有蔗糖的甜食对防止龋齿有利）。麦芽糖是由两个分子葡萄糖结合而成。麦芽糖主要存在于发芽的大麦（麦芽）和谷粒、麦芽抽提物以及由淀粉分解而得到的糖浆中，很容易在酸或酶的作用下发生分解。动物体内除淀粉水解外不含麦芽糖。淀粉在酶的作用下可降解生成大量的麦芽糖，制糖制酒工业中大量使用麦芽中淀粉酶就是这一目的。乳糖是由葡萄糖和半乳糖组合而成，主要存在于乳制品中。乳糖是婴儿主要食用的糖类物质。

糖醇（sugar alcohol）是由单糖还原为相应的多元醇。糖醇虽然不是糖，但具有某些糖的属性。目前开发的有山梨糖醇、甘露糖醇、赤藓糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、木糖醇等，这些糖醇对酸、热有较高的稳定性，不容易发生美拉德反应，成为低热值食品甜味剂，广泛应用于低热值食品配方。国外已把糖醇作为食糖替代品，广泛应用于食品工业中。

寡糖（oligosaccharides）是指由3～10个单糖构成的聚合物。比较重要的寡糖是存在于豆类食品中的棉籽糖和水苏糖。前者是由葡萄糖、果糖和半乳糖构成的三糖，后者是在前者的基础上再加上一个半乳糖的四糖。这两种糖都不能被肠道消化酶分解而消化吸收，但在大肠中可被肠道细菌代谢，产生气体和其他产物，造成胀气，因此必须进行适当加工以减小其不良影响。

多糖（polysaccharides）是10个以上的糖单元连接在一起而形成的长链聚合物。性质不同于单糖和低聚糖。一般不溶于水，没有甜味，不形成结晶，没有还原性。在酶或酸的作用下可水解成单糖残基数不等的片段，最后成为单糖。

淀粉（starch）是由许多葡萄糖聚合而成的、能被人体消化吸收的植物多糖，淀粉主要储存在植物细胞中，尤其是根、茎和种子细胞之中。薯类、豆类和谷类含有丰富的淀粉，是人类碳水化合物的主要食物来源，它为人类提供了70%～80%的热量，也是最丰富、最廉价的能量营养素。淀粉和淀粉水解产品是膳食中可消化的碳水化合物。根据淀粉的结构可分为直链淀粉（amylose）和支链淀粉（amylopectin）。前者易使食物老化形成难消化的抗性淀粉，后者易使食物糊化，从而提高消化率。

膳食纤维（dietary fiber）主要包括纤维素、木质素、抗性低聚糖、果胶、抗性淀粉等，以及其他不可消化的碳水化合物。纤维素是指存在于植物体中不能被人体消化吸收的多糖。纤维素是最为丰富的有机化合物和最为丰富的碳水化合物，它是高等植物细胞壁的主要成分。木质素是植物木质化过程中形成的非碳水化合物，是由苯丙烷单体聚合而成，不能被人体消化吸收。果胶（pectin）是被甲酯化至一定程度的半乳糖醛酸多聚体，它为白色至黄褐色粉末，无嗅，不溶于乙醇和其他有机溶剂，可溶于水。这种不可消化的多糖通常存在于水果和蔬菜的软组织中，尤其是柑橘类和苹果中含量较多。果胶分解后产生甲醇和果胶酸，这就是过熟或腐烂的水果中及各类果酒中甲醇含量较多的原因。

碳水化合物是组成生命细胞的重要成分及主要供能物质，并承担调节细胞活动的重要功能。机体中碳水化合物的存在形式主要有三种，葡萄糖、糖原和含糖的复合物，碳水化合物的生理功能与其摄入食物的碳水化合物种类和在机体内存在的形式有关。

膳食碳水化合物是人类获取能量的最经济和最主要的来源。一克葡萄糖在体内氧化可以产生4kcal的能量。在维系人体健康所需的能量中，通常有50%以上由碳水化合物供给。糖原是碳水化合物在体内的储存形式，在肝脏和肌肉中含量最多。碳水化合物的来源广泛，在体内消化、吸收、利用相对于其他热源物质更迅速、完全并且安全，即使在缺氧的情况下，仍能通过酵解作用提供身体必需的能量。葡萄糖在人体内释放能量较快，供能也快，它不仅是肌肉活动最有效的燃料，而且是心脏、脑、红白细胞等重要组织细胞唯一依赖的能量来源，对维持其正常功能、增加耐力、提高工作效率有极其重要的意义。

碳水化合物也是构成机体组织的重要物质，并参与细胞的组成和多种活动，每个细胞都含有碳水化合物，主要的存在形式是糖脂、糖蛋白和蛋白的多糖形式等，分布在细胞膜、细胞器膜、细胞质以及细胞间质中。如核糖和脱氧核糖是细胞中核酸的成分；糖与脂类形成的糖脂是组成神经组织与细胞膜的重要成分；糖与蛋白质结合的糖蛋白，是某些具有重要生理功能的物质如抗原、抗体、酶、激素的组成成分。占体重2%的大脑的能量消耗占基础代谢的25%。脑组织内无能量储备。血糖下降，脑组织供能不足，会影响其正常功能，出现注意力不集中，严重时甚至会昏迷休克。

脂肪在体内代谢也需要碳水化合物的参与，脂肪在体内代谢所产生的乙酰基必须与草酰乙酸结合进入三羟酸循环中才能被彻底氧化，而草酰乙酸是由糖代谢产生，因此，如果膳食中碳水化合物的摄入量过少，体内脂肪或事物脂肪被利用并快速分解为脂肪酸来供应能量，草酰乙酸供应相应减少，导致脂肪氧化不全而产生过多的酮体积聚在体内引起酮血症和酮尿症。碳水化合物的充分供给使酮体生成减少，从而防止了机体酮体的积累。这就是碳水化合物的抗生酮作用。

机体的一切生命活动都以能量为基础。当碳水化合物供应不足时，机体为了满足自身对葡萄糖的需要，将通过糖原异生作用产生葡萄糖，由蛋白质、脂肪产能来满足能量的需求。碳水化合物是机体最直接、经济的能量来源，若食物能提供足量的可利用的碳水化合物，人体会首先利用它作为能量来源，从而减少了蛋白质作为能量的消耗，使更多的蛋白质参与组织构成等更重要的生理功能，因此碳水化合物起到了节约蛋白质的作用。此外，膳食中碳水化合物的充分补给，体内有足够的ATP产生，也有利于氨基酸的主动转运。如果采取节食减肥往往会对机体造成一定的危害，不仅可造成体能酮体的大量积累而且还使组成体积的蛋白质分解，使体重减轻，危害健康。

经糖醛酸途径生成的葡萄糖醛酸，是体内一种重要的结合解毒剂，在肝中能与许多有害物质，如细菌毒素、酒精、砷等结合，以消除这些物质的毒性或生物活性，起到解毒作用。机体肝糖原足够时对有害物质的解毒作用增强，肝糖原不足时，机体对有害物质的解毒作用显著下降，当糖原充足时，肝脏对四氯化碳、酒精、砷等有害化学物质的解毒作用较强；葡萄糖醛酸与体内毒素（如：药物、胆红素）结合进而解毒。摄入足够的碳水物可增加肝糖原的贮存，提高机体对毒物的解毒能力，保护肝脏少受化学药品的毒害。

非淀粉多糖类如纤维素和果胶，抗性淀粉、功能性低聚糖等抗消化的碳水化合物，虽不能在小肠消化吸收，但刺激肠道蠕动，增加了结肠发酵率，发酵产生的短链脂肪酸和肠道菌群增殖，有助于正常消化和增加排便量。不能被人体消化和吸收的一些碳水化合物被称为“益生元”，这些物质能够选择性地促进宿主肠道内原有的一种或几种有益细菌生长繁殖，通过有益菌的繁殖增多而抑制有害细菌的生长，从而能达到调节肠道菌群，促进机体健康的目的。

碳水化合物还能提供膳食纤维，膳食纤维在肠内相对地不溶解，但结肠中的细菌酶可使其部分分解，产物为短链脂肪酸和一些气体刺激肠黏膜，从而促进粪便排泄。此外，膳食纤维吸水力很强，可促进胃肠蠕动，可吸附肠道中胆酸使之由粪便排出，从而使血清胆固醇下降，减少胆固醇沉积在血管壁的量，利于防止动脉硬化。还可减少小肠对糖的吸收，使血糖不会因为近视而快速升高，因此也可以减少体内胰岛素的释放，对平衡血糖也有相当大的作用。膳食纤维的饱腹感可以减少患有相关慢性病的病人的进食量。

2000年，中国营养学会结合了中国的实际情况，建议除了2岁以下的婴幼儿，人们每天应有55%～65%的热量来自碳水化合物的摄入。由于碳水化合物的种类不同，在人体中的作用也不同，人们在饮食上应尽量避免单一的碳水化合物来源。

谷薯杂豆类是碳水化合物的良好来源，谷薯类均含有丰富淀粉，并常常作为中国居民的主食原料。谷类中淀粉约占70%～80%，其利用率较高，是人类最理想、最安全、最经济的能量来源。赤豆、芸豆、绿豆、豌豆、鹰嘴豆、蚕豆等都属于杂豆类，与大豆类相比，这类豆中碳水化合物含量较高，所以也常常成为居民的主食。薯类中碳水化合物含量25%左右，含有丰富的纤维素、半纤维素和果胶等，可促进肠道蠕动，促进排便、预防便秘。

蔬菜水果、大豆是膳食纤维的重要来源。蔬菜中的膳食纤维一般含量在2%左右。由于不同的采摘季节、加工方法等，蔬菜中的膳食纤维含量也不同。一般来说，水果含碳水化合物比蔬菜高，大约在5%～30%之间，主要以双糖或单糖形式存在，如苹果和梨以果糖为主，葡萄、草莓以葡萄糖和果糖为主。一些水果含有丰富的膳食纤维，尤其是果胶，这种可溶性膳食纤维有利于肠道蠕动。大豆中碳水化合物含量约为30%～37%，近半是膳食纤维。

食物多样是平衡膳食模式的基本原则，在选择主食时，应尽量搭配多种谷薯杂豆类，多吃全谷物食物来代替精制谷物。水果和蔬菜也对人体各有不同的作用，在选择时不能互相替代，每天都应当适量摄入。