碳水化合物(carbohydrates)，又稱為醣類，依其組成分子的繁簡，可分成單醣(mono-saccharides)、雙醣(di-saccharides)、寡醣(oligo-saccharides)和多醣(poly-saccharides)類。「醣」與「糖」的意義不同，「醣」是指碳水化合物，而「糖」則是指碳水化合物中具有甜味者，如葡萄糖、果糖、蔗糖等。之所以稱為碳水化合物，乃因其分子式內，氫氧比例與水相同，例如葡萄糖分子式為C6H12O6，亦可寫為C6(H2O)6，看起來就是碳和水結合而成的化合物呢。
醣類，長久以來，通常被視為身體能量的主要來源。實際上，除了能量供應外，醣類在人體生理運作上亦扮演著非常重要的角色。醣類可以結合在蛋白質上，形成醣蛋白(glycoproteins)，亦可結合在脂質上，形成醣脂質(glycolipids)。細胞膜上的醣蛋白，其有一特殊功能，是細胞與細胞辨識彼此、互相溝通的媒介。負責防禦人體健康的免疫細胞，彼此之間也是靠這些醣蛋白傳達免疫訊息，動員免疫細胞，打擊各種病原，所以醣質在免疫系統裡亦扮演舉足輕重的角色。
此外，各種引起疾病的病原(如細菌或病毒等)，當它們在找到有機可趁的宿主細胞時，也是用醣質來與宿主細胞進行接觸，如果病原表面的醣質能順利接觸宿主細胞表面的醣質，就能長驅直入，進而感染宿主細胞，或者利用它來複製病毒。因此，現在科學界已嘗試發展與病原競爭宿主細胞表面醣質的藥物或疫苗，希望利用一些無害但又有親和力的「擬醣質」(像醣一樣的東西)，先與宿主細胞表面的醣質結合，如此一來病原就沒有下手的機會。一些流行感冒疫苗運用的就是這個原理。
解開醣質的功能，就能對抗各種奇怪疾病，這是科學家的理想，也是醣質愈來愈受到重視的原因。
2007年4月，台灣清華大學教授洪上程所領導的研究團隊，經過七年的研發，在醣類合成領域獲得重大突破，即透過「一鍋化醣鏈結反應」，可選擇性的合成所需的新寡醣，此成果發表於國際科學權威雜誌「自然」期刊上。如前所述，病毒(virus)要感染人體，必先與細胞膜上不同的寡醣(常為醣蛋白上的寡醣)結合，才能達到入侵細胞的目的。以禽流感來說，只要能合成禽流感病毒所欲結合的寡醣，並將此寡醣噴於嘴巴及鼻腔內，使病毒與所合成的寡醣結合，而無法與人體細胞膜上的寡醣結合，就可以防範禽流感病毒的感染了。因此洪上程教授研究團隊，所提出的新寡醣合成方法，對防範禽流感、愛滋病、登革熱、肝炎病毒等的新藥研發，提供了另一個可選擇的嶄新的技術方向。其期刊論文如下：
「Regioselective One-pot Protection of Carbonhydrates」Nature (2007) 446，896-899。
「Regioselective One-pot Protection of Glucose」Nature Protocols (2008) 3，97-113。
無論如何，此篇貼文，仍以傳統方式視醣類主要功能為身體能量供應，至於其它生理功能，則會另以其它貼文陳述。
醣類之分類
醣類依組成分子的繁簡(亦即依水解反應)，可分成單醣、雙醣、寡醣及多醣四大類。
單醣：
單醣是碳水化合物中最簡單的分子，無法再被水解的最簡單的醣。單醣有三碳醣、四碳醣、五碳醣、六碳醣及七碳醣，其中以五碳醣及六碳醣最為重要。六碳醣，包括有葡萄糖、果糖、半乳糖及甘露糖等，其中以葡萄糖在生理方面最為重要。在食物中，六碳醣存在量最多，分佈也最廣，三碳醣、四碳醣、及七碳醣在食物中並不多見，只在體內新陳代謝時產生。五碳醣在食物中亦很少見，生物體可自行合成，如核酸中的核糖(ribose)，即為五碳醣的一個例子；五碳醣，尚包括有木糖(xylose)、木糖醇(xylitol)、阿拉伯糖(arabinose)等。
雙醣：
雙醣乃由兩個單醣脫水結合所構成，例如蔗糖(sucrose)、麥芽糖(maltose)及乳糖(lactose)等。若經加酸水解或消化酵素作用，可水解成兩個單醣。例如一分子蔗糖，可以水解成一分子葡萄糖及一分子果糖。常見雙醣水解反應如下：
蔗糖 + 水 à 葡萄糖 + 果糖
麥芽糖 + 水 à 葡萄糖 + 葡萄糖
乳糖 + 水 à 葡萄糖 + 半乳糖
蔗糖，係由甘蔗汁中提煉出來，純度較高顏色較白者，即為市面上所販售的白糖，僅提供熱量；純度較低而色黑者，即黑糖，內含少量礦物質。
乳糖，是牛奶中的醣類，甜味較弱，正常成年人因乳糖分解酵素(b-galactosidase)分泌不足，因此牛奶中的乳糖無法完全消化吸收，未被吸收的乳糖在腸中會被細菌發酵為乳酸，使腸中酸度增加(pH值下降)，有利於鈣質吸收，又有部分學者認為，由於乳酸與鈣形成乳酸鈣鹽，而有利於鈣質吸收。
寡醣：
寡醣乃由3-10個單醣脫水結合所構成，例如棉籽糖(又稱蜜三糖，或raffinose)、水蘇糖(又稱水蘇四糖，stachyose)、果寡醣(fructo- oligosaccharides，或FOS)、木寡醣(xylo-oligosaccharides，或XOS)、半乳寡醣(galacto-oligosaccharides，或GOS)、異麥芽寡醣(isomalto-oligosaccharides，或IMO)及甘露寡醣(mannan- oligosaccharides，或MOS)等。其中以木寡醣最為人所樂道。寡醣的特性，低甜度、低熱量，不易消化，但常可被腸內的益生菌所分解利用，可促進腸胃蠕動與排便，並可幫助腸內的益生菌增殖繁衍。大豆，含有高量植物性蛋白質，深受大家喜愛，但含有棉籽糖，因不易消化，累積於大腸中，而大腸內的厭氣菌則會使這些寡糖發酵而易形成腸胃脹氣等不適，因此食用過量大豆(如豆漿)，易使腹部脹氣，而降低食慾。
多醣：
多醣乃由10-10000個單醣甚至更多單醣脫水結合所構成，多醣類具有很高的分子量，無固定形狀，不會結晶、不甜、不溶於水。又可分為可消化的多醣類，例如澱粉(starch)、糊精(dextrin)、肝醣(glycogen)，及不可消化的多醣類，例如纖維素(cellulose)、半纖維素(hemi-cellulose)、樹膠(gums)、果膠(pectin)等。
澱粉，在五穀、根莖類食物貯藏量最為豐富，是人類攝取量最大的多醣類。澱粉，在平常溫度下，各個葡萄糖分子間排列整齊而緊密，咬起來相當堅應(如米粒)，水分子不易進入，但在熱水中，葡萄糖分子排列較為鬆散，水分子可以進入，澱粉粒澎脹而破裂，如此食用後才能為人體消化吸收。澱粉中，含有兩種分子結構，一種為直鏈螺旋分子結構(amylase)，常溫具水溶性，另一種為具支鏈的分子結構(amylopectin)，常溫不具水溶性；一般澱粉中，直鏈澱粉約佔20-30%，支鏈澱粉粉約佔70-80%。在來米、蓬來米比糯米含有較多的直鏈澱粉，糯米含較多支鏈澱粉，因此糯米較不易消化，胃排空較慢，胃腸不好者應酌量食用。
醣類分類整理於如下表格：
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(一)單醣類： 六碳醣 1.葡萄糖 山梨糖醇(sorbitol) 2.果糖 3.半乳糖 4.甘露糖 甘露糖醇(mannitol) 五碳醣 1.核糖 2.木糖 木糖醇(xylitol) 3.阿拉伯糖 (二)雙醣： 1.蔗糖 2.麥芽糖 3.乳糖 (三)寡醣： 1.棉籽糖 2.水蘇糖 3.果寡醣 4.木寡醣 5.麥芽寡醣 (四)多醣： 可消化者 1.澱粉 2.糊精 3.肝醣 不可消化者 1.纖維素 2.半纖維素 3.樹膠 4. 果膠 5.菊糖(inulin) |
進一步說明，可查詢參考網站
http://en.wikipedia.org/wiki/Glucose http://en.wikipedia.org/wiki/Sorbitol http://en.wikipedia.org/wiki/Fructose http://en.wikipedia.org/wiki/Galactose http://en.wikipedia.org/wiki/Mannose http://en.wikipedia.org/wiki/Mannitol
http://en.wikipedia.org/wiki/Xylose http://en.wikipedia.org/wiki/Xylitol
http://en.wikipedia.org/wiki/Sucrose http://en.wikipedia.org/wiki/Maltose http://en.wikipedia.org/wiki/Lactose
http://en.wikipedia.org/wiki/Raffinose
http://en.wikipedia.org/wiki/Oligosaccharide
http://en.wikipedia.org/wiki/Starch http://en.wikipedia.org/wiki/Dextrin http://en.wikipedia.org/wiki/Glycogen
http://en.wikipedia.org/wiki/Cellulose
http://en.wikipedia.org/wiki/Pectin http://en.wikipedia.org/wiki/Inulin |
各種糖之甜度
糖之甜度，以蔗糖為標準，假定蔗糖為100，數值比100高者，表示甜度比蔗糖高，反之，則甜度比蔗糖低。各種糖之甜度，列表如下：
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糖 |
甜度 |
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果糖 蔗糖 葡萄糖 山梨糖醇 甘露糖醇 半乳糖 麥芽糖 乳糖 阿斯巴甜(aspartame) 糖精(saccharin) |
173 100 74 60 50 32 32 16 18000 22000-70000 |
醣類的生理功能
1.提供熱量：
腦、神經系統以及紅血球細胞所需要的能量主要由葡萄糖的代謝來提供。紅血球細胞沒有粒線體，無法利用脂肪。胎兒以及胎盤的細胞也以利用葡萄糖為主。每1公克醣類可以供應4大卡熱量，這是醣類的生理熱量值。
2.減少消耗蛋白質用於提供熱量：
血糖降低時，若體內沒有醣類的儲存，就會分解組織的蛋白質，代謝轉化成葡萄糖，以維持血糖和重要器官功能。因此攝取充足的醣類，可以保護組織蛋白質免於分解消耗。所以若要蛋白質行使其修補建造組織之功用，體內就必須有正常量之醣類供應。
3.避免酮酸中毒
當體內葡萄糖不足時，許多細胞改用脂肪酸為主要能量來源。可是脂肪酸的氧化代謝需要少量的葡萄糖產生草醯醋酸(Oxaloacetate，OAA)，若葡萄糖不足，會短缺OAA，脂肪酸會被迫形成HMG-CoA(b-hydroxy-b-methylglutaryl-CoA)，，其產物就是大量的酮體（ketone bodies），大量堆積易產生酮酸中毒(ketoacidosis)。為了使脂肪酸充分利用，每天至少需要醣類70-100公克。
4.膳食纖維有保健功效
纖維素及果膠進入腸道後，刺激腸道蠕動，會與人體代謝後廢物結合形成「堆體」俗稱糞便，排出體外，而有害的物體很難停留和堆積體內，因此在疾病預防上有很多成效。可調節脂肪與糖分之吸收，有助於血糖控制與降低血膽固醇。而肥胖患者，更不可缺乏食物纖維的攝取，它可提供無熱量且產生飽足感，降低對食物的渴求。
5.增強食品風味
各種醣類成分以及醣類產生的反應可以提供食品甜味、風味與質感。例如：勾芡用黏稠劑是玉米粉，番薯粉等。
醣類之消化
1. 口腔之消化作用
食物在口腔中咀嚼，可將食物磨碎並與唾液混合，在唾液中含有一種澱粉脢(ptyalin)，當口腔中有澱粉食物時，便會刺激分泌澱粉脢，澱粉脢可將澱粉分解為糊精，再使糊精進一步分解為麥芽糖。澱粉脢只能在鹼性或中性的環境發揮消化作用，一旦進入胃部，因有胃酸的關係，澱粉脢遇到胃酸便會立即失去消化作用，因而在胃中澱粉脢會持續對澱粉食物進行作用直至胃酸完全滲入澱粉食物為止(胃中pH值約降至6.5以下時，澱粉脢會完全失去作用)。我們實應把握口腔中澱粉的消化作用，澱粉食物應細嚼慢嚥，在口腔中停留稍久一些，讓澱粉食物與唾液充分混合並進行分解反應，即將澱粉大分子列解成小分子。千萬不要狼吞虎嚥，澱粉食物尚未與唾液中的澱粉脢產生消化作用(即將澱粉轉化為糊精，再轉化為麥芽糖)，就吞了下去，將非常不利於接下來至胃部腸部的消化作用。
長壽人士談及其經驗時，經常會提醒人們咀嚼的重要性，隨著年齡增加，咀嚼次數亦應增加，以期達到充分消化之目的。咀嚼除了幫忙食物消化外，也是刺激腦部的活動，減少腦部退化，故養生運動中常包含咀嚼吞津，實也有些道理的。
食用澱粉食物時，不要與酸性水果(如柑橘類、鳳梨、草莓、葡萄等)或酸性調味料(如醋等)或其它酸性食物，一同食用，因為酸性食物不僅會使澱粉脢失去消化作用，而且也會抑制澱粉脢分泌，妨害澱粉之消化，如易導致澱粉在胃腸中被細菌發酵(fermentation)產生酒精及醋酸，而無法被人體消化成單醣吸收。
澱粉亦不要與糖類(sugar) 一同食用，因為糖類亦會抑制澱粉脢分泌，而妨害澱粉之消化，因此麵包添加蜂蜜(honey)或果醬(jam)，是不好的組合，會干擾澱粉之消化。再舉一例，無味白饅頭，又比加糖甜饅頭，澱粉較易消化吸收。
於此順便一提的，肉食動物的唾液是酸性的，可用來消化動物性蛋白；但牠們的唾液中卻缺乏用來消化澱粉的澱粉脢。人類的唾液則是鹼性的，唾液中含有澱粉脢可用來分解澱粉。肉食性動物的腸子是身體的3倍長，為了使容易腐爛的食物很快的排出體外。我們的腸子卻有身體的12倍長，才能讓食物滯留在腸子內更長久，直到所有的養分都被吸收為止。
2. 胃內之消化作用
主要提供磨碎的作用，將澱粉顆粒儘量變小及分散，使其有利於腸部消化吸收。
在胃中，蛋白質適合在酸性環境下進行消化，澱粉則適合在鹼性環境下進行消化，而脂肪則適合在中性偏鹼性環境下進行消化。如果單獨攝取水果時，水果停留於胃，不會超過一小時，由此可知水果乃極易消化的食物，一小時以內就會完全排空，進入小腸吸收。單獨食用澱粉類食物其排空時間，約為一～三小時，此後才能由胃送入小腸中進行再吸收利用。單獨食用蛋白質類食物其排空時間，約為三～四小時，此乃指在含有鹽酸的胃液下，完全分解，不受外界干擾時。
若蛋白質食物與澱粉食物，一起食用時，一旦進入胃部時，蛋白質會立即刺激胃部釋放大量鹽酸，以消化蛋白質，必須等到約3-4小時後，即蛋白質消化完成及排空後，胃才會對澱粉食物進行消化作用，因此長時間滯留在胃中的澱粉，容易被胃中的細菌發酵，而妨害澱粉之消化吸收。高濃度蛋白質食物與澱粉食物一同食用，乃為釀成許多腸胃病之誘因。例如，牛排(蛋白質) + 馬鈴薯(澱粉) (即牛排與馬鈴薯一同食用)、漢堡(肉+麵包)、肉包(肉+麵粉)、雞肉飯(肉+米)、蛋包飯(蛋+米)、控肉飯(肉+米)、乳酪披薩(cheese+澱粉)、夾蛋三明治(蛋+麵包)、熱狗(肉+麵包)‧‧‧等等，不勝枚舉。
3. 小腸內之消化作用
小腸進行擺動、蠕動、分節運動，使消化脢與醣類食物攪拌均勻並且產生接觸，進行消化反應。消化脢包含由胰臟分泌的胰液內含胰澱粉脢(pancreatic amylase)，可分解澱粉為糊精及麥芽糖。腸壁，則含有許多消化脢，可將三醣或雙醣轉化為單醣(主要為六碳醣)，例如麥芽糖脢(maltase)、蔗糖脢(sucrase)、乳糖脢(lactase)、異麥芽糖脢(isomaltase)、糊精脢(Dextrinase)等。醣類在小腸的消化吸收相當完全，最高可達98%。
小腸中單醣之吸收
單醣之吸收，包括兩種方式—
(1)主動運輸(actively absorbed，或sodium-dependent hexose transporter)：由鈉幫浦主動運送，與腸道內糖的濃度無關。大多數的營養素的吸收，藉由此作用完成，由低濃度輸到高濃度，但需消耗ATP。如葡萄糖及半乳糖。
(2) 被動擴散作用(diffusion)：又稱為簡單滲透作用，當腸道內糖濃度高於黏膜細胞及血漿內糖濃度時，則可靠滲透壓平衡而吸收。由高濃度往低濃度運送。如果糖及甘露糖。
單醣進入小腸細胞後，進入絨毛微血管，先由肝門靜脈輸送至肝臟，再依身體狀況將單醣進行代謝利用、儲存或分配至週邊組織。
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