炭水化物

炭水化物（たんすいかぶつ、英: carbohydrates、独: Kohlenhydrate）または糖質（とうしつ、仏: glucides、英: saccharides）は、単糖を構成成分とする有機化合物の総称である。非常に多様な種類があり、天然に存在する有機化合物の中で量が最も多い。有機栄養素のうち炭水化物、たんぱく質、脂肪は、多くの生物種で栄養素であり、「三大栄養素」とも呼ばれている。 栄養学上は炭水化物は糖質と食物繊維の総称として扱われており、消化酵素では分解できずエネルギー源にはなりにくい食物繊維を除いたものを糖質と呼んでいる。三大栄養素のひとつとして炭水化物の語を用いるときは、主に糖質を指す。 炭水化物の多くは分子式が CmH2nOn で表され、Cm(H2O)n と表すと炭素に水が結合した物質のように見えるため炭水化物と呼ばれ、かつては含水炭素とも呼ばれた。 後に定義は拡大し、炭水化物は糖およびその誘導体や縮合体の総称となり、分子式 CmH2nOn で表されない炭水化物もある。そのような例としてデオキシリボース C5H10O4 、ポリアルコール、ケトン、酸などが挙げられる。また、分子式が CmH2nOn ではあっても、ホルムアルデヒド (CH2O, m = n = 1) は炭水化物とは呼ばれない。今日では総称として糖質ないしは糖とよばれる場面の方が多くなっている。 生物に必要不可欠な物質であり、骨格形成、貯蔵、代謝等に広く用いられる。栄養学的あるいはエネルギー代謝以外の糖質の事項については（例えば、化学的、分子生物学的性質）記事 糖に詳しい。 炭水化物は主に植物の光合成でつくられる。 1グラムにつき4キロカロリーのエネルギーがある。炭水化物は、単糖類、多糖類に分けられる。通常、炭水化物は、多糖類であるデンプンを多く含んでいる。炭水化物はもっとも多く必要とされる栄養素で、日本の食生活指針で炭水化物が多く含まれる食品が主食とされる。 2003年のWHO/FAOの報告では、2型糖尿病や肥満のリスクを減らすとして、食物繊維の摂取源として野菜や果物と共に全粒穀物も挙げられている。全粒穀物は血糖負荷が低く血糖値を急激に上げにくいという特徴がある。食物繊維の重要性を報告していたバーキットは、1975年にトロウェルと一緒に『精製炭水化物と病気-食物繊維の影響』を出版し、精白していない全粒穀物の重要性を訴え、以降このことは科学的研究によって追認・支持されていく。 砂糖は炭水化物以外の栄養素がほとんど含まれていないため、あまり多く摂取しないように言われている。また砂糖の主成分である蔗糖は糖類の中でもう蝕（虫歯）のリスクを最も高める。WHO/FAOでもう蝕との関連が指摘され、砂糖の多い食品は肥満との関連も指摘され、また砂糖の摂取量は全エネルギーの10%未満にすべきだと報告されている。薬物依存症との関連から砂糖依存症に関する研究報告がされており、砂糖依存症と肥満との関連が示唆される。 果物に含まれる果糖は中性脂肪を増やす効果が高いので、生活習慣病において摂取制限が指導される場合がある。オリゴ糖などの腸内で分解されやすい糖類は、プロバイオティクスとして知られ、有用な腸内細菌を増やす作用がある。 日本では、健康増進法に基づく栄養表示基準で、消費者向けに販売される食品に栄養成分を表示する際には表示方法が規定されている。「炭水化物」や「糖質」及び「食物繊維」の含有量の表示が認められている。 また、これとは別に、状況に応じ「糖類」の含有量が表記される場合がある。例えば、「シュガーレス（無糖・ノンシュガー・糖類ゼロの表示も同じ意味）」「低糖・従来比糖類○○%カット」などの表記をする場合に用いられることがある。 分類は下記の通りとなる。 炭水化物 糖質（食物繊維ではない炭水化物） 糖類（単糖類又は二糖類であって、糖アルコールでないもの） そのほか（デンプンなど） 食物繊維 例えば、ある食品の栄養成分表示に、炭水化物○○g、糖質□□g、食物繊維△△g、糖類××gと書いてあれば、糖質と食物繊維の含有量□□・△△は、炭水化物含有量○○の内数であり、更に糖類含有量××は、糖質含有量□□の内数である。 より厳密には、炭水化物とは以下を包括する一般名称である。 糖 – アルデヒド基またはケトン基を持つ多価アルコール（カルボニル基を持つ多価アルコール） 単糖（類） 少糖（類） – 単糖が2個〜10個程度が縮合したもの。オリゴ糖（類）ともいう。単糖の結合した数により、特に二糖、三糖などという場合もある。 多糖（類） – 単糖がオリゴ糖以上に結合したもの。このうち、構成する糖が1種類のものはホモ多糖、2種類以上のものはヘテロ多糖と言う。また、炭水化物がタンパク質や脂質と共有結合で化合したものは複合糖質と呼ばれる。 糖の誘導体 構成炭素数でも分類される。 トリオース C3 テトロース C4 ペントース C5 ヘキソース C6 これらが持つ塩基により、アルデヒド基を持つアルドースと、ケトン基を持つケトースに分類される。アルデヒド基やケトン基がヒドロキシル基と結びついて環状の構造を作ると、その型から五員環（フラノース）と六員環（ピラノース）にも分けられる。 不斉炭素の立体配置からは、D系列とL系列にも区分される。環状構造を持つとこれが別の不斉を生じ、α-アノマーとβ-アノマーにも分けることができる。 人体が炭水化物を摂取すると、デンプンの場合唾液で加水分解され、胃液や膵液で二糖類のマルトースまで分解され、最終的に小腸の上皮細胞に存在するマルターゼ、スクラーゼ、イソマルターゼ、ラクターゼ、トレハラーゼなどの二糖類水解酵素により単糖類のグルコース、フルクトース、ガラクトースなどにまで分解されて初めて腸管からの吸収を可能とする。これは脂質が脂肪酸やモノグリセリド、タンパク質がアミノ酸、核酸が塩基や糖にまで分解されるのと同じであり、これら吸収される状態の物質は最終分解産物と呼ばれる。水に不溶性の脂質系最終分解産物と異なり、ミセルなどを作らず吸収されるとそのまま門脈血の中に溶け込む。 エネルギー源として重要であるグルコースは、ホメオスタシスによって体内濃度が調整される。上昇すると膵臓のΒ細胞からインスリンが分泌され肝臓や細胞が取り込む動きを活発にしたり、グリコーゲンや脂肪への変換を促す。逆に低下すると肝臓のα細胞からグルカゴン、副腎皮質のクロマフィン細胞からカテコールアミンが分泌され、細胞中のグリコーゲンが分解して血糖値が上がる。 グルコースは植物ではデンプンとして体内に蓄えられる。植物の体はセルロースという多糖によって構成されている。セルロースはデンプンと同じグルコースの多量体であるが、結合様式が異なるため、化学的に極めて強靭な構造を持つ。セルロースは細胞壁の主成分として活用されている。 また、細胞の表層には、糖鎖と呼ばれる糖の多量体が結合している。これはタンパク質に対する受容体ほど強くは無いものの、生体内である種の「標識」としてはたらいている。 人間が1日に必要とする炭水化物は総エネルギー必要量の50%から70%を目標にすべきとされる。 脳の代謝を考慮するとグルコースとなる炭水化物の最低必要量は100g/日と推定されるが、これ以下の摂取であっても肝臓における糖新生によりグルコースが供給される場合がある。 食物繊維の望ましい摂取量は、成人男性で19g/日以上、成人女性で17g/日以上である。 またWHO/FAOの2003年のレポートで、砂糖は総エネルギー必要量の10%未満にすべきだと勧告されている。 一日のエネルギー必要量は、男性では2660(kcal)、女性では1995(kcal)であり、炭水化物のエネルギー量は4 kcal/gであり、仮に60%の値を当てはめると、以下のとおりとなる。 男性では、2660 kcal/日 x 0.6 / 4 kcal/g =400 g/日（白米3.3合/日に相当） 女性では、1995 kcal/日 x 0.6 / 4 kcal/g =300 g/日（白米2.5合/日に相当） 日本における標準的な一日あたりの基礎代謝量（男子:1450 kcal : 女子： 1210kcal）に白米を主食として当てはめると100g辺り358kcalで80ｇが炭水化物なので、人間が1日に必要とする炭水化物は総エネルギー必要量の60%を目標にされており、以下のとおりとなる。 男性では、1450 kcal x 0.6 = 870kcal 白米 ( 870kcal / 358kcal ) x 100g = 243g 白米の炭水化物 ( 870kcal / 358kcal ) x 80g = 194g 女性では、1210 kcal x 0.6 = 726kcal 白米 ( 726kcal / 358kcal ) x 100g = 203g 白米の炭水化物 (726kcal / 358kcal ) x 80g = 162g 日本における1日に必要とする炭水化物の摂取基準をもとにした白米の量 : 男子:243g : 女子： 203g 日常の生活強度に合った食事をする必要がある。目安は、 総エネルギー量（kcal）＝ 標準体重（kg） × 生活活動強度指数（kcal） 生活活動強度指数 軽労働（主婦・デスクワーク）:25-30 kcal 中労働（製造・販売業・飲食店）:30-35 kcal 重労働（建築業・農業・漁業）:35-40 kcal 標準体重（kg）=身長（m）×身長（m）×22（BMI） 厚生労働省による栄養素配分の適正は、以下のとおりとなる。 炭水化物：総エネルギー必要量の60% 食物繊維：25ｇ以上 ^ a b c d e f g h i j k l m 生化学辞典第2版、p.908 【糖質】 ^ 渡邊昌 『運動・からだ図解　栄養学の基本』、2016年、92頁。 ^ 『食事バランスガイド 厚生労働省・農林水産省決定 フードガイド（仮称）検討会報告書』(PDF) 第一出版、2005年12月。ISBN 4-8041-1117-4。 ^ a b Report of a Joint WHO/FAO Expert Consultation Report of a Joint WHO/FAO Expert Consultation 2003 ^ BURKITT D.P, TROWELL H.C Refined Carbohydrate Foods and Disease: Some Implications of Dietary Fibre, 1975 . ISBN 978-0121447502 ^ Marquart L, Jacobs DR Jr, Slavin JL. "Whole Grains and Health: An Overview" Journal of the American College of Nutrition Vol.19(90003), 2000, pp289-290. PMID 10875599 ^ 生活習慣病予防のための各学会のガイドラインの整理 (PDF) (厚生労働省) ^ 栄養表示基準において「食品の重量から、たんぱく質、脂質、灰分及び水分の量を控除して算定」した値と規定されている。従って、体内での働きが一般の炭水化物とは異なる成分、例えばクエン酸なども炭水化物の含有量として表示される事に注意が必要である。 ^ 正式には「食品の重量から、たんぱく質、脂質、食物繊維、灰分及び水分の量を控除して算定」した値と規定されている。 ^ 炭水化物の消化・吸収・発酵とその利用、山田和彦、独立行政法人国立健康・栄養研究所食品表示分析・規格研究部、栄養学雑誌Vol.59、No.4、169〜176(2001) ^ 佐藤・佐伯(2009)、p.122-141、第6章 2.消化digestionと吸収absorption ^ 佐藤・佐伯(2009)、p.148-151、第7章 2.生体内の物質代謝 1)糖質 ^ a b 佐藤・佐伯(2009)、p.379、第17章 ホメオスタシスと生体リズム 1.ホメオスタシス 4)血糖値blood suar(blood glucose)調整 ^ a b 佐藤・佐伯(2009)、p.337、第14章 内分泌 2.内分泌器官の構造と機能 4)肝臓のランゲルハンス島Langerhans isletの構造とホルモン (1)インスリン ^ 日本人の食事摂取基準（2005年版） (厚生労働省) ^ a b 「日本人の食事摂取基準」（2010年版）厚生労働省 (PDF) ^ Report of a Joint WHO/FAO Expert Consultation Diet, Nutrition and the Prevention of Chronic Diseases 2003 ^ 低い：生活の大部分が座位で、静的な活動が中心の場合 ^ 普通：座位中心の仕事だが、職場内での移動や立位での作業・接客等、あるいは通勤・買物・家事、軽いスポーツ等のいずれかを含む場合 ^ 高い：移動や立位の多い仕事への従事者。あるいは、スポーツなど余暇における活発な運動習慣をもっている場合 ^ 体力・運動能力調査2010年度 『生化学辞典第2版』 東京化学同人、1995年、第2版第6刷。ISBN 4-8079-0340-3。 監修：佐藤昭夫、佐伯由香 『人体の構造と機能 第2版』 医歯薬出版、2009年、第2版第6刷。ISBN 978-4-263-23434-1。 三大栄養素 栄養学 カーボ・ローディング