WĘGLOWODANY - BUDOWA CHEMICZNA, PODZAL WĘGLOWODANÓW
Węglowodany ( cukrowce, sacharydy) pod względem chemicznym to związki organiczne zbudowane z węgla, wodoru i tlenu. Stosunek liczby atomów wodoru i tlenu jest w większości węglowodanach taki jak w wodzie ( 2: 1). Węglowodany występują głównie w świecie roślinnym.
PODZIAŁ WĘGLOWODANÓW:
Pod względem budowy węglowodany dzielimy na:
- proste (jednocukry, monosacharydy), które mają słodki smak i są rozpuszczalne w wodzie.
- dwucukry, wśród których najbardziej rozpowszechniona jest sacharoza . Do dwucukrów należy także laktoza, cukier występuj ący w mleku,
- złożone (polisacharydy), składające się z większej liczby cząsteczek cukrów prostych. Należy do nich głównie skrobia, występująca jako substancja zapasowa w tkankach roślinnych oraz glikogen, znajdujący się w tkankach zwierzęcych.
Węglowodany powstają głównie w tkankach roślinnych.
Stanowią one dla organizmu główne źródło energii.
Glukoza- zwana inaczej cukrem gronowym występuje w organizmach roślinnych i zwierzęcych. W świecie roślinnym największe jej ilości znajdują się w owocach i zielonych częściach roślin. W organizmach zwierzęcych znajduje się w wątrobie, mięśniach i krwi. Glukoza jest też składnikiem wszystkich wielocukrów. Jest rozpuszczalna w wodzie i ma słodki smak. Należy do najłatwiej przyswajalnych węglowodanów.
W tkankach zwierzęcych znajduje się jej stosunkowo niewiele. Pewna ilość glukozy ulega przemianie na wielocukier- glikogen, który odkłada w wątrobie i mięśniach zwierząt oraz ludzi jako substancja zapasowa
Fruktoza- cukier owocowy, występuje głównie w świecie roślinnym. Towarzyszy on zazwyczaj w owocach i warzywach glukozie, jest cukrem najlepiej rozpuszczalnym w wodzie. Wybitnie słodki smak miodu jest spowodowany dużą zawartością glukozy i fruktozy.
Galaktoza- cukier nie spotykany w postaci wolnej. Występuj e w stanie związanym z białkiem i tłuszczem oraz jako składnik niektórych pochodnych wielocukrów np. pektyny. U zwierząt występuje w postaci składnika cukru mlekowego oraz składnika substancji mózgowej Mannoza- nie odgrywa prawie żadnej roli w żywieniu. Wszystkie cukry proste są przyswajane przez organizm bez uprzednich procesów rozkładu.
Spośród dwucukrów największe znaczenie w żywieniu mają: sacharoza, maltoza, laktoza.
sacharoza = glukoza+ fruktoza laktoza = glukoza+ galaktoza
maltoza= glukoza + glukoza
Sacharoza jest najbardziej rozpowszechnionym dwucukrem. Występuje w buraku cukrowym i trzcinie cukrowej, w małych ilościach w owocach i warzywach. Jest cukrem o najsłodszym smaku i jest rozpuszczalna w wodzie. Na skutek hydrolizy rozpada się na dwie cząsteczki cukru prostego: glukozę i fruktozę. Sacharoza zwana popularnie cukrem jest podstawowym środkiem słodzącym. Cukier jest wyłącznie źródłem energii i nie jest nośnikiem innych składników odżywczych.
Maltoza- zwana inaczej cukrem słodowym, powstaje jako produkt rozkładu skrobi, wchodzi w skład syropu skrobiowego, który znajduje zastosowanie w produkcji nadzienia cukierków. Jest zbudowana z dwóch cząsteczek glukozy. Cukier ten ma duże znaczenie jako główny produkt wyjściowy fermentacji alkoholowej w przemyśle piwowarskim, gorzelniczym i piekarskim.
Laktoza- występuje w mleku i dlatego jest nazywana cukrem mlekowym. Ulegając rozkładowi daje cząsteczkę galaktozy i glukozy. Laktoza jest mało słodka i trudniej rozpuszcza się w wodzie niż inne cukry. W przewodzie pokarmowym ulega enzymatycznemu rozkładowi do cukrów prostych.
Niektórzy ludzie cierpią na brak laktazy- enzymu rozkładającego laktozę, wskutek czego mogą występować u nich biegunki po spożyciu mleka.
Wielocukry są związkami, które powstają przez łączenie się większej liczby cukrów prostych.
Wielocukry nie rozpuszczają się w wodzie albo rozpuszczają się bardzo słabo i nie mają słodkiego smaku. Są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie. Występują zarówno w świecie roślinnym j ak i zwierzęcym. Ich znaczenie fizjologiczne jest bardzo duże ponieważ są substancjami odżywczymi i materiałem zapasowym roślin i zwierząt.
Znaczenie przemysłowe wielocukrów polega na tym, że służą do produkcji wielu artykułów. W żywieniu duże znaczenie ma skrobia, glikogen i błonnik.
Skrobia- występuje w świecie roślinnym jako materiał zapasowy i odżywczy. Powstaje z dwutlenku węgla i wody w wyniku reakcji fotosyntezy
Skrobia składa się z amylozy i amylopektyny
Skrobia występuje w wielu produktach: ziarnach zbóż, ziemniakach, warzywach okopowych. Jest magazynowana w roślinach jako materiał zapasowy. W tkankach roślin jest odkładana w komórkach oddzielonych od siebie błoną celulozową. Ziarenka skrobi pod mikroskopem mają dość charakterystyczny kształt, który pozwala odróżnić z jakiej rośliny pochodzą. W czasie gotowania produktów zawierających skrobię ziarenka jej pęcznieją. Proces ten nosi nazwę kleikowania skrobi.
Glikogen- występuj ący w organizmach zwierzęcych spełnia podobną rolę jak skrobia w organizmach roślinnych, chociaż jest magazynowany w znacznie mniejszych ilościach. Jest on materiałem zapasowym gromadzonym przez zwierzę w wątrobie i w mięśniach. Glikogen występuje również w krwi. U dorosłego człowieka znajduje się średnio ok. 20 g glikogenu w krwi.
W przypadku braku węglowodanów w pożywieniu organizm korzysta z glikogenu jako materiału zapasowego. Glikogen łatwo przekształca się w glukozę, co jest bardzo ważne ze względu na właściwe funkcjonowanie organizmu, w którym musi być tzw. stały poziom cukru ( stałe stężenie glukozy we krwi). U zdrowego człowieka wynosi on 80- 120 mg/IDO cm3. Obniżenie poziomu cukru wywołuje hypoglikemię, prowadzącą do osłabienia, czasem nawet do zapaści.
Celuloza- zbudowana jest również z glukozy, występuje w
roślinach w postaci polisacharydu strukturalnego
Inulina- polisacharyd zapasowy zbudowany z cząsteczek fruktozy, występuj e w kłączach irysa
Rola węglowodanów w organizmie
Węglowodany przyswajalne są dla naszego organizmu głównym źródłem dostępnej i taniej energii wykorzystywanej do utrzymania stałej temperatury ciała i wykonywania pracy związanej z czynnościami całego organizmu. Węglowodany nie są w większej ilości magazynowane w organizmie. Pewne niewielkie zapasy są magazynowane w wątrobie i w mięśniach w postaci glikogenu.
Brak węglowodanów w pożywieniu powoduje uruchomienie węglowodanów zapasowych, a także zwiększenie spalania tłuszczów i białek w celu dostarczenia potrzebnej energii. Nadmiar zaś spożytych węglowodanów jest metabolizowany do tłuszczów i w tej postaci odkładany.
Węglowodany pełnią też rolę w przemianie wodnej i mineralnej organizmu.
Węglowodany nieprzyswajalne przez organizm człowieka i ich rola w żywieniu.
W produktach spożywczych występują węglowodany, których obecność w pożywieniu jest niezbędna chociaż organizm ich nie przyswaja. Należą do nich błonnik i pektyny.
Przez wiele lat sądzono, że węglowodany nieprzyswajalne nie mają większego znaczenia w żywieniu ponieważ nie są
trawione przez enzymy przewodu pokarmowego człowieka, a także nie wnoszą żadnych składników odżywczych.
Błonnik pokarmowy w istotny sposób wpływa na motorykę przewodu pokarmowego, szczególnie poprzez przyspieszanie przejścia zawartości jelitowej i powiększanie masy stolca. Błonnik ze względu na swoją budowę jest materiałem podporowym i budulcowym roślin. Stanowi on główny składnik błon i komórkowych. Występuje w warzywach oraz w zewnętrznych warstwach ziaren zbóż i nasion roślin strączkowych. Błonnik należy do wielocukrów praktycznie nieprzyswajalnych przez organizm człowieka. Jego obecność w pożywieniu jest jednak konieczna. Rola błonnika polega głównie na działaniu mechanicznym, tj. wypełnianiu jelit i pobudzaniu ich ruchu robaczkowego. Jest to konieczne ze względu na wydalanie nie strawionych resztek pokarmu.
Zbyt duża zawartość błonnika w pożywieniu jest niewskazana, gdyż może prowadzić do biegunek, co jest szczególnie niebezpieczne przy żywieniu dzieci.
Dostateczna ilość błonnika w pożywieniu zapobiega zachorowaniom na niektóre nowotwory przewodu pokarmowego, głównie jelita grubego. Błonnik pomaga również w obniżeniu poziomu cholesterolu we krwi i zwiększa wydzielanie kwasów żółciowych.
Źródłem błonnika są: otręby, pieczywo i kasze z grubego przemiału, nasiona roślin strączkowych, owoce i warzywa , suszone owoce, migdały.
Zalecana ilość błonnika dla dorosłego człowieka wynosi 25540 g. Jego nadmiar w diecie może zwiększać ryzyko niedoborów np. wapnia, cynku, żelaza, magnezu i witaminy B12.
Pektyny- należą do związków bardzo rozpowszechnionych w przyrodzie. Występują w sokach owoców, jagód, marchwi, buraków. Duże ilości pektyn znajdują się w niedojrzałych owocach, szczególnie w gniazdach nasiennych. W czasie
ogrzewania, w odpowiednio kwaśnym środowisku, pektyny tworzą galaretki. Właściwość ta jest wykorzystywana w produkcji przetworów, takich jak galaretki i marmolady. Znaczenie pektyn w żywieniu jest duże ponieważ regulują one skład flory bakteryjnej przewodu pokarmowego, wydalanie nie strawionych resztek pokarmowych, działają neutralizująco na substancje toksyczne, wpływają dodatnio na przemiany cholesterolu.
,
Zródła węglowodanów w pożywieniu
Węglowodany należą do związków bardzo rozpowszechnionych w przyrodzie, stąd ich niedoborów w pożywieniu człowieka nie obserwuje się. Produktami spożywczymi będącymi podstawowym źródłem węglowodanów w pożywieniu człowieka są głównie produkty roślinne. głównym źródłem węglowodanów są produkty zbożowe: mąka, makarony, kasze, pieczywo, a także ziemniaki, owoce i warzywa oraz cukier i słodycze. Podobnie źródłem węglowodanów złożonych są suche nasiona roślin strączkowych. W miodzie i słodkich przetworach owocowych zawartość węglowodanów jest bardzo duża podobnie jak w czekoladzie i innych słodyczach. Spożycie tych produktów w nadmiarze może prowadzić do niepożądanych zmian w organizmie.
Owoce i niektóre warzywa zawierają węglowodany proste, takie jak glukoza czy fruktoza oraz dwucukier sacharozę.
W przetworach zbóż i roślinach strączkowych, a także owocach i warzywach znajdują się węglowodany nieprzyswajalne. Spożywanie ciemnego pieczywa, owoców, warzyw, roślin strączkowych, a także ziemniaków ma istotne znaczenie ze względu na dostarczenie organizmowi odpowiednich ilości błonnika pokarmowego.
Żywieniowcy zalecają ograniczenie spożycia cukru na rzecz węglowodanów złożonych tj. pieczywa ciemnego, ziemniaków, owoców i warzyw, które wprowadzają do organizmu niektóre witaminy, składniki mineralne, a także błonnik pokarmowy.
Z punktu widzenia zasad prawidłowego żywienia zaleca się szczególnie ludziom prowadzącym siedzący tryb życia, zwiększenie spożycia węglowodanów złożonych, a więc ciemnego pieczywa, grubych kasz, a zmniejszenie spożycia cukrów prostych poprzez ograniczenie spożycia cukru, słodyczy i napojów słodzących.
Rola węglowodanów
Podstawowym zadaniem pożywienia jest m.in. dostarczanie organizmowi energii. Przyjmuje się, że 50- 60 % ogólnej energii powinno pochodzić z węglowodanów. W wyniku spalenia 1 g węglowodanów w organizmie uzyskuj e się 4 kcal. W organizmie dorosłego człowieka znajduje się 0,7 kg węglowodanów, co stanowi ok. 1 % masy ciała.
Rola węglowodanów w organizmie jest duża gdyż są tanim i dobrym źródłem energii. Umożliwiają jednocześnie prawidłowy przebieg wielu procesów życiowych. Do spalania białek i tłuszczów jest niezbędna obecność węglowodanów. W przypadku nadmiaru węglowodanów w pożywieniu organizm magazynuje ich nadwyżkę w postaci tkanki tłuszczowej. W praktyce niedobory węglowodanów nie zdarzają się.
Zmiany zachodzące w węglowodanach podczas procesów technologicznych.
Węglowodany rozpuszczalne w wodzie nie zmieniają swych właściwości w czasie gotowania. Pewne zmiany obserwujemy w dwucukrach np. w sacharoza ogrzewana w środowisku kwaśnym częściowo rozkłada się na cukry proste. Widoczne zmiany zachodzą w czasie ogrzewania cukru na sucho. W temperaturach wysokich cukier początkowo topi się, a potem karmelizuje. Otrzymany w ten sposób karmel ma charakterystyczny zapach i brunatną barwę. Węglowodany zawarte w owocach i warzywach mogą być podczas gotowania wypłukane do roztworu np. przy sporządzaniu zup owocowych lub kompotów.
Skrobia ogrzewana w środowisku wodnym ulega nieco innym zmianom. Ziarenka skrobi początkowo pęcznieją, a następnie pękają i rozklejają się tworząc tzw. kleik skrobiowy. Skrobia rozklejona może być trawiona przez enzymy przewodu pokarmowego. Skrobia surowa jest ciężko strawna dlatego wszystkie produkty zawierające skrobię muszą być przed spożyciem poddane obróbce cieplnej.
Błonnik występujący w produktach roślinnych nie ulega większym zmianom pod wpływem obróbki cieplnej. W czasie ogrzewania w środowisku wodnym pęcznieje i mięknie. Zmiany te są bardzo korzystne, gdyż dzięki temu soki trawienne maj ą łatwiejszy dostęp do składników odżywczych zawartych w komórkach roślinnych.
Węglowodany powinny dostarczać dziennie 50- 60% całkowitej energii:
- powinny być spożywane w większości w postaci węglowodanów złożonych
- spożycie sacharozy nie powinno przekraczać 10- 12% całkowitej energii
- spożycie błonnika powinno być podwyższone
Cukrowce wchłonięte przez organizm ulegaj ą następującym przemianom:
· spaleniu do C02 i H20 z wydzieleniem energii
· zamianie na glikogen, odkładający się w wątrobie jako materiał rezerwowy
· zamianie na tłuszcze, odkładające się w tkance tłuszczowej