Ugljikohidrati su bitna komponenta stanica i tkiva bilo kojeg živog organizma, bilo biljke, životinje ili čovjeka. Oni čine najveći dio organske tvari planete Zemlje. Ugljikohidrati su prilično široka klasa spojeva. Među njima možete pronaći tvari s različitim svojstvima. Zbog ove značajke funkcije ugljikohidrata su vrlo široke. Danas ćemo analizirati glavna svojstva, fiziološku ulogu i upotrebu ugljikohidrata u različitim područjima prehrambene (i ne samo) industrije.
Izvori ugljikohidrata
Glavni izvori ugljikohidrata su biljni proizvodi. Naime: kruh, žitarice, povrće, voće, bobičasto voće. Što se tiče životinjskih proizvoda, neki od njih također su bogati ugljikohidratima. To je prije svega mlijeko koje sadrži tzv. mliječni šećer.
Prehrambeni proizvodi mogu sadržavati različite ugljikohidrate. Stoga su značenje, primjena ugljikohidrata i njihove funkcije vrlo opsežne. Žitarice i krumpir sadrže škrob – složeni ugljikohidrat netopiv u vodi, koji se djelovanjem probavnih sokova razgrađuje na jednostavne šećere. U voću, povrću i bobičastom voću ove tvaripredstavljeni u obliku jednostavnih šećera: voće, cikla, trska, grožđe i tako dalje. Otapaju se u vodi i tijelo ih savršeno apsorbira. Šećeri topljivi u vodi brzo se apsorbiraju u krvotok.
Potrošnja ugljikohidrata
Vjeruje se da se najveći dio ugljikohidrata treba konzumirati u složenom obliku, a samo 20-25% u jednostavnom. To pridonosi postupnom ulasku šećera u tkiva. Ako osoba dobiva dovoljno ugljikohidrata iz hrane, oni se talože u jetri i mišićima u obliku glikogena "životinjskog škroba". Uz nedostatak ugljikohidrata, zaliha glikogena se razgrađuje u glukozu i koristi za potrebe organizma (prehrana stanica i tkiva). Ako ih tijelo primi u višak, pretvaraju se u tjelesnu masnoću. Inače, ugljikohidrati uključuju i vlakna koja su neophodna za pravilnu probavu.
Ugljikohidrati su bitne komponente prehrane, tako da ne samo da određuju tjelesni energetski homeostat, već i sudjeluju u biosintezi niza polimera koji sadrže ugljik. Tijekom života prosječna osoba potroši oko 14 tona ovih spojeva. Od toga, otprilike 2,5 tone - u jednostavnom obliku. Upotreba bjelančevina, masti, ugljikohidrata i njihovih derivata u hrani nije ujednačena. Ugljikohidrati su glavni dio naše prehrane. Oni konzumiraju 4 puta više od proteina ili masti. Uz jednostavnu, mješovitu prehranu, oko 60% čovjekove energije dolazi iz ugljikohidrata. Njihova glavna zadaća u tijelu je davanje energije. Što više tjelesne aktivnosti u životu osobe, to višetrebaju mu ugljikohidrati. Uz sjedilački način života, potreba za tim tvarima se smanjuje. Za one koji se ne bave fizičkim radom, dnevna potreba za ugljikohidratima je otprilike 400 grama.
Oko 50-65% ugljikohidrata ulazi u naše tijelo s proizvodima od žitarica. 15-25% - sa šećerom i proizvodima koji sadrže šećer. Oko 10% - s korijenskim i gomoljastim usjevima. I oko 5-7% - s voćem i povrćem.
Ugljikohidrati su vrlo jak iritans vanjskog lučenja gušterače i najaktivniji stimulator sinteze inzulina, koji ima važnu ulogu u regulaciji metabolizma ugljikohidrata i održavanju optimalne homeostaze glukoze. Tijekom godina jednostavno preopterećenje ugljikohidratima dovodi do hiperplazije β-stanica, zatim do slabljenja otočnog aparata i stvaranja preduvjeta za razvoj dijabetesa.
Klasifikacija ugljikohidrata
Ovisno o strukturi, sposobnosti otapanja i brzini asimilacije, ugljikohidrati koji su dio hrane dijele se na jednostavne i složene. Jednostavni uključuju monosaharide (fruktozu, glukozu, galaktozu) i disaharide (saharozu, laktozu). Do kompleksa - polisaharidi (vlakna, škrob, glikogen). Osim primjera ugljikohidrata, u svakoj klasi postoje i druge, manje poznate tvari.
Jednostavni ugljikohidrati
Mono- i disaharidi se dobro otapaju u vodi i tijelo ih brzo apsorbira. Imaju izražen slatkast okus, zbog čega se često nazivaju jednostavno šećerima. Najzastupljeniji je monosaharidglukoza sadržana u raznim voćem i bobicama, kao i sintetizirana tijekom razgradnje di- i polisaharida. Glukoza, jednom u tijelu, brzo pronalazi upotrebu za sebe. Tvori glikogen, hrani moždano tkivo i mišiće (uključujući srce) i regulira razinu šećera u krvi. Tijekom vježbanja, glukoza se može koristiti izravno kao izvor energije.
Fruktoza ima slična svojstva. Može se smatrati vrlo vrijednim, lako probavljivim ugljikohidratom. No, u usporedbi s glukozom, fruktoza se ipak sporije apsorbira u crijevima, a jednom u krvi, brže napušta krvotok. Do 80% fruktoze se zadržava u jetri, sprječavajući zasićenje šećerom u krvi. Međutim, u jetri fruktoza lakše sintetizira glikogen od glukoze. U usporedbi sa saharozom, fruktoza je probavljivija i ima više slatkoće. Zbog potonjeg svojstva, manje fruktoze se može koristiti za željenu razinu slatkoće proizvoda, čime se smanjuje ukupna potrošnja šećera. To se događa u izgradnji prehrane s ograničenim unosom kalorija. S obzirom na korištenje ugljikohidrata u životu, posebnu pozornost treba obratiti na dijetnu prehranu. Fruktoza se često koristi kao zaslađivač u hrani za osobe s dijabetesom.
Uz višak saharoze, metabolizam masti je poremećen i stvaranje masti se povećava. Osim toga, odavno je dokazano da se povećanjem količine šećera koji ulazi u tijelo povećava sinteza masti iz složenih ugljikohidrata, izravno iz masti, pa čak i proteina. Stoga,Količina šećera koju osoba konzumira može uvelike regulirati metabolizam masti.
Obilnom upotrebom šećera počinju poremećaji metabolizma kolesterola i povećanje njegovog sadržaja u krvi. Osim toga, višak šećera loše utječe na rad crijevne mikroflore - povećava se masa truležnih mikroorganizama, ubrzavaju se procesi truljenja i razvija se nadutost. Najmanje od svega, ove nuspojave se primjećuju kod upotrebe fruktoze. Voće i bobičasto voće glavni su izvor ovog ugljikohidrata. U medu se nalazi dosta fruktoze i glukoze: 37,1 odnosno 36,2%. Sav šećer koji se nalazi u lubenici je fruktoza, ovdje je oko 8%.
Sljedeći monosaharid je galaktoza. Ne nalazi se u hrani u slobodnom obliku. Galaktoza je produkt razgradnje laktoze, glavnog ugljikohidrata u mlijeku.
Što se tiče disaharida, glavni u našoj prehrani je saharoza. Nakon hidrolize, razlaže se na fruktozu i glukozu. Glavni izvori saharoze su šećer od repe i šećerne trske. U granuliranom šećeru sadržaj ovog ugljikohidrata doseže 99,75%. Osim toga, saharoza se nalazi u voću, povrću i tikvicama.
Složeni ugljikohidrati
Polisaharidi imaju složeniju molekularnu strukturu i izuzetno nisku topljivost u vodi. Ova klasa uključuje: škrob, vlakna, glikogen i pektin. Upotreba ugljikohidrata ove klase je raširena u različitim stupnjevima. Škrob je primarne nutritivne vrijednosti. Njegov visoki sadržaj u žitaricama glavni je čimbenik koji određuje njihovunutritivna vrijednost. U prehrani prosječne osobe škrob čini do 80% ukupne količine konzumiranih ugljikohidrata. Jednom u tijelu, pretvara se u jednostavne ugljikohidrate i obavlja svoje funkcije.
Što se tiče glikogena, on u našem tijelu igra ulogu energetskog materijala koji hrani rad mišića i unutarnjih organa. Glikogen se obnavlja reosintezom na račun glukoze.
Pektin je topiva tvar koja se dobro apsorbira u tijelu. Kako pokazuju suvremene studije u području zdrave prehrane, pektin se može koristiti u preventivne i terapeutske svrhe kod bolesti gastrointestinalnog trakta.
Vlakna su po strukturi vrlo slična polisaharidima. Proizvodi od žitarica poznati su po visokom sadržaju. Osim količine vlakana u proizvodu, od velike je važnosti i njegova kvaliteta. Što je ovaj ugljikohidrat nježniji, to se bolje razgrađuje u crijevima i donosi više koristi za osobu. Ta svojstva imaju vlakna povrća i krumpira. Važna značajka ovog polisaharida je sposobnost uklanjanja kolesterola iz ljudskog tijela. Sada pogledajmo pobliže upotrebu ugljikohidrata.
Parenteralna prehrana
Upotreba ugljikohidrata u medicini danas se ubrzano razvija. Parenteralna prehrana je intravenska primjena hranjivih tvari u tijelo. Koristi se u slučajevima kada se pacijent ne može sam hraniti. Vrlo je česta uporaba ugljikohidrata u parenteralnoj prehrani. Koriste se premajednostavan razlog je što su oni najpristupačniji izvor energije za ljudsko tijelo. Energetska vrijednost ugljikohidrata je 4 kcal/g. Dnevna ljudska potreba za energijom kreće se od 1,5 do 2 tisuće kilokalorija. Otuda problem izolirane upotrebe ugljikohidrata za pokrivanje ove potrebe. Što se tiče izotonične otopine glukoze, da bi se u potpunosti pokrila potreba osobe za kalorijama, potrebno je uliti od 7 do 10 litara otopine. To može dovesti do razvoja prekomjerne hidracije, plućnog edema i kardiovaskularnih poremećaja.
Upotreba koncentriranijih otopina glukoze prepuna je drugih neugodnih posljedica - pojavom hiperosmolarnosti plazme i iritacije intime vena (razvoj flebitisa i tromboflebitisa). A kako bi se uklonio rizik od osmotske diureze, potrebno je održavati brzinu infuzije glukoze u rasponu od 0,4 do 0,5 g / kg / h. Ako ovu brojku prevedete u izotoničnu otopinu glukoze, dobivate nešto više od 500 mm na sat za pacijenta od 70 kg. Inzulin se dodaje u otopinu glukoze kako bi se spriječila poremećena tolerancija ugljikohidrata i rezultirajuće komplikacije. Izračun se provodi prema formuli: 1 jedinica na 3-4 grama suhe glukoze. Inzulin ne samo da ima pozitivan učinak na iskorištavanje glukoze, već doprinosi i normalnoj apsorpciji aminokiselina.
Upotreba ugljikohidrata u medicini ovisi o njihovoj vrsti. U parenteralnoj prehrani se široko koriste: fruktoza, glukoza, sorbitol, dekstran, glicerol i etilalkohol.
Dijetalna hrana
Postoje mnoge dijete koje se temelje na potpunom ili djelomičnom isključenju ugljikohidrata iz prehrane, kao i povećanju unosa proteina i masti. Američko ministarstvo poljoprivrede provelo je istraživanje prema kojem je otkriveno da su ljudi koji jedu hranu bogatu ugljikohidratima pretežno normalne tjelesne težine. Hrana bogata ugljikohidratima hranjivija je, ali ima manje kalorija.
Kao što znate, u Americi više od polovice stanovništva ima prekomjernu težinu. A broj takvih ljudi stalno raste. Dugogodišnje istraživanje stanovništva na temu konzumirane hrane pokazalo je da ljudi u čijoj prehrani prevladavaju ugljikohidrati dobivaju manje kalorija od ljubitelja proteina i masti, uz istu količinu pojedene hrane. Ova skupina ljudi od svih ispitanih, a bilo je više od 10.000 ljudi, imala je najmanju tjelesnu težinu. Razlog je taj što na svakih 1000 kalorija hrane koja sadrži ugljikohidrate dolazi puno vlakana i vode. Ova skupina ljudi je hranom dobivala više nutrijenata, i to: vitamine A i C, karoten, kalcij, željezo i magnezij. Masti, kolesterol, cink, natrij i vitamin B12 pronađeni su u njihovoj prehrani u maloj mjeri.
Upotreba ugljikohidrata i masti u hrani usko je povezana. Međutim, kao i korištenje ugljikohidrata s proteinima. Visoka učinkovitost ugljikohidrata kao izvora energije leži u njihovoj sposobnosti očuvanja proteina. Kada se unese velika količina ugljikohidrata, tijelo koristi kao energijumaterijala je manje od aminokiselina. Općenito, ove tvari nisu nezamjenjive komponente prehrane, jer se mogu sintetizirati iz aminokiselina i glicerola, no njihovu ulogu ne treba podcjenjivati. Korištenje ugljikohidrata u hrani treba biti najmanje 50 grama dnevno. Inače može doći do metaboličkih poremećaja.
Međutim, prekomjerna konzumacija ugljikohidrata dovodi do stvaranja potkožnog masnog tkiva. Prilikom izgradnje prehrane važno je ne samo zadovoljiti čovjekovu potrebu za tim tvarima, već i uravnotežiti konzumaciju njihovih različitih vrsta. Važno je pratiti omjer jednostavnih i složenih ugljikohidrata. Kada puno šećera uđe u tijelo, oni se ne mogu u potpunosti sintetizirati u glikogen i pretvoriti se u trigliceride, koji doprinose stvaranju masnog tkiva. Kada je inzulin u krvi povišen, ovaj se proces ubrzava.
Složeni ugljikohidrati, za razliku od jednostavnih, sporo se razgrađuju, pa se njihov sadržaj u krvi postupno povećava. S tim u vezi, poželjno je da glavni ugljikohidratni dio u namirnicama čine upravo probavljive tvari. Njihov udio trebao bi biti od 80 do 90 posto. Nedostatak složenih ugljikohidrata posebno je uočljiv kod onih koji boluju od dijabetesa, pretilosti, ateroskleroze i bolesti kardiovaskularnog sustava.
Kao što ste već shvatili, većina ugljikohidrata se koristi u prehrani i medicini. Ali opseg ugljikohidrata tu ne završava. Gdje se još koriste?
glukoza
Ovaj ugljikohidrat tijelo dobro apsorbira i može se koristiti kao dio nekih lijekova. Osim toga, glukoza se široko koristi u konditorskoj industriji. Uz njegovu pomoć izrađuju se marmelada, karamela, medenjaci i drugi proizvodi. U tekstilnoj industriji igra ulogu redukcijskog sredstva. A u proizvodnji glikonske i askorbinske kiseline, glukoza je polazni proizvod. Uz njegovu pomoć provode i sintezu nekih industrijskih šećera.
Glukozna fermentacija je od velike važnosti. Javlja se pri kiseljenju kupusa, krastavaca, mlijeka i drugih proizvoda, kao i pri siliranju stočne hrane. Alkoholna fermentacija glukoze koristi se u proizvodnji piva.
škrob
Škrob je vrijedna hranjiva tvar. Kako bi se tijelo lakše probavilo, proizvodi se podvrgavaju toplinskoj obradi. U uvjetima visoke temperature dolazi do djelomične hidrolize škroba, kao i stvaranja dekstrina topivih u vodi. Dekstrini, jednom u probavnom traktu, hidroliziraju se u glukozu, koju tijelo dobro apsorbira. Ako govorimo o upotrebi ugljikohidrata u industriji, škrob se ne može zanemariti. Glavni proizvodi koji se iz njega dobivaju su glukoza i melasa. Time se dodatno širi područje u kojem se odvija korištenje ugljikohidrata. Ukratko opišite proces dobivanja glukoze i melase iz škroba na sljedeći način.
Škrob se zagrijava u smjesi s razrijeđenom sumpornom kiselinom. Višak kiseline neutralizira se kredom. Talog kalcijevog sulfata, koji nastaje tijekomneutralizacija, filtrirana. Zatim se otopina ispari i iz nje se izolira glukoza. Ako proces hidrolize ne privedete kraju, dobivate mješavinu glukoze s dekstrinima, koja se zove melasa. Koristi se u konditorskoj industriji. Osim toga, dekstrini dobiveni iz škroba našli su široku upotrebu kao ljepila i zgušnjivači boja. Škrob dokazuje koliko može biti raznolika upotreba ugljikohidrata. Kemija procesa, međutim, nije nimalo komplicirana.
Prije se koristilo škrobljenje, što vam omogućuje da tkanini udahnete drugi život i produžite joj vijek trajanja. Škrob i proizvodi dobiveni od njega također se koriste u tekstilnoj, farmaceutskoj i ljevaonici.
Pulp
Praktične prednosti ugljikohidrata uvijek nisu bile manje važne od njihove biološke uloge. Korištenje ugljikohidrata može se naći u potpuno različitim područjima ljudske djelatnosti. Celulozu (vlakna) čovjek koristi od davnina. U početku su ljudi počeli koristiti drvo kao gorivo i građevinski materijal. Tada su naučili izrađivati konac od pamuka, lana i drugih vlaknastih biljaka. Kasnije su se pojavile tehnologije koje su omogućile dobivanje papira od drveta. Papir je u svojoj srži tanak sloj celuloznih vlakana koja se prešaju i lijepe. Rezultat je izdržljiva, glatka površina koja neće krvariti.
U početku su se za izradu papira koristile samo biljne sirovine (pamuk i stabljike riže). Vlakna su iz njega ekstrahirana čisto mehanički. Ali kaorazvoja društva, navedeni izvori nisu bili dovoljni da pokriju potrebu za papirom. Većina toga ide u novine. S obzirom da kvaliteta papira tu ne igra posebnu ulogu, počeli su mu dodavati i do 50 posto mljevenog drva. Kasnije su se pojavile tehnologije koje su omogućile uklanjanje takvih popratnih drvenih tvari kao što su smole, lignin i tako dalje. Ovako može biti raznolika praktična upotreba ugljikohidrata.
Do danas, najčešća metoda za izolaciju celuloze je sulfit. Koristi se u raznim područjima gdje se koriste ugljikohidrati. Kemija procesa je prilično jednostavna. Prema ovoj metodi drvo se drobi i kuha u smjesi s kalcijevim hidrosulfatom. Zatim se celuloza oslobođena svih vrsta nečistoća odvaja na filterima. Dobivena lužina sadrži monosaharide, pa se koristi kao sirovina za proizvodnju alkohola. A celuloza se također koristi u proizvodnji viskoznih, acetatnih i bakreno-amonijačnih vlakana.
Ponekad se ugljikohidrati brkaju s ugljikohidratima. Unatoč činjenici da su ove dvije klase tvari suglasno nazvane, one nemaju nikakve veze jedna s drugom. Upotreba zasićenih ugljikovodika u svakodnevnom životu i na poslu je sasvim druga priča.
Zaključak
Danas ste produbili svoje znanje o tvarima kao što su ugljikohidrati. Svojstva, korištenje ugljikohidrata i njihove dobrobiti za čovjeka potvrđuju da su te tvari najvažnije biološke komponente na našem planetu. Oni sudoslovno posvuda i u svemu. Ali to nije glavna stvar, već činjenica da bi bez ugljikohidrata naš život bio nemoguć. Upotreba ugljikohidrata u životu je preopsežna.
