Koolhydraten zijn een essentieel onderdeel van de cellen en weefsels van elk levend organisme, of het nu een plant, dier of mens is. Ze vormen het grootste deel van de organische stof van de planeet Aarde. Koolhydraten zijn een vrij brede klasse van verbindingen. Onder hen vindt u stoffen met verschillende eigenschappen. Vanwege deze functie zijn de functies van koolhydraten erg breed. Vandaag zullen we de belangrijkste eigenschappen, fysiologische rol en gebruik van koolhydraten in verschillende gebieden van de voedingsindustrie (en niet alleen) analyseren.
Koolhydraatbronnen
De belangrijkste bronnen van koolhydraten zijn plantaardige producten. Namelijk: brood, granen, groenten, fruit, bessen. Wat dierlijke producten betreft, sommige zijn ook rijk aan koolhydraten. Dit is in de eerste plaats melk, die de zogenaamde melksuiker bevat.
Voedselproducten kunnen verschillende koolhydraten bevatten. Daarom zijn de betekenis, toepassing van koolhydraten en hun functies zeer uitgebreid. Granen en aardappelen bevatten zetmeel - een complexe koolhydraat die onoplosbaar is in water en wordt afgebroken tot enkelvoudige suikers door de werking van spijsverteringssappen. In fruit, groenten en bessen zijn deze stoffengepresenteerd in de vorm van eenvoudige suikers: fruit, rode biet, suikerriet, druif enzovoort. Ze lossen op in water en worden perfect door het lichaam opgenomen. In water oplosbare suikers worden snel in de bloedbaan opgenomen.
Verbruik van koolhydraten
Er wordt aangenomen dat het grootste deel van de koolhydraten in een complexe vorm moet worden geconsumeerd, en slechts 20-25% in een eenvoudige. Dit draagt bij aan de geleidelijke invoer van suikers in de weefsels. Als een persoon voldoende koolhydraten uit voedsel krijgt, worden deze in de lever en spieren afgezet in de vorm van "dierlijk zetmeel" glycogeen. Bij een gebrek aan koolhydraten wordt de glycogeenvoorraad afgebroken tot glucose en gebruikt voor de behoeften van het lichaam (voeding van cellen en weefsels). Als het lichaam er een teveel van krijgt, worden ze lichaamsvet. Overigens bevatten koolhydraten ook vezels, die nodig zijn voor een goede spijsvertering.
Koolhydraten zijn essentiële componenten van het dieet, dus ze bepalen niet alleen de energiehomeostaat van het lichaam, maar nemen ook deel aan de biosynthese van een aantal koolstofbevattende polymeren. Gedurende een mensenleven consumeert een gemiddelde persoon ongeveer 14 ton van deze verbindingen. Hiervan ongeveer 2,5 ton - in een eenvoudige vorm. Het gebruik van eiwitten, vetten, koolhydraten en hun derivaten in voedsel is niet uniform. Koolhydraten vormen het belangrijkste onderdeel van onze voeding. Ze consumeren 4 keer meer dan eiwitten of vetten. Bij een eenvoudig, gemengd dieet komt ongeveer 60% van de energie van een persoon uit koolhydraten. Hun belangrijkste taak in het lichaam is het leveren van energie. Hoe meer lichamelijke activiteit in iemands leven, hoe meerhij heeft koolhydraten nodig. Bij een zittend leven neemt de behoefte aan deze stoffen af. Voor degenen die geen fysieke arbeid verrichten, is de dagelijkse behoefte aan koolhydraten ongeveer 400 gram.
Ongeveer 50-65% van de koolhydraten komt ons lichaam binnen met graanproducten. 15-25% - met suiker en suikerhoudende producten. Ongeveer 10% - met wortel- en knolgewassen. En ongeveer 5-7% - met fruit en groenten.
Koolhydraten zijn een zeer sterke irritatie van de externe secretie van de pancreas en de meest actieve stimulator van insulinesynthese, die een belangrijke rol speelt bij de regulatie van het koolhydraatmetabolisme en het handhaven van een optimale glucosehomeostase. In de loop der jaren leidt een overdaad aan eenvoudige koolhydraten tot hyperplasie van β-cellen, vervolgens tot de verzwakking van het insulaire apparaat en het creëren van voorwaarden voor de ontwikkeling van diabetes.
Classificatie van koolhydraten
Afhankelijk van de structuur, het vermogen om op te lossen en de snelheid van assimilatie, worden koolhydraten die deel uitmaken van voedsel onderverdeeld in eenvoudig en complex. Eenvoudige omvatten monosachariden (fructose, glucose, galactose) en disachariden (sucrose, lactose). Tot complex - polysachariden (vezel, zetmeel, glycogeen). Naast de voorbeelden van koolhydraten zijn er in elke klasse andere, minder bekende stoffen.
Eenvoudige koolhydraten
Mono- en disacchariden lossen goed op in water en worden snel door het lichaam opgenomen. Ze hebben een uitgesproken zoete smaak, daarom worden ze vaak gewoon suikers genoemd. De meest voorkomende monosacharide is:glucose in verschillende soorten fruit en bessen, evenals gesynthetiseerd tijdens de afbraak van di- en polysachariden. Glucose, eenmaal in het lichaam, vindt snel een gebruik voor zichzelf. Het vormt glycogeen, voedt hersenweefsel en spieren (inclusief het hart) en reguleert de bloedsuikerspiegel. Tijdens inspanning kan glucose direct als energiebron worden gebruikt.
Fructose heeft vergelijkbare eigenschappen. Het kan worden beschouwd als een zeer waardevolle, licht verteerbare koolhydraat. Maar in vergelijking met glucose wordt fructose nog steeds langzamer opgenomen door de darmen en eenmaal in het bloed verlaat het de bloedbaan sneller. Tot 80% van fructose wordt vastgehouden in de lever, waardoor verzadiging van de bloedsuikerspiegel wordt voorkomen. In de lever synthetiseert fructose echter gemakkelijker glycogeen dan glucose. Vergeleken met sucrose is fructose beter verteerbaar en heeft het meer zoetheid. Door deze laatste eigenschap kan minder fructose worden gebruikt voor de gewenste zoetheid van het product, waardoor de totale consumptie van suikers wordt verminderd. Dit gebeurt bij de opbouw van een caloriebeperkt dieet. Gezien het gebruik van koolhydraten in het leven, moet speciale aandacht worden besteed aan dieetvoeding. Fructose wordt vaak gebruikt als zoetstof in voedingsmiddelen voor mensen met diabetes.
Bij een teveel aan sucrose wordt de vetstofwisseling verstoord en neemt de vetaanmaak toe. Bovendien is al lang bewezen dat met een toename van de hoeveelheid suiker die het lichaam binnenkomt, de synthese van vetten uit complexe koolhydraten, direct uit vet en zelfs eiwit, toeneemt. Vandaar,De hoeveelheid suiker die een persoon consumeert, kan het vetmetabolisme enorm reguleren.
Met het overvloedige gebruik van suiker, beginnen cholesterolmetabolismestoornissen en een toename van het geh alte in het bloed. Bovendien heeft overtollige suiker een slecht effect op het werk van de darmmicroflora - de massa rottende micro-organismen neemt toe, rottingsprocessen versnellen en er ontstaat winderigheid. Deze bijwerkingen worden het minst waargenomen bij het gebruik van fructose. Fruit en bessen zijn de belangrijkste bron van deze koolhydraten. In honing zit veel fructose en glucose: respectievelijk 37,1 en 36,2%. Alle suiker in watermeloen is fructose, het is hier ongeveer 8%.
De volgende monosacharide is galactose. Het wordt niet gevonden in voedingsmiddelen in zijn vrije vorm. Galactose is een afbraakproduct van lactose, het belangrijkste koolhydraat in melk.
Wat betreft disacchariden, de belangrijkste in onze voeding is sucrose. Bij hydrolyse wordt het afgebroken tot fructose en glucose. De belangrijkste bronnen van sucrose zijn biet- en rietsuiker. In kristalsuiker bereikt het geh alte van dit koolhydraat 99,75%. Bovendien wordt sucrose aangetroffen in fruit, groenten en kalebassen.
Complexe koolhydraten
Polysachariden hebben een complexere moleculaire structuur en een extreem lage oplosbaarheid in water. Deze klasse omvat: zetmeel, vezels, glycogeen en pectine. Het gebruik van koolhydraten van deze klasse is in verschillende mate wijdverbreid. Zetmeel is van primaire voedingswaarde. Het hoge geh alte aan graangewassen is de belangrijkste factor die hunvoedingswaarde. In het dieet van de gemiddelde persoon maakt zetmeel tot 80% uit van de totale hoeveelheid geconsumeerde koolhydraten. Eenmaal in het lichaam verandert het in eenvoudige koolhydraten en voert het hun functies uit.
Wat betreft glycogeen, in ons lichaam speelt het de rol van een energiemateriaal dat werkende spieren en inwendige organen voedt. Glycogeen wordt hersteld door reosynthese ten koste van glucose.
Pectine is een oplosbare stof die goed door het lichaam wordt opgenomen. Zoals moderne studies op het gebied van gezonde voeding aantonen, kan pectine worden gebruikt voor preventieve en therapeutische doeleinden bij ziekten van het maagdarmkanaal.
Vezel lijkt qua structuur sterk op polysachariden. Graanproducten staan bekend om hun hoge geh alte. Naast de hoeveelheid vezels in het product is de kwaliteit van groot belang. Hoe malser dit koolhydraat, hoe beter het in de darmen wordt afgebroken en hoe meer voordelen het voor een persoon oplevert. De vezel van groenten en aardappelen heeft deze eigenschappen. Een belangrijk kenmerk van dit polysacharide is het vermogen om cholesterol uit het menselijk lichaam te verwijderen. Laten we nu het gebruik van koolhydraten eens nader bekijken.
Parenterale voeding
Het gebruik van koolhydraten in de geneeskunde van tegenwoordig ontwikkelt zich snel. Parenterale voeding is de intraveneuze toediening van voedingsstoffen aan het lichaam. Het wordt gebruikt in gevallen waarin de patiënt niet in staat is zichzelf te voeden. Het gebruik van koolhydraten in parenterale voeding is heel gebruikelijk. Ze worden gebruikt volgens:de simpele reden is dat ze de meest betaalbare energiebron voor het menselijk lichaam zijn. De energiewaarde van koolhydraten is 4 kcal/g. De dagelijkse menselijke behoefte aan energie varieert van 1,5 tot 2000 kilocalorieën. Vandaar het probleem van het geïsoleerde gebruik van koolhydraten om in deze behoefte te voorzien. In termen van een isotone glucose-oplossing, om de behoefte aan calorieën van een persoon volledig te dekken, is het noodzakelijk om 7 tot 10 liter van de oplossing te gieten. Dit kan leiden tot de ontwikkeling van overhydratie, longoedeem en cardiovasculaire aandoeningen.
Het gebruik van meer geconcentreerde glucoseoplossingen heeft andere onaangename gevolgen - het optreden van plasmahyperosmolariteit en irritatie van de intima van de aderen (ontwikkeling van flebitis en tromboflebitis). En om het risico op osmotische diurese te elimineren, is het noodzakelijk om de glucose-infusiesnelheid in het bereik van 0,4 tot 0,5 g / kg / uur te houden. Als je dit cijfer verta alt naar een isotone glucoseoplossing, krijg je iets meer dan 500 mm per uur voor een patiënt van 70 kg. Insuline wordt aan de glucose-oplossing toegevoegd om een verminderde koolhydraattolerantie en de daaruit voortvloeiende complicaties te voorkomen. De berekening wordt uitgevoerd volgens de formule: 1 eenheid per 3-4 gram droge glucose. Insuline heeft niet alleen een positief effect op het glucosegebruik, maar draagt ook bij aan de normale opname van aminozuren.
Het gebruik van koolhydraten in de geneeskunde hangt af van hun type. Bij parenterale voeding worden veel gebruikt: fructose, glucose, sorbitol, dextran, glycerol en ethylalcohol.
Dieetvoeding
Er zijn veel diëten die gebaseerd zijn op de volledige of gedeeltelijke uitsluiting van koolhydraten uit het dieet, evenals een toename van de inname van eiwitten en vetten. Het Amerikaanse ministerie van landbouw voerde een onderzoek uit, waaruit bleek dat mensen die koolhydraatrijk voedsel eten overwegend een normaal gewicht hebben. Voedingsmiddelen met veel koolhydraten zijn voedzamer maar bevatten minder calorieën.
Zoals je weet, heeft in Amerika meer dan de helft van de bevolking overgewicht. En het aantal van zulke mensen groeit gestaag. Een langetermijnenquête onder de bevolking op het gebied van geconsumeerd voedsel toonde aan dat mensen wiens dieet wordt gedomineerd door koolhydraten, minder calorieën binnenkrijgen dan liefhebbers van eiwitten en vetten, bij dezelfde hoeveelheid voedsel. Deze groep mensen van alle ondervraagden, en er waren meer dan 10.000 mensen, had het laagste lichaamsgewicht. De reden is dat er voor elke 1000 calorieën van koolhydraatbevattende voedingsmiddelen veel vezels en water zijn. Deze groep mensen kreeg meer voedingsstoffen binnen met voedsel, namelijk: vitamine A en C, caroteen, calcium, ijzer en magnesium. Vetten, cholesterol, zink, natrium en vitamine B12 werden in beperkte mate in hun voeding aangetroffen.
Het gebruik van koolhydraten en vetten in voedingsmiddelen is nauw verwant. Evenals het gebruik van koolhydraten met eiwitten. De hoge efficiëntie van koolhydraten als energiebronnen ligt in hun vermogen om eiwitten te behouden. Wanneer een grote hoeveelheid koolhydraten wordt ingenomen, gebruikt het lichaam als energiemateriaal is minder dan aminozuren. Over het algemeen zijn deze stoffen geen onmisbare componenten van voeding, omdat ze kunnen worden gesynthetiseerd uit aminozuren en glycerol, maar hun rol mag niet worden onderschat. Het gebruik van koolhydraten in voeding dient minimaal 50 gram per dag te zijn. Anders kunnen metabole stoornissen optreden.
Overmatige consumptie van koolhydraten leidt echter tot de vorming van onderhuids vet. Bij het samenstellen van een dieet is het niet alleen belangrijk om aan de behoefte van een persoon aan deze stoffen te voldoen, maar ook om de consumptie van de verschillende soorten in evenwicht te brengen. Het is belangrijk om de verhouding tussen enkelvoudige en complexe koolhydraten in de gaten te houden. Wanneer veel suikers het lichaam binnenkomen, kunnen ze niet volledig worden gesynthetiseerd tot glycogeen en worden ze omgezet in triglyceriden, die bijdragen aan de vorming van vetweefsel. Wanneer insuline in het bloed wordt verhoogd, versnelt dit proces.
Complexe koolhydraten worden, in tegenstelling tot eenvoudige koolhydraten, langzaam afgebroken, waardoor hun geh alte in het bloed geleidelijk toeneemt. In dit verband is het raadzaam dat het belangrijkste koolhydraatgedeelte in voedingsmiddelen bestaat uit nauwkeurig verteerbare stoffen. Hun aandeel zou 80 tot 90 procent moeten zijn. Het gebrek aan complexe koolhydraten is vooral merkbaar voor diegenen die lijden aan diabetes, obesitas, atherosclerose en ziekten van het cardiovasculaire systeem.
Zoals je al begreep, worden de meeste koolhydraten gebruikt in voeding en medicijnen. Maar daar houdt de reikwijdte van koolhydraten niet op. Waar worden ze nog meer gebruikt?
Glucose
Dit koolhydraat wordt goed door het lichaam opgenomen en kan als onderdeel van sommige medicijnen worden gebruikt. Daarnaast wordt glucose veel gebruikt in de zoetwarenindustrie. Met zijn hulp worden marmelade, karamel, peperkoek en andere producten gemaakt. In de textielindustrie speelt het de rol van reductiemiddel. En bij de productie van glyconzuur en ascorbinezuur is glucose het uitgangsproduct. Met zijn hulp voeren ze ook de synthese uit van sommige industriële suikers.
Glucosefermentatie is van groot belang. Het komt voor bij het inmaken van kool, komkommers, melk en andere producten, maar ook bij het inkuilen van voer. Alcoholische fermentatie van glucose wordt gebruikt bij de productie van bier.
Zetmeel
Zetmeel is een waardevolle voedingsstof. Om het lichaam gemakkelijker te laten verteren, ondergaan de producten een warmtebehandeling. Onder omstandigheden van hoge temperatuur vindt gedeeltelijke hydrolyse van zetmeel plaats, evenals de vorming van in water oplosbare dextrines. Dextrines worden, eenmaal in het spijsverteringskanaal, gehydrolyseerd tot glucose, dat goed door het lichaam wordt opgenomen. Als we het hebben over het gebruik van koolhydraten in de industrie, kan zetmeel niet ontbreken. De belangrijkste producten die eruit worden verkregen zijn glucose en melasse. Hierdoor wordt het gebied waarin het gebruik van koolhydraten plaatsvindt verder uitgebreid. Beschrijf in het kort het proces van het verkrijgen van glucose en melasse uit zetmeel als volgt.
Zetmeel wordt verwarmd in een mengsel met verdund zwavelzuur. Overtollig zuur wordt geneutraliseerd met krijt. Het neerslag van calciumsulfaat, dat wordt gevormd tijdensneutralisatie, gefilterd. Vervolgens wordt de oplossing ingedampt en wordt er glucose uit geïsoleerd. Als je het hydrolyseproces niet tot een einde brengt, krijg je een mengsel van glucose met dextrines, dat melasse wordt genoemd. Het wordt gebruikt in de zoetwarenindustrie. Bovendien zijn van zetmeel afgeleide dextrines wijdverbreid gebruikt als kleefstoffen en verfverdikkingsmiddelen. Zetmeel bewijst hoe gevarieerd het gebruik van koolhydraten kan zijn. De chemie van de processen is echter helemaal niet ingewikkeld.
Voorheen werd er stijfsel gebruikt, waardoor je de stof een tweede leven kunt geven en de levensduur kunt verlengen. Zetmeel en daarvan afgeleide producten zijn ook gebruikt in de textiel-, farmaceutische en gieterij-industrie.
Pulp
De praktische voordelen van koolhydraten zijn altijd niet minder belangrijk geweest dan hun biologische rol. Het gebruik van koolhydraten kan worden gevonden in totaal verschillende gebieden van menselijke activiteit. Cellulose (vezel) wordt al sinds de oudheid door de mens gebruikt. In het begin begonnen mensen hout te gebruiken als brandstof en bouwmateriaal. Daarna leerden ze draad maken van katoen, vlas en andere vezelplanten. Later kwamen er technologieën die het mogelijk maakten om papier uit hout te halen. Papier is in de kern een dunne laag cellulosevezels die worden geperst en gelijmd. Het resultaat is een duurzaam, glad oppervlak dat niet doorbloedt.
Aanvankelijk werden alleen plantaardige grondstoffen (katoen en rijststengels) gebruikt om papier te maken. Er werden puur mechanisch vezels uit gehaald. maar alsontwikkeling van de samenleving, waren de genoemde bronnen niet voldoende om de behoefte aan papier te dekken. Het meeste gaat naar kranten. Aangezien de kwaliteit van het papier hier geen speciale rol speelt, begonnen ze er tot 50 procent gemalen hout aan toe te voegen. Later verschenen er technologieën die het mogelijk maakten om zich te ontdoen van begeleidende houtstoffen als harsen, lignine, enzovoort. Zo gevarieerd kan het praktische gebruik van koolhydraten zijn.
Tot op heden is sulfiet de meest gebruikelijke methode voor het isoleren van cellulose. Het wordt gebruikt in verschillende gebieden waar koolhydraten worden gebruikt. De chemie van het proces is vrij eenvoudig. Volgens deze methode wordt het hout gekneusd en gekookt in een mengsel met calciumhydrosulfaat. Vervolgens wordt de van allerlei onzuiverheden bevrijde cellulose op filters gescheiden. De resulterende loog bevat monosachariden en wordt daarom gebruikt als grondstof voor de productie van alcohol. En cellulose wordt ook gebruikt bij de vervaardiging van viscose-, acetaat- en koper-ammoniakvezels.
Soms worden koolhydraten verward met koolhydraten. Ondanks het feit dat deze twee klassen van stoffen met dezelfde naam worden genoemd, hebben ze niets met elkaar te maken. Het gebruik van verzadigde koolwaterstoffen in het dagelijks leven en op het werk is een heel ander verhaal.
Conclusie
Vandaag heb je je kennis van stoffen zoals koolhydraten verdiept. De eigenschappen, het gebruik van koolhydraten en hun voordelen voor de mens bevestigen dat deze stoffen de belangrijkste biologische componenten op onze planeet zijn. Zij zijnletterlijk overal en in alles. Maar dit is niet het belangrijkste, maar het feit dat zonder koolhydraten ons leven onmogelijk zou zijn. Het gebruik van koolhydraten in het leven is te uitgebreid.
