Ugljeni hidrati su esencijalna komponenta ćelija i tkiva svakog živog organizma, bilo biljke, životinje ili čoveka. Oni čine većinu organske materije planete Zemlje. Ugljikohidrati su prilično široka klasa spojeva. Među njima možete pronaći tvari različitih svojstava. Zbog ove karakteristike, 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: hleb, žitarice, povrće, voće, bobičasto voće. Što se tiče životinjskih proizvoda, neki od njih su bogati i 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 krompir sadrže škrob – složeni ugljikohidrat nerastvorljiv u vodi, koji se djelovanjem probavnih sokova razlaže na jednostavne šećere. U voću, povrću i bobičastom voću ove supstancepredstavljeni u obliku jednostavnih šećera: voće, cvekla, trska, grožđe i tako dalje. Rastvaraju se u vodi i tijelo ih savršeno apsorbira. Šećeri rastvorljivi u vodi brzo se apsorbuju u krvotok.
Potrošnja ugljikohidrata
Vjeruje se da najveći dio ugljikohidrata treba konzumirati u složenom obliku, a samo 20-25% u jednostavnom. To doprinosi postepenom ulasku šećera u tkiva. Ako osoba dobije dovoljno ugljikohidrata iz hrane, oni se talože u jetri i mišićima u obliku glikogena "životinjskog škroba". U slučaju nedostatka ugljikohidrata, zalihe glikogena se razgrađuju na glukozu i koriste za potrebe organizma (ishrana ćelija i tkiva). Ako ih tijelo primi u višku, oni se pretvaraju u tjelesnu masnoću. Inače, ugljeni hidrati uključuju i vlakna koja su neophodna za pravilno varenje.
Ugljeni hidrati su esencijalne komponente ishrane, tako da ne samo da određuju energetski homeostat tela, već i učestvuju u biosintezi brojnih polimera koji sadrže ugljenik. Prosečna osoba tokom života potroši oko 14 tona ovih jedinjenja. Od toga, oko 2,5 tone - u jednostavnom obliku. Upotreba proteina, masti, ugljenih hidrata 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 ishranu, oko 60% čovjekove energije dolazi iz ugljikohidrata. Njihov glavni zadatak u organizmu je da daju energiju. Što više fizičke aktivnosti u životu osobe, to višepotrebni su mu ugljeni hidrati. Uz sjedilački način života, potreba za ovim 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 naš organizam s proizvodima od žitarica. 15-25% - sa šećerom i proizvodima koji sadrže šećer. Oko 10% - sa korijenskim i gomoljastim usjevima. I oko 5-7% - sa voćem i povrćem.
Ugljikohidrati su vrlo jak iritans vanjskog lučenja pankreasa i najaktivniji stimulator sinteze inzulina, koji igra važnu ulogu u regulaciji metabolizma ugljikohidrata i održavanju optimalne homeostaze glukoze. Tokom godina, jednostavno preopterećenje ugljikohidratima dovodi do hiperplazije β-ćelija, zatim do slabljenja otočnog aparata i stvaranja preduslova za razvoj dijabetesa.
Klasifikacija ugljikohidrata
U zavisnosti od strukture, sposobnosti rastvaranja i brzine asimilacije, ugljeni hidrati koji su deo hrane dele se na jednostavne i složene. Jednostavni uključuju monosaharide (fruktozu, glukozu, galaktozu) i disaharide (saharozu, laktozu). Do kompleksa - polisaharidi (vlakna, skrob, glikogen). Osim primjera ugljikohidrata, u svakoj klasi postoje i druge, manje poznate tvari.
Jednostavni ugljikohidrati
Mono- i disaharidi se dobro rastvaraju u vodi i brzo se apsorbuju u tijelu. Imaju izražen slatkast ukus, zbog čega se često nazivaju jednostavno šećerima. Najzastupljeniji je monosaharidglukoza sadržana u raznim vrstama voća i bobičastog voća, kao i sintetizirana tokom razgradnje di- i polisaharida. Glukoza, jednom u tijelu, brzo pronalazi upotrebu za sebe. Formira glikogen, hrani moždano tkivo i mišiće (uključujući srce) i reguliše nivo šećera u krvi. Tokom vježbanja, glukoza se može koristiti direktno kao izvor energije.
Fruktoza ima slična svojstva. Može se smatrati vrlo vrijednim, lako svarljivim ugljikohidratom. No, u usporedbi s glukozom, fruktoza se ipak sporije apsorbira u crijevima, a jednom u krv, brže napušta krvotok. Do 80% fruktoze se zadržava u jetri, sprečavajući zasićenje šećerom u krvi. Međutim, u jetri, fruktoza sintetizira glikogen lakše nego glukoza. U poređenju sa saharozom, fruktoza je lakše svarljiva i ima više slatkoće. Zbog ovog posljednjeg svojstva, manje fruktoze se može koristiti za željeni nivo slatkoće proizvoda, čime se smanjuje ukupna potrošnja šećera. Ovo se dešava u izgradnji dijete sa ograničenim unosom kalorija. S obzirom na upotrebu ugljikohidrata u životu, posebnu pažnju treba obratiti na dijetnu prehranu. Fruktoza se često koristi kao zaslađivač u hrani za osobe sa dijabetesom.
Sa viškom 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, direktno iz masti, pa čak i proteina. dakle,Količina šećera koju osoba konzumira može u velikoj mjeri regulisati metabolizam masti.
Obilnom upotrebom šećera počinju poremećaji metabolizma holesterola 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 su glavni 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 ishrani 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 dostiže 99,75%. Osim toga, saharoza se nalazi u voću, povrću i tikvicama.
Složeni ugljikohidrati
Polisaharidi imaju složeniju molekularnu strukturu i izuzetno nisku rastvorljivost u vodi. Ova klasa uključuje: skrob, vlakna, glikogen i pektin. Upotreba ugljikohidrata ove klase je široko rasprostranjena u različitom stepenu. Škrob je primarne nutritivne vrijednosti. Njegov visok sadržaj u žitaricama je glavni faktor koji ih određujenutritivnu vrijednost. U ishrani prosječne osobe, skrob čini do 80% ukupne količine unesenih 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 unutrašnjih organa. Glikogen se obnavlja reosintezom na račun glukoze.
Pektin je rastvorljiva supstanca koja se dobro apsorbuje u telu. Kako pokazuju savremena istraživanja iz oblasti zdrave ishrane, pektin se može koristiti u preventivne i terapeutske svrhe kod oboljenja gastrointestinalnog trakta.
Vlakna su po strukturi vrlo slična polisaharidima. Proizvodi od žitarica poznati su po visokom sadržaju. Pored količine vlakana u proizvodu, od velike je važnosti i njegov kvalitet. Što je ovaj ugljikohidrat nježniji, to se bolje razgrađuje u crijevima i donosi više koristi za osobu. Ova svojstva imaju vlakna povrća i krompira. Važna karakteristika ovog polisaharida je sposobnost uklanjanja holesterola iz ljudskog organizma. Sada pogledajmo bliže upotrebu ugljikohidrata.
Parenteralna ishrana
Upotreba ugljenih hidrata u medicini danas se ubrzano razvija. Parenteralna ishrana je intravenozno davanje nutrijenata u organizam. Koristi se u slučajevima kada pacijent nije u mogućnosti da se sam hrani. Upotreba ugljikohidrata u parenteralnoj ishrani je vrlo česta. 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 hiljade kilokalorija. Otuda i 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 hidratacije, 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 eliminirao 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 izotonični rastvor glukoze, dobijate nešto više od 500 mm na sat za pacijenta od 70 kg. Inzulin se dodaje otopini glukoze kako bi se spriječila poremećena tolerancija ugljikohidrata i komplikacije koje iz toga proizlaze. Izračun se vrši prema formuli: 1 jedinica na 3-4 grama suhe glukoze. Insulin 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 ishrani se široko koriste: fruktoza, glukoza, sorbitol, dekstran, glicerol i etilalkohol.
Dijetalna hrana
Postoje mnoge dijete koje se zasnivaju na potpunom ili delimičnom isključivanju ugljenih hidrata iz ishrane, kao i povećanju unosa proteina i masti. Američko ministarstvo poljoprivrede provelo je istraživanje prema kojem je otkriveno da ljudi koji jedu hranu bogatu ugljikohidratima pretežno imaju normalnu težinu. Hrana bogata ugljikohidratima je hranljivija, ali ima manje kalorija.
Kao što znate, u Americi više od polovine stanovništva ima višak kilograma. A broj takvih ljudi stalno raste. Dugogodišnje istraživanje stanovništva na temu konzumirane hrane pokazalo je da ljudi u čijoj ishrani dominiraju ugljeni hidrati dobijaju manje kalorija od ljubitelja proteina i masti, uz istu količinu hrane. Ova grupa ljudi od svih ispitanih, a bilo je više od 10.000 ljudi, imala je najmanju tjelesnu težinu. Razlog je taj što na svakih 1.000 kalorija hrane koja sadrži ugljikohidrate ima puno vlakana i vode. Ova grupa ljudi je hranom dobijala više nutrijenata, i to: vitamine A i C, karoten, kalcijum, gvožđe i magnezijum. Masti, holesterol, cink, natrijum i vitamin B12 su u maloj meri pronađeni u njihovoj ishrani.
Upotreba ugljikohidrata i masti u hrani je usko povezana. Međutim, kao i korištenje ugljikohidrata s proteinima. Visoka efikasnost ugljenih hidrata kao izvora energije leži u njihovoj sposobnosti da sačuvaju proteine. Kada se unese velika količina ugljikohidrata, tijelo koristi kao energijumaterijala je manje od aminokiselina. Općenito, ove tvari nisu nezamjenjive komponente ishrane, jer se mogu sintetizirati iz aminokiselina i glicerola, međutim njihovu ulogu ne treba podcjenjivati. Upotreba ugljenih hidrata u hrani treba da bude najmanje 50 grama dnevno. U suprotnom može doći do metaboličkih poremećaja.
Međutim, prekomjerna konzumacija ugljikohidrata dovodi do stvaranja potkožne masti. Prilikom izgradnje dijete važno je ne samo zadovoljiti potrebe osobe za ovim supstancama, već i uravnotežiti potrošnju njihovih različitih vrsta. Važno je pratiti omjer jednostavnih i složenih ugljikohidrata. Kada mnogo šećera uđe u organizam, oni se ne mogu u potpunosti sintetizirati u glikogen i pretvoriti u trigliceride, koji doprinose stvaranju masnog tkiva. Kada je inzulin povišen u krvi, ovaj proces se ubrzava.
Složeni ugljeni hidrati, za razliku od jednostavnih, sporo se razgrađuju, pa se njihov sadržaj u krvi postepeno povećava. S tim u vezi, preporučljivo je da glavni ugljikohidratni dio u namirnicama čine upravo probavljive tvari. Njihov udio bi trebao biti od 80 do 90 posto. Nedostatak složenih ugljenih hidrata posebno je uočljiv kod onih koji pate od dijabetesa, gojaznosti, ateroskleroze i bolesti kardiovaskularnog sistema.
Kao što ste već shvatili, većina ugljikohidrata se koristi u ishrani i medicini. Ali opseg ugljikohidrata se 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 redukcionog sredstva. A u proizvodnji glikonske i askorbinske kiseline, glukoza je polazni proizvod. Uz njegovu pomoć vrše i sintezu nekih industrijskih šećera.
Fermentacija glukoze je od velike važnosti. Javlja se pri kiseljenju kupusa, krastavaca, mlijeka i drugih proizvoda, kao i pri siliranju stočne hrane. Alkoholna fermentacija glukoze se koristi u proizvodnji piva.
Skrob
Skrob je vrijedan nutrijent. Kako bi se tijelo lakše probavilo, proizvodi se podvrgavaju toplinskoj obradi. U uslovima visoke temperature dolazi do delimične hidrolize skroba, kao i do stvaranja dekstrina rastvorljivih u vodi. Dekstrini, kada uđu u probavni trakt, hidroliziraju se u glukozu, koju tijelo dobro apsorbira. Ako govorimo o upotrebi ugljikohidrata u industriji, škrob se ne može zanemariti. Glavni proizvodi koji se dobijaju iz njega su glukoza i melasa. Ovo dodatno proširuje područje u kojem se odvija upotreba ugljikohidrata. Ukratko opišite proces dobijanja glukoze i melase iz škroba na sljedeći način.
Skrob se zagreva u mešavini sa razblaženom sumpornom kiselinom. Višak kiseline neutralizira se kredom. Talog kalcijum sulfata, koji se formira tokomneutralizacija, filtrirana. Zatim se otopina ispari i iz nje se izoluje glukoza. Ako proces hidrolize ne dovedete do kraja, dobijate mješavinu glukoze sa dekstrinima, koja se naziva 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. Hemija procesa, međutim, nije nimalo komplikovana.
Ranije se koristilo škrobljenje koje vam omogućava da tkanini udahnete drugi život i produžite joj vijek trajanja. Škrob i proizvodi dobiveni od njega također su korišćeni u tekstilnoj, farmaceutskoj i livačkoj industriji.
Pulp
Praktične prednosti ugljikohidrata uvijek nisu bile manje važne od njihove biološke uloge. Upotreba ugljikohidrata može se naći u potpuno različitim područjima ljudske aktivnosti. Celuloza (vlakna) se koristi od strane ljudi od davnina. U početku su ljudi počeli koristiti drvo kao gorivo i građevinski materijal. Tada su naučili da prave konac od pamuka, lana i drugih vlaknastih biljaka. Kasnije su se pojavile tehnologije koje su omogućile dobijanje papira od drveta. Papir, u svojoj srži, je tanak sloj celuloznih vlakana koja se presuju i lijepe. Rezultat je izdržljiva, glatka površina koja neće krvariti.
U početku su se za izradu papira koristile samo biljne sirovine (pamuk i stabljike pirinča). Vlakna su iz njega izvučena čisto mehanički. Ali kaorazvoja društva, navedeni izvori nisu bili dovoljni da pokriju potrebu za papirom. Većina toga ide u novine. S obzirom da kvalitet papira ovdje ne igra posebnu ulogu, počeli su mu dodavati i do 50 posto mljevenog drveta. Kasnije su se pojavile tehnologije koje su omogućile uklanjanje takvih pratećih 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. Hemija procesa je prilično jednostavna. Ovom metodom drvo se drobi i kuva u mešavini sa kalcijum hidrosulfatom. Zatim se celuloza oslobođena svih vrsta nečistoća odvaja na filterima. Dobivena lužina sadrži monosaharide, pa se koristi kao sirovina za proizvodnju alkohola. Celuloza se takođe koristi u proizvodnji viskoznih, acetatnih i bakarno-amonijačnih vlakana.
Ponekad se ugljikohidrati brkaju s ugljikohidratima. Unatoč činjenici da su ove dvije klase supstanci nazvane suglasno, one nemaju nikakve veze jedna s drugom. Upotreba zasićenih ugljovodonika u svakodnevnom životu i na poslu je sasvim druga priča.
Zaključak
Danas ste produbili svoje znanje o supstancama kao što su ugljeni hidrati. Svojstva, upotreba ugljikohidrata i njihove dobrobiti za čovjeka potvrđuju da su ove tvari najvažnije biološke komponente na našoj planeti. Oni subukvalno svuda i u svemu. Ali to nije glavna stvar, već činjenica da bi bez ugljikohidrata naš život bio nemoguć. Upotreba ugljenih hidrata u životu je preobimna.
