WYKŁAD 4 24.10.2006.

30.10.2006.

Węglowodany

W węglowodanach stosunek tlenu do wodoru jest taki sam jak w przypadku wody.

Podział ogólny węglowodanów

monosacharydy oligosacharydy i ich monomery polisacharydy i ich monomery

(np. glukoza, (np. dwucukry, w tym laktoza i sacharoza) (np. heksozany - skrobia i glikogen

fruktoza, mannoza, oraz mieszane - celuloza, pektyny

ramnoza, galaktoza) i hemicelulozy (rzadko spożywane)

Skrobia

• forma zapasowa węglowodanów u roślin

• zbudowana z dwóch rodzajów związków: amylopektyny (rozgałęzionej) i amylozy (nierozgałęzionej). Z punktu widzenia żywności jest to bardzo istotna budowa.

• wchłaniane do krwi są tylko cukry proste, stąd niezbędne jest trawienie cukrów złożonych, takich jak skrobia. Zarówno z części rozgałęzionej jak i nierozgałęzionej uwalniane są przy trawieniu jednostki cukrowe, ale tam, gdzie są rozgałęzienia, jest więcej możliwości ich uwalniania. Jest to bardzo istotne z punktu widzenia szybkości uwalniania tych jednostek, które są następnie wchłaniane.

Glikogen

• forma zapasowa węglowodanów w wątrobie, mięśniach

• jest jeszcze bardziej rozgałęziona, dzięki czemu cukier może być szybko uwalniany z zapasów w warunkach zapotrzebowania.

Błonnik pokarmowy

włókno pokarmowe

polisacharydy nieskrobiowe ligniny

skrobia oporna

celuloza polisacharydy niecelulozowe

nierozpuszczalne rozpuszczalne

w wodzie w wodzie

hemicelulozy pektyny gumy i kleje roślinne

polisacharydy roślin

morskich (alginiany,

agar, karageny)

Do błonnika pokarmowego zgodnie z tą definicja wlicza się rozmaite związki chemiczne. Definicja i skład chemiczny błonnika pokarmowego są jednakże stale przedmiotem kontrowersji.

Skrobia oporna = skrobia retrogradowana (nie jest trawiona i nie wiadomo, czy traktować ją jako błonnik)

Zawartość węglowodanów w wybranych produktach spożywczych

produkty spożywcze	zawartość węglowodanów ogółem [g] w 100 g	zawartość błonnika pokarmowego [g] w 100 g	energia
						[kcal]	[kJ]
przetwory zbożowe	40 - 78,9	2,4 - 5	-	-
chleb mieszany pszenno-żytni	43,7	2,7	203	848
chleb pszenny razowy „graham”	40,0	5,0	198	827
ryż	78,9	2,4	349	1458
warzywa	-	0,4 - 2,1	-	-
kapusta biała	6,2	2,1	32	134
ogórek	2,1	0,4	11	46
ziemniaki	13,5	0,8 (< 1)	59	247
owoce	-	1,3 - 7,7	-	-
gruszka	10,9	1,6	?	?
pomarańcza	8,1	1,4	?	?
nasiona roślin strączkowych	ok. 61	ok. 16	?	?

Wybrane rodzaje węglowodanów i ich przeciętne spożycie

sacharydy	główne źródło	przeciętne dzienne spożycie [g]	względny stopień słodkości
monosacharydy fruktoza glukoza	owoce i miód	5	170 50
oligosacharydy sacharoza laktoza maltoza	buraki i trzcina cukrowa mleko i produkty mleczne przetwory skrobiowe	100 15 bardzo mało	100 30 -
polisacharydy skrobia glikogen	produkty zbożowe mięso	250 bardzo mało	- -

W Polsce obserwuje się coraz większe spożycie tłuszczu.

Spożycie ziemniaków w Polsce w latach 1950 - 1994

W Polsce obserwuje się też rosnące spożycie sacharozy, podobnie jak rosnący trend w spożyciu owoców i warzyw.

Spożycie alkoholu kształtuje się również rosnąco z 3 l/osobę w 1950 r. do 6 l/osobę w 1994 r.

Zawartość błonnika pokarmowego w spożywanej żywności z kolei maleje z 37,5 g/dziennie w 1950 r. do 30 g/dziennie w 1994 r.

Zapasy węglowodanów u mężczyzn o wadze 70 kg odżywiających się mieszaną dietą

tkanki i płyny ustrojowe	masa lub objętość [kg lub l]	ilość [g]
wątroba	1,8	70 (0 - 135)
płyn pozakomórkowy	12,0	10 (8 - 11)
mięśnie	32,0	150 (300 - 900)

Ważniejsze funkcje węglowodanów w żywieniu człowieka

• źródło energii

• jest to ich podstawowa funkcja

• 2 kcal/1 g błonnika (wartość dyskusyjna)

• 7 kcal/1 g alkoholu etylowego (choć tylko część należy brać pod uwagę, ponieważ część może być wydalana z moczem, kałem czy potem, stąd niektórzy liczą jako 3,5 kcal/1 g)

• układ nerwowy czy krwinki nie mogą korzystać z energii zgromadzonej w tłuszczach, stąd węglowodany są ich podstawowym źródłem i ważny w związku z tym jest poziom cukru we krwi

• węglowodany chronią białko, które zamiast na cele energetyczne wykorzystywane jest jako składnik budulcowy

• składniki regulujące

• kwasy nukleinowe zawierają węglowodany w postaci rybozy, która jest bardzo ważna dla przekazywania cech dziedzicznych (zawarta w nich ryboza jest tu składnikiem regulującym)

• za odczucie głodu również odpowiedzialne są węglowodany - zawartość cukru we krwi (spadek powoduje, że odczuwamy łaknienie i następuje regulacja apetytu prze układ nerwowy do centrum sytości w mózgu)

• błonnik pokarmowy reguluje prace przewodu pokarmowego, ułatwia przesuwnie treści pokarmowej przez przewód pokarmowy

• prawidłowe spalanie tłuszczy może zachodzić tylko przy udziale węglowodanów (gdy ich nie ma, tworzą się ciała ketonowe i mogą wywoływać ketonurię - wydalane są z moczem)

• budulce

• mukopolisacharydy w tkance łącznej

• w połączeniu z białkami jako glikoproteidy - składniki błon komórkowych

• oddziałują na zmysły jako składniki żywności (zapach, smak barwa)

• związki Maillarda

• wywołują smak słodki

• funkcje specjalne

• heparyna hamuje krzepnięcie krwi

• streptomycyna - antybiotyk

Zarówno w heparynie jak i w streptomycynie zawarte są węglowodany.

Funkcje błonnika pokarmowego w organizmie

• pobudza funkcje żucia i wydzielania śliny (dzięki prawidłowej teksturze żywności)

• buforuje i wiąże nadmiar HCl z żołądku (utrzymuje odpowiednie pH)

• ogranicza strawność składników odżywczych (jeżeli produkt zawiera dużo błonnika, np. nasiona roślin strączkowych, to są one gorzej strawne)

• zwiększa wypełnienie jelit, pobudza ich ukrwienie i perystaltykę

• tworzy korzystne podłoże dla rozwoju pożądanej flory bakteryjnej w jelicie grubym

• zapobiegała nadmiernemu odwodnieniu mas kałowych i zaparciom (szczególnie w przewodzie pokarmowym osób starszych)

• zwiększa wydalanie z kałem kwasów żółciowych i tym samym obniża poziom cholesterolu we krwi (może chronić przed ryzykiem chorób układu krążenia)

• działa jako wymiennik jonowy (adsorbent), ograniczając wchłanianie toksycznych związków (substancji) z pożywienia, np. metali ciężkich

Miejsca i produkty przemian (trawienia) węglowodanów oraz rodzaj wchłanianych związków

miejsce przewodu pokarmowego	rodzaj węglowodanów	przykładowe związki ze stopniem ich polimeryzacji	związki wchłaniane
jelito cienkie	monosacharydy polisacharydy	glukoza 1 fruktoza 1 sacharoza 2 laktoza 2 skrobia > 9	glukoza fruktoza glukoza + fruktoza glukoza + galaktoza glukoza
jelito grube	oligosacharydy	rafinoza 3 insulina 3 - 9 związki nieskrobiowe > 9	KKT KKT KKT

KKT - krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe

Tempo trawienia węglowodanów w zależności od rodzaju produktu

tempo trawienia	czas trawienia [min]	rodzaj produktu
szybko	20	produkty zbożowe, świeżo ugotowane ziemniaki
wolno	20 - 120	makarony, nasiona roślin strączkowych
opornie (resistant starch)	-	ostudzone ugotowane ziemniaki, niedojrzałe banany, przetwory z pełnego ziarna (tylko część skrobi)

Trawienie cukrów

fruktoza transport bierny sacharoza (15%) (wraz z gradientem stężeń)

amylopektyny dekstryny

maltotrioza glukoza

(80%)

transport aktywny

amyloza maltoza (specjalne przenośniki

laktoza galaktoza białkowe + energia;

(5%) wbrew gradientowi)

indeks glikemiczny (glukozowy)

jak szybko po spożyciu cukier dostaje się do krwi i w jakim czasie ten poziom rośnie i spada

Przykłady:

po spożyciu określonej ugotowane ziemniaki strączkowe

ilości glukozy nie kraszone (bez tłuszczu)

100%

85%

25%

Czynniki wpływające na indeks glikemiczny:

• natura (struktura) jednocukrowców, w danym produkcie i proporcja glukozy do tych jednocukrowców

• rodzaj skrobi i proporcje tych rodzajów (amylozy i amylopektyny)

• interakcje skrobi z innymi składnikami żywności

• ilość skrobi opornej na trawienie

• stopień żelowania skrobi (ziemniaczana na surowo nie jest trawiona)

• rozmiar cząsteczek

• forma produktu spożywczego

• struktura komórek

• zawartość tłuszczów i białek, błonnika, składników antyodżywczych i kwasów organicznych

Wykorzystanie cukru w organizmie (głównie w postaci glukozy)

Przekształcenie glukozy w glikogen kosztuje, stąd 5% energii zgromadzonej w glukozie (zużywanej na samo przekształcenie w glikogen), a 95% odkładane się jako forma zapasowa.

Przy przekształceniu w tłuszcze koszt jest większy - ok. 30% energio (1/3) zawartej w glukozie.

glikogen

(5% energii)

glikogeneza glikogenoliza

glukoza

glikoliza glukoneogeneza

kwas pirogronowy

kwas mlekowy

niektóre aminokwasy

Trawienie alkoholu - dehydrogenaza alkoholowa jest wydzielana w wątrobie w niedużych ilościach, stąd trawienie alkoholu odbywa się tylko w ilościach, w jakich enzym ten jest dostarczany, dlatego część alkoholu nie jest rozkładana i krąży we krwi.

Zmiany stanu zdrowia związane z nieprawidłowymi przemianami węglowodanów

Cukrzyca typu II:

• wiąże się z: - otyłością typu II

- nadciśnieniem

- zaburzeniami regulacji hormonalnej

• głównie pojawiała się u osób starszych, teraz zaś w coraz większym stopniu pojawia się w młodszym wieku, co jest konsekwencja nieprawidłowego sposobu żywienia się

• w Azji w ostatnich latach zachorowanie na cukrzyce typu II wzrosło o 50%

• procent populacji, wśród której występuje cukrzyca, w niektórych krajach w 2003 r.

• Kuba 13,5%

• Singapur 12,5%

• Polska 9% (3,5 mln Polaków - bardzo poważny problem)

Nietolerancja laktozy:

• brak lub niedostateczne wydzielanie enzymu potrzebnego do jej trawienia

• laktoza dostaje się do dalszej części przewodu pokarmowego

• objawem są wzdęcia

• należy unikać produktów mlecznych niefermentowanych (w fermentowanych laktoza jest przekształcona w kwas mlekowy)

• oznaczenie:

• przy określeniu schorzenia podaje się dawkę 50 g laktozy i obserwuje się poziom glukozy we krwi (gdy poziom nie wzrasta, występuje nietolerancja laktozy)

• analiza powietrza wydychanego (jeśli obecny jest wodór - produkt fermentacji, występuje nietolerancja laktozy)

• oznaczenie aktywności laktozy w wycinku śluzówki z jelita cienkiego

• leczenie polega na podawaniu produktów ubogich w laktozę, zawierających < 2 g w jednym posiłku, np. jogurty z bakteriami

Galaktozemia:

• zaburzenia w przemianie galaktozy pochodzącej z laktozy (kumulacja galaktozy we krwi, co prowadzi do powiększenia wątroby, zaćmy)

• schorzenie dotyczy głównie dzieci ( przypadek - 1/40 tys. dzieci)

• objawami są nudności, wymioty

• jest to choroba jednogenowa (jest tylko jeden gen odpowiedzialny za syntezę białka z enzymu przekształcającego - rozkładającego galaktozę)

• dotyczy produktów mlecznych, stąd ważne jest ich ograniczenie podczas choroby

Fruktozemia:

• podobna do galaktozemi

• zaburzenia w przemianie fruktozy

• jest to choroba jednogenowa, metaboliczna

• dotyczy głównie fruktozy pochodzącej z owoców i produktów produkowanych na ich bazie, np. soki owocowe, stąd należy ograniczyć ich spożycie w diecie podczas choroby

Próchnica:

• choroba bardzo popularna

• podczas choroby zmienia się odczyn w jamie ustnej, który normalnie jest bliski obojętnego (pH ok. 7), dzięki odpowiedniemu buforowaniu w ślinie

• po spożyciu posiłku resztki pożywienia osadzają się na zębach i w szparkach miedzy zębami, powoli zaczyna zachodzić fermentacja (sacharoza w kwas mlekowy) i następuje zmiana pH w jamie ustnej na poniżej 7

• szkliwo, które chroni zęby tylko w środowisku obojętnym, przy kwaśnym odczynie robi się kruche, nawet trochę rozpuszczalne i ulega uszkodzeniom, w związku z czym nie potrafi już chronić zębów

• w miejsca uszkodzenia szkliwa dostają się resztki pożywienia oraz dalsza fermentacja mlekowa i gnilna, powodując ubytki w zębie, które nie leczone z czasem się powiększają na cały ząb

• próchnica może doprowadzić do utraty zęba, bądź ich większej ilości, gdy się przedostaje na kolejne

• pomiar pH prowadzi się za pomocą mikroelektrody wprowadzonej do sztucznego zęba połączonej z zapisem + płytka bakteryjna na zębie - urządzenie to zapisuje zmiany pH zachodzące w jamie ustnej przy zębie po spożyciu różnych produktów

7

6

5

4

10 20 czas po spożyciu [min]

„-„ → zmiana pH minimalna (np. ser dojrzewający)

„-„ → wyraźny spadek pH i powrót do obojętnego (np. napój owocowy, gdzie nie ma co się

przykleić na powierzchni zęba)

„-„ → pH przez długi czas utrzymuje się na poziomie kwaśnym (np. płatki śniadaniowe)

• próchnica zależy więc od czasu i stopnia pH w jamie ustnej

• pomiar elektrodą wprowadzona do zęba:

• mleko odtłuszczone 1 min

• napój owocowy 4 min

• roztwór sacharozy 7,5 min

• płatki pszenicy 13 min

• płatki kukurydziane 13 min

• ciastka cukrowe 13 min

• wskaźnik potencjalnych możliwości wytworzenia próchnicy przez produkty w badaniu na szczurach (ze względu na zawartość sacharozy i glukozy w tych produktach)

• im większy potencjał produktu, który może wywołać próchnice, tym większa zawartość cukru w tym produkcie, choć nie zawsze się to sprawdza, co ma związek z jego cechami fizycznymi

• w Polsce na tle innych krajów próchnica jest chorobą bardzo popularna zarówno u dzieci 5 - 7-letnich, jak i 12-letnich (jesteśmy na ostatnim miejscu - na pierwszym z największa liczba schorzeń tego typu)

• wskaźnik DMFT (mówi o ilości usuniętych lub wyleczonych z próchnicy zębów)

• 12-letnie dzieci badane w latach 1961 - 1985 w Holandii

• wzrost cukru zwiększa ryzyko wystąpienia próchnicy

• niewielki spadek występowania cukrzycy spowodował spadek DMFT

• przy prawidłowej higienie jamy ustnej nawet duże spożycie cukru nie odgrywa większej roli

złogi bakterii w

kamieniu nazębnym

składniki odżywcze próchnica opłukiwanie śliną

i skład pożywienia i jej skład

składniki mineralne,

szkliwo zębowe

i stopień

wysycenia fluorem

glukoza

laktoza

(w czasie laktacji)

aminokwasy glukogenne

glikogen

(forma zapasowa w mięśniach i w wątrobie)

energia

(dla procesów życiowych w komórkach)

tłuszczowce

(forma zapasowa głównie jako triacyloglicerole)

inne związki ważne dla organizmu

3

5

3

2

4

2

4

5

1

---