Ugljični hidrati – karbohidrati

Ugljični hidrati su hemijski konstituenti hrane koji imaju važnu energetsku ulogu u biološkom sistemu ishrane. Predstavljaju veliku grupu hemijskih spojeva i zajedno sa lipidima i proteinima čine osnovne nutritivne komponente koje svakodnevno unosimo hranom. Vrednuju se kao energetske i biološki aktivne komponente ishrane. Sa energetskog aspekta, ugljikohidrati predstavljaju najznačajniju komponentu u hrani. Ugljični hidrati su najčistije gorivo i najefikasniji izvor energije za ljudsko tijelo. U ljudskom tijelu se apsorbuju u obliku prostih šećera (glukoza, fruktoza i galaktoza), što ne znači da ne unosimo i složenije forme. Ako je unešena količina dovoljna za zadovoljenje naših potreba, biohemijski se stvaraju rezerve kao složeniji oblici (glikogen) koji se po potrebi mobilišu. Pri sagorijevanju za sobom ostavljaju, kao nusprodukte, samo vodu i ugljendioksid koji se potom eliminišu.

Ugljični hidrati su pretežno ciklički polihidroksi aldehidi ili ketoni, odnosno supstance koje hidrolizom daju ove spojeve. Prema klasičnoj definiciji ugljični hidrati su proizvodi oksidacije polivalentnih alkohola, odnosno oni su aldehidi ili ketoni alkohola ili jedinjenja nastala kondenzacijom polivalentnih alkohola. Gledajući njihov hemijski sastav, sastavljeni su od vodonika, ugljenika i kiseonika. Opšta formula ugljičnih hidrata je Cn(H2O)n. Zbog svoje velike raznovrsnosti, postoji više podjela ugljičnih hidrata. Dijele se prema svom hemijskom sastavu i probavljivosti. Obzirom na probavu najlakše ih je podijeliti na: proste i kompleksne ugljične hidrate. U grupi kompleksnih ugljikohidrata su topiva i netopiva vlakna. Jednostavni ugljikohidrati značajni kao krajnji produkti probave ugljikohidratne hrane su glukoza, fruktoza i galaktoza. U svakodnevnoj prehrani najviše unosimo disaharida saharoze u formi kuhinjskog šećera, a u industrijskim proizvodima najviše se nalazi glukozno-fruktoznog ili dekstroznog (bombonskog) sirupa. Karakteristično je da su svi slatkog okusa. Osim ugljičnih hidrata koji se prirodno nalaze u namirnicama, hemijskim putem je dobijen značajan broj sinteskih spojeva koji se prvenstveno koriste kao zaslađivači, a koji po svojoj prirodi nisu uvijek ugljični hidrati.

Ugljični hidrati koji sadrže aldehidnu grupu nazivaju se aldoze, a ugljični hidrati koji sadrže keto grupu ketoze. Ugljični hidrati se nazivaju i glicidi (franc, glucides, tal. glicidii). Često se upotrebljava i naziv saharidi (prema lat. saccharum = šećer).

Tabela 3.4.1. Podjela ugljikohidrata

Grupa	Stepen polimerizacije	Podgrupa	Komponente u prehrani
Jednostavni šećeri	1 do 2	monosaharidi	glukoza, galaktoza, fruktoza
		polioli	sorbitol, manitol
Oligosaharidi	2	disaharidi	saharoza, laktoza,maltoza, trehaloza
	3 do 9	malto-oligosahridi	maltodekstrini, rafinoza stahioza
Polisaharidi	Veći od 9	skrob	amiloza, amilopektin, modificirani skrob
		neskrobni polisaharidi	celulozahemiceluloza, pektini,sluzi, gume

Ugljični hidrati sadrže energiju koja na indirektan način potiče od Sunca. Biljke proizvode ugljične hidrate i kiseonik procesom fotosinteze koristeći ugljen dioksid iz zraka, vodu iz zemljišta i sunčevu energiju. Stvaraju se u zelenim biljkama asimiliranjem ugljik-dioksida (CO2) i vode procesom fotosinteze u kojoj se iskorištava Sunčeva energija po reakciji:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Ugljični hidrati su najzastupljenije biomolekule na Zemlji. Godišnje se fotosintezom u celulozu i druge biljne proizvode prevede više od 100 milijardi tona CO2 i H2O. Oni su strukturalne komponente (celuloza), sačinjavaju energetske rezerve (biljni škrob), imaju esencijalne funkcije kao komponente nukleinskih kiselina (riboza i dezoksiriboza) i kao komponente vitamina (riboza i riboflavin). Ugljikohidrati oksidacijom oslobađaju energiju. Glukoza je u krvi čovjeka primarni izvor energije za ljudsko tijelo. Fermentacijom ugljikohidrata pomoću kvasaca i drugih mikoorganizama može se proizvesti ugljen dioksid, alkohol, organske kiseline i druge komponente.
Klasična podjela ugljičnih hidrata jeste podjela na proste šećere, oligosaharide i polisaharide.
.

Ključni pojmovi

• najznačajniji jednostavni šećeri su: glukoza, fruktoza i galaktoza.

• Oni su ujedno i monomerne jedinice u gradnji karbohidratnih komponenata hrane.

• Vezivanjem glukoze i fruktoze nastaje saharoza, a vezivanjem galaktoze i glukoze nastaje laktoza i oni su u prehrani značajniji disaharidi.

• Škrob je homoglikan jer je sastavljen od lanca glukoze i neprobavljive celuloze.

• Postoje i heteroglikani kao što su polisaharidne gume i pektini.

• Ugljični hidrati se inače dijele na monosaharide (najčešće pentoze i heksoze, odnosno aldoze i ketoze), disaharide i polisaharide.

• Ugljičnih hidrata ima u žitaricama (škrob), voću, povrću, mlijeku (laktoza) i industrijskim proizvodima.

.

PROSTI UGLJIČNI HIDRATI ILI JEDNOSTAVNI ŠEĆERI

Prosti ugljični hidrati (prosti šećeri) nalaze se u kuhinjskom šećeru (saharoza), voću, povrću, medu i mlijeku. Prosti ugljični hidrati u većim količinama su prisutni u slatkišima, kolačima, gaziranim sokovima i kristalnom šećeru. Ako se uzimaju u rafinisanoj ekstrahovanoj formi svi su samo čist izvor kalorija. U slatkišima, kolačima, gaziranim sokovima i sličnoj hrani nema vitamina i biološki korisnih tvari, ili ako ih ima, oni su zastupljeni u veoma malim količinama. Ako se unose sa svježim voćem i povrćem, mlijekom i žitaricama onda su dio nutritivno kompletnije hrane. Postoji puno hemijskih modifikacija ovih molekula u prirodi, a time i u hrani. U prehrani su najzastupljeniji: glukoza, fruktoza, galaktoza. Od disaharida najčešće se u hrani nalaze saharoza i laktoza, a manje maltoza.

Šećeri sačinjavaju najveći dio rastvorljivih suhih materija u hrani. Zajedno sa kiselinama i solima predstavljaju osnovnu komponentu u formiranju ukusa proizvoda. Mogu biti reducirajući i nereducirajući. Reducirajući šećeri imaju slobodnu aldehidnu skupinu (reducens) ili keto-skupinu koja može izomerizirati u slobodni aldehid. Tako kod polisaharida razlikujemo reducirajuće i nereducirajuće krajeve lanaca, ovisno o tome može li se prsten monosaharidne jedinice na kraju lanca otvoriti u slobodnu aldehidnu skupinu. Svi nemodificirani monosaharidi su reducirajući. Saharoza je primjer nereducirajućeg disaharida. Kod saharoze glikozidna veza spaja dva anomerna ugljika (C1 glukoze i C2 fruktoze) te nije moguće otvaranje niti jednog od dvaju prstenova.

Monosaharidi, disahardi i njihovi derivati. Monosaharidi (grč. monos = sam, jedan) su najjednostavniji ili osnovni saharidi. Ne mogu se cijepati na manje molekule izuzev metaboličkih procesa stvaranja energije u organizmima i sagorijevanja u prirodi. Disaharidi sadrže dvije molekule šećera povezane kovalentnom vezom. Monosaharidi i disaharidi daju različit stepen slatkoće hrani. Monosaharidi, glukoza, fruktoza i galaktoza zbog jednostavne hemijske strukture brzo se apsorbuju u probavnom traktu i naglo povećavaju nivo šećera u krvi (naročito glukoza).

Tabela 3.4.2. Monosaharidi i njihovi derivati

Pentoze	Heksoze	Derivati monosaharida
Arabinoza	Fruktoza	šećerni alkoholi: glicerol, inozitol, manitol, sorbitol, dulcitol
Riboza	Galaktoza	amino šećeri: galaktozamin, glukozamin
Ksiloza	Glukoza	šećerne kiseline: askorbinska, glukonska, glukuronska

Monosaharidi. Hemijske osobine monosaharida određene su prisustvom aldehidne, keto i alkoholne hidroksilne funkcionalne grupe. Oksidacijom aldehidne grupe aldoza nastaju monokarboksilne ”aldonske” kiseline. Oksidacijom primarne alkoholne grupe na C6 ugljeniku nastaju ”uronske kiseline” a istovremeno oksidacijom aldehidne i C6 OH grupe nastaju ”šećerne kiseline”.

Opća formula šećera pentoza i formula riboze

Monosaharide dijelimo na pentoze i heksoze. Pentoze sadrže pet ato¬ma ugljika i pet molekula vode (C5H10O5). Važnije pentoze su arabinoza i ksiloza, dok je riboza sastavni dio nukleinskih kiselina i koenzima koji se nalaze u svim stanicama, ali u vrlo malim razmjerima. Arabinoza se nalazi u slobodnom obliku, ali u relativno malim količinama u nekim vrstama voća i gomolja odnosno lukovica, npr. u šljivi, višnji, luku. Ljudski je organizam ne može metabolizirati. Ksiloza se u manjim količinama nalazi slobodna u nekim vrstama voća (npr. u marelici), a slično arabinozi, ne može se metabolizirati u ljudskom organizmu.

Svi monosaharidi kod kojih je hidroksilna skupina na hiralnom atomu ugljika (koji je označen najvećim brojem, u ovom slučaju C-5) smještena na desnoj strani se nazivaju D-monosaharidi, a ako je OH skupina na lijevoj strani onda su to L-monosaharidi. L-šećeri su manje rasprostranjeni u prirodi u odnosu na D oblike, ali ipak imaju važnu biološku ulogu.

D i L oblik monosaharida

Heksoze su najvažniji i u prirodi najrašireniji šećeri. Nalaze se kao slobodni ili kao vezani spojevi. To su glukoza, galaktoza i fruktoza, te za prehranu manje važne manoza, ramnoza i sorboza.

Glukoza (C6H12O6) je grožđani šećer, obilno prisutna u voću, a zove se i dekstroza. Ime “grožđani šećer” ne znači da on postoji samo u grožđu. Najprisutniji je šećer u prirodi. U slobodnom obliku nalazi se u voću, povrću, kukuruznom sladu i medu. Osnovni je izvor ugljikohidratne energije. Nesumnjivo, glukoza predstavlja najvažniji šećer za živu stanicu kod velike većine organizama. Ona čini najveći udio od ugljikohidrata koji se koriste u ishrani čovjeka, domaćih životinja, kao i u metabolizmu biljaka. Hrani daje srednje sladak okus. U hrani obično ne postoji kao monosaharid već ulazi u sastav ostalih šećera formirajući disaharide, škrob i dijetalna vlakna. Glukoza čini najmanje jednu od dvije molekule koje vezivanjem daju disaharide.

Fischer-ova formula D i L glukoza i 3D izgled D-Glukoze

Pomoću Fischer-ove projekcijske formule, vidimo da glukoza ima četiri hiralna centra C-2, C-3, C-4 i C-5.

Svi ugljikohidrati, bilo jednostavni ili složeni, na kraju se u organizmu konvertiraju u glukozu. U tijelu glukoza daje energiju ćelijama. Tijelo reguliše nivo glukoze u krvi da bi osiguralo konstantan izvor glukoze za obavljanje vitalnih funkcija. Glukoza je jedini izvor energije koji upotrebljava mozak, izuzev za vrijeme dužeg gladovanja kada je njen nivo u krvi nizak. Ljudski organizam nastoji razinu glukoze održavati stalnom. Glavnu ulogu u tome ima hormon pankreasa inzulin koji regulira razinu glukoze u krvi povećavajući iskorištenje glukoze u organizmu, te predstavlja ključni hormon za ulazak glukoze u stanicu. Drugi hormon koji reguliše nivo glukoze je glukagon, koji pokreće mehanizme za povećanje nivoa glukoze u krvi. Vezano uz ovo su i pojmovi “šećer u krvi” ili razina glukoze u krvi. Razina glukoze u krvi izražava se u milimolima na litru krvi, a normalna razina glukoze u krvi je između 3,9 i 6,0 mmol/L. Razina glukoze ispod 3mmol/L je stanje hipoglikemije, a preko 6 mmol/L je hiperglikemija. Koncentracija glukoze veća od 7 mmol/L je laboratorijski parametar dijabetesa. Glukoza je dominantni izvor energije u organizmu, a dobivanje energije iz nje se odvija u procesu glikolize. U organizmu je, također, moguća i sinteza glukoze iz aminookiselina procesom glukoneogeneze.

Fruktoza (lat. fructus = plod, ljetina) je voćni šećer, a nalazi se i u mnogim vrstama povrća. Fruktoza (levuloza ili voćni šećer) najslađa je od svih monosaharida, iako slatkoća varira ovisno o formi. Lako se topi u vodi. U kristalnom obliku, ako se otopi u tekućini, slatkoća se smanjuje. U medu su, na primjer, podjednake količine fruktoze i glukoze.

Fischer-ova i prostorna formula fruktoze

U spoju s drugim supstancama fruktoza se krije u velikom broju oligosaharida (saharozi, rafinozi, inulinu i drugima). Fruktoza je izomerni šećer glukoze i svrstava se u ketoheksoze. D-fruktoza ima samo tri hiralna atoma ugljika C-3, C-4 i C-5. Fruktoza je najznačajnija ketoza. Osim u voću, povrću i medu, ima je i u visokofruktoznom šećeru . Mnogi proizvođači koriste visokofruktozni kukuruzni sirup kao zaslađivač, uključujući voćne sokove, poslastice, bombone, želee i džemove. Termin – visoko fruktozni obmanjuje: sadržaj glukoze u tim zaslađivačima je oko 50%.

Fruktoza u ljudski organizam dospijeva putem hrane. Hidrolizom saharoze u organizmu nastaju glukoza i fruktoza. Fruktoza se kao i glukoza direktno apsorbuje u krv. Krv je odnosi u jetru gdje dolazi do izomerizacije fruktoze u glukozu, koja se kasnije u ćelijama koristi za stvaranje energije. Za razliku od glukoze koje uzrokuju nagle promjene u razini glukoze u krvi, što kod dijabetičara može uzrokovati ometanje metaboličke kontrole, fruktoza se apsorbira mnogo sporije i uzrokuje samo manje promjene u razini glukoze u krvi. Kako je fruktoza lijevo okrenuta ketoheksoza zovu je, osobito u farmakologiji, levuloza.

Galaktoza je manje poznati šećer. Nalazi se u mliječnom šećeru (laktozi). Rijetko se pojavljuje kao monosaharid u hrani, obično je hemijski vezana sa glukozom u obliku disaharida laktoze.

Struktura galaktoze

Galaktoza sudjeluje u sintezi cerebrozida koji su sastavni dio tkiva središnjeg nervnog sistema. Podstiče rast bifidobakterija u probavnom sistemu.

Polioli ili šećerni alkoholi se uvrštavaju u skupinu ugljikohidrata. Najčešće spominjani su glicerol, sorbitol, manitol, ksilitol i inozitol. Slabo se apsorbuju u organizmu pa ne podižu nivo glukoze u istom stepenu kao šećeri, tako da ih mogu koristiti dijabetičari. Ne izazivaju propadanje zuba. Prirodno se nalaze u nekim namirnicama, ali se proizvode i sintetskim putem.

Sorbitol i ksilitol

Sorbitol je zaslađivač koji se nalazi u mnogim prehrambenim proizvodima, često je prirodno prisutan u voću (šljiva). Slađi je od saharoze, a kalorijska vrijednost mu je manja. Sorbitol je veoma stabilan i hemijski neaktivan te podnosi visoke temperature pa je pogodan za kuhanje i pečenje. Manitol (mana-šećer, manit, D-manitol) je takođe šećerni alkohol niske molekularne mase i zanemarive energetske vrijednosti. Manitol je izomer sorbitola. Djeluje kao osmotski diuretik, manje prisutan u prehrani. Koristi se kao prah koji prekriva žvakaću gumu i na taj način sprječava apsorpciju vlage i ne dozvoljava da žvakaća guma postane ljepljiva. Ima efekat hlađenja, tj. daje osjećaj svježine u ustima.

Glikozidi su derivati monosaharida. U prirodi nastaju putem kondenzacije hidroksilne anomerne skupine ugljika na monosaharidu. Glikozidi su porodica tvari s brojnim članovima koji imaju biološki aktivno djelovanje. Glikozidi su čest aktivni sastojak u farmakološkim i biljnim pripravcima, začinima te dijelovima životinjskih tkiva.

Inozitol je aktivni kofaktor vitamina B-kompleksa koji sudjeluje u konverziji hrane, ima gradivnu ulogu, te učestvuje u transdukciji signala u vitaminu B-kompleksa. Inozitol je jako rasprostranjen u prirodi. Ima ga u pivskom kvascu, raznom voću i povrću (dinja, grejpfrut, suho grožđe, pšenične klice, neprečišćena melasa, kikiriki, kupus, mekinje, zeleni grašak). Od životinjskih proizvoda inozitolom su bogati srce, jetra i mozak (goveđi). Drugi životinjski proizvodi, kao što su, na primjer, piletina, teletina, riba, jaja, mlijeko, sadrže manju količinu inozitola (od 11 do 50 miligrama na 100 grama namirnice). Skupa s holinom, inozitol je aktivan u metabolizmu masti. Javlja se u staničnim membranama kao fosfatidilinozitol.

Inozitol

Uključen je u mobilizaciju kalcija. Pravilna funkcija neurotransmitera serotonina i acetilholina ovisi o fosfatidilinozitolu.
.

DISAHARIDI

Najvažniji disaharidi u ishrani čovjeka su saharoza, laktoza i maltoza. Nastaju međusobnim povezivanjem dviju jednakih ili različitih molekula monosaharida pomoću O-glikozidne veze uz gubitak jedne molekule vode. Saharoza (C12H22O11) nastaje međusobnim povezivanjem jedne molekule glukoze i jedne molekule fruktoze. Kiselom hidrolizom ili djelovanjem enzima disaharidaza, disaharidi se razlažu na monosaharide od kojih su nastali. Saharoza (poznata kao šećer) je izgrađen od glukoze i fruktoze. Saharoze najviše ima u šećernoj repi (16-20 %) i u šećernoj trsci (14-26%), pa je zbog toga još dobila ime trščani ili repin šećer. To je bijela supstanca koja kristališe u vidu sitnih bezbojnih kristala, vrlo slatkog okusa. Ona se hidrolizom raspada na glukozu i fruktozu. Hidroliza se vrši u prisustvu katalizatora, kiseline ili enzima invertaze. Hidrolizom saharoze nastaje invertni šećer. Invertni šećer je ekvimolarna smijesa glukoze i fruktoze i javlja u obliku sirupa

Hidroliza saharoze

glukoza + fruktoza = saharoza + voda

Saharoza je poznata kao stoni ili kuhinjski šećer. Proizvođači koriste proces rafinisanja da izoluju saharozu iz šećerne trske i šećerne repe. Potpuno rafinisanje otklanja nečistoće. Bijeli šećer i šećer u prahu su visoko rafinisani i sadrze 100% saharoze. Kada na etiketi namirnice piše da sadrži šećer, to znači da sadrži saharozu.

Laktoza – mliječni šećer je disaharid izgrađen od glukoze i galaktoze. Nalazi se u mlijeku svih sisara. Dobija se kao sporedni proizvod kod proizvodnje sira. To je redukujući disaharid, koji kiselom ili enzimatskom hidrolizom daje glukozu i galaktozu. Empirijska formula je C12H22O11. Nije zastupljena u voću i povrću. Laktoza se u prirodnom obliku nalazi u mlijeku i mliječnim proizvodima. Ponekad se dodaje u jela kako bi se poboljšao okus ili kao aditiv. Mlijeku i mliječnim proizvodima daje neznatnu slatkoću. Majčino mlijeko sadrži veću koncentraciju laktoze u odnosu na kravlje mlijeko pa je zato slađe. Laktoza u mlijeku i mliječnim proizvodima, osim energijske vrijednosti, ima višestruku ulogu u ishrani. Laktoza podstiče peristaltiku crijeva te je lako probavljiva, a pogodna je i za dijabetičare. Olakšava apsorpciju kalcija u probavnom sistemu. Ona uspostavlja blago kiselu reakciju u crijevima pa ujedno sprječava rast i razmnožavanje štetnih bakterija. Laktoza je važna u sintezi nekih vitamina, osigurava optimalni nivo magnezija i poboljšava iskorištavanje mliječne masti u ljudskom organizmu.

U svijetu postoji velik broj ljudi (arapi, crnci) koji su preosjetljivi na mliječni šečer (laktozu) pa ne mogu piti mlijeko ako prethodno nije prerađeno na način da je sadržaj laktoze bitno smanjen. Takve osobe međutim mogu konzumirati fermentirane mliječne proizvode jer je u njima laktoza djelomično razgrađena. Kod djece postoji i problem alergije na proteine mlijeka pa u takvim slučajevima treba koristiti razne supstitute kao što je sojino, sezamovo ili kokosovo mlijeko. Alergija na proteine mlijeka se kasnije gubi pa se preporučuje ponovno korištenje mlijeka i prerađevina.

Tabela 3.4.2. Stupanj slatkoće različitih prirodnih hemijskih spojeva

Tvar	Relativna slatkoća
Šećeri
Ksiloza	0,7
Glukoza	0,5 – 0,8
Fruktoza	1,2 – 1,5
Galaktoza	0,6
Manoza	0,4
Laktoza	0,2
Maltoza	0,5
Saharoza	1,0
Polioli
Manitol	0,6
Laktitol	0,3
Izomaltitol	0,4 – 0,6
Ksilitol	1,0
Sorbitol	0,5
Maltitol	0,8
Hidrogenirani kukuruzni sirup	0,3 – 0,75

Maltoza je produkt koji nastaje tokom proizvodnje slada. Sastoji se od dvije molekule glukoze. Sintetiše se međusobnim povezivanjem dvije molekule glukoze, gdje su monomeri glukoze povezani sa α(1→4) vezama. Maltoza se može proizvesti i iz skroba (na primjer krompirovog) ili žitarica. Maltoza, C12H22O11 nastaje iz škroba dijelovanjem fermenta dijastaze. Hidrolizom maltoze u kiseloj sredini nastaje D-glukoza. Maltoza nastaje procesom fermentacije piva, pa se zato ponekad naziva i slad. Najpoznatiji sladovi od žitarica, kao što su pšenični slad, kukuruzni i ječmeni slad, sadrže velike količine maltoze. Rijetko je prirodni sastojak hrane, ali nastaje kada se raskinu veze između dugih molekula skroba. Probavni enzimi u ustima (ptijalin) i crijevima (pankreasna amilaza) razlažu skrob do maltoze. Kada se žvače komad svježeg hljeba u ustima, skrob se razloži do maltoze i tada se osjeti sladak okus. Škrob se takođe razlaže do maltoze i prilikom klijanja sjemena.

Značajniji disaharidi u prehrani i njihovi konstituenti

Trehaloza je prisutna u gljivama i insektima. Nastaje međusobnim povezivanjem dvije molekule glukoze, gdje su monomeri glukoze povezani sa α(1→1)vezama. Celobioza disaharid, sastavljen je iz dvije glukoze, gdje su monomeri glukoze povezani sa β(1→4) vezama. Nastaje djelomičnim cijepanjem celuloze. Nema većeg praktičnog značenja za ljudski organizam, a nalazi se u pamuku i papiru.

Trehaloza i celobioza

.

Ključni pomovi

• Prosti ugljični hidrati, nalaze se u namirnicama: slatkišima, kolačima, gaziranim sokovima, kristalnom šećeru.
• Postoji puno hemijskih modifikacija ovih molekula u prirodi.
• U prehrani su najzastupljeniji: glukoza, fruktoza, galaktoza.
• Od disaharida najčešće se u prehrani koriste saharoza i laktoza.

.

OLIGOSAHARIDI

Oligosaharidi se sastoje od određenog broja (3 do 10) molekula glukoze. Oligo znači «malo». Oligosaharidi nastaju razgradnjom škroba. Oni su prelazna faza pri preradi škroba u glukozu, kao finalni proizvod. Sladovi, osim maltoze, sadrže i dekstrine. Od praktične je važnosti rafinoza koja se nalazi u melasi šećerne repe kao i stahioza u sojinom mlijeku.

Majčino mlijeko sadrži više od stotinu različitih oligosaharida, koji variraju u zavisnosti od trajanja trudnoće, dužine dojenja i genetske predispozicije. Ono što su dijetalna vlakna za odrasle, to su oligosaharidi za dojenčad, jer omogućavaju lakše formiranje stolice. Oligosaharidi takođe imaju zaštitnu ulogu, tj. štite dojenče od uzročnika nekih bolesti, tako što se vežu za njih i omogućuju izbacivanje iz organizma. Oligosaharidi iz majčinog mlijeka takođe obezbjeđuju sijalinsku kiselinu koja je esencijalna za razvoj mozga.

Trisaharidi i tetrasaharidi su oligosaharidi s tri odnosno četiri molekule monosaharida. Od praktične je važnosti rafinoza koja se nalazi u melasi šećerne repe (međuproizvod pri proizvodnji šećera) kao i stahioza u sojinom mlijeku.

Hemijske strukture rafinoze i stahioze

Rafinoza je trisaharid koji je sastavljen od galaktoze, glukoze i fruktoze. Stahioza se sastoji od dvije molekule galaktoze, jedne molekule glukoze i jedne molekule fruktoze. Namirnice koje sadrže stahiozu, rafinozu, verbaskozu (gal-gal-gal-fru) u debelom crijevu podliježu bakterijskom razlaganju uz stvaranje plinova (vodik, metan). To su: šljive, grah, soja, rotkvica, luk. Za ove polisaharide u crijevima ne postoje adekvatni enzimi zbog čega stvaraju plinove.
.

KOMPLEKSNI UGLJIČNI HIDRATI

Kompleksni ili složeni ugljični hidrati se nalaze u žitaricama (pšenica, kukuruz, riža i dr) i povrću (krompir, soja, grah i grašak). Dugi ugljikovodonični lanci su poznati kao polisaharidi jer se sastoje od deset i više molekula monosaharida i nastaju njihovim udruživanjem u visokomolekulski spoj, uz odvajanje vode. Sporije se razlažu tokom probave i obezbjeđuju organizmu konstantan dotok energije tokom više sati. Mogu sadržavati stotine i čak do hiljade monosaharidnih jedinica. Neki polisaharidi imaju prave lance dok su drugi razgranati. Ove strukturne razlike utiču na ponašanje polisaharida u vodi i prilikom zagrijavanja. Način na koji su monosaharidi povezani u polisaharide čini ih probavljivim kao što je skrob ili neprobavljivim kao što su vlakna. Polisaharidi se dijele na: homoglikane i heteroglikane. Među homoglikane ubrajamo:
• škrob,
• glikogen i
• celulozu,a u heteroglikane:
• mukopolisaharide,
• gume i
• pektine.
Od velikog praktičnog značenja su škrob i celuloza, ali i rezervni biljni polisaharid inulin. Svi spomenuti spojevi služe kao rezerve ugljikohidratne energije (škrob) ili izgrađuju čvrste stanične strukture, tvoreći »kostur« stanice (celuloza).

Škrob. Stvara se u zelenim dijelovima biljaka kao primarni proizvod fotosinteze. Najviše ga ima u krompiru i žitaricama. Najvažnija je ugljikohidratna hrana čovjeka. Velika se molekula škroba sastoji od glukoznih ostataka. Škrob se stvara se u sjemenu i krtolama u formi karakterističnih škrobnih granula. Prema porijeklu razlikuje se škrob pšenice, riže, krompira, kukuruza i drugih biljaka. U biljkama se deponuje u plodovima, korijenu i služi kao rezervna hrana.

Namirnice bogate škrobom su: pšenica, riža, kukuruz, zob, proso i ječam. Leguminoze, grašak, grah, leća, krompir, yam (tropska biljka) i cassava su takođe bogate škrobom. Škrob daje hrani vlažnu i želatinoznu teksturu.
Škrob može biti u probavljivoj i neprobavljivoj formi. Neprobavljive vrste škroba su prisutne u mnogom sjemenju i zrnju žitarica i drugih namirnica koje sadrže škrob. Neprobavljivi oblik škroba organizam uglavnom izluči stolicom neiskorišteno. To je najčešće škrob iz namirnica koje jedemo sirove. Tako je npr. škrob u bananama vrlo otporan na probavu, pa je čak i brašno pripravljeno od banana i krompira jako otporno na probavu.

Za prehranu i ostale svrhe škrob se dobija od kukuruza. Od škroba se dobijaju razni proizvodi kao što je glukoza, glukozni sirup, bombonski sirup, maltozni sirup, modifikovani škrobovi itd. Pri enzimskoj ili pri kiseloj razgradnji škroba stvaraju se međuproizvodi dekstrini. Hidrolizati škroba zovu se maltodekstrini i oni su široko rasprostranjeni u proizvodnji hrane. Proizvode se iz kukuruznog škroba, ali mogu se proizvesti od rižinog škroba i škroba tapioke. Koriste se kao nosači aroma, tvari za postizanje volumena i teksture, pomoćne tvari pri sušenju raspršivanjem, za tvorbu filmova, kontrolu zamrzavanja, sprječavanje kristalizacije i kao zamjene za masti ili tvari za postizanje željene nutritivne vrijednosti. Mjera za kvalitet je dekstrozni ekvivalent (DE) koji pokazuje stupanj hidrolize molekule škroba. Viši DE znači da je viši udio monosaharida od kratkolančanih polimera. Znači da DE izražava postotak reducirajućih šećera (računato kao D- glukoza na suhu tvar),

Zrnca škroba sastoje se od dviju frakcija različite građe: amiloze (oko 10-20%) i amilopektina (80-90%). To znači da amilopektina ima u biljkama 3 do 4 puta više nego amiloze, mada ova proporcija može da varira. Amiloza je linearni polimer glukoze. Može biti izgrađen od nekoliko hiljada glukoznih jedinica.

Struktura amiloze

Amilopektin je visoko molekularni polimer s razgranatim lancima izgrađenim od jedinica D-glukoze. Glukozni monomeri su povezanih α(1→4) glikozidnim vezama u strukturu ravnog lanca, zatim α(1→6) glikozidnim vezama na mestima grananja i ponekom α(1→3) glikozidnom vezom, što amilopektinu daje veoma razgranat oblik. U biljkama nastaje u organelama zvanim amiloplasti. Ljudi i životinje koji jedu biljnu hranu imaju enzime za hidrolizu amilopektina.

Struktura amilopektina

Amiloza se nalazi u šrobnom zrncu, a amilopektin u njegovu površinskom sloju.

U organizmu čovjeka, amilopektin se razlaže brže nego amiloza. Iako se škrob lako probavlja u organizmu čovjeka, male količine mogu izbjeći digestiju u tankom crijevu i to je, već pomenuti, neprobavljivi škrob. Neke leguminoze kao što je grah, sadrže velike količine neprobavljivog skroba. Prema vrsti ugljičnih hidrata koje sadrže, namirnice možemo podijeliti na 5 grupa u zavisnosti od toga kojom brzinom raste nivo šećera u krvi njihovim konzumiranjem.

Glikogen. Glikogen je rezervni ugljikohidrat ili forma skroba u ćelijama sisara. Glavna mjesta skladištenja glikogena u organizmu su jetra i skeletni mišići, ali je prisutan i u drugim tkivima. Glikogen odložen u jetri služi za održanje koncentracije glukoze u krvi. Glikogen čini oko 10% mase jetre i 2% mase mišića. Glavni je izvor glukoze u krvi u periodima između obroka. Molekule glukoze koje su pohranjene u obliku glikogena, fosforolizom se oslobađaju iz glikogena kada u stanicama nestane energije. Pohranjivanje zaliha glukoze u obliku glikogena obavlja enzim glikogen-sintaza . Razgradnja glikogena unutar ćelije odvija se djelovanjem enzima glikogen fosforilaze.

Struktura glikogena (nereducirajući krajevi - krajevi sa slobodnom 4-OH skupinom R = reducirajući kraj)

Glikogen je veoma važan rezervoar energije u organizmu jer mišići ne mogu mobilizirati masne rezerve tako brzo kao glikogenske, a masne kiseline se ne mogu metabolizirati anaerobno i ne mogu poslužiti za sintezu glukoze.

Već je rečeno da organizam pohranjuje glikogen na dva mjesta – u jetri i mišićima. Tek se oko 5 grama glukoze nalazi u krvnom optoku. U jetri je pohranjeno oko 75 – 100 grama glikogena. Jedan sat aerobnog vježbanja potroši otprilike polovicu sadržaja glikogena u jetri. U mišićima je pohranjeno oko 360 grama ili 1440 kcal. Ukoliko u ishrani nema dovoljno ugljikohidrata, prazne se rezerve jetrenog i mišićnog glikogena kod aktivnih osoba. Kompleksni ugljikohidrati u ishrani se smatraju najboljim izvorom za obnovu zaliha glikogena, i u načelu imaju prednost pred jednostavnim šećerima. Ipak, jednostavni šećeri su efikasniji u obnavljanju zaliha glikogena budući da imaju veću brzinu apsorpcije i bolji inzulinski odgovor, što je naročito važno nakon vježbanja.

Glikogen koji je pohranjen u nekome mišiću, kao energetski izvor je na raspolaganju sključivo tome mišiću. Mišići mogu apsorbirati glukozu bez pomoći inzulina, što čini vježbanje kao dobrim načinom prevencije dijabetesa.

Procentni odnos učešća određenih procesa pri stvaranju glukoze

.

Ključni pojmovi

• Škrob je prirodni polimer glukoze.
• Zrnca škroba sastoje se od dviju frakcija različite građe: amiloze i amilopektina.
• Namirnice bogate škrobom su: pšenica, riža, kukuruz, zob, proso, ječam, grašak, grah, leće, krompir, yam, cassava i druge.
• Glikogen je takođe rezervni ugljikohidrat ili forma skroba u ćelijama sisara. Ima važnu ulogu kao rezerva glukoze u organizmu.
• Glukoza se tokom metabolizma u organizmu obezbjeđuje na dva načina: glikogenolizom–razgradnjom glikogena i glukoneogenezom – sintezom glukoze de novo iz aminokiselina, glicerola, laktata i piruvata.

.

SIROVA BILJNA VLAKNA

Biljnim vlaknima bogate su žitarice a naročito integralni proizvodi od pšenice kukuruza, ječma, raži itd. Vrlo bogate sirovim netopivim biljnim vlaknima su mekinje. Biljna vlakna se u raznim omjerima i različitim vrstama kriju u svim namirnicama koje rastu nad zemljom, pod zemljom i u zemlji. Sirovim vlaknima bogato je svježe i osušeno voće i povrće. Namirnice bogate biljnim vlaknima ne daju mnogo kalorija.

Biljna vlakna možemo podijeliti na dvije velike skupine, u vodi topiva i u vodi netopiva vlakna. U vodi su topivi pektini, gume, sluzi kao i amilopektin iz škroba. U vodi netopivi su celuloza, hemiceluloza, inulin i drugi.

Celuloza. Celuloza je kvantitativno najzastupljeniji ugljikohidrat u prirodi. Nalazi se isključivo u biljkama gdje čini građu celularnog »kostura«. Glavni je sastojak staničnih membrana biljki, a nalazi se u kori i sjemenkama. Ljudski or¬ganizam ne sadrži enzim celulazu koji razgrađuje celulozu, te stoga ne može iskoristiti celulozu kao energetski izvor. Svi biljožderi imaju celulazu, pa je za njih celuloza važan izvor ugljikohidratne hrane. Bakterije prisutne u debelom crijevu čovjeka imaju značajnu ulogu u konačnoj razgradnji neprobavljenih ostataka hrane, ali tek neznatnu ulogu u razgradnji celuloze. Celuloza je vrlo stabilan ugljikohidrat, netopiv u vodi. Ipak, apsorbuje vodu, tvori glavnu masu neprobavljene hrane i pospješuje pražnjenje crijeva. Povoljno djeluje na dijabetične bolesnike, omogućavajući posredno bolju utilizaciju ugljikohidrata. Neke važnije osobine celuloze i hemiceluloze su:

• primarno čine strukturu i održavaju konfiguraciju biljnih listova i zelenih dijelova biljke,
• nerastvorljivi su u toploj i hladnoj vodi,
• nisu probavljivi u ljudskom organizmu i ne daju energetski prinos u njemu i
• to su tzv. biljna vlakna i imaju funkciju u stvaranju balasta u crijevima.

Celuloza se sastoji od jedinica glukoze međusobno povezanih β-glikozidnim vezama. Jedna molekula celuloze može imati čak do 10 000 jedinica glukoze. Molekula β-glukoze građena je slično molekuli α-glukoze i razlikuje se od nje samo po tome, što je OH-skupina na prvom C-atomu (anomernom) kod α-glukoze iznad, a kod β-glukoze ispod ravnine prstena. Vezivanjem dviju molekula β-glukoze dobiva se celobioza, koja s obzirom na svoj disaharidski karakter odgovara maltozi (disaharidu škroba). Daljnjim povezivanjem ostataka β-glukoze nastaje nitasta makromolekula celuloze. Iako se škrob i celuloza sastoje od istih monomernih jedinica, kod njihove razgradnje učestvuju različiti enzimi. Kao intermedijer u razgradnji škroba nastaje maltoza koja se sporije razgrađuje od drugih disaharida kao što su saharoza, i laktoza. Tako se celuloza razgrađuje na celobiozu pomoću enzima celulaze, a celobioza se dalje pomoću enzima celobiaze cijepa na dvije molekule β-glukoze.

Celuloza ima izgled finih tankih niti. Hemijski je vrlo slabo reaktivna, što je posljedica njezinih fizikalnih svojstava. Celuloze najviše ima u mekinjama pšeničnog brašna, u punozrnatim žitaricama, u kori voća i povrća.

Djelimična struktura celuloze i prikaz strukture celuloznih vlakana

Hemiceluloza je polimer glukoze i drugih heksoza, pentoza i uronskih kiselina koje se nalaze u stijenkama gotovo svake biljne stanice. Lanac joj je mnogo kraći od već pomenutih polisaharida pa obično nema više od 20 do najviše 2000 jedinica.

Inulin nastaje polimerizacijom fruktoze, a nalazimo ga samo u biljkama kao što su cikorija, gomolji mnogih biljaka, od kojih su mnoge ljekovite. Sadrži oko 30 fruktoznih ostata¬ka. Ljudski ga organizam ne može upotrijebiti kao hranu jer nema za to potrebnih enzima, pa ga nepromijenjena izlučuje putem bubrega.

Inulin

Pektini su heterosaharidi koji se nalaze u ćelijskom zidu biljka. Samo ime pektin potječe od grčke riječi «pektos» što u prevodu znači želiran, ukrućen. Pektinske materije predstavljaju visokomolekularna jedinjenja ugljikohidratne prirode, vrlo složene strukture. Pektinske supstance nalaze se samo u biljkama i to skoro u svim njihovim dijelovima: stablo, krtola, korijen, plod, jagodasti plodovi gdje imaju važnu biohemijsku i fiziološku funk¬ciju. Pektini se sintetiziraju u biljnoj stanici u goldžijevom aparatu. Važan su dio staničnog zida, a razlažu se u prvom stupnju do pektininske i na kraju do pektinske kiseline. Za vrijeme razlaganja voće počinje bivati mekše, a ćelijski zid se deformiše.

Pektin je heterosaharidni polimer koji se sastoji od galakturonske kiseline kao osnovnog monomera. Glavni lanac polimera može biti kombiniran i sa ramnoznim grupama. Karboksilne grupe galakturonske kiseline mogu biti esterificirane ili amidirane. Općenito pektin kao polimer galakturonske kiseline može sadržavati tri glavna polisaharidna tipa:

• poligalakturonan, koji je polimeriziran od ponovljenih D-galakturonskih kiselina kao monosaharidne podjedinice
• ramnogalakturonan I koji je alternativno sastavljen od L-ramnoze i D- galakturonske kiseline kao podmonomernih jedinica
• ramnogalakturonan II koji je compleks visoko razgranatih polisahrida

Skeletnu osnovu pektinskih materija predstavlja poligalakturonska kiselina. Ona je polimer ostataka D-galakturonske kiseline, međusobno povezanih α-galaktozidnom vezom.

Isječak glavnog lanca poligalakturonske kiseline povezane a-1,4-glikozidnim vezama

Pektini imaju izvanredno široku primjenu u prehram¬benoj industriji, farmaciji, medicini, proizvodnji emulgatora i u drugim granama. Pektinski koloidni rastvori imaju sposobnost obrazovanja čvrstih gelova (žele) u prisustvu nekog dahidratacionog agensa. Obrazovanje pektinskih gelova odvija se najbolje pri pH intervalu od 3.1 do 3.5, a kao dehidratacioni agens koristi se šećer. Žele se obrazuje pri koncentraciji še¬ćera od 65-70 % saharoze ili heksoze, čija koncentracija odgovara približno zasićenom rastvoru saharoze. Vrijednost pH-intervala je vrlo važan za obrazovanje dobrog želea. Tako pri sniženom pH dolazi do pojave sinereze gela, a u alkalnoj sredini obrazuju se slabi gelovi. Koli¬čina pektina koja učestvuje u obrazovanju gela kreće se od 0.2 do 1.5 %. Kvalitet želea zavisi od kvaliteta pektinskog preparata, njegovog porijekla i načina ekstrakcije.

Molekulska težina pektina zavisi od njiho¬vog porijekla i načina ekstrakcije i dosta je različita. Tako pektini iz šećerne repe imaju molekulsku težinu od 20.000 do 25.000; iz jabuka od 90.000 do 300.000, a iz citrusa 150.000 do 400.000.

Gume su ugljikohidratni spojevi koji imaju osnovnu funkciju održanja konzistencije biljnog tkiva. To su u vodi topivi viskozni, gusti polisaharidi. Sadrže 10.000 do čak 30.000 jedinica glukoze, galaktoze, manoze, arabinoze, ramnoze i njihove uronske kiseline. Industrija hrane ekstrahira ih iz prirodnih izvora. Takva je na primjer, arapska guma koju stvara stablo akacije Robinia pseudoacaci. Takođe su poznate tragakant guma iz nekih vrsta stabala, zatim guar guma koja se dobiva iz indijske mahunarke (Cyamopsis tetragonolobus) i guma iz dalmatinskog rogača. Iz njih se prave emulzije, stabiliziraju razne namirnice i zgušnjavaju sirovine pri industrijskoj obradi raznih vrsta hrane. Razlikujemo gume koje se stvaraju na stablima i gume koje se mogu ekstrahirati iz brašna. Od guma koje se dobivaju iz zdrobljenih zrnaca poznatija je guma guar. Prah koji se dobija iz guar gume karakteriše kristalna koloidna struktura koja se danas upotrebljava u prehrambenoj industriji kao hidrokoloid.

Guar a) hemijska struktura b) Cyamopsis tetragonolobus od koje se dobija

Prehrambena industrija koristi slijedeće biljne gume: arapsku gumu, guar gumu, xantham gumu.

Sluzi su također polimeri ugljikohidrata. Prirodni im je izvor sjemenje i korijenje u kojima služi biljkama kao sredstvo koje sprječava isušivanje. Sluzi su u najvećoj količini koncentrisane u biljkama kao kisele sluzi i neutralne sluzi. Lokalizovane su u raznim dijelovima biljaka u obliku membranske sluzi (nagomilane na ćelijskim zidovima), sekundarnih zadebljanja ili ćelijske sluzi (bezoblične mase u ćeliji). U prirodi ih najviše ima u algama i morskoj travi.

Sluzi su prirodni, biljni heteropolisaharidi i predstavljaju rezerve ugljičnih hidrata i vode u biljci. Izgrađeni su od linearnih ili račvastih lanaca pentoza, heksoza i uronskih kiselina, njihovih soli i estara. Prehrambena industrija koristi ih kao stabilizatore i uguščivaće u raznim jelima i to za zgušnjavanje, stabiliziranje i poboljšavanje teksture hrane kao što su pudinzi, filovi, slatkiši, sosevi i sokovi.Vrsta sluzi psyllium je glavna komponenta laksativa Metamucil i dodaje se nekim žitaricama koje se uglavnom jedu za doručak.
Sluzi sa linearnim nizovima grade vodene rastvore velike viskoznosti i male stabilnosti. Pri promjeni temperature dolazi do kidanja vodikovih veza i do taloženja. Sluzi sa račvastim lancima polisaharida sa vodom formiraju gelove, stabilne sisteme.

Lignini, beta glukani, hitin i hitosan. Lignini su neprobavljive supstance koje čine drvenaste dijelove povrća kao što su mrkve, brokule i sjeme voća kao što su jagode. Ne spadaju u ugljične hidrate. Beta glukani su polisaharidi razgranatih glukozih jednica. Ova vlakna se nalaze u velikim količinama u prosu i ječmu. Vlakna beta glukana su naročito efikasna u snižavanju nivoa holesterola u krvi. Hitin i hitosan su polisaharidi koji se nalaze u egzoskeletu rakova i u ćelijskom zidu većine gljiva. Hitin i hitosan se prvenstveno konzumiraju kao dodatak ishrani. Smatra se da su korisni za kontrolu težine. Saplementi hitosana mogu oslabiti apsorpciju vitamina topivih u masti i nekih minerala.
.