Kohlenhydrate

Die Entstehung der Kohlenhydrate in der Pflanze

Kohlenhydrate gehören zu den drei wichtigen Grundnährstoffen. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil des Stoffwechsels aller Lebewesen. Die Bildung von Kohlenhydraten in Pflanzen bezeichnet man als Fotosynthese. Diese Voraussetzung ist für das Leben von zentraler Bedeutung. Die Fotosynthese ist ein physikalischer Prozess, bei dem Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird.

Die Pflanze nimmt Kohlendioxid und Sauerstoff über die Blätter auf und Wasserstoff und Sauerstoff über die Wurzeln in Form von Wasser aus dem Erdboden. Die Umwandlung dieser drei Grundstoffe in Zucker erfolgt durch Sonnenlicht. Dies ist der erste Zucker, der sich unmittelbar in Stärke umwandelt. Stärke ist ein Träger, passiver Stoff, der aus einzelnen Zuckermolekülen besteht, die so aneinandergebunden sind, dass lange Ketten entstehen.

Einfache Zuckermoleküle würden der Pflanze Wasser entziehen und sie funktionsunfähig machen. Zuckerhaltige Pflanzen wie Obst, Zuckerrübe und Zuckerrohr sind Ausnahmen. 

In anderen Pflanzen ist Zucker nur in geringer Konzentration im Zellsaft enthalten. Der größte Anteil der zugeführten Energie wird in Stärke umgewandelt. Zuckerhaltige Pflanzen haben spezielle Zellsafträume, die durch eine Haut von den übrigen Zellen isoliert sind. Die zellzerstörenden Eigenschaften des Zuckers haben keine Auswirkungen. Wenn die Pflanzen zerkleinert werden, ziehen sie Wasser -die Wirkung des frei gewordenen Zuckers.

Fotosynthese 

Brutto-Reaktionsgleichung für die Fotosynthese:           

6 CO₂ + 12 H₂O – C6H12O6 + 6 O₂ + 6 H₂O 

Netto-Reaktionsgleichung für die Fotosynthese: 

6 CO₂ + 6 H₂O – C6H12O6 + 6 O₂ 

Kohlenstoffdioxid und Wasser werden mithilfe von Licht und Chlorophyll zu Traubenzucker und Sauerstoff umgewandelt.

Kohlenhydrate -Zuckerarten

Es gibt drei Gruppen Kohlenhydrate:

• Monosaccharide – Einfachzucker 
• Disaccharide – Zweifachzucker
• Polysaccharide – Vielfachzucker

Monosaccharide – Einfachzucker

Diese Kohlenhydrate sind die einfachsten, die nicht weiter aufgespalten werden können.Der Organismus wird sie nicht großartig umbauen. Sie bewegen sich sehr schnell ins Blut und sind so kurzfristig als Energielieferanten verfügbar. Diese Bausteine sind die Grundlage für alle Kohlenhydrate. 

Zur Gruppe der Monosacchariden zählen:

• Glukose – Traubenzucker, Obst, Honig, Süßigkeiten (süß und wasserlöslich)
• Fruktose – Fruchtzucker, Obst, Honig, Süßigkeiten (sehr süß, wasserlöslich)
• Galaktose – Schleimzucker, Milch, Milchprodukte (weniger süß)

Wie Glukose in Energie umgewandelt wird

Unser Körper verbrennt Glukose, die als Energiequelle dient. Unsere Nahrung besteht aus verdaulichen Kohlenhydraten, die uns mit Glukose oder Zuckermolekülen versorgen. Durch das Hormon Insulin wird sie dann in die Zellen befördert und dort verbrannt. 

Bei der Verbrennung entsteht Wärme und Adenosin-Triphosphat (ATP), ein Molekül, das die Energie je nach Bedarf speichert und wieder abgibt. Dies kann auf zwei Arten erfolgen: mit und ohne Sauerstoff. 

Der Sauerstoff dient der Umwandlung von Glukose in Energie.  Mitochondrien sind nicht in den roten Blutkörperchen enthalten. Hier wird Glukose ohne Sauerstoff in Energie umgewandelt.

In den Muskelzellen wird Glukose zu Energie umgewandelt. Muskelzellen enthalten auch Mitochondrien, die Glukose mit Sauerstoff verarbeiten.

Disaccharide – Zweifachzucker

Disaccharide bestehen aus zwei Molekülen Einfachzucker und einer Abspaltung eines Wassermoleküls.

Zu den Disacchariden gehören:

• Saccharose – in Haushaltszucker, Zuckerrübe, Zuckerrohr, besteht aus Traubenzucker, Fruchtzucker (süß und wasserlöslich)
• Laktose – in Milchzucker in Milch, Milchprodukten, besteht aus Traubenzucker, Schleimzucker (weniger süß und wasserlöslich)
• Maltose – in Bier, Gerste, Malzbonbons, besteht aus Traubenzucker /weniger süß und wasserlöslich     

Saccharose

Saccharose, der Rohr- und Rübenzucker, ist ein handelsüblicher Haushaltszucker. Er wird auch als Weißzucker, Raffinade, Kristallzucker, Puderzucker, Hagelzucker oder Kandiszucker bezeichnet.

Der Zweifachzucker besteht aus Glukose und Fruktose.

Die Dünndarmschleimhaut spaltet Saccharose sehr schnell. Dadurch gelangt der Glukoseanteil sehr schnell über die Darmschleimhaut ins Blut. Der Fruktoseanteil gelangt langsamer und teilweise erst nach Umwandlung in Glukose in die Blutbahn.

Laktose 

Der Milchzucker, die Laktose, besteht aus einem Molekül Glukose und einem Molekül Galaktose, die teilweise in Laktose umgewandelt werden kann.

Für Säuglinge ist der Milchzucker lange Zeit das einzige Kohlenhydrat, das in seiner Nahrung vorkommt. Die Darmschleimhaut des Säuglings ist für den Milchkonsum gerüstet, später geht die Fähigkeit zur Spaltung des Milchzuckers zurück. 

Bei Erwachsenen gelangt der Milchzucker teilweise ungespalten in die tieferen Darmabschnitte. Durch die Anregung von Gärungsvorgängen und durch osmotische Effekte wirkt es dann abführend.

Maltose

Maltose ist eine Verbindung aus zwei Glukosemolekülen. Sie entsteht als Zwischenprodukt beim Abbau von Stärke und Glykogen. Es ist auch in Gerste, Malzextrakt und Bier enthalten.

Polysaccharide – Vielfachzucker

Polymere entstehen durch das Aneinanderreihen von vielen Monosaccharidenmolekülen unter Abspaltung von Wasser.

Polysaccharide bestehen aus vielen Monosacchariden.

Die wichtigsten Polysaccharide sind die folgenden:

• Stärke
• Amylos
• Amylopektin
• Dextrin
• Glykogen
• Zellulose

Die Stärke ist ein Speicherkohlenhydrat, das in Pflanzen vorkommt. Sie besteht aus einer Kette von bis zu 6000 Glukosemolekülen. Stärke wird im Pflanzenstoffwechsel als Reservekohlenhydrat verwendet, beim Menschen wird es im Darm in Glukose gespalten. In Getreide, Getreideprodukten, Kartoffeln, Gemüse und Hülsenfrüchten findet man Stärke.

Amylose

Die Amylose befindet sich im Inneren des Stärkekorns und besteht aus 250 bis 350 Traubenzuckerresten, die unverzweigt, spiralig angeordnet sind.

Amylopektin

Der Hauptbestandteil des Stärkekorns ist das Amylopektin, das die Hüllschichten bildet. Das Ganze besteht aus 600 bis 6000 Traubenzuckerresten, die verzweigte Ketten bilden. Nach 20 Traubenzuckerresten findet eine Verzweigung statt. Auch Amylopektin ist spiralig angeordnet. Maisstärke und Hirse sind nur aus Amylopektin zusammengesetzt.

Dextrine

Der Abbauprodukte der Stärke sind Dextrine. Sie bestehen aus 20 bis 30 Traubenzuckerresten, die bei der Verdauung und beim trockenen Erhitzen von Stärke entstehen.

Dextrine wird in Sportlergetränken als Maltodextrin verwendet.

Glykogen

Der menschliche und tierische Körper speichert das Glykogen, es befindet sich in der Leber und in der Muskulatur. Der chemische Aufbau ist dem des Amylopektins ähnlich, jedoch ist es stärker verzweigt. Glykogen wird bei der Verdauung zu Dextrinen abgebaut.

Wenn zu viele Kohlenhydrate zur Verfügung stehen, kann es zu einer Energiespeicherung in den Muskeln und in der Leber kommen. Dabei wird Glukose über die Pfortader zur Leber transportiert, dort zu Glykogen umgewandelt und gespeichert.

Bei einem Erwachsenen kann der Organismus lediglich 400 g Glykogen speichern. Dieser Energievorrat ist für einen Zeitraum von 12 bis 18 Stunden ausreichend. Wenn die Energiespeicher in der Leber und Muskulatur gefüllt sind und weitere Kohlenhydrate verfügbar sind, werden diese in Form von Fett gespeichert.

Zellulose

Die Zellulose bildet die Grundlage für die pflanzlichen Zellwände. Ihre faserige, feste und wasserlösliche Substanz besteht aus 8000 bis 12000 Traubenzuckerresten. Die menschlichen Verdauungsenzyme können diese Glukoseeinheiten nicht aufspalten, da sie miteinander verbunden sind. Zellulose ist ein unverdaulicher Nahrungsbestandteil, der zur Gruppe der Ballaststoffe gehört und so die Darmfunktion anregt.

Stärke und Zucker

Ohne Wasser gibt es kein Leben. Bei der Entstehung des Zuckers kommt er in geringer Konzentration im Zellsaft vor. Der Zuckergehalt der neueren Züchtungen der Zuckerrübe beträgt 20 %. Der Kristall wird durch die technische Isolierung in eine kristalline Form gebracht. Hier strebt er die flüssige Form an, seine Form und Gestalt verschwinden, der Geschmack bleibt erhalten. 

Stärke entsteht, indem sich Zucker von seinem Wasseranteil trennt. Stärke ist gering löslich, man muss sie in heißem Wasser garen, um sie zu lösen. Während der Zucker im Wasser auflöst, bindet die Stärke das Wasser. Dies heißt Quellung. Die ursprüngliche Struktur der Stärke wird dabei zerstört. Bei höheren Temperaturen werden die Stärkekörnchen platzen und verkleistern.

Die Stärke ist nahezu geschmacklos. Die Interaktion mit dem Wasser macht die Substanz zähflüssiger. Während sich Zucker im Wasser auflöst, bindet Stärke das Wasser und verleiht dem Körper Kraft. Daher ist das wichtigste nährende Element die Stärke. 

Zucker wirkt durch sein Aroma direkt auf die Sinne.

Zucker aus verschiedenen Pflanzenbereichen

Der Zucker wird aus verschiedenen Pflanzenbereichen gewonnen. Der Stängel-, Blüten- und Fruchtbereich dominiert. Es sind die Wurzeln und Samen, die die Stärke ausmachen.

• Wurzel – Zuckerrübe
• Stängel – Zuckerrohr, -hirse, -ahorn, Walddattelpalme, Honigpalme
• Blüte – Nektar, Honig
• Früchte – Obst, Weintrauben

Samen wie grüne Erbsen weisen einen höheren Zuckergehalt auf, als es bei den reifen, gelben Erbsen der Fall ist. In der ausgereiften Hülsenfrucht ist dieser Zucker in Stärke umgewandelt worden.

Blutzucker

Der menschliche Körper speichert geringe Mengen an Zucker, die nur kurzfristig zur Energiegewinnung zur Verfügung stehen. Um Kohlenhydrate als Energie nutzen zu können, müssen sie in ihre Grundbausteine zerlegt werden. 

Die Körperfunktionen des Organismus sind auf eine ständige Energieversorgung ausgelegt. Der Glukosegehalt des Blutes sollte zwischen 80 und 120 mg/dl liegen. Glukose wird mithilfe des Hormons Insulin, das in der Bauchspeicheldrüse produziert wird, in die Zellen transportiert. Wenn dieses wichtige Hormon fehlt, kann der Körper den Zucker nicht mehr aufnehmen. Dies wird als Diabetes mellitus bezeichnet. (Bauchspeicheldrüse überlastet durch zu viele Kohlenhydrate)

Ballaststoffe sind Kohlenhydrate

Ballaststoffe sind Polysaccharide, also Kohlenhydrate. Es handelt sich um komplexe Kohlenhydrate, die dem Körper jedoch keine Energie zur Verfügung stellen. Sie sind hauptsächlich in pflanzlichen Lebensmitteln wie Getreide, Obst, Gemüse und Hülsenfrüchten enthalten.

Früher wurden den Ballaststoffen eine unnötige Belastung für den menschlichen Organismus zugeschrieben. Mittlerweile hat sich die Bedeutung der Ballaststoffe für die Ernährung erhöht. 

Der Ballaststoff wird in zwei Arten unterteilt, die sehr unterschiedliche Eigenschaften haben: unlöslich und löslich. 

Unlösliche Ballaststoffe:

• Zellulose – in Gemüseblättern (Kohl), Wurzelgemüse (Karotten, Rote Beete) Weizenkleie, Vollkorn, Bohnen
• Hemizellulose – in der Schale von Körnern
• Lingin – in Stängeln, Blättern und Haut

Ballaststoffe sind ein natürliches Abführmittel. Sie wirken sättigend, indem sie Wasser aufnehmen. Sie regen unsere Darmwände zu rhythmischen Dehn- und Schließbewegungen an, wodurch sich die Nahrung weiterbewegt.

Unlösliche Ballaststoffe nehmen das Wasser auf und machen den Stuhl weicher. Sie verhindern das Entstehen von Hämorrhoiden oder lindern den Schmerz beim Stuhlgang.

Lösliche Ballaststoffe:

• Pektin – Obst (Äpfeln, Erdbeeren, Zitrusfrüchte)
• Beta-Glukan – Hafer und Gerste
• Gummi und Schleimstoffe – Bohnen, Getreide (Weizen, Reis, Gerste),Samen, Algen (Agar-Agar)

Lösliche Ballaststoffe binden Wasser und bilden dadurch eine dicke, gallertartige Masse. Dies geschieht beispielsweise, wenn Äpfel und Hafer den Verdauungstrakt erreichen. Auch die löslichen Ballaststoffe können den Magen füllen und zu einem vorzeitigen Sättigungsgefühl führen.

Eigenschaften der Ballaststoffe

• sie regen zum Kauen an
• sie machen schneller satt
• sie regen die Darmperistaltik an und verkürzen die Transitzeit im Darm   (24-48 Std.)
• sie erhöhen das Stuhlvolumen
• sie sind Nährstoffe für die Darmbakterien
• sie binden Gallensäure und geben so Cholesterin ab (cholesterinsenkend) 
• sie binden toxische Stoffe.
• sie können Vitamine und Mineralstoffe binden, d. h., sie können die Resorption verhindern
• sie stärken das Immunsystem

Die ballaststoffreiche Nahrung besitzt eine feste Struktur. Dies führt dazu, dass die Speisen sehr kräftig gekaut werden müssen. Dadurch wird die Speichelproduktion im Mund gesteigert. Daher beginnt die erste Verdauung hier. Die festere Struktur der Speisen führt zu einer schnelleren Aufnahme des Sättigungsgefühls. Die Wirkung hält auch länger an als bei Speisen mit niedermolekularen Zuckerarten. Aufgrund des höheren Volumens wird vermehrt Verdauungssaft abgegeben. Das Aufquellen der Ballaststoffe im Darm fördert die Darmbewegung, insbesondere die des Dickdarms.

Der bakterielle Abbau von Ballaststoffen führt zu Gasen und Säuren, die eine Anregung der Darmperistaltik und die Sekretion von Verdauungssäften bewirken. Dies führt zu einer Verkürzung der Darmpassagezeit und zu einer regelmäßigen Stuhlentleerung. Daher ist es für die Prophylaxe von Darmerkrankungen von besonderer Bedeutung. Eine kürzere Transitzeit und ein regelmäßiger Stuhlgang verhindern Verstopfung.

Ballaststoffe wirken positiv auf die Darmflora und stärken so das Immunsystem. Sie binden sowohl Schwermetalle als auch Gallensäure. Durch die vermehrte Bildung von Gallensäuren aus Cholesterin in der Leber wird der Cholesterinspiegel gesenkt.

Die Aufnahme von Stärke und Vitaminen wird verzögert, gleichzeitig enthalten die Nahrungsmittel jedoch mehr Vitamine und Mineralstoffe. 

Eine zu hohe Ballaststoffzufuhr kann dazu führen, dass Vitamine und Mineralstoffe im Darm nicht aufgenommen werden und somit dem Körper nicht zur Verfügung stehen.

Die empfohlene Tageszufuhr liegt bei 30-40 Gramm. Die Hälfte der Zufuhr sollte aus Getreideprodukten wie Vollkornbrot, Vollkornbackwaren und Müsli bestehen. Der Rest kann mit Gemüse, Obst, Hülsenfrüchten und Nüssen abgedeckt werden.

Die Umstellung von einer ballaststoffarmen auf eine ballaststoffreiche Ernährung sollte langsam erfolgen, da sonst häufig Blähungen oder Durchfall auftreten. Es ist ratsam, kleine Mengen zuzuführen und diese langsam zu steigern. 

Bei einer ballaststoffreichen Ernährung ist eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr von mindestens 2,5 l Wasser wichtig.

Es gibt seltene Erkrankungen bei ballaststoffreicher Ernährung wie:

• Verstopfung
• Übergewicht, da das Volumen der Nahrung größer ist – schneller einstellendes Sättigungsgefühl, jedoch geringer Energiegehalt – weniger Kalorien.
• Diabetes mellitus – Zuckerkrankheit, der Blutzuckerhaushalt wird weniger belastet.
• Fettstoffwechselstörungen – der Blutcholesterinspiegel weniger belastet wird.
• Divertikulose – Ausstülpungen der Dickdarmwand
• Durch die ballaststoffreiche Ernährung kommt es seltener zu Ausstülpungen (Divertikel).
• Colitis ulcerosa – Dickdarmentzündung