Kohlenhydrate

Kohlenhydrate sind chemische Verbindungen aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). Sie gehören zu den Hauptnährstoffen in der menschlichen Ernährung. Sie liefern schnell verfügbare Energie und dienen als Lieferant von C-Atomen für die Bildung wichtiger Stoffwechselprodukte.

Wichtigste natürliche Kohlenhydratträger in der Ernährung sind Getreide und -produkte, Hülsenfrüchte, Kartoffeln, Früchte und Milch. Aber auch Zucker und zuckerhaltige Lebensmittel sind in großem Umfang an der Kohlenhydratzufuhr beteiligt.

Chemie und Einteilung der Kohlenhydrate:

Für die menschliche Ernährung sind vor allem die Saccharide von Bedeutung. Dies sind Einfachzucker (C-O-H-Verbindungen mit 6 C-Atomen = Hexosen) und ihre Zwei-, Drei- und Mehrfachverbindungen.

Einfachzucker (Monosaccharide):

• Glucose (Dextrose, Traubenzucker)
  Vorkommen: kommt frei in der Natur als Einzelsubstanz nicht vor, aber als Invertzucker (mit Fructose gemischt) in Früchten und Honig, als Saccharose (chemisch gebunden an Fructose) in Zuckerrüben und Zuckerrohr, im Milchzucker, Malzzucker und Mehrfachzuckern, z.B. Stärke; isoliert als reiner, raffinierter Traubenzucker.
  Funktion: Schlüsselsubstanz im Energiestoffwechsel und im Auf- und Abbau zahlreicher biologischer Substanzen; der Blutzuckerspiegel (=Blutglukosespiegel) wird vom Körper in engen Grenzen konstant gehalten; alleiniger Energielieferant für den Gehirnstoffwechsel; die Glucoseverwertung im Organismus ist von dem Hormon Insulin abhängig.
  
• Fructose (Fruchtzucker)
  Vorkommen: als Invertzucker (s.o.) in Früchten und Honig, als Saccharose in Zuckerrohr und Zuckerrüben, in dem Mehrfachzucker Inulin; isoliert als Fructosesirup oder konzentrierter Fruchtzucker.
  Funktion: Energielieferant, kann in Glucose umgewandelt werden; Verwertung ist insulinunabhängig; größere Fructosemengen (ab ca. 60 g pro Tag) werden in Glucose umgewandelt.
  
• Galaktose (Schleimzucker)
  Vorkommen: als Milchzucker (chemisch gebunden mit Glukose) und in galaktosehaltigen Mehrfachzuckern.
  Funktion: wichtig für die Milchbildung, ansonsten wird Galaktose in Glucose umgewandelt.

Disaccharide (Zweifachzucker):

• Saccharose (Rohr- oder Rübenzucker)
  besteht aus der Verbindung von 1 Molekül Glucose und 1 Molekül Fructose.
  Vorkommen: In Zuckerrüben, Zuckerrohr, -Honig, Früchten; isoliert als raffinierter Industrie- oder Haushaltszucker.
  
• Laktose (Milchzucker)
  besteht aus der Verbindung von 1 Molekül Galaktose und 1 Molekül Glucose.
  Vorkommen: in Milch und Milchprodukten
  
• Maltose (Malzzucker)
  besteht aus der Verbindung von 2 Glucosemolekülen
  Vorkommen: in keimender Gerste, Malzextrakt, Bier. Ensteht auch als Zwischenprodukt beim Abbau von Stärke und Glykogen.

Oligosaccharide:
Trisaccharide (Dreifachzucker, z.B. Raffinose, Maltotriose) und Tetrassaccharide (Vierfachzucker, z.B. Stacchiose) sind für den Menschen ohne besondere Bedeutung.

Oligosaccharide sind aus 3 bis ungefähr 6 Zuckerbausteinen zusammengesetzt; der Übergang zu den Polysacchariden ist fließend.

Polysaccharide (Mehrfachzucker):

• Stärke
  besteht aus Ketten von bis zu 6000 Glucose-Molekülen.
  Vorkommen: nur in Pflanzen; in Getreide und -produkten, Kartoffeln und Gemüse; isoliert als reine Mais-, Kartoffel- oder Weizenstärke.
  Funktion: im Pflanzenstoffwechsel dient Stärke als Reservekohlenhydrat, beim Menschen wird es im Darm zu Glucose gespalten.
  
• Glykogen
  besteht aus Glucoseketten mit 10.000 bis 100.000 Glucose-Molekülen.
  Vorkommen: tierisches Polysaccharid in Muskeln und Leber.
  Funktion: Speicherform der Glucose, wird bei Bedarf in den Einfachzucker umgewandelt.
  
• Inulin
  besteht aus Fructose-Einheiten
  Vorkommen: seltenes Reservekohlenhydrat in Zichoriengemüse (z.B. Topinambur, Chicoree, Löwenzahn).
  
• Zellulose
  besteht aus Glucoseeinheiten, die jedoch so verknüpft sind, dass die menschlichen Verdauungsenzyme sie nicht spalten können.
  Vorkommen: in den Zellwänden von Pflanzen.
  Funktion: als Ballaststoff

Dextrine:

sind Stärke-Abbauprodukte, die in ihrem Molekülaufbau zwischen der Stärke und den Oligosacchariden angesiedelt sind. In Sportlergetränken wird häufig Maltodextrin verwendet.

Heteropolysaccharide:

sind Mehrfachzucker, die mit anderen Kohlenhydratarten verknüpft sind. Darunter fallen Ballaststoffe, wie z.B. Hemizellulose und Pektin. Daneben gibt es in allen Lebewesen weitere Kohlenhydrate, vorwiegend mit 5 C- Atomen (Pentosen), sowie zahlreiche Kohlenhydratabkömmlinge, wie bestimmte organische Säuren (z.B. Milchsäure, Weinsäure, Zitronensäure), Zuckeralkohole (z.B. Sorbit - hat auch Bedeutung als Zuckeraustauschstoff bei Diabetikern) u.a..

Kohlenhydratstoffwechsel:

Die Verdauung der Kohlenhydrate besteht in der Spaltung der verschiedenen Saccharide zu Einfachzuckern. Sie beginnt bereits im Mund durch ein kohlenhydratspaltendes Enzym im Speichel (Amylase) und ist in den oberen Dünndarmabschnitten abgeschlossen. Hier kommt es dann zur Resorption (Aufnahme) der entstandenen Monosaccharide Glucose, Fructose und Galaktose ins Blut.
Ca. 60 % der Kohlenhydrate dienen der Energieversorgung. Ein weiterer Teil wird in Form von Glykogen in den Muskeln und der Leber gespeichert und bei Bedarf wieder zur Energiegewinnung freigesetzt und abgebaut.

Die Glucose ist im Kohlenhydrat-Stoffwechsel von zentraler Bedeutung. Ihr Abbau liefert schnell verfügbare Energie, sie ist Ausgangspunkt zahlreicher Biosynthesen.

Insulin hat eine Blutzucker-(=Glucose) senkende Wirkung, indem es glucoseverbrauchende Prozesse fördert (Glykogenbildung, Glucoseabbau) und glucoseliefernde Reaktionen hemmt (Abbau von Glykogen, Gluconeogenese = Neubildung von Glucose aus Eiweißbausteinen / Aminosäuren).
Der Organismus ist bemüht, den Blutzuckerspiegel möglichst konstant zu halten, damit das Gehirn zu jeder Zeit mit Energie versorgt werden kann. Bei einem Kohlenhydratmangel z.B. beim Hungern, Fasten oder der Atkins-Diät, wird Glucose vermehrt aus Aminosäuren gebildet, was zu größeren Eiweißverlusten führt.

Auch die "Fettverbrennung" ist kohlenhydratabhängig. So werden bei einem längeren Kohlenhydratmangel die Fettsäuren unvollständig verbrannt. Es bilden sich so genannte Ketonkörper, die zu einer starken Säurebelastung führen und die Harnsäureausscheidung hemmen. Im Extremfall (unbehandelter Diabetes) können die Ketonkörper zu einem Koma führen.

Ein überschüssiges Angebot an Kohlenhydraten wird in Fett umgewandelt und deponiert. Dies erfolgt bei der Zufuhr von Zucker rascher als bei Stärke.

Bedarf an Kohlenhydraten:

Streng genommen besteht nur ein Glucosebedarf, da alle verwertbaren Kohlenhydrate im Stoffwechsel in Glucose umgewandelt werden können.
Zur Versorgung der glucoseabhängigen Gewebe ergibt sich ein Mindestbedarf von 100 g pro Tag. Empfohlen wird eine Zufuhr von ca. 50-60 % der Gesamtenergiemenge, was bei 2500 kcal ca. 300-350 g entspricht.
Die Höhe der empfohlenen Zufuhr ergibt sich aus den für unsere Ernährungssituation durchaus realistischen Empfehlungen für den Eiweiß- und Fettverzehr, die bei 10 % bzw. 30 % der Gesamtenergie liegen.

Ballaststoffe sollten täglich in einer Menge von mindestens 30 bis 40 g verzehrt werden.

Krankheiten im Kohlenhydrat-Stoffwechsel:

1. Diabetes
In den meisten Fällen besteht ein absoluter oder relativer Mangel an Insulin. Dadurch kann die Glucose nicht optimal verwertet werden. Um die Auswirkungen eines ständig erhöhten Blutzuckerspiegels zu verhindern, müssen Kohlenhydrate dosiert und in begrenzter Menge zugeführt werden.

2. Enzymmangelkrankheiten
Aufgrund eines Mangels spezifischer Enzyme können bestimmte Zuckerarten nicht verstoffwechselt werden. Ihre Anhäufung führt zu schwerwiegenden Stoffwechselstörungen. Eine Behandlung erfolgt diätetisch durch das Ausschalten der entsprechenden Kohlenhydrate aus der Ernährung.
Beispiele: Milchzucker-Unverträglichkeit, Fructose-Unverträglichkeit, Galaktosämie, Glykogenspeicherkrankheiten.

Bedeutung für die menschliche Ernährung:

Kohlenhydrate sind ein unverzichtbarer Bestandteil in der menschlichen Ernährung, weil:

• bestimmte Gewebe (Gehirn, Nervenzellen u.a.) auf Glucose angewiesen sind,
• Glukose eine Insulinausschüttung bewirkt und dadurch verschiedene insulinabhängige Biosynthesen fördert,
• eine ausreichende Ballaststoffaufnahme nur über den Verzehr gewisser Kohlenhydratmengen möglich ist.

Hinsichtlich der Art der zu verzehrenden Kohlenhydrate bestehen in der wissenschaftlichen Auseinandersetzung unterschiedliche Ansichten. Im Mittelpunkt der Diskussionen steht der Einfluss des hohen Zuckerverzehrs (v.a. raffinierter Haushaltszucker) auf die Entstehung von Zivilisationskrankheiten.

Fest steht, dass der reine Industriezucker zwar für viele Menschen einen hohen Genuss- und Energiewert hat, aber keine essentiellen Begleitstoffe wie Vitamine oder Spurenelemente.
Er versorgt uns mit "leeren Kalorien".

Vor allem Glucose und Fructose (auch Saccharose) fördern die Entwicklung von Karies. Ein hoher Zuckerkonsum ist mit Sicherheit an der Entstehung von Übergewicht beteiligt. Da er in der Regel mit einer niedrigen Ballaststoffzufuhr einhergeht, ergibt sich eine Begünstigung von Fettstoffwechselstörungen und Arteriosklerose. Andererseits gehört Zucker, sofern er vernünftig und in Maßen konsumiert wird, zu den Genüssen, die das Leben versüßen.

In der Vollwerternährung gilt Raffinadezucker wegen des hohen Verarbeitungsgrades und der weitgehenden Entfremdung vom natürlichen Ausgangsstoff als "nicht empfehlenswert". Generell sind komplexe Kohlenhydrate in ihrem natürlichen Lebensmittelverbund zu bevorzugen (Vollkornprodukte, Hülsenfrüchte, Kartoffeln, Milch u.a.), was gleichzeitig die ausreichende Ballaststoffzufuhr gewährleistet.
Natürliche Süßungsmittel (Honig, Ahornsirup, Obstdicksäfte) sind aufgrund des hohen Energiewertes und der kariesfördernden Eigenschaften sparsam zu verwenden.

Literatur:

• Elmadfa, I., Leitzmann, C.: Ernährung des Menschen; Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart.

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