Kohlenhydrate

Funktion der Kohlenhydrate im Körper
Kohlenhydrate dienen dem Körper zum einen als Brennstoff. So kann Traubenzucker zum Beispiel in den Körperzellen sofort verbrannt werden. 1g Traubenzucker liefert 17 Kilojoule. Der Gesamtbedarf an Energie sollte bei dem Menschen zu 45 bis 65% aus Kohlenhydraten gewonnen werden, er sollte aber 10% nicht unterschreiten. Im Durchschnitt benötigen wir etwa 300 bis 450 g Kohlenhydrate täglich. Geeignet als Kohlenhydratträger sind vor allem solche Nahrungsmittel, die neben Kohlenhydraten auch Vitamine, Mineralstoffe und Ballaststoffe enthalten wie zum Beispiel Obst, Gemüse, Milch und Vollkornbrot. Reiner Zucker oder Stärke sowie helles Weizenmehl enthalten dagegen zu wenig andere Nähr- und Inhaltsstoffe. Sie gelten, für sich allein, als „leere Energieträger“ und sind deshalb ernährungsphysiologisch bedenklich.

Als Brennstoff dient auch Alkohol. 1g Alkohol liefert 30 Kilojoule. Alkohol ist zwar kein Kohlenhydrat, er wird jedoch durch Vergärung aus Zucker gebildet. Das unmittelbare Wärmegefühl, welches durch Alkohol im Körper entsteht, ist nicht die Folge der schnellen Verbrennung, sondern beruht auf einer Erweiterung der Blutgefäße.

Kohlenhydrate dienen dem Körper aber auch als Ballaststoffe. Cellulose dehnt aufgrund ihres Volumens den Darm und regt dadurch zur Darmtätigkeit an. Schließlich dienen die Kohlenhydrate unserem Körper noch als Baustoffe. Traubenzucker kann zum Aufbau von Fetten Verwendung finden. Ein Überschuss an Kohlenhydraten führt dazu, dass in den Bindegeweben (Haut, Darm) Depotfette gelagert werden.


Aufbau von Kohlenhydraten
Die Grundbausteine von Kohlenhydraten sind Einfachzucker. Sie bestehen aus den Elementen Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Kohlenhydrate entstehen durch Photosynthese in der Pflanze.

Es gibt Einfach-, Doppel- und Vielfachzucker. Der Einfachzucker oder auch Monosaccharid genannt, kommt in drei verschiedenen Strukturen vor:
Traubenzucker (Glukose), Fruchtzucker (Fruktose) und Schleimzucker (Galaktose).

Aus zwei Einfachzuckern baut die Pflanze doppelte Zucker auf (Disaccharide). Man unterscheidet auch hier drei verschiedene Strukturen:
der Rohr- und Rübenzucker (Saccharose), welcher aus je einem Teil Trauben- und Fruchtzucker besteht, Malzzucker (Maltose), welcher aus zwei Teilen Traubenzucker besteht und Milchzucker (Laktose), welche aus je einem Teil Trauben- und Schleimzucker besteht.

Einfache und doppelte Zucker speichert die Pflanze im Allgemeinen nur in den Früchten, zum Beispiel Obst, Zuckerrübe usw. Den größten Teil verwendet sie zum Aufbau ihres Körpers, also Blätter, Zweige, Stiel bzw. Stamm und Wurzeln, einen bestimmten Teil auch als Speichernahrung in den Samen, zum Beispiel das Getreidekorn. Zu diesem Zweck werden die Einfachzucker als Bauelemente für größere, stabilere Gerüste verwendet. Sie werden als mehrfach bzw. Vielfachzucker (Polysaccharide) bezeichnet. Hierzu zählen Cellulose, Stärke, Dextrine und Glykogen.


Einfache und doppelte Zucker
Einfache Zucker kommen in drei verschiedenen Arten vor: als Traubenzucker (Dextrose), als Fruchtzucker (Fruktose) und als Schleimzucker (Galaktose). Für alle drei einfachen Zucker gilt die gleiche chemische Summenformel, jedoch unterscheiden sie sich in der Molekülstruktur. Infolge dessen kommt es zu verschiedenen Eigenschaften. So ist Fruchtzucker sehr süß, Traubenzucker ist nur knapp halb so süß und Schleimzucker ist nur wenig süß. Bei der Vergärbarkeit der Hefe ist Traubenzucker sehr schnell vergärbar, Fruchtzucker schnell vergärbar und Schleimzucker ist nur langsam vergärbar. Des Weiteren können einfache Zucker keine Kristalle bilden.

Die Pflanze baut einfachen Zucker weiter auf zu doppeltem Zucker, indem sie zwei Einfachzuckermoleküle miteinander verbindet. Dabei wird Wasser abgespalten. Je nachdem, welche Einfachzucker dabei miteinander verbunden werden, entstehen drei verschiedene Arten von Doppelzuckern. So entsteht aus Traubenzucker und Fruchtzucker, der Rohr- oder Rübenzucker, aus zwei Traubenzuckerbausteinen entsteht der Malzzucker und aus Traubenzucker und Schleimzucker entsteht der Milchzucker.


Dextrine
Dextrine können zum Einen durch den enzymatischen Abbau von Stärke (z.B. beim Wachstum der Getreidekörner) gebildet werden. Bei der Gewinnung von Stärkesirup (Glukosesirup) werden der gekochten, verkleisterten Stärke Enzyme zugesetzt. Stärkesirup besteht zu etwa 40 % aus Dextrinen. Zum Anderen können Dextrine durch Kochen von Stärke mit verdünnten Säuren hergestellt werden. Durch dieses Verfahren kann auch Stärkesirup gewonnen werden.

Schließlich werden durch die Einwirkung von hoher, trockener Hitze Dextrine gebildet, z.B. in der Gebäckkruste. Der Konditor nutzt die leimartige Beschaffenheit von Dextrinlösungen, indem er sie zum Abglänzen der Kruste von Gebäckstücken, z.B. von Printen, Leb- und Honigkuchen verwendet.

Dextrinlösungen kann man sich in der Konditorei aus Stärke selber herstellen. Zu diesem Zweck verteilt man trockenes Weizenpuder auf einem mit Papier ausgelegten Backblech und erhitzt dieses im Backofen. Nach einiger Zeit tritt eine deutliche Gelbfärbung ein, d.h. die Stärke ist zu Dextrin abgebaut worden. Das durchgesiebte Dextrinpulver wird in Wasser umgerührt, dadurch entsteht eine klebrige, leim- bzw. gummiartige Gallerte welche auch Stärkegummi genannt wird.


Mehrfachzucker
Durch den Zusammenbau von mehreren Einfachzuckern in der Pflanze (jedesmal unter Austritt von Wasser) entstehen die mehrfachen Zucker. Zum Aufbau von mehrfachen Zuckern werden nur Traubenzuckermoleküle verwendet. Welche Art von Mehrfachzucker dabei entsteht, hängt ab von der Anzahl der Traubenzuckermoleküle und von der Art, wie sie zusammengebaut sind (die Struktur).
Zellulose besteht aus besonders vielen Traubenzuckern. Diese sind dicht miteinander „vergittert“. Zellulose ist der Gerüst- und Stützstoff des Pflanzenkörpers. Sie ist vor allem in den Schalenschichten bei den Früchten (z.B. Getreidekorn) ist enthalten.

Stärke besteht aus einer geringeren Anzahl von Traubenzuckern. Sie ist aber keine Zwischenstufe zum Aufbau von Zellulose, sondern sie wird von der Pflanze zu einem bestimmten Zweck (vorwiegend in Samen und Wurzelknollen) aufgebaut. Dort liegt sie in einer ganz eigenartigen Form vor: äußerlich hat sie die Gestalt von winzig kleinen Körnchen mit einem Durchmesser zwischen 0,002 und 0,170 mm. Jede Stärkeart hat eine andere Körnchenform, die eigentlichen Moleküle sind im Inneren der Körnchen verborgen. Sie kommen in zwei verschiedenen Bauweisen vor: als Amylose mit einer kristallförmigen Molekülstruktur und als Amylopektin mit einer langkettig verzweigten Struktur.

Dextrine sind Abbauprodukte (Bruchstücke) aus der Stärke. Sie stehen der Größe nach zwischen der Stärke und den doppelten Zuckern und haben eine Molekülgröße von 8-12 Traubenzuckerbausteinen.


Verwertbarkeit von Kohlenhydraten
Einfachzucker können unverändert durch die Darmwände dringen und ins Blut gelangen. Hier werden sie dann entweder in den Körperzellen verbrannt, oder zum Teil in der Leber und in den Muskelzellen als Glykogen gespeichert, oder auch bei Überschuss in Fett umgewandelt und unter der Haut als Depotfett gelagert. Doppelzucker können zu Einfachzucker abgebaut und leicht verdaut werden. Stärke kann in seiner naturgegebenen Gestalt nicht voll verwertet werden. Die Stärkemoleküle sind nämlich jeweils innerhalb eines körnchenförmigen Gebildes verpackt. Das Stärkekorn ist von einer Eiweißhaut umgeben. Die Verdauungssäfte können so nur schwer die Stärkemoleküle erreichen. Deshalb müssen die Körnchen aufgeschlossen werden. Das erfolgt durch Hitze, also kochen und backen. Dabei wird die Eiweißhülle geöffnet, so dass die Stärkemoleküle angegriffen und bis zu Einfachzucker abgebaut werden können. Dextrine können leicht abgebaut und verwertet werden. Cellulose ist für den Menschen unverdaulich. Sie dient als Füll- oder Ballaststoff. Hierbei wirkt Cellulose sättigend und verdauungsfördernd. Ein zu hoher Anteil an Cellulose in der Nahrung ruft dagegen ein Völlegefühl und Blähungen hervor.

Abbau der Kohlenhydrate durch Enzyme
Alle Zuckerstoffe können durch abbauende Enzyme wieder in einfachere oder in einfache Bausteine zerlegt werden. Hierzu ist die Anwesenheit von Wasser und Wärme erforderlich. Eine Ausnahme bildet allerdings die Zellulose. Sie kann weder bei der Verdauung noch im Teig abgebaut werden, da die hierfür erforderlichen Enzyme fehlen (sie sind nur in bestimmten niederen Lebewesen, wie zum Beispiel Bakterien, enthalten). Somit kann ein Abbau erst von der Größe des Stärkemoleküls an erfolgen.

Bis zum Traubenzuckermolekül sind dabei aber mehrere Aufspaltungen nötig, welche nur in einzelnen Stufen vollzogen werden können. Jede Enzymgruppe kann dabei aber nur eine Zuckerstoff-Art abbauen. So wird das Amylopektin der Stärke durch das Enzym Amylase zu Dextrin und Malzzucker abgebaut, die Amylose wird durch Amylase zu Malzzucker. Aus Dextrinen entsteht durch Dextrinase Malzzucker. Bei den doppelten Zuckern wird Malzzucker durch Maltase zu Traubenzucker, Rohr- und Rübenzucker durch Invertase zu Trauben- und Fruchtzucker und Milchzucker durch Laktase zu Trauben- und Schleimzucker abgebaut. Aus den einfachen Zuckern wiederum entsteht durch Zymasen das CO2-Gas und Alkohol.


Kohlenhydratähnliche Stoffe
Die Zuckerstoffe sind meist auf der Grundlage von sechs Kohlenstoffatomen aufgebaut. Diese werden auch Hexosen genannt. Es gibt aber auch Kohlenhydrate, die aus nur fünf C-Atomen bestehen, die sogenannten Pentosen.Einige von ihnen spielen als Gerüstsubstanzen der Pflanzen in der Natur eine große Rolle unter der Bezeichnung Hemizellulose oder Pentosane. Sie bestehen aus ähnlich großen Molekülen wie die Zellulose, aber die Eigenschaften sind bedeutend anders. Sie sind in kaltem Wasser kolloidal löslich, das heißt sie bilden dann eine schleimartige Gallerte (Schleimstoffe).

Diese Eigenschaft ist für die Beschaffenheit der Roggenteige von erheblicher Bedeutung. Roggenmehle enthalten zwischen 3 und 7 % Pentosane, da hier stets ein großer Anteil der Schale des Getreidekornes mitvermahlen wird. Diese Schleimstoffe sind für die leicht schmierige Beschaffenheit der Roggenteige verantwortlich. Der Konditor verwendet Roggenmehl in Printen- und Lebkuchenteigen unter anderem wegen des Gehalts an Pentosanen. Dadurch mindert sich die zähe Beschaffenheit.

Zu den zuckerähnlichen Stoffen mit gelbildenden Eigenschaften (Kolloide) zählen auch Pektine, Pflanzengummis und andere Vielfachzucker.