Die Funktionen der Kohlenhydrate im Körper

Last Updated : 14 January 2020

In diesem Teil unserer Beurteilung von Kohlenhydraten werden die verschiedenen Arten und Grundfunktionen von Kohlenhydraten, einschließlich Zucker, erklärt. Um einen Überblick über die Zusammenhänge zwischen Kohlenhydrataufnahme und Gesundheit zu bekommen, lesen Sie bitte unseren Artikel Sind Kohlenhydrate gut oder schlecht für Sie?

1. Einführung

Neben Fett und Proteinen sind Kohlenhydrate einer der drei Makronährstoffe in unserer Ernährung, deren Hauptfunktion ist, dem Körper Energie zuzuführen. Sie kommen in vielen verschiedenen Formen wie Zucker und Ballaststoffe, und in vielen verschiedenen Lebensmitteln wie Vollkorn, Obst und Gemüse vor. In diesem Artikel erforschen wir die Vielfalt von Kohlenhydraten in unserer Ernährung und deren Funktionen.

2. Was sind Kohlenhydrate?

Grundsätzlich bestehen Kohlenhydrate aus Zuckerbausteinen und können, je nachdem wie viele Zuckereinheiten in einem Molekül verbunden sind, klassifiziert werden. Glukose, Fruktose und Galaktose sind Beispiele für Einfachzucker, auch als Monosaccharide bekannt. Zweifachzucker werden Disaccharide genannt, unter denen Saccharose (Haushaltszucker) und Laktose (Milchzucker) die bekanntesten sind. Monosaccharide und Disaccharide werden üblicherweise als einfache Kohlenhydrate bezeichnet. Langkettige Moleküle wie Stärke und Ballaststoffe sind als komplexe Kohlenhydrate bekannt. In Wirklichkeit gibt es aber deutlichere Unterschiede. Die Tabelle 1 bietet einen Überblick über die Hauptarten von Kohlenhydraten in unserer Ernährung.

Tabelle 1. Beispiele für Kohlenhydrate basierend auf  verschiedenen Klassifizierungen.

GRUPPE

BEISPIELE

Monosaccharide

Glukose, Fruktose, Galaktose

Disaccharide

Saccharose, Laktose, Maltose

Oligosaccharide

Fruktooligosaccharide, Maltooligosaccharide

Polyole

Isomalt, Maltit, Sorbit, Xylit, Erythrit

Stärkepolysaccharide

Amylose, Amylopektin, Maltodextrin

Nicht-Stärke-Polysaccharide
(Ballaststoffe)

Zellulose, Pektine, Hemizellulose, Gummi, Inulin

Kohlenhydrate sind auch unter den folgenden Namen, die sich üblicherweise auf bestimmte Kohlenhydratgruppen beziehen, bekannt:1

  • Zucker
  • Einfache und komplexe Kohlenhydrate
  • Resistente Stärke
  • Ballaststoffe
  • Präbiotika
  • Intrinsische und zugesetzte Zucker

Die verschiedenen Namen ergeben sich aus der Tatsache, dass Kohlenhydrate je nach ihrer chemischen Struktur klassifiziert werden, aber auch aufgrund ihrer Rolle oder Quelle in unserer Ernährung. Auch führende Behörden für die öffentliche Gesundheit haben keine einheitlichen gemeinsamen Definitionen für die verschiedenen Kohlenhydratgruppen.2

3. Arten von Kohlenhydraten

3.1. Monosaccharide, Disaccharide und Polyole

Einfache Kohlenhydrate – diejenigen mit einer oder zwei Zuckereinheiten – sind auch einfach als Zucker bekannt. Beispiele sind:

  • Glukose und Fruktose: Monosaccharide, die in Obst, Gemüse, Honig, aber auch in Lebensmittelprodukten wie Glukose-Fruktosesirupe vorkommen
  • Haushaltszucker oder Saccharose ist ein Disaccharid aus Glukose und Fruktose und kommt natürlicherweise in Zuckerrübe, Zuckerrohr und Obst vor
  • Laktose, ein aus Glukose und Galaktose bestehendes Disaccharid, ist das Hauptkohlenhydrat in Milch und Milchprodukten
  • Maltose ist ein Disaccharid aus Glukose, das in den aus Malz und Stärke gewonnenen Sirupen vorkommt

Monosaccharid- und Disaccharidzucker werden oft von Herstellern, Köchen und Verbrauchern den Lebensmitteln zugesetzt und als „Zuckerzusatz“ bezeichnet. Sie können auch als „freie Zucker“ auftreten, die natürlicherweise in Honig und Fruchtsäften vorkommen.

Die Polyole, oder sogenannte Zuckeralkohole, sind auch süß und können in ähnlicher Weise wie Zucker in Lebensmitteln verwendet werden, haben aber einen niedrigeren Kaloriengehalt im Vergleich zum normalen Haushaltszucker (siehe unten). Obwohl sie natürlicherweise vorkommen, werden die meisten Polyole, die wir verwenden, durch die Umwandlung von Zuckern hergestellt. Sorbit ist das am häufigsten eingesetzte Polyol in Lebensmitteln und Getränken, während Xylit oft in Kaugummis und Minzen verwendet wird. Isomalt ist ein Polyol, das aus Saccharose hergestellt und oft in Süßwaren eingesetzt wird. Beim Verzehr in großen Mengen können Polyole abführend wirken.

Wenn Sie mehr über Zucker im Allgemeinen erfahren möchten, lesen Sie unsere Artikel Zucker: Antworten auf häufig gestellte Fragen, Süßstoffe: Antworten auf häufig gestellte Fragen oder erforschen Sie die Möglichkeiten und Schwierigkeiten bei dem Ersatz von Zucker in Backwaren und verarbeiteten Lebensmitteln (Zucker aus Sicht der Lebensmitteltechnologie).

3.2. Oligosaccharide

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) definiert Oligosaccharide als Kohlenhydrate mit 3-9 Zuckereinheiten, obwohl in anderen Definitionen etwas längere Ketten angegeben werden. Am bekanntesten sind die Oligofruktane (richtiger wissenschaftlicher Begriff: Fruktooligosaccharide), die aus bis 9 Fruktose-Einheiten bestehen und natürlicherweise in Gemüse mit geringer Süße wie Artischocken und Zwiebeln vorkommen. Raffinose und Stachyose sind zwei weitere Beispiele für Oligosaccharide, die in einigen Hülsenfrüchten, in Getreide, Gemüse und Honig vorkommen. Die meisten Oligosaccharide werden durch die menschlichen Verdauungsenzymen nicht zu Monosacchariden abgebaut, sondern von der Darmflora verwendet (für weitere Informationen, sehen Sie unser Material über Ballaststoffe).

3.3. Polysaccharide

Zur Bildung von Polysacchariden werden zehn oder mehr – manchmal bis zu mehreren tausend – Zuckereinheiten benötigt. Man unterscheidet in der Regel zwei Arten von Polysacchariden:

  • Stärke, die die Hauptenergiereserve in Wurzelgemüse wie Zwiebeln, Karotten, Kartoffeln und Vollkorn darstellt. Sie hat unterschiedlich lange Glukoseketten, mehr oder weniger verzweigt, und kommt als Granulat vor, dessen Größe und Form je nach Herkunftspflanze variiert. Das entsprechende Polysaccharid bei Tieren wird Glykogen genannt. Manche Stärken können nur durch die Darmflora verdaut werden, anstatt durch unsere eigenen Körpermechanismen: Sie sind als resistente Stärken bekannt.
  • Nicht-Stärke-Polysaccharide gehören der Ballaststoffgruppe (obwohl einige Oligosaccharide wie Inulin auch als Ballaststoffe gelten) an. Beispiele dafür sind Zellulose, Hemizellulose, Pektine und Gummis. Die Hauptquellen für diese Polysaccharide sind Gemüse und Obst sowie Vollkorn. Nicht-Stärke-Polysaccharide und eigentlich alle Ballaststoffe zeichnen sich dadurch aus, dass Menschen sie nicht verdauen können. Daher haben sie einen niedrigeren, durchschnittlichen Energiegehalt als die meisten anderen Kohlenhydrate. Einige Arten von Ballaststoffen können jedoch durch die Darmflora metabolisiert werden, was zur Bildung von Verbindungen führt, die eine wohltuende Wirkung auf unseren Körper haben, wie kurzkettige Fettsäuren. Erfahren Sie mehr über Ballaststoffe und deren Bedeutung für unsere Gesundheit in unserem Artikel über Vollkorn und Ballaststoffe.

Von hier an werden wir Mono- und Disaccharide als „Zucker“, und Nicht-Stärke-Polysaccharide als „Ballaststoffe“ bezeichnen.

4. Funktionen von Kohlenhydraten in unserem Körper

Kohlenhydrate sind ein wesentlicher Bestandteil unserer Ernährung. Am wichtigsten ist, dass sie unseren Körper mit der Energie versorgen, die er für die selbstverständlichsten Funktionen wie Bewegung und Denken braucht, aber auch für die „Hintergrundfunktionen“, die man meistens überhaupt nicht wahrnimmt.1 Während der Verdauung werden Kohlenhydrate, die aus mehr als einem Zucker bestehen, durch Verdauungsenzyme in ihre einzelnen Monosaccharide aufgespalten, und dann direkt absorbiert, was eine glykämische Antwort verursacht (Siehe unten). Der Körper nutzt Glukose als direkte Energiequelle für die Muskeln, das Gehirn und andere Zellen. Einige Kohlenhydrate können nicht aufgespalten werden. Sie werden entweder durch unsere Darmflora fermentiert oder durchqueren den Darm unverändert. Interessanterweise spielen Kohlenhydrate auch eine wichtige Rolle in der Struktur und Funktion unserer Zellen,  Organe und unseres Gewebes.

4.1. Kohlenhydrate als Energiequelle und deren Speicherung

Kohlenhydrate, die hauptsächlich zu Glukose zerlegt werden, sind die von unserem Körper bevorzugte Energiequelle, da Zellen in unserem Gehirn, unseren Muskeln und allen anderen Geweben die Monosaccharide direkt für ihren Energiebedarf nutzen. Je nach Art liefert ein Gramm Kohlenhydrate unterschiedliche Energiemengen:

  • Stärke und Zucker sind die wichtigsten energieliefernden Kohlenhydraten, die 4 Kilokalorien (17 Kilojoule) pro Gramm liefern
  • Polyole liefern 2,4 Kilokalorien (10 Kilojoule) (Erythrit wird gar nicht verdaut und liefert daher 0 Kalorien)
  • Ballaststoffe 2 Kilokalorien (8 Kilojoule)

Monosaccharide werden direkt von dem Dünndarm in den Blutstrom aufgenommen, wo sie zu den Zellen, die sie brauchen, transportiert werden. Einige Hormone, wie Insulin und Glukagon, gehören auch zum Verdauungssystem. Sie sorgen nach Bedarf für die Erhaltung unseres Blutzuckerspiegels durch Entfernen oder Hinzufügen von Glukose im Blutstrom.

Wenn nicht unmittelbar genutzt wird die Glukose vom Körper in Glykogen umgewandelt, ein stärkeähnliches Polysaccharid, das in der Leber und in den Muskeln als eine für den Körper leicht verfügbare Energiequelle gespeichert wird. Bei Bedarf, zum Beispiel zwischen den Mahlzeiten, in der Nacht, bei spontaner körperlicher Aktivität oder kurzen Fastenzeiten, wird Glykogen von unserem Körper wieder zurück in Glukose umgewandelt, um einen konstanten Blutzuckerspiegel aufrechtzuerhalten.

Das Gehirn und die roten Blutzellen sind besonders auf Glukose als Energiequelle angewiesen und können in Extremfällen, wie sehr lange Hungerphasen, andere Energieformen aus Fett nutzen. Aus diesem Grund muss unser Blutzuckerspiegel stets auf einem optimalen Niveau erhalten werden. Etwa 130g Glukose pro Tag werden benötigt, um allein den Energiebedarf des erwachsenen Gehirns abzudecken.

4.2. Glykämische Reaktion und glykämischer Index

Wenn wir ein kohlenhydrathaltiges Lebensmittel essen, steigt unser Blutzuckerspiegel und senkt dann wieder – ein als glykämische Antwort bekanntes Verfahren. Es spiegelt die Geschwindigkeit der Verdauung und Absorption von Glukose sowie die Wirkung von Insulin auf die Normalisierung des Blutzuckerspiegels wider. Eine Reihe von Faktoren beeinflussen die Geschwindigkeit und die Dauer der glykämischen Antwort:

  • die Lebensmittel selbst:
    • Zuckerart(-en), die das Kohlenhydrat bildet (-n); z.B. Fruktose hat eine niedrigere glykämische Antwort als Glukose und Saccharose hat eine niedrigere glykämische Antwort als Maltose.
    • Struktur des Moleküls; eine Stärke mit mehreren Verzweigungen wird beispielsweise leichter durch Enzyme zerlegt und ist deswegen verdaulicher als die anderen
    • eingesetzte Koch- und Verarbeitungsmethoden
    • Menge an anderen Nährstoffen im Lebensmittel wie Fette, Proteine und Ballaststoffe
  • die (metabolischen) Gegebenheiten bei jedem Menschen:
    • Kauvermögen (mechanische Zerlegung)
    • Dauer der Magenentleerung
    • Transitzeit im Dünndarm (die teilweise von den Lebensmitteln beeinflusst wird)
    • Stoffwechsel selbst
    • Tageszeit, in der die Lebensmittel aufgenommen werden

Die Auswirkung verschiedener Lebensmittel (wie auch der Technik der Lebensmittelverarbeitung) auf die glykämische Antwort wird einem Standard entsprechend  klassifiziert, üblicherweise wie bei Weißbrot oder Glukose, innerhalb von zwei Stunden nach dem Essen. Dieses Maß wird als glykämischer Index (GI) bezeichnet. Ein GI von 70 weist darauf hin, dass das Lebensmittel oder Getränk 70% der Blutzuckerreaktion verursacht, die mit der gleichen Menge an Kohlenhydraten aus reiner Glukose oder Weißbrot beobachtet wäre; jedoch werden Kohlenhydrate meistens als Mischung und neben Proteinen und Fetten gegessen, die sich alle auf den GI auswirken.

Lebensmittel mit hohem GI verursachen eine stärkere Blutzuckerreaktion als Lebensmittel mit niedrigem GI. Gleichzeitig werden aber Lebensmittel mit einem niedrigen GI langsamer verdaut und absorbiert als Lebensmittel mit hohem GI. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft gibt es umfangreiche Diskussionen darüber, aber keine ausreichenden Nachweise dafür, dass eine Ernährung, bei der Lebensmittel mit niedrigem GI bevorzugt werden, mit einem reduzierten Risiko der Entwicklung von Stoffwechselkrankheiten wie Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes verbunden ist.

GLYKÄMISCHER INDEX EINIGER VERBREITETEN LEBENSMITTEL (bei Glukose als Referenzwert)

Lebensmittel mit einem sehr niedrigen GI (≤ 40)

Roher Apfel
Linsen
Sojabohnen
Kidneybohnen
Kuhmilch
Karotten (gekocht)
Gerste

Lebensmittel mit einem niedrigen GI (41-55)

Nudeln und Teigwaren
Apfelsaft
Rohe Orangen/Orangensaft
Datteln
Rohe Bananen
(Frucht-)Joghurt
Vollkornbrot
Erdbeermarmelade
Zuckermais
Schokolade

Lebensmittel mit mittlerem GI (56-70)

Naturreis
Haferflocken
Erfrischungsgetränke
Ananas
Honig
Sauerteigbrot

Lebensmittel mit hohem GI (> 70)

Weiß- und Vollkornbrot
Gekochte Kartoffel
Cornflakes
Pommes
Kartoffelpüree
Weißer Reis
Reiscracker

4.3. Darmfunktion und Ballaststoffe

Obwohl unser Dünndarm nicht in der Lage ist, Ballaststoffe zu verdauen, helfen Ballaststoffe bei der Aufrechterhaltung einer guten Darmfunktion, indem sie die Masse des Darminhaltes erhöhen und dadurch die Darmtätigkeit fördern. Sobald die unverdaulichen Kohlenhydrate in den Dickdarm gelangen, werden einige Ballaststoffarten wie Gummis, Pektine und Oligosaccharide durch die Darmflora zerlegt. Dies erhöht die Gesamtmasse im Darm und wirkt sich positiv auf die Zusammensetzung unserer Darmflora aus. Es führt auch zur Bildung von Bakterienabfallprodukten wie kurzkettige Fettsäuren, die im Dickdarm freigesetzt werden und auf unsere Gesundheit wohltuend wirken (für mehr Informationen siehe unseren Artikel über Ballaststoffe).

5. Zusammenfassung

Kohlenhydrate sind einer der drei Makronährstoffe in unserer Ernährung und als solche notwendig für das ordnungsgemäße Funktionieren des Körpers. Sie kommen in verschiedenen Formen vor, von Zuckern über Stärke bis zu Ballaststoffen und sind in vielen Lebensmitteln, die wir essen, enthalten. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie diese sich auf unsere Gesundheit auswirken, lesen Sie unseren Artikel Sind Kohlenhydrate gut oder schlecht für Sie?

 

References

  1. Cummings JH & Stephen AM (2007). Carbohydrate terminology and classification. European Journal of Clinical Nutrition 61:S5-S18.
  2. European Commission JRC Knowledge Gateway, Health promotion and disease prevention. Accessed 17 October 2019.