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Kohlenhydrate und ihre Rolle in der Ernährung

Kohlenhydrate – Energielieferanten und mehr

Kohlenhydrate sind wichtig. Kohlenhydrate sind schlecht. Kohlenhydrate liefern Energie. Seit die Diätwelt das Low-Carb-Prinzip entdeckt hat, ist viel über Kohlenhydrate geschrieben worden. Doch was sind Kohlenhydrate eigentlich? Schaut man genauer hin, zeigen sich die aus einfachen Molekülen mit Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff aufgebauten Kohlenhydrate deutlich vielfältiger, als mancher glauben mag. Betrachten Sie mit uns diese wichtige Gruppe der Makronährstoffe einmal näher.

Entdecken Sie jetzt viele spannende Fakten über diese Nährstoffgruppe!

Kohlenhydrate sind eine wichtige Komponente unserer Ernährung

Kohlenhydrate sind eine wichtige Komponente unserer Ernährung

Der Aufbau von Kohlenhydraten

Kohlenhydrate bestehen aus drei Elementen: Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Viele lassen sich also auf die Summenformel Cn(H2O)n herunterbrechen. Jedoch sind nicht alle chemischen Stoffe, die in diese Formel passen, auch Kohlenhydrate. Um zu den Kohlenhydraten zu gehören, müssen sie mindestens eine Aldehydgruppe oder eine Ketogruppe sowie mindestens zwei Hydroxygruppen enthalten.
Die verschiedenen Kohlenhydrate der Nahrung werden unterschieden in:

  • Monosaccharide
  • Disaccharide
  • Oligosaccharide
  • Polysaccharide

Die Monosaccharide bilden dabei die Grundbausteine, aus denen sich die anderen Kohlenhydrate zusammensetzen.

Monosaccharide

Monosaccharide mit einer Aldehydfunktion (Aldehydgruppe = -CHO) werden auch Aldosen genannt. Entsprechend handelt es sich bei solchen mit Ketofunktion (Ketogruppe = C–C(O)–C) um Ketosen.
Da Monosaccharide mindestens ein asymmetrisches C-Atom besitzen, werden sie je nach Ausrichtung in die D- und die L-Reihe unterschieden. Die Zuordnung zu einer der Reihen geschieht bei mehreren asymmetrischen C-Atomen nach jenem, das am weitesten von der Carboxylgruppe (-CO) entfernt ist. Zudem können Monosaccharide rechts- oder linksdrehend sein. Entsprechend werden die Namen mit einem „+“ für rechts oder einem „-“ für links versehen. Dextrose, chemisch D-(+)-Glucose, ist also beispielsweise rechtsdrehend und gehört zur D-Reihe.
In der Natur kommen Einfachzucker mit 3 bis 8 C-Atomen vor. Diese werden entsprechend bezeichnet als:

  • Triosen
  • Tetrosen
  • Pentosen
  • Hexosen
  • Heptosen
  • Octosen

Für die Ernährung von Bedeutung sind jedoch hauptsächlich Monosaccharide mit 5 oder 6 C-Atomen. So spielen diese Zucker mit der Summenformel C6H12O6 eine wichtige Rolle:

  • Glucose (auch Traubenzucker oder Dextrose)
  • Fructose
  • Galactose
  • Mannose

Monosaccharide sind in der Regel gut in Wasser löslich. Zudem schmecken alle Einfachzucker süß. Fructose ist dabei der süßeste Monosaccharid und deshalb auch zur Süßung von Fertiggerichten sehr beliebt.

Alle höheren Zucker entstehen durch die Verbindung mehrerer Monosaccharide.

Disaccharide

Süßigkeiten enthalten vor allem Monosaccharide und Disaccharide

Süßigkeiten enthalten vor allem Monosaccharide und Disaccharide

Disaccharide entstehen, wenn sich zwei Monosaccharide verbinden. Es sind also viele verschiedene Kombinationen und entsprechend viele Disaccharide möglich. Für die Ernährung des Menschen sind vor allem drei Zweifachzucker von Bedeutung. Am bekanntesten ist die  Saccharose. Sie entsteht aus einem Molekül D-Glucose und einem Molekül D-Fructose und ist Ihnen als Haushaltszucker vertraut. Gewonnen wird dieser aus Zuckerrohr oder Zuckerrüben.

Milchzucker oder Lactose entsteht aus der glykosidischen Verbindung von D-Glucose und D-Galactose. Zur Verdauung dieses Disaccharids benötigt der Mensch das Enzym Lactase. Das jedoch wird bei Erwachsenen nicht immer in ausreichender Menge gebildet. Eine Lactoseintoleranz ist die Folge. Besonders häufig kommt diese Unverträglichkeit bei Asiaten vor. Doch auch in Europa ist sie keine Seltenheit.

Der dritte häufige Zweifachzucker in unserer Nahrung ist die Maltose, zu deutsch Malzzucker. Sie ist ein Abbauprodukt der Stärke und besteht aus zwei Molekülen D-Glucose.

Ein Zweifachzucker, der vor allem Sportlern vertraut sein dürfte, ist die Trehalose. Sie entsteht ebenfalls aus zwei Glucose-Molekülen. In diese wird sie im Verdauungsprozess erst im Dünndarm wieder durch die Trehalase zerlegt. Daher ist der Blutzuckeranstieg beim Konsum dieses Disaccharids eher moderat und die Insulinantwort entsprechend verhalten.

Disaccharide schmecken wie Monosaccharide mehr oder minder süß und sind in der Regel ebenfalls gut wasserlöslich.

Oligosaccharide

Als Oligosaccharide werden Zucker bezeichnet, die aus 3 bis 10 Monosacchariden bestehen. Manche Quellen zählen jedoch auch Disaccharide zu den Oligosacchariden. Die Mehrfachzucker schmecken in der Regel ebenfalls süß und sind in Wasser löslich. Zudem können einige Oligosacchararide eine antibiotische Wirkung entfalten.

Kohlenhydrate sind vor allem im Ausdauersport sehr wichtig

Kohlenhydrate sind vor allem im Ausdauersport sehr wichtig

Ein für den Menschen interessantes Oligosaccharid ist die Raffinose. Sie wird von manchem Pflanzen statt Stärke als Speicherstoff gebildet. In Hülsenfrüchten etwa finden sich größere Mengen davon. Aufgebaut wird sie aus je einem Molekül D-Glucose, D-Fructose und D-Galactose und hat nur etwa 22% der Süßkraft von Saccharose. Sie kann im Dünndarm nicht vollständig gespalten werden, sodass sie zum Großteil unverdaut in den Dickdarm weiterwandert. Dort wird sie dann von Bakterien der Darmflora zersetzt. Dabei bilden sich Gase, die sich je nach aufgenommener Raffinosemenge unangenehm als Blähungen bemerkbar machen können.
Von der Raffinose leiten sich zwei weitere Oligosaccharide ab: die Stachyose und die Verbascose.

Die Stachyose besteht aus einem Glucose-, einem Fructose- und zwei Galactosemolekülen. Dieses Tetrasaccharid wird ähnlich wie die Raffinose nicht im Dünndarm aufgeschlossen, da dem Menschen ein entsprechendes Enzym fehlt. Die unter anderem in Sojabohnen enthaltene Stachyose kann also in entsprechenden Mengen ebenfalls zu Blähungen führen, da sie von den Darmbakterien zersetzt wird.

Addiert man zur Stachyose ein weiteres Galactosemolekül, erhält man das Pentasaccharid Verbascose, das ähnliche Eigenschaften aufweist und daher auf seinem Weg durch den Darm ebenfalls zu Blähungen führen kann.

Polysaccharide

Polysaccharide schließlich sind Zucker, die aus mehr als 10 bis hin zu mehreren 100.000 Monosacchariden bestehen. In der Natur kommen sie häufig als Reservestoffe oder Baustoffe vor. Sie schmecken nicht mehr süß und sind auch gar nicht mehr oder nur noch kolloidal in Wasser löslich.
Zu den bekannteren Polysacchariden gehören:

  • Pektin
  • Glykogen
  • Stärke
  • Xanthan
  • Inulin
  • Cellulose

Stärke haben Sie wahrscheinlich in purer Form in Ihrer Küche. Dort findet der pflanzliche Speicherstoff beispielsweise beim Backen oder beim Binden von Soßen Anwendung. Bei Stärke handelt es sich um ein Polysaccharid mit der allgemeinen Formel (C6H10O5)n. Sie besteht also aus Glucosemolekülen. Davon können sich mehrere 100.000 zu einem Stärkemolekül verbinden.

Reis liefert komplexe Kohlenhydrate, Vitamine und Mineralien

Reis liefert komplexe Kohlenhydrate, Vitamine und Mineralien

Ein Polysaccharid tierischen Ursprungs ist das Glykogen. Vor allem für Sportler ist dieser Energiespeicher in der Leber interessant. Er entsteht durch die Verkettung von bis zu 50.000 Glucose-Bausteinen um ein zentrales Protein herum. Das Polysaccharid ist an der Energiebereitstellung und über seinen Auf- und Abbau an der Regulierung des Blutzuckerspiegels beteiligt.

Pektine sind Kohlenhydrate, die in Pflanzen wasserregulierende und strukturfestigende Funktionen haben. Für den Menschen sind sie unverdaulich und dienen in der Ernährung als Ballaststoffe. In der Gegenwart von Zucker und Säuren bilden sie Gallerte, weshalb sie gern zur Herstellung von Gelees verwendet werden.

Für den Menschen ebenfalls ein typischer Ballaststoff ist die Cellulose. Die pflanzliche Gerüstsubstanz ist das weltweit häufigste Polysaccharid und besteht aus bis zu 10.000 β-D-Glucose-Molekülen. Sie ist wesentlich für die gesunde Funktion unserer Verdauung.

Xanthan haben Sie sicher schon einmal als Lebensmittelzusatz mit der E-Nummer 415 auf der Zutatenliste des einen oder anderen verarbeiteten Lebensmittels entdeckt. Bei der Herstellung von Lebensmitteln dient es als Gelier- und Verdickungsmittel. Auch in der Kosmetik und sogar in Sprengstoffen kommt das vielseitige Polysaccharid zum Einsatz.
Xanthan entsteht als komplexe Verbindung verschiedener Stoffe. Da es vom Körper nicht aufgeschlossen werden kann, wird es zu den Ballaststoffen gezählt.

Das unverdauliche Inulin wird ebenfalls in der Lebensmitteltechnik eingesetzt. Dort dient es vor allem der Verbesserung von Geschmack, Textur und Empfinden der Nahrung im Mund. Als Zusatz für Lebensmittel wird Inulin unter die präbiotischen Stoffe gezählt. Inulin entsteht aus der Verkettung von bis zu 100 Fructosemolekülen.

 

Rollen der Kohlenhydrate im Körper

Die wohl bekannteste Aufgabe der Kohlenhydrate ist die als Energielieferant. Hierfür zieht der Körper schnelle Energie  aus dem aeroben Abbau von Monosacchariden. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Glucose. Sie ist nicht nur die wichtigste Energiequelle des Körpers, für das Gehirn ist sie auch die einzige, die dieses nutzen kann. Ohne Traubenzucker verhungert unser Denkorgan. Auch Erythrozyten und das Nebennierenmark sind essenziell auf Glucose angewiesen. Um einen Zucker als Energielieferant verwerten zu können, muss dieser in Monosaccharide aufgespalten werden. Daher wirken sich die verschiedenen Kettenlängen der Saccharide unterschiedlich auf den Blutzuckerspiegel aus.
Beim Abbau der Monosaccharide (z.B. Glykolyse der Glucose) gewinnt der Körper Energie. Pro Gramm Kohlenhydrate sind das 4,1 kcal oder 17 kJ.

Kohlenhydrate sind der Treibstoff für unser Gehirn und fördern die Konzentration.

Kohlenhydrate sind der Treibstoff für unser Gehirn und fördern die Konzentration.

Der Körper legt aber auch selbst ein Polysaccharid als Energiespeicher an: das Glykogen. Dieses wird vor allem in der Leber gespeichert. Bis zu 10% seines Eigengewichtes kann das Organ an Glykogen einlagern. Durch den Auf- und Abbau von Glykogen ist der Speichersaccharid auch für die Regulierung des Blutzuckers ein wesentlicher Faktor.

Ebenfalls mit der Energiegewinnung hängt die Funktion der Kohlenhydrate zur Proteineinsparung zusammen. Sind genug Kohlenhydrate vorhanden, greift der Körper Protein nicht als Nahrungsquelle an und baut so auch keine körpereigenen Gewebe wie etwa Muskeln zur Energiegewinnung ab.

Die Unterstützung der Verdauung kommt vor allem den Kohlenhydraten zu, die wir nicht verwerten können – nämlich den Ballaststoffen. Sie quellen im Darm auf und erhöhen so das Volumen des Nahrungsbreis. Dieses Volumen wiederum regt die Bewegung des Darms (Perestaltik) an. Damit wirken Ballaststoffe Verstopfungen entgegen. Ein hoher Ballaststoffanteil der Nahrung wirkt sich aber auch positiv aus bei der Vorsorge gegen die Entstehung von Dickdarmkrebs, Gallensteinen, Übergewicht und anderen Erkrankungen.

Kohlenhydrate haben im Körper aber nicht nur für den Energiehaushalt eine Bedeutung. Als Stützsubstanz sind sie auch für Knorpel, Sehnen und Bänder wichtig. So bauen Glucosamine – also Zucker mit einer Aminogruppe – eine Stoffgruppe auf, die zu den Biopolymeren gezählt wird. Sie wird unter dem Namen Polyglucan zusammengefasst. Dazu gehören die Stoffe Chitin, Chitosan und die recht bekannte Hyaluronsäure.

Über das Osmoseprinzip tragen Kohlenhydrate auch zur Regulierung es Wasser- und Elektrolyt-Haushaltes bei.

Eine eher unbekannte, aber sehr wichtige Rolle spielen die sogenannten Mucopolysaccharide. Sie sind Teil von Schleimstoffen und wirken auch in der Immunreaktion des Körpers mit. Diese Kohlenhydrate bilden außerdem die Stoffe, die das Blutgruppensystem AB0 ausmachen. Auch in der Gerinnungshemmung kommen sie zum Einsatz.

Kohlenhydrate sind außerdem Bestandteil von Zellteilung und Vererbung. Als Rückgrat der RNA wäre hier die Ribose zu nennen. Ein verwandter Stoff, die Desoxyribose, ist ein Bestandteil der DNA, also der menschlichen Erbsubstanz.

Verdauung der Kohlenhydrate

Die Verdauung der Kohlenhydrate beginnt schon im Mund.

Die Verdauung der Kohlenhydrate beginnt schon im Mund.

Die Verdauung der Kohlenhydrate beginnt schon im Mund. So gut wie jedes Kind hat das im Biologieunterricht in der Schule schon ausprobiert: Je länger man ein Stück Brot kaut, umso süßer schmeckt es. Die Erklärung dafür ist einfach. Unser Speichel enthält ein Zucker spaltendes Enzym, die Alpha-Amylase. Sie bricht die langen Ketten komplexer Kohlenhydrate genauso auf wie die Bindung von Di- und Oligosacchariden. Dieses Enzym wird auf dem weiteren Weg der Nahrung durch die Magensäure wieder inaktiviert. Sobald der Nahrungsbrei in den Darm weiterwandert, werden ihm wieder Alpha-Amylasen aus der Bauchspeicheldrüse beigemischt. Die vom Dünndarm gebildete Lactase spaltet den Milchzucker, Maltase und Isomaltase Malzzucker und Isomaltose. Erst wenn alle Zucker in Monosaccharide zerlegt sind, können sie vom Körper ins Blut aufgenommen werden.

Diese Monosaccharide werden unterschiedlich schnell resorbiert. Fructose braucht etwas länger als Glucose und Galactose. Wie schnell die Resorption vonstatten geht, richtet sich nach der Art der Nahrung. Fettes Essen verweilt beispielsweise länger im Magen. Seine Kohlenhydrate gelangen also später zur Resorption in den Dünndarm als etwa die aus einem leichten Fruchtsaft. Auch Ballaststoffe verzögern die Resorption.

Zirkulieren die Monosaccharide erst einmal im Blut, können sie verschiedenen Wegen folgen. Glucose kann direkt zum Ort ihrer Verwendung transportiert und dort abgebaut werden. Der Körper kann sie aber auch in Glykogen umwandeln. Fructose und Galactose wandern jedoch über die Pfortader weiter zur Leber, wo sie zu Glucose umgebaut werden. Anschließend können auch sie vom Körper beliebig verwertet werden.

 

Wie hoch ist mein Kohlenhydratbedarf?

Kohlenhydrate sind unsere Hauptenergieträger. Sie sollten daher laut Deutscher Gesellschaft für Ernährung (DGE) mindestens 50% der aufgenommenen Kalorien ausmachen. Faustregeln sprechen auch von etwa 5 g Kohlenhydraten je Kilogramm Körpergewicht und Tag. Das wären bei einer 70 kg schweren Frau etwa 350 g Kohlenhydrate pro Tag. Davon verbraucht das Gehirn nach der Aufspaltung in Monosaccharide allein schon 140 g.

Egal, wie Sie Ihren Kohlenhydratbedarf ausrechnen, wichtig ist, dass ein Großteil der Zucker zu den komplexen Kohlenhydraten, also zu den Polysacchariden zählt. Kurzkettige Zucker gehen schnell ins Blut. Die Sättigung hält daher weniger lange an als bei Polysacchariden. Die Gefahr, dass wir in der Folge mehr essen, als wir sollten, steigt. Auch in der Nährstoffbilanz schneiden Lebensmittel mit vielen Polysacchariden meist besser ab. Sie enthalten mehr Vitamine und Mineralstoffe. Außerdem sind Ballaststoffe eher die Begleiter langkettiger, verdaulicher Kohlenhydrate.

Von den zugeführten Kohlenhydraten sollten mindestens 30 g Ballaststoffe sein. So sichern Sie eine reibungslose, natürliche Darmfunktion.

 

Kohlenhydratmangel – Kohlenhydratüberschuss – Kohlenhydratfehlversorgung

Zu viele oder falsche Kohlenhydrate können dick machen.

Zu viele oder falsche Kohlenhydrate können dick machen.

Mindestens 50% der Kalorienzufuhr sollte aus Kohlenhydraten bestehen. Ein Mangel tritt also dann ein, wenn die Zufuhr dauerhaft unter dieser Grenze liegt. Die Obergrenze ist je nach Quelle bei etwa 70% der Gesamtkalorien angesetzt. Dies sind jedoch Durchschnittswerte, die für den Einzelnen schwanken können.

Ein Kohlenhydratmangel kann bei einseitig kohlenhydratarmen Ernährungsgewohnheiten auftreten. Auch Low Carb Diäten können zu einem Mangel führen. Wie wenig Kohlenhydrate ein Organismus verträgt, kann von Mensch zu Mensch recht unterschiedlich sein. Nehmen Sie zu wenige Kohlenhydrate zu sich, können dies die Folgen sein:

  • Mundgeruch und Übelkeit durch die Ketonkörperbildung
  • Müdigkeit
  • Leistungsschwäche
  • Konzentrationsprobleme
  • Abbau von Muskelmasse

Da Kohlenhydrate vor allem in Obst, Gemüse und Vollkorn die Begleiter von wichtigen Vitaminen und Mineralstoffen sind, können extreme Ernährungsformen wie eine dauerhafte No Carb Ernährung zu massiven Mangelerscheinungen führen.

Wann ein Mensch zu viele Kohlenhydrate zu sich nimmt, wird jedoch nicht nur von wissenschaftlich erhobenen Zahlen begrenzt. Oft zeigt sich in der Praxis, dass die Obergrenze von Mensch zu Mensch ebenso verschieden ist wie die Untergrenze. Ein Kohlenhydratüberschuss kann leicht zur Gewichtszunahme mit all ihren negativen Folgen führen. Vor allem wenn Sie sich hauptsächlich von eher kurzkettigen Kohlenhydraten ernähren, steigt Ihr Risiko für Übergewicht. Mono- und Disaccharide haben keinen langen Sättigungseffekt. In der Regel essen Sie mehr, als wenn Sie langkettige Kohlenhydrate verzehren würden. Die aufgenommene Kalorienmenge steigt also und damit auch das Gewicht.

Man spricht oft auch von einer Kohlenhydratfehlversorgung, die die Überversorgung und damit das Übergewicht zu Folge hat. Zudem werden kurzkettige Kohlenhydrate in Form von Haushaltszucker meist von weniger Vitaminen, Mineralstoffen und Ballaststoffen begleitet. Daher zählt ein Speiseplan mit vielen Süßigkeiten und (haushalts)zuckerhaltigen Gerichten ebenfalls zur Fehlversorgung.

 

Kohlenhydrate in der Nahrung – Kohlenhydratreiche Lebensmittel

Kohlenhydrate stecken in vielen Lebensmitteln. Die wichtigsten Kohlenhydratträger sind:

  • Weizen, Roggen, Gerste, Mais, Dinkel und Hafer sowie Produkte aus diesen Mehlen
  • die verschiedenen Hirsearten
  • Buchweizen und Buchweizenmehlprodukte
  • Reis
  • Kartoffeln und Bataten

Auch Hülsenfrüchte sind oft reich an Kohlenhydraten. Beim Obst sind Bananen der Spitzenreiter. Auch Trockenfrüchte enthalten einen hohen Kohlenhydratanteil. Honig besteht fast ausschließlich aus verschiedenen Zuckern.

Doch nicht nur das pure Lebensmittel und sein Kohlenhydratanteil sind interessant. Auch die Verarbeitung wirkt sich auf den gesundheitlichen Aspekt aus. Deshalb gelten für den Verzehr von Kohlenhydraten unter anderem diese Regeln:

  • lieber Vollkorn als Weißmehl
  • wenig (Haushalts)Zucker
  • lieber Pairboiled Reis als weißer Reis
  • lieber Pellkartoffeln als geschälte Salzkartoffeln

Beherzigen Sie diese Regeln, nehmen Sie hauptsächlich komplexe Kohlenhydrate sowie ausreichend Vitamine, Mineralien und Ballaststoffe auf. Dadurch vermeiden Sie die Folgen einer Fehl- oder Überversorgung mit diesem Nährstoff und in der Folge auch eine Kalorienüberversorgung, Übergewicht und seine negativen Folgen.

 

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