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Kohlenhydrate

Kohlenhydrate sind im Körper die wichtigsten Energielieferanten, übernehmen darüber hinaus aber zahlreiche weitere Aufgaben. Gebildet werden Kohlenhydrate bei der → Fotosynthese in Pflanzen, weshalb pflanzliche Lebensmittel wie Getreide, Getreideprodukte, Hülsenfrüchte, Knollen und Rüben sowie Obst wichtige Lieferanten für Kohlenhydrate in unsere Nahrung sind. Aber auch in tierischen Lebensmitteln wie Kuhmilch, Joghurt und Quark sind Kohlenhydrate zu finden. All diese Lebensmittel haben den Vorteil, dass sie obendrein eine wichtige Quelle für Vitamine und Mineralstoffe sind. Wohingegen Nahrungsmittel wie Haushaltszucker, Honig, Limonaden und Süßwaren, neben Kohlenhydraten kaum andere Nährstoffe beinhalten und aus diesem Grund nur einen geringen Anteil an der täglichen Nahrung ausmachen sollten [5, 7, 18, 19].

Chemisch betrachtet sind Kohlenhydrate organische Verbindungen, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen und sich nach der Grundformel C_n(H₂O)_n zusammensetzen [15].

Strukturformeln

Glukose [7]	Fruktose [7]	Galaktose α-Form [24]

Unterschieden werden Kohlenhydrate nach ihrer Kettenlänge. Einfachzucker (Monosaccharide) bestehen aus einem Zuckermolekül und Doppelzucker (Disaccharide) aus zwei Monosacchariden. Kohlenhydrate mit drei bis neun Monosacchariden werden Oligosaccharide genannt. Oligosaccharide sind in der Nahrung nur in geringen Mengen vorhanden. Beispiele für Oligosaccharide sind Raffinose, Stachyose und Verbascose. Vielfachzucker (Polysaccharide) setzen sich aus vielen Monosacchariden zusammen und liefern den Großteil der in Nahrungsmitteln vorkommenden Kohlenhydrate [5, 7].

Monosaccharide

Zu den Einfachzuckern (Monosacchariden) zählen u. a.:

• Glukose (Traubenzucker),
• Galaktose (Schleimzucker),
• Fruktose (Fruchtzucker) → Fruktoseintoleranz,
• Ribose,
• Desoxribose,
• Mannose.

Disaccharide

Doppelzucker (Disaccharide) setzen sich aus zwei Einfachzuckern (Monosacchariden) zusammen.
Beispiele sind:

Saccharose (Rohr-, Rübenzucker), das sich aus Glukose und Fruktose,
Maltose (Malzzucker), aus zwei Molekülen Glukose und
Laktose (Milchzucker), das sich aus Glukose und Galaktose zusammensetzt.

Maltose (Malzzucker) findet sich u. a. in gekeimtem Getreide und in Honig. Verwendet wird Maltose bei der Herstellung von Bier und Brot. Laktose (Milchzucker) ist in Milch, Muttermilch und Milchprodukten enthalten. Weltweit vertragen viele Menschen keinen Milchzucker, sie bilden eine → Milchzuckerunverträglichkeit (Laktoseintoleranz) aus. Milchzucker wirkt abführend.

Polysaccharide

Sie sind aus vielen Einfachzuckern zusammengesetzt, die lange kettenförmige Moleküle bilden. Das wichtigste tierische Polysaccharid ist das Glukogen.
Stärke ist ein pflanzliches Polysaccharid, das aus Glukose aufgebaut ist. Kartoffeln, Hülsenfrüchte sowie Getreide und Getreideprodukte wie Teigwaren, Getreideflocken und Cornflakes enthalten Stärke.
Ebenfalls aus Glukose besteht die Zellulose, ein anderes Polysaccharid, das in der Natur als Stützsubstanz in Pflanzen auftritt. So besteht Holz zu 40-60 % aus Zellulose, Baumwolle ist fast vollständig aus Zellulose. Während Stärke im menschlichen Körper in seine Bestandteile zerlegt werden kann, gelingt dies bei Zellulose nicht. Zellulose ist in der menschlichen Ernährung ein → Ballaststoff, ein unverdaulicher Nahrungsbestandteil, der wieder ausgeschieden wird [15, 20, 24].
Wird Stärke durch hohe Temperaturen (ab etwa 120 °C) oder durch Enzyme gespalten, entstehen Dextrine. Dextrine finden sich beispielsweise auf der Kruste von Gebäcken und besitzen nur geringe Süßkraft. In der Nahrungsmittelproduktion wird Maltodextrin in vielen Produkten als Füll- und Verdickungsmittel eingesetzt und sorgen z. B. bei Säuglingsnahrung für eine geschmeidige, klumpenfreie Konsistenz. In „Sportlergetränken“ dient es als Energiequelle, weil es leicht verdaulich ist. Zusätzlich wird es als Stabilisator und Austauschstoff für Fette eingesetzt [20, 21, 22, 23].

Bedeutung der Kohlenhydrate für die menschliche Ernährung

Kohlenhydrate kommen in allen tierischen und pflanzlichen Zellen vor und übernehmen vielfältige Funktionen: Als Grundnahrungsstoff sind Kohlenhydrate in Pflanzen als Stärke sowie Inulin, im tierischen Organismus als Glykogen gespeichert. Als Gerüstsubstanz finden sie sich sowohl in Pflanzen (z. B. Zellulose), als auch in Tieren (z. B. Chitin) sowie in der extrazellulären Matrix beim Menschen. Die extrazelluläre Matrix füllt den Raum zwischen den Zellen aus. Darüber hinaus sind Kohlenhydrate Bestandteil von Glykoproteinen und Glykolipiden. Wichtigstes Kohlenhydrat im Körper ist Glukose. Es ist ein unverzichtbarer Energielieferant für Gehirn, Nebennierenmark und rote Blutkörperchen (Erythrozyten). [5, 7, 15].

Abbildung 1: Aufgaben von Kohlenhydraten im menschlichen Körper (eigene Darstellung nach HAHN, STRÖHLE, WOLTERS 2006 [5, 15, 19])

Energie

1 g Kohlenhydrate = 4,1 kcal = 17,2 kJ

Empfohlene Tagesmenge

Die europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) empfiehlt, dass der Anteil der Kohlenhydrate an der täglichen Energiezufuhr zwischen 45 und 60 % liegen sollte [12]. In der Nationalen Verzehrsstudie II wird der D-A-CH-Referenzwerte von > 50 % empfohlen [13, 14].

Stoffwechsel

Im Darm können nur Monosaccharide aufgenommen und ins Blut transportiert werden. Größere Moleküle (Disaccharide und Polysaccharide) werden durch Enzyme zu Monosacchariden gespalten und dann im Dünndarm von den Epithelzellen aufgenommen (resorbiert) und ins Blut transportiert, als Folge steigt die Glukose-Konzentration im Blut. Die Glukose-Konzentration im Blut in einem gesunden Körper liegt zwischen 70 und 115 mg/dl (1 dl entspricht 100 ml), bzw. 3,9 und 6,4 mmol/l [4]. Mit dem Blut gelangt die Glukose in das Gewebe.

Enzyme

Die Verdauung beginnt in der Mundhöhle. Dort spalten Speichelamylasen (α-Amylase) Glykogen und Stärke (Polysaccharide) in größere Fragmente, die sogenannten Dextrine sowie Maltotriose (ein Trisaccharid, das aus 3 Molekülen Glukose besteht) und Maltose. Im Magen werden die Enzyme allmählich durch die Absenkung des pH-Wertes deaktiviert. Zentraler Ort der Kohlenhydratverdauung ist der Dünndarm. Im Pankreassekret befinden sich α-Amylase, die in das Darmlumen gelangt und dort die Dextrine und Maltotriose in Zweifachzucker (Disaccharide) spaltet. An der Darmschleimhaut spalten Disacchridasen (Lactase, Maltase, Saccharase) die Zweifachzucker (Disaccharide) in Einfachzucker (Monosaccharide), die resorbiert werden können [5, 6, 7].

Abbildung 2: Schemazeichnung der Verdauung und Resorption von Kohlenhydraten (eigene Darstellung nach HAHN, STRÖHLE, WOLTERS [5, 6])

Regelung der Glukosekonzentration

Die Glukosekonzentration im Blut wird durch Transport der Glukose in die Körperzellen von Muskulatur, Fett und Leber gesenkt. Gesteigert wird die Aufnahme in die Zellen durch das Hormon Insulin. Gleichzeitig hemmt Insulin die körpereigene Glukoseproduktion (Gluconeogenese) und den Abbau von im Körper gespeicherten Glykogen zu Glukose-1-phosphat und Glukose; dieser Prozess heißt Glykogenolyse.

In den Körperzellen dient die Glukose zur Energiegewinnung. Falls erforderlich wird nicht unmittelbar benötigte Glukose in andere Kohlenhydrate oder zu Aminosäuren umgewandelt. Ist anschließend noch Glukose vorhanden, kann sie in den Leber- und Muskelzellen zu Glykogen umgebaut und dann in Leber und Muskulatur gespeichert werden. Bei einem erneuten Glukose-Bedarf (z. B. nachts oder in Hungerphasen) wird das Glykogen wieder aufgespalten (Glykogenolyse). Die drei Hormone, die für einen Anstieg des Blutglukosespiegels sorgen, sind Glukagon, Adrenalin und Cortisol.

• Glukagon aus dem Pankreas bewirkt den Abbau von Leberglykogen und die Bildung von Glukose aus Nicht-Kohlenhydraten (Gluconeogenese).
• Das „Stresshormon“ Adrenalin stammt aus der Nebennierenmark. Adrenalin mobilisiert den Glykogenabbau zu Glukose (Glykogenolyse) und die Aufspaltung von Fetten (Lipolyse).
• Cortisol kommt aus der Nebennierenrinde und fördert die Gluconeogenese in der Leber.

Neben dem Umbau von Glukose in Kohlenhydrate und Aminosäuren sowie der Speicherung von Glykogen, kann überschüssige Glukose zu Fett (→ siehe auch Fette und Öle) umgebaut und gespeichert werden. Allerdings verbraucht die Fettsäurebildung aus Glukose einen Teil der verfügbaren Energie der Kohlenhydrate, wohingegen für die Speicherung von Fett kein Umwandlungsprozess notwendig ist und deshalb keine Energie verbraucht wird. Die Fettsäurebildung aus Glukose findet statt, wenn sehr fettarme und gleichzeitig kohlenhydratreiche Nahrung verzehrt wird und darüber hinaus die Glykogenspeicher voll sind [5, 6, 7, 15, 16, 17].

Auftreten von Hungergefühl

Ein Hungergefühl tritt unter anderem dann auf, wenn der Blutzuckerspiegel sehr schnell sinkt. Beim Genuss von Monosacchariden (z. B. Traubenzucker) oder Disacchariden (Rohr- /Rübenzucker, z. B. in Süßigkeiten) steigt der Blutzuckerspiegel sehr schnell an, da sie rasch in den Blutkreislauf aufgenommen werden. Als Folge wird viel Insulin ausgeschüttet, was zu einem schnellen Abfall des Blutzuckerspiegels führt.
Besser ist es, Kohlenhydrate in Form von Stärke zu sich zu nehmen, z. B. Vollkornprodukte und Hülsenfrüchte. Polysaccharide werden wesentlich langsamer abgebaut, folglich steigt der Blutzuckerspiegel auch nur langsam und sinkt anschließend auch nicht so schnell, das Sättigungsgefühl bleibt länger erhalten [7, 10, 11].

Glykämischer Index

Der glykämische Index (GI) wurde Anfang der 1980er-Jahre populär und zeigt wie sich die Kohlenhydrate eines Lebensmittels auf den Blutzuckerspiegel auswirken. Je höher der GI eines Lebensmittels ist, umso höher steigt der Blutzuckerspiegel an. Als Referenzwert dient Traubenzucker (Glukose), hier wird der GI mit 100 festgelegt. Gelegentlich dient als Referenzwert Weißbrot. Die Verwendung von Traubenzucker als Referenzsubstanz führt zu anderen Werten, als bei der Verwendung von Weißbrot. Aus diesem Grund existieren verschiedene Tabellen zum glykämischen Index von Lebensmitteln [1].
Beispiel:

Abbildung 3: Schema einer Verlaufskurve des Blutzuckerspiegels

In diesem Fall dient Traubenzucker als Referenz (100). Um den Wert für ein unbekanntes Lebensmittel zu erhalten, wird die Erhöhung des Blutzuckerspiegels verglichen mit der Kurve, die nach dem Genuss von 50 g Kohlenhydraten in Form von Traubenzucker auftritt. Ausgewertet werden die ersten zwei Stunden nach dem Verzehr der Mahlzeit [2]. Für den glykämischen Index wird der Prozentsatz ausgerechnet, den die Fläche unter der Kurve des unbekannten Lebensmittels bezogen auf die Fläche von Traubenzucker einnimmt. Erreicht ein Lebensmittel einen Glykämischen Index von 75, sagt das aus, dass dieses Lebensmittel 75 % des Blutzuckeranstiegs von Traubenzucker bewirkt. Je höher der Wert ist, umso höher steigt der Blutzuckerspiegel.

hoch ist ein GI höher als 70 %
mittel ein GI zwischen 50 % und 70 %
niedrig ein GI kleiner als 50 % [2]

Menschen mit → Diabetes mellitus Typ II kann der glykämische Index dabei helfen den Blutzuckerspiegel in den Griff zu bekommen. Ähnlich wichtig ist es aber auf eine abwechslungsreiche und gesunde Ernährung mit wenig gesättigten Fettsäuren, Zucker und Salz, jedoch einem hohen Anteil an Ballaststoffen und Vollkorn zu achten [8, 9].

Beeinflussung glykämischer Index

Der glykämische Index wird durch einige Faktoren beeinflusst wie beispielsweise die Zusammensetzung der Kohlenhydrate, der Verarbeitungsgrad der Lebensmittel oder die Zubereitungsart. So haben gekochte Lebensmittel meist einen höheren glykämischen Index, weil die enthaltenen Kohlenhydrate leichter verstoffwechselt werden können. Auch die Zusammensetzung der Nahrung spielt eine Rolle, so verlangsamen Fette den Anstieg des Blutzuckerspiegels [2].

Glykämische Last

Der glykämische Index ist ein Maß, das den Anstieg des Blutzuckerspiegels nach dem Genuss von 50 g Kohlenhydraten eines Lebensmittels beschreibt. Er enthält aber keine Informationen über die Kohlenhydratmenge, die in einem Lebensmittel enthalten ist. So kommt es, dass Wassermelonen, die nur 6 g verwertbare Kohlenhydrate pro Portion (120 g) enthalten, einen glykämischen Index von 80, gekochte Spaghetti dagegen einen GI von 49 haben, obwohl Spaghetti 48 g verwertbare Kohlenhydrate pro Portion (180 g) enthalten [3]. Um 100 g Kohlenhydrate zu sich zu nehmen, müsste man im Fall der Wassermelone 2 kg, bei Spaghetti dagegen nur 375 g essen.
Bei der glykämischen Last (GL) wird die Kohlenhydratmenge eines Lebensmittels mit einbezogen. Die glykämische Last errechnet sich wie folgt:

Beispiel: Ausrechnen der glykämischen Last einer Portion Wassermelone:

Die glykämische Last von Wassermelonen pro Portion ergibt einen Wert von 5, wohingegen gekochte Spaghetti eine glykämische Last von 24 besitzen [3].

hoch ist eine GL größer als 20 %
mittel eine GL zwischen 11 % und 19 %
niedrig eine Gl kleiner als 10 % [2]

Tabellen für glykämischen Index und glykämische Last einiger Lebensmittel

Diabetes Austria: Glykämische Index (GI). Zugriff am 29.06.2023
Verband für Unabhängige Gesundheitsberatung: Glykämischer Index: Revolution oder Sturm im Wasserglas? Zugriff am 29.06.2023

Die Themen

Interessanter Link:

Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit - EFSA (2019): DRV Finder. Sie können mit dem DRV Finder auf die Referenzwerte zur Nährstoffaufnahme der EFSA zugreifen. Diese Ernährungsreferenzwerte (DRVs) sind wissenschaftlich fundierte Nährstoffreferenzwerte für die gesunde Bevölkerung. Sie sind nicht als Ernährungsempfehlung für Einzelpersonen gedacht, sondern sollen Ihnen helfen beispielsweise Speisepläne zu erstellen. Sie können die Datenbank nach Bevölkerungsgruppen oder auch Nährstoffen durchsuchen. Die Ergebnisse lassen sich als PDF-Datei oder XLSX-Datei herunterladen.

Quellen

[1] Diabetes Austria: Glykämische Index (GI). Zugriff am 29.06.2023
[2] Institut für Ernährungsmedizin Klinikum rechts der Isar: Glykämischer Index und glykämische Last. Zugriff am 29.06.2023
[3] Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) e. V. (Hrsg.) (2013): Glykämischer Index und glykämische Last – ein für die Ernährungspraxis des Gesunden relevantes Konzept? Ernährungs Umschau | 1/2013. Zugriff am 29.06.2023
[4] Internisten im Netz: Glucose. Zugriff am 29.06.2023
[5] A. Hahn, A. Ströhle, M. Wolters: Ernährung – Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. 2006
[6] Biesalski, Grimm, Nowitzki-Grimm: Taschenatlas Ernährung. 2017
[7] Prof. Dr. Ibrahim Elmadfa: Ernährungslehre. 4. Auflage. 2019
[8] NHS (Hrsg.): What is the glycaemic index (GI)? Letzte Überprüfung am 17. Juni 2022. Zugriff am 30.06.2023
[9] The British Diabetic Association (Hrsg.): Glycaemic index and diabetes. Zugriff am 30.06.2023
[10] Wort & Bild Verlag Konradshöhe GmbH & Co. KG (Hrsg.) (2015): Heißhunger. Zugriff am 05.07.2023
[11] Rundfunk Berlin-Brandenburg (Hrsg.) (2022): Heißhunger erkennen - Ursachen, Symptome & Tipps. Zugriff am 05.07.2023
[12] European Food Safety Authority (EFSA) (2019): Dietary Reference Valuesfor nutrients. Zugriff am 20.07.2023
[13] Nationale Verzehrsstudie II: Ergebnisbericht, Teil 2 (Lebensmittelverzehr, Nährstoffzufuhr, Supplementeinnahme)
[14] Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) e. V. (2000): Referenzwert Kohlenhydrate. Zugriff am 20.07.2023
[15] Pschyrembel Klinisches Wörterbuch, 268. Auflage, 2020
[16] Georg Thieme Verlag KG (Hrsg.): Glykogenstoffwechsel. Zugriff am 26.07.2023
[17] Georg Thieme Verlag KG (Hrsg.): Gluconeogenese: Überblick und Reaktionen. Zugriff am 26.07.2023
[18] Prof. Dr. Helmut Heseker, Beate Heseker: Die Nährwerttabelle. Deutsche Gesellschaft für Ernährung e. V., 2023
[19] Pflege heute, Lehrbuch für Pflegeberufe, Elsevier GmbH, Urban & Fischer Verlag, München 2023
[20] Josef Loderbauer: Das Konditoreibuch in Lernfeldern. 2023
[21] Verbraucherzentrale Bayern e. V. (Hrsg.) (2016): Essen, Trinken und Genuss - hätten Sie's gewusst? Zugriff am 06.12.2023
[22] Verband der Getreide-, Mühlen- und Stärkewirtschaft VGMS e. V. (Hrsg.): Maltodextrine. Zugriff am 06.12.2023
[23] Hafen-Mühlen-Werke GmbH (Hrsg.) (2014): Maltodextrin in der Lebensmittelindustrie. Zugriff am 06.12.2023
[24] Cornelia A. Schlieper: Grundfragen der Ernährung. 2017
Mörike, Betz, Mergenthaler: Biologie des Menschen, 1991
Gaby Hauber-Schwenk, Michael Schwenk: dtv-Atlas Ernährung, 2000
Franz Binder, Josef Wahler: Zucker - der süße Verführer, 2004

Ausführliche Quellenangaben