Węglowodany

Kolejnym składnikiem żywności są węglowodany. Stanowią one źródło energii dla organizmu, choć nie są tak skoncentrowanym jego źródłem jak tłuszcze. Jak zbudowane są węglowodany? Jak je dzielimy? Czym charakteryzuje się każda z grup? Który z cukrów jest najsłodszy? Czym najlepiej zagęszczać sosy? Na czym polega nietolerancja laktozy? Dlaczego po spożyciu strączków mamy nieprzyjemne żołądkowe przeboje?
mąka węglowodany
Źródło: Mu, M. https://unsplash.com/photos/rgRbqFweGF0 (dostęp 30.11.2020r.).

Węglowodany - węgiel i woda

Sama nazwa „węglowodany” wzięła się z początkowego przeświadczenia, że zbudowane są one z węgla i wody. To założenie nie było do końca nieprawidłowe, ponieważ rzeczywiście, składają się one z węgla, wodoru i tlenu, jednak te dwa ostatnie pierwiastki nie są ze sobą związane w taki sposób jak cząsteczka wody. To szeroka grupa związków, których wspólną cechą jest budowa blokowa, a takim najmniejszym elementem-bloczkiem jest cukier. Możemy wyróżnić:

  • cukry proste,
  • oligosacharydy,
  • polisacharydy: skrobię, celulozę, hemicelulozę, pektyny, gumy.

Przyjrzyjmy się bliżej każdej z nich.

Cukry

Cukry są niezbędne dla każdego istnienia, ponieważ ryboza i deoksyryboza są elementami budulcowymi odpowiednio RNA (kwasu rybonukleinowy) i DNA (kwas deoksyrybonukleinowy). A to one są transporterami kodu genetycznego każdego z nas.

Cukry to najprostsze z węglowodanów. Zbudowane są z jednego (monosacharydy) lub dwóch bloczków cukru (dwucukry). Monosacharydami jest glukoza, fruktoza i galaktoza. Do dwucukrów należy m.in. sacharoza (biały cukier), laktoza i maltoza. Jakie posiadają właściwości, które możemy zastosować w praktyce kulinarnej?

biały_cukier węglowodany
Źródło: McCutcheon, M. https://unsplash.com/photos/oKay0q7Pa30 (dostęp 30.11.2020r.).

Monosacharydy

Glukoza (dekstroza) zaczyna się topić i karmelizować w 150°C. Jest mniej słodka i słabiej rozpuszcza się w wodzie od zwykłego cukru (sacharozy). Fruktoza (lewuloza) z kolei zaczyna się topić w znacznie niższej temperaturze (105°C). Charakteryzuje się również najwyższą słodkością wśród cukrów i najlepszą rozpuszczalnością. Najlepiej absorbuje wodę. Dla diabetyków istotną informacją może być wolniejszy metabolizm fruktozy niż dekstrozy czy sacharozy. Wiąże się to z powolnym wzrostem glukozy we krwi. Cząsteczki fruktozy przybierają różny kształt podczas rozpuszczania w płynie, a każdy z nich wywiera inny efekt na nasze „słodkie” receptory. Najbardziej słodką postać przyjmuje w zimnych, kwaśnych roztworach, zaś w ciepłych napojach (kawie, herbacie) będzie już mniej słodka, mniej więcej tak samo jak zwykły biały cukier. Dlatego też fruktoza wydaje się być najlepszym rozwiązaniem dla koktajli czy drinków, bowiem możemy użyć jej mniej (mniejsza dostawa kalorii) osiągając ten sam rezultat jak z ze zwykłym cukrem. Glukoza i fruktoza występują m.in. w owocach i miodzie, obok innych cukrów. Galaktoza z kolei topi się w wyższej temperaturze (167°C) i jest znacznie mniej słodka od opisanych monosacharydów.

owoce węglowodany
Źródło: Felker, W. https://unsplash.com/photos/fqkrXYMosT4 (dostęp 30.11.2020r.).

Dwucukry

Sacharoza to nic innego jak zwykły biały cukier, który jest chyba najczęściej przez nas używany. Jest dwucukrem, ponieważ składa się ona z cząsteczki glukozy i fruktozy. Jest wytwarzana w procesie fotosyntezy przez zielone rośliny. Jest drugim, po fruktozie, najsłodszym cukrem. Ma przyjemny smak, nawet w wysokich stężeniach (pomyśl o lizakach czy karmelkach), podczas gdy inne cukry mogą zostawić ostry posmak. Zaczyna się rozpuszczać w 160°C, a karmelizować w 170°C. Plasuje się również na drugim miejscu, jeśli chodzi o rozpuszczalność w wodzie. Te właściwości sprawiają, że jest tak powszechnie używana w gastronomicznym świecie.

sacharoza_budowa
Budowa sacharozy (‘sucrose’): cząsteczka glukozy (‘glucose’) i fruktozy (‘fructose’).
Źródło: Juhasz, P. (2020). Glucose vs. Fructose vs. Sucrose – What Is It All About? https://garagegympro.com/glucose-vs-fructose-vs-sucrose/ (dostęp 30.11.2020r.).

Laktoza jest nazywana cukrem mlecznym, bo występuje właśnie w mleku i produktach mlecznych. Składa się ona z cząsteczki glukozy i galaktozy. Jest mniej słodka od innych cukrów, więc rzadko jest stosowania w „czystej” postaci w roli substancji słodzącej. Wiele osób unika tego dwucukru. Niektórzy mają problem z jej trawieniem, ponieważ ich organizm nie wytwarza w wystarczającej ilości enzymu (laktazy), który rozkłada laktozę na glukozę i galaktozę. Te monocukry trafiają do krwioobiegu i są trawione w przewodzie pokarmowym. Sama laktoza nie jest trawiona, tylko fermentowana przez bakterie jelitowe, powodując nieprzyjemne dolegliwości (np. gazy, wzdęcia, biegunkę, nudności).

laktoza_trawienie_nietolerancja
Trawienie laktozy w przypadku jej tolerancji (po lewej) i nietolerancji – brak laktazy (po prawej).
Źródło: Reintroducing lactose back into the diet. https://www.paediatricnutrition.com/reintroducing-lactose-back-into-the-diet/
(dostęp 30.11.2020r.).

Wyjątkowy e-book z 20 przepisami na nietuzinkowe, autorskie dania: przystawki, zupy, dania główne i desery

Oligosacharydy

Składają się z kilku bloczków cukru. Do tej grupy należą m.in. rafinoza, stachioza czy werbaskoza. Są zbyt duże, by mogły być wykryte przez słodkie receptory, dlatego też nie zapewniają słodkich wrażeń. Występują w różnych roślinach strączkowych: fasoli, grochu czy soi. I to one są odpowiedzialne za żołądkowe „wariacje”. Dlaczego? Ponieważ nasz organizm nie posiada enzymów, które mogłyby rozłożyć oligosacharydy na mniejsze strawne jednostki (pojedyncze cukry). Przechodzą zatem niestrawione przez nasz przewód pokarmowy i są pożywką dla bakterii jelitowych (podobnie jak niestrawiona laktoza), a te z kolei produkują dwutlenek węgla i inne gazy.

Czy możemy temu jakoś zapobiec? Jedną z metod jest namaczanie ich w wodzie lub też wymiana pierwszej wody z gotowania na świeżą. Pozbywamy się wówczas większości rozpuszczonych w wodzie oligosacharydów, ale nie tylko ich. Tracimy również cenne witaminy, minerały i inne substancje (także te smakowo-zapachowe). Innym rozwiązaniem może być długie gotowanie, w trakcie którego część z oligosacharydów ulegnie w końcu rozpadowi na cukry proste. Nie zapominajmy, że bakterie przetwarzają oligosacharydy podczas procesu fermentacji. Także dobrą alternatywą dla tych, którzy boją się tych gastrycznych przebojów, jest spożywanie produktów fermentowanych takich jak miso czy sos sojowy. Oligosacharydy są rozkładane również podczas kiełkowania ziaren.

fasola_namaczanie węglowodany
Źródło: Vigerova, M. https://unsplash.com/photos/FW7Amhh_B8A (dostęp 30.11.2020r.).

Polisacharydy

Są cukrowymi polimerami, czyli substancjami składającymi się wielokrotnie powtórzonych jednostek, w tym przypadku cząsteczek cukru. Należą do nich:

  • skrobia,
  • pektyny,
  • gumy.

Skrobia

Jest zapasem cukru roślin (ziemniaków, ryżu, kukurydzy itd.). Podczas gotowania, cząsteczki skrobi absorbują wodę, pęcznieją i uwalniają cząsteczki skrobi. W trakcie chłodzenia, cząstki te przegrupowują się, tworzą wiązania między sobą, czego rezultatem jest stały żel. Skrobia zbudowana jest z cząsteczek glukozy. Występuje w dwóch konfiguracjach: prostego łańcucha amylozy i rozgałęzionej amylopektyny.

amyloza_węglowodany
Porównanie budowy skrobi: amylozy (a) i amylopektyny (b).
Źródło: Chemia żywności. Ćw.9: Skrobia. Wydział Nauk o Żywności i Rybactwa. Centrum Bioimmobilizacji i Innowacyjnych Materiałów Opakowaniowych. https://cbimo.zut.edu.pl/fileadmin/pliki/cbimo/grafika/skrobia.pdf (dostęp 30.11.2020r.).

Jak ich budowa przekłada się na właściwości i cechy użytkowe? Długie łańcuchy amylozy podczas rozpuszczania w wodzie zachowują swój kształt. Ze względu na swą długość, istnieje duże prawdopodobieństwo, że jedna cząsteczka skrobi zahaczy o inną, a więc będzie mogła zagarnąć w swe „sidła” większe ilości płynu. To oznacza, że zwiąże większą jej ilość. A jak jest z amylopektyną? Ona ma dość „problematyczny” kształt. Trudniej jej się „spotkać” z inną cząsteczką, a nawet jeśli dojdzie już do kontaktu, to raczej takiego na „odległość” i nie wejdzie z nią w bliższą „relację”. Jaki z tego wniosek? Bardziej efektywna w wiązaniu (zagęszczaniu) płynu jest amyloza. Już nawet niewielka ilość amylozy potrafi dobrze zagęścić sos. Z amylozy zbudowana jest skrobia ziemniaczana, zaś z amylopektyny – mąka pszenna czy skrobia kukurydziana.

skrobia_rodzaje węglowodany
Różne rodzaje skrobi.
Źródło: Jain, A.S. (2017). Cornstarch, Arrowroot & More: The Different Kinds of Starch You Should Know About. https://food.ndtv.com/food-drinks/cornstarch-arrowroot-more-the-different-kinds-of-starch-you-should-know-about-1478336 (dostęp 30.11.2020r.).

Celuloza

Celuloza również występuje w tkankach roślinnych, a swą budową przypomina amylozę, jednak bloczki cukru połączone są w inny sposób, co sprawia, że podczas gotowania nie rozpuszcza się. Zapewnia ona solidną strukturę ścianom komórkowym (jak stalowe druty w żelazobetonie, czyli betonie wzmacnianym stalowymi prętami). Ludzie i większość zwierząt nie trawi celulozy, zatem zalicza się ją do błonnika pokarmowego.

Hemiceluloza i pektyny

Te polisacharydy spotkamy obok celulozy w tkankach roślinnych. Pełnią one jednak nieco inną rolę – są (elementem wypełniającym wspomniany już żelbet). Są podobne do galaretki. Składają się m.in. z galaktozy, arabinozy i ksylozy. Częściowo rozpuszczają się w wodzie i powodują mięknięcie owoców i warzyw. Szczególnie bogate w pektyny są cytrusy, jabłka, morele czy skórki bananów. Ta grupa polisacharydów znalazła zastosowanie przy produkcji dżemów i galaretek. Z tych owoców pozyskiwane są pektyny, które następnie są wykorzystywane do produkcji substancji zagęszczających, np. powszechnie stosowanych „żelfixów”.

Glikogen

Zwierzęcym odpowiednikiem skrobi jest glikogen. Przypomina nieco amylopektynę, ale jest jeszcze bardziej rozgałęziony. Występuje w tkankach zwierząt. Jego ilość w momencie uboju ma duże znaczenie dla tekstury mięsa. Jednak jest to dłuższy temat, który jeszcze poruszę na blogu w innym wpisie.

glikogen_struktura węglowodany
Różne rodzaje skrobi.
Źródło: Häggström, Mikael (2014). “Medical gallery of Mikael Häggström 2014”. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.008. ISSN 2002-4436. Public Domain. (dostęp 30.11.2020r.).

Gumy

Występują naturalnie w wielu roślinach. Chemicznie należą do polimerów, a złożone są z różnych cukrów. Znalazły wiele zastosowań w przetwórstwie żywności, m.in. do zagęszczania płynów, stabilizacji emulsji (np. majonezów i innych sosów), przy produkcji słodyczy i produktów mrożonych. Zalicza się do nich:

  • alginiany, karageny, agzarozę – z różnych wodorostów,
  • gumę arabską – z drzew gatunków z rodzaju Acacia,
  • gumę guar – z roślin rodziny bobowatych,
  • gumę karobową – z drzewa świętojańskiego (szarańczyny strąkowatej),
  • gumę tragakantową – z drzewa traganka gumodajnego,
  • gumę ksantanową i gellan – pochodzenia mikrobiologicznego.

Więcej o samych gumach napiszę w osobnym artykule, ponieważ substancje te znalazły szerokie zastosowanie w nowych technikach stosowanych w gastronomii molekularnej, takich jak sferyfikacja, żelifikacja czy emulsyfikacja.

Kulinarne eksperymenty przeprowadzane przez Peter’a Coucquyt w Foodpairing®.

Podsumowanie:

  • Węglowodany składają się z węgla, wodoru i tlenu.
  • To szeroka grupa związków, których wspólną cechą jest budowa blokowa, którego najmniejszym elementem-bloczkiem jest cukier.
  • Wyróżniamy cukry proste (monosacharydy i dwucukry), oligosacharydy oraz polisacharydy: skrobię, celulozę, hemicelulozę, pektyny, gumy.
  • Każda z grup ma swoje charakterystyczne właściwości.

Literatura:

McGee, H. (2007). On food and cooking: the science and lore of the kitchen. Simon and Schuster.

Eufic (2020). The Functions of Carbohydrates in the Body https://www.eufic.org/en/whats-in-food/article/the-basics-carbohydrates

Vanitha, T., Khan, M. (2019). Role of pectin in food processing and food packaging. In Pectins-Extraction, Purification, Characterization and Applications. IntechOpen.

Mayo Clinic Staff (2020). Lactose intolerance. https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/lactose-intolerance/symptoms-causes/syc-20374232

NHS (2019). Lactose intolerance. https://www.nhs.uk/conditions/lactose-intolerance/

Galactose Properties. https://www.worldofchemicals.com/chemicals/chemical-properties/galactose.html

10 thoughts on “Węglowodany”

  1. Pingback: Białka - Nauka na talerzu - Marta Szumiata

  2. Cześć Marta,

    super artykuł, mi się bardzo dobrze czytało i zaintrygowałaś mnie fruktozą i informacja o tym, że warto dodawać ją do zimnych drinków, żeby były “słodsze” – bardzo fajna informacja 🙂 Zapamiętałem też, że będziesz poruszać temat glikogenu, na który nie mogę się doczekać 🙂

    No i w sumie bardzo fajnie wytłumaczone też o roślinach strączkowych, dzięki za ten wpis 🙂

    Czy w planach masz też poruszenie tematów alkoholi cukrowych, w tym najbardziej znanych jak ksylitol, erytrytol czy mannitol? Taki temat w sumie mógłby się wiązać z tematem słodzików, ale to już Twoja kwestia jak do tego będziesz podchodzić 🙂

    No i na pewno duży plus za podanie źródeł, na podstawie których opracowujesz wpisy 🙂

  3. Pingback: Tłuszcze - Nauka na talerzu - Marta Szumiata

  4. Pingback: Idealny karmel - Nauka na talerzu - Marta Szumiata

  5. Pingback: Idealna grillowana kukurydza - Nauka na talerzu - Marta Szumiata

  6. Pingback: Idealny ketchup + przepis - Nauka na talerzu - Marta Szumiata

  7. Pingback: Idealne ciasto z cukinii - Nauka na talerzu - Marta Szumiata

  8. Pingback: Idealne powidła śliwkowe - Nauka na talerzu - Marta Szumiata

  9. Pingback: Idealne amerykańskie pancakes - Nauka na talerzu - Marta Szumiata

Leave a Comment

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *