§ 24. Вуглеводи: поняття, класифікація та поширеність у природі

Термін «вуглеводи» походить від слів «гідрат вуглецю». Його запропонував 1844 року хімік К. Г. Шмідт, ґрунтуючись на даних про елементний склад перших відомих представників цього класу сполук. Було встановлено, що вуглеводи складаються з Карбону, Оксигену та Гідрогену, причому співвідношення атомів Гідрогену й Оксигену в них таке саме, як у воді. Такий склад описали загальною формулою вуглеводів:

До того ж, під час нагрівання або дією водовідіймаючих засобів вуглеводи розкладаються на вуглець та воду, що також підтверджувало таку формулу і назву.

Подальші дослідження хімічної будови вуглеводів виявили, що існують вуглеводи, які не відповідають цій формулі, але за будовою є вуглеводами. Отже, термін «вуглеводи» та їхня загальна формула є застарілими, але історично збереглися.

• Вуглеводами є органічні речовини, що за будовою є полігідроксильними сполуками і їх молекули або молекули продуктів їх гідролізу містять групу >C=0

Молекули вуглеводів складаються з певних «одиниць» (мономерів), які називають сахаридами. За числом таких одиниць вуглеводи поділяють на прості та складні.

Молекули простих вуглеводів складаються з однієї одиниці й не гідролізуються на простіші вуглеводи.

Складні вуглеводи гідролізуються на прості, і їх молекули складаються з кількох одиниць:

• з двох одиниць — дисахариди;

• від двох до десяти одиниць — олігосахариди;

• більше десяти одиниць — полісахариди.

Вуглеводи в природі

Вуглеводи — найпоширеніші органічні сполуки в природі. Вони становлять близько 80 % від сухої маси рослин і 2-3 % від сухої маси тварин. Єдине джерело вуглеводів у природі — це рослини, саме вони синтезують вуглеводи в процесі фотосинтезу. У такий спосіб рослини запасають енергію Сонця у вигляді енергії хімічних зв’язків у сполуках.

Функції вуглеводів досить різноманітні, головними серед яких є:

• енергетична (глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, крохмаль, глікоген тощо);

• структурна (целобіоза, целюлоза, хітин тощо).

ВУГЛЕВОДИ В ПРИРОДІ

Глюкоза — найпоширеніший моносахарид, трапляється в рослинах і тваринах як у вільному вигляді, так і у складі сполук з іншими органічними речовинами — глікозидів. Утворення глікозидів підвищує розчинність у воді малорозчинних сполук.

Лактоза (від латин. lac — молоко), або молочний цукор, — дисахарид, що міститься в молоці та молочних продуктах. Є важливим компонентом харчування ссавців.

Лактоза не гігроскопічна, тобто не поглинає вологу. Через це її додають у таблетки як наповнювач, оскільки у вологому середовищі багато лікарських речовин розкладатимуться. З неї синтезують лактулозу — препарат для лікування розладів кишківника.

Мальтоза (від латин. maltum — солод), або солодовий цукор — дисахарид, що міститься в пророслому зерні (солоді) ячменю, жита та інших зернових, у томатах, пилку й нектарі рослин. Утворюється в живій природі під час гідролізу крохмалю та глікогену.

Глікоген — головний резервний полісахарид вищих тварин, міститься в цитоплазмі клітин майже всіх тканин, найбільший уміст у м’язах та печінці (до 8 % від маси гепатоцитів). Іноді глікоген називають тваринним крохмалем. Він швидко піддається гідролізу й поповнює запас глюкози в крові.

Мурамін (від латин. murus — стінка) — полісахарид, що надає механічної міцності стінкам клітин бактерій. Він допомагає бактеріям вижити в суворих умовах існування.

Хітин — нітрогеновмісний полісахарид, міститься в оболонці клітин нижчих рослин та грибів, надає механічної міцності оболонкам безхребетних (комах та ракоподібних). Завдяки хітину стінки клітин грибів такі міцні, що не руйнуються під час пережовування, через що майже не перетравлюються.

Пектини (від грец. pektos — той, що згорнувся або замерз) — полісахариди, що утворюють волокна в плодах та овочах. Містяться в усіх вищих рослинах, особливо багато їх у фруктах і деяких водних рослинах. У воді не розчиняються, але є гелеутворювачами. Цю властивість використовують для приготування желе, мармеладу, пастили, зефіру, морозива, фруктової начинки цукерок тощо.

Капсульні полісахариди — речовини, які виділяють деякі бактерії, гриби та водорості. Існує величезна кількість їх різновидів. Ці полісахариди зазвичай утворюють в’язкий слизовий шар, який організми використовують для захисту або для прикріплення до поверхонь.

Капсульні полісахариди перетворюють на корисні продукти, зокрема ксантанову та гуарову камедь, декстран тощо. Більшість із них виявляють незвичні в’язкопружні властивості: у звичайному стані вони в’язкі, але стають значно рідкішими за найменшого руху. Це використовують для легкого збовтування лосьйонів, засобів для очищення шкіри тощо.

Ксантанову та інші види камеді застосовують у харчовій промисловості як загущувачі та гелеутворювачі. У цьому ви можете переконатися за змістом етикеток соусів, морозива, десертів, хлібобулочних виробів, напоїв тощо.

Агар-агар (від малайського agar — желе) — суміш полісахаридів, яку виділяють із червоних та бурих морських водоростей. Розчиняється у воді тільки за нагрівання до 85-95 °C, а після охолодження утворює міцний гель. Агар-агар використовують у харчовій промисловості для виробництва мармеладу, жувальних цукерок, суфле, джемів, конфітюрів, соусів тощо.

Каррагінан — група сульфатних полісахаридів лінійної будови, які виділяють із червоних морських водоростей. Розчин каррагінану використовують у виробництві м’ясних виробів з метою утримання вологи для здешевлення готової продукції. Також використовують у виробництві молочних коктейлів, морозива, кондитерських виробів.

Ключова ідея

Вуглеводи — найпоширеніші в природі сполуки, що виконують енергетичну та структурні функції. Широко використовуються людиною.

Контрольні запитання

• 382. Які речовини називають вуглеводами?
• 383. Схарактеризуйте класифікацію вуглеводів. На чому ґрунтується розділення вуглеводів на різні класифікаційні групи?
• 384. Схарактеризуйте поширеність вуглеводів у природі, їх біологічну роль та застосування.

Завдання для засвоєння матеріалу

• 385. Запишіть молекулярні формули відомих вам вуглеводів, схарактеризуйте їх фізичні й хімічні властивості.
• 386. З наведених формул виберіть ті, що можуть належати вуглеводам: C₃H₈O, C₅H₁₀O₅, C₁₂H₂₆, C₁₂H₂₂O₁₁, C₆H₁₂O.

Завдання з розвитку критичного мислення

• 387. Порівняйте склад молекул пентоз та гексоз. Поясніть походження назв цих груп вуглеводів.
• 388. Як ви вважаєте, чому вуглеводи можуть виконувати і енергетичну, і структурну функції?

Вуглеводи — що це? Список продуктів з простими і складними вуглеводами

Гід по вуглеводах. Яка їх функція в організмі і чим прості вуглеводи відрізняються від складних? В якій їжі містяться список продуктів, що містять вуглеводи.

Вуглеводи — це одна з форм енергії, що запасається рослинами. Солодкі фрукти зберігають енергію вуглеводів у вигляді фруктози, володіє швидкою швидкістю засвоєння, а овочі і крупи — у вигляді крохмалю, що відноситься до складних вуглеводів. Зазначимо, що входить до складу рослин клітковина — також вуглевод.

Надлишок простих вуглеводів у їжі призводить до набору зайвої ваги і ряду порушень обміну речовин (насамперед, цукрового діабету), тоді як вживання великої кількості продуктів з клітковиною корисно для здоров’я. Як навчитися розбиратися, які вуглеводи — корисні, а які — шкідливі?

// Що таке вуглеводи?

Вуглеводи входять до складу більшості продуктів і є переважно джерелом енергії в їжі. В залежності від кількості структурних одиниць вони поділяються на прості і складні. Прості («швидкі») вуглеводи легко засвоюються і швидко підвищують рівень цукру в крові — тобто, мають високий глікемічний індекс. Їх надлишок у харчуванні спричиняє погіршення метаболізму і набір зайвої ваги.

Складні вуглеводи (крохмаль, клітковина) складаються з безлічі полісахаридів, включаючи від десятків до сотень структурних елементів. Їжа з такими вуглеводами вважається корисною. При перетравленні вона поступово віддає свою енергію, забезпечуючи тривале відчуття насичення від їжі. При цьому клітковина взагалі не засвоюється організмом — кажучи простими словами, володіє нульовою калорійністю.

На обмеження вуглеводів в харчуванні будуються безліч дієт — наприклад, низьковуглеводна дієта для діабетиків або безвуглеводна дієта (кето дієта) для схуднення. При силових тренуваннях для росту м’язів, навпаки, рекомендується вживати підвищену кількість вуглеводів, особливо в період вуглеводного вікна для швидкого поповнення запасів глікогену.

// Вуглеводи — коротко:

• ключовий компонент енергії в їжі
• в 1 г вуглеводів міститься 4 ккал
• бувають прості (фруктоза, глюкоза) і складні (крохмаль, клітковина, глікоген)
• глікоген — основне паливо для м’язів людини

В яких продуктах містяться вуглеводи?

Вуглеводи містяться практично у всіх продуктах харчування, за винятком продуктів тваринного походження. Лише у молоці міститься невелика кількість вуглеводів — переважно, у вигляді лактози. В склад рослинних продуктів входять переважно складні вуглеводи, а продукти з простими вуглеводами найчастіше виготовляються промисловим чином (починаючи від білого цукру, закінчуючи випічкою).

Користь і шкода вуглеводів

Вуглеводи корисні як для мозку людини (глюкоза є ключовим паливом), так для м’язів (вуглеводи запасаються в них у формі глікогену). Потреба організму в різних продуктах з вуглеводами становить близько 250-500 г на добу, залежно від ваги і рівня фізичної активності.

Надлишок вуглеводів швидко призводить до набору зайвої ваги — особливо коли добовий раціон перевищує норму калорій. При цьому калорії простих вуглеводів схильні відкладатися у вигляді підшкірного жиру на животі, а для спалювання жиру їх рекомендується повністю виключати.

Вуглеводи — прості і складні

Потрапляючи в шлунок, продукти з вуглеводи перетравлюються і підвищують рівень цукру в крові. У свою чергу, підвищення цукру веде до підвищення рівня гормону інсуліну. Саме цей гормон клітин відкриває можливість запасати енергію. Регулярне вживання простих вуглеводів порушує механізми вироблення інсуліну, змушуючи організм відчувати голод навіть тоді, коли енергії достатньо.

На жаль, найбільш простим методом утилізації надлишкових швидких вуглеводів є конвертація їх калорій в жирові запаси. При цьому різкі коливання цукру в крові призводять до появи голоду і характерного бажання знову підкріпитися солодким. Виникає замкнуте коло — людина гладшає від таких продуктів, однак не може відмовитися від солодкого. Однак схуднення завжди починається саме з відмови від солодкого.

// Прості вуглеводи — список продуктів

• цукор (включаючи мед, солодкі газованої води типу коли і фруктові соки)
• джеми, варення, мармелад і інші солодощі
• хліб і всіляка випічка з білої борошна
• більшість солодких фруктів
• білий рис

Складні вуглеводи — що це?

Складні вуглеводи — це насамперед крохмаль (головний вуглевод рослин), глікоген (основне джерело енергії м’язів) і харчова клітковина. Крохмаль, по суті, є безліччю молекул простих вуглеводів, міцно з’єднаних разом. На розщеплення продуктів зі складними вуглеводами організму необхідно як час, так і енергія. Саме тому складні вуглеводи називаються “повільними” і є більш корисними.

Головною функцій складних вуглеводів є забезпечення процесів травлення (наприклад, клітковина відповідальна за нормальний рух перетравлюваної їжі по стравоходу), так і запасання енергії для фізичних активностей. Крім цього, вживання в їжу клітковини і інших складних вуглеводів нормалізує рівень глюкози в крові, що особливо важливо при дотриманні дієти при цукровому діабеті.

// Складні вуглеводи — список продуктів

• різні цільнозернові крупи
• макарони з твердої пшениці
• зелені овочі
• бурий рис
• квасоля та інші бобові

Глікемічний індекс їжі

Чим простіший склад конкретного вуглеводу і чим менше сахаридів він містить у своїй формулі, тим швидше він перетравлюється і потрапляє в кров, підвищуючи рівень цукру. Такі продукти мають високий глікемічний індекс. Складні рослинні вуглеводи (суміш крохмалю і клітковини), що складаються з сотень пов’язаних структурних елементів, засвоюються набагато повільніше.

// Корисні та шкідливі вуглеводи

Найбільш корисними для здоров’я і для фігури) є складні вуглеводи овочів та інших рослин, що пройшли помірну термічну обробку. Потім йдуть різні злаки (починаючи від булгуру та інших варіацій пшениці, закінчуючи кукурудзою), цільнозернові крупи (гречка, кіноа) і фрукти, що містять багато харчових волокон і мають середній глікемічний індекс.

Зерна, повністю очищені від оболонки (наприклад, білий рис, біле борошно та інші продукти з них) належать до джерел чистого крохмалю і шкідливі для бажаючих схуднути. Вживання бурого рису зазвичай більш корисно. Пам’ятайте про те, що більшість продуктів з простими вуглеводами (включаючи фруктові соки) повинні бути максимально обмежені в дієті.

Шкода безвуглеводних дієт

Існує безліч дієт, які обіцяють зниження ваги за рахунок виключення вуглеводів — наприклад, безвуглеводна дієта. Незважаючи на те, що у короткостроковому періоді вони можуть бути ефективні для схуднення, в кінцевому підсумку такі дієти стають шкідливими. Зокрема, кето-дієта не повинна дотримуватися довше, ніж 5-6 місяців.

Повна відмова від містить вуглеводи їжі позбавить організм більшості вітамінів і мінералів, що здатна завдати шкоди здоров’ю — не кажучи про те, що дотримання білкової дієти при нестачі клітковини здатне привести до складнощів з травленням.

Норми вуглеводів для набору маси

Думка про те, що м’язи ростуть від вживання білка — помилково. У матеріалібулгур для набору маси ми згадували, що при тренуваннях для росту м’язів необхідно вживати близько 60% у вигляді вуглеводів. Саме вуглеводи є основним джерелом енергії для м’язів, запасаючись у вигляді глікогену. Іншими словами, на безвуглеводної дієті набрати масу не можна.

Також атлетам важливо пам’ятати про теорії вуглеводного вікна — після тренування, протягом якого м’язи більш сприйнятливі до енергії. Зокрема, вживання простих вуглеводів підвищує рівень інсуліну, відкриваючи таким чином можливість клітин запасати енергію — на цьому принципі будується робота гейнери. У них використовується мальтодекстрин — полісахарид з високою швидкістю засвоєння.

// Користь вуглеводів для м’язів:

• глікоген — ключове паливо для м’язів
• вуглеводи входять до складу гейнери
• підвищують рівень інсуліну

Вуглеводи — ключовий вид запасається в рослинах енергії. В залежності від кількості структурних елементів вони діляться на прості і складні. Для визначення шкоди чи користі їжі з вуглеводами використовується глікемічний індекс. Надлишок фруктози і глюкози в їжі призводить до порушення обміну речовин (цукрового діабету) і до набору небажаного ваги.

1. Glucose: Energy Sources, source
2. Diet Percentages: Part 2, Lyle McDonald, source
3. Low Carb Diet: Health Risks, source

Олександра Співак

23 роки, активно займаюся фітнесом і веду здоровий спосіб життя. Ділюся з вами своїм досвідом і навичками. Всім спорт!

1. Склад і класифікація вуглеводів

Вуглеводи — природні оксигеновмісні сполуки. Їх молекули містять три елементи: Карбон, Гідроген і Оксиген. Співвідношення числа атомів Гідрогену і Оксигену таке ж саме, як у воді — \(2\) \(:\) \(1\). Звідси і пішла назва «вуглеводи».

Особливо високий вміст вуглеводів у рослинах. Клітинні стінки рослин утворені целюлозою . Вона є основною складовою частиною деревини. Майже чистою целюлозою є вата.

Найважливіша запасна речовина рослин — крохмаль . Він у великих кількостях міститься у насінні злаків, бульбах картоплі. Солодкий смак фруктам і овочам надають глюкоза , фруктоза , сахароза .

Запасною речовиною у клітинах грибів і тварин є глікоген (тваринний крохмаль). У крові тварин і людей міститься глюкоза , яка служить основним джерелом енергії для усіх процесів, що протікають в організмі.

Вуглеводи поділяють на три групи: моносахариди , дисахариди і полісахариди . В основі такого поділу лежить здатність молекул вуглеводів піддаватися гідролізу.