Zastosowanie i znaczenie cukrów

Z cukrami spotykamy się ciągle w życiu codziennym, są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i odgrywają bardzo dużą rolę w procesach życiowych organizmów żywych. Cukry powstają w przyrodzie w zielonych częściach roślin z dwutlenku węgla i wody w procesie fotosyntezy.
Nazwa węglowodany powstała w związku z tym, że początkowo znano zaledwie te człony tej klasy substancji, które pod względem składu były jak gdyby związkami węgla i wody. Dzielą się one na dwie duże grupy:
- węglowodany proste
- węglowodany złożone

Nazwa cukry obejmuje wiele związków nie zawsze słodkich. Cukry proste to np. glukoza i fruktoza, mające wzór: C6H12O6. Cukry to alkohole wielowodorotlenowe. W strukturze związku przeważa forma pierścieniowa. Niewielka różnica w strukturze sprawia, że tworzą inne reakcje chemiczne. Dwucukier, np. sacharoza (dwa cukry połączone ze sobą wiązaniem glikozydowym, glukoza fruktoza = sacharoza).
Na podstawie liczby atomów węgla monosacharydy dzieli się na:
- tetrozy (zawierające 4 atomy węgla)
- pentozy (zawierające 5 atomów węgla)
- heksozy (zawierające 6 atomów węgla)
- heptozy (zawierające 7 atomów węgla) itd.
W cząsteczkach monosacharydów znajdują się asymetryczne atomy węgla.

Wykorzystywanie i znaczenie cukrów

Cukry proste

GLUKOZA
Glukoza to cukier gronowy. Znajduje się w sokach roślinnych, miodzie, owocach, kwiatach. U zwierząt i ludzi gromadzona jest w postaci formy zapasowej (glikogenu) w mięśniach i wątrobie. Jest podstawowym źródłem energii w organizmach zwierzęcych, rozprowadzana przez krew do komórek, gdzie ulega wieloetapowym przemianom. W końcowym etapie, wskutek doprowadzania dostatecznie dużej ilości tlenu, następuje jej całkowite utlenianie i wydzielanie bardzo dużej ilości energii. Dzięki tej energii komórki wykonują pracę i organizm prawidłowo funkcjonuje. Jeśli organizm jest niedotleniony, nie następuje utlenienie glukozy, nie wydziela się energia komórki i nie wykonuje pracy- organizm odczuwa zmęczenie. Glukoza ma bardzo szerokie zastosowanie. Z powodu swojego słodkiego smaku jest stosowana w przemyśle spożywczym do wyrobu likierów, cukierków, marmolad, sztucznego miodu, kompotów, galaretek owocowych itd. W lecznictwie ma zastosowanie jako najłatwiej przyswajalny przez organizm środek spożywczy (w formie zastrzyków i innej). Poza tym służy jako surowiec do otrzymywania szeregu innych związków.

FRUKTOZA
Fruktoza nazywana jest cukrem owocowym, ponieważ występuje w owocach, sokach roślinnych i miodzie. Spożywamy ją także w sacharozie, którą tworzy wraz z glukozą. Jest również budulcem inuliny - węglowodanu zapasowego niektórych roślin.
Fruktoza posiada słodki smak i dobrze rozpuszcza się w wodzie. Znaczne ilości fruktozy mogą powodować biegunkę i bóle żołądkowo-jelitowe. Powoduje też wyraźne podniesienie cholesterolu. W wątrobie fruktoza zostaje przetworzona w glukozę i w tej postaci wykorzystywana jest przez organizm. W spermie fruktoza spełnia rolę materiału energetycznego plemników. Po spożyciu fruktozy stężenie cukru we krwi nie wzrasta tak gwałtownie jak po spożyciu glukozy, czy sacharozy i następująca odpowiedź trzustki nie jest tak gwałtowna (mniejszy wyrzut insuliny), powoduje to mniejsze obciążenie tego narządu i mniejsze ryzyko odkładania trójglicerydów w podskórnej tkance tłuszczowej, więc do słodzenia potraw i napojów powinniśmy używać właśnie tego cukru.. Fruktoza pod wpływem drożdży, łatwo ulega fermentacji alkoholowej

Cukry złożone

DWUCUKRY

SACHAROZA
Sacharoza jest to najbardziej popularny cukier spożywczy (np. cukier kryształ). Sacharoza składa się z 2 cz. Glukozy 1 cz. Fruktozy, jest dobrze rozpuszczalny w wodzie i słabo w etanolu. Występuje w roślinach, jest cukrem stołowym otrzymywanym z trzciny cukrowej lub buraków cukrowych. Jest powszechnie używany do słodzenia napojów i potraw

LAKTOZA
Laktoza występuje w mleku ssaków, jest to połączenie cząsteczki glukozy i galaktozy. Otrzymuje się ją z serwatki podczas produkcji sera. Stosowana w przemyśle farmaceutycznym jako wypełniacz, w lecznictwie, przemyśle spożywczym i w pirotechnice. Do jego strawienia potrzebny jest enzym laktaza. Przy jego niedoborach mamy do czynienia z nietolerancją laktozy ? objawia się ona wzdęciami, bólami brzucha i biegunką po wypiciu słodkiego mleka.

MALTOZA
Maltoza, nazywana inaczej cukrem słodowym, powstaje w wyniku rozkładu skrobi. Składa się ona z dwóch połączonych kowalencyjnie jednostek a-glukozy. Stosowany jako środek słodzący, do pożywek bakteriologicznych, stabilizator wielosiarczków. Spożyta maltoza wchłaniana jest w jelitach w postaci glukozy. Występuje np. w owocach, których materiałem zapasowym jest skrobia. W procesie dojrzewa owoców zawarta w nich skrobia ulega rozkładowi do glukozy, co nadaje im słodki smak i w tym procesie, jako produkt pośredni, powstają właśnie cząsteczki maltozy (dwie połączone ze sobą cząsteczki glukozy). Podobnie jak glukoza i sacharoza cukier ten ma duże znaczenie jako produkt wyjściowy fermentacji alkoholowe wykorzystywanej w przemyśle piekarsko- ciastkarskim, piwowarskim i gorzelniczym.

WIELOCUKRY

SKROBIA
Skrobia zawarta jest w ziarnach zbóż, ziemniakach, nasionach roślin strączkowych (grochu, fasoli). Jest substancją zapasową roślin, zbudowana z jednostek ? - glukozy. Skrobia magazynowana jest u roślin w postaci ziaren w organellach zwanych plastydami. Hydroliza skrobi i uwalnianie glukozy zaspokaja zapotrzebowanie komórki na energię niezbędną do aktywności metabolicznej. Skrobia i niektóre jej pochodne mają zastosowanie w przemyśle włókienniczym, farmaceutycznym, kosmetycznym, papierniczym, tekstylnym oraz do produkcji klejów. Skrobia stanowi ponad 80% spożywanych przez człowieka węglowodanów. Znajduje się głównie w ziemniakach i produktach zbożowych i jest głównym dostarczycielem energii dla ludzi. Jednak nie wszystkie produkty zawierające skrobię wpływają w taki sam sposób na nasz organizm. Pokarmy, które powstają z wysokooczyszczonych produktów zbożowych (tzn. z białej mąki) dostarczają nam przede wszystkim energii, bo proces oczyszczana oddzielił skrobie od wielu witamin i minerałów zawartych w całych ziarnach. Poza tym pokarmy z białej, oczyszczonej mąki powodują bardzo szybko po spożyciu wzrost stężenia glukozy we krwi i duży wyrzut insuliny- co jest niekorzystne.

GLIKOGEN
Glikogen jest dominującym substratem energetycznym w intensywnych wysiłkach, zbudowany z reszt glukozy połączonych wiązaniem ?-glikozydowym. Glikogen jest cukrem zapasowym, magazynowym w wątrobie i mięśniach szkieletowych na drodze procesu glukogenezy lub glikogenezy. Pod wpływem adrenaliny glikogen oddziela pojedyncze cząsteczki glukozy, które przedostają się z wątroby do Kri i następnie do tkanek, gdzie stanowią źródło energii. Gromadzony jest głównie w komórkach wątroby i mięśni. Jest to materiał zapasowy tkanek zwierzęcych. Czasami nazywany jest skrobią zwierzęcą. Występuje również w bakteriach, grzybach i w ziarnach niektórych gatunków kukurydzy.

CELULOZA
Celuloza jest elementem strukturalnym ścian komórkowych, otaczających komórkę roślinną. Ludzie nie mają enzymów umożliwiających trawienie celulozy, jest ona jednak niezbędnym elementem pożywienia, jako tzw. składnik włókna w diecie, ułatwiającego właściwe funkcjonowanie przewodu pokarmowego. Celulozę stosuje się w papiernictwie, jedwabie sztucznym, lakierach. Wytwarzanie włókien sztucznych jest najważniejszą gałęzią przemysłu opartego na przeróbce celulozy. Do najbardziej uszlachetnionych produktów przerobu celulozy zalicza się tzw. Jedwab sztuczny, podobny pod wieloma względami do naturalnego.

Celuloza, pektyny, hemicelulozy, lignina, gumy i śluzy stanowią tzw. błonnik. Nie jest on trawiony w przewodzie pokarmowym człowieka ze względu na brak odpowiednich enzymów. Ma bardzo duże znaczenie, choć nie pełni funkcji odżywczej. Usprawnia perystaltykę jelit, dzięki czemu zapobiega zaleganiu pokarmu i jego gniciu. Ma także zdolność wiązania wody, zwiększa więc objętość kału zapobiegając nowotworom jelita grubego.

Absorbuje na swojej powierzchni cholesterol, działając przeciw-miażdżycowo. Błonnik jest też pożywką dla bakterii symbiotycznych żyjących głównie w jelicie grubym.

Bakterie te są źródłem cennych witamin, aminokwasów i hormonów.