Rys. Podział węglowodanów według budowy chemicznej

Ze względów żywieniowych węglowodany dzieli się na przyswajalne i nieprzyswajalne. Węglowodany przyswajalne są trawione i wchłaniane w jelicie cienkim, a następnie biorą udział w metabolizmie komórkowym. Głównymi węglowodanami przyswajalnymi są monosacharydy (glukoza i fruktoza), disacharydy (sacharoza, laktoza), malto-oligosacharydy oraz skrobia. Węglowodany nieprzyswajalne to nietrawione i niewchłaniane w jelicie cienkim związki, które przechodzą przez jelito kręte jako niestrawiona pozostałość. Częściowo są one hydrolizowane przez drobnoustroje okrężnicy. Do węglowodanów nieprzyswajalnych zalicza się: celulozę, hemicelulozę, pektyny, oporne oligosacharydy, skrobię oporną, które wchodzą w skład błonnika pokarmowego.

Błonnik stanowi niejednorodną chemicznie frakcję, poza węglowodanami nieprzyswajanymi w jego skład wchodzą m.in. ligniny woski, gumy. Zgodnie z obowiązującą w prawie Unii Europejskiej definicją błonnik pokarmowy „oznacza polimery węglowodanowe z co najmniej trzema jednostkami monomerów, które nie są trawione ani wchłaniane w jelicie cienkim człowieka i należą do następujących kategorii:

• jadalne polimery węglowodanowe naturalnie występujące w żywności przygotowanej do spożycia,
• jadalne polimery węglowodanowe otrzymane z surowców żywnościowych za pomocą środków fizycznych, enzymatycznych lub chemicznych, których korzystne efekty fizjologiczne potwierdzają powszechnie uznane dowody naukowe,
• jadalne syntetyczne polimery węglowodanowe, których korzystne efekty fizjologiczne potwierdzają powszechnie uznane dowody naukowe.

Te dwa ostatnie określenia tej definicji są związane z rozwojem technologii żywności, która dziś pozwala na różne drogi pozyskiwania nieprzyswajalnych węglowodanów, spełniających niekiedy rolę dodatków funkcjonalnych w żywności.

Poza ww. podziałem stosowanych jest wiele innych pojęć dotyczących węglowodanów bądź ich frakcji. Jednym z nich jest termin „węglowodany ogółem”, pojawia się on w bazach danych i tabelach składu i wartości odżywczej obejmuje swoim zakresem węglowodany przyswajalne i nieprzyswajalne.

W prawie Unii Europejskiej na potrzeby etykietowania żywności przyjęto definicje węglowodanów i cukrów. „Węglowodany – oznaczają wszelkie węglowodany, które podlegają procesom metabolizmu w organizmie człowieka, łącznie z alkoholami wielowodorotlenowymi”. „Cukry – oznaczają wszelkie cukry proste i dwucukry obecne w żywności, z wyjątkiem alkoholi wielowodorotlenowych”.

Ponadto eksperci FAO/WHO przyjęli określenie „cukry proste” obejmujące monosacharydy i disacharydy występujące w żywności. Natomiast pojęcie „cukier” oznacza, sacharozę powszechnie dodawaną do żywności jako cukier buraczany bądź trzcinowy.

Poza węglowodanami występującymi naturalnie w pożywieniu, w nieprzetworzonych owocach i warzywach oraz w mleku, wyróżnia się cukry dodane. Terminem „cukry dodane” określa się węglowodany, które pochodzą z dodanych do produktu w procesie produkcji, np. cukru białego/brązowego, syropów glukozowo-fruktozowych, miodu, melasy cukrowej, krystalicznej dekstrozy. W rekomendacjach WHO z 2015 r. zostało podane określenie „cukry wolne”, które odnosi się do wszystkich cukrów – monosacharydów (jak glukoza i fruktoza), disacharydów (sacharoza i cukier rafinowany) dodawanych w procesie produkcji, podczas gotowania potraw, stosowanych przez konsumentów, a także cukrów występujących naturalnie w miodzie, syropach, sokach owocowych i przetworach owocowych.

Natomiast EFSA podaje następujące definicje: „cukry dodane” – mono- i disacharydy dodawane do żywności jako składniki podczas przetwarzania lub przygotowywania w domu oraz cukry spożywane osobno lub dodawane do żywności na stole oraz „cukry wolne” – cukry dodane oraz cukry naturalnie występujące w miodzie, syropach, sokach owocowych i koncentratach soków owocowych. 

Brak jednej powszechnie obowiązującej definicji „cukrów dodanych” stwarza wiele problemów w ocenie wyników badań, formułowaniu na ich podstawie wniosków dotyczących wpływu cukrów na zdrowie człowieka, jak i opracowaniu zaleceń dotyczących spożycia cukrów. Widząc ten problem gremia eksperckie podejmują pracę nad przyjęciem jednej definicji „cukrów dodanych”, „cukrów wolnych”.

Funkcje fizjologiczne

Węglowodany przyswajalne są podstawowym źródłem łatwo przyswajalnej energii. Spalanie 1 g węglowodanów dostarcza 16 kJ (4 kcal). Końcowym produktem metabolicznym jest dwutlenek węgla i woda. Uzyskana energia wykorzystywana jest m.in. do utrzymania ciepłoty ciała, pracy narządów wewnętrznych oraz aktywności ruchowej. Spożyte węglowodany są rozkładane do monosacharydów, wchłaniane do krwi i tą drogą przenoszone do wątroby. W wątrobie są przekształcane w glukozę, która jest cukrem fizjologicznym, występującym w stanie wolnym w organizmie człowieka. Stanowi ona paliwo metaboliczne dla mózgu, rdzenia nerwowego i erytrocytów, jak również dla mięśni, jelit czy serca. Jej bezpośrednie wykorzystanie przez komórki wiąże się z utrzymaniem stałego stężenia glukozy we krwi i warunkuje prawidłowe funkcjonowanie ośrodkowego układu nerwowego oraz krwinek czerwonych, które nie mogą korzystać z innych źródeł energii. W prawidłowych warunkach mózg dorosłego człowieka zużywa około 140 g glukozy/dobę (co stanowi około 20 % podstawowej przemiany energii), a erytrocyty około 40 g glukozy/dobę. Węglowodany są niezbędne do utleniania kwasów tłuszczowych. Przy ich niedostatecznej podaży, kwasy tłuszczowe nie ulegają całkowitemu spaleniu i powstają ciała ketonowe, które zakwaszają organizm. Węglowodany po przekształceniu w trójwęglowe prekursory są wykorzystywane do syntezy aminokwasów glukogennych, m.in.: alaniny, kwasu glutaminowego, kwasu asparaginowego, proliny.

W organizmie człowieka tylko niewielkie ilości węglowodanów są magazynowane (350–450 g), przede wszystkim w postaci glikogenu zawartego w mięśniach w ilości 175–350 g i w mniejszej ilości w wątrobie (60–120 g). Glikogen zawarty w tkance mięśniowej jest wykorzystywany bezpośrednio do pracy mięśni w trakcie aktywności fizycznej, zaś znajdujący się w wątrobie jest źródłem glukozy przechodzącej do krwi (zapewnia utrzymanie prawidłowego stężenia glukozy między posiłkami). Organizm precyzyjnie reguluje stężenie glukozy we krwi, ale przy niedostatecznej podaży węglowodanów w diecie dochodzi do glikogenolizy lub, jeśli zapasy węglowodanów zostaną wyczerpane, do glukoneogenezy – syntezy glukozy ze źródeł niecukrowych.

Ryboza i deoksyryboza stanowią podstawowe elementy strukturalne kwasów DNA i RNA, które są nośnikiem cech dziedzicznych, umożliwiają przepływ informacji genetycznych oraz zapewniają przebieg wszystkich procesów metabolicznych. Laktoza pomaga we wchłanianiu wapnia.

Węglowodany występują w organizmie w połączeniu z białkami i lipidami (glikoproteiny, glikolipidy), są wykorzystywane do budowy struktur komórkowych, odgrywają kluczową rolę w procesach rozpoznawania komórkowego.

Błonnik pokarmowy może korzystnie wpływać na zdrowie człowieka i pomagać w zapobieganiu określonym chorobom przewlekłym, które zwiększają ryzyko zgonu i skracają oczekiwaną długość życia. Udokumentowano wiele zdrowotnych właściwości błonnika pokarmowego. Obejmują one działanie lecznicze i zapobiegawcze w przypadku chorób takich jak: otyłość, niektóre rodzaje nowotworów, choroby układu krążenia, cukrzyca typu 2 i zaparcia. Błonnik zmniejsza czas pasażu jelitowego i zwiększa objętość stolca, stymuluje procesy fermentacyjne w jelicie grubym, redukuje we krwi stężenie cholesterolu ogółem i frakcji LDL cholesterolu, obniża poposiłkowe stężenie glukozy we krwi i/lub obniża poziom insuliny.

Zapotrzebowanie

Zalecany udział węglowodanów w diecie powinien uwzględnić ilość energii, jaką należy zapewnić, po uwzględnieniu energii dostarczonej przez spożyte białko  i tłuszcz.

Zapotrzebowanie na węglowodany przyswajalne nie jest dokładnie poznane. Przyjmuje się, że spożycie od 50 do 100 g węglowodanów na dobę zapobiega ketozie. Szacuje się, że spożycie 130 g węglowodanów na dobę dla dzieci powyżej 1. r.ż. i dla osób dorosłych jest wystarczające do pokrycia zapotrzebowania mózgu na glukozę. Jednakże poziomy te są niewystarczające dla zaspokojenia potrzeb energetycznych w stosunku do zalecanych poziomów spożycia tłuszczu i białka.

W odniesieniu do błonnika pokarmowego nie ma określonego zapotrzebowania, są próby formułowania poziomu zalecanego dziennego spożycia.

Jak dotąd brak jest wystarczających danych naukowych, aby określić średnie zapotrzebowanie (EAR), a tym samym obliczyć RDA dla błonnika pokarmowego. Stąd zalecenia podawane w różnych krajach odnoszą się do wartości wystarczającego spożycia (AI). Zostały one opracowane na podstawie obserwacji wskazujących, że odpowiednie spożycie włókna pokarmowego zapewnia korzyści zdrowotne związane z czynnością jelit, utrzymaniem lub obniżeniem poziomu cholesterolu we krwi, modulowaniem poposiłkowej odpowiedzi glikemicznej lub ochroną przed niektórymi chorobami. Obecnie zalecenia te są zróżnicowane w różnych krajach i najczęściej dla osób dorosłych wahają się od 18 do 38 g/dobę.

Normy na węglowodany i błonnik pokarmowy dla populacji Polski

Normy na węglowodany zostały ustalone jako referencyjny zakres spożycia (RI). Dla zalecanego udziału węglowodanów ogółem w diecie dla dzieci powyżej 1. r.ż. i osób dorosłych wynoszą 45–65 % energii całodziennej diety, w tym udział energii z cukrów dodanych/cukrów wolnych nie więcej niż 10 %.

Dla niemowląt od ukończenia 6 m. ż. przyjęto wartości według wytycznych Polskiego Towarzystwa Gastroenterologii, Hepatologii i Żywienia Dzieci z 2014 r. Węglowodany mają uzupełniać wartość energetyczną posiłku. W drugim półroczu życia dziecka powinny stanowić 45–55 % energii całodziennej diety. Należy ograniczyć spożycie wolnych cukrów, u dzieci ≥ 2. roku życia i nastolatków powinny one stanowić < 5 % energii całodziennej diety, a u niemowląt i młodszych dzieci ich spożycie powinno być jeszcze mniejsze.

Szczegółowe informacje dotyczące norm na białko podane są w rozdziale → Węglowodany.