Hiilihydraatti: Hiiliyhdisteryhmä

Hiilihydraatit jaetaan sokereihin ja sokereiden varastomuotona toimiviin tärkkelykseen ja glykogeeniin sekä kasvien rakennusaineina toimiviin selluloosaan ja hemiselluloosaan.

Hiilihydraattien empiirinen kaava on C_m(H₂O)_n. Sana hiilihydraatti tulee suoraan sen rakennekaavasta, hiilen hydraatti.

Hiilihydraatti on yksi kolmesta perusravintoaineesta. Hiilihydraatit jaetaan ravitsemustieteessä sokereihin, tärkkelykseen ja ei-liukoiseen ravintokuituun. Yksinkertaisemmat hiilihydraatit eli mono- ja disakkaridit kuuluvat ihmisen energiaravintoaineisiin. Glukoosi varastoidaan kasveissa tärkkelyksenä ja eläimissä glykogeenina. Polysakkaridit selluloosa ja hemiselluloosa toimivat kasvien rakennusaineina.

Yleisimmät elintarvikkeiden disakkaridit ovat sakkaroosi eli pöytäsokeri, maidon laktoosi sekä oluen maltoosi. Tärkkelys ja selluloosa ovat elintarvikkeiden yleisimmät polysakkaridit.

Yksinkertaiset hiilihydraatit tuottavat ravintona 3,87 kilokaloria energiaa per gramma, ja monimutkaisemmat hiilihydraatit 3,57–4,12 kilokaloria per gramma.

Suuria hiilihydraattipitoisuuksia esiintyy etenkin kasveista valmistetuissa prosessoiduissa elintarvikkeissa, kuten sokeri, makeiset, leivonnaiset, hillot, hedelmämehut, virvoitusjuomat, leivät, pastat ja aamiaismurot. Monet eläinperäiset ruoka-aineet eivät sisällä lainkaan hiilihydraattia, mutta useimmat maitotuotteet sisältävät hiukan hiilihydraattia.

 

Kemiassa hiilihydraatit ryhmitellään sokeriyksiköiden lukumäärän mukaan yksinkertaisiin sokereihin eli monosakkarideihin, yhdistettyihin sokereihin eli disakkarideihin, oligosakkarideihin ja polysakkarideihin sekä koostumuksen mukaan heterosakkarideihin. Monosakkarideissa on 3–7 CH₂O-perusyksikköä ja ne jaetaan aldooseihin ja ketooseihin C=O-ryhmän sijoittumisen mukaan. Yksinkertaisin monosakkaridi on glyseraldehydi, jossa on kolme hiiltä, ja tavallisimpia ovat glukoosi, fruktoosi ja riboosi. Monosakkaridit nimetään hiiliatomien määrän mukaan, esimerkiksi 6-hiiliset ovat heksooseja ja 5-hiiliset pentooseja. Pyranooseissa on 6-atominen rengas ja furanooseissa 5-atominen. Glyseraldehydi kuuluu triooseihin.

Polysakkaridit voidaan jakaa homopolysakkarideihin, jotka koostuvat samanlaisista sakkaridiyksiköistä, ja heteropolysakkarideihin, joissa on erilaisia sakkaridiyksiköitä. Tärkeimpiä polysakkarideja ovat tärkkelys ja selluloosa.

 

Hiilihydraatit ovat elimistömme pääasiallinen ravinnonlähde, mutta ne eivät kuitenkaan ole ihmiselle välttämättömiä ravintoaineita. Hiilihydraattien runsaan saannin on havaittu lisäävän elimistön tiamiinin tarvetta.

Jotkin yksinkertaiset hiilihydraatit kuten fruktoosi nostavat verensokeria hitaasti, kun taas jotkin monimutkaisemmat hiilihydraatit, kuten perunan ja viljatuotteiden sisältämä tärkkelys, nostavat verensokeria nopeasti eli ovat nopean glykeemisen indeksin ruoka-aineita. Hiilihydraattien metabolia riippuu monesta eri tekijästä; mitä ravintoaineita on syöty hiilihydraattien kanssa, miten ruoka on valmistettu, yksilöllisistä eroista aineenvaihdunnassa ja hiilihydraattien kemiallisesta koostumuksesta. Aineenvaihdunnan yksilölliset erot aiheuttavat sen, että yksilöillä on hyvin erilainen kyky sietää hiilihydraattien aiheuttamaa glykeemistä kuormaa kehittämättä metabolisen oireyhtymän, kakkostyypin diabeteksen ja lihomisen riskiä lisäävää insuliiniresistenssiä.

Polysakkaridit kuten resistentti tärkkelys kasvattavat myös ulosteen määrää ja tekevät siitä vesipitoista. Tämä johtuu siitä, että ulosteeseen kertyy eläviä ja kuolleita bakteereita. Ulosteen paino lisääntyy lähes kahdella grammalla jokaista nautittua grammaa kohden, jolloin ulosteen määrä lisääntyy noin 40 prosenttia. Hiilihydraatteja tarvitaan elimistössä kasvuun, lihastyöhön, lämmön ylläpitämiseen, aineenvaihduntaan sekä hermoston ja elinten toimintaan.^{kenen mukaan?}

Tärkein elimistön sokeri on glukoosi, joka on aivojen yksinomainen energianlähde. Glukoosia voidaan varastoida elimistössä glykogeeniksi joko maksa- tai lihassoluihin. Maksasolujen glykogeenista pilkkoutuu tarvittaessa glukoosia elimistön ravintoaineeksi, mutta lihassolut käyttävät varastoimansa glykogeenin omiin energiatarpeisiinsa, eikä sitä siis vapaudu verenkiertoon. Glukoosia voidaan valmistaa maksassa ja jonkin verran munuaisissa maitohaposta, aminohapoista sekä rasvojen glyseroliosasta. Eläinsolu ei voi valmistaa glukoosia rasvahapoista, vaan niistä muodostuu ketoaineita, joita aivot ja sydänlihas voivat käyttää ravinnokseen.

Pilkkoutuminen

Ravinnon sisältämät imeytyvät hiilihydraatit pilkkoutuvat suolistossa verenkiertoon kulkeutuviksi glukoosi-, galaktoosi- ja fruktoosimolekyyleiksi, joita kutsutaan monosakkarideiksi eli yksinkertaisiksi sokereiksi koska ne muodostuvat vain yhdestä sokerimolekyylistä.

Hiilihydraatteja pilkkovia entsyymejä on elimistössä useita. Suussa tärkkelyksen hydrolyysin aloittaa syljen amylaasi, jota on vain suurten sylkirauhasten erittämässä seroosissa syljessä. Tärkkelyksen pilkkominen maltoosiksi jatkuu pohjukaissuolessa, jossa on haiman erittämää amylaasia. Myös ohutsuolen seinämästä erittyy hiilihydraatteja pilkkovia entsyymejä, jotka ovat disakkaridaaseja. Maltoosia pilkkoo maltaasi kahdeksi glukoosimolekyyliksi. Laktoosia pilkkoo laktaasi glukoosiksi ja galaktoosiksi. Sakkaraasi puolestaan pilkkoo sakkaroosia glukoosiksi ja fruktoosiksi. Glukoosi, galaktoosi ja fruktoosi siirtyvät ohutsuolen seinämän läpi verenkiertoon.

Glykogeenin pilkkoutumisen saa maksassa aikaan glukagoni ja lihaksessa adrenaliini. Hydrolyysin sijaan glykogeeni pilkkoutuu fosforolyyttisesti, eli glukoosiyksiköiden väliin sitoutuu vesimolekyylin sijasta fosforihappo. Näin saadaan glukoosi-1-fosfaattia, joka voidaan syöttää glykolyysiin.

Ihminen pystyy käyttämään hyväkseen tärkkelystä ja sokereita, muttei selluloosaa, sillä ihmiseltä puuttuvat sen hajotukseen tarvittavat entsyymit.

Tarve

Hiilihydraatit eivät ole ihmiselle täysin välttämättömiä ravintoaineita, koska ihmisen elimistö kykenee muodostamaan tarvitsemansa glukoosin ravinnosta saadusta proteiinista ja/tai rasvasta. Tätä kutsutaan glukoneogeneesiksi.

Suomen valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan päivittäisen ravinnon energiasta 45–60 energiaprosenttia pitäisi olla peräisin hiilihydraateista. Alkoholijuomien sisältämiä hiilihydraatteja ei kuitenkaan oteta laskelmassa huomioon. Elintarvikkeisiin lisättyjen sokereiden kuten sakkaroosin, fruktoosin ja glukoosin yhteismäärä ei saisi ylittää 10 energiaprosenttia.

Suomalaisissa ravitsemussuosituksissa suositellaan, että hiilihydraatit tulisi saada pääosin kuitupitoisista ruoka-aineista. Kuitupitoisella ravinnolla tai ravinnon kuitulisillä on todettu olevan laihtumista ja painonhallintaa tukevaa vaikutusta. Muita terveysvaikutuksia koskevat tutkimustulokset ovat ristiriitaisia eivätkä pelkästään positiivisia.

Kuitua on etenkin kaakaossa, pavuissa, pähkinöissä, täysjyväviljoissa, marjoissa, vihanneksissa ja hedelmissä.

Saanti

Hiilihydraattien osuus ravinnosta on maailman suurimpiin valtioihin kuuluvassa Intiassa lähes 75 energiaprosenttia, josta suurin osa on peräisin valkoisesta riisistä ja vehnäjauhosta. Euroopassa hiilihydraatteja nautitaan eniten Tšekissä ja Norjassa ja vähiten Kreikassa ja Espanjassa.

Yhdysvalloissa hiilihydraattien osuus ravinnon kokonaisenergiasta tippui vuosien 1965-2019 välissä 39 prosentista 51 prosenttiin. Yhdysvaltalaisten keskimääräinen hiilihydraattien saanti oli vuonna 2001 julkaistun tutkimuksen mukaan 210 grammaa vuorokaudessa, ja vähiten hiilihydraatteja kuluttava 5 prosenttia väestöstä nautti keskimäärin 128 grammaa hiilihydraattia vuorokaudessa.

Finravinto 2017 -haastattelututkimukseen osallistuneet suomalaiset arvioivat nauttivansa keskimäärin noin 200 grammaa hiilihydraattia päivässä (naiset noin 180, miehet 220). Hiilihydraattien osuus työikäisten energiankulutuksesta oli Finravinto-kyselyn mukaan keskimäärin 43 energiaprosenttia vuonna 2012. Kyseisen tutkimuksen osanottajat saattavat kuitenkin nauttia keskimääräistä vähemmän hiilihydraatteja, koska todellinen väestötason tilastoitu kulutus oli ollut kokonaiset 362 grammaa vuorokaudessa kahta vuotta aikaisemmin.

Leipä on suomalaisilla keskeinen hiilihydraattien lähde ja muita huomattavia lähteitä ovat leivonnaiset, hedelmät, peruna, maitotuotteet ja makeiset. Sokerin osuus suomalaisten nauttimista hiilihydraateista ylittää enimmäissuosituksen.

Terveysvaikutukset

Kuolleisuus

Vuonna 2017 julkaistun maailmanlaajuisen Prospective Urban-Rural Epidemiology study (PURE), jonka tuloksena oli, että sillä väestöviidenneksellä, joka sai ravinnosta eniten hiilihydraatteja, esiintyi 28 prosenttia enemmän kuolemantapauksia kuin sillä viidenneksellä, joka nautti vähiten hiilihydraatteja. Tutkimuksessa oli yli 135 000 osanottajaa eri tulotasoa edustavista maista. Saadut tulokset suhteutettiin osanottajien koulutukseen, tulotasoon, tupakointiin, fyysiseen aktiivisuuteen, keskivartalolihavuuteen, diabetekseen sekä asumiseen maalla tai kaupungissa.

Ravitsemusterapeutti Reijo Laatikaisen mukaan kyseisen tutkimuksen pääviesti olisi ollut: ”Vältä runsasta puhdistetun viljan ja sokerin eli höttöhiilareiden käyttöä ja käytä runsaasti vihanneksia, juureksia, hedelmiä, marjoja sekä papuja, linssejä ja herneitä.” Tutkimusraportissa ei kuitenkaan eritelty tai käsitelty puhdistettua viljaa tai kokojyväviljaa tai sokerin osuutta ravinnon hiilihydraateista.

Hammasmätä

Ravinnon sisältämät hiilihydraatit, etenkin suuren glykeemisen indeksin omaavat, lisäävät suussa elävien hammasmätää ja ientulehdusta aiheuttavien bakteerien määrää ja häiritsevät myös hampaiden kiinnityskudosten aineenvaihduntaa.

Suolistosairaudet

Niillä naisilla, jotka saavat päivittäisestä ravinnostaan suurimman glykeemisen kokonaiskuorman, esiintyy lähes kolme kertaa enemmän paksusuolen syöpää kuin niillä naisilla, joilla on pienin glykeeminen kokonaiskuorma.

Leivonnaisten ja muiden sokerilla makeutettujen valmisruokien nauttiminen lisää Crohnin taudin ja haavaisen paksusuolen esiintyvyyttä.

Aivoterveys

Paljon hiilihydraattia sisältävä ateria keskimäärin kymmenkertaistaa veren insuliinipitoisuuden normaalivartaloisilla ja jopa 50-kertaistaa sen joillain yksilöillä. Veren liiallinen insuliinipitoisuus johtaa siihen, ettei insuliinia hajottavaa entsyymiä (IDE) riitä enää aivojen beta-amyloidiplakkien riittävään hajotukseen.

Metabolinen oireyhtymä

Aterian sisältämät hiilihydraatit nostavat metabolisen oireyhtymän omaavilla potilailla veren palmitoleiinihappopitoisuutta, mikä lisää matala-asteisen tulehduksen, sydän- ja verisuonitautien, diabeteksen ja eturauhassyövän riskiä.

Sydän- ja verisuonisairaudet

Vuonna 2006 julkaistun tutkimuksen mukaan naisilla, jotka saavat päivittäisestä ravinnostaan suurimman glykeemisen kokonaiskuorman, esiintyy lähes kaksi kertaa enemmän sydän- ja verisuonisairauksia, kuin niillä naisilla, joilla on pienin glykeeminen kokonaiskuorma. Glykeeminen kuorma ilmentää sitä, kuinka nopeasti ja kuinka paljon erilaiset hiilihydraatit nostavat verensokeria eli veren glukoosipitoisuutta. Ravinnon glykeeminen kuorma heijastelee sekä nautittujen hiilihydraattien määrää, että niiden laatua. Tutkimuksen koehenkilöinä oli yli 80 000 yhdysvaltalaista sairaanhoitajaa, joiden terveyttä seurattiin kahdenkymmenen vuoden ajan.

Diabetes

Vuonna 2010 julkaistussa hollantilaisessa väestötutkimuksessa havaittiin, että keskivertoa tärkkelyspitoisempaa ravintoa nauttineet sairastuivat 25 prosenttia useammin diabetekseen keskimäärin kymmenen vuotta kestäneen seuranta-ajan kuluessa. Riskitekijöinä huomioitiin muun muassa alkoholi, vähäinen liikunta, iso vyötärönympärys, suuri painoindeksi ja energiansaanti, tupakointi, korkea verenpaine ja lähisukulaisten sairastavuus. Tutkimuksen otos oli 38 000 henkeä.

Runsaasti hiilihydraattia sisältävissä ruoka-aineissa muodostuu akryyliamidia, jos niitä kuumennetaan yli 120 asteessa. Euroopan elintarviketurvallisuusviranomainen EFSA on arvioinut, että elintarvikkeiden sisältämä akryyliamidi saattaa lisätä kuluttajien riskiä sairastua syöpään. Ison-Britannian elintarvikeviraston mukaan englantilaisten nauttimassa ravinnossa on liikaa akryyliamidia. Akryyliamidin saantia voidaan vähentää rajoittamalla perunalastujen, leivän, aamiaismurojen, keksien ja leivonnaisten syöntiä ja leivän, ranskalaisten perunoiden ja muiden tärkkelyspitoisten ruokien paahtamista ruskeaksi.

Yhdysvaltojen senaatin asettama ravitsemuskomitea suositteli vuonna 1977 valmistuneessa raportissaan ihmisiä muuttamaan ruokavaliotaan siten, että 55–60 prosenttia energiansaannista tulisi tärkkelyksen tapaisista polysakkarideista.

• Glykeeminen indeksi
• Hydraatti
• Vähähiilihydraattinen ruokavalio

 

Wiki Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Hiilihydraatti.

• Opetus.tv: Kemian etäopiskeluympäristö, Hiilihydraatit
• Fineli: Imeytyvän hiilihydraatin lähteet ruoka-aineissa