Kohlenhydrate – Wissenwertes und modifizierte Zufuhr

Kohlenhydrate sind chemisch betrachtet eine Klasse der Kohlenwasserstoffe und bestehen aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Hierzu gehören neben bekannten Einfach-, Zweifach- und Mehrfachzuckern auch die sogenannten Oligosaccharide.

Die auch als Saccharide bezeichneten Zucker sind an der Endung -ose zu erkennen, beispielsweise Fruktose. Das Wort Zucker wird allerdings eher für Mono- und Disaccharide verwendet. Mit Haushaltszucker ist Saccharose gemeint.

Einteilung

Einfachzucker (Monosaccharide)

Einfachzucker (Monosaccharide) bestehen aus einem einzigen Zuckermolekül. Diese werden im Dünndarm sehr schnell aufgenommen und gelangen über die Blutbahn (schneller Blutzuckeranstieg) zur Leber und zu den Zellen bzw. Geweben.

  • Glukose (Traubenzucker)
  • Fruktose (Fruchtzucker)
  • Galaktose (Schleimzucker)

Zweifachzucker (Disaccharide)

Zweifachzucker (Disaccharide) sind aus zwei gleichen oder unterschiedlichen Einfachzuckern aufgebaut. Vor der Aufnahme im Dünndarm zerlegen Enzyme diese in ihre jeweiligen kleinsten Bestandteile. Auch hier sind die Aufnahmegeschwindigkeit und damit der Anstieg des Blutzuckers relativ hoch.

  • Laktose (Milchzucker)
  • Saccharose (Haushaltszucker)
  • Maltose (Malzzucker)
  • Laktulose
  • Trehalose

Mehrfachzucker (Oligosaccharide)

Mehrfachzucker (Oligosaccharide) setzen sich aus 3 bis 10 Einfachzuckern zusammen und kommen in freier Form nur in pflanzlichen Nahrungsmitteln vor.

  • Raffinose
  • Maltotriose
  • Verbascose
  • Stachyose

Vielfachzucker (Polysaccharide)

Vielfachzucker (Polysaccharide) bestehen aus mindestens 10 miteinander verknüpften Einfachzuckern. Unterschieden werden dabei Glukane (aus Glukose aufgebaut) und Fruktosane (aus Fruktose aufgebaut). Prinzipiell kann zwischen verdaulichen und unverdaulichen Polysacchariden (siehe Ballaststoffe) unterschieden werden.

  • Stärke
  • Glykogen
  • Dextrane
  • Dextrine

Glykosamino-glykane

Glykosaminoglykane setzen sich aus repetitiven, das heißt aus sich wiederholenden Disaccharideinheiten zusammen und stellen die Kohlenhydratseitenketten der hochmolekularen Proteoglykane dar. Proteoglykane sind durch einen großen Polysaccharid- beziehungsweise Kohlenhydratanteil (80-94 %) und einen kleinen Proteinanteil (6-20 %) gekennzeichnet und machen zusammen mit den Kollagenen den Hauptbestandteil der extrazellulären Grundsubstanz des Gelenkknorpels sowie der Gelenkflüssigkeit aus.

  • Hyaluronsäure
  • Heparin 
  • Heparansulfat
  • Chondroitinsulfat oder Dermatansulfat
  • Keratansulfat

Verdauung und Aufnahme

Mund

Die enzymatische Spaltung der mit der Nahrung aufgenommenen Vielfachzucker (Stärke, Glykogen) beginnt durch die Aktivität des im Mundspeichel enthaltenen Enzyms Alpha-Amylase (Ptyalin). Aus dem Abbau gehen Mehrfachzucker (Maltotriose) und Zweifachzucker (Maltose, Isomaltose) hervor. Je länger die Nahrung im Mund verweilt, desto mehr Stärke wird gespalten.

Dünndarm

Das im Pankreassekret enthaltene Enzym Alpha-Amylase spaltet im Duodenum die übrigen Poly- und Oligosaccharide in Zweifachzucker (Saccharose, Maltose, Laktose). Die in der Bürstensaummembran lokalisierten Enzyme Lactase, Isomaltase/ Maltase und Saccharase spalten die Zweifach- schließlich in Einfachzucker (Galaktose, Glukose und Fruktose), damit diese in die Darmschleimhautzellen (Mukosazellen) aufgenommen werden können. Die Monosaccharide werden über verschiedene Transportmechanismen von den Darmschleimhautzellen aufgenommen.

Blut

Glukose und Galaktose gelangen über einen sekundär-aktiven, Natrium-gekoppelten Transport in die Zellen. Bei hohen Konzentrationen gelangen Glukose und Galaktose über spezifische Transporter in die Zelle. Fruktose wird konzentrationsabhängig passiv durch erleichterte Diffusion aufgenommen. Aus den Darmschleimhautzellen gelangen die Monosaccharide in den Blutkreislauf (vom Pfortaderblut) zur Leber.

Physiologische Wirkungen/ Funktionen

Energielieferant

Werden ausreichend Kohlenhydrate über die Nahrung aufgenommen, werden diese hauptsächlich zur Energiegewinnung herangezogen. Die Eiweiße werden in diesem Fall gespart und können anderweitig genutzt werden. Andersherum wird bei unzureichender Kohlenhydrataufnahme, fehlender Verwertungsmöglichkeit von Fett oder bei Nahrungsmangel das Körpereiweiß durch die Glukoneogenese zu Glukose abgebaut. Kohlenhydrate liefern rund 4 kcal pro Gramm.

Süßungsmittel

Die einzelnen Zucker- bzw. Kohlenhydratmoleküle besitzen eine unterschiedliche Süßkraft und technologische Eigenschaften, die sich die Lebensmittelindustrie zunutze macht.

Eine Tabelle mit der Süßkraft der verschiedenen Kohlenhydrate ist im Handout „Kohlenhydrate und kohlenhydratmodifizierte Zufuhr“ enthalten, das im Medienshop erworben/heruntergeladen werden kann

Bedarf/ Zufuhrempfehlungen

Kohlenhydrate sind nicht essenziell, sodass es keinen Mindestbedarf gibt. Die Fachgesellschaften von Österreich, Schweiz und Deutschland geben Zufuhrempfehlungen heraus, die für die Gesamtkohlenhydratmenge bei 55 % der täglichen Energiezufuhr liegt. Diese Empfehlungen sind in Expertenkreisen aber durchaus umstritten.

Einflüsse auf Bioverfügbarkeit

abnehmende Partikelgröße (↑)

Mit zunehmender Verarbeitung sinkt die Partikelgröße. Dadurch steigt das Wasserabsorptionsvermögen, was zu einer größeren Angriffsfläche für Enzyme führt.

steigender Grad der Verkleisterung (↑)

Durch die Verkleisterung der Stärke steigt das Wasserabsorptionsvermögen, was zu einer größeren Angriffsfläche für Enzyme führt.

steigender Ballaststoffgehalt (↓)

Ballaststoffe verzögern die Magenentleerung, quellen auf und verlangsamen dadurch die Nährstoffaufnahme im Darm. Im natürlichen botanischen Verbund schließen Ballaststoffe die Stärkekörnchen ein und stellen eine Barriere für Verdauungsenzyme dar [Jun 2002].

steigender Anteil an resistenter Stärke (↓)

Resistente Stärke ist durch Enzyme nicht angreifbar, wodurch der Anteil an verwertbaren Kohlenhydraten sinkt [Fer 2005].

Amylose-/ Amylopektin-Verhältnis (↓)

Amylose ist aufgrund der linearen Struktur für Enzyme schlechter angreifbar und wird somit langsamer aufgenommen als das verzweigtkettige Amylopektin. Ein gutes Beispiel liefert Reis: Basmati-Reis hat gekocht einen GI von 59, während Jasmin-Reis gekocht einen GI von 109 hat [Atk 2008].

steigender Eiweiß-/ Fettgehalt (↓)

Fette verzögern die Magenentleerung [Mac 2003]. Das Gleiche gilt vermutlich für Eiweiß [Vol 1996].

Austausch von Glukose durch Fruktose (↓)

Fruktose wird langsamer aus dem Darm aufgenommen und in der Leber umgebaut, was zu einer Verzögerung der Aufnahme im Blut führt.

zunehmende Garzeit (↑)

Kohlenhydrate in rohen Lebensmitteln werden langsamer aufgenommen. Mit zunehmender Garzeit werden Zellwände zerstört und die enthaltenen Kohlenhydrate sind leichter verfügbar.

Gehalt an Enzyminhibitoren (↓)

Enzyminhibitoren, Lektine, Phytinsäure, Tannine und Saponine in Getreide, Hülsenfrüchten, Nüssen und Samen verlangsamen die Stärkeverdauung und die Aufnahme der Kohlenhydrate.

↓ Bioverfügbarkeit sinkt; ↑ Bioverfügbarkeit steigt

Beurteilungsmöglichkeiten der Kohlenhydratqualität

Glykämischer Index und glykämische Last

Definitionen

Der glykämische Index ist definiert als das Maß für die Blutglukosewirksamkeit nach Zufuhr von 50 g verwertbaren Kohlenhydraten mit einem Testlebensmittel. Oder pragmatisch ausgedrückt: Der glykämische Index (GI) beschreibt das Ausmaß des Blutzuckeranstiegs nach dem Verzehr eines Lebensmittels. Dabei gelten 50 g Glukose mit dem Wert von 100 % als Referenz.

Lebensmittel mit einem hohen GI führen zu einem rascheren Anstieg und einem höheren Maximalwert des Blutzuckers als solche mit einem niedrigen GI [Fos 2002]. Damit ist der GI quasi ein Maß für die ernährungsphysiologische Qualität der verzehrten Kohlenhydrate.

Das Ausmaß des Blutzuckeranstiegs wird aber zusätzlich durch die tatsächlich zugeführte Kohlenhydratmenge beeinflusst. Deshalb wurde der Begriff der glykämischen Last (GL) eingeführt. Diese wird aus dem glykämischen Index und der verwertbaren Kohlenhydratmenge (in Gramm) pro Portion eines Lebensmittels berechnet. Die GL gilt als Indikator des Blutzuckeranstiegs nach dem Verzehr einer Lebensmittelportion bzw. des dadurch ausgelösten Insulinbedarfs [Bao 2011] [Bra 2003].

Beispiele

  • 1 Scheibe Weißbrot (GI = 73 %) enthält 14 g Kohlenhydrate: GL = 0,73 x 14 = 10,2.
  • 100 g rohe Möhren (GI = 30 %) enthalten 9 g Kohlenhydrate: GL = 0,30 x 9 = 2,7.
  • 100 g gekochte Möhren (GI = 85 %) enthalten 9 g Kohlenhydrate: GL = 0,85 x 9 = 7,65

Beurteilung

Die Einteilung der Lebensmittel erfolgt nach definierten Grenzwerten. Ein GI bis 55 gilt als niedrig, ein Wert zwischen 56 und 69 als mäßig und ein GI ab 70 als hoch [Atk 2008]. Eine glykämische Last < 10 gilt als niedrig, zwischen 10 und 20 als mäßig und > 20 als hoch.

Einflussfaktoren

Während der GI für einige Lebensmittel bei wiederholten Messungen relativ stabil geblieben ist, hat sich der Wert für andere Lebensmittel stark verändert. Dies lässt sich durch zunehmende Verarbeitungsschritte während der Produktion, gezielte Veränderungen durch Züchtung oder auch unterschiedliche Rezepturen erklären. Zudem liefern die individuellen Stoffwechselsituationen der Versuchspersonen unterschiedliche Ergebnisse.

Klinische Bedeutung

Die Relevanz des Konzeptes, den GI und/oder die GL in therapeutische Empfehlungen zu integrieren, wird seit vielen Jahren kontrovers diskutiert. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung veröffentlichte in ihrer Leitlinie zur Kohlenhydratzufuhr und Prävention ausgewählter ernährungsmitbedingter Krankheiten relevante Studienergebnisse und bewertete die Evidenz bei verschiedenen Krankheitsbildern.

Relevanz in der Praxis

Die wissenschaftlichen Erhebungs- und Messmethoden sind qualitativ höchst unterschiedlich und unterliegen vielen Einflussfaktoren. Daher können sich Werte für ein und dasselbe Lebensmittel in Abhängigkeit von Sorte, Reifezustand, Verarbeitung etc. deutlich unterscheiden, was sich in der Praxis als untauglich erweist. Zudem ist die Berechnung für ganze Rezepturen bzw. zusammengesetzte Speisen umständlich, sodass Nutzen und Aufwand in keinem guten Verhältnis stehen. Selbst wenn der glykämische Index und die glykämische Last für ganze Mahlzeiten berechnet werden können, bleibt die Frage, welche (Maximal-)Werte als Empfehlung angesetzt werden. Zudem ist der GI nicht von allen Lebensmitteln verfügbar. Ebenso wenig kann vom Kohlenhydratgehalt allein nicht auf den GI und die GL geschlossen werden, wie der Vergleich von rohen und gekochten Lebensmitteln zeigt.

Der GI bzw. die GL kann zur Verdeutlichung bestimmter Sachverhalte – z. B. wie, warum und welche Lebensmittel sich unterschiedlich stark auf den Blutzucker- bzw. Insulinspiegel auswirken – durchaus herangezogen werden. Auch eine grobe Einordnung der Lebensmittel nach dem GI bzw. der GL kann in therapeutischen Konzepten durchaus nützlich sein. Experten der Harvard Universität argumentieren, dass die GL als relevanter Parameter zur Senkung einer Insulin belastenden Ernährungsweise angesehen werden kann [Will 2011].

Nachschlagetool: Glykämischer Index und glykämische Last von Lebensmitteln

Kohlenhydrat-Ballaststoff-Index

Der Kohlenhydrat-Ballaststoff-Index beschreibt das Verhältnis von Kohlenhydraten zu Ballaststoffen. Ein Index von >10 gilt als ungünstig. In der kohlenhydratreduzierten Kost sollte der Index <6 betragen. Damit ist der Index insbesondere von bestimmten Lebensmittelgruppen wie Getreide und Getreideprodukten, Obst oder stärkereichen Gemüsen ein weiterer Orientierungswert zur Beurteilung der Qualität von Lebensmitteln.

Nachschlagetool: Tabelle mit dem Kohlenhydrat-Ballaststoff-Index von Lebensmitteln

Kohlenhydrat-modifizierte Zufuhr

Definitionen/Mengenempfehlungen

Es gibt keine verbindlich festgelegten Grenzwerte für eine kohlenhydratarme (low carb) oder kohlenhydratreiche (high carb) Ernährung. In den meisten low carb-Diäten beträgt die tägliche Kohlenhydratzufuhr weniger als 40 % des Energiebedarfs. Bei den high carb-Diäten liegt die Kohlenhydratzufuhr über 55 % des täglichen Energiebedarfs. Die ketogene Ernährung wiederum ist charakterisiert durch eine Kohlenhydratzufuhr von maximal 5 bis 10 % des täglichen Energiebedarfs. Die Angaben und Grenzwerte in Literatur und Medien schwanken aber stark und sind willkürlich festgelegt.

Auch bei den Nährwertbezogenen Angaben gibt es keine geregelte Definition, ab wann ein Lebensmittel als kohlenhydratarm oder -reich anzusehen ist. Unsere Definition orientiert sich dabei an den festgelegten Kriterien für den Energiegehalt von Lebensmitteln. Definierte Grenzwerte gibt es lediglich für den Zuckergehalt.

kohlenhydratarme Ernährung (low carb)

  • meist <40 % des täglichen Energiebedarfs (z. B. LOGI, Glyx-Diät, Montignac-Methode, South-Beach-Diät)
  • ketogene Ernährung: 5-10 % des täglichen Energiebedarfs (z. B. Atkins-Diät)
  • Lebensmittel: <10 g pro 100 g Lebensmittel

kohlenhydratmoderate Ernährung (medium carb)

  • 40-55 % des täglichen Energiebedarfs (z. B. mediterrane Ernährung)
  • Lebensmittel: 10-40 g pro 100 g Lebensmittel

kohlenhydratreiche Ernährung (high carb)

  • meist >55 % des täglichen Energiebedarfs (z. B. High-Carb-Diät)
  • Lebensmittel: >40 g pro 100 g Lebensmittel

Hinweis für Ernährungsfachkräfte: Verknüpfte Ernährungsdiagnosen sowie mögliche Ursachen und Indikatoren sind im Handout „Kohlenhydrate und kohlenhydratmodifizierte Zufuhr“ zu finden, das im Medienshop erworben/heruntergeladen werden kann.

Indikationen (Auswahl)

Es gibt eine ganze Reihe von ernährungstherapeutisch-relevanten Krankheitsbildern, bei denen eine kohlenhydratmodifizierte Kost angezeigt ist. In den meisten Fällen ist eine kohlenhydratreduzierte Ernährung empfehlenswert, deren Umsetzung jedoch von zahlreichen Faktoren wie dem Krankheitsbild, vom Bewegungslevel oder auch der Verträglichkeit von Lebensmitteln abhängt. Eine wichtige Entscheidungshilfe ist dabei auch die Bereitschaft des Patienten, seine Ernährung umzustellen. Nur in Zusammenarbeit können Ausmaß und Umsetzungsschritte einer kohlenhydratmodifizierten Kost erfolgversprechend etabliert werden.

Adipositas/ Übergewicht

Eine über dem Energiebedarf liegende Kohlenhydratzufuhr bei gleichzeitig unzureichender Bewegung führt zu einer Vermehrung des Fettgewebes und verursacht eine Zunahme des Körpergewichts.

angeborene Störungen des Kohlenhydrat- stoffwechsels

Kohlenhydratstoffwechselstörungen sind Stoffwechselstörungen, die den Auf- und Abbau von Kohlenhydraten beeinflussen und in der Folge zu verschiedenen Symptomen führen. Die Ernährungstherapie ist spezifisch für jede Störung.

Diabetes mellitus

Eine über dem Energiebedarf liegende Kohlenhydratzufuhr bei gleichzeitig unzureichender Bewegung führt zu einer Störung des Zuckerstoffwechsels mit unzureichender Insulinwirkung bzw. -empfindlichkeit.

Epilepsie

Untersuchungen zum möglichen Wirkmechanismus des Fastens führten Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die beim Fasten durch Abbau von Körperfettreserven entstehenden Ketonkörper sich positiv auf die Krankheit auswirken können. Eine ketogene Diät ist vor allem bei Epilepsiepatienten sinnvoll, die kaum auf Medikamente ansprechen und für einen operativen Eingriff nicht in Frage kommen.

Fettstoffwechselstörungen

Eine über dem Energiebedarf liegende Kohlenhydratzufuhr bei gleichzeitig unzureichender Bewegung kann zu Fettstoffwechselstörungen beitragen (niedriges HDL-Cholesterin, erhöhtes LDL-Cholesterin bzw. Bildung kleiner dichter LDL-Partikel).

schwere Infektionen, Sepsis

Bei schweren Infektionen kann es zu einem erhöhten Energie- und Kohlenhydratbedarf kommen.

Kohlenhydrat-malabsorptionen

Bei Störungen der Kohlenhydrataufnahme im Darm kann es zu Kohlenhydratverwertungsstörungen kommen.

Lebererkrankung (Fettleber)

Eine über dem Energiebedarf liegende Kohlenhydratzufuhr (insbesondere von Fruktose) bei gleichzeitig unzureichender Bewegung führt zu einer Vermehrung des Fettgewebes und einer Verfettung der Leber.

Metabolisches Syndrom

Eine über dem Energiebedarf liegende Kohlenhydratzufuhr bei gleichzeitig unzureichender Bewegung führt zu einer Vermehrung des Fettgewebes, der Zunahme von Körpergewicht und daraus folgend weiteren Störungen.

Mögliche ernährungstherapeutische Umsetzungsschritte

Umsetzung einer kohlenhydratreduzierten Kost

  • Einschränken kohlenhydratreicher Lebensmittel
  • Bevorzugen kohlenhydratarmer Lebensmittel
  • Austausch kohlenhydratreicher Sättigungsbeilagen gegen kohlenhydratarme Varianten oder Mischen
  • Verkleinern der Portionen kohlenhydratreicher Lebensmittel
  • verarbeitete Produkte: Achten auf Nährwerttabelle

Umsetzung einer kohlenhydratreichen Kost

  • Bevorzugen kohlenhydratreicher Lebensmittel
  • Einschränken kohlenhydratarmer Lebensmittel
  • Austausch kohlenhydratarmer Mahlzeitenkomponenten gegen kohlenhydratreichere Varianten oder Mischen
  • Vergrößern der Portionen kohlenhydratreicher Lebensmittel
  • verarbeitete Produkte: Achten auf Nährwerttabelle

Vorkommen in Lebensmitteln

Hinweis für Ernährungsfachkräfte: Weitere Informationen wie ein Wochenplanbeispiel oder Rezepte sind im Handout „Kohlenhydrate und kohlenhydratmodifizierte Zufuhr“ zu finden, das im Medienshop erworben bzw. heruntergeladen werden kann.