Ein Chemie- und Ernährungs

Kohlenhydrate

1Zucker, Stärke und Cellulose gehören zur Stoffklasse der Kohlenhydrate. Sie werden von den Pflanzen mit Hilfe des Sonnenlichts aus Kohlenstoffdioxid und Wasser aufgebaut. Dieser Vorgang wird als Photosynthese bezeichnet. Für Menschen und Tiere sind Kohlenhydrate wichtige Nährstoffe und Ballaststoffe. Die Bezeichnung Koh- lenhydrate geht auf eine allgemeine Molekülformel zurück: C_n(H₂O)_m. Es handelt es sich um Kohlenstoff-Verbindungen, die Wasserstoff-Atome und Sauerstoff- Atome im Zahlen- verhältnis 2 :1 enthalten.

2Kohlenhydrate, die aus kleinen Molekülen bestehen, gehören zur Gruppe der Einfachzucker (Monosaccharide). Durch Verknüpfung zweier solche Moleküle entstehen Zweifachzucker (Disaccharide). Die Moleküle der Vielfachzucker (Polysaccharide) bestehen aus zahlreichen Monosaccharid- Bau- steinen. Stärke und Cellulose sind die wichtigsten Vertreter der Vielfachzucker.

Steckbrief: Einfachzucker Glucose und Fructose

Vorkommen und Bedeutung:

Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker) kommen in zahlreichen Pflanzensäften, süβen Früchten und im Honig vor.

Glucose wird von menschlichen Organismus schnell zu Energiegewinnuns aufgenommen. Im Krankenhaus wird Glucose daher als Energiequelle intravenöse verabreicht. Bei der Zuckerkrankheit ist die Blutzucker-Konzentration deutlich erhöht.

Fructose hat eine höhere Süβkraft als Glucose ohne dabei den Blutzucker-Spiegel wesentlich zu beeinflussen. Zuckerkranke benutzen daher Fructose als Zuckeraustauschstoff.

Eigenschaften und Struktur.

Eigenschaften und Struktur. Glucose und Fructose sind kristalline Stoffe. Aufgrund von polaren OH-Gruppen lösen sich Glucose und Fructose gut in Wasser, in unpolaren Lösungsmitteln sind sie schwer löslich.

Molekülformel: C₆H₁₂O₆

Stukturformeln:

3Einfachzucker. Zu den Einfachzuckern zählen Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker). Glucose und Fructose sind Isomere mit der Molekülformel C₆H₁₂O₆: In beiden Fällen bilden die Moleküle zwar einen sechsgliedrigen Ring aus fünf Kohlenstoff-Atomen und einem Sauerstoff-Atom. Die OH- Gruppen an den C-Atomen sind jedoch in unterschiedlicher Weise angeordnet.

4Zweifachzucker. Der Haushaltszucker Saccharose (Rohrzucker) ist ein Zweifachzucker. Das Molekül entsteht durch die Verknüpfung eines Glukose-Moleküls mit einem Fructose-Molekül. Dabei wird ein Wasser-Molekül frei. Im Saccharose-Molekül liegt der Fructose-Rest als Fünfring vor. Ein weiteres Beispiel für einen Zweifachzucker ist die Maltose. Maltose-Moleküle entstehen durch die Verknüpfung von zwei Glucose-Molekülen.

5Eigenschaften der Zucker. Die zahlreichen OH-Gruppen der Zücker-Moleküle bestimmen wesentlich die Eigenschaften der Zucker. So ist die gute Wasserlöslichkeit auf die Bildung von Wasserstoffbrücken zwischen Zucker-Molekülen und Wasser- Molekülen zurückzuführen. Die hohen Schmelztemperaturen der Zucker beruhen auf Wasserstoff- brückenbindungen zwischen den Zucker-Molekülen. Die Wasser- stoffbrücken-bindungen sind insgesamt etwa so stark wie die Bindungskräfte innerhalb eines Moleküls. Daher zersetzen sich Zucker bein Schmelzen. In der Nahrungszubereitung nutz man diesen Vorgang, den man auch als Karamelisierung bezeichnet, um einen besonderen Geschmack und eine braune Farbe zu erzielen.

6Stärke.Der Vielfachzucker Stärke wird von vielen Pflanzen als Reservestoff genutzt. Für die menschliche Ernährung ist Stärke das wichtigste Kohlenhydrat. Zu den stärkreichen Nahrungsmittel gehören vor allem Kartoffeln und Getreideprodukte.

7Stärke ist keine einheitliche Substanz. Sie lässt sich durch heiβes Wasser in zwei Anteile zerlegen: in die wasserlösliche Amylose und das wasserlösliche Amylopektin.

8Amylose hat einen Anteil von etwa 20% an der Stärke. Die Moleküle bestehen aus bis zu 6000 Glukose-Einheiten, die zu einer spiralförmige Kette gewunden sind. Die verzweigten Moleküle des Amylopektins sind aus bis zu einer Million Glucose- Einheiten aufgebaut.

9Gibt man lod-Lösung auf ein Brötchen, so entsteht einen tiefblaue Färbung. Diese lod/Stärke-Reaktion dient sowohl zum Nachweis von Stärke als auch zum Nachweis von lod. Ursache der blau Färbung ist die Einlagerung von lod-Molekülen ins Innere der spiralförmigen Amylose-Moleküle. Reines Amylopektin ergibt mit lod eine rotbraune Färbung.

10Cellulose. Der Vielfachzucker Cellulose ist die wesentliche Bau- und Stützsubstanz in pflanzlichen Zellwänden. Cellulose ist die mengenmäβige wichtigste organische Verbindung auf der Erde. So bilden Pflanzen durch Photosynthese jährlich schätzungsweise zehn Billionen Tonnen Cellulose.

11Wie Stärke so ist auch Cellulose aus Glucose-Einheiten aufgebaut. Allerdings sind die Glucose- Moleküle nicht spiralig, sondern linear angeordnet. Parallel aus- gerichtete Molekülstränge sind dabei untereinander durch Wasserstoffbrücken verbunden. Cellulose ist deshalb sowohl sehr fest als auch sehr elastisch.

12Menschen können Cellulose nicht verdauen. Im Magen von Wiederkäuern leben dagegen Mikroorganismen, deren Enzyme die Cellulose in Glucose- Einheiten spalten können. Die gespeicherte Energie der Cellulose wird dadurch für Wiederkäuer nutzbar.

Zucker, Stärke und Cellulose gehören zur Stoffklasse der Kohlenhydrate. Glukose und Fructose sind Einfachzucker mit der Molekülformel C₆H₁₂O₆. Saccharose ist ein Zweifachzucker. Stärke und Cellulose sind wichtige Vielfachzucker.