I carboidrati, noti anche come glucidi (dal greco "glucos" = dolce), saccaridi o zuccheri, sono sostanze formate da carbonio ed acqua. La loro struttura molecolare è (CH2O)n, e si trovano principalmente in alimenti di origine vegetale.
In media forniscono 4 kcalorie per grammo, anche se il loro valore energetico oscilla dalle 3,74 kcal del glucosio alle 4,2 Kcal dell'amido. Di queste calorie circa il 10% viene utilizzato dall'organismo per i processi di digestione ed assorbimento.
In base alla loro struttura chimica diversificata, i carboidrati possono essere classificati come carboidrati semplici o complessi. I principali carboidrati di interesse alimentare possono essere distinti, in base alla struttura chimica, in semplici e complessi.
Carboidrati Semplici
I glucidi semplici, comunemente chiamati zuccheri, comprendono i monosaccaridi, i disaccaridi e gli oligosaccaridi. I carboidrati semplici sono costituiti da una o due unità di zucchero (monosaccaridi o disaccaridi), facilmente assorbibili e capaci di innalzare rapidamente la glicemia. I carboidrati semplici, noti anche come zuccheri, includono i monosaccaridi e i disaccaridi.
Monosaccaridi
I monosaccaridi, noti anche come zuccheri semplici, sono composti organici costituiti da carbonio, idrogeno ed ossigeno. Essi sono un tipo di carboidrato che non può essere scisso tramite idrolisi. Queste molecole vengono prodotte dagli organismi autotrofi mediante la fotosintesi clorofilliana e poi assunti dagli animali, sia direttamente che indirettamente attraverso le piante. I monosaccaridi possono essere classificati in base al tipo di gruppo carbonilico che può essere aldeidico o chetonico, ed al numero di atomi di carbonio contenuti nella molecola, che può variare da 3 a 7. Ci sono più di 200 tipologie di monosaccaridi presenti in natura, che si differenziano per il numero di atomi di carbonio presenti nella loro catena strutturale. Tra questi, gli esosi, come il fruttosio, il glucosio e il galattosio, sono i più importanti dal punto di vista nutrizionale. Di seguito riportiamo i monosaccaridi più comuni: glucosio, fruttosio, galattosio e ribosio.
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Glucosio
Il glucosio è uno dei principali e conosciuti carboidrati presenti negli alimenti, sia sotto forma libera, sia sotto forma di polisaccaride. Costituisce la forma in cui devono essere trasformati gli altri zuccheri per poter essere utilizzati dal nostro organismo. Solo il 5% della quantità totale di carboidrati presenti nel nostro organismo è rappresentato da glucosio circolante nel sangue. L’indice glicemico del glucosio è 100, il valore massimo utilizzato per la valutazione dell’effetto dei carboidrati sulla glicemia (livello di zucchero nel sangue).
Fruttosio
Il fruttosio è un monosaccaride presente in abbondanza in alcuni alimenti come frutta e miele. Questo monosaccaride viene assorbito nella porzione anatomica del piccolo intestino e successivamente viene metabolizzato dal fegato, dove viene trasformato in glucosio. L’indice glicemico del fruttosio è abbastanza basso, pari a 23, il che significa che ha un effetto limitato sui livelli di zucchero nel sangue rispetto ad altri carboidrati. Ciò lo rende un’opzione interessante per coloro che cercano di controllare i livelli di zucchero nel sangue o di gestire una dieta ipoglicemica.
Galattosio
Il galattosio è uno zucchero a base di lattosio, che si trova presente naturalmente in alimenti quali il latte ed i prodotti lattiero-caseari. A causa della sua struttura chimica, alcune persone sono carenti di un enzima chiamato galattosio-1-fosfato uridiltransferasi (GALT) necessario per metabolizzare il galattosio. Ciò può causare problemi digestivi e altri sintomi poco piacevoli come diarrea, flatulenza e dolore addominale. Ci sono alcuni alimenti senza lattosio disponibili per le persone con intolleranza al lattosio o altre condizioni che rendono difficile metabolizzare il galattosio.
Ribosio
Il D-ribosio è una sostanza chimica appartenente alla classe dei monosaccaridi. È un esempio di pentosio, ovvero un monosaccaride con uno scheletro carbonioso a cinque atomi di carbonio. La struttura di questo zucchero è ciclica, con i vari gruppi ossidrili rivolti verso destra. A temperatura ambiente, il D-ribosio si presenta come una polvere bianca inodore, completamente solubile in acqua a 20°C, e caratterizzato da un sapore dolciastro. La particolare struttura dell’anello carbonioso del D-ribosio consente a questo zucchero di legare, attraverso un legame B-glicosidico, una base azotata, formando un nucleoside. Inoltre, la presenza di gruppi fosforici permette la sintesi di nucleotidi, sostanze chimiche di grande importanza biologica.
Disaccaridi
Un disaccaride si forma quando due monosaccaridi si condensano tra loro, eliminando una molecola d’acqua. La condensazione può essere catalizzata da acidi o enzimi. Chimicamente, un disaccaride è un acetale e il legame che si forma è un legame acetalico, comunemente chiamato O-glicosidico. A differenza degli emiacetali, gli acetali non sono in equilibrio con i reagenti e pertanto il legame acetalico è stabile anche ai comuni reagenti ossidanti utilizzati per il riconoscimento della funzione aldeidica o chetonica dei monosaccaridi. Tuttavia, i disaccaridi possono essere facilmente idrolizzati in catalisi acida o enzimatica.
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La formula generale di un disaccaride (diesoso) è C12H22O11. Essi hanno aspetto e caratteristiche fisiche simili a quelle degli esosi, sono infatti solidi bianchi, cristallini, dolci al gusto e facilmente solubili in acqua. A seguire riportiamo i disaccaridi più comuni: saccarosio, lattosio, maltosio, trealosio, gentiobiosio, cellobiosio.
Saccarosio
Il saccarosio, noto anche come zucchero, è una molecola organica appartenente alla famiglia dei glucidi disaccaridi. La sua struttura molecolare è composta da due monosaccaridi, ovvero il glucosio e il fruttosio. A temperatura ambiente e pressione atmosferica, il saccarosio si presenta sia sotto forma solida (cristalli) che disciolta in soluzione.
Il saccarosio è ampiamente presente in natura, in particolare nella frutta, dove è presente in quantità variabili insieme al glucosio e al fruttosio. In piccole quantità, si può trovare anche nel miele, ma in percentuale decisamente più bassa rispetto al fruttosio e al glucosio.
L’estrazione del saccarosio avviene principalmente dalle piante della barbabietola da zucchero (soprattutto in Europa) e dalla canna da zucchero (nel resto del mondo). Il saccarosio così estratto è utilizzato nell’industria alimentare, in particolare nella dolciaria e pasticceria. Il tipo di zucchero più comunemente utilizzato in Europa è quello raffinato, noto come zucchero bianco o zucchero da tavola. Al contrario, lo zucchero che contiene melassa viene chiamato zucchero bruno.
Lattosio
Il lattosio è un disaccaride, un tipo di zucchero riducente che si presenta sia come forma destrogira che osazone. Esso è composto da due anomeri, α e β, che determinano la mutarotazione. Il lattosio è presente nel latte dei mammiferi, rappresentando circa il 5% del contenuto totale, con distribuzioni e contributi calorici differenti tra le diverse specie.
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La struttura molecolare del lattosio è composta da una molecola di D-galattosio e una di D-glucosio legate tra loro da un legame glicosidico (acetalico) β(1−4). Il gruppo aldeidico presente nella molecola di glucosio conferisce al lattosio le proprietà riducenti. Il lattosio, in presenza di fenilidrazina, forma l’osazone e può essere ossidato a acido. La molecola di glucosio determina l’equilibrio di anomerizzazione e quindi la mutarotazione del lattosio.
Il lattosio presente nel latte umano è particolarmente prezioso poiché i carboidrati azotati contenuti in esso contribuiscono alla crescita rapida di colonie di lattobacilli, che proteggono l’organismo da funghi e parassiti.
Maltosio
Il maltosio è un composto chimico organico anch’esso appartenente alla classe dei disaccaridi, notoriamente conosciuto come come zucchero di malto. Viene formato dalla condensazione di due molecole di glucosio mediante un legame glicosidico 1α-4′. Esiste anche un isomero chiamato isomaltosio, in cui le due molecole di glucosio sono legate da un legame 1α-6′. Il maltosio si ottiene dalla scissione dell’amido operata dall’enzima amilasi maltogenica, e si trova in abbondanza nei semi germinanti come quelli dell’orzo, utilizzati come fonte di nutrimento. A temperatura ambiente, il maltosio è un solido bianco e igroscopico.
Trealosio
Il trealosio è un disaccaride formatosi dalla condensazione di due molecole di glucosio mediante un legame glicosidico (acetalico) 1α-1’α. È comunemente presente in lieviti, funghi ed insetti. La sua elevata concentrazione in alcuni organismi noti come criptobionti, in particolare in quelli dei tardigradi, consente loro di sopravvivere in condizioni di mancanza di acqua e temperature estreme, entrando in uno stato di “vitalità sospesa”. Tuttavia, recenti studi hanno dimostrato che il ruolo del trealosio in questa capacità di resistenza alla disidratazione è marginale, e che la loro particolare resistenza è dovuta a specifiche proteine chiamate TDPs.
Questi organismi, una volta reidratati, riprendono il loro normale ciclo vitale senza subire danni. Inoltre, recenti ricerche hanno dimostrato che il trealosio può consentire alle cellule umane, opportunamente trattate, di rimanere in vita anche in assenza di acqua.
Il trealosio ha anche proprietà protettive contro la degradazione chimica e fisica dei farmaci, e può aumentare la temperatura di denaturazione delle proteine e inibirne la precipitazione. Grazie a queste proprietà, sono state utilizzate soluzioni contenenti trealosio per prolungare la conservazione di tessuti e organi.
Gentiobiosio
Il gentiobiosio è un disaccaride costituito da due unità di D-glucosio legate da un legame glicosidico (acetalico) 1β-6′. È un solido bianco cristallino solubile in acqua e in metanolo caldo. Il gentiobiosio legato alla crocetina forma la crocina, la sostanza responsabile del colore dello zafferano. In natura, si trova anche nel miele, dove rappresenta lo 0,4% degli oligosaccaridi.
Cellobiosio
Il cellobiosio è un disaccaride composto da due molecole di D-glucosio legate attraverso un legame glicosidico (acetalico) 1β−4′. A causa della presenza di un legame emiacetalico libero, esso è considerato uno zucchero riducente e causa mutarotazione.
Nella cellulosa, il cellobiosio è l’unità strutturale che si ripete. Tuttavia, poiché la maggior parte dei mammiferi non possiede gli enzimi β-glicosidasi necessari per la degradazione del legame 1β−4′, la cellulosa risulta non assimilabile per questi organismi. Solo i ruminanti e altri mammiferi che si nutrono di erba sono in grado di utilizzare il glucosio contenuto nella cellulosa, grazie alla presenza di batteri e funghi che idrolizzano tale legame nel loro sistema digerente.
Oligosaccaridi
Gli oligosaccaridi sono un tipo di carboidrato composto da un numero relativamente esiguo di monosaccaridi (tra 3 e 20 unità, secondo alcuni). Esempi di oligosaccaridi sono il maltotriosio e i frutto-oligosaccaridi (FOS). Il maltotriosio deriva dalla digestione dell’amido e consiste in tre monomeri di glucosio legati insieme da legami α 1-4. I FOS, di origine vegetale, sono invece costituiti principalmente da unità di D-fruttosio legate mediante legami β-glicosidici (1-2). A seguire riportiamo alcuni oligosaccaridi comuni: stachiosio, verbascosio, raffinosio.
Stachiosio
Lo stachiosio è un tipo di oligosaccaride chiamato tetrasaccaride α-galattoside, appartenente alla famiglia nota come oligosaccaridi della serie del raffinosio (RFO). Questo composto chimico si trova in alcune piante come leguminose, brassicacee e betoniche, ed è particolarmente abbondante nei lupini.
La struttura chimica dello stachiosio è composta da un’unità del disaccaride saccarosio a cui sono legate, in successione, due unità di α-anomero del galattosio sugli idrossimetili (C-6) delle unità di glucosio e della prima unità di galattosio.
Gli esseri umani non sono in grado di digerire lo stachiosio e gli altri RFO, come raffinosio e verbascosio, poiché l’enzima α-galattosidasi, necessario per l’idrolisi di questi oligosaccaridi, non è presente nel tratto digestivo umano. Pertanto, questi composti passano intatti nell’ultimo tratto dell’intestino dove vengono metabolizzati dai batteri presenti, causando disturbi come meteorismo e flatulenza.
Verbascosio
Il verbascosio è un composto chimico appartenente alla famigli...
Carboidrati Complessi
I carboidrati complessi sono fatti di molecole di zucchero che si estendono insieme in complesse catene lunghe. I carboidrati complessi, d’altra parte, includono gli oligosaccaridi e i polisaccaridi. Questi carboidrati sono costituiti da lunghe catene di monosaccaridi e richiedono più tempo per essere digeriti. I carboidrati complessi forniscono un rilascio di energia più lento e sostenuto rispetto ai carboidrati semplici. Essi sono anche ricchi di fibre, che sono essenziali per la salute digestiva.
Amido e glicogeno sono i principali carboidrati complessi digeribili, ma non tutti si equivalgono. La loro struttura molecolare è polimerica, ovvero ogni carboidrato complesso è costituito dall'unione di più di 10 carboidrati semplici (fino a diverse migliaia). Anche i carboidrati complessi strutturali vegetali (omo- o eteropolisaccaridi), sono molecole di grande valore nutrizionale, ma privi di funzione energetica per l'uomo.
Tra i carboidrati complessi digeribili, l'amido è il più importante e rappresenta circa il 50% delle calorie nella dieta mediterranea. Si trova in alimenti come pasta, pane, riso, cereali, mais e tuberi. Non tutti gli amidi sono uguali: a seconda della proporzione tra amilosio e amilopectina, e della presenza di altri nutrienti (fibre, proteine, grassi), cambia la velocità con cui vengono digeriti.
I carboidrati complessi non digeribili (cellulosa, emicellulose, pectine) sono fondamentali per la salute intestinale e appartengono alla fibra alimentare.
La cellulosa è un omo- strutturale costituito da lunghe catene di glucosio (3000-12000) legate da vincoli β-1,4 glicosidici.
Tra gli etero- spiccano le emicellulose; sono un ampio gruppo che contiene anche: xilani, pentosani, arabinosilani, galattani ecc.
I mucopolisaccaridi sono etero- presenti in tutti i tessuti animali, dove costituiscono l'elemento primario del tessuto connettivo.
Tra le etero- di origine vegetale ricordiamo anche le pectine; lunghe catene di acido galatturonico combinate "parzialmente" con alcol metilico.
Indice Glicemico e Carico Glicemico
L'indice glicemico (IG) misura la velocità con cui i carboidrati di un alimento aumentano la glicemia. Tuttavia, l'IG da solo è un indicatore limitato. In un pasto misto, ciò che conta di più è il carico glicemico (CG), ovvero la quantità di carboidrati effettivamente ingerita e assorbita.
Digestione dei Carboidrati
La digestione dei carboidrati complessi inizia in bocca; durante la masticatura (nella quale mandibola, lingua e denti frantumano e mescolano il cibo) le ghiandole secernono la saliva che impasta e imbeve il bolo alimentare. Durante la digestione, gli zuccheri e gli amidi contenuti negli alimenti vengono scomposti in glucosio che, assorbito dall'intestino, passa nel flusso sanguigno.
Nel tratto gastrointestinale, gli enzimi pancreatici e intestinali continuano la digestione dei carboidrati, convertendoli in monosaccaridi come il glucosio, che vengono assorbiti nel flusso sanguigno.
Il glucosio eccedente viene immagazzinato sotto forma di glicogeno, nel fegato e nei muscoli, per un uso successivo o, se in eccesso, convertito in grasso.
Quando i livelli di glucosio nel sangue sono bassi, il fegato converte il glicogeno in glucosio attraverso la glicogenolisi. In condizioni di digiuno prolungato, il corpo può anche produrre glucosio da fonti non carboidrate attraverso la gluconeogenesi.
Funzioni dei Carboidrati
I carboidrati complessi sono nel nostro organismo la più importante fonte di energia di rapido utilizzo ma a basso costo. Eccetto la cellulosa e altre molecole non digeribili (quantitativamente secondarie), tutti i glucidi che assumiamo con la dieta sono idrolizzati, assorbiti, trasportati al fegato ed eventualmente trasformati in glucosio.
Oltre a fornire energia, i carboidrati svolgono un ruolo importante nella conservazione dell’energia. I carboidrati sono anche cruciali per la struttura delle cellule. La cellulosa, un polisaccaride, è un componente principale delle pareti cellulari delle piante e fornisce supporto strutturale. Infine, i carboidrati svolgono un ruolo nella regolazione del metabolismo. Essi influenzano la secrezione di insulina, un ormone che regola i livelli di glucosio nel sangue.
Fibra Alimentare
I glucidi complessi "non digeribili" sono costituenti della fibra alimentare; questa, non essendo idrolizzabile dagli enzimi dell'organismo umano, una volta giunta nel colon subisce la fermentazione (e non la putrefazione) della flora batterica fisiologica. La fibra alimentare è quindi un prebiotico perché favorisce la crescita dei ceppi batterici più salubri a discapito di quelli nocivi. Deve essere introdotta per circa 30g/die, ripartita in solubile e insolubile; quella solubile (in acqua) determina la gelificazione delle feci, modula l'assorbimento dei nutrienti ed è costituita da: pectine, gomme, mucillagini e polisaccaridi delle alghe.
Fabbisogno di Carboidrati
Il fabbisogno complessivo di glucidi è pari al 55-65% delle kcal totali (mai inferiore al 50%), e di queste circa il 45-55% deve essere introdotto con i carboidrati complessi. Nota: i carboidrati complessi sono una fonte energetica essenziale soprattutto per lo sportivo e per l'atleta che, se altera eccessivamente l'equilibrio dei nutrienti, peggiora l'efficacia e l'efficienza del metabolismo a discapito della performance.
Impatto sulla Salute e sulla Dieta
I carboidrati hanno un impatto significativo sulla salute e sulla dieta. Una dieta equilibrata che include una quantità adeguata di carboidrati è essenziale per fornire energia e sostenere le funzioni corporee. Le diete ricche di carboidrati complessi e fibre sono associate a numerosi benefici per la salute, tra cui un miglior controllo del peso, una riduzione del rischio di malattie cardiovascolari e una migliore salute digestiva. D’altra parte, il consumo eccessivo di zuccheri semplici può portare a picchi rapidi nei livelli di glucosio nel sangue, seguiti da cali bruschi, che possono causare fame eccessiva e aumento di peso. Per mantenere una dieta equilibrata, è importante scegliere fonti di carboidrati nutrienti e limitare gli zuccheri aggiunti.
Sulla base della conoscenza del carboidrato che abbiamo fatto attraverso questa presentazione è importante ora andare alla ricerca della giusta quantità di glucidi da introdurre nella nostra alimentazione quotidiana. È importante introdurre la giusta miscela di carboidrati con gli altri nutrienti ma anche facendo riferimento al reale fabbisogno dato dall’attività di lavoro fisico che facciamo giornalmente. Molte persone, soprattutto atleti e dietisti tendono ad evitare la pasta e il pane.
É bene sapere che “ i grassi bruciano nel forno dei carboidrati”.
Tabella riassuntiva dei carboidrati
| Carboidrato | Tipo | Esempi | Caratteristiche |
|---|---|---|---|
| Glucosio | Monosaccaride | Frutta, miele | Fonte primaria di energia |
| Fruttosio | Monosaccaride | Frutta, miele | Metabolizzato nel fegato |
| Galattosio | Monosaccaride | Latte e derivati | Presente nel lattosio |
| Saccarosio | Disaccaride | Zucchero da tavola | Glucosio + Fruttosio |
| Lattosio | Disaccaride | Latte | Glucosio + Galattosio |
| Amido | Polisaccaride | Pasta, pane, riso | Riserva di energia vegetale |
| Glicogeno | Polisaccaride | Fegato, muscoli | Riserva di energia animale |
| Cellulosa | Polisaccaride | Pareti cellulari vegetali | Non digeribile, fibra alimentare |
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