Con il nome di carboidrati, idrati di carbonio o glucidi, viene indicata una classe di composti chimici organici di cui fanno parte il glucosio, la cellulosa, l'amido, il glicogeno. Chimicamente i carboidrati sono composti ternari costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno.
In generale, con questo termine ci si riferisce soprattutto ai carboidrati a lunga catena, mentre con 'zuccheri' si intendono generalmente i carboidrati più semplici, a basso peso molecolare e dotati di sapore dolce.
I carboidrati possono essere definiti polimeri, ovvero molecole caratterizzate da unità assemblate a formare strutture più complesse e di dimensioni maggiori. I carboidrati infatti sono polimeri di cui i monomeri sono i monosaccaridi. Tali unità sono dette monosaccaridi. Ogni monosaccaride presenta un gruppo aldeidico o chetonico.
Classificazione dei Carboidrati
Essi vengono comunemente distinti in:
- Monosaccaridi, o monosi (glucosio, fruttosio ecc.)
- Disaccaridi (saccarosio, maltosio, lattosio ecc.)
- Oligosaccaridi
- Polisaccaridi, o poliosi (amido, cellulosa, glicogeno e inulina)
Monosaccaridi
I monosaccaridi sono carboidrati che non possono essere idrolizzati in zuccheri più semplici, il loro scheletro non presenta comunemente ramificazioni e ciascun atomo di carbonio, eccetto uno, contiene un gruppo ossidrilico (-OH). Al rimanente atomo di carbonio è attaccato un gruppo carbonilico (-C=O), il quale, se si trova all'estremità della catena, determina un derivato aldeidico (aldoso), mentre in caso contrario si ha un derivato chetonico (chetoso).
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Si possono così avere aldo- o cheto- triosi, tetrosi, pentosi, esosi, a seconda del numero di atomi di carbonio che formano lo scheletro del monosaccaride. I monosaccaridi che si trovano in natura sono per la maggior parte pentosi (per es., xilosio, arabinosio, ribosio) ed esosi (per es., glucosio, fruttosio, galattosio, mannosio).
Il monosaccaride di riferimento, dal punto di vista chimico e nutrizionale, è sicuramente il (+)glucosio (dal greco γλυκύς, "dolce"), contenuto allo stato libero insieme con il (-)fruttosio (dal latino fructus, "frutto") nell'uva, in altri frutti e nel miele. Il segno (+) o (-) che precede il nome del carboidrato si riferisce alla proprietà delle molecole di glucosio e di fruttosio di deviare verso destra o verso sinistra il piano della luce polarizzata. Da questa stessa proprietà derivano i nomi di destrosio o levulosio con cui spesso si fa riferimento, rispettivamente, al glucosio e al fruttosio.
Disaccaridi
I disaccaridi sono invece costituiti da due molecole di monosaccaridi unite tra loro.
Esempi di disaccaridi:
- Saccarosio: comune zucchero da cucina, composto da Glucosio + Fruttosio.
- Lattosio: presente nel latte, composto da Glucosio + Galattosio.
- Maltosio: derivato dal malto di birra e dalla degradazione dell'amido, composto da Glucosio + Glucosio con legame alfa.
- Cellobiosio: derivato dalla degradazione della cellulosa, composto da Glucosio + Glucosio con legame beta.
Oligosaccaridi
Gli oligosaccaridi possono comprendere da 3 a 10 monosaccaridi.
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Gli oligosaccaridi non disponibili per l'uomo, quali raffinosio, stachiosio e verbascosio, sono contenuti soprattutto nei legumi.
Polisaccaridi
I polisaccaridi, infine, sono composti di unità monosaccaridiche in numero variabile da 11 fino a molte migliaia.
Tra i polisaccaridi, molto diffuso in natura è l'amido, contenente esclusivamente glucosio, che rappresenta il principale materiale di riserva delle piante superiori in cui è presente, nei plastidi, sotto forma di granuli insolubili in acqua fredda. Nell'amido sono individuabili due componenti più semplici: l'amilosio, costituito da polimeri lineari con struttura a elica, contenenti da 200 a 2000 unità di glucosio, e l'amilopectina, in cui i polimeri sono ramificati e contengono da 10.000 a 100.000 (e oltre) unità di glucosio. In questi ultimi, proprio per la presenza delle ramificazioni, la struttura a elica è praticamente assente.
Le quantità relative di amilosio e di amilopectina, la dimensione, la forma e le proprietà dei granuli di amido, pur nella somiglianza in composizione chimica e struttura molecolare, sono controllate geneticamente e sono quindi caratteristiche della specie botanica.
Il glicogeno, che è invece il polisaccaride di riserva degli organismi animali, ha una struttura molto simile a quella dell'amilopectina, pur essendo caratterizzato da più numerose ramificazioni, di 12-18 unità di glucosio.
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Altro polisaccaride a base di glucosio è la cellulosa, componente essenziale del legno e delle fibre vegetali, che, a differenza dell'amido, non è digeribile dall'uomo, mentre è utilizzata nella dieta dei ruminanti per la presenza nel rumine di una flora cellulosolitica. Mentre l'amido si scioglie in acqua e forma delle colle, utilizzabili anche come adesivi, la cellulosa fornisce fibre pregiate come cotone e lino.
Funzioni dei Carboidrati
Il glucosio e i suoi polimeri hanno una funzione energetica molto importante, sia per gli organismi vegetali che animali. Il glucosio (monosaccaride, solubile, disponibile) è il substrato energetico primario dell'organismo. Tanto che alcuni tessuti sono ad esso vincolati per la sopravvivenza.
La molecola del glucosio si forma in natura attraverso un processo che avviene nei vegetali, detto fotosintesi clorofilliana, con il quale anidride carbonica e acqua reagiscono in presenza di clorofilla, immagazzinando l'energia fornita dalla luce solare e trasformandola in energia chimica contenuta nel carboidrato. La reazione è uno dei più importanti processi chimici esistenti sulla Terra e permette un rifornimento continuo di glucosio che, combinandosi in modo diverso, può a sua volta formare le grosse molecole (macromolecole) della cellulosa, materiale di sostegno, o dell'amido, sostanza di riserva di energia nella pianta.
I carboidrati assunti come nutrimento dagli animali vengono scissi durante la digestione nelle unità originali di glucosio.
La loro presenza è necessaria per il normale metabolismo lipidico: Pasteur più di 100 anni fa diceva: "I grassi bruciano al fuoco degli zuccheri". Questo concetto continua a ricevere conferme dagli studi scientifici attuali.
Due omopolisaccaridi, la cellulosa (il polisaccaride più abbondante in natura) e la chitina (probabilmente dopo la cellulosa il secondo polisaccaride più abbondante in natura), fungono da elementi strutturali, rispettivamente nella parete delle cellule vegetali e nell'esoscheletro di quasi un milione di specie di artropodi (ad es.
Il SNC consuma circa 120 g di glucosio al giorno (g/die), i globuli rossi circa 37 g/die e gli altri (midollare del surrene, testicoli, retina ecc.) circa 30-40 g/die. Un valore sovrapponibile si può ottenere con la stima sui chilogrammi di peso corporeo fisiologico. Moltiplicando un coefficiente di 2,0 o 2,6 ai chilogrammi, si ottiene quindi il fabbisogno teorico di glucidi (ad es.
Attenzione! Il fabbisogno di glucidi è strettamente correlato al livello di attività fisica. Uno sportivo mediamente impegnato o che fa attività di forza/bodybuilding consuma circa 4-7 g/kg/die di glucidi.
Carboidrati nella Nutrizione
Dal punto di vista nutrizionale i carboidrati si possono classificare in:
- Disponibili: possono essere digeriti e assorbiti come monosaccaridi (glucosio, fruttosio, lattosio, saccarosio, maltosio, destrine, glicogeno e gran parte dell'amido).
- Non disponibili: non digeribili dagli enzimi intestinali, ma attaccabili dalla flora batterica intestinale (oligosaccaridi della serie del raffinosio).
- Fibra alimentare: non idrolizzata dagli enzimi digestivi, ma fermentabile dalla flora batterica intestinale.
Di conseguenza, l'utilizzazione fisiologica dei carboidrati può variare notevolmente. I monosaccaridi possono essere assorbiti direttamente, anche se con velocità diversa, mentre i disaccaridi, gli oligosaccaridi e i polisaccaridi richiedono una preliminare idrolisi che li trasforma nei monosaccaridi di cui sono costituiti, che possono essere poi rapidamente trasportati dal lume intestinale al sangue.
Pur non esistendo, in molti paesi, raccomandazioni nutrizionali precise per i carboidrati, è noto che un'inadeguata assunzione di questo tipo di nutrienti induce squilibri biochimici, oltre a ridurre l'efficienza funzionale di tutto l'organismo.
I LARN (Livelli di assunzione raccomandati di energia e nutrienti per la popolazione italiana) raccomandano che almeno il 55% del fabbisogno energetico sia fornito dai carboidrati; in particolare, sono consigliati i carboidrati complessi. Gli zuccheri semplici, invece, spesso di sapore dolcissimo, che, oltre agli aspetti più spiccatamente nutrizionali, esplicano una funzione edonistica nell'alimentazione del bambino e dell'adulto, non dovrebbero superare il 10-12%.
Inoltre, essi costituiscono un'importante causa di sviluppo delle carie dentali; in particolare, lo zucchero più cariogeno è il saccarosio, facilmente metabolizzabile dai microrganismi che formano la placca.
Il consumo di zuccheri semplici (mono- e disaccaridi, solubili) non dovrebbe tuttavia superare il 10-12% delle calorie totali; questo valore è tuttavia scarsamente praticabile, poiché viene facilmente superato anche solo con l'assunzione di lattosio e fruttosio.
Tabella riassuntiva dei carboidrati più comuni
| Carboidrato | Tipo | Componenti | Note |
|---|---|---|---|
| Glucosio | Monosaccaride | Unità singola | Fonte di energia primaria |
| Fruttosio | Monosaccaride | Unità singola | Presente nella frutta e nel miele |
| Saccarosio | Disaccaride | Glucosio + Fruttosio | Zucchero da tavola |
| Lattosio | Disaccaride | Glucosio + Galattosio | Presente nel latte |
| Amido | Polisaccaride | Polimeri di Glucosio | Riserva energetica delle piante |
| Cellulosa | Polisaccaride | Polimeri di Glucosio | Componente strutturale delle piante |
| Glicogeno | Polisaccaride | Polimeri di Glucosio | Riserva energetica degli animali |
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