Lees verder
In deze reeks beschrijft prof. dr. Fred Brouns in vier delen de effecten van koolhydraten op de gezondheid. In dit eerste deel beschrijft hij de soort koolhydraten.
prof. dr. Fred Brouns

Metabole effecten en functionaliteit van koolhydraten

Wanneer wij voor het maken van geschikte richtlijnen voor de inname van nutriënten en voeding de effecten van sachariden in ogenschouw nemen lijkt er een ‘grijze zone’ te zijn waarin insiders uit twee wetenschapsfamilies zich zullen bevinden:

Biomedische wetenschappen

In de biomedische wetenschappen is er bij studies naar de metabole effecten van voeding vaak sprake van een aanzienlijk reductionisme en daardoor een focus op de effecten van individuele sachariden. Mensen worden echter niet blootgesteld aan individuele sacharidesoorten, maar altijd aan een mengsel hiervan zoals aanwezig in onze dagelijkse maaltijden. Daarnaast blijken biomedische onderzoekers de specifieke functionaliteiten die sachariden in de voedsel- en drankrecepturen vervullen meestal niet te overzien. Hierdoor kan het zijn dat de simpele wens om uit overwegingen van metabolisme en gezondheid ‘de suikers er maar uit te halen’ soms niet of nauwelijks haalbaar blijkt te zijn.

Levensmiddelen technologie en voedingswetenschap

Levensmiddelentechnologen en voedingswetenschappers, daarentegen richten zich vooral op sacharidefunctionaliteiten, in de context van algemene productkwaliteit en sensorische kenmerken. Zo wordt er vaak suiker aan een product toegevoegd vaak zonder rekening te houden met de mogelijke effecten op metabolisme en gezondheid en zonder te kijken naar geschikte alternatieven.
Het lijkt erop dat, voor gezondheid en ziekte, wederzijdse/ interactieve effecten ‘meer’ zijn dan de som van de individuele sacharide-eigenschappen. Om deze reden lijkt een primaire focus op de kwaliteit van maaltijden en maaltijdpatronen, in plaats van afzonderlijke componenten, het meest waardevol met betrekking tot aanbevelingen voor de volksgezondheid. Dit is ook de reden waarom de Nederlandse Gezondheidsraad in haar richtlijnen ervoor gekozen heeft om kwalitatieve voedingsaanbevelingen te formuleren.

In deze narratieve review wordt aan de hand van gepaste voorbeelden een poging gedaan om tussen deze wetenschapsgebieden een brug te slaan en toe te lichten dat een eenzijdige focus op één bepaalde sacharidekarakteristiek kan betekenen in het licht van algemene effecten op gezondheid en ziekte.

Koolhydraten

Koolhydraten vormen samen met vet de hoofdenergiebron in onze voeding. Het belang van koolhydraten in een gezonde voeding ligt echter onder vuur. Zijn koolhydraten werkelijk zo ongezond als sommigen beweren? Is er voldoende wetenschappelijk bewijs om de kwantitatieve aanbevelingen inzake koolhydraten drastisch te herzien? Of moeten wij vooral op de “koolhydraatkwaliteit” letten? De discussie over de gezondheidseffecten van vetten, koolhydraten en suikers is als een pendulum die heen en weer slingert. Nu is het ene nutriënt en dan weer een ander de oorzaak van overgewicht en hieraan gerelateerde chronische aandoeningen. Verschillende dieettrends volgen elkaar op. Er zijn enerzijds diëten waarbij koolhydraten van vetten gescheiden moeten blijven (bv. Montignac) en anderzijds diëten die veel vet en weinig koolhydraten (bv. Atkins) of vrijwel geen koolhydraten (ketogeen dieet) als gezonder beschouwen. Er is echter geen algemene consensus is over de ideale verdeling tussen de macronutriënten, voor zover een ideale verdeling überhaupt bestaat.

Koolhydraten hebben een breed scala aan kenmerken, variërend van moleculaire samenstelling die hun chemisch gedrag en functionele kenmerken in voedselsystemen beïnvloedt tot functioneel, fysiologisch en biochemisch gedrag wanneer ze worden geconsumeerd, verteerd en geabsorbeerd. Sommige kenmerken hebben invloed op specifieke aspecten van ons voedsel die de textuur en onze sensorische ervaringen bepalen, zoals bijvoorbeeld de kristalvorming in consumptie-ijs, de bruine korstvorming tijdens het bakken van brood en ‘glasvorming’ bij snoepgoed/candies.  Suikers kunnen ook worden gebruikt voor het verlengen van de houdbaarheid, zoals in jam of voor het realiseren van “zoetheid” en een prettig mondgevoel, zoals in suikerhoudende dranken.

Andere koolhydraatkenmerken beïnvloeden de effecten in het maagdarmkanaal en de specifieke hormonale en metabole reacties, waardoor ze van invloed zijn op onze gezondheid en ons welzijn.

In chemisch opzicht kunnen koolhydraten en suikers enerzijds identiek zijn met betrekking tot de samenstelling van hun monomeren maar anderzijds kunnen deze unieke moleculaire structuren tot zeer verschillende effecten in ons leiden. Om deze redenen is een goed inzicht in de typen koolhydraten en de context van hun gebruik en consumptie van essentieel belang om de relatie met gezondheid en ziekte te kunnen begrijpen.

Om transparantie en een beter begrip van hun specifieke overeenkomsten of verschillen inzichtelijk te maken worden er gewenste classificaties (chemisch, biochemisch, fysiologisch) gemaakt.  Binnen de voedings-gerelateerde gezondheidswetenschappen worden koolhydraten vaak geclassificeerd op basis van hun fysiologische- en gezondheidseffecten. Binnen deze benadering worden bijvoorbeeld verteerbare koolhydraten gegroepeerd op basis van de snelheid en mate van verteerbaarheid, de daaruit resulterende glycemische respons (glycemische index, (GI)), de omzetting naar andere metabolieten, de oxidatiesnelheid, etc.

In de volgende paragrafen wordt e.e.a. met behulp van voorbeelden duidelijk gemaakt alvorens in te gaan op de vraag of een algemene beperking van koolhydraten wenselijk wordt geacht

Koolhydraat Classificatie

Koolhydraten kunnen worden geclassificeerd op basis van kenmerken van hun moleculaire samenstelling (chemische classificatie), waaronder individuele monomeren (monosachariden), type binding tussen de monosachariden (α of β glycosidische binding) en de positie van deze bindingen in het molecuul. Bijvoorbeeld, sucrose bestaat uit 2 monomeren, glucose en fructose, die verbonden zijn d.m.v. een α 1-2 glycosidische binding. Sucrose heeft een polymerisatiegraad (DP) van 2.

In een chemische classificatie die veel door voedsel- en warenautoriteiten, maar ook voor de definitie van toegevoegde suikers/vrije suikers gebruikt wordt, worden koolhydraten gerangschikt naar de mate van hun polymerisatiegraad. Binnen deze categorieën kunnen koolhydraten in de voeding verder worden onderverdeeld zoals weergegeven in tabel 1.

Tabel 1: Chemische classificatie van koolhydraten volgens FAO (The Food and Agriculture Organization of the United Nations) en WHO (Wereldgezondheidsorganisatie), 1998.

Suikers (DP 1-2)

Monosachariden

Glucose, fructose galactose, mannose, arabinose, xylose, erythrose.

 

Disachariden

Sucrose, isomaltulose, lactose, maltose, trehalose.

 

Suiker alcoholen (polyolen)

Sorbitol, mannitol, lactitol, xylitol, erythritol.

Oligosachariden (DP 3-9)

Maltodextrinen (maltoligosachariden)*

*Bevatten: Gluco-oligosachariden, maltose, glucose.

 

Niet-verteerbare oligosachariden

Raffinose, stachyose, fructo-oligosachariden (FOS), arabino-oligosachariden (AXOS), andere.

Polysachariden (DP >9)

Zetmeel

Amylose, amylopectine, gemodificeerd zetmeel.

 

Niet-zetmeel polysachariden (NSP)

Pectine, cellulose, hemicellulose, hydrocolloïden (Arabische gum, guar gum).

 

Resistant zetmeel (RS)

• RS type 1,2,3 en 4

*Maltodextrine is een industrieel gehydrolyseerd zetmeelproduct. Gedurende de hydrolyse ontstaat er een mengsel van glucose-oligosachariden, maltose en glucose. Het kwantitatieve gehalte van maltose en glucose hangt af van de mate van hydrolyse (snelheid x tijd).
De meest voorkomende monosachariden glucose, fructose en galactose bevatten allemaal 6 koolstofatomen. De rangschikking van deze atomen in de ringstructuur waarin ze aanwezig zijn, verschilt echter en indien aanwezig in disachariden kunnen de glycosidische bindingen, α of β, tussen de samenstellende monomeren, verschillen, wat o.a. van invloed is op de snelheid van vertering. In tabel 2 wordt een classificatie van geselecteerde koolhydraten (soorten, bindingen) gegeven, samen met geselecteerde kenmerken van vertering, absorptie distributie en metabole eindbestemming in het lichaam

Scrol in de tabel naar links om alle kolommen te bekijken of download deze pdf.

Tabel 2 – Chemische en fysiologische kenmerken van suikers en andere glycemische koolhydraten.

Component

Soort

Verteringsenzym

In darm

Opname darmcel

In bloed

Mogelijke metabole eindbestemming

GI

Glucose

Monosacharide

Glucose

Glucose

Gebruik als brandstof, opslag als glycogeen en/of omzetting in andere metabolieten

100

Fructose

Monosacharide

Fructose

Glucose, Lactaat, Fructose

Omzetting in organische zuren en glucose in de damcellen: gebruik als brandstof, opslag als glycogen. Bij grote fructose inname wordt de resterende fructose in de lever omgezet in vetzuren die als
brandstof gebruikt worden of worden opgenomen in triglyceriden

19

Sucrose

Disacharide: glucose-
fructose, α1-2 glycosidische binding

Sucrase

Glucose, fructose

Glucose, Fructose

Glucose,
Lactaat, Fructose

Zie glucose -en fructose-eindbestemming boven

65

Isomaltulose

Disacharide: glucose- fructose, α1-6 glycosidische binding

Isomaltase

Glucose, fructose

Glucose, Fructose

 

Zie glucose -en fructose-eindbestemming boven

32

Galactose

Monosacharide

Galactose

Galactose

Omzetting in de lever tot glucose. Zie glucose-eindbestemming boven

25

Lactose

Disacharide: glucose – galactose, α1-4 binding

Lactase

Glucose, Galactose

Glucose, Galactose

Glucose, Galactose

Zie glucose -en fructose-eindbestemming boven

45

Honing

Glucose 30.3%, Fructose
38.4%, Sucrose 1.3%

Sucrase

Glucose, Fructose

Glucose, Fructose

Glucose, Lactaat,
Fructose

Zie glucose -en fructose-eindbestemming boven

50

Maple syrup

Sucrose 98%, Glucose 1%,
Fructose 1%

Sucrase

Glucose, Fructose

Glucose, Fructose

Glucose,
Lactaat, Fructose

Zie glucose -en fructose-eindbestemming boven

54

HFCS 55

Fructose 55%, Glucose,
43%, Gluco-
oligosachariden 3%

α -dextrinase

Glucose, Fructose

Glucose, Fructose

Glucose, Lactaat, Fructose

Zie glucose -en fructose-eindbestemming boven

58

Zetmeel bronnen

Glucose polymeren: amylopectine, α1-4 en α1-6
bindingen. Amylose, α1-4 bindingen

Amylase uit speeksel en alvleesklier

Maltose, Glucose

Maltose, Glucose

Glucose

Zie glucose eindbestemming boven

40 – 110*

Voor een overzicht van fructose zie Tappy en Le 2010 , Lang et al 2018, en Silva et al 2019. Voor een overzicht van lactose en galactose zie ‘Lactose-galactose webinfo jan 2020’. In de tabel wordt één voorbeeld gegeven van een laag-calorische / laag-glycemische suikervervanger: Sorbitol. In de darm wordt sorbitol, een suiker- alcohol, langzaam geabsorbeerd (25% tot 80% van de ingenomen dosis) door gefaciliteerde diffusie. Geabsorbeerde sorbitol gaat naar de lever waar het wordt omgezet in fructose en glucose (Livesey, 2003). De niet-geabsorbeerde fractie wordt getransporteerd naar de dikke darm, waar het wordt gefermenteerd. Wanneer sorbitol in hoge doses wordt geconsumeerd, kunnen mogelijke bijwerkingen optreden als gevolg van osmotische waterverschuivingen van bloed naar de darm, resulterend in geborrel, zachte ontlasting of diarree. (voor uitgebreide details over polyolen zie: Livesey, 2003, Ghosh & Sudha, 2012; Rice et al 2019. Voor een uitgebreid overzicht van laag- en niet-calorische/niet-glycemische zoetstoffen, vergeleken met calorische zoetstoffen Zie Rogers et al (2016). * De glycemische index van zetmeelrijke voedingsmiddelen varieert afhankelijk van het gehalte aan amylose, amylopectine, vezels en de aanwezigheid van eiwitten. Daarnaast speelt ook de voedingsmatrix zelf een belangrijke rol. Deze invloeden leiden gezamenlijk tot een reeks van gerapporteerde GI waarden. Zie voor verdere uitgebreide details: Nomenclatuur van koolhydraten (https://www.qmul.ac.uk/sbcs/iupac/2carb/00n01.html#0121), nomenclatuur van suikeralcoholen (Grembecka 2019). Voor uitgebreide glycemische index gegevens, zie Atkinson et al 2008 -International Tables of Glycemic Index and Glycemic Load Values, en de online GI-data base van de University of Sidney: http://www.glycemicindex.com/foodSearch.phpp
Om uit te leggen hoe koolhydraten met vergelijkbare monomeer-samenstellingen kunnen verschillen in de mate van verteerbaarheid en opname (bio-beschikbaarheid) geven wij hier twee voorbeelden: 1) sucrose/isomaltulose, 2) amylose/amylopectine zetmeel.

  • De disachariden sucrose en isomaltulose zijn beiden samengesteld uit de twee monomeren, glucose en fructose. De binding tussen de 2 monomeren verschilt echter. In sucrose is er sprake van een α 1-2-binding, terwijl er in isomaltulose een α 1-6-binding is (zie fig.1). Vanwege de stabielere α-1,6-glycosidische binding verloopt de hydrolyse door disacharidasen in de dunne darm relatief traag (bij blootstelling aan humaan dunnedarmslijmvlies-homogenaat, als enzymenbron, bedroeg de hydrolysesnelheid van isomaltulose 26-45% vergeleken met sucrose (100%) (Lina et al 2002). De langzamere vertering resulteert in een lagere bloedglucose en -insuline respons, waardoor er een verminderde koolhydraatoxidatie en meer lipide-oxidatie, t.o.v. de situatie na inname van sucrose, ontstaat (van Can et al 2009, Achten et al 2007, Lina et al 2002, Holub et al 2010).
figuur 1
Figuur 1: moleculaire structuur van isomaltulose. Door bij sucrose als uitgangsstof, met behulp van het microbiële enzym ‘glucosyltransferase’, de bindingsstructuur tussen glucose en fructose α1-2 in sucrose ‘los te knippen’ en te veranderen naar α1-6, wordt isomaltulose gevormd.

 

  • Zetmeel: amylose en amylopectine: men kan zich afvragen waarom het voorbeeld van zetmeel wordt besproken, in een vergelijking met suikers. De reden hiervan is dat suikers bij vertering hun samenstellende monomeren (DP 1) afgeven aan de darmcellen voor opname. In het licht van de algemeen aanvaarde definitie dat suikers alle koolhydraten zijn met een DP van 1-2, wordt het duidelijk dat zowel ‘suiker/sacharose’ en ‘zetmeel’ als resultaat van vertering uiteindelijk ‘suikers’ als mono en di-sachariden aan de darmcellen leveren voor opname. In termen van metabole reacties, vooral bij het vergelijken van ‘suikers’ met ‘zetmeel’, is het goed om in dit opzicht een ​​duidelijk vergelijkend beeld te hebben.

 

Plantenzetmeel bevat in het algemeen 20-30(gewichts)% Amylose en 70-80% Amylopectine. Amylose (Figuur 2A) bestaat uit lineaire ketens van glucose monomeren met een lengte van ongeveer 300-3000 eenheden in een helix structuur, onderling verbonden door α 1-4-bindingen.

In amylopectine is er ook een lineaire basisstructuur waarin glucosemonomeren zijn verbonden door α 1-4-bindingen (Fig. 1B-C), maar langs deze lineaire basis zijn er zijverbindingen, geïnitieerd door α 1-6-bindingen. Dit resulteert in een molecuul met zeer veel vertakkingen, veel terminale eindpunten en een open structuur waarin verteringsenzymen sneller kunnen werken in vergelijking met de meer gesloten lineaire helixstructuur van amylose. Het spijsverteringsenzym α-amylase is verantwoordelijk voor de afbraak van het zetmeel in dextrines (maltotriose- DP3) en maltose (DP2), die op hun beurt worden verteerd door het enzym maltase uit de darmwand, wat resulteert in glucosemonomeren. Vaak wordt gesuggereerd dat het amylosegehalte de belangrijkste factor is bij het bepalen van de verterings- en absorptiesnelheid en de daarmee samenhangende glycemische respons, maar recent onderzoek toont aan dat het beeld veel complexer is (Martens et al 2018). Het lijkt erop dat de moleculaire en granulaire structuur (helixvorming, aantal poriën, grootte van het molecuul, amylopectine-zijketenlengteverdeling en kristallijne structuur, waarvan de laatste twee de belangrijkste zijn) op interactieve wijze de variatie in de verteringssnelheid plantenzetmeelbronnen bepaalt (Martens et al 2018). Het potentieel van zetmeel om de bloedglucoserespons te beïnvloeden, uitgedrukt als een glycemische index (GI) -waarde, kan daarom aanzienlijk variëren, afhankelijk van de zetmeelstructuur ((Lin 2017, Zenel 2015, Luhovyy 2014) Interessant is de bevinding dat, ondanks slechts relatief kleine verschillen in het amylosegehalte, de in vitro zetmeelvertering van tarwezetmeel sneller verloopt dan van aardappelzetmeel (met het meest resistente zetmeel). Maïs, hoog amylose-maïs en erwtenzetmeel vertonen daarbij tussenliggende waarden (Martens et al 2018).

 

figuur 2
Figuur 2. A) Moleculaire structuur van amylopectinezetmeel (A,B) en amylosezetmeel (C). (Bron afbeeldingen: Wikipedia- zetmeel, 2020)

De literatuurlijst is hier te vinden.