Glukoza - właściwości, zastosowanie

Węglowodany to grupa substancji odżywczych, które niemal każdy spotyka w codziennym jedzeniu i trudno wyobrazić sobie bez nich kuchnię na całym świecie. Są nie tylko źródłem energii, ale też nadają smak i charakter wielu potrawom, od prostych przekąsek po skomplikowane desery. To bardzo szeroka grupa związków, w której obok cukrów prostych znajdziemy także bardziej złożone formy. Naukowcy od lat badają, jak różne rodzaje węglowodanów, w tym najprostsza z nich glukoza, wpływają na organizm.

1. Glukoza jako składnik odżywczy
2. Zastosowanie kulinarne glukozy
3. Właściwości prozdrowotne glukozy

Glukoza jako składnik odżywczy

Węglowodany są jedną z trzech podstawowych grup makroskładników, obok białek i tłuszczów, i pełnią w organizmie człowieka rolę głównego źródła energii. Chemicznie to związki organiczne zbudowane głównie z atomów węgla, wodoru i tlenu, które w uproszczeniu można podzielić na cukry proste, czyli monosacharydy (np. glukoza), cukry złożone z dwóch cząsteczek zwane disacharydami (np. sacharoza, czyli cukier stołowy), a także oligosacharydy i polisacharydy (np. skrobia, główny składnik zbóż i niektórych warzyw), które tworzą dłuższe łańcuchy o różnym stopniu złożoności i długości. Cukry proste wchłaniają się najszybciej, podczas gdy polisacharydy muszą zostać rozbite na mniejsze fragmenty w procesie trawienia.

Glukoza należy do monosacharydów i jest najbardziej podstawową formą węglowodanów używaną przez komórki jako paliwo. Bezpośrednio wchodzi w szlak metaboliczny zwany glikolizą, prowadzący do powstania energii w formie ATP (adenozynotrifosforanu). W praktyce to właśnie glukoza jest głównym cukrem krążącym we krwi i to na jej stężeniu opiera się diagnostyka wielu chorób metabolicznych, w tym cukrzycy.

Zastosowanie kulinarne glukozy

Glukoza znajduje szerokie zastosowanie w kuchni i przemyśle spożywczym, ponieważ jej właściwości technologiczne wykraczają poza samo nadawanie słodyczy. W formie syropu glukozowego używana jest do produkcji deserów, wyrobów cukierniczych i lodów, gdzie stabilizuje strukturę, ogranicza krystalizację sacharozy i sprawia, że masa pozostaje gładka i kremowa.

Produkcja masowa

W produkcji masowej syrop glukozowy dodaje się do pralinek, masy marcepanowej, czy nugatu, aby zachować elastyczność i zapobiec wysychaniu. Często pojawia się w przepisach na masy cukrowe i lukry, bo nadaje im połysk i trwałość. Glukozę wykorzystuje się również do karmelizacji, ponieważ łatwo topi się i przyjmuje złocistą barwę, co stosuje się przy przygotowywaniu sosów, polew i dekoracji.

W piekarnictwie

W piekarnictwie glukoza może przyspieszać reakcję Maillarda, czyli proces brązowienia zachodzący między cukrami, a białkami, który zachodzi w wysokiej temperaturze, nadając wypiekom charakterystyczny kolor i aromat. Jako cukier prosty glukoza fermentuje szybciej, niż sacharoza, dlatego bywa używana w piwowarstwie i winiarstwie jako dodatkowe źródło cukru dla drożdży, które przekształcają ją w alkohol i dwutlenek węgla. Glukoza może być także używana do konserwacji owoców, gdyż w odpowiednim stężeniu tworzy środowisko utrudniające rozwój drobnoustrojów.

Szacunkowa zawartość glukozy w najbogatszych jej naturalnych źródłach

Właściwości prozdrowotne glukozy

W metaanalizach, czyli opracowaniach statystycznych łączących wyniki wielu badań klinicznych, nie widać ogólnych zdrowotnych korzyści z rutynowego dodawania czystej glukozy do diety osób zdrowych, natomiast w kilku precyzyjnych sytuacjach glukoza sama lub w napojach opartych na jej polimerach takich jak maltodekstryna (czyli krótkie łańcuchy cząsteczek glukozy łatwo rozkładane do glukozy w jelicie) może być użyteczna.

W sporcie

W sporcie wytrzymałościowym wykazano, że podaż węglowodanów podczas wysiłku poprawia wynik prób czasowych i wydłuża czas do wyczerpania. Łatwo to wytłumaczyć biochemicznie, ponieważ glukoza zasila glikolizę (szlak metaboliczny rozkładający glukozę do pirogronianu z uzyskaniem energii ATP) i pozwala oszczędzać zapasy glikogenu mięśniowego (magazynu glukozy w mięśniach i wątrobie). Stały napływ substratu ogranicza spadki stężenia glukozy we krwi, a więc wpływać na odczuwanie zmęczenia.

Redukcja zmęczenia i większa motywacja poprzez płukanie ust glukozą

Część prac dotyczy także płukania jamy ustnej roztworem węglowodanów bez połykania i tam efekt działa raczej przez mechanizmy w układzie nerwowym, niż przez realne dostarczenie energii. Receptory w jamie ustnej sygnalizują bowiem o dostępności węglowodanów i mogą zwiększać motywację oraz redukować zmęczenie.

W praktyce chodzi najczęściej o napoje zawierające glukozę lub maltodekstrynę stosowane w dawkach kilkudziesięciu gramów na godzinę podczas długiej pracy fizycznej.

Zabiegi i operacje

Poza sportem realne korzyści pojawiają się w kontekście przedoperacyjnym, w ramach protokołów ERAS (Enhanced Recovery After Surgery, zestaw zaleceń mających przyspieszyć powrót pacjenta do zdrowia po zabiegu), gdzie ładowanie węglowodanami oznacza wypicie na dwie lub trzy godziny przed operacją klarownego napoju z glukozą albo maltodekstryną. Zgodnie z przeglądami badań takie postępowanie może wiązać się z mniejszą okołooperacyjną insulinoopornością, czyli osłabioną odpowiedzią tkanek na insulinę.

U pacjentów obserwowano także lepsze samopoczucie, mniej pragnienia i głodu, a w części badań również krótszy pobyt w szpitalu. Krótszy okres głodzenia przed operacją zmniejsza stres metaboliczny, czyli nadmierne zużycie energii i uruchamianie rezerw. Co więcej, napój węglowodanowy nie zwiększa ryzyka aspiracji, czyli cofania się treści pokarmowej do dróg oddechowych podczas znieczulenia.

W trakcie biegunki

Trzecim dobrze znanym zastosowaniem glukozy są doustne płyny nawadniające stosowane w ostrej biegunce. Glukoza odgrywa w nich kluczową rolę, ponieważ razem z jonami sodu (elektrolitu) korzysta z tego samego transportera w jelicie (SGLT1), co pozwala na skuteczniejsze wchłanianie wody. Dzięki temu organizm szybciej odzyskuje równowagę płynów i zmniejsza się ryzyko odwodnienia. Badania łączące wyniki wielu prób klinicznych pokazują, że takie roztwory mogą skutecznie obniżać nawet śmiertelność z powodu biegunek.

Na pamięć

Niektóre wyniki badań z udziałem ludzi sugerują, że pojedyncza dawka glukozy może na krótko poprawiać niektóre aspekty pamięci, zwłaszcza odtwarzanie świeżo zapamiętanych informacji. Efekty są jednak niewielkie i zależą od sytuacji.

Źródła:

• Temesi, J., Johnson, N. A., Raymond, J., Burdon, C. A., & O'Connor, H. T. (2011). Carbohydrate ingestion during endurance exercise improves performance in adults. The Journal of nutrition, 141(5), 890–897. https://doi.org/10.3945/jn.110.137075
• Bilku, D. K., Dennison, A. R., Hall, T. C., Metcalfe, M. S., & Garcea, G. (2014). Role of preoperative carbohydrate loading: a systematic review. Annals of the Royal College of Surgeons of England, 96(1), 15–22. https://doi.org/10.1308/003588414X13824511650614
• Munos, M. K., Walker, C. L., & Black, R. E. (2010). The effect of oral rehydration solution and recommended home fluids on diarrhoea mortality. International journal of epidemiology, 39 Suppl 1(Suppl 1), i75–i87. https://doi.org/10.1093/ije/dyq025
• Peters, R., White, D., Cleeland, C., & Scholey, A. (2020). Fuel for Thought? A Systematic Review of Neuroimaging Studies into Glucose Enhancement of Cognitive Performance. Neuropsychology review, 30(2), 234–250. https://doi.org/10.1007/s11065-020-09431-x