Grundlagenwissen: Kohlenhydrate

Autor: My Healthy Food-Redaktion

Wer seinen Blutzucker kontrollieren will, muss keine Kohlenhydrate zählen.

Egal, ob du Essen als Genussmittel oder lediglich als Treibstoff betrachtest: Du solltest in jedem Fall wissen, wie dein Körper auf unterschiedliche Nahrungsmittel reagiert. Viele Ernährungsempfehlungen orientieren sich noch immer am Verhältnis der Grundnähstoffe, die aufgenommen werden sollen. Aber ist das wirklich sinnvoll?

Bei vielen Anhängern gesunder Ernährung stehen aktuell Ernährungskonzepte hoch im Kurs, die die Aufnahme von Kohlenhydraten regulieren, wie Low Carb oder Keto. Beide Varianten sind deshalb so faszinierend, weil einige Menschen damit beeindruckend an Gewicht verlieren konnten. Es gibt allerdings auch Gegenbeispiele, bei denen Menschen durch eine kohlenhydratarme Ernährung ungewollt zugenommen haben. Eine Erklärung liefern aktuelle Forschungen: Sie zeigen, dass die Erfolge von Low-Carb- und Keto-Diäten stark vom individuellen Stoffwechsel und vom Mikrobiom des Darms (früher Darmflora genannt) abhängen.

Offenbar können Menschen auf ein und dieselben Nahrungsmittel also sehr unterschiedlich reagieren. Die moderne Wissenschaft verabschiedet sich zunehmend vom Gedanken der universellen Ernährungsempfehlung, die für alle gilt – und sieht die Zukunft gesunder Ernährung in der individuellen Betrachtung des einzelnen Menschen.

Wir glauben, dass das Wissen um den individuellen Kohlenhydratstoffwechsel der Schlüssel für eine erfolgreiche Ernährungsumstellung ist – egal, ob es darum geht, Gewicht zu reduzieren, Insulinresistenz, Diabetes Typ 2 oder weitere Folgeerkrankungen zu bekämpfen bzw. zu verhindern.

Zeitspar-Tipp:

Wenn du dich beim Thema Kohlenhydrat-Stoffwechsel schon gut auskennst, kannst du die einleitenden Kapitel überspringen und direkt beim Abschnitt Lebensmittel der Zukunft <interner Link> einsteigen. Dort erfährst du, wie wir unser Wissen rund um den menschlichen Stoffwechsel und die Vielfalt der Natur dazu nutzen, um Lebensmittel mit völlig neuen Wirkungsweisen zu entwickeln.

Kohlenhydrate: Energie zum Leben

Das Wort „Kohlenhydrate“ setzt sich zusammen aus dem ersten Teil des Begriffs „Kohlenstoff“ und „Hydra“, dem altgriechischen Wort für Wasser. Der größte Teil der Weltbevölkerung ist auf kohlenhydratreiche pflanzliche Nahrungsmittel angewiesen. In einigen Ländern beträgt ihr Anteil der täglichen Kalorienzufuhr 80 Prozent oder mehr.

In den Medien werden „Kohlenhydrate“ und „Zucker“ oft als Synonym verwendet. Dabei sind die Kohlenhydrate der übergeordnete Begriff über unterschiedliche Zuckerarten– und der Verzehr verschiedener Zuckerarten hat unterschiedliche Auswirkungen auf unseren Körper.

Methoden der Energiegewinnung

Wie Menschen, Tiere und andere Organismen brauchen auch Pflanzen Energie, um zu überleben und zu wachsen. Bei der sogenannten Photosynthese nutzen diese das pflanzeneigene Chlorophyll (Blattgrün), um Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate umzuwandeln – insbesondere in Glukose (Traubenzucker). Was davon nicht unmittelbar für den Stoffwechsel benötigt wird, speichert die Pflanze in Form Stärke (z.B. in Wurzeln, Knollen oder Sprossachsen) oder Ballaststoffen (z.B. als Zellulose in den Zellwänden). Steigt der Energiebedarf der Pflanze, wandelt sie die gespeicherte Stärke wieder in Glukose um.

Bei uns Menschen ist es ähnlich: Essen wir Kohlenhydrate, also z.B. stärkereiche Lebensmittel wie Kartoffeln oder Nudeln, wird die Stärke im Körper zu Glukose aufgespalten, die unsere Körperzellen energetisch nutzen – um Gewebe zu erhalten und aufzubauen, unsere Muskeln einzusetzen und unsere inneren Organe zu versorgen. Wie Pflanzen können auch wir ungenutzte Glukose zur späteren Verwendung speichern – in Form von Glykogen, das hauptsächlich in den Muskeln und in der Leber eingelagert wird und bei Bedarf leicht wieder in Glukose umgewandelt werden kann. Ist der Glykogenspeicher voll – und das ist er sehr schnell! –  wird Glukose in Fett umgewandelt und als Körperfett gespeichert, das ebenfalls bei Bedarf wieder in Glukose umgewandelt und energetisch genutzt werden kann.

Der Kreislauf des Kohlenstoffs

In lebenden Organismen – egal, ob Tier oder Pflanze – findet rund um die Uhr Zellatmung statt: Pflanzen nehmen Kohlendioxid (CO₂) aus der Luft, Wasser (H₂O) aus dem Boden und Sonnenenergie auf, um durch Photosynthese Glukose (C₆H₁₂O₆) und Sauerstoff (O₂) zu produzieren. Menschen und Tiere nehmen die pflanzliche Glukose über die Nahrung auf und verwenden den eingeatmeten Sauerstoff, um sie gemeinsam mit anderen Nahrungsbestandteilen in Energie umzuwandeln. Pflanzen nehmen also CO₂ auf und produzieren O₂, und Tiere nehmen O₂ auf und produzieren CO₂. Diese perfekte Reaktion funktioniert in beide Richtungen und nützt damit als Kohlenstoffkreislauf Pflanzen und Tieren (Abb. 1).

Abb. 1: Der Kohlenstoffkreislauf ist eine chemische Wunderformel.

Strategien der Energiespeicherung

Ein entscheidender Unterschied zwischen Pflanzen und Lebewesen liegt in der vorwiegenden Form der Energiespeicherung: Während die einen Kohlenhydrate speichern, speichern die anderen Fett – und bis zu einem gewissen Grad auch Eiweiß. Pflanzen bestehen hauptsächlich aus Kohlenhydraten und enthalten nur wenig Eiweiß und Fett. Lediglich ihre Früchte, Samen oder ihr Keim können höhere Fett- und Eiweißgehalte aufweisen.

Im Gegensatz zur Pflanze kann der Mensch nur eine geringe Menge an Kohlenhydraten speichern (untrainierte Menschen etwa 300 g, Leistungssportler bis zu 600 g). Stattdessen wandelt der menschliche Organismus Kohlenhydrate in der Regel in Fett um – in seine bevorzugte und effizienteste Form der Energiespeicherung.

Grundform des Zuckers: der Sechsring

Obwohl Kohlenhydrate unterschiedlich aufgebaut sind, ist ihre klassische Grundstruktur ein 6-seitiger Kohlenstoffring. Zum Beispiel bildet ein Kohlenhydrat mit der Formel C₆H₁₂O₆ in der Stammform einen Ring mit sechs Kohlenstoffatomen (Abb. 2). Lediglich das Kohlenhydrat Fructose (Fruchtzucker) verfügt über fünf Ringelemente und hat das sechste Kohlenstoffatom an den Ring angelagert.

 Abb. 2: Die Grundform der Kohlenhydrate: der Sechsring (vereinfachte Darstellung).

Monosaccharide: direkt ins Blut

Monosaccharide werden auch als Einfachzucker bezeichnet, da sie aus einem einzigen Zuckermolekül bestehen (mono = einfach, Saccharid = Zucker). Die häufigsten Monosaccharide in der menschlichen Ernährung sind Glukose, Fruktose und Galaktose. Aufgrund ihrer geringen Größe brauchen wir keine Enzyme, um sie zu verdauen. Sie gelangen durch die Darmwand direkt in den Blutkreislauf.

Die gemeinsame Endung „-ose“ ist übrigens eine chemische Kennung für Zucker. Darüber hinaus sind Glukose, Fruktose und Galaktose sogenannte Isomere. Das bedeutet, dass ihre chemischen Summenformeln zwar identisch, ihre Atome aber jeweils unterschiedlich angeordnet sind (Abb. 3).

Abb. 3: Gleiche Summenformel, unterschiedlicher Aufbau: die Monosaccharide.

Glukose: Energie für die Zellen

Glukose ist das Monosaccharid, das in der Natur am häufigsten zu finden ist. Es wird auch als Dextrose oder Traubenzucker bezeichnet und kommt nicht nur in vielen Lebensmitteln vor, sondern spielt auch beim menschlichen Stoffwechsel eine zentrale Rolle. Damit komplexe Kohlenhydrate (siehe weiter unten) über den Blutkreislauf transportiert werden können, werden sie zunächst in ihre Monosaccharide aufgespalten. Die entstehende Glukose wird mit Hilfe des Hormons Insulin in die Körperzellen transportiert und liefert dort Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP). 

Fruktose: ein Fall für die Leber

Fruktose (von lat. fructus = die Frucht) ist das süßeste der natürlichen Kohlenhydrate und in Obst und Honig enthalten. Für den Großteil unseres Fruktose-Konsums sind allerdings Haushaltszucker (der aus Glukose und Fruktose besteht), Süßigkeiten und Softdrinks verantwortlich. In den USA werden die meisten Softdrinks mit High-Fructose-Corn-Syrup (HFCS – ein aus Mais gewonnener Fruktose-Glukose-Sirup – gesüßt. In Europa wird häufiger Glukose-Fruktose-Sirup verwendet, der z.B. aus Getreide gewonnen wird und mehr Glukose als Fruktose enthält.

Chemisch betrachtet hat Fruktose eine fünfseitige Ringstruktur und kann deshalb von den meisten Zellen unseres Körpers nicht aufgespalten werden. Das dafür nötige Enzym Fruktokinase ist in erster Linie in unseren Leberzellen zu finden, sodass Fruktose fast ausschließlich in der Leber verstoffwechselt wird.

Fruktose-Gefahr: nicht-alkoholische Fettleber

Eine nicht-alkoholische Fettleber hat meist mehrere Ursachen wie u.a. eine falsche Ernährung, Übergewicht und Bewegungsmangel. Ein zu hoher Alkoholkonsum dagegen führt eher zu einer alkoholischen Fettleber. Eine eindeutige Unterscheidung ist allerdings nicht immer so einfach.

Da fast nur die Leber Fruktose verarbeiten kann, werden die Leberzellen bei einer Ernährung mit hohem Fruktosegehalt schnell überlastet. Die überschüssige Fruktose speichern die Leberzellen zunächst als Glykogen, das in Glukose aufgespalten und an andere Zellen weitergeleitet werden kann. Allerdings kann unsere Leber nur geringe Mengen Glykogen speichern (etwa 100 g). Ein untrainierter Erwachsener kann darüber hinaus rund 300 g Glykogen in den Muskeln speichern.

Wird die Leber regelmäßig mit großen Mengen an Fruktose versorgt, dann verwendet sie diese zur Lipogenese, also zur Bildung von Fett. Studien haben die schädlichen Auswirkungen von übermäßigem Fruktose-Konsum auf die Leber bestätigt. Folge kann zum Beispiel eine nicht-akoholische Fettlebererkrankung sein, die insbesondere in den Industrieländern weit verbreitet ist. Dort leiden rund 25-30 Prozent aller Erwachsenen, 75 Prozent der Übergewichtigen und 80 Prozent der Typ-2-Diabetiker unter einer Fettleber.

Fruktose: der Diabetes-Irrtum

Fruchtzucker galt lange als ideales Süßungsmittel für Diabetiker, da er ohne Hilfe von Insulin verstoffwechselt werden kann. Entsprechende Produkte wurden sogar als für Diabetiker besonders geeignet und als „Diät-Lebensmittel“ gekennzeichnet. Mittlerweile haben klinische Studien gezeigt, dass Fruktose die Fettspeicherung stimuliert und Diabetes damit sogar begünstigt. Forscher der US-amerikanischen Universität Yale fanden heraus, dass Fruktose die Ausschüttung des Sättigungshormons Leptin verhindert und dadurch den Wunsch nach immer mehr Essen fördert. In Deutschland dürfen fruktosehaltige Lebensmittel seit 2010 nicht mehr als „Diätprodukte“ verkauft werden.

Fruktose-Malabsorption

Treten nach dem Verzehr von Früchten oder fruchthaltigen Produkten Verdauungsbeschwerden auf, ist häufig Fruktose die Ursache. Im Normalfall gelangt sie über ein Transportprotein ins Blut. Bei Menschen mit Fruktose-Unverträglichkeit ist dieses Protein jedoch defekt, sodass die Aufnahme nur noch eingeschränkt möglich ist. Die damit in den Dickdarm gelangende Fruktose wird dort von den Darmbakterien verstoffwechselt und kann zu Blähungen, Durchfall, laute Bauchgeräusche etc. führen. In den westlichen Industrienationen haben etwa 30 Prozent der Menschen Probleme mit der Verdauung von Fruktose.

Galaktose: Energie für das Gehirn

Galaktose wird auch Schleimzucker genannt und ist in unserer Nahrung nur selten als Einfachzucker enthalten. In der Regel ist sie an Glukose gebunden und bildet damit Laktose (Milchzucker), den vorherrschenden Zucker in Milch und Milchprodukten. Galaktose kann ebenfalls ohne Insulin verstoffwechselt werden und wird unter anderem als Energiequelle für das Gehirn genutzt.

Disaccharide: die Doppelzucker

Disaccharide bestehen aus zwei miteinander verbundenen Monosacchariden (Abb. 4). Besonders wichtig für die menschliche Ernährung sind Saccharose (Haushaltszucker), Laktose (vorherrschender Zucker in Milch und Milchprodukten) und Maltose (Zucker in Malzen).

Abb. 4: Mono- und Disaccharide

Saccharose: traditioneller Haushaltszucker

Saccharose besteht aus einem Molekül Fruktose und einem Molekül Glukose. In der industriellen Zuckerherstellung wird Saccharose mit einem speziellen Verfahren aus den Säften von Zuckerrohr oder Zuckerrüben extrahiert. Obwohl der Aufbau von Saccharose-Molekülen simpel ist, sind sie bereits zu groß, um direkt in den Blutkreislauf aufgenommen zu werden. Im menschlichen Körper werden sie mit Hilfe eines Enzyms in wenigen Sekunden aufgespalten und gelangen dann nach einer kurzen Verzögerung ins Blut.

Laktose: der Milchzucker

Laktose wird auch als Milchzucker bezeichnet und verleiht Milch und Milchprodukten ihren leicht süßlichen Geschmack. Sie besteht aus einem Molekül Glukose und einem Molekül Galaktose. Säuglinge kommen als erstes durch die Muttermilch mit Laktose in Berührung. Sie verfügen über eine ausreichende Menge des Laktase-Enzyms, das zum Aufspalten der Laktose benötigt wird.

Einige Bevölkerungsgruppen neigen mit zunehmendem Alter dazu, ihre natürliche Fähigkeit zur effizienten Laktose-Verwertung zu verlieren, sie leiden dann an einer Laktose-Intoleranz. Auch wenn pure Milch bei den Betroffenen dann Verdauungsprobleme verursacht, können sie Joghurt meist problemlos genießen – je nach Empfindlichkeit bzw. Stärke der Intoleranz. Denn in ihm haben Milchsäurebakterien bereits einen großen Teil der Laktose abgebaut. Maltose: der Malzzucker

Maltose ist der lateinische Fachbegriff für Malzzucker, einem Abbauprodukt von Stärke. Dieses Disaccharid besteht aus zwei Glukosemolekülen und schmeckt nur leicht süßlich. Maltose verfügt über etwa ein Drittel der Süßkraft von Saccharose. 

Komplexe Kohlenhydrate: Zuckerketten

Komplexe Kohlenhydrate sind Ketten aus mehr als zwei Zuckermolekülen. Kurze Ketten mit bis zu zehn Zuckermolekülen werden als Oligosaccharide bezeichnet. Lange Ketten, wie Polysaccharide, bestehen aus hunderten oder sogar tausenden von Monosaccharid- Einheiten.

Polysaccharide: die Mehrfachzucker

Polysaccharide bestehen aus langen Ketten von Monosacchariden. Während einige Polysaccharide gerade Ketten bilden, sind andere komplex und verzweigt. Diese strukturellen Unterschiede beeinflussen zum Beispiel das Verhalten in Wasser und bei Erwärmung. Durch die Art und Weise, wie ihre Monosaccharide innerhalb der Ketten verknüpft sind, sind die Polysaccharide entweder leicht verdaulich (z. B. Stärke) oder unverdaulich (z. B. Ballaststoffe).

Stärke: pflanzliche Wachstumsenergie

Die nötige Energie für ihr Wachstum und zur Vermehrung speichern Pflanzen in Form von Stärke. Zu den besonders reichhaltigen pflanzlichen Stärkequellen gehören Getreide (z. B. Weizen, Mais, Hafer, Hirse und Gerste), Hülsenfrüchte (z. B. Erbsen, Bohnen und Linsen) sowie Knollen (z. B. Kartoffeln, Yamswurzeln und Maniok).

Stärke setzt sich aus zwei unterschiedlichen Polysacchariden bzw. Kohlenhydraten zusammen: Amylose und Amylopektin. Die Stärke der meisten Pflanzen besteht überwiegend aus Amylopektin (in den meisten Weizensorten zu etwa 75 Prozent) und zu einem kleineren Anteil aus Amylose.

Blutzuckerreaktion: Amylose vs. Amylopektin

Während Amylose aus langen linearen Ketten von Glukosemolekülen besteht, hat Amylopektin eine stark verzweigte Struktur. Es setzt sich aus 2.000 bis 200.000 Glukoseeinheiten zusammen, wobei jede innere Kette bis zu 30 Untereinheiten umfasst (Abb. 5).

Die Vermutung liegt nah, dass die linear aufgebaute Amylose im menschlichen Körper leichter abgebaut und verstoffwechselt wird – schließlich müssten einzelne Glukosemoleküle hier deutlich leichter abzutrennen sein, als bei dem komplex verzweigten und tausendmal größeren Amylopektin-Molekül.

Aber das Gegenteil ist der Fall: Amylopektin wird deutlich leichter verdaut als Amylose. Denn durch seine weit verzweigte Struktur hat es eine wesentlich größere Oberfläche, ist weniger kompakt aufgebaut und kann deshalb leichter aufgespalten werden.

Darüber hinaus haben viele Lebensmittel mit hohem Amyloseanteil auch einen hohen Gehalt an resistenter Stärke. Diese Stärkeart kann unser Körper zwar kaum verwerten, dafür ist sie hervorragende Nahrung für unser Mikrobiom – und wirkt sich damit positiv auf unsere Gesundheit aus.

Für die meisten Menschen scheint es also eine gute Idee zu sein, weniger Lebensmittel mit hohem Amylopektin-Gehalt zu essen und stattdessen den mehr zu Lebensmitteln mit einem hohen Gehalt an Amylose und resistenter Stärke zu greifen.

Abb. 5: Polysaccharide (Mehrfachzucker)

Weizen der Zukunft

Dank der enormen Biodiversität der Natur stehen uns geeignete Rohstoffe für viele verschiedene Anwendungen, Bedürfnisse und Stoffwechseltypen zur Verfügung. In den Saatenbanken dieser Welt sind allein 800.000 genetische Varianten von Weizen registriert und zur Bewahrung der Biodiversität eingelagert. In unserer alltäglichen Ernährung ist von dieser Vielfalt leider wenig zu spüren: Rund 99 Prozent des weltweit gehandelten Weizens – und damit auch das handelsübliche Weizenmehl – bestehen zu rund 75 Prozent aus Amylopektin und zu 25 Prozent aus Amylose.

Blue-Mountain-Weizen

Allerdings gibt es auch Weizen-Varianten mit abweichenden Stärkeverhältnissen – wie der Blue-Mountain-Weizen. Die Stärke dieses aus der Blue-Mountain-Region Australiens stammenden Weizens besteht zu 100 Prozent aus Amylopektin. Angelehnt an den so genannten Wachsmais (eine Mais-Art, die ebenfalls 100 Prozent Amylopektin enthält), wird der Blue-Mountain-Weizen auch als Wachsweizen bezeichnet.

Natürliches Mehl aus Wachsweizen kann in der industriellen Lebensmittelherstellung sogar chemische Zusatzstoffe ersetzen. Verwendet man zum Binden von Suppen oder Soßen handelsübliches Weizenmehl, ist diese Bindung nicht stabil: es kommt durch Abkühlung zur Absonderung von Wasser und eine Haut an der Oberfläche bildet sich, man spricht von Retrogradation.  Um das zu verhindern, setzt die Lebensmittelindustrie bisher chemisch-modifizierte Stärke für die Bindung ein. Denselben Effekt kann man allerdings auch auf natürlichem Weg erreichen – indem man einfach Mehl aus Blue-Mountain-Weizen verwendet.

Wüsten-Weizen

In den wüstenreichen Regionen dieser Welt wächst in kleinen Mengen so genannter Wüsten-Weizen. Aufgrund seines Amylose-Amylopektin-Verhältnisses von 75:25 wird er auch als „High-Amylose-Weizen“ bezeichnet (Abb. 6). Beim Verzehr bewirkt sein hoher Amylose-Gehalt einen deutlich niedrigeren Anstieg des Blutzuckers (mehr dazu im Abschnitt „Kohlenhydrat der Zukunft“ <interner Link>). Anhand solcher Beispiele zeigt sich immer wieder das riesige gesundheitliche Potenzial, das in unserer natürlichen Biodiversität steckt – und das wir leider viel zu wenig nutzen. Von den 800.000 bekannten Weizen-Varianten werden heute weltweit gerade einmal 6.000 angebaut – weniger als ein Prozent.

Abb. 6: Natürliche Biodiversität am Beispiel von Weizen

Kohlenhydrat der Zukunft: resistente Stärke

Lebensmittel mit hohem Amylose-Anteil wie der Wüsten-Weizen enthalten häufig auch große Mengen resistenter Stärke. Die meisten Stärken können wir zwar gut verstoffwechseln, aber eben nicht alle. Es gibt z.B. Stärke, die in Zellstrukturen eingeschlossen bleiben und deshalb für uns unverdaulich sein. Obwohl – oder gerade weil – unser Körper solche resistenten Stärken kaum verwerten kann, wirken sie sich positiv auf unsere Gesundheit aus: Sie reduzieren nachweislich die Fettspeicherung, fördern das Sättigungsgefühl, senken Cholesterin- und Blutzuckerspiegel und erhöhen die Insulinempfindlichkeit.

Die von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) genehmigte gesundheitsbezogene Aussage zu resistenter Stärke lautet: „Der Ersatz von verdaulicher Stärke durch resistente Stärke in einer Mahlzeit trägt dazu bei, dass der Blutzuckerspiegel nach der Mahlzeit weniger stark ansteigt.“

Resistente Stärke: Nahrung für das Mikrobiom

Während Zellulose unseren Dickdarm ungenutzt passiert, dient resistente Stärke als Nahrung für unser Mikrobiom. Dessen Billionen Bakterien, Pilze und Hefen spielen eine zentrale Rolle für unseren Stoffwechsel und unsere Gesundheit. Eine intakte Darmflora ist wichtig für die Funktion der Darmbarriere, die kontrolliert, welche Stoffe aus dem Darm in den Körper gelangen. Unsere Darmbakterien produzieren eine Vielzahl von Substanzen, die über die Darmwand in den Blutkreislauf gelangen – darunter auch neurologisch wirksame Stoffe, wie die Glückshormone Dopamin und Serotonin. Zwischen unserem Mikrobiom und unserem Gehirn besteht eine Verbindung – die so genannte Darm-Hirn-Achse. Sie beeinflusst unser Verhalten, unsere Gemütslage und wirkt sich auch auf psychische Leiden aus, wie Depressionen.

Resistente Stärke kann sogar krebshemmend wirken: Sie wird von den Bakterien im hinteren Bereich des Dickdarms verzehrt – dort, wo besonders häufig Dickdarmkrebs entsteht. Dabei wird resistente Stärke in kurzkettige Fettsäuren (wie z. B. Buttersäure) umgewandelt, die das Wachstum von Krebszellen bremsen können.

Es gibt also viele gute Gründe, auf eine ausgewogene, gesunde Darmflora zu achten und sie gut zu „füttern“.

Die fünf Arten resistenter Stärke

Man unterscheidet fünf Haupttypen resistenter Stärke (Abb. 7):

– RS1: Resistente Stärke Typ 1 ist in intakten Zellen oder Zellverbänden eingeschlossen,  z. B. im ganzen Korn wie es in einem Brot, das Korn an Korn „verklebt“ wurde, vorkommt. Wird das Korn aufgeschlossen (durch Mahlen, Kauen etc.), kann die Stärke wiederum verdaut werden.

– RS2: Hier ist die Stärke aufgrund ihrer kompakten Struktur selbst nicht verdaulich. Sie ist  z. B. in unreifen Bananen, afrikanischen Kochbananen oder in Wüsten-Weizen enthalten. Durch Hitze-Einwirkung kann die Stärke „entfaltet“ und damit zum Teil verdaut werden.

– RS3: Retrogradierte Stärke entsteht beim Erhitzen und anschließenden Abkühlen von Stärke. Hier bildet sich eine kompakte Kristallstruktur, die nicht verdaulich ist. Sie ist  z. B. in altbackenem ausgetrocknetem Brot oder kalten gekochten Kartoffeln und Nudeln zu finden.

– RS4: Bei der resistenten Stärke Typ 4 handelt es sich um (chemisch-)modifizierte Stärke. Sie wird häufig in der Lebensmittelindustrie verwendet. Die molekulare Struktur dieser Stärke ist nicht mehr veränderbar.

– RS5: Hierbei handelt es sich um Stärke, die mit Öl erhitzt wurde. Die Behandlung mit Fetten bildet eine neue Struktur, die verdauungsresistent ist.

Genau wie Zellulose wird auch resistente Stärke als Ballaststoff bezeichnet. Aber während Zellulose vom menschlichen Organismus nicht genutzt werden kann, ist resistente Stärke eine wertvolle Nahrungsquelle für unser Mikrobiom und zählt sogar zu den besonders gesunden „Microbiota Accessible Carbohydrates (MAC)“, also zu den für das Mikrobiom verwertbaren Kohlenhydraten.

Abb. 7: Die 5 Haupttypen resistenter Stärke

Verdaulichkeit: Stärke vs. Zellulose

Die Glukosemoleküle der Stärke sind über eine Alpha-1,4- und eine Alpha-1,6-Verbindung miteinander verknüpft, die mit Hilfe des Enzyms Alpha-Amylase und Wasser gespalten werden können. So werden aus Amylose und Amylopektin kleinere Oligosaccharide, die aus bis zu sieben Glukoseeinheiten bestehen.

Zwar besteht auch Zellulose aus Glukosemolekülen, die sind jedoch aufgrund der Art ihrer Verbindungen für Menschen nicht verdaulich – können also nicht einmal von unserem Mikrobiom aufgespalten werden. Im Vergleich zur Stärke sind sie um 180 Grad gedreht miteinander verbunden – mit einer so genannten Beta-1,4-Bindung (Abb. 8).

Da jedes Enzym nur ganz bestimmte Verbindungen aufspalten kann, scheitert unser Enzym Alpha-Amylase an den beta-1,4-Verbindungen. Lediglich Rinder und andere Wiederkäuer können Zucker aus Pflanzenfasern gewinnen – mit Hilfe von Bakterien, die das kompatible Enzym Cellulase produzieren.

Abb. 8: Die unterschiedlichen Bindungen von Stärke und Zellulose

Weizenkornfaser

Ein Weizenkorn besteht zu etwa 2 Prozent aus Zellulose, die nicht verdaut wird. Diese „Weizenkornfaser“ ist vor allem in Vollkornprodukten enthalten. Dagegen hat helles Auszugsmehl Type 405 lediglich noch einen Zellulosegehalt von 0,4 Prozent.

Die natürliche Weizenkornfaser ist nicht zu verwechseln mit der künstlichen „Weizenfaser“, die aus Weizenstroh gewonnen wird, also aus den abgestorbenen Halmen. Weizenfaser besteht zu 100 Prozent aus Zellulose und wird vom Körper nicht verwertet, sondern vollständig wieder ausgeschieden. In den USA wird diese Zutat auch als „Fake Fibre“ bezeichnet, da die Namensgebung vortäuscht, dass dieser Ballaststoff aus dem Weizenkorn isoliert wurde.

Schnelle und komplexe Kohlenhydrate

Früher ordnete die Wissenschaft Kohlenhydrate anhand ihrer molekularen Struktur unterschiedlichen Klassen zu. Man ging davon aus, dass „einfache“ Zucker (Mono- und Disaccharide) im Dünndarm schnell aufgenommen werden – und bezeichnete sie als „schnell resorbierbare Zucker“, die den Blutzuckerspiegel innerhalb kurzer Zeit ansteigen lassen. Polysaccharide bezeichnete man aufgrund ihrer Struktur als „komplexe Kohlenhydrate“ und nahm an, dass sie für unseren Körper schwieriger zu verdauen sind und den Blutzucker entsprechend langsamer ansteigen lassen.

Heute wissen wir, dass die molekulare Struktur eines Kohlenhydrats keine Rückschlüsse darauf zulässt, wie leicht es vom Körper verdaut werden kann und wie schnell es den Blutzuckerspiegel ansteigen lässt. Dennoch sind viele Menschen nach wie vor davon überzeugt, dass Einfachzucker pauschal schlecht für sie wären und Mehrfachzucker ausnahmslos gesünder seien.

Glykämischer Index

Da der Schlüssel zur Blutzuckerreaktion also nicht in der Struktur der Moleküle liegt, untersuchten Wissenschaftler die Auswirkungen unterschiedlicher Nahrungsmittel. Mit dem so genannte Glykämischen Index (GI) maßen sie, wie stark der Blutzucker nach dem Verzehr eines bestimmten Nahrungsmittels steigt, das 50 Gramm verwertbare Kohlenhydrate enthält. Die Nahrungsmenge spielte dabei keine Rolle, es kam allein auf den absoluten Wert von 50 Gramm verzehrter Kohlenhydrate an.

Allgemeiner Referenzwert mit einem GI von 100 war der Blutzuckeranstieg nach dem Verzehr von 50 Gramm Glukose (Traubenzucker). Ausgewertet wurden jeweils die ersten zwei Stunden nach der Nahrungsaufnahme. Je höher der Wert, desto stärker der Anstieg des Blutzuckerspiegels. Dabei galt ein GI über 70 als hoch und ein GI unter 50 als niedrig.

Glykämische Last

Um sich z. B. bei der Entwicklung von Ernährungsplänen an praxisgerechten Werten orientieren zu können, musste man natürlich auch die Kohlenhydratdichte eines Nahrungsmittels kennen. Deshalb wurde der Begriff der Glykämischen Last (GL) eingeführt. Um die GL zu ermitteln, wird der GI-Wert eines Lebensmittels mit der enthaltenen Menge an Kohlenhydraten pro 100 Gramm multipliziert (Abb. 9).

Um z. B. 50 Gramm Kohlenhydrate zu sich zu nehmen, kann man rund 500 Gramm kohlenhydratarme Möhren essen – oder 70 Gramm kohlenhydratreiches Weißbrot. Obwohl Möhren und Weißbrot einen identischen Index von 70 haben, ist der theoretische Blutzuckereffekt von Weißbrot also etwa siebenmal so groß.

Abb. 9: Glykämischer Index (GI) und Glykämische Last (GL)

Die Probleme des GI

Weder das Konzept des Glykämischen Index noch das der Glykämischen Last haben sich in der Praxis durchsetzen können. Zwei wesentliche Kritikpunkte sind ihre Realitätsferne und eine unzulässige Generalisierung.

Realitätsferne: Im echten Leben essen wir in der Regel keine einzelnen Lebensmittel, sondern kombinieren in einer Mahlzeit kohlenhydratreiche Lebensmittel mit fett- und proteinhaltigen. Wird z. B. ein Brot mit Butter und Quark bestrichen, ändert sich dadurch auch der Glykämische Index des Brotes. Für die Blutzuckerreaktion ist also immer die Gesamtkomposition der Mahlzeit entscheidend. Erkenntnisse über isoliert betrachtete Lebensmittel sind damit quasi wertlos.

Generalisierung: Um den Glykämischen Index eines Lebensmittels zu bestimmen, wird der Durchschnittswert der Blutzuckerreaktion von zehn Menschen gebildet. Allerdings wissen wir mittlerweile, dass die Blutzuckerreaktion von Mensch zu Mensch sehr stark variieren kann. In Abb. 10 sehen wir die Blutzuckerreaktionen von zehn Probanden auf Roggenmischbrot. Während für das Lebensmittel ein GI von 60 ermittelt wurde, schwanken die individuellen Werte von niedrigen 37 bis zu sagenhaften 143. 

Um wirklich praxistaugliche Werte zur Blutzuckerreaktion zu erhalten, müssen wir also die Wirkung von Lebensmittel-Kombinationen messen und dabei den individuellen Stoffwechsel berücksichtigen.

Abb. 10: Die Blutzuckerwerte von 10 Probanden zur Ermittlung des GI von Roggenmischbrot.

Die Grenzen der Speicherkapazität

In nüchternem Zustand liegt der Blutzuckerspiegel eines gesunden Erwachsenen etwa bei 80 mg/dl (Milligramm pro Deziliter). Nach einer Mahlzeit kann er vorübergehend auf etwa 120 mg/dl ansteigen. Bewegt sich unser Blutzucker über einen längeren Zeitraum auf erhöhtem Niveau, nimmt unser Körper Schaden. Im Blut eines gesunden Erwachsenen befinden sich etwa drei Gramm gelöster Zucker – etwas mehr als ein halber Teelöffel. Zusätzlichen Blutzucker, der nicht zeitnah verwertet wird, transportiert das Hormon Insulin in unsere Zellen. Dort wird er als Glykogen gespeichert und bei Bedarf als Energiequelle genutzt – z. B. wenn wir fasten oder über einen längeren Zeitraum weniger essen.

Wenn wir allerdings ständig reichlich essen, wird das gespeicherte Glykogen nicht als Energie genutzt, sondern bleibt in unseren Zellen – und deren Speicherkapazität ist irgendwann erschöpft: Unsere Muskeln können etwa 300 Gramm Glykogen speichern, unsere Leber rund 100 Gramm. Nehmen wir dann weiterhin Zucker auf, bewirkt  das Fettspeicher-Hormon Insulin, dass überschüssiger Blutzucker oder Teile des gespeicherten Glykogens in Fett umgewandelt wird.

Insulin: das Fettspeicher-Hormon Auch wenn die Konzepte von GI und GL heute nicht mehr dem Stand der Wissenschaft entsprechen, bleibt die Blutzuckerantwort nach wie vor ein wichtiger Gesundheitsfaktor – und das liegt vor allem an der hormonellen Antwort unseres Körpers nach dem Verzehr kohlenhydrathaltiger Speisen (Abb. 11).

Steigen Blutzucker- und Insulinspiegel zu häufig, zu hoch oder über einen zu langen Zeitraum, wird die Fettspeicherung angekurbelt und es kommt zu Übergewicht. Durch Beobachtung des Insulinspiegels kann man 75 Prozent aller Gewichtsveränderungen bei Übergewicht vorhersagen. Die Ursache von Adipositas scheint also (unter anderem) ein hormonelles Ungleichgewicht zu sein, kein rein kalorisches. Der individuellen Blutzuckerregulation sollte also mehr Bedeutung geschenkt werden. Zu Unrecht wird vielen Übergewichtigen also ein Mangel an Selbstdisziplin und Bewegung vorgeworfen.

Abb. 11: Große Mengen Kohlenhydrate machen Lust auf noch mehr und fördern die Fettspeicherung.

Alternative Ernährungskonzepte

Westliche Ernährungsorganisationen empfehlen häufig eine Ernährung mit hohem Kohlenhydratanteil – in Europa um die 55 Prozent. Aufgrund neuer Erkenntnisse zum Kohlenhydrat-Stoffwechsel wurden alternative Ernährungskonzepte entwickelt, die diesen Anteil auf etwa 20 Prozent (Low-Carb-Diät) oder sogar auf 5 Prozent (Ketogene Ernährung) reduzieren (Abb. 12).

Obwohl diese neuen Konzepte einigen Menschen beim Abnehmen geholfen haben, sind auch sie keine allgemeingültige Lösung für alle. Auf ihre konkreten Vor- und Nachteile werden wir in separaten Beträgen noch näher eingehen.