Hiilihydraatti

Hiilihydraatit ovat ryhmä orgaanisia yhdisteitä, jotka koostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta. Niitä ovat esimerkiksi sokerit, tärkkelys ja selluloosa. Hiilihydraatti on yksi kolmesta perusravintoaineesta. Hiilihydraattien empiirinen kaava on Cₘ(H₂O)ₙ. Sana hiilihydraatti tuleekin suoraan sen rakennekaavasta, hiilen hydraatti.
Yksinkertaisimmat hiilihydraatit, mono- ja disakkaridit toimivat elimistössä energiaravintoaineina. Niiden varastomuodot, joka kasveissa on tärkkelys ja eläimissä glykogeeni, varastoivat elimistössä energiaa. Tärkeimmät elintarvikkeiden disakkaridit ovat sakkaroosi, laktoosi ja maltoosi. Monimutkaisemmat hiilihydraatit kuten selluloosa toimivat rakennusaineina kasveissa.

Hiilihydraattien luokittelu

Kemiassa hiilihydraatit ryhmitellään sokeriyksiköiden lukumäärän mukaan monosakkarideihin, disakkarideihin, oligosakkarideihin ja polysakkarideihin sekä koostumuksen mukaan heterosakkarideihin. Monosakkarideissa on 3–7 CH₂O-perusyksikköä ja ne jaetaan aldooseihin ja ketooseihin C=O -ryhmän sijoittumisen mukaan. Yksinkertaisin monosakkaridi on glyseraldehydi, jossa on kolme hiiltä, ja tavallisimpia ovat glukoosi, fruktoosi ja riboosi. Monosakkaridit nimetään hiiliatomien määrän mukaan, esimerkiksi 6-hiiliset ovat heksooseja ja 5-hiiliset pentooseja. Pyranooseissa on 6-atominen rengas ja furanooseissa 5-atominen. Glyseraldehydi kuuluu triooseihin. 
Polysakkaridit voidaan jakaa homopolysakkarideihin, jotka koostuvat samanlaisista sakkaridiyksiköistä, ja heteropolysakkarideihin, joissa on erilaisia sakkaridiyksiköitä. Tärkeimpiä polysakkarideja ovat tärkkelys ja selluloosa.
Ravitsemustieteessä hiilihydraatit jaetaan sokereihin, tärkkelykseen ja ravintokuituun.

Hiilihydraatit elimistössä

Hiilihydraatit ovat elimistömme pääasiallinen ravinnonlähde, mutta ne eivät kuitenkaan ole ihmiselle välttämättömiä ravintoaineita. Jotkin yksinkertaiset hiilihydraatit (esim. fruktoosi) nostavat verensokeria hitaasti, kun taas jotkin monimutkaisemmat hiilihydraatit (esim. tärkkelys, kuten murot, leipä ja pasta), etenkin jos ne ovat prosessoituja, nostavat verensokeria nopeasti. Hiilihydraattien metabolia riippuu monesta eri tekijästä; mitä ravintoaineita on syöty hiilihydraattien kanssa, miten ruoka on valmistettu, yksilöllisistä eroista aineenvaihdunnassa ja hiilihydraattien kemiallisesta koostumuksesta. Hiilihydraatteja tarvitaan elimistössä kasvuun, lihastyöhön, lämmön ylläpitämiseen, aineenvaihduntaan sekä hermoston ja elinten toimintaan. 
Tärkein elimistön sokeri on glukoosi, joka on aivojen yksinomainen energianlähde. Glukoosia voidaan varastoida elimistössä glykogeeniksi joko maksa- tai lihassoluihin. Maksasolujen glykogeenista pilkkoutuu tarvittaessa glukoosia elimistön ravintoaineeksi, mutta lihassolut käyttävät varastoimansa glykogeenin omiin energiatarpeisiinsa eikä sitä siis vapaudu verenkiertoon. Glukoosia voidaan valmistaa maksassa ja jonkin verran munuaisissa maitohaposta, aminohapoista sekä rasvojen glyseroliosasta. Eläinsolu ei voi valmistaa glukoosia rasvahapoista, vaan niistä muodostuu ketoaineita, joita aivot ja sydänlihas voivat käyttää ravinnokseen.

Hiilihydraattien pilkkoutuminen elimistössä

Ravinnon sisältämät imeytyvät hiilihydraatit pilkkoutuvat suolistossa verenkiertoon kulkeutuviksi glukoosi-, galaktoosi- ja fruktoosimolekyyleiksi, joita kutsutaan monosakkarideiksi eli yksinkertaisiksi sokereiksi koska ne muodostuvat vain yhdestä sokerimolekyylistä. 
Hiilihydraatteja pilkkovia entsyymejä on elimistössä useita. Suussa tärkkelyksen hydrolyysin aloittaa syljen amylaasi, jota on vain suurten sylkirauhasten erittämässä seroosissa syljessä. Tärkkelyksen pilkkominen maltoosiksi jatkuu pohjukaissuolessa, jossa on haiman erittämää amylaasia. Myös ohutsuolen seinämästä erittyy hiilihydraatteja pilkkovia entsyymejä, jotka ovat disakkaridaaseja. Maltoosia pilkkoo maltaasi kahdeksi glukoosimolekyyliksi. Laktoosia pilkkoo laktaasi glukoosiksi ja galaktoosiksi. Sakkaraasi puolestaan pilkkoo sakkaroosia glukoosiksi ja fruktoosiksi. Glukoosi, galaktoosi ja fruktoosi siirtyvät ohutsuolen seinämän läpi verenkiertoon.
Glykogeenin pilkkoutumisen saa maksassa aikaan glukagoni ja lihaksessa adrenaliini. Hydrolyysin sijaan glykogeeni pilkkoutuu fosforolyyttisesti, eli glukoosiyksiköiden väliin sitoutuu vesimolekyylin sijasta fosforihappo. Näin saadaan glukoosi-1-fosfaattia, joka voidaan syöttää glykolyysiin.
Ihminen pystyy käyttämään hyväkseen tärkkelystä ja sokereita, muttei selluloosaa, sillä ihmiseltä puuttuvat sen hajotukseen tarvittavat entsyymit.

Hiilihydraattien tarve ja saanti

Hiilihydraatit eivät ole ihmiselle välttämättömiä ravintoaineita. Ihmisen elimistö osaa muodostaa tarvittavan glukoosin ravinnosta saadusta proteiinista ja/tai rasvasta. Tätä kutsutaan glukoneogeneesiksi.
Yksinkertaiset hiilihydraatit tuottavat ravintona 3.87 kilokaloria energiaa per gramma, ja monimutkaisemmat hiilihydraatit 3.57–4.12 kilokaloria per gramma. Korkea hiilihydraattipitoisuus on yleensä yhteydessä prosessoituihin tai jalostettuihin elintarvikkeisiin, jotka valmistetaan kasveista, kuten makeiset, keksit, hienosokeri, hunaja, virvoitusjuomat, leivät, hillot ja hedelmätuotteet, pastat ja aamiaismurot. Alhaisempi hiilihydraattipitoisuus on yleensä yhteydessä puhdistamattomiin elintarvikkeisiin, kuten papuihin, mukuloihin, riisiin ja puhdistamattomiin hedelmiin. Eläinperäinen ruoka (liha, luut, sisäelimet ym.) sisältää yleensä pienimmän määrän hiilihydraattia, mutta maito sisältää laktoosia.
Valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan päivittäisen ravinnon energiasta 45–60 E % saisi olla hiilihydraattiperäistä eikä puhdistettujen sokereiden määrän tulisi olla yli 10 E %.   Suomalaiset saavat imeytyviä hiilihydraatteja keskimäärin: naiset 195 g/vrk ja miehet 249 g/vrk, mikä vastaa päivittäisestä energiansaannista naisilla 50,2 E % ja miehillä 47,1 E %. Suosituksiin verrattuna sakkaroosin (eli tavallisen sokerin) saanti saisi olla pienempi. Leipä on keskeinen hiilihydraattien lähde suomalaisilla. Muita huomattavia lähteitä ovat muut leivontatuotteet, hedelmät ja marjat, peruna, maitotuotteet sekä makeiset.

Hyvät ja huonot hiilihydraatit

Hiilihydraattien laadulla on väliä: Suomalaisissa ravitsemussuosituksissa sanotaan, että "hiilihydraatit tulisi saada pääosin kuitupitoisista ruoka-aineista."
Duodecimin terveyskirjasto korostaa imeytymättömien hiilihydraattien eli ravintokuidun etuja ja tarvetta lisätä sitä neljänneksellä, eniten nuorilla. Täysjyväviljatuotteet ja kasvikset ovat tärkeimpiä kuidun lähteitä, kun taas ranskanleivässä kuitua on heikosti. Tosin lehtisalaattia, kurkkua tai tomaattia pitäisi syödä noin puoli kiloa, jotta saisi saman kuitumäärän kuin viipaleesta runsaskuituista ruisleipää.
Hiilihydraattien vastainen kritiikki on viitannut epätarkasti tutkimuksiin, joissa ei ole tehty eroja hyvien ja huonojen hiilihydraattien välillä, kuten PURE-tutkimukseen. Silti senkin tutkimuksen pääviesti oli ravitsemusterapeutti Reijo Laatikaisen mukaan tuttu "vältä runsasta puhdistetun viljan ja sokerin eli höttöhiilareiden käyttöä ja käytä runsaasti vihanneksia, juureksia, hedelmiä, marjoja sekä papuja, linssejä ja herneitä."