Hiilihydraatti

Hiilihydraatit eli sakkaridit ovat orgaanisia yhdisteitä, jotka koostuvat yleensä hiilestä, vedystä ja hapesta. Hiilihydraattien empiirinen kaava on . Sana hiilihydraatti tulee suoraan sen rakennekaavasta, hiilen hydraatti. 

Hiilihydraatit jaetaan sokereihin, tärkkelykseen, glykogeeniin ja ravintokuituihin. Sokereita eli mono- ja disakkarideja kutsutaan yksinkertaisiksi hiilihydraateiksi. Tärkkelys ja ravintokuitu taas ovat polysakkarideja eli monimutkaisia hiilihydraatteja. Polysakkaridit ovat useista yhteen liittyneistä glukoosimolekyyleistä muodostuvia polymeereja. 

Sokerit ja tärkkelys kuuluvat ihmisen perus- eli energiaravintoaineisiin. Sokerit tuottavat 3,87 kilokaloria energiaa per gramma ja tärkkelys 3,57–4,12 kilokaloria per gramma. 

Glukoosi varastoidaan kasveissa tärkkelyksenä ja eläimissä glykogeenina, joita kutsutaan sen vuoksi varastopolysakkarideiksi. Tärkkelys ja glykogeeni muodostuvat toisiinsa liittyneistä glukoosimolekyyleistä ja niillä on sama kemiallinen kaava (C6H10O5)n. 

Ravintokuidut jaetaan ei-liukoisiin selluloosaan, hemiselluloosaan ja ligniiniin sekä liukoisiin ravintokuituihin. Jälkimmäisiin kuuluvat βetaglukaani, kasvikumit, pektiini, inuliini ja oligosakkaridit. Selluloosa ja hemiselluloosa toimivat kasvien rakennusaineina.  

Suurin osa eri väestöjen noudattamista ruokavalioista perustuu etenkin hiilihydraateista saatavaan energian hyödyntämiseen. Etenkin kasveista valmistetuissa prosessoiduissa elintarvikkeissa, kuten sokeri, makeiset, leivonnaiset, hillot, hedelmämehut, virvoitusjuomat, leivät, pastat ja aamiaismurot, esiintyy suuria hiilihydraattipitoisuuksia.

Fruktoosi ja glukoosi ovat ravinnon yleisimmät monosakkaridit, joita esiintyy etenkin hunajassa sekä pienenä määrinä myös hedelmissä, marjoissa ja vihanneksissa.  

Sakkaroosi eli pöytäsokeri, maidon laktoosi ja oluen maltoosi ovat elintarvikkeiden yleisimmät disakkaridit. Tärkkelys ja selluloosa ovat elintarvikkeiden yleisimmät polysakkaridit.  

Eläinperäiset ruoka-aineet eivät sisällä välttämättä lainkaan hiilihydraattia. Useimmat maitotuotteet sisältävät kuitenkin hiukan hiilihydraattia. 

 Hiilihydraattien luokittelu 
Kemiassa hiilihydraatit ryhmitellään sokeriyksiköiden lukumäärän mukaan yksinkertaisiin sokereihin eli monosakkarideihin, yhdistettyihin sokereihin eli 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.

 Hiilihydraatit elimistössä 
pienoiskuva|Jodilla värjätyt vehnätärkkelysrakeet mikroskooppikuvassa.
Hiilihydraatit ovat elimistömme pääasiallinen ravinnonlähde, mutta ne eivät kuitenkaan ole ihmiselle välttämättömiä ravintoaineita. Hiilihydraattien runsaan saannin on havaittu lisäävän elimistön tiamiinin tarvetta. 

Jotkin yksinkertaiset hiilihydraatit kuten fruktoosi nostavat verensokeria hitaasti, kun taas jotkin monimutkaisemmat hiilihydraatit, kuten perunan ja viljatuotteiden sisältämä tärkkelys, nostavat verensokeria nopeasti eli ovat nopean glykeemisen indeksin ruoka-aineita. Hiilihydraattien metabolia riippuu monesta eri tekijästä; mitä ravintoaineita on syöty hiilihydraattien kanssa, miten ruoka on valmistettu, yksilöllisistä eroista aineenvaihdunnassa ja hiilihydraattien kemiallisesta koostumuksesta. Aineenvaihdunnan yksilölliset erot aiheuttavat sen, että yksilöillä on hyvin erilainen kyky sietää hiilihydraattien aiheuttamaa glykeemistä kuormaa kehittämättä metabolisen oireyhtymän, kakkostyypin diabeteksen ja lihomisen riskiä lisäävää insuliiniresistenssiä.

Polysakkaridit kuten resistentti tärkkelys kasvattavat myös ulosteen määrää ja tekevät siitä vesipitoista. Tämä johtuu siitä, että ulosteeseen kertyy eläviä ja kuolleita bakteereita. Ulosteen paino lisääntyy lähes kahdella grammalla jokaista nautittua grammaa kohden, jolloin ulosteen määrä lisääntyy noin 40 prosenttia. 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.

 Pilkkoutuminen 

Ravinnon sisältämät imeytyvät hiilihydraatit pilkkoutuvat suolistossa verenkiertoon kulkeutuviksi glukoosi-, galaktoosi- ja fruktoosimolekyyleiksi, joita kutsutaan monosakkarideiksi eli yksinkertaisiksi sokereiksiRavintoaineet. 15.10.2015. Antti Aro. https://www.terveyskirjasto.fi/terveyskirjasto/tk.koti?p_artikkeli=skr00001  koska ne muodostuvat vain yhdestä sokerimolekyylistä.Hiilihydraatit. Peda-net. https://peda.net/kannus/jvk/oppiaineet2/kemia/kemia32/oppikirja/III/15

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.

 Tarve 
Hiilihydraatit eivät ole ihmiselle täysin välttämättömiä ravintoaineita, koska ihmisen elimistö kykenee muodostamaan tarvitsemansa glukoosin ravinnosta saadusta proteiinista ja/tai rasvasta. Tätä kutsutaan glukoneogeneesiksi.

Suomen valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan päivittäisen ravinnon energiasta 45–60 energiaprosenttia pitäisi olla peräisin hiilihydraateista. Alkoholijuomien sisältämiä hiilihydraatteja ei kuitenkaan oteta laskelmassa huomioon. Ravinnon vapaiden sokerien määrä ei saisi ylittää 10:tä prosenttia energiasta. Vapaaksi sokeriksi ravitsemusneuvottelukunta laskee seuraavat: sakkaroosi, fruktoosi, glukoosi, hunaja, siirapit, tärkkelysperäiset makeuttajat (glukoosisiirappi, glukoosi-fruktoosisiirapit) sekä sokeritiivisteet, muut niiden kaltaiset sokerivalmisteet sekä hedelmä- ja marjamehut ja mehutiivisteet, joita käytetään sellaisenaan tai lisätään elintarvikkeisiin niiden valmistuksen yhteydessä kotona tai elintarviketeollisuudessa. Sellaisenaan syötyjen ja sellaisenaan ruoanvalmistuksessa käytettävien kasvisten, marjojen ja hedelmien sisältämät sokerit eivät kuulu vapaan sokerin määritelmään.

Suomalaisten ravitsemussuositusten mukaan hiilihydraatit tulisi saada pääosin kuitupitoisista ruoka-aineista. Kuitupitoisella ravinnolla tai ravinnon kuitulisillä on todettu olevan laihtumista ja painonhallintaa tukevaa vaikutusta. Muita terveysvaikutuksia koskevat tutkimustulokset ovat ristiriitaisiaFiber Intake and Incidence of Colorectal Cancer among 76,947 Women and 47,279 Men Dietary fibre for the prevention of colorectal adenomas and carcinomas  eivätkä pelkästään positiivisia.Calcium and fibre supplementation in prevention of colorectal adenoma recurrence: a randomised intervention trial. European Cancer Prevention Organisation Study Group: Bonithon-Kopp C, Kronborg O, Giacosa A, Räth U, Faivre J. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11073017   

Kuitua on etenkin kaakaossa, pavuissa, pähkinöissä, täysjyväviljoissa, marjoissa, vihanneksissa ja hedelmissä.

 Saanti 

Hiilihydraattien osuus ravinnosta on maailman suurimpiin valtioihin kuuluvassa Intiassa  lähes 75 energiaprosenttia, josta suurin osa on peräisin valkoisesta riisistä ja vehnäjauhosta. Euroopassa hiilihydraatteja nautitaan eniten Tšekissä ja Norjassa ja vähiten Kreikassa ja Espanjassa.Hiilihydraatit ja niiden terveysvaikutukset. Sivu 12. https://www.julkari.fi/bitstream/handle/10024/114506/URN_ISBN_978-952-302-114-3.pdf?sequence=1 

Hiilihydraattien osuus ravinnon kokonaisenergiasta nousi Yhdysvalloissa tutkimusten mukaan vuosina 1965–2019 39 prosentista 51 prosenttiin. Yhdysvaltalaisen NPD Group -markkinatutkimusyhtiön vuonna 2003 tehdyn kyselyn  osanottajat nauttivat keskimäärin 210 grammaa hiilihydraatteja vuorokaudessa. Vähiten hiilihydraatteja kuluttava 5 prosenttia tutkituista nautti keskimäärin 128 grammaa hiilihydraattia vuorokaudessa. 

FinRavinto 2017 -tutkimuksessa (1 655 työikäistä aikuista) miesten hiilihydraattien saanti oli keskimäärin 219 grammaa päivässä ja naisten keskimäärin 177 grammaa päivässä. Hiilihydraattien osuus energiansaannista oli keskimäärin 41 prosenttia ja naisilla keskimäärin 43 prosenttia. Aliraportoijien poistamisen jälkeen 90 prosenttia aineiston miehistä sai hiilihydraatteja 170–328 grammaa päivässä ja naisista 138–256 grammaa päivässä.

FAO ei ole julkaissut hiilihydraatin saantiarvioita, mutta Luonnonvarakeskuksen ravintotaseisiin perustuvien FAO:n energian-, proteiinin- ja rasvansaantiestimaattien ja THL:n alkoholikulutustilastojen mukaan laskettu hiilihydraattien keskimääräinen saanti asukasta kohden on huomattavasti FinRavinto 2017 -tutkimusta suurempi. Tässä laskelmassa ei ole kuitenkaan kyetty ottamaan huomioon ravintotaseisiin sisältyviä varastotappioita ja muita hävikkejä. Laskentatavasta johtuen ravintotaseisiin perustuvat elintarvikkeiden kulutuslaskelmat eivät kerro ruoankulutuksen tarkkaa määrää. Ravintotaseiden avulla voidaan kuitenkin seurata elintarvikkeiden kulutustrendejä pitkältä ajanjaksolta, koska taseen laskentatapa ja tietolähteet pysyvät lähes samoina vuodesta toiseen.

Hiilihydraattien osuus ravinnosta laski vuosina 2002–2017. Finravinto 2002 -tutkimukseen osallistuneiden miesten energiansaannista noin 45 prosenttia tuli hiilihydraateista. Naisilla hiilihydraattien osuus oli noin puolet.Satu Männistö, Marja-Leena Ovaskainen ja Liisa Valsta, toim. FINRAVINTO 2002 -TUTKIMUS. https://www.julkari.fi/bitstream/handle/10024/78518/FR2002_MERGED.PDF?sequence=1&isAllowed=y

Leipä on suomalaisilla keskeinen hiilihydraattien lähde ja muita huomattavia lähteitä ovat leivonnaiset, hedelmät, peruna, maitotuotteet ja makeiset. Sokerin osuus suomalaisten nauttimista hiilihydraateista ylittää enimmäissuosituksen.
 Terveysvaikutukset 

 Rasvamaksa 
Vuonna 2024 julkaistussa satunnaistetussa yhteispohjoismaisessa interventiotutkimuksessa havaittiin, että rasvan korvaaminen hiilihydraateilla lisää ylipainoisten miesten riskiä sairastua rasvamaksaan.

 Kuolleisuus 
Vuonna 2017 julkaistun maailmanlaajuisen Prospective Urban-Rural Epidemiology study (PURE), jonka tuloksena oli, että sillä väestöviidenneksellä, joka sai ravinnosta eniten hiilihydraatteja, esiintyi 28 prosenttia enemmän kuolemantapauksia kuin sillä viidenneksellä, joka nautti vähiten hiilihydraatteja. Tutkimuksessa oli yli 135 000 osanottajaa eri tulotasoa edustavista maista. Saadut tulokset suhteutettiin osanottajien koulutukseen, tulotasoon, tupakointiin, fyysiseen aktiivisuuteen, keskivartalolihavuuteen, diabetekseen sekä asumiseen maalla tai kaupungissa.
 Suolistosairaudet 
Niillä naisilla, jotka saavat päivittäisestä ravinnostaan suurimman glykeemisen kokonaiskuorman, esiintyy lähes kolme kertaa enemmän  paksusuolen syöpää kuin niillä naisilla, joilla on pienin glykeeminen kokonaiskuorma.

Leivonnaisten ja muiden sokerilla makeutettujen valmisruokien nauttiminen lisää Crohnin taudin ja haavaisen paksusuolen esiintyvyyttä. 

 Aivoterveys 
Paljon hiilihydraattia sisältävä ateria keskimäärin kymmenkertaistaa veren insuliinipitoisuuden normaalivartaloisilla ja jopa 50-kertaistaa sen joillain yksilöillä.British JournalofAnaesthesia85 (1):69-79(2000)Insulin: understanding its action in health and disease. Sivu 73. https://bjanaesthesia.org/article/S0007-0912(17)37337-3/pdf Veren liiallinen insuliinipitoisuus johtaa siihen, ettei insuliinia hajottavaa entsyymiä (IDE) riitä enää aivojen beta-amyloidiplakkien riittävään hajotukseen.

 Metabolinen oireyhtymä 
Aterian sisältämät hiilihydraatit nostavat metabolisen oireyhtymän omaavilla potilailla veren palmitoleiinihappopitoisuutta, mikä lisää matala-asteisen tulehduksen, sydän- ja verisuonitautien, diabeteksen ja eturauhassyövän riskiä.

 Sydän- ja verisuonisairaudet 
Vuonna 2006 julkaistun tutkimuksen mukaan naisilla, jotka saavat päivittäisestä ravinnostaan suurimman glykeemisen kokonaiskuorman, esiintyy lähes kaksi kertaa enemmän sydän- ja verisuonisairauksia, kuin niillä naisilla, joilla on pienin glykeeminen kokonaiskuorma. Glykeeminen kuorma ilmentää sitä, kuinka nopeasti ja kuinka paljon erilaiset hiilihydraatit nostavat verensokeria eli veren glukoosipitoisuutta. Ravinnon glykeeminen kuorma heijastelee sekä nautittujen hiilihydraattien määrää, että niiden laatua. Tutkimuksen koehenkilöinä oli yli 80 000 yhdysvaltalaista sairaanhoitajaa, joiden terveyttä seurattiin kahdenkymmenen vuoden ajan.

Hiilihydraattien vähentäminen ruokavaliosta saattaa suurentaa riskiä sairastua eteisvärinärytmihäiriöihin. Yhdysvaltalaisaineistoon perustuvassa tutkimuksessa 14 000:ta keskimäärin 54-vuotiasta seurattiin 22 vuoden ajan. Kun tutkijat jakoivat osallistujat ryhmiin heidän ruokavalioidensa perusteella, eteisvärinäriskin havaittiin suurentuvan tasaisesti mitä vähemmän hiilihydraatteja henkilön ruokavaliossa oli. Yhteys näkyi riippumatta monista eteisvärinän perinteisistä riskitekijöistä ja muusta ruokavaliosta. Seurannan aikana 1 800 osallistujaa sairastui eteisvärinään.

 Verenpaine 

Vuonna 2024 julkaistussa interventiotutkimuksessa havaittiin, että hiilihydraatin korvaaminen rasvalla alentaa merkittävästi verenpainetta.

Yli 12 000 kiinalaisaikuisen seurantatutkimuksessa sekä hyvin runsas että vähäinen hiilihydraattien käyttö liittyivät kohonneen verenpaineen riskiin. Samoin vähäinen hyvälaatuisten hiilihydraattien kuten kasvisten ja runsas ravitsemuksellisesti köyhien hiilihydraattien kuten valkoisen jauhon käyttö liittyivät suurentuneeseen riskiin.

 Diabetes 

Vuonna 2010 julkaistussa hollantilaisessa väestöseurantatutkimuksessa havaittiin, että keskivertoa tärkkelyspitoisempaa ravintoa nauttineet sairastuivat 25 prosenttia useammin diabetekseen keskimäärin kymmenen vuotta kestäneen seuranta-ajan kuluessa. Riskitekijöinä huomioitiin muun muassa alkoholi, vähäinen liikunta, iso vyötärönympärys, suuri painoindeksi ja energiansaanti, tupakointi, korkea verenpaine ja lähisukulaisten sairastavuus. Tutkimuksen otos oli 38 000 henkeä.

Yhdysvaltalaisen tutkimusryhmän vuonna 2015 julkaiseman väestöseurantatutkimuksen mukaan nopeasti imeytyvät hiilihydraatit eli sokeri ja tärkkelys lisäävät naisten riskiä sairastua tyypin kaksi diabetekseen samalla kun hitaasti imeytyvä hiilihydraatti eli ravintokuitu vähentää riskiä. Tutkimukseen osallistui 70 000 sairaanhoitajaa.

Suomalaisessa vuonna 2012 julkaistussa väestöseurantatutkimuksessa saatiin kuitenkin edellä kuvatuista tutkimuksista poikkeavia tuloksia. Kyseessä oli lähes 26 000:lla tupakkaa polttavalla keski-ikäisellä suomalaismiehellä tehty väitöstutkimus. Tuloksena oli, että miehillä, joiden ruokavalioon kuului keskivertoa enemmän hiilihydraatteja, oli pienempi riski sairastua tyypin 2 diabetekseen. Sairastumisriski oli kaikkein pienin silloin, kun hiilihydraateilla korvattiin kovaa rasvaa tai eläinperäistä proteiinia. Sen sijaan hiilihydraattien glykeemisellä indeksillä ei havaittu olevan mitään yhteyttä diabetesriskin lisääntymiseen. Glykeemisen indeksin vaihtelua tutkittiin ateriakokeessa, jossa oli 11 osanottajaa, ja ruoankäyttötiedot kerättiin kyselylomakkeella.

 Hammasmätä 
Hiilihydraatit pilkkoutuvat jo suuntelossa bakteerien ravintonaan käyttämäksi glukoosiksi. Etenkin suuren glykeemisen indeksin omaavat hiilihydraatit lisäävät siksi suussa elävien hammasmätää ja ientulehdusta aiheuttavien bakteerien määrää ja häiritsevät myös hampaiden kiinnityskudosten aineenvaihduntaa.

 Syöpä 
Runsaasti hiilihydraattia sisältävissä ruoka-aineissa muodostuu akryyliamidia, jos niitä kuumennetaan yli 120 asteessa.Ohje akryyliamidipitoisuuksien vähentämiseksi ja vertailuarvojen noudattamiseksi Euroopan komission asetuksen (EU) 2017/2158 mukaisesti. Ruokaviraston ohje 17056/1. https://www.ruokavirasto.fi/globalassets/tietoa-meista/asiointi/oppaat-ja-lomakkeet/yritykset/elintarvikeala/kemialliset-vaatimukset/eviran_ohje_17056_1.pdf Euroopan elintarviketurvallisuusviranomainen EFSA on arvioinut, että elintarvikkeiden sisältämä akryyliamidi saattaa lisätä kuluttajien riskiä sairastua syöpään. Ison-Britannian elintarvikeviraston mukaan englantilaisten nauttimassa ravinnossa on liikaa akryyliamidia. Akryyliamidin saantia voidaan vähentää rajoittamalla perunalastujen, leivän, aamiaismurojen, keksien ja leivonnaisten syöntiä ja leivän, ranskalaisten perunoiden ja muiden tärkkelyspitoisten ruokien paahtamista ruskeaksi.

 Historiaa 
Yhdysvaltojen senaatin asettama ravitsemuskomitea suositteli vuonna 1977 valmistuneessa raportissaan ihmisiä muuttamaan ruokavaliotaan siten, että 55–60 prosenttia energiansaannista tulisi tärkkelyksen tapaisista polysakkarideista.Recommending Drastic Diet Changes. Marian Burros January 20, 1977. https://www.washingtonpost.com/archive/lifestyle/1977/01/20/recommending-drastic-diet-changes/a3c005b5-2b89-4784-8782-83c0055b7aa4/ 

 Katso myös 
 Glykeeminen indeksi
 Hydraatti
 Vähähiilihydraattinen ruokavalio

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 

Opetus.tv: Kemian etäopiskeluympäristö, Hiilihydraatit
 Fineli: Imeytyvän hiilihydraatin lähteet ruoka-aineissa

*
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit