Angliavandeniai, kartu su baltymais, lipidais ir nukleorūkštimis, įeina į gyvų organizmų sudėtį, nulemia jų struktūros specifiškumą ir funkcionavimą. Angliavandeniai, kurie dar kartais vadinami karbohidratais ar sacharidais, yra labai svarbi gyvųjų organizmų sudėtinė dalis. Angliavandeniams yra priskiriami junginiai, kurie pasižymi įvairiapusėmis ir dažnokai stipriai besiskiriančiomis funkcijomis. Angliavandeniai sudaro pagrindinę organinių junginių masės dalį žemėje. Biosferoje jų yra daugiau negu visų kitų organinių medžiagų.

Kasmet, fotosintezės proceso metu, susidaro milžiniški kiekiai angliavandenių. Sausoje augalų masėje angliavandeniai sudaro apie 80-90 % ir apie 2 % - sausos gyvūnų masės. Angliavandeniai dalyvauja daugelyje metabolinių procesų, bet visų pirmiausiai jie yra pagrindinė maisto medžiaga ir pagrindinis energijos tiekėjas. Apytikriai imant dienos raciono suvartojamo maisto masę, tai angliavandeniams iš jos tenka apie 75 %, o paros reikiamų kalorijų kiekiui - daugiau nei 50 %.

Reikia pažymėti ir struktūrinį angliavandenių vaidmenį. Angliavandeniai yra daugelio fiziologiškai svarbių junginių (pvz., imunoglobulinų, nukleotidinių kofermentų, glikopeptidų ir glikoproteinų, glikolipidų ir lipopolisacharidų ir kt.) sudėtinė dalis. Būdami sudėtinė mišrių biopolimerų dalis, angliavandeniai suteikia jiems specifinių savybių fiziologinių procesų metu. Pvz., dalyvauja nukleorūgščių ir baltymų sintezėje, lemia ląstelių paviršiaus biologinį specifiškumą, mažina trintį tarp sąnarių, sutvirtina ląstelių struktūrinius ir atraminius organus ir t.t.

Biocheminės Angliavandenių Funkcijos

• Energijos šaltinis - angliavandeniai yra greičiausiai naudojamas organizmų energijos šaltinis (pvz., gliukozės visada yra gyvūnų kraujyje).
• Atsarginė maisto medžiaga - kai kurie angliavandeniai ląstelėse yra kaupiami kaip energijos atsargos, t.y. atlieka rezervinę funkciją.
• Struktūrinis elementas - ląstelių ir jų organoidų membranų ir neląstelinių struktūrų sudėtinė dalis, t.y. gali būti naudojama kaip statybinė medžiaga ir atlikti struktūrinę funkciją, pvz., įeina į bakterijų ar tvirtos augalų ląstelių sienelių sudėtį (tvirtos augalų sienelės sudarytos iš celiuliozės).
• Reguliacinė funkcija - įeina į nukleorūgščių, antibiotikų sudėtį; iš jų sintetinamas aminorūgščių anglies karkasas; reikalingi kai kurių baltymų, fermentų, kofermento A ir kitų biologiškai aktyvių junginių biosintezei.
• Angliavandeniai, susijungę su baltymais ar lipidais, pvz., glikoproteinai, proteoglikanai ir glikolipidai, yra svarbūs sudarant tarpląstelinius ryšius, užląstelinį užpildą; ląstelių atpažinimo; recepsijos procesams; prisijungiant virusus, antikūnus.
• Hormoninė funkcija - padeda reguliuoti medžiagų apykaitą, t.y.

Dariniai iš angliavandenių (gliukuronidai) dalyvauja detoksikuojant ksenobiotikus ir inaktyvuojant endogeninės kilmės medžiagas. Angliavandenius negalima laikyti nepakeičiamaisiais maisto komponentais. Bet, jei juos pašalinti iš mitybos raciono, tai kaip pasekmė gali atsirasti hipoglikemija, kurios kompensavimui bus naudojami baltymai ir riebalai.

Toliau šiek tiek panagrinėkime angliavandenių sudėtį ir jų skirstymą į grupes iš biocheminės pusės ir pasistengsime tai padaryti kuo paprasčiau ir aiškiau. Seniau angliavandenius laikė medžiagomis, kurios sudarytos iš dviejų komponentų - anglies ir vandens, o jų elementarią sudėtį galima išreikšti viena bendra formule Cm(H2O)n. Bet, kaip vėliau paaiškėjo, šioje taisyklėje yra išimčių ir ji nevisai tiksli. Tiesiog šis apibrėžimas leidžia paprasčiausiai apibūdinti angliavandenių klasę bendrai.

Angliavandenių Klasifikacija

Angliavandenius, priklausomai nuo juos sudarančių monomerų kiekio, galima padalinti į tris pagrindines grupes. Nors, jei dalinti pagal struktūros sudėtingumą, tirpumą, įsisavinimo greitį ir pan., juos galima padalinti į paprastuosius ir sudėtinguosius. Sportininkai mėgsta juos vadinti „greitais” ir „lėtais” angliavandeniais, o sveiko gyvenimo propaguotojai padalins į „bloguosius” ir „geruosius”.

• OLIGOSACHARIDAI (disacharidai): sacharozė, laktozė, maltozė ir kt.

Angliavandenių klasifikacijos kriterijumi yra jų hidrolizės reakcija, t.y. specifinė jų skaidymo reakcija vandeniu. Kaip matome, prie žodžio sacharidas prisideda mono- (vienas, vienintelis, vientisas), oligo- (negausus, mažas, nedaug) arba di- (nurodo, kad sudarytas iš 2 dalių), poli- (daug, gausus).

Virškinimas ir Angliavandeniai

Virškinimas - fiziologinis procesas, per kurį mechaniškai susmulkintas maistas chemiškai (daugiausia veikiamas fermentų) suskaidomas į paprastesnius organizmo asimiliuojamus junginius. Būdingas žmogui ir gyvūnams. Virškinimo metu baltymai suskaidomi iki aminorūgščių, angliavandeniai - iki monosacharidų, riebalai - iki glicerolio ir riebalų rūgščių. Yra 4 virškinimo būdai: išorinis, ertminis, virškinimas ląstelės viduje ir simbiozinis virškinimas.

Išorinis virškinimas: į ląstelės ar organizmo išorę išskirti fermentai suskaido maisto medžiagas iki smulkių molekulių, kurios įsiurbiamos per ląstelės plazminę membraną arba kūno paviršių; toks virškinimas būdingas saprotrofiniams grybams, bakterijoms. Ertminis virškinimas: fermentai maisto medžiagas skaido kūno ertmėse (virškinamajame trakte), smulkios molekulės įsiurbiamos pro ertmės sieneles. Virškinimas ląstelės viduje susijęs su fagocitoze arba autofagija, būdingas vienaląsčiams ir kai kuriems daugialąsčiams organizmams.

Žmogaus ir aukštesniųjų stuburinių gyvūnų virškinimas vyksta virškinamajame trakte. Burnoje maistas sukramtomas ir sumaišomas su seilėmis. Maisto kąsnis pro ryklę bei stemplę nuryjamas į skrandį. Iš jo skrandžio sulčių apvirškintas patenka į dvylikapirštę žarną. Čia maistą skaido kasos ir žarnų sulčių fermentai bei tulžis, kurią gamina kepenys. Plonojoje žarnoje maistas toliau virškinamas ir pro jos gleivinės mikrogaurelius suskaidytos maisto medžiagos patenka į kraują ir limfą. Žarnoms susitraukiant maistas stumiamas į storąją žarną, kur rezorbuojamas vanduo ir mineralinės medžiagos, susidaro išmatos.

Angliavandeniai Gyvūnų Mityboje

Keturkojai kompanionai dabar dažnai laikomi šeimos nariais, toks elgesys vadinamas „tarprūšinės šeimos“ reiškiniu. Dėl to paskutiniu metu naminių gyvūnų pašarų rinkoje labai svarbiu kriterijumi tapo gyvūnų sveikata ir ilgaamžiškumas. Kadangi angliavandeniai svarbūs energijos metabolizme, tuštinimosi moduliavime, imuninėms funkcijoms bei žarnyno mikrobiotai, ėdalų gamintojai jais intensyviai domisi. Angliavandenių galima rasti augalų ląstelių turinyje ir sienelėse. Paprastai jie skirstomi į monosacharidus, oligosacharidus ir polisacharidus. Nevirškinami angliavandeniai skirstomi į fermentuojamus (tirpi ląsteliena, atsparus krakmolas, šiek tiek hemiceliuliozės) ir nefermentuojamus ar blogai fermentuojamus (celiuliozė, ligninas).

Šunims ir katėms angliavandeniai nėra būtini. Specifiniai audiniai kaip smegenys ir raudonieji kraujo kūneliai energijos poreikių patenkinimui reikalauja gliukozės. Tam tikrais gyvenimo etapais, pvz., nėštumo ir žindymo laikotarpiu, reikalingas didesnis energijos lygis. Mažai angliavandenių turinti dieta aktyvuoja gliukoneogeninius medžiagų apykaitos kelius, kuriuose gliukozės gamybai naudojamos būtinos maistinės medžiagos, pvz., aminorūgštys.

Šuniukams ir kačiukams negalima duoti pieno pakaitalų, sudėtyje turinčių krakmolo, kadangi jiems trūksta kasos fermento amilazės (skaido angliavandenius). Kačių gebėjimas virškinti krakmolą nedidelis. Per didelis virškinamų angliavandenių kiekis padidins glikemiją ir skatins mikrobų fermentacijai gaubtinėje žarnoje, taip neigiamai veikdamas virškinimo traktą. Apdorojimas pagerina kačių maiste esančio krakmolo virškinamumą, nes skatina depolimerizaciją, mažina molekulinę masę ir pagerina fermentinę hidrolizę.

Atsižvelgiant į tai, kad skirtingų angliavandenių fiziologinis poveikis skiriasi, rekomenduojamas jo kiekis racione priklauso nuo suvartojamo maisto kiekio, kalorijų tankio ir gyvūno energijos poreikio. Kukurūzai, kviečiai ir ryžiai komerciniuose gyvūnų pašaruose naudojami kaip pagrindiniai sudėtinių angliavandenių, ypač krakmolo, šaltiniai. Pastaruoju metu rinkoje išpopuliarėjo begrūdžiai produktai.

Terminio apdorojimo metu krakmolo brinkimas ir struktūriniai pokyčiai didina maisto matricos plėtimąsi ir sustiprina rišamąsias savybes. Krakmolo kiekis pašare skirsis priklausomai nuo formulės. Kaitinamas krakmolas suminkštėja vykstant procesui, vadinamam želatinizacija. Tuomet krakmolo granulės padidėja, sprogsta ir sutirštėja. Mitybos požiūriu želatinizacijos laipsnis svarbus, nes turi įtakos krakmolo virškinamumui.

Struktūrinės ir molekulinės savybės, tokios kaip granulių dydis ir krakmolo iš skirtingų ingredientų šaltinių kristališkumas, gali labai skirtis ir turėti įtakos virškinimo kinetikai. Fizinės kliūtys, tokios kaip augalų ląstelių sienelės ar baltymų matricos, gali blokuoti virškinimo fermentų prieigą. Tačiau krakmolo želatinizacija gali sutrikdyti šias kliūtis ir padėti įveikti fermentinio veikimo slopinimą.

Vienas tyrimas, kurio metu vertintos virškinamo krakmolo frakcijų koncentracijos naudojant šunų modelį in vitro, parodė, kad tiek žemoje (79-93 °C), tiek aukštoje (124-140 °C) temperatūrje ekstruzija padidino greitai virškinamo krakmolo kiekį miežiuose, kukurūzuose, ryžiuose, bulvėse, sorguose ir kviečiuose. Krakmolas, kuris nėra absorbuojamas, vadinamas atspariu ir pateks į apatinį virškinimo traktą, kur veiks kaip ląsteliena.

Atsparaus krakmolo, pasiekiančio storąją žarną, kiekis - svarbus veiksnys, kadangi skatina bakterijų fermentaciją, o didesnė jo koncentracija neigiamai veikia išmatų kokybę. Atsparus krakmolas taip pat gali moduliuoti žarnyno mikrobiotą ir išmatų metabolitus.

Ląsteliena ir Jos Savybės

Išplitus informacijai apie ląstelienos naudą žmonių sveikatai, išaugo susidomėjimas šių principų taikymu šeriant naminius gyvūnus. Ląsteliena (skaidulos) - medžiaga, iš kurios sudarytas augalinės ląstelės apvalkalėlis, kitaip tariant atraminė tos ląstelės medžiaga. Ląsteliena galima pavadinti auglams būingus nevirškinamus tirpius bei netirpius angliavandenius ir ligniną.

Apibūdinant ląstelieną, galima naudoti kelis metodus, įskaitant šaltinį (gyvūninis, augalinis, grybinis ir chemiškai susintetintas), cheminę struktūrą (nevirškinami oligosacharidai, nekrakmoliniai polisacharidai, atsparus krakmolas) ar savybes, padedančias nustatyti funkcionalumą ir veikimo mechanizmus. Nors paprastai kalbant apie skaidulas omenyje turime augalinius produktus, o gyvūninių šaltinių koncepcija - negausiai tirta sritis, kuri gali būti susijusi su plėšrūnų virškinamojo trakto sveikata.

Klampumas apibūdina ląstelienos gebėjimą sutirštėti ir hidratacijos metu sudaryti gelį. Fermentacija apibūdina anaerobinio skaidymo laipsnį, kurį gali atlikti virškinamajame trakte esantys mikrobai. Tirpumas apibūdina ląstelienos gebėjimą ištirpti vandenyje arba išlikti kaip atskiros netirpios dalelės.

Literatūroje šis metodas naudojamas siekiant išsiaiškinti fiziologinio atsako skirtumus, pastebėtus naudojant skirtingus ląstelienos apdorojimus. Nors kai kurie ląstelienos šaltiniai, pvz., išgryninta celiuliozė, gali būti labai vienodos sudėties, dauguma gyvūnėlių maiste naudojamų ingredientų susideda iš unikalaus ir įvairaus profilio, dėl kurio atsiranda įvairių savybių derinys.

Paskutiniu metu bandoma įvertinti daugybę naujų skaidulinių ingredientų, įskaitant avokadų miltus, sojų pupelių lukštus, kokoso pluoštą, cikorijas, citrusinių vaisių minkštimą ir apelsinų pluoštą. Ląsteliena gali būti naudojama keičiant produkto tankį ir veikia kaip nedidelių sudedamųjų dalių, tokių kaip vitaminų ir mineralų premiksai, nešiklis. Be to, hidrokoloidinių skaidulų, tokių kaip dervos ir pektinas, vandens surišimo savybės svarbios kuriant drėgnų maisto produktų kaip paštetas tekstūrą.

Nors šie apdorojimo ypatumai vis labiau domina gamintojus, ląsteliena gali veikti ir funkciškai. Plintant augintinių nutukimui, vis svarbesnis tampa ryšys tarp maistinių skaidulų vartojimo ir silpnėjančių medžiagų apykaitos sutrikimų simptomų. Keli tyrimai aprašė ląstelienos naudą lėtinant virškinimo trakto judėjimą ar įsisavinant maisto medžiagas.

Skaidulų, ypač netirpių, kiekio didinimas - įprasta strategija, naudojama siekiant sumažinti kalorijų tankį nepaveikiant suvartojamo maisto kiekio. Tiek tirpios, tiek netirpios skaidulos prisideda prie išmatų tūrio ir konsistencijos. Netirpi fermentacijai atspari ląsteliena prisideda prie išmatų sausųjų medžiagų tūrio, o tirpi suriša vandenį, suminkštindama išmatas ir padidindama jų sovrį.

Prebiotikai ir Žarnyno Mikrobiota

Žarnyno mikrobiotos vaidmuo sveikatai sulaukė didelio susidomėjimo dėl galimo jos sudėties ir metabolinės funkcijos moduliavimo. Viena šių strategijų - prebiotikų naudojimas. Prebiotikai apibrėžiami kaip substratas, kurį selektyviai naudoja mikroorganizmai šeimininkai, teikiantys naudos sveikatai (paprasčiau- gerųjų bakterijų maisto šaltinis). Prebiotikai dažnai prilyginami ląstelienai, tačiau tik dalis ląstelienos priskiriama prebiotikams. Tiesą sakant, prebiotikai taip pat gali būti gaunami iš neląstelinių medžiagų, tokių kaip laktulozė.

Šiuo metu pripažintų prebiotikų sąrašas ribotas, taip pat yra įvairių maisto junginių, apie kuriuos trūksta naudos įrodymų, tad pastarieji priskiriami kandidatams į prebiotikus. Tai apima skaidulinius (ksilo-oligosacharidas (XOS), β-gliukanai, izomalto-oligosacharidai) ir neskaidulinius (polifenoliai, polinesočiosios riebalų rūgštys) junginius. Daugiausia tyrimais patvirtinta, kad maistinių prebiotikų nauda gaunama iš ląstelienos kaip nevirškinami oligosacharidai fruktanai ir galaktanai.

Su šeimininko organizmu žarnyno mikrobai sąveikauja keliais lygiais. Tai gali vykti tiesiogiai kontaktuojant su žarnyno epitelio ląstelėmis, kas turi įtakos imuninės sistemos vystymuisi ir palaikymui, arba sąveikaujant su mikrobų kilmės metabolitais. Mikrobai gamina įvairius junginius, įskaitant baltymus, vitaminus, dujas, lakiąsias riebalų rūgštis ir antrines tulžies rūgštis.

Trūkstant deguonies, mikrobai pasitelkia fermentaciją anglies turinčių molekulių (angliavandenių ir baltymų) skaidymui, taip jie gauna energijos augimui ir dauginimuisi. Kadangi ląsteliena - pagrindinis substratas, storąją žarną pasiekiantis nesuvirškintas, dauguma metabolitų susidaro sacharolitinės fermentacijos būdu. Tai apima TGRR (ty acetatą, propionatą, butiratą) ir dujas (pvz., anglies dioksidą ir metaną).

TGRR gamyba - vienas pagrindinių ląstelienos vartojimo pranašumų, šių junginių įtaka sveikatai plačiai ištirta. Mikrobų pagamintos TGRR absorbuojamos žarnyno epitelio. Absorbuotą butiratą kolonocitai pirmiausia naudoja kaip energijos šaltinis, o didžioji jo dalis lieka storosios žarnos gleivinėje.

Propionatas ir acetatas gali patekti į vartų kraujotaką prieš įsisavinimą ir būti metabolizuoti kepenyse. Pagrindinis acetato likimas kepenyse - riebalų rūgščių sintezė, o propionatas veikia kaip gliukoneogeninis pirmtakas. Šie junginiai taip pat gali veikti kaip signalinės molekulės kelioms kitoms šeimininko biologinėms sistemoms.

Butiratas slopina įvairių imuninių ląstelių transkripciją ir diferenciaciją, turi priešuždegiminį poveikį, kas svarbu palaikant pusiausvyrą tarp imuninio atsako į patogenines žarnyno bakterijas ir komensalinių bakterijų rūšių tolerancijos.

Nors šunims ir katėms nėra apibrėžtų angliavandenių reikalavimų, jie yra vertingas energijos šaltinis, be to, palaiko virškinimo funkciją ir bendrą sveikatą. Atsižvelgiant į tai, kad dauguma pašarų gaminami naudojant ekstruziją, tokie procesai naudingi krakmolo granulių želatinizacijai. Nevirškinami angliavandeniai darosi vis svarbesniu gyvūnų mitybos segmentu, kadangi ląsteliena glaudžiai susijusi su žarnyno sveikata. Maistinėms skaiduloms būdingos įvairios fizikinės ir cheminės savybės ir atitinkamas fiziologinis poveikis.

---