การจำแนกประเภทคาร์โบไฮเดรต (พร้อมรูปภาพ) - อาหารการกิน - 2025

การจำแนกประเภทของคาร์โบไฮเดรตสามารถทำได้ตามหน้าที่ตามจำนวนอะตอมของคาร์บอนตามตำแหน่งของกลุ่มคาร์บอนิลตามหน่วยที่ประกอบขึ้นตามอนุพันธ์และตามอาหาร

คาร์โบไฮเดรตคาร์โบไฮเดรตหรือแซคคาไรด์เป็นสารประกอบทางเคมีที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนไฮโดรเจนและออกซิเจนการเผาไหม้ซึ่งส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และโมเลกุลของน้ำอย่างน้อยหนึ่งโมเลกุล พวกมันเป็นโมเลกุลที่กระจายอยู่ทั่วไปในธรรมชาติและมีความสำคัญขั้นพื้นฐานสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งจากมุมมองโครงสร้างและการเผาผลาญ

โครงสร้างวงจรของกลูโคสเป็นเฮกโซส (ที่มา: Edgar181 ผ่าน Wikimedia Commons)

โดยปกติวิธีที่ดีที่สุดในการแสดงสูตรของคาร์โบไฮเดรตใด ๆ คือ Cx (H2O) และโดยสรุปหมายถึง "ไฮเดรตคาร์บอน"

ในพืชคาร์โบไฮเดรตส่วนใหญ่ถูกผลิตขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำหลังจากนั้นสามารถเก็บไว้ในเชิงซ้อนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (เช่นแป้ง) หรือใช้เพื่อให้โครงสร้างและสนับสนุน เซลล์พืช (เช่นเซลลูโลส)

สัตว์ยังผลิตคาร์โบไฮเดรต (ไกลโคเจนกลูโคสฟรุกโตส ฯลฯ ) แต่พวกมันทำจากสารต่างๆเช่นไขมันและโปรตีน อย่างไรก็ตามสิ่งนี้แหล่งที่มาหลักของคาร์โบไฮเดรตที่เผาผลาญได้สำหรับสิ่งมีชีวิตของสัตว์คือสิ่งที่มาจากพืช

แหล่งคาร์โบไฮเดรตธรรมชาติที่สำคัญที่สุดสำหรับมนุษย์โดยทั่วไปคือธัญพืชเช่นข้าวสาลีข้าวโพดข้าวฟ่างข้าวโอ๊ตและอื่น ๆ หัวเช่นมันฝรั่งมันสำปะหลังและกล้วยเป็นต้น เช่นเดียวกับเมล็ดพืชตระกูลถั่วหลายชนิดเช่นถั่วเลนทิลถั่วปากอ้าเป็นต้น

สัตว์ที่กินเนื้อเป็นอาหารนั่นคือสัตว์ที่กินสัตว์อื่นทางอ้อมขึ้นอยู่กับคาร์โบไฮเดรตเพื่อความอยู่รอดเนื่องจากเหยื่อของพวกมันหรือเหยื่อของเหยื่อเป็นสัตว์กินพืชที่สามารถใช้ประโยชน์จากคาร์โบไฮเดรตที่มีโครงสร้างและการกักเก็บที่มีอยู่ในสมุนไพร พวกมันกินเข้าไปและเปลี่ยนเป็นโปรตีนกล้ามเนื้อและเนื้อเยื่ออื่น ๆ ของร่างกาย

การจำแนกตามหน้าที่

คาร์โบไฮเดรตสามารถแบ่งตามหน้าที่ทั่วไปได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ได้แก่ คาร์โบไฮเดรตเชิงโครงสร้างและคาร์โบไฮเดรตที่ย่อยได้ทั่วไปหรือโพลีแซคคาไรด์

คาร์โบไฮเดรตเชิงโครงสร้าง

คาร์โบไฮเดรตเชิงโครงสร้างคือส่วนที่เป็นส่วนหนึ่งของผนังของเซลล์พืชทั้งหมดเช่นเดียวกับที่สะสมทุติยภูมิที่บ่งบอกลักษณะของเนื้อเยื่อของพืชชนิดต่าง ๆ และทำหน้าที่รองรับและ "นั่งร้าน" ที่เฉพาะเจาะจง

โครงสร้างทั่วไปของเซลลูโลส (ที่มา: Vicente Neto ผ่าน Wikimedia Commons)

ในจำนวนนี้โพลีแซคคาไรด์จากพืชหลักคือเซลลูโลส แต่ลิกนินเดกซ์ทรานเพนโตซานวุ้น (ในสาหร่าย) และไคติน (ในเชื้อราและสัตว์ขาปล้องหลายชนิด) ก็โดดเด่นเช่นกัน

คาร์โบไฮเดรตที่ย่อยได้

ในทางกลับกันคาร์โบไฮเดรตที่ย่อยได้คือสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน (นอกเหนือจากออโตโทรฟที่ "สังเคราะห์อาหารของตัวเอง") สามารถได้มาจากพืชและใช้เพื่อบำรุงเซลล์ของพวกมันผ่านทางเมตาบอลิซึมที่แตกต่างกัน

คาร์โบไฮเดรตที่ย่อยได้หลักคือแป้งซึ่งพบในพืชหัวเมล็ดธัญพืชและโครงสร้างการจัดเก็บอื่น ๆ ในพืช ประกอบด้วยโพลีแซ็กคาไรด์สองชนิดที่คล้ายกันคืออะไมโลสและอะไมโลเพคติน

อย่างไรก็ตามน้ำตาลที่เรียบง่ายกว่าเช่นฟรุคโตสเช่นมีอยู่ในปริมาณมากในผลไม้ของพืชหลายชนิดก็มีความสำคัญเช่นกัน

น้ำผึ้งซึ่งเป็นสารที่ผลิตโดยผึ้งซึ่งมีคุณค่าทางการค้าที่สำคัญยังเป็นแหล่งคาร์โบไฮเดรตที่ย่อยได้มากมาย แต่มีต้นกำเนิดจากสัตว์

ไกลโคเจนเป็นโพลีแซ็กคาไรด์สำรองที่สำคัญในสัตว์ (ที่มา: Alejandro Porto ผ่าน Wikimedia Commons)

ไกลโคเจนซึ่งถือว่าในหลายกรณีเป็น "แป้งจากสัตว์" เป็นโพลีแซคคาไรด์สำรองที่สัตว์สังเคราะห์ขึ้นและสามารถรวมอยู่ในกลุ่มของคาร์โบไฮเดรตที่ย่อยได้

การจำแนกตามจำนวนอะตอมของคาร์บอน

ขึ้นอยู่กับจำนวนอะตอมของคาร์บอนคาร์โบไฮเดรตสามารถ:

- ไตรโอเซสที่มีคาร์บอนสามตัว (ตัวอย่าง: ไกลเซอราลดีไฮด์)

- เตโตรซัสมีคาร์บอนสี่ตัว (ตัวอย่าง: erythrose)

- เพนโทสที่มีคาร์บอนห้าตัว (เช่นไรโบส)

- Hexoses ที่มีคาร์บอนหกตัว (ตัวอย่าง: กลูโคส)

- ฮีปโตสที่มีคาร์บอน 7 ชนิด (ตัวอย่าง: sedoheptulose 1,7-bisphosphate)

แผนภาพโครงสร้าง hemiacetal ที่เป็นไปได้สำหรับกลูโคสและแมนโนส (ที่มา: Karlhahn ผ่าน Wikimedia Commons)

โดยทั่วไป Pentases และ hexoses สามารถพบได้ในรูปแบบของวงแหวนที่มั่นคงเนื่องจากการก่อตัวของกลุ่ม hemiacetal ภายในนั่นคือผ่านการรวมกันระหว่างกลุ่มอัลดีไฮด์หรือกลุ่มคีโตนกับแอลกอฮอล์

วงแหวนเหล่านี้สามารถมี "ลิงค์" ได้ 5 หรือ 6 ดังนั้นจึงสามารถเป็นประเภทฟูแรนหรือประเภทไพแรนได้ตามลำดับซึ่งฟูราโนสและไพราโนสก่อตัวขึ้น

การจำแนกตามตำแหน่งของกลุ่มคาร์บอนิล

ตำแหน่งของหมู่คาร์บอนิล (C = O) ในโมโนแซ็กคาไรด์ยังเป็นอักขระที่ใช้ในการจำแนกประเภทเนื่องจากโมเลกุลอาจเป็นคีโตซิสหรืออัลโดสทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ ดังนั้นจึงมีตัวอย่างเช่น aldohexoses และ ketohexoses เช่นเดียวกับ aldopentoses และ ketopentoses

Aldosas และ Cetosas (ที่มา: Pjvelasco ผ่าน Wikimedia Commons)

ถ้าอะตอมของคาร์บอนที่สร้างกลุ่มคาร์บอนิลอยู่ในตำแหน่ง 1 (หรือที่ปลายด้านหนึ่ง) แสดงว่าเป็นอัลดีไฮด์ แต่ถ้ามันอยู่ในตำแหน่งที่ 2 (หรืออะตอมคาร์บอนภายในอื่น ๆ ) มันเป็นกลุ่มคีโตนดังนั้นมันจึงกลายเป็นคีโตซิส

ยกตัวอย่างเช่น trioses, tetroses, pentoses และ hexoses ของส่วนก่อนหน้านี้เราพบว่า aldoses ของน้ำตาลธรรมดาเหล่านี้คือ glyceraldehyde, erythrose, ribose และ glucose ในขณะที่คีโตส ได้แก่ dihydroxyacetone, erythrulose, ribulose และ ฟรุกโตสตามลำดับ

การจำแนกตามจำนวนหน่วยที่ประกอบขึ้น

ตามจำนวนหน่วยที่คาร์โบไฮเดรตมีนั่นคือตามจำนวนน้ำตาลที่เป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสพวกเขาสามารถแบ่งได้เป็น:

monosaccharides

พวกนี้เป็นแซคคาไรด์หรือน้ำตาลที่ง่ายที่สุดเนื่องจากประกอบด้วย "หน่วยน้ำตาล" หน่วยเดียว ในกลุ่มนี้มีน้ำตาลที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญเช่นกลูโคสซึ่งเมแทบอลิซึมเกี่ยวข้องกับการผลิตพลังงานในรูปแบบของ ATP ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด กาแลคโตสแมนโนสฟรุกโตสอาราบิโนสไซโลสไรโบสซอร์โบสและอื่น ๆ ก็โดดเด่นเช่นกัน

disaccharides

ไดแซคคาไรด์ตามคำนำหน้าชื่อหมายถึงแซคคาไรด์ที่ประกอบด้วยหน่วยน้ำตาลสองหน่วย ตัวอย่างหลักของโมเลกุลเหล่านี้ ได้แก่ แลคโตสซูโครสมอลโตสและไอโซมอลโตสเซลโลไบโอสเจนทิโอไบโอสเมลิไบโอสทรีฮาโลสและทูราโนส

โครงสร้างทางเคมีของมอลโตสไดแซ็กคาไรด์ (ที่มา: NEUROtiker ผ่าน Wikimedia Commons)

oligosaccharides

พวกมันสอดคล้องกับคาร์โบไฮเดรตที่เมื่อไฮโดรไลซ์แล้วจะปล่อย“ หน่วยน้ำตาล” มากกว่าสองหน่วย แม้ว่าอาจจะไม่เป็นที่รู้จักกันดี แต่ในกลุ่ม raffinose นี้ Stachyose และ verbascosa สามารถแยกออกได้ ผู้เขียนบางคนพิจารณาว่าไดแซ็กคาไรด์เป็นโอลิโกแซ็กคาไรด์ด้วย

polysaccharides

โพลีแซ็กคาไรด์ประกอบด้วยหน่วยน้ำตาลมากกว่า 10 หน่วยและสามารถสร้างขึ้นจากหน่วยการทำซ้ำของโมโนแซคคาไรด์เดียวกัน (โฮโมพอลิแซ็กคาไรด์) หรือของผสมที่ค่อนข้างซับซ้อนของโมโนแซคคาไรด์ที่แตกต่างกัน (เฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์) ตัวอย่างของพอลิแซ็กคาไรด์ ได้แก่ แป้งเซลลูโลสเฮมิเซลลูโลสเพคตินและไกลโคเจน

โดยปกติแล้วการรวมกันระหว่าง "หน่วยน้ำตาล" ของไดแซ็กคาไรด์โอลิโกแซ็กคาไรด์และโพลีแซ็กคาไรด์เกิดขึ้นผ่านพันธะที่เรียกว่าพันธะไกลโคซิดิกซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการสูญเสียโมเลกุลของน้ำ

การจำแนกประเภทของอนุพันธ์

เช่นเดียวกับโมเลกุลที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในธรรมชาติคาร์โบไฮเดรตสามารถทำหน้าที่เป็น "ส่วนประกอบสำคัญ" สำหรับสารประกอบอื่น ๆ ที่สามารถทำหน้าที่คล้ายกันหรือแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ตามนี้อนุพันธ์ดังกล่าวสามารถจำแนกตามลักษณะดังต่อไปนี้:

ฟอสเฟตเอสเทอร์

โดยทั่วไปเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ phosphorylated ซึ่งกลุ่ม phosphoryl ยึดกับแซคคาไรด์ผ่านพันธะเอสเทอร์ สิ่งเหล่านี้เป็นโมเลกุลที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับส่วนใหญ่ของปฏิกิริยาการเผาผลาญของเซลล์เนื่องจากพวกมันทำงานเป็น "สารประกอบที่กระตุ้นการทำงาน" ซึ่งไฮโดรไลซิสเป็นที่นิยมทางอุณหพลศาสตร์

ตัวอย่างที่โดดเด่น ได้แก่ glyceraldehyde 3-phosphate, glucose 6-phosphate, glucose 1-phosphate และ fructose 6-phosphate

กรดและแลคโตน

เป็นผลจากการออกซิเดชั่นของโมโนแซ็กคาไรด์บางชนิดด้วยตัวออกซิไดซ์โดยเฉพาะ กรดอัลโดนิกเป็นผลมาจากการออกซิเดชั่นของกลูโคสกับทองแดงอัลคาไลน์และในสารละลายเหล่านี้อยู่ในสภาวะสมดุลกับแลคโตน เมื่อออกซิเดชั่นโดยการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์จะสามารถผลิตแลคโตนและกรดยูโรนิกได้

อัลดิทอลโพลิออลหรือแอลกอฮอล์น้ำตาล

เกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลุ่มคาร์บอนิลของโมโนแซ็กคาไรด์บางชนิด ตัวอย่างเช่น erythritol, mannitol และ sorbitol หรือ glucitol

น้ำตาลอะมิโน

เป็นอนุพันธ์ของมอโนแซ็กคาไรด์ที่มีหมู่อะมิโน (NH2) ติดอยู่โดยทั่วไปที่คาร์บอนของตำแหน่ง 2 (โดยเฉพาะในกลูโคส) ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุด ได้แก่ กลูโคซามีน N-acetyl glucosamine กรดมูรามิกและกรด N-acetyl muramic นอกจากนี้ยังมี galactosamine

โครงสร้างทางเคมีของกลูโคซามีน (ที่มา: Edgar181 ผ่าน Wikimedia Commons)

Deoxysugars

เป็นอนุพันธ์ของโมโนแซ็กคาไรด์ที่เกิดขึ้นเมื่อสูญเสียอะตอมออกซิเจนไปในหมู่ไฮดรอกซิลกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่า“ ดีออกซี” หรือ“ ดีอกซีซูการ์”

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือสิ่งที่ประกอบเป็นกระดูกสันหลังของ DNA นั่นคือ 2-deoxyribose แต่ยังมี 6-deoxymanopyranose (rhamnose) และ 6-deoxygalactofuranose (fucose)

ไกลโคไซด์

สารประกอบเหล่านี้เป็นผลมาจากการกำจัดโมเลกุลของน้ำโดยการรวมกันระหว่างกลุ่ม anomeric ไฮดรอกซิลของโมโนแซ็กคาไรด์กับกลุ่มไฮดรอกซิลของสารประกอบไฮดรอกซิเลตที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างคลาสสิก ได้แก่ ouabain และ amygdalin ซึ่งเป็นสารประกอบที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย 2 ชนิดที่สกัดจากพุ่มไม้แอฟริกันและเมล็ดของอัลมอนด์ที่มีรสขม

การจำแนกตามการใช้ในการเตรียมอาหาร

ก้อนน้ำตาล (ที่มา: Dietmar Rabich / Wikimedia Commons /“ Würfelzucker - 2018 - 3564” / CC BY-SA 4.0 ผ่าน Wikimedia Commons)

ในที่สุดคาร์โบไฮเดรตยังสามารถจำแนกได้ตามการใช้งานที่สามารถมอบให้กับพวกเขาได้ในระหว่างการเตรียมอาหาร ในแง่นี้มีคาร์โบไฮเดรตที่ให้ความหวานเช่นซูโครส (ไดแซ็กคาไรด์) ฟรุกโตส (มอโนแซ็กคาไรด์) และมอลโตสในระดับที่น้อยกว่า (ไดแซ็กคาไรด์อื่น)

ในทำนองเดียวกันมีคาร์โบไฮเดรตที่หนาขึ้นและคาร์โบไฮเดรตที่ทำให้เกิดเจลเช่นเดียวกับในกรณีของแป้งและเพคตินเป็นต้น

อ้างอิง

1. Badui Dergal, S. (2016). เคมีอาหาร. เม็กซิโก, Pearson Education
2. Chow, KW และ Halver, JE (1980) คาร์โบไฮเดรต ln: เทคโนโลยีการให้อาหารปลา FAO United Nations Development Programme, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy, 104-108
3. Cummings, JH และ Stephen, AM (2007) คำศัพท์และการจำแนกประเภทคาร์โบไฮเดรต วารสารโภชนาการคลินิกของยุโรป, 61 (1), S5-S18
4. Englyst, HN, & Hudson, GJ (1996). การจำแนกและการวัดปริมาณคาร์โบไฮเดรตในอาหาร เคมีอาหาร, 57 (1), 15-21.
5. Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000) ชีวเคมี, ed. ซานฟรานซิสโก: Benjamin Cummings
6. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA และ Rodwell, VW (2014) ภาพประกอบชีวเคมีของฮาร์เปอร์ McGraw-Hill