Czytając etykiety produktów spożywczych łatwo się przekonać, jak wiele produktów zawiera syrop glukozowo-fruktozowy (high-fructose corn syrup, HFCS; syrop G-F). Dużo się mówi o jego szkodliwości; ukazywały się publikacje dowodzące, że jest głównym winowajcą epidemii otyłości, zespołu metabolicznego i cukrzycy. Ile w tym jest prawdy? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, trzeba najpierw wyjaśnić różnice między glukozą i fruktozą.
Glukoza i fruktoza
Są to cukry proste zaliczane do heksoz (bo mają 6 atomów węgla). Glukoza jest aldozą, a fruktoza ketozą, co znaczy, że glukoza zawiera grupę aldehydową, a fruktoza ketonową (Ryc. 1).
Ryc. 1. Glukoza i fruktoza, wzory w projekcji Fishera (A) i Hawortha (B). Źródło: Wikipedia, domena publiczna.
Różnica w budowie powoduje, że fruktoza jest ok. dwukrotnie słodsza od glukozy. Wiąże się to z różną dostępnością grup hydroksylowych, które we fruktozie bardziej „wystają”, powodując lepsze oddziaływania z receptorami smaku słodkiego (pisałem o nich we wpisie o smaku).
Chyba wszyscy lubią słodki smak, ale aż do początków ery przemysłowej jedynym dostępnym słodkim pokarmem był miód. Produkcja cukru z trzciny cukrowej była wprawdzie znana już w starożytności, ale roczne spożycie takiego cukru w Europie nie było większe niż 1 łyżeczka na rok. Dopiero na początku XIX wieku rozpoczęła się przemysłowa produkcja cukru, najpierw z trzciny cukrowej, którą uprawiano głównie w Indiach Zachodnich (czyli na wyspach Morza Karaibskiego), a później z buraków cukrowych (to już w Europie). Jaki to był cukier? Sacharoza, czyli α-D-glukopiranozylo-(1→2)-β-D-fruktofuranoza. Nazwa skomplikowana, ale jest to po prostu połączenie glukozy z fruktozą w stosunku 1:1 (Ryc. 2).
Ryc. 2. Sacharoza. Źródło: Wikipedia, domena publiczna.
Sacharoza była podstawową substancją używaną do słodzenia aż do lat 70 XX wieku, kiedy opracowano technologię produkcji syropu glukozowo-fruktozowego. Dziś jego spożycie w USA zrównało się ze spożyciem sacharozy. W Europie sacharoza wciąż dominuje.
Jak powstaje syrop glukozowo-fruktozowy?
Ze skrobi, czyli polimeru glukozy (Ryc. 3). Głównym źródłem skrobi do produkcji syropu w USA, które są jego największym producentem na świecie, jest kukurydza. W Europie powstaje głównie z pszenicy. Po ok. 40-godzinnym namoczeniu zmielonych ziaren kukurydzy lub pszenicy w temperaturze 50oC następuje mechaniczne rozdzielenie skrobi od białek, a następnie jej enzymatyczna degradacja na podjednostki glukozowe. Powstaje w ten sposób syrop składający się wyłącznie z glukozy, który ma jedną wadę ( z punktu widzenia producenta): jest stosunkowo mało słodki. Dlatego w następnym kroku dodaje się enzym o nazwie izomeraza glukozowa, która przerabia glukozę na fruktozę. W pierwszym etapie procesu powstaje syrop o zawartości fruktozy 42% (HFCS-42). Dodaje się go do większości przetworzonych produktów spożywczych. Zawartość fruktozy może być dalej zwiększona do 90% (za pomocą tego samego enzymu). Taki syrop nie jest jednak stosowany bezpośrednio, ale mieszany z syropem 42%. Powstały w wyniku tego syrop o zawartości 55% (HFCS-55) jest używany do słodzenia napojów.
Ryc. 3. Podjednostka skrobi: cząsteczki glukozy połączone wiązaniami β1→4. Źródło: Wikipedia, domena publiczna.
Fruktoza czyli cukier owocowy
Tak więc syrop glukozowo-fruktozowy to mieszanina glukozy i fruktozy, przy czym fruktozy może być 42% albo 55%. Dla porównania, miód pszczeli składa się z 25 -35% glukozy, 35 – 40% fruktozy, oraz maltozy (dimer glukozy, 2%) i sacharozy (3%). Sacharoza, jak to już było wspomniane, składa się w 50% z glukozy i w 50% z fruktozy. Wszystkie te produkty zawierają glukozę i fruktozę, a różnice w ich wzajemnym stosunku są niewielkie. A jakie mogą być skutki spożywania glukozy i fruktozy? Czy jeden cukier jest „zdrowszy” od drugiego?
Glukoza jest ważnym paliwem dla naszych komórek i jedynym, z którego może korzystać nasz mózg i czerwone krwinki. Rozkład glukozy (czyli glikoliza) prowadzi do powstania pirogronianu, z którego z kolei powstają dwuwęglowe jednostki. Z nich w ramach cyklu Krebsa otrzymujemy elektrony o wysokiej energii, które służą do produkcji ATP, jedynego nośnika energii dla naszych komórek. Odbiorcą tych elektronów jest tlen; jeżeli jest dostępny, mamy do czynienia z tlenowym rozkładem glukozy. Jeżeli go nie ma (np. w pracujących mięśniach, kiedy naczynia krwionośnie nie mogą go dostarczyć), to powstaje mleczan. Tak więc glukoza może być łatwo i szybko przekształcana w energię przez wszystkie komórki naszego ciała.
Inaczej ma się rzecz z fruktozą. Jedynym narządem, który może ją efektywnie rozkładać, jest wątroba. Ze względu na to, że rozkład fruktozy omija podstawowy etap regulatorowy glikolizy (katalizowany przez fosfofruktokinazę), fruktoza jest w stanie prawie całkowicie zatrzymać rozkład glukozy w wątrobie. Inaczej mówiąc, jeżeli zjemy taką samą ilość glukozy i fruktozy, to fruktoza ulegnie rozkładowi jako pierwsza. Ponadto, fruktoza spożyta w dużej ilości powoduje „zalanie” szlaków metabolicznych w wątrobie. Skutkiem jest podwyższenie syntezy kwasów tłuszczowych, ich estryfikację (w jej wyniku powstają tłuszcze) i zwiększone wydzielanie cząstek LDL (low-density lipoprotein). Cząstki LDL rozprowadzają tłuszcze i cholesterol po naszym organizmie, ale w nadmiarze mogą odkładać się w naczyniach powodując miażdżycę. LDL to jest właśnie tzw. „zły” cholesterol. Jeżeli stężenie LDL w surowicy wynosi powyżej 135 g/100 ml, to zaleca się jego obniżenie.
Syrop glukozowo-fruktozowy, słodzone napoje i soki owocowe
Problemem nie jest więc sam skład syropu glukozowo-fruktozowego, ponieważ sacharoza, którą znamy od lat, zawiera prawie tyle samo fruktozy (czyli ok. 50%). Problem leży gdzie indziej: nasze organizmy nie są przystosowane do spożywania dużej ilości prostych węglowodanów w krótkim czasie. Najwięcej łatwo przyswajalnych prostych węglowodanów jest w słodzonych napojach, chociaż przemysł spożywczy słodzi wszystko co może, nawet ketchupy czy „serki wiejskie”. Popatrzmy na tabelę przedstawiającą zawartość glukozy i fruktozy w szklance napoju:
Jak widać, szklanka coca-coli zawiera ok 26,5 g węglowodanów (są to dwie stołowe łyżki cukru). Jeżeli jest słodzona sacharozą, to 12,5 g z tego stanowi fruktoza, a jeżeli syropem glukozowo-fruktozowym, to 13,7 g. Tak więc cola słodzona syropem G-F zawiera minimalnie więcej fruktozy niż słodzona sacharozą, ale nie tak dużo więcej: 1,1 g, czyli ok. 1/5 łyżeczki cukru. Nie zmienia to faktu, że fruktozy jest w niej dużo. Za dużo. Ta fruktoza (a także glukoza, której jest prawie tyle samo) bardzo szybko wchłania się w naszym jelicie cienkim i trafia do krwiobiegu. Jeżeli uprawiamy akurat sport, to glukoza zostanie wykorzystana przez mięśnie. Co innego fruktoza: ta w całości trafia do wątroby, która jest w stanie przetworzyć 25 g fruktozy dziennie z wytworzeniem „klasycznych” produktów glikolizy. Mogą one posłużyć do wytwarzania ATP. Każda ilość fruktozy powyżej tej wartości zostaje przetworzona na tłuszcze, rozprowadzane w organizmie przez cząstki LDL. Bardzo podobny mechanizm ma miejsce w wyniku spożywania alkoholu etylowego. Oczywiście fruktoza nie ma jego właściwości wpływających na nasz mózg, ale metabolicznie całkiem go przypomina. Uważa się, że fruktoza (a raczej jej nadmiar) jest główną przyczyną niealkoholowej stłuszczeniowej choroby wątroby (NAFLD), która jest najczęstszą chorobą przewlekłą wątroby, dotykającą nawet 20% populacji krajów rozwiniętych.
Co z sokami owocowymi?
Tu jest jeszcze gorzej, ponieważ wprawdzie całkowita zawartość węglowodanów jest minimalnie niższa niż w napojach typu cola (tabela), ale zawartość fruktozy może być nawet wyższa. W szklance soku jabłkowego jest o 20-30% fruktozy więcej niż w coli (16,3 g w soku wobec 13,7 w coli). Dla porównania, 100-gramowe jabłko zawiera ok. 6 g fruktozy.
W szklance soku pomarańczowego fruktozy jest wprawdzie 10-15% mniej niż w coli, ale to jest nadal bardzo dużo. Tak czy inaczej, dwie szklanki coli (wszystko jedno, czym słodzonej) albo dwie szklanki soku to nasz dobowy limit na „zdrowy” metabolizm fruktozy. Jeżeli spożyjemy jej więcej, nie jest to nic dobrego dla naszego organizmu.
Wniosek jest następujący: jednym z winowajców w wielu problemach zdrowotnych, które trapią naszą cywilizację (otyłość, zespół metaboliczny, cukrzyca, choroba wieńcowa serca) są oczyszczone proste cukry: glukoza i fruktoza. Z tej pary fruktoza jest gorsza.
A co z syropem glukozowo-fruktozowym? To raczej czarna legenda. Słodzi się nim zamiast sacharozą, bo jest od niej tańszy. Ale wcale nie jest od niej gorszy, a w porównaniu do soków owocowych może być nawet lepszy, bo te zawierają więcej fruktozy. Ale to wszystko zależy od ilości. Nikomu nie zaszkodzi szklanka soku (czy coli) wypita od czasu do czasu. Ale jeżeli takie napoje wchodzą w skład naszej codziennej diety, to nie jest to nic dobrego dla naszego zdrowia.
Literatura dodatkowa
Czym jest, a czym nie jest syrop glukozowo-fruktozowy
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0002916523233948
Zawartość glukozy i fruktozy w napojach
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0899900714001920?via%3Dihub
Skład miodu pszczelego
https://www.jandonline.org/article/S0002-8223(06)00879-0/fulltext