Koldpresning, speciel presningsmetode, hvor et produkt indesluttet i et hulrum bliver formet under tryk ved stuetemperatur og senere varmebehandlet.
varmebehandling Varmebehandling, tilførsel af varme til fx materialer eller levnedsmidler for at ændre deres egenskaber. Levnedsmiddelvidenskab Levnedsmidler, farmaceutiske præparater o.l. produkter tilføres varme med det formål at konservere produktet gennem inaktivering af mikroorganismer, og endvidere tilføres varme for at tilberede levnedsmidler og dermed øge spisekvalitet og fordøjelighed. Varmebehandling udføres i husholdningen som kogning, stegning eller bagning. I levnedsmiddelindustrien er varmebehandling en vigtig enhedsoperation. Egentlig sterilisering kræver opvarmning til fx 120 °C i 20 min, som det udføres i en autoklave for fx injektionsvæsker. Helkonserves fremstilles ligeledes ved autoklavering, se levnedsmiddelkonservering. For mere eller mindre flydende levnedsmidler foretrækkes kontinuerte processer, hvor produkter som mælk passerer varmevekslere, og halvfaste levnedsmidler skrabvarmevekslere. Mikrobølgeopvarmning og såkaldt ohmisk opvarmning, hvor elektrisk strøm afsætter varme direkte i produktet, er eksempler på nye, skånsomme teknologier med anvendelse i levnedsmiddelindustrien ligesom højtryksbehandling af levnedsmidler, der undertiden betegnes "koldpasteurisering". For industriel levnedsmiddelproduktion er det vigtigt i varmebehandlingen at optimere tid og temperatur, så den sensoriske kvalitet bibeholdes, uden at den mikrobiologiske sikkerhed kompromitteres (se pasteurisering). Til at karakterisere en varmebehandlings effektivitet anvendes begrebet decimeringstid (D), der er den tid, der for en given temperatur er nødvendig for at reducere mikroorganismers antal til 1/10. Temperatureffekten på D beskrives med z-værdien, der er den temperaturstigning, som kræves for at ændre D-værdien til 1/10. Lægevidenskab Varmebehandling kan virke smertedæmpende og gøre sener og muskler mere smidige, hvilket er en fordel som indledning til øvelsesbehandling. Lokal varmebehandling kan gives i form af kontaktvarme vha. varmepude, -tæppe eller varm pakning, der indeholder en varmebindende gel eller gennemstrømmende varmt vand. Opvarmning kan desuden ske ved kortbølgebehandling (diatermi), ultralydbehandling eller med strålevarme fra en glødelampe eller infrarød varmelampe. Ved gigt i hænderne anvendes placering i opvarmet grus eller en såkaldt paraffinhandske, dvs. neddypning af hænderne i 40-50 °C varm paraffin. En særlig form for varmebehandling foregår i varmtvandsbassin med vand på ca. 35 °C; herved letter vandets opdrift udførelsen af bevægeøvelser.
0 Kommentarer
Antinutritionel, om stoffer i levnedsmidler, der begrænser udnyttelsen af levnedsmidlernes næringsstoffer. Visse bønner og sojabønner indeholder proteiner, der hæmmer fordøjelsesenzymet trypsin, hvorved optagelsen af aminosyrer fra proteiner modvirkes. Skaldele af korn indeholder fytin, der binder mineraler (især calcium og zink) og derved nedsætter udnyttelsen af kostens indhold af disse næringsstoffer.
Effekten af antinutritionelle faktorer kan ofte modvirkes under tilberedning af levnedsmidlerne, for bønner ved tilstrækkelig kogning og for klid ved at sikre den nødvendige syrnings- og hævetid for brøddej og varmebehandling eller kogning ved anden brug. Maltning, indledende procestrin ved fermentering af korn, Den enzymatiske nedbrydning vha. enzymet amylase, som foregår under begyndende spiring, gør især stivelse lettere tilgængelig for den efterfølgende gæring. fermentering Fermentering er de processer, hvorunder levende celler, især mikroorganismer, frigør kemisk energi fra sukkerarter eller andre organiske molekyler under iltfri (anaerobe) eller næsten iltfri betingelser. forgæring, gæring Hos anaerobe og fakultativt anaerobe mikroorganismer er fermenteringsprocesserne nødvendige for energiproduktionen, og det er ofte en sukkerart, som er udgangspunkt for de enzymatiske reaktioner, som fører til dannelsen af en alkohol, en keton eller en syre. Fermentering betegner i dag, især i industriel sammenhæng, også visse processer, som foregår under tilstedeværelse af ilt. I den bioteknologiske fremstilling af stoffer i store mængder er fermentering helt central. En lang række produkter fremstilles industrielt ved fermentering, fx alkohol, citronsyre, aminosyrer, enzymer, vitaminer, antibiotika og insulin. Mange fermenteringsprocesser er gammelkendte, fx fremstilling af vin og øl. I store gæringstanke (fermentorer) dyrkes de organismer, fx gær eller bakterier, som producerer det ønskede stof. Organismerne kan være gensplejsede, således at de producerer et stof, fx insulin, som de ellers ikke naturligt ville danne. Fermentoren indeholder næringsmedium (substrat), og vækstbetingelserne for mikroorganismerne (fx temperatur, pH og evt. ilttilførsel) holdes under nøje kontrol Fermenteringens biokemi Ved fermentering indgår der ikke fri ilt eller en elektrontransportkæde i selve processerne, og et organisk molekyle fungerer som den endelige elektronacceptor. I omtrent alle levende celler foregår den første del af omsætningen af forskellige sukkerarter via glykolysen, som også betegnes Embden-Meyerhof-nedbrydningen. Denne energigivende proces involverer en række fosforylerede sukkermolekyler, der gennem en række enzymatiske trin omdannes til pyruvat. Ved denne omsætning af glukose bliver slutresultatet: glukose + 2 ADP + 2 fosfat + 2 NAD+→ 2 pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ For hvert glukosemolekyle, der omsættes, dannes der således to molekyler pyruvat, to energirige ATP-molekyler og to reducerende NADH-molekyler. Under de iltfri betingelser kan NADH ikke oxideres til NAD+ gennem en energigivende elektrontransportkæde, men der eksisterer en række andre enzymatiske mekanismer, der opretholder NAD+/NADH-cyklus. Med pyruvat som udgangspunkt danner forskellige mikroorganismer en række fermenteringsprodukter; samtidig oxideres NADH til NAD+. Fermentering - pyrodruesyre mikroorganismer. produkt Saccharomyces(gær) ethanol og CO2 Streptococcus og Lactobacillus. mælkesyre Propionibacterium propionsyre, eddikesyre, CO2 og H2 Clostridium smørsyre, butanol, isopropylalkohol, acetone og CO2 Escherichia og Salmonella ethanol, mælkesyre, ravsyre, eddikesyre, CO2 og H2 Enterobacter ethanol, mælkesyre, butandiol, CO2 og H2 Ved alkoholgæring omdannes pyruvat til CO2 og acetaldehyd, som reduceres til ethanol ved en kobling til NADH.
Ved mælkesyrefermentering bliver pyruvat direkte reduceret til mælkesyre ved en ettrins reaktion koblet til NADH. Mælkesyrefermentering indgår fx i syrning af mælk under osteproduktion og ved fremstilling af surkål. Også hos mennesket danner den samme proces mælkesyre i cellerne, når ilttrykket er lavt, som fx i muskelcellerne under kraftig og langvarig belastning. Propionsyrefermentering indebærer flere enzymatiske trin, hvor pyruvat først kobles med CO2 til oxaloacetat, som derefter i to NADH-afhængige trin reduceres over malonsyre til ravsyre. Som det sidste trin i processen dannes propionsyre ved fraspaltning af CO2. Blandet fermentering. De fleste bakterielle fermenteringsreaktioner resulterer i en blanding af slutprodukter. Ved en enzymatisk reaktion, som involverer coenzym A (coA), kan pyruvat omdannes til myresyre og acetylcoA, som atter kan blive til eddikesyre ved fraspaltning af coenzym A. Tilsvarende kan pyruvat direkte omdannes til acetylcoA under frigørelse af CO2 og hydrogen. To molekyler acetylcoA kan kondensere til acetoacetylcoA, som ved fraspaltning af CO2 danner acetone, der ved en NADH-koblet reduktion bliver til isopropanol. Ligeledes kan acetoacetylcoA reduceres til butyrylcoA, som enten videreomdannes til smørsyre eller reduceres til butanol. Ved andre enzymatiske reaktioner kan to molekyler pyruvat sammenkobles under CO2-fraspaltning til acetolaktat, som ved endnu en CO2-fraspaltning bliver til acetoin, der igen reduceres til butandiol. En mikrobiel fermentering af aminosyrer finder ofte sted i omgivelser, hvor der sker en kraftig nedbrydning af proteiner (proteolyse) til frie aminosyrer, som det fx sker ved forrådnelse. I nogle tilfælde fører omsætningen af aminosyrer til dannelse af ildelugtende produkter (tryptofan til indol, cystein og methionin til svovlholdige forbindelser), mens der i andre tilfælde, fx ved oste- eller vinproduktion, dannes typiske smagsstoffer. Den videnskabelige indsigt i fermenteringsprocesser er af ret ny dato, men fermentering har været udnyttet i levnedsmiddelsammenhæng i årtusinder. Mange allestedsnærværende mikroorganismer, fx gær, skimmelsvampe og mælkesyrebakterier, fremvokser spontant i forskellige levnedsmidler og giver anledning til ændringer i smag, konsistens og udseende og til dannelse af fx alkohol, mælkesyre eller andre stoffer med konserverende virkning. De traditionelle fermenteringsprocesser er sandsynligvis oprindelig blevet "opdaget" ved tilfældigheder. Typiske eksempler på produkter er syrnet mælk, gærbrød, fermenterede pølser, surkål og sojasauce. Sidstnævnte er et eksempel på den rige orientalske tradition for anvendelse af skimmelsvampe. Med erfaringen lærte man at pode det rå levnedsmiddel med de rette mikroorganismer, selvom man stadig intet vidste om mikrobiologien bag processerne. Man gemte fx en klump gærdej eller surdej til næste bagning eller en spand valle til næste ostning. I vore dage er levnedsmiddelindustriens fermenteringsprocesser langt mere kontrollerede, ikke mindst i mejeribruget. Man pasteuriserer oftest råvaren og tilsætter rene kulturer af de ønskede mikroorganismer, såkaldte starterkulturer. Derved opnås et ensartet produkt og en høj grad af sikkerhed mod uønsket mikrobiel vækst, dog ikke uden komplikationer. Således kan starterkulturer bestående af få, veldefinerede stammer være særlig udsat for angreb af visse virus (bakteriofager). Processerne kræver altså mere omhu med styringen og strengere hygiejne end nogensinde. Man må forvente, at genetisk modificerede mikroorganismer, fx gær, der kan udnytte stivelse, eller mælkesyrebakterier med særlig høj bakteriofagresistens, vil blive taget i anvendelse i levnedsmiddelindustrien. Industriel fermenteringI industrien betegner fermentering en proces, der i produktionsøjemed er baseret på anvendelsen af mikroorganismer eller andre levende celler. Produktet kan være cellemetabolitter, cellerne selv (massekulturer) eller produktmodifikationer. Fermentering og gæring er næsten synonyme betegnelser, idet gæring undertiden kun benyttes om sådanne fermenteringer, hvori der specielt benyttes gær, heraf fermenteringsindustrier eller gæringsindustrier. Fermenteringer kan inddeles i: aerobe (iltkrævende) fermenteringer og anaerobe (ikke iltkrævende) fermenteringer; submerse (under vand) fermenteringer og overflade-fermenteringer; batch-fermenteringer og kontinuerlige fermenteringer. Fermenteringer udføres i en beholder (bioreaktor, fermentor, gæringstank eller gæringskar). Fermenteringer anvendes i det bioteknologiske område, medicinalindustrien, levnedsmiddel- og nydelsesmiddelindustrien, inden for spildevands- og forureningsområdet og ved en række "modningsprocesser" til råvareforbedring. Ved industrielle fermenteringer benyttes gærsvampe, skimmelsvampe og bakterier og mere specielt virus, animalske celler og planteceller. En almindelig type fermentor til en aerob batch-fermentering er en opretstående cylindrisk tank med et rumindhold på 50-400 m3 og et højde/diameterforhold på 2:1. Tanken er forsynet med en effektiv omrøring og med mulighed for indblæsning af steril luft (ca. 1 tankvolumen pr. min). Tanken er forsynet med varmeslanger og varmekappe (for damp) til sterilisation af tanken og dens indhold (næringsmediet) (121 °C ca. 1/2 time) og må kunne modstå et overtryk på ca. 1 atm. Varmeslangen og kappen kan også benyttes til at aflede varmen fra fermentoren (kølevand), idet der udvikles varme under fermenteringen. Tanken er desuden forsynet med diverse armaturer og reguleringsudstyr for temperatur, tryk, pH og andet. På grund af den intensive luftblæsning ved aerobe fermenteringer dannes store mængder skum, hvorfor der under fermenteringen må tilsættes skumdæmper. Ved anaerobe fermenteringer kan i princippet benyttes samme udstyr som ved de aerobe, dog uden luftindblæsning. I øvrigt kan anvendes fermentorer af andre former, afhængigt af den pågældende fermentering, fx liggende tanke. Tankene kan være af aluminium, rustfrit stål, evt. plast, jern eller træ. Fermentorerne må udformes, så de er lette at rengøre og lette at holde aseptiske. Ved fermenteringens start påfyldes fermentoren næringsmedium for den pågældende mikroorganisme bestående af en carbonkilde, nitrogenkilde, næringssalte og eventuelle hjælpestoffer (som vitaminer og aminosyrer). Vigtige komponenter i næringsmediet er blandt andet glukose, stivelse, korn, kartoffelmel, sojamel opslæmmet i vand. Når fermentoren er påfyldt næringsmediet, steriliseres tank og medium, og efter afkøling podes fermentoren med en forkultur af den pågældende mikroorganisme. Forkulturen fremstilles fx i en lille fermentor på ca. 1/10 volumen af hovedtanken, dette kaldes propageringen. Efter ca. en uge er mikroorganismen udvokset, og hvis produktet er extracellulært, kan det isoleres fra mediet, efter at mikroorganismen er skilt fra ved filtrering eller centrifugering. En anden vigtig fermenteringstype er overfladefermentering, hvor næringsmediet ofte består af fast dyrkningsmedium som sterilt, fugtigt hvedeklid, risklid, sojabønnemel e.l., der er lagt i bakker, der placeres i et sterilt skab eller rum med temperaturregulering. Beluftningen sker ved at blæse steril luft hen over bakkerne. Denne fremstillingsform anvendes især i Østen og kaldes kojimetoden. Metoden egner sig især til fermentering med skimmelsvampe, den er meget arbejdskrævende og spreder ofte mikroorganismer og sporer i lokalerne, hvilket er uhensigtsmæssigt, hvorfor den nødigt anvendes her i landet. Ud over submers batch-fermentering kan fermenteringen udføres som en kontinuerlig fermentering ved løbende at tilpumpe frisk næringsmedium til fermentoren og samtidig ved et overløb fra tanken løbende at opsamle udgæret medium plus produkt. Sådanne systemer kan holdes produktive i praksis i ca. en måneds tid; man kan herved spare tid og bl.a. opnå varmebesparelser. Ved en anden metodik, fed batch-fermenteringen, "den danske metode" eller tilløbsmetoden, opfundet af danskeren Søren Sak i 1918, udføres fermenteringen i en tank, der podes, når den kun er delvis fyldt op med næringsmediet, hvorefter man starter en tilledning af koncentreret frisk substrat i takt med, at mikroorganismen omsætter næringsmediet. Herved opnår man, at mikroorganismen aldrig har overskud af næringsstoffer, og metabolitrepression og "glukoseeffekt" undgås. Tilløb benyttes også, såfremt visse mediekomponenter er toksiske. Eksempler på fermenteringsprodukter, der fremstilles ved aerobe submerse fermenteringer, er antibiotika, enzymer, vitaminer, hormoner, polysaccharider, citronsyre, eddike, aminosyrer, bagegær, fodergær og insekticider. Eksempler på anaerobe fermenteringer er fremstilling af alkohol, acetone, butanol, mælkesyre og biogas (methan). Den aerobe submerse fermentering illustrerer generelt den industrielle fremstilling af flere af de nævnte produkter, dog er de efterfølgende oprensningsprocedurer forskellige fra produkt til produkt og også afhængige af produktets anvendelse; se enzymer (industriel fremstilling). Ved flere produktioner anvender man i stigende grad gensplejsede mikroorganismer og højtydende stammer. Et eksempel er fremstilling af human insulin ved fermentering med en gensplejset gær. Andre eksempler er gensplejsede mikroorganismer ved enzymproduktion. Fermentering anvendes også ved biologisk spildevandsrensning, idet sprinklere spreder spildevandet i specielle bioreaktorer, hvor mikroorganismen er hæftet til et koks- eller stenlag, hvorpå fermenteringen sker. Biogas (methan) fremstilles ved en anaerob fermenteringsproces af fx gylle eller andet affald. Ved en række modningsprocesser spiller fermenteringsprocesser af forskellig art ind, fx ved modning af læder, tobak, te, kaffe, kød mv. Der er tale om blandinger af mikrobielle og enzymatiske processer. Mindre udbredte fermenteringer er fremstillingen af champignon- og morkelmycelium, insektbekæmpelsesmidler og vaccinefremstilling (bakterier og virus). Ved industriel fermentering med mammale celler (cellekulturer) fremstilles væksthormon, interferon, forskellige blodfaktorer og monoklonale antistoffer. Disse fermenteringer kan efterhånden udføres i bioreaktorer, men cellerne kræver kostbare næringsmedier ofte tilsat serum. Fermenteringer med planteceller er på forsøgsstadiet (tobak, farvestoffer); de er interessante, da man kan regenerere hele planter fra cellekulturen, hvorfor de har stor betydning ved gensplejsning af planter (se bioteknologi). Ved fermenteringer inden for levneds- og nydelsesmiddelindustrien spiller biproduktdannelsen ved fermenteringer ofte en stor rolle, idet der dannes aroma og smag, der er karakteristiske for det pågældende produkt. Fremstilling af øl og vin er typiske fermenterings- eller gæringsprocesser baseret på anaerobe fermenteringer med forskellige gærtyper. Ved disse produkter er biproduktdannelsen ved fermenteringen af stor betydning for produkternes smag og aroma. Fermenteringen kan deles op i forskellige faser med en hovedgæring, en eftergæring og en længere lagringsperiode. Gæringsalkohol fremstilles også ved en anaerob gæring med gær. Efter udgæringen ved ca. 10 % alkohol koncentreres produktet ved destillation (brændevin, vodka, whisky, rom etc.). Tilsvarende ved destillation af vin mv. fås cognac og lignende produkter. Der sker også en industriel produktion af vingærtyper til podebrug ved vinfremstilling. Eddike (4 % eddikesyre) fremstilles ved en aerob fermentering med eddikesyrebakterier. Næringsmediet er 10% alkohol, ofte vin, cider eller tilsvarende alkoholholdige produkter, hvilket giver vineddike, æbleeddike osv. Eddike kan fremstilles ved en aerob submers fermentering, i specielle fermentorer (eddikestandere), hvor bakterierne er hæftet til bøgespåner, eller i træfade (Orléans-metoden). Inden for mejeriindustrien anvendes flere fermenteringer. Ved fremstilling af en række surmælksprodukter (fx yoghurt, smør) podes mælken med forskellige typer mælkesyrebakterier, der producerer mælkesyre og medvirker til aromadannelse ved biproduktdannelse. Ved ostefremstillingen indgår forskellige typer mælkesyrebakterier, ved specialoste (schweizeroste) også propionsyrebakterier eller skimmelsvampe (roquefort, camembert og brie). Disse fermenteringer er delvis anaerobe fermenteringer og ved osteproduktion også enzymatiske processer. Der foregår en kommerciel produktion af de forskellige typer mikroorganismer, der anvendes i mejeriindustrien (starterkulturer). Fremstilling af bagegær er en vigtig fermenteringsproces. Bagegær fremstilles som en submers aerob fermentering efter tilløbsmetoden. Næringsmediet består af en sukkeropløsning (melasse) og næringssalte, der podes med gær. Dette er et eksempel på fremstilling af en massekultur (biomasse). Et tilsvarende princip benyttes ved fremstillingen af fodergær. Hvedebrødsfremstillingen (gærbrød) er også en fermenteringsproces, hvori gæren i dejen udvikler kuldioxid, der får brødet til at hæve og bidrager med aroma (se bagning). Ved bagningen af rugbrød anvendes surdej ved fermenteringen, idet der ønskes en lavere pH-værdi. Surdejen er en blandet kultur af bagegær og mælkesyrebakterier. Bagegær forhandles ofte som et tørret produkt, tørgær. Inden for produktion af vegetabilske produkter anvendes fermentering af agurker, kål (sauerkraut), oliven, pickles mfl. Det er komplicerede delvis anaerobe fermenteringer med forskellige mælkesyrebakterier, der bidrager med den konserverende mælkesyre. Derefter begynder en fermentering med forskellige gærtyper, til restkulhydratet er opbrugt. Fra Østen kendes en række fermenterede planteprodukter, der giver indtryk af kødaroma, samt ostelignende produkter. Disse produkter fremstilles ofte ved overfladefermenteringer (kojifermenteringer). Fermenteringsmediet er dampede ris, hvede eller sojabønner eller blandinger heraf. Der podes med skimmelsvampe, mælkesyrebakterier, gær eller blandede kulturer heraf. Produkter er fx miso, tempeh, japansk og kinesisk soja. Fermenteringerne er langvarige, ofte op til et år. Ved fremstilling af risvin anvendes normalt en indledende skimmelfermentering. Også kød og fiskeprodukter fermenteres. Pølsevarer gennemgår undertiden en fermentering med mælkesyrebakterier; ungarske pølser fermenteres dog med en skimmelsvamp. De sidstnævnte fermenteringer nærmer sig dog begrebet modningsprocesser. Glykogen er et meget stort, forgrenet molekyle opbygget af glukoseenheder. Glykogen findes i dyr som energidepot især i lever og skeletmuskulatur. I leveren dannes glykogen efter et kulhydratrigt måltid. Mellem måltiderne nedbrydes glykogen til glukose ved en proces kaldet glykogenolyse. Glukosen afgives til blodet. Derved opretholdes den korrekte blodsukkerkoncentration mellem måltiderne, så kroppens væv kan forsynes med glukose. I muskler fungerer glykogen som et energidepot alene for musklerne, fordi glykogen her ikke kan nedbrydes til glukose og dermed afgives til blodet. I stedet nedbrydes det til mælkesyre eller fuldstændigt til kuldioxid og vand med deraf følgende energiproduktion (ATP-dannelse) til muskelarbejdet. Insulin stimulerer opbygning af glykogen i lever og muskler. Når blodsukkerkoncentrationen er faldende,fx ved faste, stimuleres glykogenolysen. Hormonerne glukagon og adrenalin fremmer nedbrydning af glykogen i lever, og adrenalin nedbrydning af glykogen i muskler. Glukoseenhederne i glykogen er bundet sammen med α-1,4-glykosidbindinger i kæderne og α-1,6-glykosidbindinger i forgreningerne. glukagon Glukagon, hormon, der produceres i α-celler i bugspytkirtlens Langerhanske øer, der også rummer de insulinproducerende β-celler. Glukagon fremmer leverens omdannelse af glykogen til glukose og øger herved blodsukkerkoncentrationen. Det har således den modsatte virkning af insulin. Herudover fremmer glukagon omdannelsen af aminosyrer til glukose og nedbrydningen af fedt til frie fedtsyrer, og det hæmmer glykogen- og proteinopbygning. Frisætningen af glukagon stimuleres især af lavt blodsukkerniveau og af proteinrige måltider. Glukagon består af en peptidkæde på 29 aminosyrer, der dannes i α-cellerne ved spaltning af et forstadium, proglukagon, på 179 aminosyrer. Proglukagon dannes imidlertid også i visse tyndtarmsceller, hvor det dog spaltes anderledes. Tyndtarmen frisætter derfor ikke glukagon, men de beslægtede proglukagon-fragmenter GLP-1 og GLP-2 (Glukagon-Like Peptide). GLP-1 stimulerer bugspytkirtlens insulinfrisætning og hæmmer glukagonfrisætningen. Det har derfor tiltrukket sig opmærksomhed i behandlingen af sukkersyge. insulin
Insulin er et af kroppens mest betydningsfulde hormoner. Længerevarende ubehandlet insulinmangel medfører død af svær sukkersyge, diabetes mellitus. Overproduktion eller overdosering af insulin nedsætter glukosemængden i blodet i et omfang, der ligeledes kan medføre døden. Livets opretholdelse forudsætter således enten en nøje reguleret insulinproduktion i kroppen eller ved insulinmangel en nøje doseret insulintilførsel udefra. Opdagelse, forskning og industriel produktionVed sin enestående betydning i biologien og i behandlingen af diabetes har udforskningen af insulin altid tiltrukket sig stor opmærksomhed. Hormonet blev isoleret i 1921 af canadierne F.G. Banting og C.H. Best. Insulins biokemi og medicinske betydning blev derefter systematisk udforsket i et omfang, der hurtigt gjorde hormonet til et af de mest foretrukne modelmolekyler i biologisk og medicinsk forskning. Adskillige nobelpriser er derfor tildelt insulinforskere. Den industrielle produktion af insulin begyndte hurtigt i den vestlige verden, ikke mindst i Danmark. Allerede i vinteren 1922-23 havde den danske nobelpristager og fysiolog August Krogh og hans medarbejder, lægen H.C. Hagedorn, iværksat, hvad der senere blev til Nordisk Insulin Laboratorium. Senere, i 1925, blev medicinalfirmaet Novo grundlagt, ligeledes til produktion af insulin. Den fusionerede danske medicinalkoncern Novo Nordisk har fra 1990'erne verdens største insulinproduktion og eksport. Kvaliteten og typerne af insulin til behandling af diabetes er forbedret radikalt gennem årene. Oprindelig blev insulin isoleret fra bugspytkirtler fra svin og køer, hvis insulin er omtrent identisk med menneskets. Siden 1980 har den bioteknologiske produktion af human insulin taget føringen. Struktur, dannelse og frisætningInsulin er vidt udbredt i dyreriget. Det findes hos alle arter fra insekter til pattedyr. Hos pattedyr produceres insulin i bugspytkirtlens såkaldte betaceller i de langerhanske øer. Øerne er små samlinger af hormonproducerende celler, der ligger spredt i hele bugspytkirtlen. Ud over insulin produceres i mindre mængde andre hormoner som glukagon, PP (pankreatisk polypeptid) og somatostatin. Insulin er et lille protein med en molekylvægt på 5700. Det består af to peptidkæder, A- og B-kæden, der er opbygget af hhv. 21 og 30 aminosyrer. Kæderne er sammenkoblet af to disulfidbroer, hvor svovlatomerne i fire aminosyrer, cystein, er parvis bundet sammen. Insulin dannes ved afkortning af et næsten inaktivt proteinforstadium, proinsulin. Proinsulin består ud over af A- og B-kæden af det biologisk inaktive C-peptid, der fraspaltes ved dannelse af insulin. Proinsulin dannes ved fraspaltning af et signalpeptid fra et endnu længere forstadium, præproinsulin. Proinsulin frisættes normalt i mindre mængde til blodet sammen med insulin og C-peptid. Insulinproducerende svulster, insulinomer, frisætter relativt mere proinsulin, hvorfor måling af proinsulin i blodet kan bruges til at diagnosticere og lokalisere insulinomer. Insulin frisættes fra bugspytkirtlens betaceller til blodet, så snart energigivende stoffer fra føden er optaget i blodet. Stigning i koncentration af glukose efter fødeindtagelse er den vigtigste stimulator af insulindannelsen i bugspytkirtlen. Også andre sukkerarter, aminosyrer fra fødens proteiner og fedtstoffer i blodet stimulerer insulin frisætningen. Insulin frisætningen øges af tarmhormoner, der frigøres under fødeindtagelsen. Det drejer sig især om to hormoner fra tyndtarmen, nemlig GIP (gastrisk inhibitorisk polypeptid) og et glukagonlignende peptid, GLP-I. Desuden påvirkes insulincellerne af nerveimpulser. Parasympatiske nerver stimulerer, mens insulin frisætningen hæmmes af nerveimpulser fra det sympatiske nervesystem, der bruger adrenalin og beslægtede stoffer som signalsubstans. Virkning Insulin fra blodet kan bindes til næsten alle kroppens celler, idet cellernes overflade er udstyret med specielle modtagemolekyler, receptorer, for hormonet. Leverceller, fedtceller og muskelceller har særlig mange insulinreceptorer. Insulin påvirker derfor lever-, fedt- og muskelcellers stofskifte og evne til at optage energigivende substanser som sukker, fedt og aminosyrer på afgørende måde. Insulin virker anabolisk, dvs. fremmer opbygning og hæmmer nedbrydning af energireserver. Det er først og fremmest energidepoter som glykogen i lever og muskler samt fedt overalt i fedtvæv, der opbygges af insulin. Insulin stimulerer desuden cellernes opbygning af proteiner og fremmer herved cellernes vækst. Insulin er derfor også en vigtig vækstfaktor. Stivelse, polysaccharid i planter, som består af kæder af α-D-glukose-enheder. Stivelse ligner meget glykogen, men har længere kæder og er indlejret i mikroskopiske stivelseskorn.
I planten udgør stivelse et let omsætteligt lager af kulhydrater, som kan mobiliseres efter behov. Hver dag dannes ny stivelse i de fotosynteseaktive blade, som i løbet af natten atter nedbrydes og sikrer, at plantens livsprocesser kan fortsætte. Stivelse lagres også i specialiserede plantedele såsom frø og knolde og nedbrydes under spiring og vækst. Forædling af korn, majs og kartofler har resulteret i kulturplanter med et højt indhold af stivelse. I en kartoffel er op til 50% af tørstoffet stivelse. BiokemiStivelse består af to typer polymerer, amylose og amylopektin, som adskiller sig ved deres kædeforgrening. En række enzymer er involveret i biosyntesen, og der er flere isomerer af både stivelses-syntaser, der forlænger kæder, og forgreningsenzymer, som omrokerer kæder. Særlige mutanter af majs og kartoffel mangler en bestemt isomer af syntaserne og danner kun amylopektin. Fordelingen mellem amylose og amylopektin er sammen med graden af stivelsens krystallisation afgørende for stivelsens egenskaber; således har stivelser med højt indhold af amylose ofte højere forklistringstemperatur, mens stivelse med højt indhold af amylopektin har mindre tendens til at krystallisere og danner derfor mere stabile geler, se retrogradering. Anvendelse Fra forskellige typer majs fremstilles stivelse med højt indhold af amylose, der er velegnet til beskyttelse af levnedsmidler som dadler, frosne pommes frites og pulverkaffe, samt stivelse med højt indhold af amylopektin, der er mere velegnet som fortykningsmiddel. Ved kemisk modifikation af stivelse med fosforsyre, eddikesyre eller ravsyre opnås ændrede funktionelle egenskaber, der muliggør fremstilling af frysestabile levnedsmidler. Disse stivelser betragtes som tilsætningsstoffer. Kartoffelstivelse danner en klar gel, som det kendes fra rødgrød. Majs er mængdemæssigt den vigtigste afgrøde for stivelsesproduktion efterfulgt af kartoffel, maniok og hvede; fra disse afgrøder stammer 99% af verdensproduktionen af stivelse. Fibre, kostfibre, den del af de indtagne kulhydrater, der ikke bliver nedbrudt i tyndtarmen og derved mere eller mindre intakt passerer til tyktarmen. Et vist fiberindhold i kosten er nødvendigt for en normal tarmfunktion. En høj fiberindtagelse medvirker til mæthed, modvirker forstoppelse og mindsker risikoen for udvikling af kræft og andre sygdomme i tyktarmen.
Fibre består hovedsagelig af plantecellevægge og dele heraf. Plantecellevægge har en kompleks opbygning af forskellige lag, der giver planten dens struktur og karakteristiske fysiske egenskaber. Kemisk består kostfibre hovedsagelig af polysaccharider, dvs. lange kæder af sukkerenheder. De enkelte sukkerenheder er de samme, som man finder i fx almindeligt sukker og stivelse, men de er sammenbundet således, at tyndtarmens enzymer ikke kan spalte dem. De forskellige typer af kostfibre (fx cellulose, hemicellulose, pektin) adskiller sig ved antallet og typen af sukkerenheder samt rækkefølgen i kæderne og forgreningen af disse. Fibrenes kemiske sammensætning og struktur har betydning for de fysiske egenskaber, fx evnen til at binde vand og andre komponenter i føden og i tarmkanalen, og herved også for de fysiologiske virkninger. Den bedst dokumenterede effekt af fiber er, at den giver afføringen øget fylde og herigennem sikrer en normal passagehastighed af den del af føden, der ikke er optaget. Der findes en direkte sammenhæng mellem kostens fiberindhold og afføringens mængde. En del af fibrene bliver nedbrudt af bakterier i tyktarmen, og de nedbrydningsprodukter, der herved dannes, fungerer bl.a. som energikilde for tarmcellerne og menes at øge deres modstandskraft over for sygdomme. Fibre kan også have en beskyttende virkning ved at binde skadelige stoffer og fjerne dem fra kroppen. Visse fiberkomponenter danner netværk med hinanden, således at der opstår en kolloid opløsning (gel), der binder vand og giver føden volumen og struktur. Pektiner, som bl.a. findes i citrusfrugter og æbler, benyttes fx til marmelade og buddinger. Vandbindende og geldannende egenskaber har også effekt på tarmindholdets konsistens og kan give en langsommere optagelse af næringsstoffer fra maden. Fibre kan herved have positive virkninger på omsætningen af fedtstoffer og kulhydrater. Isolerede fibre er blevet brugt i behandling af diabetes mellitus (sukkersyge) og hos patienter med forhøjet indhold af fedt i blodet. Mange fiberrige fødemidler bidrager også med vitaminer, mineraler og andre stoffer med positive virkninger på helbredet. En stor indtagelse af frugt og grøntsager er forbundet med en mindsket risiko for visse kræftformer. Andre fiberrige fødemidler, især grove kornprodukter, kan indeholde fytinsyre, som ved at binde vigtige mineraler og sporstoffer, fx jern og zink, kan forhindre udnyttelsen af dem. Fytinsyreindholdet i fuldkornsbrød mindskes ved surdejshævning, som giver en bedre mineraludnyttelse, idet melets indhold af enzymet fytase medvirker til at formindske fytinsyreindholdet. Gode fiberkilder er grove grøntsager, fx gulerod, pastinak, ærter og bønner, samt groft brød. Der anbefales en daglig indtagelse af 25-35 g fiber. Dette kan opnås med en daglig indtagelse af fx 2-3 portioner grøntsager, 1-2 frugter og 5-6 skiver brød. Den gennemsnitlige indtagelse i Danmark er ca. 20 g per dag. Fytin,
betegnelse for inositolhexafosforsyre (fytinsyre) og salte heraf (fytater). Fytin findes især i korns skaldele og hæmmer absorption af calcium og zink fra tarmen. For at kornets mineraler kan optages under fordøjelsesprocesserne, skal de være spaltet fra fytinet vha. enzymet fytase, som findes i alle kornarter. Kulhydrater, carbohydrater, saccharider, gruppe af organiske stoffer omfattende både simple sukkerarter (mono- og disaccharider) og komplekse polysaccharider, der er polymerer af de simple sukkerarter. Kulhydrater udgør størsteparten af alt organisk materiale på Jorden med cellulose som det almindeligste stof. Funktion og anvendelse Foruden at fungere som styrke væv i planter og insekter (kitin) har kulhydrater vigtige funktioner som vandopløselige bærere af ellers uopløselige organiske forbindelser i form af glykosider. Kulhydrater har også væsentlige biologiske funktioner som receptorer og informationsbærere på celle- og vævsoverflader, ligesom bakterie polysaccharider anvendes medicinsk som vacciner og til plasmaerstatning. Kemisk omdannede kulhydrater anvendes som blødgørere i plastindustrien og som overfladeaktive stoffer. Andre kulhydrater er som hyaluronsyre gelbindende og optager store mængder vand og finder anvendelse inden for øjenkirurgi. Yderligere fungerer polysaccharider ved næringsoplagring med mulighed for hurtig mobilisering af monosaccharider. StrukturkemiKulhydrater er polyhydroxy forbindelser, der tillige indeholder carbonyl grupper. Deres almindelige sumformel, Cn(H2O)m, førte tidligere til det forkerte udsagn, at de var "hydrater af kulstof". De simple kulhydrater benævnes efter antallet af carbonatomer som pentoser (fem carbonatomer, fx arabinose og ribose), hexoser (seks carbonatomer, fx glukose og fruktose), heptoser (syv carbonatomer) osv., og de kan yderligere benævnes aldoser eller ketoser afhængigt af, om de er hhv. polyhydroxyaldehyder eller polyhydroxyketoner. De simple aldoser og ketoser eksisterer som oftest i ringformede strukturer kaldet halvacetaler, som gennem oxygenbroer (glykosidbindinger) kan danne polymerer. Disse benævnes efter antallet af enheder i molekylet monosaccharider, disaccharider og polysaccharider. Er der fire eller flere (men dog et begrænset antal) enheder i molekylet, anvendes betegnelsen oligosaccharider. Antallet af stereoisomerer (se isomeri) er stort. Således eksisterer en aldohexose i 16 mulige, rumligt forskellige former, og som halvacetal fordobles antallet af isomerer. De simple kulhydrater bærer alle et navn, hvortil er knyttet et L eller D (fx D-glukose), som angiver, at de strukturmæssigt er i familie med enten D-eller L-glyceraldehyd. kulhydrater - ernæring Kulhydrater er ernæringsfysiologisk set vigtige komponenter i kosten, idet de er de fleste organers foretrukne energikilde. På trods heraf er der kun ca. 550 g kulhydrat i kroppens kulhydratdepoter (glykogen i lever og muskler). Dette understreger vigtigheden af, at kosten er kulhydratrig, for at kulhydratlagrene ikke skal tømmes. Anbefalet indtagelse. For voksne og børn over tre år anbefales, at 55-60% af kostens energiindhold (55-60 E%) kommer fra kulhydrat. Desuden bør der indtages mindst 3 g kostfibre pr. MJ (1 MJ = 1000 kJ = 239 kcal) daglig, dvs. 25-30 g for en voksen person. Endelig bør børn samt voksne med lavt energibehov (mindre end 8 MJ/dag) ikke indtage mere end 10 E% tilsat sukker daglig. Denne maksimumsgrænse er sat for at sikre tilstrækkelig indtagelse af vitaminer, mineraler og kostfibre. Det vides dog endnu ikke præcist, hvilket forhold mellem simple (sukkerrige) og komplekse (stivelsesrige) kulhydrater der sikrer en optimal ernæringstilstand. En kost, der indeholder en stor mængde kulhydrater, nedsætter risikoen for overvægt, hjerte-kar-sygdomme, sukkersyge og visse kræftformer. Danskernes indtagelse af kulhydrat ligger imidlertid lavere end anbefalingerne. Ifølge Levnedsmiddelstyrelsens kostundersøgelse fra 1995 indtager voksne danskere kun 44 E% kulhydrat, 20 g kostfibre samt 9 E% sukker. Kulhydrat indeholder kun 17 kJ/g mod 38 kJ/g i fedt. På næringsstofdeklarationer er der ofte kun anført kulhydrat- og fedtindhold i gram. En tommelfingerregel er, at der målt i gram skal være fire gange så meget kulhydrat som fedt i en vare eller det samlede indkøb for at opfylde anbefalingerne. Levnedsmiddelstyrelsen har i 1996 udarbejdet tabeller over energifordelingen i en lang række levnedsmidler. Indvirkning på overvægt og fedme. Indtagelse af en kulhydratrig kost i frie mængder medfører vægttab hos overvægtige og fede. Dette skyldes især nedsat energiindtagelse, men også en øgning i energiforbruget. Den nedsatte energiindtagelse skyldes fortrinsvis øget mæthed fremkaldt af kostens lave energitæthed (MJ/g) og øgede rumfang pga. et stort indhold af vand og kostfibre i forhold til en fedtrig kost. En fiberrig kost nedsætter desuden energiudnyttelsen fra de øvrige næringsstoffer med 3-6%. Nedsat energiindtagelse kan også skyldes øget mæthed pga. øgede glykogendepoter i leveren og øget glukoseindhold i blodet. Kulhydratindtagelsen medfører endelig en stigning i mæthedsfremmende hormoner, dvs. insulin, glukagon, serotonin, glukagonlignende peptider (GLP), noradrenalin og gastrisk inhibitorisk polypeptid (GIP). En øgning af forbrændingen (termogenese) skyldes større energimæssige omkostninger forbundet med optagelse og lagring af kulhydrater end af fedt. Derudover øges forbrændingen pga. forøget insulindannelse og aktivitet i det sympatiske nervesystem. Endelig vil øget kulhydratindtagelse og dermed fyldte glykogendepoter øge virkningen af idrætsaktiviteter og muligvis også øge den spontane udfoldelse af fysisk aktivitet. Omdannelse til fedt. I modsætning til rotter og grise omdanner mennesket selv ved høj kulhydratindtagelse ikke kulhydrat til fedt (lipogenese). Dette skyldes, at aktiviteten af de nødvendige lipogene enzymer i menneskets lever er meget ringe. Lipogenesen kan dog stimuleres ved tvangsoverfodring med kulhydrat, hvorved appetitreguleringen sættes ud af kontrol. En øgning af glykogendepoterne på mindst 200-300 g er dog nødvendig, før dette sker. Hurtige og langsomme kulhydrater. Man skelner ofte mellem hurtige og langsomme kulhydrater efter deres effekt på blodets glukosekoncentration. Dette beskrives også ved glykæmisk indeks (GI). Især for personer med sukkersyge anbefales en kost med stort indhold af langsomt optagelige kulhydrater (lavt GI). Disse findes bl.a. i frugt, pasta og fuldkornsrugbrød. Hurtigt optagelige kulhydrater findes bl.a. i lyst brød, kartofler og ris. kulhydrater - planter
Næsten alle de kulhydrater, som indgår i næringsmidler eller industrielle produkter, udvindes fra planter. Mange landbrugsplanter dyrkes pga. deres indhold af kulhydrater, og som næsten rene kulhydrater fra planter kan nævnes stivelse (især fra majs, kartoffel og hvede), cellulose (fra bomuld) og sucrose (især fra sukkerrør og sukkerroer). Uforarbejdede planteprodukter indeholder normalt en række forskellige typer kulhydrater, bl.a. i form af oplagsnæring, strukturelle komponenter eller mellemprodukter i stofskiftet. Kulhydrater som stivelse, sucrose og fruktaner oplagres bl.a. i frø og specialiserede rod- og stængelknolde (se knold og knoldplanter). Disse lagre forbruges ved spiring og er med til at sikre plantens evne til at overleve ugunstige vækstperioder. Frugter har ofte et højt indhold af bestemte sukkerarter såsom glukose (deraf betegnelsen druesukker). Mange planter har også nektarier, som udskiller en meget koncentreret sukkeropløsning. Det høje sukkerindhold i frugter og nektar tjener som fødeemne for dyr, som spreder frø og pollen. I planter har kulhydrater også en afgørende betydning som strukturelle komponenter. Alle planteceller er omgivet af en cellevæg, som overvejende består af forskellige typer polymere kulhydrater, bl.a. cellulose, hemicellulose og pektiner. Den primære dannelse af kulhydrater sker ved fotosyntese i bladene med sollys som energikilde. Alle andre dele af planten må importere kulhydrater fra bladene. I de fleste plantearter sker denne stoftransport i form af sucrose. Størstedelen af de kulhydrater, som ikke transporteres bort fra bladene, oplagres midlertidigt som stivelse, der så atter nedbrydes i løbet af natten. Fordelingen af fotosyntesens produkter mellem stivelse og sucrose afspejler en prioritering mellem oplagring og transport, hvilket har betydning for hele plantens kulstoføkonomi. Cellulose, vigtig bestanddel af planters cellevægge; udgør den største enkeltandel af Jordens samlede biomasse. Cellulose er et kulhydrat opbygget af glukoseenheder koblet sammen i lange kæder, typisk med 300-15.000 enheder. Kæderne ligger bundtet i tråde, mikrofibriller, med en delvis krystallinsk og meget bastant struktur. Cellulose er den styrkegivende komponent i planters cellevægge. Indholdet varierer med celletypen fra ca. 4% til 94%. Mange vigtige planteprodukter indeholder store mængder cellulose, fx træ (40-50%) og bomuld (94%), og cellulose udgør en væsentlig del af de ikke-fordøjelige fibre i fødevarer af planteoprindelse. Udvundet cellulose, især fra træ eller bomuld, anvendes som råstof til en række industrielle produkter, bl.a. forskellige celluloseestere som fx skydebomuld og acetatfibre i klæde, og det er også en vigtig del af papirmasse. Cellulose forekommer i visse mikroorganismer, men normalt ikke i dyriske organismer. Celluloses kemiske formel er (C6H10O5)n, hvor n angiver antallet af kædens glukoseenheder. De enkelte glukoseenheder er bundet sammen ved glukosidbinding fra kulstof 1 (β-form) til kulstof 4 i den næste glukoseenhed. β-glykosidbindingen kan normalt ikke nedbrydes af højerestående dyrearter, og når fx termitter og drøvtyggere kan udnytte cellulose i føden, skyldes det tilstedeværelsen af mikroorganismer i fordøjelsessystemet. hemicelluloseHemicellulose, kulhydrater hos planter bestående af glukose-, xylose-, galaktose- og mannose enheder koblet sammen i lange kæder med korte sidekæder. Alt efter sammensætning inddeles hemicellulose bl.a. i xylaner, glukomannaner og xyloglukaner.
Hemicellulose danner sammen med pektin en matrix, som omgiver cellulosefibrene i planternes cellevægge, men adskiller sig fra pektin ved at være uopløselig i vand og opløselig i basisk miljø. Hemicellulose krydsbindes via hydrogenbindinger til de ydre molekyler i cellulosefibrene, hvorved et udstrakt netværk dannes mellem matrix og cellulosefibrene. Se også celle (cellevæg). |
ForfatterStald lobo lua. ArkiverKategorier |