Węglowodany nazywane też cukrowcami lub cukrami, należą do związków chemicznych o wzorze sumarycznym C_n(H₂O)_n, syntetyzowanych głównie przez rośliny w procesie fotosyntezy. Są one podstawowym źródłem energii dla człowieka i zwierząt. Do grupy cukrowców zaliczamy te wszystkie związki organiczne, również niesłodkie, które po rozpadzie (hydrolizie) dają cukry proste. W przeciętnej diecie populacji krajów rozwijających się pokrycie zapotrzebowanie energetycznego przez węglowodany dochodzi do 70-80%. Występują one najczęściej w postaci chleba ziemniaków, ciast, produktów cukierniczych, mącznych, ryżu, kasz, miodu i owoców. Utlenianie cukrowców w organizmie jest procesem odwrotnym do procesu fotosyntezy i stanowi ważne źródło utrzymania życia.

C₆H₁₂O₆ + 60₂↔6CO₂ + 6H₂O + energia

Węglowodany są rozpowszechnione w przyrodzie grupą wielowodorotlenowych aldehydów i ketonów oraz ich pochodnych. Występują jako cukry proste oraz ich polimery: oligosacharydy i polisacharydy. Polimery liniowe lub rozgałęzienia mogą składać się z reszt jednego cukru prostego (homoglikany) lub też z różnych cukrów prostych (heteroglikany), połączonych wiązaniem glikozydowym. W wielu strukturach komórkowych węglowodany występują jako fragmenty cukrowe o różnej budowie i wielkości, często w połączeniu z białkami (glikoproteidy) i lipidami (glikozydy) (Gawęcki PWN).

Węglowodany występują głównie w surowcach roślinnych. Z surowców zwierzęcych tylko mleko zawiera w większych ilościach dwucukier laktozę. Cukry proste i sacharoza odpowiedzialne są za smak słodki. Ulegają one łatwo fermentacji alkoholowej i mlekowej. W wysokich temperaturach rozkładają się w wyniku karmelizacji lub reagują z aminokwasami i białkami w reakcji karbonylowo-aminowej. W wyniku tych przemian powstają brązowe barwniki oraz zwiazki smakowo-zapachowe. Procesy te mogą pogarszać jakość produktu ale w niektórych przypadkach są pożądane np. palenie kawy, brązowienie skórki chleba podczas wypieku. Przy dużym stężeniu rozpuszczonych cukrów następuje znaczne zwiększenie ciśnienia osmotyczngo (powoduje to jednoczesne obniżanie aktywności wody) co hamuje rozwój bakterii oraz drożdży. Wykorzystuje się to dla utrwalania produktów np. podczas produkcji marmolady i dżemów (J.Gawęcki,  T. Mossor-Pietraszewska PWN).

Monosacharydy

Monosacharydy są alkoholami wielowodorotlenowymi o cząsteczce złożonej z 5 (pentozy), 6 (heksozy) lub 7 atomów węgla (heptozy). Nie ulegają hydrolizie do cukrów o mniejszej cząsteczce, a pod wpływem silnie działających środków rozpada się na związki o innych właściwościach fizycznych, chemicznych i biologicznych.

Podział najczęściej spotykanych monosacharydów przedstawia się następująco:

Pentozy (C₅H₁₀O₅) do których należą:

• arabinoza
• ksyloza
• ryboza
• ksyluloza
• rybuloza

Pentozy są rozpowszechnione zarówno u roślin jak i u zwierząt. W stanie wolnym występują w formie piranowej, a także w połączeniach w formie furanowej. Dość powszechnie występują w kwasach nukleinowych. Ksyloza wchodzi w skład gum drzewnych, a arabinoza występuje w żywicach i guamch roślinnych.

Heksozy (C₆H₁₂0₆₎. Należą do nich:

• Glukoza, czyli cukier gronowy, znajdująca się w owocach, miodzie, tkankach roślinnych i zwierzęcych oraz płynach ustrojowych.. Glukoza w skali przemysłowej jest produkowana poprzez hydrolizie skrobi. Głównym jej źródłem w ustrojach żywych jest hydroliza enzymatyczna w przewodzie pokarmowym. Glukoza odgrywa zasadniczą rolę jako źródło energii kinetycznej, która powstaje w procesie rozpadu glukozy do produktów ostatecznych, czyli wody oraz dwutlenku węgla. Nadmiar glukozy w ustroju jest magazynowany w postaci glikogenu wątroby i mięśni, który z kolei ulega przemianie do glukozy w miarę wzrostu zapotrzebowania organizmu na glukozę (spadek jej stężenia we krwi). Glukoza wchłaniana jest czynnie , wbrew gradientowi stężeń.
• Fruktoza, czyli cukier owocowy, występuje w owocach, miodzie i niektórych warzywach, w moczu osób chorych na samoistną fruktozurię (blok metaboliczny), a w postaci związanej w sacharozie i inulinie (polisacharyd). W wątrobie ulega przemianie w glikogen. Do krwi wchłaniana jest biernie
• Galaktoza – występuje głównie jako galaktozan w agarze oraz jako składnik laktozy w mleku. W wątrobie ulega przemianie w glikogen. Wchłanianie jej w nabłonku jelitowym przebiega identycznie, jak to ma miejsce z glukozą.
• Mannoza występuje w formie związanej. Wchodzi w skład różnych gum roślinnych. Znajduje się w fasoli, niektórych gatunkach orzechów, w chlebie świętojańskim. W ustrojach żywych stanowi składnik glikolipidów i glikoproteidów występuje jako grupa prostetyczna. Ogrywa dość istotną rolę w żywieniu zwierząt, w żywieniu człowieka-niewielką

Oligosacharydy

Oligosacharydy zawierają 2-10 cukrów prostych w większości powstają w wyniku częściowego rozpadu polisacharydów.

Dwucukrowce (C₁₂H₂₂O₁₁) są związkami składającymi się z dwóch cukrów prostych połaczonych wiązaniem glikozydowym. Spośród nich wyróżnić można:

• Sacharozę, czyli cukier trzcinowy i buraczany (glukoza + fruktoza), występującą w owocach, trzcinie cukrowej, burakach, owocach i niektórych warzywach. Stanowi jeden z najbardziej rozpowszechnionych cukrów na świecie. Spożywany jest przeważnie w formie krystalicznej. Wchodzi również w skład każdej zielonej rośliny- zwłaszcza duża jej koncentracja występuje w częściach nie zawierających chlorofilu (korzenie buraka, jabłka, śliwki, banany, pomarańcze). W procesie rozpadu sacharozy powstaje glukoza i fruktoza (cukier inwertowany- główny składnik miodu)
• Laktozę, czyli cukier mlekowy (galaktoza + glukoza), występującą w mleku wszystkich ssaków. W mleku kobiecym zawartość laktozy wynosi 6,8 g %. W mleku krowim- 4,5-4,8g %. Jest rozpuszczalna w wodzie przy temperaturze 10° C. Podczas hydrolizy laktoza rozpada się na glukozę i galaktozę. Jak podaje Górecki i in. w przypadkach deficytu laktozy i obniżenia stopnia hydrolizy laktozy w jelicie cienkim, co spotyka się w 60% przypadków kwashiorkor lub w przebiegu bloku metabolicznego, obecność tego cukru w dolnych odcinkach jelita cienkiego i w jelicie grubym prowadzi do wzrostu ciśnienia osmotycznego i fermentacji węglowodanów (wolne stolce, niskie pH z wytwarzaniem kwasu mlekowego i dwutlenku węgla). Jak podkreśla autor, nadmiar laktozy w pokarmie prowadzić może do obniżenia poziomu tłuszczu w składzie ciała. Badania przeprowadzone na szczurach wykazały, że te które były karmione dietą zawierającą laktozę posiadały nisza zawartość tłuszczu w tkance podskórnej niż karmione innymi cukrowcami. Zastąpienie laktozy glukozą w ilości odpowiedniej do utrzymania odpowiedniego przyrostu masy ciała, zwartość tłuszczu w składzie ciała jest znacząco wyższa.
• Maltozę, czyli cukier słodowy (glukoza + glukoza), powstającą podczas hydrolizy skrobi, rozpowszechniona jest w roślinach i u zwierząt

Trójcukrowce (C₁₈H₃₂0₁₆)

• Rafinoza -galaktoza+glukoza+fruktoza)
• Melezytoza- trójcukier złożony z dwóch cząsteczek glukozy i jednej fruktozy

Czterocukrowce (C₂₄H₄₂0₂₁)

• stachioza- galaktoza+galaktoza+glukoza+fruktoza

Trójcukry i czterocukry takie jak maltotrioza i maltotetroza są wyłacznie produktami pośrednimi w rozpadzie skrobi, inne jak melezytoza, rafinoza i stachioza występują w roślinach , lecz nie są trawione przez układ enzymatyczny przewodu pokarmowego człowieka. Dwa ostatnie, zawarte w nasionach roślin strączkowych (np. grochu i fasoli) są przyczyną wzdęć na skutek wykorzystywania tych cukrów przez mikroflorę jelitową i powstawanie gazów (J. Gawęcki PWN).

Polisacharydy

Polisacharydy są wielocząsteczkowymi polimerami cukrów prostych w roślinach i zwierzętach. Spełniają rolę strukturalną lub są formą magazynowania energii. Należące do tej grupy pentozany (arabinian i ksylan) składają się odpowiednio z pentoz- arabinozy lub ksylozy, natomiast heksozany zawierają w swym łańcuchu heksozy, najczęściej glukozę lub fruktozę. Głównymi polimerami zbudowanymi z glukozy są celuloza,hemiceluloza,  glikogen i skrobia. Różnica między tymi związkami polega na odmiennym sposobie łączenia cząsteczek glukozy (wiązania glikozydowe α lub β w pozycji 1-4 lub 1-6). Niestrawnym polimerem fruktozy jest inulina, która w żywieniu człowieka zaczyna być doceniana jako prebiotyk, czyli substrat wykorzystywany w jelicie grubym przez bakterie (i sprzyjający namnażaniu) wykazujące korzystne działanie na organizm człowieka (Gawęcki PWN).

Skrobia, występująca we wszystkich roślinach, a zwłaszcza w ziarnach zbóż i bulwach roślin, ma budowę ziarnistą. Kształt ziaren, ich skład, właściwości  fizyczne i podatność na reakcje chemiczne zależy od odmiany botanicznej. Najczęściej wykorzystywanymi źródłami skrobii są zboża (skrobie zbożowe), ziemniaki oraz tapioka (manniok cassava)- skrobie bulwiaste. Jak podaje Sikorski skrobia pochodząca z dziko rosnących odmian jamu ma najmniejsze ziarna, natomiast skrobia z roślin uprawnych tworzy większe ziarna. Otoczki ziaren skrobiowych są zbudowane z wysokopolimeryzowanych sacharydów prawdopodobnie amylopektyny, w otoczkach niektórych skrobii znajduje się również białko. Otoczki skrobii mogą mieć budowę anizotropowa (skrobia ziemniaczana, tapiokowa i ryżowa lub izotropowa (kukurydziana).

Skrobia jest poliglukozą, w której cząsteczki glukozy połączone są wiązaniem 1,4 i 1,6. Ziarna skrobi znajdujące się w zbożach składają się z amylozy i amylopektyny różniących się właściwościami fizykochemicznycmi. Amyloza jest liniowym polimerem α-D-glukozy, której pierścienie są połączone wiązaniami glikozydowymi 1-4. Masa cząsteczkowa amylozy może wynosić od 10 do 50 kDa. Amyloza rozpuszcza się w wodzie i tworzy roztwory koloidalne. Amylopektyna zbudowana jest z takich samych merów jak amyloza. jej masa cząsteczkowa wynois od 100 do 200 kDa. Mery α-D-glukozowe połączone są wiązaniami 1-6 glikozydowymi. Zawartość amylozy w stosunku do amylopektyny można zwiększyć, naświetlając skrobię ziarnistą światłem spolaryzowanym.

Jednym z kryteriów oceny użyteczności skrobii jest jej charakterystyka kleikowania tj. temperatura kleikowania i zachowanie się kleiku podczas ogrzewania, ochładzania i przechowywania (Z. Sikorski WN-T). Skrobia po skleikowaniu jest podatna na rozkład enzymatyczny przez amylazy. W przemyśle spożywczym skleikowanie skrobii poprzedza jej hydrolizę enzymatyczną po której przeprowadza się fermentację alkoholową np. w gorzelnictwie i browarnictwie. Roztwory skleikowanej skrobii o dużym stężeniu po ochłodzeniu tworzą żele. Skleikowana skrobia ulega retrogradacji . Jest to proces polegający na zwiększeniu uporządkowania przestrzennego łańcuchów skrobii. Wskutek ich przybliżenia się do siebie następuje wypchnięcie wody. Proces ten zachodzi podczas czerstwienia pieczywa lub rozdzielenia się sosów (J. Gawęcki PWN).

Glikogen, zwany też skrobią zwierzęcą, znajduje się w niewielkich ilościach w wątrobie i mięśniach zwierząt jako materiał zapasowy. Podobnie jak skrobia zbudowany jest z glukozy połączonej wiązaniem 1,4 i 1,6; oprócz tego prawdopodobnie obecne są w nim inne wiązania. Występuje u zwierząt jako materiał zapasowy. W organizmie ludzkim jest około 380 g glikogenu, mięśniach, wątrobie oraz krwi. Glikogen magazynowany w wątrobie ma swoje źródło bądź w glukozie pokarmowej syntetyzowanej w ustroju, bądź powstaje z kwasu mlekowego lub pirogronowego wytwarzanego w mięśniach. Mimo iż ilość glikogenu zmagazynowanego w ustroju w ciągu 24 godzin wynosi tylko 3% glukozy, która uległa przemianie w tym czasie, jest on jednym z ważniejszych czynników kształtujących poziom cukru we krwi

Celuloza jest homopolimerem β-D-glukozy. Jej mery są połączone wiązaniami 1-4 glikozydowymi. W organizmie ludzi i większości zwierząt z wyjątkiem przeżuwaczy, nie występują enzymy rozkładające celulozę, dlatego celuloza odgrywa w żywieniu ograniczoną rolę, jest substancją balastową (błonnik). Hemicelulozy, substancje budulcowe świata roślinnego mają bardziej skomplikowaną budowę. Są wśród nich zarówno homo jak i heteropolimery. One także stanowią błonnik pokarmowy a niektóre są wykorzystywane w przemyśle.

Cukrowce alkoholowe

W skład tej grupy wchodzą:

• sorbitol
• mannitol

Mukopolisacharydy

Jak mukoproteidy i glikoproteiny składające się z jednostek dwucukrowych. Należy do nich heparyna, substancje grupowe krwi: kwas glikuronowy, chondro-i trynosiarkowy oraz hialuronowy

Wymienione wielocukry są trawione w przewodzie pokarmowym człowieka. Oprócz nich w skład roślinnych produktów żywnościowych wchodzą wielocukry nie trawione przez człowieka i większość zwierząt. Można je podzielić na wielocukry znajdujące się we wnętrzu komórek roślinnych – pektyny, gumy i śluzy roślinne, agar (wielocukry alg), żywice i woski – oraz wielocukry wchodzące w skład struktury ścian komórek roślinnych – błonnik lub celuloza, hemicelulozy oraz lignina. Celuloza nie rozpuszcza się w kwasach i zasadach, tylko w specjalnych warunkach daje się zhydrolizować do glukozy, podczas gdy hemicelulozy rozpuszczają się stosunkowo łatwo w rozcieńczonych zasadach, a za pomocą rozcieńczonych kwasów dają się rozkładać na cukry proste i ewentualnie ich pochodne.

Źródło: Aleksander Szczygieł- Podstawy fizjologii żywienia. PZWL, Jan Hasik- Dietetyka. PZWL, Stefan Bączyk, Łucja Szcześniak- Racjonalne żywienie człowieka. PWN; Henryk Młodecki, Lech Piekarski- Zagadnienia zdrowotne żywności. PZWL; Bolesław Górnicki- Żywienie dzieci zdrowych i chorych. PZWL .