Karbohidrat tergolong sebagai komponen makronutrien, yaitu zat gizi yang dibutuhkan tubuh dalam jumlah yang relatif banyak.
Jika dibandingkan dengan komponen makronutrien penghasil energi lain seperti lemak dan protein, karbohidrat memiliki harga yang lebih murah serta menjadi sumber kalori utama khususnya di negara berkembang.
{getToc} $title={Table of Contents}
Definisi Karbohidrat
Sebenarnya ada beragam cara untuk mendefinisikan pengertian karbohidrat, dimulai dari pendekatan kimia pangan dan gizi, maupun kimia organik.
Jika ditinjau dari aspek kimia pangan dan gizi, karbohidrat adalah zat gizi makronutrien yang berfungsi sebagai penghasil energi.
Metabolisme karbohidrat menghasilkan energi sebesar 4 kkal per gramnya. Jumlah kalori tersebut setara dengan protein, namun lebih rendah dari lemak yang mampu menghasilkan 9 kkal per gramnya.
Meskipun lemak dan protein sama-sama zat gizi sumber energi, karbohidrat tetap menjadi sumber kalori utama bagi hampir seluruh penduduk dunia khususnya negara berkembang, sebab harganya yang lebih terjangkau.
Secara kimia organik, karbohidrat adalah senyawa organik polihidroksi keton, polihidroksi aldehida, polihidroksi alkohol, polihidroksi asam karboksilat, serta polimer yang diturunkan dari berbagai senyawa tersebut.
Ringkasinya, karbohidrat adalah senyawa keton, aldehida, alkohol, maupun asam karboksilat yang mengandung banyak gugus alkohol atau hidroksil.
Umumnya karbohidrat mengandung karbon, hidrogen, dan oksigen dengan rasio 1:2:1.
Sintesis Karbohidrat
Karbohidrat dapat terbentuk melalui dua cara, yaitu sintesis di dalam tubuh dan sintesis pada tumbuhan penghasil karbohidrat.
Di dalam tubuh manusia, karbohidrat dapat disintesis dengan bahan baku berupa asam amino glukogenik, yaitu kumpulan asam amino yang dapat digunakan untuk proses glukoneogenesis atau pembentukan glukosa dari bahan baku non karbohidrat yang berlangsung di organ hati.
Selain asam amino glukogenik, gliserol yang berasal dari trigliserida juga bisa digunakan sebagai bahan baku (substrat) pada proses glukoneogenesis.
Sedangkan pada tumbuhan, karbohidrat dihasilkan melalui proses fotosintesis yang terjadi di kloroplas, tepatnya pada membran tilakoid. Proses pembentukan karbohidrat tersebut membutuhkan karbon dioksida (CO2), air (H2O), serta cahaya matahari.
Dalam proses fotosintesis, terjadi serangkaian reaksi enzimatik kompleks yang melibatkan reaksi reduksi dan polimerisasi karbon dioksida menjadi karbohidrat, asam amino, dan lipid, serta reaksi oksidasi molekul air menjadi oksigen.
Jenis dan Klasifikasi Karbohidrat
Karbohidrat dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa parameter seperti:
- Derajat polimerisasi
- Daya cerna
Mari kita bahas satu per satu yah!
Karbohidrat Berdasarkan Derajat Polimerisasinya
Derajat polimerisasi merupakan bilangan yang menyatakan jumlah monomer yang terkandung dalam sebuah polimer. Dalam kasus karbohidrat, monomer yang paling umum adalah glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
Menurut derajat polimerisasinya, karbohidrat dapat diklasifikasikan sebagai gula sederhana, oligosakarida, dan polisakarida.
Gula sederhana merupakan karbohidrat dengan nilai derajat polimerisasi sebesar 1-2. Apabila dicicipi, gula sederhana memiliki rasa yang manis sehingga biasa digunakan sebagai pemanis makanan.
Adapun yang termasuk gula sederhana antara lain:
- Monosakarida (satu derajat polimerisasi) seperti glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
- Disakarida (dua derajat polimerisasi) seperti sukrosa/gula pasir, maltosa, laktosa.
- Poliol, yaitu senyawa alkohol dengan banyak gugus hidroksil seperti sorbitol dan mannitol.
Secara alami, gula sederhana banyak dijumpai pada buah-buahan, madu, dan tebu.
Oligosakarida, yaitu karbohidrat dengan nilai derajat polimerisasi sebesar 3-10. Saya yakin sudah banyak yang mengenal oligosakarida, mengingat jenis karbohidrat yang satu ini sudah dipopulerkan oleh iklan minuman fermentasi dan susu balita.
Adapun yang termasuk contoh oligosakarida antara lain rafinosa, stakiosa, verbaskosa, frukto-oligosakarida (FOS), dan galakto-oligosakarida (GOS).
Umumnya, oligosakarida tidak bisa dicerna oleh sistem pencernaan manusia. Hal tersebut disebabkan karena mamalia seperti manusia kekurangan enzim α-galaktosidase.
Meskipun demikian, oligosakarida dapat dimanfaatkan sebagai prebiotik atau nutrisi bagi bakteri baik (probiotik) dalam kondisi anaerobik di usus besar.
Oligosakarida banyak terkandung secara alami pada kacang-kacangan, biji-bijian utuh (whole grain), sayuran cruciferous seperti kubis, kembang kol, dan brokoli, serta beberapa jenis buah-buahan seperti nektarin, pir, dan semangka.
Polisakarida, yaitu karbohidrat yang memiliki nilai derajat polimerisasi lebih dari 10. Polisakarida terbagi menjadi tiga jenis, yaitu:
- Malto-oligosakarida, yaitu polisakarida dengan derajat polimerisasi 11-200. Contohnya seperti maltodekstrin.
- Pati (starch) dengan derajat polimerisasi lebih dari 200. Adapun contoh pati antara lain amilosa, amilopektin, serta pati termodifikasi.
- Polisakarida non-pati dengan derajat polimerisasi lebih dari 200. Contohnya seperti selulosa maupun pektin.
Hal tersebut disebabkan karena air liur mengandung enzim amilase yang mampu memecah pati pada nasi menjadi fragmentasi yang lebih pendek sehingga menimbulkan sedikit rasa manis.
Karbohidrat Berdasarkan Daya Cernanya
Daya cerna (digestibility) merupakan jumlah zat gizi yang dapat dicerna dan diserap oleh tubuh. Tingginya nilai daya cerna menunjukkan kemudahan proses penyerapan suatu zat gizi.
Berdasarkan daya cernanya, karbohidrat dapat digolongkan menjadi karbohidrat yang dapat dicerna (digestible carbohydrate) dan karbohidrat yang tidak dapat dicerna (non-digestible carbohydrate).
Sebelum membahas contohnya, mari kita menyelami terlebih dahulu alasan mengapa ada karbohidrat yang tidak dapat dicerna oleh tubuh.
Untuk menjawab pertanyaan tersebut, kita membutuhkan pendekatan biokimia untuk menyingkap proses metabolisme komponen pangan dan zat gizi di dalam tubuh.
Agar bisa diserap tubuh, pada umumnya zat gizi dan komponen pangan perlu dipecah menjadi molekul yang lebih sederhana.
Berbagai reaksi pemecahan tersebut kebanyakan terjadi melalui mekanisme reaksi enzimatik, yaitu reaksi yang melibatkan enzim pencerna dan substrat (dalam hal ini karbohidrat yang kita konsumsi).
Enzim bekerja dengan substrat yang sangat spesifik. Kalau dianalogikan, cara kerja enzim dan substrat mirip dengan kunci dan gembok. Agar gembok bisa berubah dari kondisi terkunci menjadi terbuka atau sebaliknya, dibutuhkan kunci yang sesuai.
Kembali ke kasus karbohidrat. Suatu karbohidrat dikatakan bisa dicerna apabila tubuh mampu memproduksi enzim yang cocok untuk mencerna karbohidrat tersebut. Contohnya adalah pati yang kita makan dari makanan pokok.
Secara struktur, pati tersusun atas monomer glukosa yang saling terikat dengan ikatan glikosidik bertipe alpha 1-4 (α-1,4). Nah ternyata, tubuh manusia memiliki enzim α-amilase yang secara spesifik mengatalisis proses hidrolisis ikatan glikosidik bertipe α-1,4. Karena enzim dan substratnya sama-sama cocok, akhirnya pati dapat dicerna tubuh.
Contoh karbohidrat yang dapat dicerna antara lain gula sederhana seperti monosakarida dan disakarida, malto-oligosakarida seperti maltodekstrin, serta polisakarida seperti pati.
Sebaliknya, karbohidrat dikatakan tidak dapat dicerna apabila tubuh tidak bisa menghasilkan enzim yang sesuai untuk mencerna karbohidrat tersebut. Contohnya adalah selulosa yang ada pada kayu.
Mirip seperti pati, selulosa juga disusun atas monomer glukosa. Yang membedakan adalah jenis ikatan glikosidiknya, di mana selulosa memiliki ikatan glikosidik bertipe beta 1-4 (β-1,4). Ternyata, tubuh manusia tidak memproduksi enzim amilase yang sesuai dengan jenis ikatan glikosidik tersebut.
Contoh karbohidrat yang tidak dapat dicerna antara lain oligosakarida, polisakarida non pati seperti selulosa, hemiselulosa, pektin, gum, dan lignin. Golongan karbohidrat yang tidak dapat dicerna tubuh tersebut juga dikenal sebagai serat pangan (dietary fibers).
Manfaat Karbohidrat
Sumber Energi Utama
Gula sederhana dan pati mampu menyediakan glukosa, yaitu sumber energi utama bagi otak. sistem saraf pusat, dan juga sel darah merah. Meskipun keduanya sama-sama menyediakan glukosa, namun laju penyerapannya berbeda.
Gula sederhana memiliki struktur yang jauh lebih sederhana daripada pati. Penyerapan gula sederhana di dalam tubuh berlangsung lebih cepat karena tidak memerlukan proses pencernaan yang panjang. Oleh karenanya, gula sederhana dapat memberikan energi instan (quick energy).
Sedangkan pati memiliki struktur yang lebih kompleks, sehingga membutuhkan waktu lebih panjang untuk bisa dicerna dan diserap tubuh. Efeknya, pati mampu mengenyangkan lebih lama dibandingkan gula sederhana.
Selain itu, sumber pati umumnya juga mengandung komponen zat gizi lainnya seperti vitamin, mineral, dan serat pangan.
Sumber Energi Cadangan
Selain bermanfaat sebagai sumber energi langsung, karbohidrat juga bisa disimpan menjadi energi cadangan lho!
Karbohidrat dapat disimpan di tubuh melalui dua cara, yaitu:
- Disimpan dalam bentuk glikogen pada otot dan organ hati.
- Dikonversi menjadi lemak tubuh (body fat) untuk disimpan di jaringan adiposa di bawah kulit.
Menurunkan Risiko Sindrom Metabolik
Sindrom metabolik (metabolic syndrome) adalah kumpulan faktor yang terkait secara langsung dalam meningkatkan risiko penyakit kardiovaskular serta diabetes mellitus tipe-2.
Dalam 5-10 tahun ke depan, sindrom metabolik diprediksi mampu menaikkan risiko penyakit kardiovaskular sebanyak dua kali dan diabetes mellitus tipe-2 sebanyak lima kali.
Konsumsi golongan karbohidrat berupa serat pengan terlarut (soluble dietary fibers) secara cukup ternyata dapat menurunkan risiko sindrom metabolik.
Serat pangan terlarut seperti gum, pektin, dan minoritas hemiselulosa memiliki kemampuan untuk menurunkan kadar kolesterol dan low density lipoprotein (LDL) serta meningkatkan kadar high-density lipoprotein (HDL) pada plasma darah.
Hal tersebut sangat bermanfaat bagi penderita penyakit kardiovaskular seperti jantung dan stroke.
Sedangkan bagi penderita diabetes mellitus tipe-2, serat pangan dapat menurunkan penyerapan glukosa pada dinding usus halus.
Selain itu, konsumsi serat pangan juga menimbulkan perasaan kenyang sehingga bermanfaat untuk menjaga asupan kalori, mempertahankan berat badan normal, dan menurunkan berat badan.
Menjaga Kesehatan Sistem Pencernaan
Jenis karbohidrat yang bermanfaat untuk menjaga kesehatan sistem pencernaan adalah serat pangan tidak larut (indigestible dietary fibers) seperti selulosa, lignin, dan mayoritas hemiselulosa.
Serat pangan tidak larut dapat menjaga kesehatan sistem pencernaan dari berbagai gangguan seperti konstipasi (sembelit), haemoroid (ambeien), kanker usus besar, infeksi usus buntu, serta divertikulosis. Adapun mekanisme pencegahannya bisa dengan:
- Membantu pertumbuhan bakteri baik (probiotik) untuk menghasilkan asam lemak rantai pendek (short chain fatty acid) sehingga mampu menekan pertumbuhan bakteri merugikan yang menghasilkan zat karsinogen.
- Meningkatkan penyerapan air sehingga konsentrasi karsinogen menjadi rendah.
- Mempercepat waktu transit residu makanan dalam usus besar.
Referensi {alertSuccess}
Jovanovic-Malinovska, Kuzmanova dan Winkelhausen, 2014, Oligosaccharide profile in fruits and vegetables as sources of prebiotics and functional foods, International Journal of Food Properties, 17(5):949-965.
Kaur, 2014, A Comprehensive Review on Metabolic Syndrome, Cardiol Res Practv 2014.
Kusnandar dan Astawan, 2017, Materi Kuliah Kimia Pangan Karbohidrat dan Metabolisme Karbohidrat, Institut Pertanian Bogor.
Ludwig, Hu, Tappy, dan Brand-Miller, 2018, Dietary carbohydrates: role of quality and quantity in chronic disease, The BMJ, 361.
Oligosaccharide - Science Direct.
Gluconeogenesis - Science Direct.
Slavin dan Carlson, 2014, Carbohydrates, Advances in Nutrition, 5(6): 760-761.
de Souza dan Magalhães, 2010, Application of microbial α-amylase in industry – A review, Braz J Microbiol. 41(4):850-851.