Значение углеводов в организме человека

 Углеводы широко распространены в природе, главным образом в растительном мире. Синтезируются они в зеленых частях растений. Они являются важным энергетическим компонентом пищи. Причем по количеству преобладают в ней над всеми другими компонентами. Например, в семенах злаков их содержание достигает 80%, а в рисе – до 90%.

Углеводы – это вещества, состоящие из углерода, кислорода и водорода с общей формулой С_nН₂О.  Все они делятся на две группы: моносахариды и полисахариды, которые, в свою очередь, делятся на полисахариды первого порядка (сахароза, мальтоза, лактоза и др.) и полисахариды второго порядка – высокомолекулярные углеводы (крахмал, клетчатка и др.).

Моносахариды. Главные их представители гексозы (С₆Н₁₂О₆) и пентозы (С₅Н₁₀О₅). Все моносахариды (монозы) – кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и оптически активные (вращают плоскость поляризации).

В пищевом отношении монозы наиболее легкоусвояемые углеводы: без участия ферментов они в неизменном состоянии всасываются через стенки кишечника в кровь. К неусвояемым углеводам относят гемицелюлозу, целюлозу, пектиновые вещества, камеди и декстрины. Наиболее важное в пищевом отношении имеют глюкоза и фруктоза, которые в природе широко распространены как в свободном, так и в связанном состоянии.

В промышленности глюкозу получают путем кислотного и ферментативного гидролиза крахмала. Она сбраживается дрожжами, негигроскопична. Сладость ее составляет 70% сладости сахарозы.

Фруктоза (левулеза, плодовый сахар) в природе вместе с глюкозой находится во многих плодах, овощах и ягодах. На воздухе гигроскопична, что затрудняет ее использование в кондитерском производстве. По сладости в 1,7 раза превосходит сахарозу.

Полисахариды первого порядка. Наибольшее пищевое значение из них имеют сахароза, мальтоза и лактоза. Все они являются кристаллическими веществами, хорошо растворимыми в воде, сладкие. Наибольшую сладость имеет сахароза. Все они оптически активны и обладают общим для полисахаридов свойством подвергаться гидролитическому распаду с образованием двух моноз.

Сахароза – наиболее распространенный в растительном мире сахар. Ее много в сахарной свекле, сахарном тростнике, плодах дыни и арбуза. В промышленности ее получают из свеклы и сахарного тростника. Хорошо сбраживается дрожжами. Подвергается гидролизу, распадаясь на составные компоненты глюкозу и фруктозу. Смесь их называется инвертным сахаром, который обладает антикристаллизационными свойствами. Это свойство как положительное широко используется в кондитерской промышленности. В сахарной же промышленности от инвертного сахара необходимо избавляться, т.к. он мешает процессу кристаллизации сахарозы.

Мальтоза при гидролизе распадается на две молекулы глюкозы. В свободном состоянии она встречается главным образом в семенах злаковых, особенно при их произрастании. Получается в результате ферментативного гидролиза крахмала при участии амилазы солода. Сбраживается дрожжами в присутствии глюкозы.

При гидролизе лактоза распадается на галактозу и глюкозу. Она содержится в молоке всех млекопитающих. Сбраживается лишь теми видами дрожжей, где присутствует фермент лактаза.

Сахара как пищевые продукты ценятся в основном за сладость. Если сладость сахарозы условно принять за 100, то относительная сладость фруктозы 173 единицы, глюкозы – 74, ксилозы – 40, мальтозы – 32,5, галактозы –32,1, раффинозы – 23, лактозы – 16 единиц.

Полисахариды второго порядка. Это высокомолекулярные соединения. В растительном мире они играют роль запасных питательных веществ или же являются основой опорных тканей организма. Они под действием кислот или соответствующих ферментов расщепляются на свои первичные строительные структуры.

 Крахмал – наиболее важный по пищевой ценности полисахарид. Он содержится во всех растениях, выполняя роль запасного питательного вещества. Например, в зернах различных злаков крахмал содержится от 55 до 80%, в картофеле – 75%. Зерно крахмала состоит из двух компонентов – амилозы и амилопектина, одинаковых по химическому составу, но разных по структуре. Формула того и другого (С₆Н₁₀О₅)_n, но у амилозы n = 200-1000, а у амилопектина доходит до 200000. В холодной воде зерна крахмала не растворяются, но при нагревании начинается процесс его клейстеризации. При кипячении с разбавленными кислотами крахмал превращается в глюкозу. Крахмал очень гигроскопичен. Даже в сухом состоянии он содержит до 20% влаги. В пищевой промышленности крахмал – это основное сырье для производства глюкозы и патоки, применяемой в кондитерской промышленности в качестве антикристаллизатора.

В растительных продуктах наряду с углеводами, обеспечивающими организм энергией, содержатся так называемые непищевые углеводы, представителем которых является целлюлоза (клетчатка). Практического значения как источник энергии она не имеет, усваивается примерно на 25%, но способствует нормальной функции кишечника: раздражая стенки клеток, она вызывает их движение – перестальтику. При употреблении пищи лишенной целюлозы перестальтика ослабевает. К непищевым углеводам относятся также пектиновые вещества, которые не усваиваются организмом, но играют важную роль в физиологии питания и пищевой технологии. Они образуют комплексные соединения с тяжелыми металлами, выводят их из организма. В кислой среде в присутствии сахара образуют плодово-ягодные студни. На этом свойстве пектиновых веществ основано производство джема, повидла, мармелада и пастилы.

Значение углеводов в организме человека.  Поступая в организм человека, все сложные углеводы подвергаются гидролитическому распаду, превращаясь в глюкозу, которая через стенки кишечника непосредственно всасывается в кровь. Нормальное содержание глюкозы в крови около 0,1%. Это количество регулируется печенью: если сахара поступает много – его избыток накапливается в печени в виде животного крахмала – гликогена, если мало, то гликоген превращается в глюкозу и поступает в кровь.

Если организм получает достаточное количество углеводов, то именно они более чем на 50% являются источником энергии. Избыток же будет превращаться в жир и откладываться в виде запасов в организме. При недостатке углеводов удовлетворение энергетических потребностей будет осуществляться за счет жиров и белков.

Суточная потребность взрослого человека в углеводах от 450 до 630 г, что приблизительно в 4 раза больше чем белков.

Общие свойства углеводов, используемые в пищевых технологиях:

1.       Использование углеводов в производствах, связанных с биохимической переработкой, - это брожение теста, получение вина, пива, спирта, дрожжей, пищевых кислот, ацетона и т.д. Во всех этих производствах в итоге используется способность простых углеводов сбраживаться ферментами дрожжей или бактерий.

2.       В пищевых производствах широко используется также другие свойства сахаров – это способность растворяться в воде, способность к кристаллизации и т.д.

3.       Для получения чистого крахмала из растений (картофеля, кукурузы) используется его свойство не растворяться в воде. Способность же крахмала к гидролизу дает возможность получать полные и неполные продукты гидролиза – глюкозу, декстрины, патоку (смесь декстринов с сахарами).

4.       В пищевой промышленности широко используется также способность пектиновых веществ образовывать студни в присутствии сахаров и органических кислот.

 Органические кислоты

 Кроме белков, жиров и углеводов в состав пищевых продуктов входят некоторые органические вещества, которые содержатся в ограниченных количествах, не влияют на их энергетическую ценность, но оказывают существенное влияние на вкус, цвет и аромат пищевых продуктов и в какой-то степени на обмен веществ. Наибольшее значение имеют органические кислоты, которые содержатся во всех пищевых продуктах, придавая им специфический вкус и аромат.

Органические кислоты являются биологически активными веществами, участвующими в окислительно-восстановительных процессах, улучшают деятельность пищеварительного тракта, снижая рН среды и способствуя тем самым изменению состава микрофлоры в благоприятную сторону (уменьшают гниение). Потребность организма в них 2 г в день.

К органическим кислотам, содержащимся в пищевых продуктах, относятся яблочная, лимонная, винокаменная кислоты, содержащиеся в плодах и ягодах, а также молочная и винная кислоты, образующиеся в процессе брожения теста, вин, квашения.

 Роль витаминов и витаминообразных веществ

 Витамины – участники и биологические катализаторы химических реакций, протекающих в живых клетках. Они необходимы для нормального функционирования всех органов и систем, роста и развития организма в целом. Они поступают в организм в основном с пищей. Некоторые из них синтезируются в кишечнике под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов.

Биологическая роль витаминов заключается в их регуляторном действии на обмен веществ. Они обладают каталитическими свойствами, т.е. способностью стимулировать химические реакции, протекающие в организме, а также активно участвуют в образовании и функциях ферментов. Недостаток витаминов (авитаминоз) ведет к нарушению процессов обмена веществ. Однако и избыток их (гипервитаминоз) может привести к заболеванию организма.

Все витамины делятся на водорастворимые, жирорастворимые и витаминоподобные вещества.

Водорастворимые витамины. К ним относятся витамин С и витамины группы В.

Витамин С (аскорбиновая кислота) играет важную роль в обменных процессах, особенно в усвоении белков, в поддержании нормального состояния соединительной ткани и восстановлении тканей. Он же благоприятно действует на функции центральной нервной системы, стимулирует деятельность эндокринных желез, способствует усвоению железа и нормальному кроветворению и т.д. При его недостатке снижается умственная и физическая работоспособность, увеличивается проницаемость стенок кровеносных сосудов, нарушается структура хрящевой и костной ткани, развивается цинга. Необходимое его количество от 50 до 100 мг в сутки. Основными источниками витамина С являются овощи, плоды и ягоды.

На содержание витамина С в пищевых продуктах значительное влияние оказывает их хранение и кулинарная обработка.

Витамин В₁ (тиамин). Входит в состав ферментов, регулирующих многие важные функции организма, в первую очередь углеводный обмен, а также обмен аминокислот. Он необходим для нормальной деятельности центральной и периферической нервной системы. При отсутствии его развивается полиневрит. Поступление в организм происходит за счет пищевых продуктов. Он входит в состав пивных дрожжей, хлебный квас, в зерновые и бобовые культуры, крупах, печени, сердце, нежирной свинине. Суточная потребность 1,7-2 мг. Тепловая обработка незначительно разрушает тиамин, особенно если она производится в кислой среде.

Витамин В₂ (рибофлавин) принимает участие в процессах роста и относится к ростовым факторам. Он участвует в обмене белков, жиров и углеводов, оказывает регулирующее действие на состояние центральной нервной системы, воздействует на процессы обмена в роговице, хрусталике и сетчатке глаза, обеспечивает световое и цветовое зрение. При недостатке его наблюдается сухость и трещины на губах, начинают выпадать волосы, могут развиться коньюктивит и блефарит. Основными источниками витамина В₂ являются продукты животного происхождения (яйца, молоко, сыр, мясо), а также зерновые и бобовые. Много его в дрожжах, а также в сквашенных молочных продуктах. Суточная потребность в витамине В₂ 2,9-3,5 мг. Рибофлавин очень чувствителен к воздействию ультрафиолетовых лучей, потери же его при кулинарной обработке, сушке и стирилизации не более 20%.

Витамин РР (никотиновая кислота) участвует в реакциях клеточного дыхания, в белковом обмене и повышает использование в организме растительных белков, нормализует секреторную и двигательную функции поджелудочной железы, нормализует работу печени. Недостаток его в комплексе с белковой недостаточностью приводит к развитию пеллагры – поражению кожи. Основными источниками никотиновой кислоты являются продукты животного происхождения: мясо домашней птицы, говядина, печень. Очень богаты витамином РР дрожжи. Потребность здорового человека в этом витамине 19-20 мг/сутки. Никотиновая кислота наиболее устойчива в хранении и при кулинарной обработке.

Витамин В₆ (пиридоксин) обеспечивает нормальное усвоение белков и жиров, играет важную роль в азотистом обмене. Недостаток его вызывает у детей раннего возраста задержку роста, желудочно-кишечные расстройства, малокровие, повышенную возбудимость, своеобразные изменения кожи, а также слизистой оболочки полости рта и языка. Он содержится во многих пищевых продуктах, но в весьма незначительных количествах. Но в обычных условиях у человека не наблюдается недостатка в нем, т.к. в организме человека пиридоксин в достаточном количестве образуется кишечными бактериями.

Витамин В₃ (пантотеновая кислота) играет важную роль в обмене веществ. Он оказывает нормализующее действие на нервную систему и функции надпочечников и щитовидной железы. Исключительно широкое распространение его в природе (в различных растениях и животных тканях) определяется в названии этого витамина - слово «пантотеновая» происходит от греческого «вездесущий». Потребность здорового человека около 10 мг/сутки удовлетворяется при обычном питании. Клинических признаков недостаточности в организме его не установлено.

Витамин В₉ (фолиевая кислота, фолации) участвуют в обмене и синтезе некоторых аминокислот, а также в синтезе нуклеиновых кислот, оказывает стимулирующее воздействие на кроветворную функцию костного мозга, способствует лучшему усвоению витамина В₁₂. При недостатке в организме фолиевой кислоты развиваются тяжелая анемия, желудочно-кишечные расстройства, расстройства чувствительности и др. Наиболее богаты этим витамином печень, почки и зеленые листья растений. Микроорганизмы кишечника человека синтезируют его в большом количестве, поэтому даже при недостатке его в питании это количество покрывает потребность организма. Лучшими источниками фолиевой кислоты считаются салаты из пищевой зелени. Потребность в этом витамине составляет 0,4-0,5 мг/сутки. При кулинарной обработке и консервировании он легко разрушается.

Витамин В₁₂ (цианкобаламин) принадлежит к веществам с высокой биологической активностью Он участвует в синтезе метионина, нуклеиновых кислот, процессах кроветворения и т.д. Недостаточность в нем обычно развивается при нарушении его всасывания и проявляется в виде тяжелых форм анемии. Но это возможно только у вегетарианцев. В организм поступает с пищей (особенно богата им говяжья печень) и также синтезируется микроорганизмами кишечника. Суточная потребность 0,002 – 0,005 мг.

Витамин Н (биотин) входит в состав ферментов, регулирующих обмен амино- и жирных кислот. При недостатке его возникает дерматит рук, ног, щек, нарушаются функции нервной системы. Больше всего биотина в печени и почках, сое, меньше – в яйцах, горохе, молоке, мясе, овощах. Потребность в нем 0,15-0,3 мг/сут.

Жирорастворимые витамины.

Витамин А (ретинол) обеспечивает нормальный рост организма, входит в состав зрительных пигментов, обеспечивает приспособление глаз к свету различной интенсивности. Недостаток его проявляется в виде бледности и сухости кожных покровов, склонности кожи ороговению и шелушению, образованию угрей и развитию гнойничковых заболеваний, сухости и тусклости волос, а также ломкости ногтей, светобоязнь, «куриная слепота», конъюктивит, блефарит. Ретинол встречается в основном в животных тканях. Кроме этого, витамин А находится в растениях в виде провитамина А (каротин). Витамин А и каротин хорошо сохраняются в процессе приготовления пищи. Потребность – 1,5-2,5 мг/сут.

Витамином D (кальциферол) называют несколько соединений: эргокальциферол – D₂, холекальциферол – D₃. Витамин D оказывает влияние на минеральный обмен веществ, на костеобразование, регулируя, прежде всего, соотношение кальция и фосфора, обеспечивают всасывание всех этих элементов в тонком кишечнике и перенос кальция из крови в костную ткань. Суточная потребность в нем составляет для взрослых 2,5 мкг, для детей – 1,25 мкг.   Богатейшим источником этого витамина являются жир печени тунца, трески и других рыб. В организме человека витамин D синтезируется при облучении солнцем содержащегося в коже провитамина, который образуется в организме из холестерина.

Витамином Е (токоферол) называют группу соединений, состоящую из 7 витаминов, различных по биологическому действию. Они стимулируют кишечную деятельность и функции половых желез, способствуют накоплению во внутренних органах всех жирорастворимых витаминов, особенно ретинола. Суточная потребность для взрослых 10-20 мг, для детей 0,5 мг на 1 кг массы тела. Токоферолы содержатся в растительных маслах, а также в зеленых частях растений. Они обладают высокой устойчивостью к разрушению.

Витаминоподобные вещества. К этим веществам относятся: витамин К (нафтохинон, который в медицинской практике применяется в виде синтетических препаратов викасол и синкавит) – важнейший фактор свертывания крови, витамин Р (биофлавоноиды) и незаменимые (полиненасыщенные) жирные кислоты.   

Минеральные вещества

 Наряду с органическими веществами в клетках живых организмов содержатся соединения, составляющие обширную группу минеральных веществ. К ним относятся вода и различные соли, которые, находясь в растворенном состоянии диссоциируются с образованием ионов. Часто минеральные вещества входят в состав сложных органических веществ, например металлопротеинов (металлобелков). Так, железо включено в состав гемоглобина; магний, марганец, медь, кобальт и другие металлы – в состав многих ферментов и т.д. Минеральные вещества участвуют в важнейших обменных процессах организма – водно-солевом, кислотно-щелочном. Многие из этих элементов находятся в организме в макродозах (более 0,001% веса тела), другие в микродозах (от 0,001 до 0,000001%).

Вода не обладает энергетической ценностью, но без воды жизнь невозможна. Суточная потребность в воде в среднем около 2,5 л. Функции ее в организме важны и разнообразны: вода растворяет питательные вещества, транспортирует их в организме; является дисперсионной средой для крови, протоплазмы клеток; служит терморегулятором организма, т.к. будучи хорошим проводником теплоты выравнивает температуру между соседними клетками, следовательно предохраняет организм от перегревания; все реакции гидролиза питательных веществ происходят при участии воды; служит смазочным материалом в суставах и в местах соприкосновения различных частей организма.

Макроэлементы. К ним относятся кислород, углерод, водород, кальций, калий, азот. Фосфор, сера, магний, натрий, хлор и железо. Они участвуют в образовании желудочного сока, костного скелета, нервных тканей, кроветворении и т.д.

Микроэлементы. К ним относятся йод, соли кобальта, стронций, марганец, цинк, цезий, бром, фтор, и др. Они участвуют в кроветворении, ферментации, образовании витаминов, защите зубов и т.д.