Питание, пища, пищевые вещества

Простые сахара — сладкие вещества пищи, они содержатся во фруктах, незрелых овощах, а также добавляются в  пищу в виде чистого столового  сахара, представляющего собой дисахарид сахарозу. Молекулы простых углеводов (Сахаров) построены из не- разветвленных углерод-углеродных цепей с различным числом атомов углерода. В состав растений и животных тканей входят главным образом моно сахара с 5 (пентозы) и 6 углеродными атомами (гексозы). Дисахариды построены из двух молекул гексоз.

Моносахариды

Обычно это твердые кристаллические  вещества, хорошо растворимые в воде, имеющие сладкий вкус. Представителями группы моно сахаров являются гексозы: глюкоза, фруктоза и галактоза. Менее распространена и имеет меньшее значение в питании человека моноза. Гексозы содержат одинаковое число атомов углерода — 6, кислорода — тоже 6, водорода — 12.

Глюкоза (виноградный сахар) обнаруживается в зеленых частях растений, виноградном соке, семенах, фруктах, ягодах, меде. В чистом виде с пищей потребляется около 15—18 г глюкозы за сутки; это лишь небольшая часть глюкозы, которая участвует в обмене веществ. Глюкоза входит в состав сахарозы, крахмала, клетчатки и освобождается из них в процессе гидролиза в пищеварительном тракте. Центральная нервная система — головной и спинной мозг — расходуют 140 г (около 10 столовых ложек) глюкозы, а эритроциты крови — около 40 г. Глюкоза является основной транспортной формой углеводов в нашем организме.

Организм человека строго регулирует концентрацию глюкозы в крови  на уровне 100—120 мг в 100 мл крови даже в состоянии голода, когда глюкоза  пополняется за счет гидролиза запасов  гликогена или превращения в нее аминокислот. После приема пищи уровень глюкозы в крови повышается по сравнению с уровнем натощак за счет углеводoi пищи, а затем снижается до исходного по мере их использования тканями для получения энергии или запасания углеводов в форме гликогена. Состояние гипергликемии, при котором концентрация глюкозы в крови начинает превышать 160 мг/100 мл, наблюдается при сахарном диабете. Заболевание сопровождается нарушением выработки инсулина поджелудочной железой, ткани теряют способность утилизировать глюкозу из крови, и она выделяется с мочой.

При падении концентрации глюкозы  в крови до 60 мг/100 мл и ниже развивается  гипогликемия, сопровождающаяся чувством голода и слабости. Состояние легкой, так называемой реактивной гипогликемии переживает каждый человек через несколько часов после приема пищи. Повышение концентрации глюкозы после приема сладкой пищи вызывает усиленную выработку гормона поджелудочной железы инсулина. Это сопровождается падением уровня глюкозы через некоторое время даже ниже исходного натощак, т.е. развивается гипогликемия.

Восстановленной формой глюкозы является спирт сорбит, который найден в яблоках, грушах, персиках и ряде овощей. Он поддерживает уровень глюкозы в крови более длительное время, что уменьшает вероятность развития гипогликемии и ослабляет чувство голода. Однако сорбит может вызывать вздутие живота и понос, что препятствует его широкому использованию в питании. Сорбит применяется как подсластитель в жевательной резинке.

Фруктоза (фруктовый сахар, левулеза) содержится в меде, фруктах, ягодах, семенах, зеленых частях растений. Входит в состав сахарозы и высокомолекулярного полисахарида инулина. Фруктоза слаще обычного столового сахара (сахарозы) и находит применение в производстве напитков и других продуктов. В печени фруктоза превращается в глюкозу, а это значит, что поступление фруктозы с пищей для больных диабетом нужно ограничивать. Фруктоза в меньшей степени вызывает развитие кариеса, чем сахароза. Фруктоза по цене дороже, чем обычный сахар, а ее преимущества не столь значительны, чтобы фруктоза вытеснила его.

Глюкоза и фруктоза играют большую  роль в технологии многих пищевых  продуктов, являясь их важным сладким  компонентом и сырьем для сбраживания.

Галактоза — единственный моносахарид животного происхождения, входит в состав лактозы — молочного сахара.

К пяти углеродным моно сахарам пентозам относятся арабино- за, рибоза и ксилоза. В природе они представлены главным образом в качестве структурных компонентов сложных не крахмальных полисахаридов (гемицеллюлозы, пектиновые вещества), нуклеиновых кислот и ряда других природных полимеров.

Дисахариды

Наибольшее значение в питании  человека имеют дисахариды сахароза, лактоза и мальтоза. В состав всех этих дисахаридов входит глюкоза, вторым сахаром может быть фруктоза, галактоза  или глюкоза.

Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) состоит из остатков глюкозы и фруктозы, они же образуются при гидролизе сахарозы.

Сахароза, или столовый, обычный  сахар — наиболее известный и применяемый в питании и пищевой промышленности. Его выделяют из сахарной свеклы (содержит от 15 до 22% сахарозы) или из сахарного тростника (12—15%). Сахарный тростник и сахарная свекла накапливают наибольшее количество энергии на единицу площади произрастания, поэтому сахароза — один из самых дешевых источников энергии в пище человека.

Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух остатков глюкозы. Мальтоза содержится в проросшем зерне и в особенно больших количествах — в солоде и солодовых экстрактах. При производстве пива происходит сбраживание (ферментация) мальтозы в этиловый спирт. Мальтоза относится к основным компонентам крахмальной патоки, широко используемой в пищевой промышленности.

Лактоза (молочный сахар, от лат. «лактум» — молоко) построена из остатков галактозы и глюкозы. Лактозу получают из молочной сыворотки (отход при производстве масла и сыра). В коровьем молоке 4,7% лактозы. Лактоза способствует всасыванию кальция в желудочно-кишечном тракте.

Некоторые люди не могут употреблять  молоко из-за непереносимости лактозы, потому что в кишечнике отсутствует лактаза — фермент, расщепляющий лактозу на глюкозу и галактозу. Нерасщепленная лактоза попадает в толстый кишечник, где при участии бактерий окисляется с выделением большого количества газов и продуктов окисления. Человек ощущает при этом дискомфорт в животе, вздутие живота, спазмы и боли в животе, наблюдается понос. Избежать явлений, связанных с непереносимостью лактозы, позволяют кисломолочные продукты (простокваша, кефир, йогурт, ацидофилин, ряженка), в которых лактоза уже частично переварена молочнокислыми бактериями.

Сложные углеводы

Сложные углеводы делятся на две  группы: усвояемые, крахмальные полисахариды и не крахмальные, неусвояемые.

Усвояемые полисахариды

Крахмал — резервный полисахарид и главный компонент зерна, продуктов его переработки, а также картофеля и овощей. Это наиболее важный по своей пищевой ценности углевод. Крахмал представляет собой смесь полимеров двух типов — амилозы и амилопектина, построенных из остатков глюкозы. Под действием пищеварительных ферментов последовательно осуществляется деполимеризация (расщепление) крахмала с образованием сначала декстринов, затем мальтозы, а при полном гидролизе — глюкозы. Гидролиз крахмала происходит при получении патоки, глюкозы, хлебобулочных изделий, спирта и многих других пищевых продуктов.

Крахмал сырых продуктов переваривается с трудом, так как находится  внутри растительных клеток с прочными стенками. При нагревании в воде (приготовление пищи) клеточные стенки разрываются набухающим крахмалом и он становится доступным для пищеварительных ферментов. Крахмал при обычной температуре не растворим в воде, а при нагревании набухает, образуя вязкий раствор. При охлаждении образуется крахмальных клейстер. Этот процесс получил название клейстеризации крахмала.

Гликоген (животный крахмал) также состоит из остатков глюкозы. Гликоген — запасной энергетический материал организма животных и человека, откладывающийся в печени и мышцах, при необходимости превращается в глюкозу. У взрослого человека запасается около 350 г гликогена: треть этого количества — в печени, остальная часть — в мышцах. Количество энергии, запасенной в гликогене, невелико и достаточно для поддержания жизнедеятельности в течение 6—8 ч.

В процессе забоя животных и хранения мясопродуктов гликоген превращается в молочную кислоту.

Модифицированные  крахмалы. Эта группа полисахаридов все более широко применяется в пищевой промышленности. Технологические свойства модифицированных крахмалов в результате физического, химического, биологического воздействия отличаются от свойств натурального крахмала. Модификация позволяет существенно изменить шдрофильность крахмала, способность к клейстеризации, студнеоб- разование. Модифицированные крахмалы нашли применение в хлебопекарной, кондитерской промышленности, в том числе для получения безбелковых продуктов для диетического питания.

Не  крахмальные полисахариды

Полисахариды, которые в отличие  от крахмала не перевариваются пищеварительными ферментами и не усваиваются, объединены в группу пищевых волокон. Однако не крахмальные полисахариды рассматриваются не как балластные и бесполезные вещества, а как часть пищи, имеющая важное значение для нормальной функции желудочно-кишечного тракта и профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета, некоторых форм рака.

Клетчатка (целлюлоза) — самый распространенный не крахмальный полисахарид. Это основной компонент клеточных стенок растений, придающий им прочность. Клетчатка нерастворима в воде и в обычных условиях не гидролизуется кислотами.

Гемицеллюлозы образуют совместно с целлюлозой клеточные стенки растительных тканей. Присутствуют в оболочках зерна, кукурузных початках, подсолнечной лузге. Растворимы в щелочных растворах и гидролизуются кислотами легче, чем целлюлозы. К гемицеллюлозам иногда относят агар-агар, присутствующий в агароносных морских водорослях и применяемый в кондитерской промышленности как желирующий агент (пищевая добавка).

Пектины входят в состав клеточных стенок и межклеточных образований растений наряду с целлюлозой, гемицеллюлозой, лигнином. Содержатся также в клеточном соке. Больше всего пектиновых веществ в плодах и корнеплодах. Получают пектины из яблочных выжимок, свеклы, корзинок подсолнечника, цитрусовых. Различают нерастворимые пектины (протопектины), которые входят в состав первичной клеточной стенки и межклеточного вещества, и растворимые, содержащиеся в клеточном соке. При созревании и хранении плодов нерастворимые формы пектина переходят в растворимые. Размягчение плодов происходит и при тепловой обработке растительных продуктов.

На способности пектинов образовывать гели в присутствии кислоты и сахара основано использование их в качестве студнеобразующего вещества для производства мармелада, пастилы, желе и джемов.

3.2. Углеводы в  пищевых продуктах

Углеводы содержатся в зерновых, овощах и фруктах (табл. 6). Из животных продуктов только в молочных есть сахар лактоза. Столовый белый сахар, сладости, мед, варенье содержат простые сахара. Преимущество растительной пищи заключается в том, что в ней находятся как простые углеводы — сахара, так и высоко-молекунирные полисахариды — крахмал и пищевые во локона. При созре- иании овощей количество крахмала увеличивается, простых Сахарой уменьшается. При созревании фруктов становится больше простых Сахаров, а крахмала — меньше. Поэтому зрелые овощи становится менее сладкими, а фрукты — более сладкими.

Переваривание и  усвоение углеводов пищи

Легко и быстро усваиваются простые  сахара фруктоза и глюкоза. Дисахариды сахароза, мальтоза и лактоза утилизируются после их гидролиза ферментами пищеварительного тракта до соответствующих моносахаров. Крахмал и декстрины усваиваются медленнее. Предварительно должен произойти их гидролиз до глюкозы, поэтому потребление крахмала в отличие от моно- и дисахаридов не приводит к быстрому увеличению содержания глюкозы в крови. Пищевые волокна (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин и др.) наш организм непосредственно не усваивает, но они частично расщепляются под воздействием ферментов, выделяемых микрофлорой толстого кишечника.

Для всасывания углеводы должны гидролизоваться до моносахаридов. Переваривание углеводов осуществляется на всех участках желудочно-кишечного тракта, начиная с ротовой полости. Амилаза слюны частично расщепляет крахмал. Ферменты сахараза, лак- таза, мальтоза расщепляют дисахариды до глюкозы, фруктозы и галактозы. Всосавшиеся в кровь моносахариды поступают в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу.

Углеводы играют исключительно  большую роль в питании человека как важнейший (причем самый дешевый) источник энергии, которая поступает с пищей. В рационе россиян углеводы обеспечивают поступление 55—65% энергии (в развивающихся странах этот показатель достигает 80%).

Все углеводы в организме в конце концов превращаются в глюкозу. Этот простой сахарид является важнейшим «топливом» для организма. Благодаря процессу глюконеогенеза аминокислоты также способны превращаться в глюкозу, которая является преимущественным источником энергии в мышцах, нервной системе и легких.

Что происходит с глюкозой в организме? Во-первых, она окисляется для получения энергии. Во-вторых, когда количество глюкозы превышает необходимый для получения энергии уровень, она превращается в гликоген. Мышцы и печень человека способны запасать 300—400 г гликогена, что соизмеримо с общим количеством углеводов, поступающим с пищей за сутки. В случаях превышения затрат энергии над потреблением гликоген превращается в глюкозу. После исчерпания энергии гликогена организм начинает использовать запасы жиров. Наконец, когда запасается достаточное количество гликогена, из глюкозы синтезируются жиры и откладываются в жировых клетках.