Основные составные вещества пищевых продуктов и их роль в питании человека

Важнейшим условием существования живых организмов является постоянный обмен веществ. Распадаясь в организме до простых составляющих, пища служит источником пластических и энергетических ресурсов, которые в процессе анаболизма (ассимиляции) расходуются организмом на восстановление и синтез собственных клеточных структур, процессы размножения клеток, различные процессы жизнедеятельности. В живом организме непрерывно идет процесс окислительного разрушения клеток и выведения продуктов распада из организма - катаболизм (от греч. «katabole» - сбрасывание, разрушение), диссимиляция. У взрослого человека эти процессы находятся в состоянии динамического равновесия, у молодого, растущего организма процессы ассимиляции преобладают над процессами диссимиляции. Длительное нарушение равновесия между поступлением, синтезом, распадом и выделением веществ из организма приводит к серьезным нарушениям обмена веществ и вызывает ряд заболеваний, таких, как ожирение, атеросклероз, отложение солей и др.

Пищеварение, т.е. расщепление сложных органических веществ пищи под действием биологически активных веществ (желудочного сока, сока поджелудочной железы, желчи, желчных кислот и др.), - первый этап обмена веществ. Основными продуктами расщепления белков в процессе пищеварения являются аминокислоты, продуктами переваривания липидов - глицерин, фосфорная кислота, холин, жирные кислоты, холестерин, жирорастворимые витамины и др. Углеводы расщепляются в организме главным образом до глюкозы и в таком виде поступают в кровь. Процесс всасывания простых составляющих пищи и поступление их в кровь непосредственно или через лимфу - второй этап обмена веществ. Третьим этапом обмена веществ является процесс тканевого дыхания или окисление кислородом воздуха углеводов, жиров и частично белков, входящих в состав собственных клеточных структур. При окислении в живом организме 1 г углеводов или 1 г белков высвобождается 16,72 кДж (4 ккал) энергии, при окислении 1 г жира - 37,62 кДж (9 ккал). Часть энергии расходуется организмом на различные жизненно важные функции, другая часть может запасаться им в виде богатых энергией фосфорных соединений - АТФ и расходоваться по мере необходимости.

Цель государственной политики в области здорового питания - сохранение и укрепление здоровья населения, профилактика заболеваний, которые обусловлены отклонениями от правильного питания. Наука о питании учитывает изменения условий жизни современного человека, связанные с техническим прогрессом, понижением доли физического труда и возрастанием интенсивности психических напряжений, ухудшением экологической обстановки в мире и др. Структура рационального питания складывается из нескольких основных элементов – количественной стороны питания, или энергетической ценности пищи, качественной стороны и режима питания.

В основе современного представления о питании лежит концепция оптимального питания, которая базируется на обеспечении организма энергией, эссенциальными макро- и микронугриентами и рядом непищевых биологически активных компонентов пищи - биофлавоноидами, фитостеролами и др., т.е. всего комплекса пищевых веществ. Благодаря такому питанию организм человека получает резервные возможности для адаптации организма к неблагоприятным факторам окружающей среды физической, химической и биологической природы.

Белки

Белки - важнейшие, жизненно необходимые компоненты живого организма. Они составляют до 20% массы человеческого тела и примерно 50% сухой массы клеток. Главным условием существования любого живого организма является процесс самообновления белковых структур. Скорость этого процесса различна для различных живых организмов. Установлено, что белки человеческого организма в течение жизни обновляются около 200 раз. Для обновления 50% всего имеющегося белка взрослому человеку требуется 80 дней, 50% белка печени и крови - 10 дней. Этот же процесс в мышцах и коже протекает за 158 дней. Источником материала для построения собственных клеточных структур организма служат белки пищи.

Структурной единицей белков являются аминокислоты, которые в определенных комбинациях образуют до ста тысяч разновидностей белков, выполняющих в организме самые разнообразные функции. Одни белки входят в состав ядра, протоплазмы и клеточных мембран, выполняя пластические функции построения тканей живого организма, другие - в состав костей и хрящей, выполняя опорные функции. Белки входят в состав нуклеопротеидов, участвуя в процессах воспроизводства живой материи. Особая группа белков управляет химическими реакциями, протекающими в организме, обусловливая распад и синтез веществ, ускоряя или замедляя реакции. Каталитические функции присущи белкам-ферментам. Такие белки, как актин и миозин, обеспечивают сократительную функцию мышц. Белки выполняют также транспортную функцию, обеспечивая перенос к тканям и органам питательных веществ, кислорода воздуха, продуктов обмена веществ. Примером такого белка может служить гемоглобин крови. С белками связаны защитные функции нашего организма, белки иммунных тел предохраняют его от вторжения чужеродных белков.

Пищевая ценность белков определяется двумя факторами: аминокислотным составом и усвояемостью организмом человека. Аминокислотный состав белков играет очень важную роль. Для создания собственных белков организм нуждается в полном наборе аминокислот и в таком сочетании и количестве, которое требуется для этого процесса. Всего в синтезе белков участвует 20 аминокислот, но 8 из них являются незаменимыми (эссенциальными), так как они не синтезируются в нашем организме и должны поступать с пищей. К ним относятся: метионин, лизин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин и валин. К незаменимым аминокислотам причисляют еще гистидин и аргинин, которые не синтезируются детским организмом.

По аминокислотному составу белки пищи можно разделить на три группы. В первую группу входят белки высокой биологической ценности. Они содержат все незаменимые аминокислоты, причем в пропорциях, выгодных для организма человека. Это белки животного происхождения - яйца, коровье молоко, сыр, мясо, рыба. Во вторую группу - белки невысокой биологической ценности, которые также содержат все незаменимые аминокислоты, но в пропорциях, невыгодных для организма человека. К ним относятся белки злаковых культур. В третью группу - белки, в которых отсутствует хотя бы одна аминокислота, так называемые неполноценные белки. Для определения биологической ценности белков ФАО/ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) предложила стандартную аминокислотную шкалу для сопоставления состава любого исследуемого белка. С этой целью химическими методами определяют содержание всех аминокислот в исследуемом продукте. Затем вычисляют процентное содержание каждой из аминокислот по отношению к ее содержанию в стандартном «идеальном» белке. Эту величину называют аминокислотным скором. Лимитирующей биологическую ценность белка является та аминокислота, скор (%) которой имеет наименьшее значение. Обычно рассчитывают скор для наиболее дефицитных аминокислот: лизина, триптофана и суммы серосодержащих аминокислот. В природе не существует белка, идеального по содержанию всех незаменимых аминокислот, хотя белки куриного яйца и женского молока имеют скор для всех незаменимых аминокислот, близкий к 100%. В рационах питания населения наблюдается дефицит в основном трех незаменимых аминокислот: триптофана, лизина и метионина. Этими аминокислотами бедны белки злаковых. Так, белок пшеницы дефицитен по содержанию лизина, в белках кукурузы наблюдается дефицит триптофана. Белки сои и других бобовых по своему аминокислотному составу близки к животным белкам, но значительно хуже усваиваются организмом человека. Незаменимые аминокислоты не только участвуют в синтезе тканевых белков, но и выполняют другие очень важные функции в организме человека. Например, лизин, триптофан и аргинин играют важную роль в пластических процессах роста. Аргинин необходим для нормального функционирования половых желез, фенилаланин нормализует функцию щитовидной железы. Лизин способствует синтезу гемоглобина в крови и при его недостатке снижает содержание эритроцитов в крови. Отсутствие метионина вызывает нарушение обмена жиров и фосфатидов в печени. Метионин оказывает благотворное влияние при лучевом облучении организма и при отравлении некоторыми промышленными ядами. Для удовлетворения потребностей организма в полноценных белках необходимо сочетать белки животного и растительного происхождения. Основные источники незаменимых аминокислот находятся в молочных продуктах, сыре, рыбе (особенно в треске), яйцах, мясе и др. Организм человека должен получать в достаточном количестве и все заменимые аминокислоты, так как при их недостатке возрастает потребность в незаменимых аминокислотах, которые будут расходоваться на синтез недостающей аминокислоты.

Интенсивность процесса расщепления белков в пищеварительном тракте человека зависит от активности протеолитических ферментов и податливости белков пищи действию этих ферментов. Расщепление белков начинается в желудке. Хлороводородная кислота желудочного сока активизирует пепсиноген, превращая его в пепсин, оказывает денатурирующее действие на белки пищи и вызывает их набухание, облегчая процесс расщепления. Пища находится в желудке в течение нескольких часов, претерпевая значительные изменения. Под действием пепсина при рН 1,5-2,5 происходит дезагрегация белков и их частичное расщепление до пептидов различной молекулярной массы. Дальнейшее расщепление белков происходит в тонком кишечнике. Сок поджелудочной железы, имеющий щелочную реакцию (рН 7,5-8,5), содержит протеолитические ферменты трипсин, химотрипсин и другие протеазы, а также коллагеназу, под действием которых завершается процесс превращения полипептидов и белков в отдельные аминокислоты, которые всасываются через стенки кишечника в кровь и лимфу. Белки пищи усваиваются в среднем на 92%, при этом усвояемость белков животного происхождения составляет 97%, а растительного - 83-85%. На процесс усвояемости белков оказывает влияние не только их аминокислотный состав, но и другие составные вещества пищи - витамины, минеральные вещества (соли кальция) и др.

Для удовлетворения потребностей населения в белке в будущим могут быть использованы нетрадиционные продукты питания. Прежде всего речь идет о биотехнологических продуктах. К сожалению, различные нетрадиционные продукты имеют серьезные недостатки. К тому же получение большинства этих продуктов требует подвода энергии.

Для решения вопроса «можно ли накормить такое большое население» ученые рекомендуют в ближайшем будущем:

· увеличение урожайности растений, прежде всего в развивающихся странах, за счет стимулирования путем установления соразмерных цен на сельскохозяйственные продукты, специальное обучение и консультации крестьян, а также помощь в необходимых средствах производства по приемлемой цене;

· сокращение потерь продовольствия и пищевых средств за счет создания необходимых условий хранения и усиления борьбы с вредителями;

· приведение в соответствие содержания полезных животных с региональной кормовой базой.

Липиды

Липиды - это смесь органических соединений, близких по физико-химическим свойствам. Липиды не растворяются в воде и хорошо растворяются в органических растворителях (бензине, бензоле и др.), содержат в молекулах длинноцепочечные углеводородные радикалы и сложноэфирные группировки. Широко распространены в природе, так как являются обязательным компонентом каждой клетки. Важнейшими представителями простых липидов являются ацилглицерины (глицериды) - сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных карбоновых (жирных) кислот, которые называют маслами и жирами. При всем своем многообразии жиры отличаются друг от друга главным образом природой входящих в их состав жирных кислот и их положением. Жирные кислоты подразделяются на предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные). Из насыщенных жирных кислот наиболее часто встречаются пальмитиновая и стеариновая, которые придают жирам твердую консистенцию. Другие насыщенные кислоты (масляная, капроновая, миристиновая) встречаются реже. Непредельные жирные кислоты широко распространены в растительных маслах, жире морских животных и рыб, имеют жидкую консистенцию при комнатной температуре, легко окисляются и обладают высокой биологической активностью. В состав жиров входят чаще всего три ненасыщенные жирные кислоты: олеиновая, линолевая и линоленовая с одной, двумя и тремя двойными связями соответственно. Наибольшее значение имеет арахидоновая киолота, имеющая четыре двойных связи. В жирах морских животных и рыб встречается клупанодоновая кислота с пятью двойными связями. Все жиры имеют ряд общих свойств: они нерастворимы в воде, но растворимы в ряде органических растворителей (бензин, бензол, хлороформ и др.). Это свойство используют при извлечении жиров из животных и растительных тканей; жиры - хорошие растворители ароматических летучих веществ, а в присутствии поверхностно-активных веществ образуют с водой стойкие эмульсии. Это свойство жиров широко используется при приготовлении пищевых эмульсий - маргари­нов, майонезов и др. Плотность жиров меньше единицы, при 15⁰С она колеблется от 0,87 до 0,98 г/см³; жиры обладают способностью преломлять свет. Чем больше молекулярная масса входящих в состав жира жирных кислот и выше степень ненасыщенности, тем больше значение коэффициента преломления. Таким образом, природу жира можно определить по способности преломлять свет; при нагревании (250-300°С) жиры разлагаются с образованием летучих веществ, в состав которых входит акролеин, обладающий неприятным вкусом и запахом. При хранении в неблагоприятных условиях (при повышенной температуре, на свету и т.д.) жиры прогоркают, в них появляются свободные одноосновные кисло­ты - масляная, муравьиная, уксусная и др., перекиси, альдегиды и кетоны. Такие жиры непригодны к употреблению. Различают химическое и биохимическое прогоркание жиров. Химическое прогоркание возникает при контакте жира с кислородом воздуха, на свету, при повышенной температуре и высокой относительной влажности воздуха. Оно ускоряется при контакте жиров с металлами (железо, медь и др.). Биохимическое прогоркание происходит под действием ферментов липазы и липоксигеназы. Почти во всех жирах содержатся вещества (антиоксиданты), способные предотвращать окисление жира. Сильные антиоксиданты содержатся в какао-масле, жире овса, сои. К природным антиоксидантам относятся токоферолы (витамин Е), содержащиеся в растительных маслах. Антиоксиданты локализуются в красящих веществах масла (липохромах), при рафинировании масел их удаляют и масло становится менее стойким при хранении. Наиболее важными характеристиками жира являются число омыления, йодное число, кислотное число, температура плавления и затвердевания, показатель преломления и др.

Жир входит в состав организма в двух формах: в виде запасного, или резервного, жира и в виде структурного, или протоплазматического. Запасной жир сосредоточен в подкожном слое и в сальниках. Он используется организмом для обновления структурного жира, как источник энергии, служит смазочным материалом, делая кожу эластичной и предотвращая ее высыхание. Располагаясь между внутренними органами, запасной жир предохраняет их от ударов и смещений. Подкожный жир предохраняет организм от переохлаждения. Структурный жир входит в состав протоплазмы клеток в виде сложных комплексов с белками (липопротеиновые комплексы), а в форме фосфолипидов (фосфатидов) - в состав клеточных и внеклеточных мембран всех тканей. Жиры растворяют витамины А, D, Е, К и способствуют их усвоению. Жиры, входящие в состав нервных клеток, обеспечивают передачу нервных импульсов, участвуют в образовании ряда гормонов. Структурный жир регулирует процессы обмена веществ в клетках. Фосфатиды легко синтезируются самим организмом при наличии всех необходимых элементов для этого синтеза. Синтез может быть нарушен только при недостаточном поступлении в организм белков, жиров и углеводов. Фосфатиды содержатся в растительных нерафинированных маслах, яичном желтке, мозге, печени животных и других продуктах. В группе стеринов важную физиологическую роль играет холестерин. Он является структурным компонентом клеток, участвует в образовании некоторых гормонов, необходим для синтеза желчных кислот. Холестерин содержится во всех тканях организма - мышцах, печени, крови, нервной и мозговой тканях. Холестерин поступает в организм человека с пищевыми продуктами и синтезируется в нем. Уровень холестерина в крови должен быть постоянным. При нарушении холестеринового обмена он откладывается на стенках кровеносных сосудов, в желчных путях, нарушая их функции, способствуя развитию атеросклероза и образованию желчных камней.

Важные физиологические функции выполняют полиненасы-щенные жирные кислоты (ПНЖК) - арахидоновая, линолевая и линоленовая. Они являются незаменимыми факторами питания, комплекс полиненасыщенных жирных кислот рассматривают как фактор F, биологическое значение которого приравнивается к витаминам (его часто называют витамином F). Арахидоновая кислота синтезируется в организме из линолевой кислоты при достаточ­ном поступлении в организм витамина В₆. ПНЖК влияют на обмен холестерина, стимулируя его выведение из организма; оказывают нормализующее действие на стенки кровеносных сосудов, повышая их эластичность; участвуют в обмене некоторых витаминов (тиамина и пиридоксина); повышают устойчивость организма к инфекционным заболеваниям и действию радиации и др. ПНЖК необходимы для образования клеточных гормонов - простагландинов. При их недостатке нарушается структура оболочек клеток, наблюдается воспаление кожных покровов.

Важную роль играет наличие в жире полиненасыщенных жирных кислот, фосфолипидов, стеринов и жирорастворимых витаминов, выполняющих в организме разнообразные функции. По биологической активности и содержанию ПНЖК жиры делят на три группы. К первой группе относят растительные масла с высоким содержанием ПНЖК (50-80%): подсолнечное, соевое, кукурузное, хлопковое и др. Ко второй группе - жиры средней биологической активности, ПНЖК (15-22%): масло оливковое, сало свиное, жир куриный и др. К третьей группе - жиры с содержанием ПНЖК 5-6%: бараний, говяжий, молочный и др. Потребность организма в ПНЖК для взрослых людей составляет 5-10 г/сут, что соответствует потреблению 20-30 г растительных масел. Попадая в организм человека, жиры подвергаются гидролитическому расщеплению на глицерин и жирные кислоты. Процесс расщепления жира достаточно сложен, в нем участвует не только фермент липаза, но также желчь и желчные кислоты. Переваривание жиров идет в тонком кишечнике. В двенадцатиперстную кишку поступают две физиологически важные жидкости: сок поджелудочной железы и желчь. Липаза, содержащаяся в соке поджелудочной железы, под влиянием желчных кислот переходит в активное состояние, соли желчных кислот переводят жир в эмульгированное состояние, в результате чего жир гидролизуется. Образовавшийся глицерин хорошо растворяется в воде и быстро всасывается стенками кишечника. Всасывание нерастворимых в воде жирных кислот идет при участии желчных кислот, которые образуют с ними растворимые в воде комплексные соединения. Усвояемость жира зависит от температуры его плавления. Если температура плавления ниже 36°С, то жир усваивается на 97-98%, если температура плавления жира выше 37⁰С, усвояемость его лежит в пределах 90%. Тугоплавкие жиры (говяжий, бараний жир), у которых температура плавления выше 45-50°С, усваиваются организмом плохо.

Для покрытия энергетических затрат организма и построения его клеточных структур взрослому человеку необходимо 80-100 г жира в сутки. Сюда входит не только жир в чистом виде (сливочное и растительное масло), но и жир, входящий в потребляемые мясо, рыбу, сыр, молоко и другие продукты питания. За счет жира в пищевом рационе должно обеспечиваться 33% суточной энергетической потребности. При тяжелой физической работе потребность организма в жирах возрастает. Недостаточное потребление жира может привести к нарушению функций центральной нервной системы, половых желез, ослабляются иммунитет и устойчивость организма к воздействию неблагоприятных факторов, ухудшается усвояемость витаминов и провитаминов, содержащихся в растительной пище. Избыточное потребление жиров приводит к чрезмерному отложению жира в организме, возникновению атеросклероза, нарушениям функции печени. Избыточное количество жира создает излишнюю нагрузку на пищеварительный аппарат, ухудшает усвояемость кальция, магния и других веществ, в процессе всасывания которых участвуют желчь и желчные кислоты.