Углеводы

Углеводы являются незаменимыми питательными веществами для человека. Они особенно важны в качестве источника энергии для мышечной деятельности и поддержании температуры тела. Другой важной функцией углеводов является регулирование обмена белков и жиров. Углеводы играют очень важную роль в питании человека. Они являются наиболее дешевым и количественно преобладающим источником энергии. Углеводы и их производные входят в состав различных тканей и жидкостей организма, выполняя пластические функции, оказывают тонизирующее действие на центральную нервную систему. Некоторые углеводы и их производные выполняют в организме защитные функции. Так, гепарин предотвращает свертывание крови и образование тромбов, гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через оболочку клетки и т.д.

В состав пищевых продуктов входят три группы углеводов: моносахариды (глюкоза, галактоза и фруктоза), олигосахариды (ди-сахариды, трисахариды), полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка, пектиновые вещества).

Моносахариды присутствуют в пищевых продуктах в свободном виде или в связанной форме, являясь основой строения сложных углеводов. Они обладают восстанавливающей способностью, в щелочной среде разлагаются, обладают сладким вкусом. Глюкоза - самый распространенный сахар, содержится в меде, плодах, овощах, зеленых частях растений, входит в состав сахарозы, крахмала и клетчатки. В промышленности ее получают путем гидролиза крахмала. Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается, она входит в состав молочного сахара - лактозы и га-лактозидов, принимающих участие в высшей нервной деятельности. Фруктоза, как и глюкоза, присутствует в меде, плодах, ягодах, повышая их сладость. Она гигроскопична, неустойчива в щелочной среде, входит в состав сахарозы, раффинозы, полисахарида инулина, из которого ее получают. Если принять сладость сахарозы за 100 усл. ед., то сладость глюкозы равна 74, фруктозы - 173, галактозы - 32,1, лактозы - 16.

Из олигосахаридов с пищевой точки зрения интерес представляют только дисахариды - сахароза, лактоза и мальтоза. Самым употребляемым сахаром является сахароза. Источником сахарозы являются сахарная свекла, мед, фрукты и ягоды. В промышленных масштабах сахарозу получают из сахарных свеклы и тростника. Лактоза состоит из остатков глюкозы и галактозы, встречается только в молоке и молочных продуктах, является самым несладким сахаром, относительно трудно растворяется в воде и даже в больших концентрациях не вызывает раздражения слизистых оболочек, однако служит хорошей средой для развития молочнокислых бактерий. Мальтоза состоит из двух остатков глюкозы. В свободном состоянии встречается в небольших количествах в семенах злаковых культур, образуется при действии на крахмал β-амилазы, поэтому ее называют солодовым сахаром. В отличие от других дисахаридов, мальтоза обладает восстанавливающей способностью, может использоваться в качестве улучшителя качества хлеба, так как замедляет процесс его черствения. Мальтоза сбраживается дрожжами и молочнокислыми бактериями. Крахмал - запасной углевод, который в больших количествах содержится в зерновых и картофеле. Гликоген содержится в различных тканях и органах человека: примерно 38% от общего количества сосредоточено в печени, до 44% - в мышцах и около 9% - в костях. Строение молекул крахмала и гликогена сходно, но молекула гликогена более компактна. По свойствам он ближе к амилопектину, чем к амилозе, как и крахмал, дает цветную реакцию с йодом. При полном гидролизе гликогена образуется D-глюкоза. Гликоген сравнительно хорошо растворяется в горячей воде.

Целлюлоза (клетчатка) содержится в растениях, входит в состав опорных тканей и клеточных стенок. В основе ее строения лежит молекула глюкозы. В организме человека отсутствуют ферменты для расщепления целлюлозы. Клетчатка поступает в наш организм с продуктами растительного происхождения - фруктами, овощами, крупами, хлебом из муки грубого помола.

Пектиновые вещества по химической природе представляют собой смесь веществ типа полисахаридов, в основе строения которых находится полигалактуроновое ядро, состоящее из остатков галактуроновой кислоты, этерифицированных метанолом и соединенных между собой гликозидными связями. Пектиновые вещества содержатся в продуктах растительного происхождения - плодах (яблоки, груши, цитрусовые), ягодах (красная и черная смородина и др.), клубнях (свекла, морковь и др.), косточковых, корзинках подсолнечника. Сырьем для их получения в промышленности служат яблочные выжимки. В кондитерской промышленности при производстве мармелада, пастилы, джема широко используется свойство пектиновых веществ образовывать студни в присутствии кислоты и сахара. В недозрелых плодах и овощах пектин находится в соединении с клетчаткой - эта нерастворимая в воде форма пектина называется протопектином. По мере созревания плодов протопектин переходит в растворимую форму - гидратопектин. Процесс гидролиза пектина идет под действием фермента протопектиназы, при этом происходит постепенное отщепление метоксильных групп - деметоксилирование, в результате чего желирующая способность пектина снижается. Пектин, полностью освобожденный от метоксильных групп, желирующей способностью не обладает и называется пектовой кислотой. Пектиновые вещества предохраняют плоды и овощи от высыхания, удерживая коллоидную влагу, они входят в состав клеточных стенок вместе с клетчаткой, выполняя опорные функции.

Пищевая ценность зависит от качества потребляемых углеводов. Энергетическая ценность 1 г углеводов составляет 16,72 кДж (4 ккал). Углеводы - это основной энергетический материал, их роль особенно возрастает при интенсивной физической нагрузке. Но при резком снижении доли физического и возрастании доли умственного труда, которое наблюдается во всех странах мира, избыток углеводов вреден, он вызывает нарушение обмена веществ, ожирение, возникновение аллергических реакций, диабета, сердечно-сосудистых заболеваний и т.д. Переваривание углеводов может начинаться в ротовой полости, так как слюна содержит амилазу, расщепляющую крахмал. Но практического значения этот процесс не имеет - пища задерживается здесь недолго. В желудке отсутствуют ферменты для расщепления углеводов, кроме того, рН желудочного сока 1,5-2,5, поэтому амилаза слюны не действует. Процесс расщепления углеводов идет в кишечнике под действием амилаз и других ферментов желудочного сока и сока поджелудочной железы. Углеводы легче других пищевых веществ усваиваются организмом человека. Наиболее быстро всасывается в кишечнике глюкоза, несколько медленнее - фруктоза. Дисахариды (особенно сахароза) легко расщепляются ферментами пищеварительного тракта и быстро усваиваются, что может вызвать подъем уровня глюкозы в крови. Гидролиз лактозы в кишечнике протекает несколько медленнее, что благоприятно сказывается на деятельности микрофлоры из-за ограничения в нем процессов брожения. Часть фруктозы и галактозы задерживается печенью, превращаясь в гликоген, другая часть этих сахаров поступает непосредственно в кровь. Усвоение крахмала происходит постепенно. Он подвергается действию α-амилазы, образующаяся при этом мальтоза расщепляется до глюкозы и через стенки тонкого кишечника поступает в кровь. Так как крахмал защищен клетчаткой от непосредственного действия пищеварительных ферментов, он не вызывает быстрого увеличения содержания глюкозы в крови и поэтому предпочтительнее для организма, чем моно- и дисахариды. Целлюлоза (клетчатка) и пектиновые вещества не усваиваются организмом человека из-за отсутствия в нем соответствующих ферментов. Однако нежная клетчатка картофеля, капусты и других овощей может частично гидролизоваться под действием целлюлазы, продуцируемой некоторыми бактериями кишечника. На обмен углеводов в организме оказывают влияние некоторые витамины. Так, при недостатке витамина В₁ (тиамина) в тканях накапливаются недоокисленные продукты обмена углеводов, в частности, молочная кислота, нарушается метаболизм жиров и белков.

Потребность организма в углеводах зависит от пола и возраста человека, но определяется главным образом величиной энергетических затрат человека. Углеводы являются важными компонентами пищи, но их неумеренное потребление вредно отражается на жизнедеятельности организма человека.