Значение в питании человека отдельных компонентов пищи
Основные пищевые вещества – белки, жиры, углеводы, витамины и минеральные вещества. Они необходимы для нормального роста и развития, поддержания и восстановления тканей, размножения человека. Поэтому их содержание в рационе должно быть на оптимальном уровне. Как недостаток, так и избыток этих веществ может привести к различной степени тяжести интоксикациям организма.
В последние десятилетия очень активно развивается наука нутрициология – специальная наука о питании, изучающая его состав. Как грамотность человека начинается с освоения азбуки, так и познания о питании с анализа простейших представлений о роли питательных веществ в организме человека, ценных качествах и недостатках важнейших продуктов питания.
Белки – это высокомолекулярные соединения, биополимеры, построенные из остатков аминокислот. Белки являются основным пластическим материалом для построения и постоянного обновления собственных тканей и клеток организма человека, так как состоят из тех же аминокислот, что и пища.
Переваривание белков происходит в желудке, где под действием ферментов – протеаз, белки гидролизуются до свободных аминокислот.
Основные биологические функции белков:
1. структурная – белки участвуют в построении всех клеточных структур организма;
2. ферментативная или каталитическая – все ферменты – белки, обеспечивают высокую скорость и избирательность биохимических реакций в организме;
3. гормональная или регуляторная – большинство гормонов – белки, гормоны регулируют обмен веществ в клетке (например, гормон инсулин регулирует обмен углеводов в организме человека);
4. транспортная – белки связывают и транспортируют различные вещества в тканях и между тканями (например, белок гемоглобин доставляет в ткани кислород);
5. защитная или иммунологическая – белки-антитела участвуют в обезвреживании чужеродного белка-антигена в организме;
6. трофическая – белки имеют большое значение в питании человека и животных;
7. сократительная – белки обеспечивают сокращение и расслабление мышц, то есть все формы движения, включая работу всех внутренних органов.
Белки могут выступать в качестве источника энергии, но они никогда не откладываются в организме про запас. Избыточное количество поступившего с пищей белка расходуется для получения дополнительной энергии.
Все многообразие белков обеспечивается 20 α-аминокислотами, соединенными в различной последовательности друг с другом посредством специфической для белков пептидной связи. α-аминокислоты представляют собой производные жирных кислот, в которых одна молекула водорода замещена аминогруппой -NH2.
Ряд особенностей химических свойств аминокислот обусловлен их амфотерным строением. Изменение рН внешней среды способно менять свойства аминокислот с кислотных на основные, и наоборот. Аминокислоты – оптически активные соединения, то есть соединения способные проявлять химическую активность в зависимости от своей пространственной структуры. Это очень важное свойство, поскольку все биохимические реакции в организме высоко стереоспецифичны. Ферменты, или биологические катализаторы, активизируют биохимические реакции только в том случае, когда молекула-субстрат (то есть молекула, подвергающаяся действию фермента, «молекула-цель» фермента) находится в строго определенной пространственной конфигурации. Другими словами, молекула фермента только в том случае окажет свое воздействие на молекулу-субстрат, если пространственно они подходят друг к другу как «ключ к замку».
Источниками белка в пище являются в первую очередь мясо, рыба, молоко и молочные продукты, яйца, зернобобовые культуры, орехи. Вклад овощей и фруктов в обеспечение организма белком минимален. Содержание белка в основных продуктах питания приведено в таблице 1.
Таблица 1 – Содержание белка в основных пищевых продуктах
| Продукт | Белок, г/ 100 г продукта | Продукт | Белок, г/ 100 г продукта |
| Говядина | От 18,6 до 20,0 | Грибы сушеные | 20,1 |
| Баранина | От 15,6 до 19,8 | Орех фундук | 16,1 |
| Свинина мясная | 14,3 | Мука пшеничная | 10,6 |
| Печень говяжья | 17,9 | Мука ржаная сеяная | 6,9 |
| Куриное мясо | От 18,2 до 21,2 | Крупа манная | 10,3 |
| Утиное мясо | От 15,8 до 17,2 | Крупа гречневая | 12,3 |
| Яйца куриные | 12,7 | Крупа рисовая | 7,0 |
| Колбаса вареная | 12,2 | Хлеб пшеничный | От 7,6 до 8,1 |
| Сервелат | 24,0 | Хлеб ржаной | От 4,7 до 7,0 |
| Молоко | 2.8 | Макароны | От 10,4 до 11,8 |
| Творог нежирный | 18,0 | Капуста | 1,8 |
| Сыры (твердые) | От 19,0 до 31,0 | Свекла | 1,5 |
| Картофель | 2,0 | Яблоки, груши | 0,4 |
| Горох | 20,5 | Фасоль | 21,0 |
Усвояемость белков пищи для синтеза белков организма тем выше, чем лучше их аминокислотный состав обеспечивает потребности организма. Человеческий организм способен образовывать из других веществ многие аминокислоты, но, по крайней мере, 8 из 20 аминокислот должны обязательно поступать с пищей в готовом виде. Эти аминокислоты получили название незаменимые или эссенциальные.
Набор этих аминокислот в продуктах животного происхождения лучшим образом удовлетворяет потребности человека для синтеза белков организма, нежели набор аминокислот растительной пищи. Одно из немногих исключений среди растительных продуктов – бобовые (горох, фасоль, чечевица, соя и др.), их аминокислотный состав ближе к мясу. Усвояемость белков пищи для синтеза белков организма названа биологической ценностью.
Таблица 2 – Аминокислоты пищи
| Незаменимые | Заменимые |
| Валин | Аланин Аспарагиновая кислота |
| Изолейцин | Аспарагин |
| Лейцин | Аргинин |
| Лизин | Глицин |
| Метионин (превращается в цистеин) | Глютаминовая кислота |
| Треонин | Глютамин |
| Триптофан | Пролин |
| Фенилаланин (превращается в тирозин) | Серин |
| Гистидин |
Исследуя аминокислотный состав продуктов питания, ученые выявили недостающие в них аминокислоты. Обнаружено, что, сочетая продукты с разными недостающими аминокислотами, усвояемость аминокислот можно повысить. Например, в пшенице не хватает лизина и треонина, а в картофеле этих аминокислот излишек, но недостает метионина и цистеина, которые могут быть восполнены за счет пшеницы. Соответственно, из пирожка с картошкой аминокислоты будут усвоены организмом лучше, чем из отдельно съеденных в разное время пшеничного хлеба и картофеля.
Таблица 3 – Недостающие (лимитирующие) аминокислоты растительной пищи
| Продукт растительного происхождения | Недостающие аминокислоты |
| Пшеница, овес, ячмень, гречиха, рис, кукуруза | Лизин, треонин |
| Просо | Лизин, Валин |
| Горох, картофель | Метионин, цистеин |
| Шпинат, абрикосы | Лейцин, метионин, цистеин |
| Грибы | Валин, метионин, цистеин |
Потребность человеческого организма в белке зависит от возраста, пола, климатических особенностей региона проживания. Оптимальным считается поступление белка из расчета не менее 1 г на 1 кг массы тела взрослого человека. Таким образом, потребность взрослого человека составляет в среднем от 70 до 110 г в сутки. У детей потребность в белке выше и составляет от 5 до 15 г на 1 кг массы тела, причем потребность тем выше, чем меньше возраст ребенка.
Белки животного и растительного происхождения должны поступать в организм с пищей в оптимальном соотношении, близком к 1:1, что вызвано их различной усвояемостью человеческим организмом и разной биологической ценностью. Однако, как показали исследования ученых (Мак-Кей, Н.М. Амосов, Г.С. Шаталов, Ю.А. Андреев) по подбору оптимальных соотношений пищевых продуктов по аминокислотному составу, минимальная достаточная потребность в белке может быть снижена в 2 раза и более, при условии достаточного поступления витаминов и минеральных веществ. Причем, разумное снижение белковой пищи в рационе способствовало, по данным многих авторов, увеличению продолжительности жизни животных на 50…100 %. Исследователями было высказано предположение, что при голодании и ограничении белкового питания, но с сохранением в рационе большого количества натуральных растительных продуктов, происходит перестройка обмена веществ организма человека в сторону более экономного и полного использования белка, поступающего с пищей, стимуляция процесса синтеза белка бактериями желудочно-кишечного тракта. Однако следует помнить, что необоснованное с научной точки зрения белковое голодание может вызвать серьезнейшие нарушения обмена веществ и заболевания. Так, Всемирная Организация здравоохранения определила минимальную потребность в белке в 35-40 г. Белковая недостаточность наступает в случае меньшего указанной нормы присутствия белков в пище человека. Последствиями белковой недостаточности является задержка роста и развития и целый ряд заболеваний: снижение иммунитета, нарушение функции желез внутренней секреции, «болезнь мучного питания», «сахарный ребенок», «тропический лишай». Тяжелой формой проявления белковой недостаточности является алиментарный маразм и квашиоркор. Симптомы алиментарного маразма – это низкая для своего возраста масса тела, исчезновение подкожного жирового слоя, общее истощение мускулатуры. Чаще всего это заболевание наблюдается у грудных детей и детей младшего возраста. Квашиоркор – это состояние, характеризующиеся отеками, низкой массой тела, пигментацией кожи.
Не меньший вред организму человека может нанести и избыточное поступление белка с пищей – это, прежде всего, неконтролируемые организмом процессы гниения белка в кишечнике с выделением токсичных промежуточных и конечных продуктов, например индола и скатола, сильно увеличивающаяся нагрузка на печень и почки, вызывающая их гипертрофию.
Жиры. Сало, сливочное и растительное масло, маргарин в значительной степени состоят из жиров, как часто в обиходе и называют эти продукты. Однако с точки зрения химии, эти жировые продукты наряду с жирами содержат и другие вещества. Собственно жирами являются сложные эфиры триглицериды – продукты взаимодействия трехатомного спирта глицерина и различных жирных кислот.
Переваривание жиров происходит в кишечнике, где под действием ферментов – липаз, жиры расщепляются на глицерин и свободные жирные кислоты. Всасыванию жирных кислот в кишечнике способствует желчь, она выступает как эмульгатор жиров.
Функции жиров в организме человека разнообразны:
1. энергетическая – жиры являются основным энергетическим материалом для организма, так при сжигании (окислении) 1 г жира выделяется 9,0 ккал (38,9 кДж), что в два раза больше, чем при сгорании белков или углеводов;
2. структурная – жиры входят в состав клеточных мембран (в нервной ткани жиров содержится до 25 %, а в клеточных мембранах – до 40 %);
3. гормональная – жиры являются источниками синтеза стероидных гормонов простагландина, тромбоксана;
4. транспортная – соединения жиров с белками – липопротеиды - являются переносчиками в организме жирорастворимых витаминов А, Д, Е, К.
5. терморегуляторная – прослойка жировой ткани, благодаря своим свойствам плохо проводить тепло, является изолятором, предохраняющим внутренние органы от переохлаждения;
6. механическая – прослойка жировой ткани служит для закрепления и поддержки некоторых внутренних органов (почки, кишечник) и защиты их от механических повреждений.
Содержание жиров (липидов) в основных пищевых продуктах приведено в таблице 4.
Разнообразие жиров, их кулинарные и пищевые свойства, воздействие на человека зависят от содержащихся в них жирных кислот. Жирные кислоты классифицируют по длине углеводородной цепочки в молекуле как коротко-, средне- и длинноцепочечные. Чем длиннее цепочки, тем тяжелее жир для усвоения организмом человека, а степень усвоения, как уже указывалось выше, есть показатель биологической ценности того или иного компонента пищи. Так, среднецепочечные жирные кислоты сливочного масла усваиваются детьми легче, чем более длинные молекулы жирных кислот из других жировых продуктов.
Таблица 4 – Содержание жира в продуктах питания, г/100 г продукта
| Продукты | Жир |
| Масло (растительное, топленое, сливочное), маргарины, жиры кулинарные, шпик свиной, орехи грецкие, свинина жирная, колбаса сырокопченая | свыше 40 |
| Сливки и сметана (20 % жирности и более), творожная масса особая, сыр «Голландский», свинина мясная, мясо уток, гусей, колбасы полукопченые, вареные, сосиски молочные, шпроты (консервы) | от 20 до 40 |
| Сыр плавленый, творог жирный, сыр «Литовский», мороженое сливочное, яйца, баранина, говядина, и мясо кур 1 категории, сардельки говяжьи, колбаса чайная и диетическая, семга, осетрина, сайра, сельдь жирная, икра | от 10 до 19 |
| Молоко, кефир жирный, творог полужирный, мороженое молочное. Баранина, говядина и мясо кур 2 категории, скумбрия, ставрида, сельдь нежирная, горбуша, килька, сдоба, помадные конфеты | от 3 до 9 |
| Творог обезжиренный, молоко соевое, кефир обезжиренный, судак, треска, хек, щука, фасоль, крупы, хлеб, молоко обезжиренное | менее 3 |
Еще одна важная характеристика жирных кислот – наличие или отсутствие в них ненасыщенных (двойных) связей, а также расположение двойных связей в молекуле. Особое физиологическое значение имеют для человека полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), которые входят в состав клеточных мембран и других структурных элементов тканей, кроме того, они играют важную роль в синтезе гормоноподобных веществ – простагландинов, регулирующих многие процессы обмена в организме. Причем некоторые из ПНЖК не могут быть синтезированы в организме человека – это линолевая (двойная связь у третьего атома углерода, считая от метильной группы) и линоленовая кислоты (двойная связь у шестого атома углерода, считая от метильной группы), следовательно, они должны в обязательном порядке поступать с пищей. В группу ПНЖК входит также арахидоновая кислота, она может синтезироваться из линолевой в присутствии витамина В6 и биотина. Линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты необходимы для нормального роста и обмена веществ живых организмов, эластичности их сосудов, недаром их принято объединять в витамин F.
В отличие от насыщенных жирных кислот ПНЖК способствуют выведению из организма холестерина и тем самым профилактике атеросклероза, их отсутствие в пище вызывает прекращение роста, некротические изменения кожи, изменения проницаемости капилляров.
По современным представлениям, сбалансированным считают следующий жирнокислотный состав жиров: ПНЖК – 10 %; мононенасыщенные жирные кислоты – 60 %; насыщенные - 30 %. Суточная потребность человека в линолевой кислоте составляет от 4 до 10 г, что соответствует от 20 до 30 г растительных масел. По биохимической классификации линолевая кислота и продукты ее превращения объединяются в семейство омега 6, а линеленовая кислота и продукты ее превращения – в семейство омега 3. Жирные кислоты одного семейства не могут переходить в другое в живом организме. Животные жиры беднее полиненасыщенными жирными кислотами, нежели растительные. В таблице 5 представлен жирнокислотный состав ряда животных продуктов.
Таблица 5 – Жирнокислотный состав жировых продуктов (г/ 100 г продукта)
| Продукт | Общее содержание жира и жироподобных веществ | Насыщенные жирные кислоты | Олеиновая кислота | Полиненасыщенные жирные кислоты | ||
| всего | В том числе | |||||
| линолевая | линоленовая | |||||
| Растительные масла арахисовое | 99,90 | 18,20 | 42,90 | 33,30 | 33,30 | Следы |
| горчичное | 99,80 | 3,90 | 22,40 | 23,40 | 17,80 | 5,60 |
| кокосовое | 99,90 | 84,60 | 7,80 | 1,70 | 1,70 | 5,60 |
| конопляное | 99,85 | 9,50 | 14,50 | 70,60 | 52,70 | 17,60 |
| кукурузное | 99,90 | 13,30 | 24,00 | 57,60 | 57,00 | 17,60 |
| оливковое | 99,80 | 15,75 | 64,90 | 12,10 | 12,00 | Следы |
| подсолнечное | 99,90 | 11,30 | 23,70 | 59,80 | 59,80 | |
| рапсовое* | 99,85 | 3/ 6,68 | 28,1/ 54 | 22,4/ 32,4 | 13,9/ 22,50 | 8,5/ 9,90 |
| соевое | 99,90 | 13,90 | 19,80 | 61,20 | 50,90 | 10,30 |
| хлопковое | 99,90 | 24,70 | 18,60 | 50,80 | 50,80 | Следы |
| Масло сливочное несоленое | 82,50 | 50,25 | 22,73 | 0,91 | 0,84 | 0,07 |
| Жир говяжий | 99,70 | 50,90 | 36,50 | 3,20 | 2,50 | 0,60 |
| Жир свиной | 99,70 | 39,64 | 43,00 | 10,60 | 9,40 | 0,70 |
| Маргарин молочный столовый | 82,00 | 17,40 | 42,90 | 17,80 | 17,80 | Следы |
| Маргарин «Здоровье» | 82,00 | 23,77 | 29,52 | 32,76 | 32,76 | Следы |
* -первая цифра относится к высокоэруковому рапсовому маслу. По кн.: Химический состав пищевых продуктов/ И.М. Скурихин и др. – М.: Пищ. пром-сть, 1979. – 246 с.
Из линоленовой кислоты образуются крайне важные для здоровья кислоты – эйкозапентаеновая (ЭПК) и докозагексаеновая (ДГК). ДГК важна для мозга, для сетчатки глаз и сперматозоидов. Излишек в пище ленолевой кислоты подавляет синтез в организме ЭПК и ДГК, поэтому особенно важно потреблять богатые линоленовой кислотой растительные масла или рыбу. Морская рыба в своем жире наряду с линоленовой кислотой содержит и готовые для потребления ДГК и ЭПК. К сожалению, в повседневном рационе людей нередко линоленовой кислоты, ЭПК и ДГК слишком мало по сравнению с поступлением линолевой кислоты.
Недостаток или избыток жиров практически в равной мере опасны для здоровья человека. При низком содержании жира в рационе, особенно у людей с нарушениями обмена веществ, сначала могут развиться гнойничковые заболевания кожи и ее сухость, затем наступает выпадение волос и нарушение пищеварения, понижается сопротивляемость инфекциям, нарушается обмен витаминов.
При избыточном употреблении жиров в пищу происходит их накопление в крови, печени и других тканях и органах. Повышается свертываемость крови, что может привести к закупорке кровеносных сосудов и развитию атеросклероза. Избыток жиров в тканях приводит к ожирению – одному из самых распространенных заболеваний во многих развитых странах, где потребление жиров на душу населения увеличивается или высока доля жира в традиционных рационах питания. Многие ученые-медики считают, что существует прямая зависимость между потреблением пищи, богатой жирами и возникновением рака толстой кишки. Высокое содержание жира в пище вызывает увеличение концентрации желчных кислот, эмульгирующих жиры, поступающих в кишечник. Желчные кислоты и некоторые другие компоненты желчи совместно с некоторыми продуктами распада белков оказывают на стенку кишки канцерогенное действие. Аналогичным действием на печень и почки обладают окисленные продукты обмена ПНЖК, которые накапливаются в желудочно-кишечном тракте в случае избыточного поступления кислот с пищей.
Углеводы это – основная составная часть пищевого рациона человека, поскольку их удельный вес в рационе примерно в 4 раза больше, чем жиров и белков. Углеводы выполняют в нашем организме самые разнообразные функции, но самая главная из них – энергетическая. Так, на протяжении всей своей жизни человек потребляет около 14 т углеводов, в том числе более 2,5 т моно- и дисахаридов. За счет углеводов обеспечивается около 60 % суточной энергоценности пищи, в то время как за счет белков и жиров вместе взятых только 40 %.
Углеводы – это первичные продукты фотосинтеза растений и основные исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях.
Около 60 % углеводов в рационе человека составляют углеводы в составе зерновых продуктов, от 14 до 26 % - сахар и сахаропродукты, от 8 до 10 % - углеводы в составе клубней и корнеплодов, и, наконец, от 5 до 7 % углеводов попадает в наш организм вместе с фруктами и овощами.
По пищевой ценности углеводы принято классифицировать на усвояемые и неусвояемые. Усвояемые углеводы перевариваются и метаболизируются в организме человека. В эту группу входят глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, мальтоза и альфа-глюконовые полисахариды – крахмал, декстрины и гликоген. Неусвояемые углеводы или пищевые волокна это – целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, пектиновые вещества, камеди и слизи. Они не перевариваются ферментами желудочно-кишечного тракта человека и выводятся из организма практически в том виде, в каком в него поступили.
Простейшие углеводы или моносахара (моносахариды) – глюкоза, фруктоза и галактоза. Соединяясь попарно, их молекулы образуют дисахара (дисахариды). Среди них наибольший интерес в аспекте питания человека представляют сахароза, мальтоза и молочный сахар (лактоза). Молекула сахарозы состоит из связанных воедино фруктозы и глюкозы. Сахарный песок представляет собой кристаллы сахарозы, а сахар-рафинад – ту же сахарозу с добавлением для белизны красителя, например ультрамарина. Молочный сахар состоит из соединенных молекул глюкозы и галактозы. Лактоза присутствует в молоке и перед всасыванием в кишечнике расщепляется на глюкозу и галактозу ферментом лактазой. Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы. Этот сахар образуется при гидролизе крахмала (например, в солоде), а также при переваривании крахмала. В процессе пищеварения из мальтозы получается глюкоза, а из сахарозы (сахара) – глюкоза и фруктоза.
Полисахариды или сложные углеводы называются так потому, что их молекулы состоят из большого числа соединенных молекул глюкозы. Свойства различных полисахаридов зависят от особенностей соединения в них молекул глюкозы, а также от химических изменений этих молекул. Важнейшим полисахаридом в аспекте питания человека является крахмал. Крахмал растений и животный крахмал (гликоген), содержащийся в мышцах и печени, сравнительно легко расщепляется ферментами пищеварительного тракта человека с образованием глюкозы. Переваривание крахмала начинается в ротовой полости под действием фермента слюны – амилазы, а завершается в кишечнике под действием его пищеварительных соков и сока поджелудочной железы. Крахмалом богаты зерновые продукты, мука и хлеб, бобовые. Картофель, орехи, бананы. Кондитерские изделия содержат много сахара. Источником моносахаридов являются многие фрукты, ягоды и мед.
Таблица 6 – Углеводы пищи
| Углевод | Источники в пище |
| Моносахариды: | |
| глюкоза | Многие фрукты, ягоды |
| фруктоза | Мед |
| галактоза | Главным образом в составе молока |
| Дисахариды: | |
| сахароза | Сахар, кондитерские изделия, некоторые фрукты и ягоды, мед (в небольшом количестве) |
| лактоза (молочный сахар) | Молоко и молочные продукты |
| мальтоза (солодовый сахар) | Продукт гидролиза крахмала |
| Полисахариды усвояемые: | |
| крахмал | Зерновые и бобовые продукты, орехи, некоторые фрукты (бананы и др.), картофель |
| гликоген | Мышцы, печень (расщепляется при созревании мяса) |
К полисахаридам относится целлюлоза (клетчатка), а также ряд других родственных углеводам веществ – гемицеллюлоза, пектины и др. Общее качество – неперевариваемость ферментами желудочно-кишечного тракта (отчасти они перевариваются при участии микроорганизмов, обитающих в кишечнике). Эту группу веществ обычно называют растительными, или пищевыми, волокнами, поскольку многие из них присущи именно волокнистым структурам растительной пищи. К волокнам относятся также и лигнины, весьма сильно отличающиеся по химической структуре от полисахаридов.
Целлюлоза - главный структурный компонент оболочки растительной клетки. Основное ее физиологическое действие – это способность связывать воду (до 0,4 г воды на 1 г клетчатки).
Гемицеллюлозы – это группа полисахаридов, входящих вместе с целлюлозой в состав клеточной оболочки растений.
Пектиновые вещества - гликаногалактуронаны – основной компонент растений и водорослей. Общим признаком пектиновых веществ является наличие полигалактуроновой кислоты. Важнейшее свойство пектиновых веществ – это способность к образованию комплексов, основанная на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжелых металлов и радионуклидов. Благодаря этому свойству пектины считаются необходимым компонентом пищи людей, находящихся в среде, загрязненной радионуклидами, или имеющих контакт с тяжелыми металлами. Вместе с пектином из организма выводится 52,6 % стронция, 8,4 % введенной дозы Сs104. Профилактическая норма пектина, утвержденная ВОЗ, составляет от 2до 4 г в сутки, а для лиц, работающих в неблагоприятных условиях, от 8 до 10 г в сутки.
Лигнины представляют собой органические полимерные соединения клеточной оболочки. Попав в организм человека с растительной пищей, лигнины способны связывать соли желчной кислоты и другие органические вещества, а также замедлять или нарушать адсорбцию пищевых веществ в кишечнике.
Камеди – сложные неструктурированные полисахариды, содержащие, кроме нейтральных моносахаридов, глюкуроновую и галактуроновую кислоты. Они растворимы в воде, обладают вязкостью, способны участвовать в связывании микроэлементов с четной валентностью. В пищевой промышленности наибольшее применение в качестве добавок получили такие камеди, как гуммиарабик, камедь рожкового дерева, караевая камедь.
Ранее все эти соединения называли балластными веществами пищи, усматривая в них только ненужный организму балласт. Со временем раскрылось значение пищевых волокон в работе систем организма и при защите от болезней. Волокна участвуют в формировании объема съеденной пищи, способствуют возникновению во время еды чувства сытости, они необходимы для нормального функционирования кишечника (стимулируют его перистальтику), задерживают воду в кишечнике, чем предупреждают запоры, участвуют в удалении из организма шлаков, адсорбируя продукты жизнедеятельности микроорганизмов, желчные кислоты соли тяжелых металлов. Пищевые волокна, особенно пектиновые вещества благодаря своим свойствам способствуют профилактике рака кишечника, уменьшают интоксикацию организма как собственными ядами кишечника (индол, скатол, аммиак), так и поступающими извне. В последние годы появились данные, свидетельствующие о том, что недостаток пищевых волокон способствует развитию мочекаменной болезни, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, подагры, кариеса, и даже варикозного расширения вен. К сожалению, человек потребляет в пищу значительно меньше волокон, чем требуется для защиты от болезней. Однако не следует забывать о том, что избыточное потребление пищевых волокон не менее вредно, чем их недостаток в пище. Оно может привести к неполному перевариванию пищи, нарушению всасывания в кишечнике кальция, железа, магния, меди, цинка и других микроэлементов, а также жирорастворимых витаминов А, D, Е, К. Чрезмерное поступление пищевых волокон вызовет поносы, дискомфорт в кишечнике от избыточного газообразования, боли в животе.
Растительные волокна принято подразделять на растворимые и нерастворимые. Ученые до сих пор спорят об оптимальных методах их определения, а потому встречаются весьма противоречивые сведения о содержании тех или других в продуктах. Обычно принимают, что нерастворимые волокна содержатся главным образом в зерновых продуктах, а растворимые – в овощах и фруктах, однако данные немецких ученых не согласуются с этой точкой зрения.
При технологической переработке зерна растительные волокна в значительной мере уходят в отруби и теряются. Вместе с ними теряются и сопровождающие их витамины, а также минеральные вещества. Интересно, что еще в 1894 году, когда растительные волокна казались не более чем балластом, отечественный гигиенист Ф.Ф. Эрисман выступил против полного удаления отрубей при изготовлении хлеба. Он объяснял свою позицию тем, что без отрубей у хлеба пропадает аромат, а также существенно возрастает его цена. Лишь спустя десятилетия отруби оценили как важный источник пищевых волокон. Впрочем, в 1885 году Д.В. Каншин писал в «Энциклопедии питания» о роли отрубей в предупреждении и лечении запоров, а также ожирения.
Суточная норма пищевых волокон для взрослого человека составляет от 25 до 30 г.
Витамины – низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, которые не синтезируются (или синтезируются в недостаточном количестве) в организме людей и большинства животных, поступающие в организм с пищей и выполняющие в нем важнейшие биохимические и физиологические функции. Витамины относятся к незаменимым микрокомпонентам пищи.
Витамины подразделяют на жиро- и водорастворимые. К водорастворимым относятся витамины С, Р, РР, Н (биотин), витамины группы В, пантотеновая и фолиевая кислота. К жирорастворимым – витамины А, D, Е, К. Существует также группа веществ, по своим свойствам подобных витаминам. В эту группу входят холин, мионозит, витамин U, липоевая кислота, оротовая и пангамовая кислоты (витамин В15).
Потребность человека в витаминах зависит от возраста, состояния здоровья, характера деятельности, времени года, содержания в пище основных макрокомпонентов питания (белков, жиров, углеводов). Принято различать три степени обеспеченности организма витаминами: авитаминоз – когда витамины отсутствуют полностью; гиповитаминоз – когда витамины поступают в недостаточном количестве для обеспечения нормальной деятельности организма; гипервитаминоз – избыточное их поступление. Наибольшее распространение в России получили гиповитаминозы, особенно в зимний и весенний периоды, когда в рационе питания уменьшается количество свежих овощей и фруктов - основных источников витаминов. Авитаминозы являются причиной серьезных заболеваний, зачастую заканчивающихся летальным исходом.
Витамины, поступающие в организм в избытке способны оказать токсическое действии е различной степени. Так, жирорастворимые витамины способны накапливаться в жировой ткани. Поэтому их повышенный прием может вызвать симптомы тоскического действия. Повышенный прием водорастворимых витаминов вызывает лишь активное выделение их излишков из организма, в котором они не способны накапливаться. Однако при большой передозировке и они могут быть опасны для здоровья. Особенно это относится к ниацину, избыток которого ведет к повреждению печени, и витамину В6, его передозировка сопровождается нарушением нервной системы. Роль витаминов в питании, потребность в них и основные источники приведены в таблице 7. Нормы потребления витаминов приведены в нормативных документах, разработанных национальными органами, занимающимися вопросами питания. В России - это нормы Института питания Академии медицинских наук РФ. В США рекомендуемые нормы потребления (RDA) разработаны Департаментом продуктов и питания при Национальном совете по исследованиям. RDA зависят от пола и возраста. Усредненные дозы витаминов (USRDA) рассчитаны, они соотносятся с ежедневной нормой питания и иногда указываются на этикетках упакованных пищевых продуктов. В России также существует закрепленное нормативными документами требование к производителям продуктов питания выносить на этикетку сведения о химическом составе продукта, в том числе о содержащихся в 100 г этого продукта витаминах.
Многие витамины при хранении пищевых продуктов и их технологической обработке разрушаются.
Таблица 7 – Роль витаминов в питании, их потребность и источники
| Витамины | Суточная потребность и функции в организме | Основные последствия | Продукты, богатые витамином | |
| недостатка витамина в рационе питания | избытка витамина в рационе питания | |||
| Жирорастворимые | ||||
| А (ретинол) | 1,0…2,5 мг (25000 МЕ) или 6 мг каротина Необходим для нормального зрения, роста, клеточной дифференциации и воспроизводства и целостности иммунной системы | «Куриная слепота», замедление роста костей и зубов, снижение сопротивляемости организма инфекциям, развитие опухолей | Головная боль, рвота, облысение, пересыхание слизистой, нарушения в костной ткани и повреждение печени | Печень убойных животных и птицы, морковь, сушеные абрикосы, петрушка, шпинат, манго, красный сладкий перец, брокколи, зеленый лук, чернослив, тыква, сливки, яйца, вишня |
| Е (токоферол) | 10 мг (800 МЕ) Замедление окислительных процессов, стимуляция мышечной деятельности, ограничение негативного влияния радионуклидов, положительное влияние на репродуктивные органы | Снижение защитной функции организма, нарушение нормальной деятельности мужской и женской половых систем | Отрицательных последствий не установлено | Растительные масла, миндаль, пророщенная пшеница, арахис, сливочное масло, овсяная крупа, пшеничные отруби, хлеб, морковь, горох, грецкие орехи, бананы, яйца, томаты, баранина |
Продолжение таблицы 7
| D (кальциферол) | До 0,01 мг Регулирует кальциево-фосфорный обмен, способствует всасыванию кальция и отложению его в костях | Рахит, остеопороз (деминерализация костей), остеомаляция (размягчение костей) | Метастатическое обезвоживание мягких тканей, артерий | Рыбий жир, жирные сорта рыбы, яйца, сливочное масло, молоко |
| К (филлохинон) | от 0,2 до 0,3 мг Участвует в процессах свертывания крови, необходим для синтеза протромбина | Замедляет свертываемость крови | Отрицательных последствий не установлено | Капуста, шпинат, тыква, томаты, печень, животных |
| Водорастворимые | ||||
| С (аскорбиновая кислота) | От 50 до 100 мг Участвует во многих биохимических окислительно-восстановительных процессах, способствует регенерации и заживлению тканей, поддерживает устойчивость к стрессам, обеспечивает нормальный иммунологический и гематологический статус | Цинга, выпадение зубов, хрупкость костей, подкожные гематомы, нарушение работы почек и легких | Угнетающее действие на поджелудочную железу, гипертоническая реакция и повреждение почек | Красная и черная смородина, лимоны, красный и зеленый сладкий перец, петрушка, брокколи, цветная капуста, апельсины, репа, зеленый лук, зеленый горошек, томаты, редис, малина |
| В2 (рибофлавин) | 1,3 …2,4 мг Входит в состав ферментов, улучшает состояние кожи, нервной системы, слизистых оболочек, функции печени и кроветворения | Шелушение кожи, трещинки в уголках рта, слабость и утомляемость глаз | Отрицательных последствий не установлено | Пивные дрожжи, печень, пшеничные отруби, горох, грибы, яичный желток, субпродукты, брокколи, капуста, петрушка, баранина, телятина, лосось, чечевица, нежирная свинина |
Продолжение таблицы 7
| В3, (пантотеновая кислота) | 5 … 10 мг Участвует в синтезе жирных кислот, углеводном обмене, активизирует многие биохимические реакции, обмен гормонов, гемоглобина | Нарушение процессов обмена веществ, работы желудочно-кишечной, сердечно-сосудистой и нервной систем | Отрицательных последствий не установлено | Пивные дрожжи, гусиное мясо, рис, лосось, телятина, пшеничные отруби, печень, мясо птицы (белое), форель, палтус, семена подсолнечника и кунжута, нежирная свинина и говядина, гречневая крупа, пшеничная мука, миндаль |
| В6 (пиридоксин) | 1,8 …2,0 мг Участвует в обмене аминокислот, регуляции обмена холестерина, образовании гемоглобина | Раздражительность, сонливость, плевриты, повреждения кожных покровов и слизистой оболочки, возникновение дерматитов, рвоты, депрессии, подавление иммунных реакций, анемия | Токсичность, нервные расстройства | Пивные дрожжи, семена подсолнечника, тунец, лосось, форель, субпродукты, грецкие орехи, соевая мука, чечевица, цельномолотая пшеничная мука, нежирные говядина и свинина, яичный желток, ржаная мука, капуста |
| В9 (фолиевая кислота) | 0,2 мг Участвует в процессах свертывания крови и кроветворения, биосинтезе нуклеиновых кислот и метаболизме аминокислот | Развитие заболеваний крови и желудочно-кишечного тракта, тератогенное действие (развитие уродств и нарушение психического развития у новорожденных) | Токсические эффекты | Пивные дрожжи, рис, соевая мука, пророщенная пшеница, субпродукты, фасоль, чечевица, грецкие орехи, шпинат, фундук, жареный арахис, финики |
Окончание таблицы 7
| В12 (цианокобаламин) | 0,003 мг Участвует в образовании ряда ферментных систем, в кроветворении | Анемия, нарушение обмена белков, жиров и углеводов, снижение аппетита, боли в желудке, паралич | Отрицательных последствий не установлено | Печень, морские моллюски, почки, устрицы, сардины, яичный желток, форель, лосось, тунец, баранина, нежирная говядина, швейцарский сыр, творог, палтус, окунь |
| РР (ниацин, никотиновая кислота) | 15 … 25 мг Участвует в процессах клеточного дыхания, окислении углеводов, обмене белков и холестерина, регулирует деятельность нервной системы | Пеллагра | Расширение сосудов, разрушение печени | Мясные продукты, печень, почки, сердце, рыба, хлебопекарные дрожжи, соя, фасоль, горох |
| Р (рутин) | 25 мг Уменьшает проницаемость капилляров, усиливает биологический эффект витамина С | Повышение проницаемости капилляров, появление кровоизлияний на коже | Отрицательных последствий не установлено | Лимоны, апельсины, черная смородина, черноплодная рябина, шиповник, петрушка, салат и другие овощи |
| Н (биотин) | 0,15 … 0,3 мг Участвует в обмене жирных кислот и аминокислот | Шелушение кожи, выпадение волос, ломкость ногтей | Отрицательных последствий не установлено | Пивные дрожжи, печень, соевая мука, рис, яичный желток, арахисовое масло, грецкие орехи, горох, грибы |
| U (метилметионинсульфоний) | Способствует заживлению язвы желудка и двенадцатиперстной кишки | - | Отрицательных последствий не установлено | Капуста |
Их потери, по данным разных ученых, значительно варьируют в зависимости от особенностей хранения и переработки. Д. Вульф в книге «Картофель в рационе человека» (Кембридж, 1987) утверждает, что хранение картофеля при температуре 10 ºС в течение 8 месяцев сопровождается потерей более 50 % витамина С, менее 50 % фолиевой кислоты. Витамин РР сначала накапливается, затем его уровень снижается до исходного, содержание В1 и В2 не меняется. При хранении картофеля по данным Вульфа содержание в нем витамина В6 возрастало вдвое, но это нетипично для витаминов. Содержание витамина С в квашеной капусте, по данным отечественных исследователей, к весне снижается.
Кулинарные потери пищевых веществ приведены в книге «Химический состав пищевых продуктов» (Ред. И.М. Скурихин, М.Н. Волгарев, Кн.1. М., 1987). На примере потерь витаминов при варке картофеля, представленных как в этой книге, так и Вульфом, можно убедиться, что ученые установили ориентировочные потери, однако существуют значительные вариации, связанные с особенностями готовки, сортом и размером клубней и другими факторами. Варка картофеля в «мундире» приводит к потере 15-20 % витамина С, очищенного – от 25 до 40 %. Наиболее чувствительны к нагреванию витамины С и В1, в меньшей степени – А, В2, фолиевая и пантотеновая кислоты. К окислению кислородом воздуха чувствительны витамины А, С, бета-каротин, в меньшей степени - В1, В12, фолиевая кислота, D и Е. Распространено мнение, что варка пищи при закрытой крышке помогает уберечь эти витамины от разрушения кислородом воздуха. Устойчивость витаминов зависит и от кислотности пищи. В щелочной среде снижается устойчивость витаминов В1, В2, С, D, К, а в кислой – витамина А и фолиевой кислоты. Разрушению ряда витаминов способствует металлическая посуда.
Минеральные вещества в рациональном питании незаменимы также как и белки, жиры, углеводы и витамины, поскольку при недостатке или избытке минеральных веществ в организме человека возникают специфические нарушения, приводящие к заболеваниям.
Казалось бы, какая польза человеку от минеральных веществ – составных элементов почвы и камней? В то же время минеральные вещества составляют значительную часть человеческого тела – около 3 кг золы. В костях они представлены в идее кристаллов, а в мягких тканях – в виде истинных или коллоидных растворов в соединении главным образом с белками. В небольших количествах минеральные вещества поступают в растения, а с растительной пищей – животным и человеку. При кулинарной обработке пищевых продуктов необходимо заботиться о сохранении минеральных веществ, чтобы они поступали с пищей в доступной для организма форме.
Минеральные вещества выполняют пластическую функцию в процессах жизнедеятельности человека, велика их роль в построении костной ткани, где преобладают такие элементы как фосфор и кальций. Минеральные вещества участвуют в важнейших обменных процессах организма – вводно-солевом, кислотно-щелочном. Поддерживают осмотическое давление в клетках, влияют на иммунитет, кроветворение, свертываемость крови. Нельзя забывать о том, что многие ферментные процессы в организме были бы невозможны без участия тех или иных минеральных веществ. Примерно треть всех ферментов содержит в своем составе металл или активируются металлом.
В таблице 8 представлены сведения о важнейших минеральных веществах: их распространенность в пищевых продуктах и значение для организма. Минеральные вещества принято подразделять на макро- и микроэлементы. Первые представлены в окружающей среде в большем количестве, чем вторые (греч. «макрос» - большой, «микрос» - малый). Потребность в макроэлементах исчисляется миллиграммами и десятками миллиграммов, а в микроэлементах – миллиграммами и долями миллиграммов. Казалось бы, суточная потребность в железе (10 мг для мужчины и 18 мг для женщины) слишком высока, чтобы его можно было отнести к микроэлементам, но из рациона усваивается лишь 10 % нормы.
Содержание минеральных веществ в продуктах питания гораздо разнообразнее, чем представлено в таблице, однако в ней приведены лишь наиболее важные источники. Кальций наряду с названными продуктами содержится также в зерновых, но там он связан фитатами в соединения, малодоступные для человеческого организма. Дрожжевая выпечка хлеба разрушает фитаты и делает более доступным кальций, а также цинк и некоторые другие элементы. Напротив, бездрожжевая выпечка хлеба, применяемая в ряде стран, оставляет эти вещества в малодоступной для усвоения человеческим организмом форме. Железо лучше усваивается из животной пищи значительно лучше, чем из растительной, особенно из зерновых продуктов. Неудивительно, что цифры обеспеченности населения железом, выведенные из потребления значительных количеств хлеба, не отражают реальное поступление железа в организм. Богаты железом яблоки, груши, черная смородина, свекла.
Таблица 8 – Важнейшие минеральные вещества
| Элемент | Источник в питании | Роль в организме |
| Макроэлементы | ||
| Щелочные | ||
| Калий | Овощи, зелень (особенно щавель и шпинат), бахчевые, картофель, фрукты (особенно чернослив, абрикосы, курага, урюк), бананы, овес, бобовые, орехи, морская капуста, грибы, молоко | Участвует в кислотно-щелочном равновесии и регуляции водного баланса. Снижает связывание воды тканями организма |
| Кальций | Молоко и молочные продукты, в том числе твердые сыры и творог, зеленые листовые овощи, курага, орехи, бобовые, овес и изделия из него (толокно и др.) | Участвует в работе ряда ферментов, в том числе при свертывании крови, в передаче нервных импульсов, иммунологической защите организма. Формирует костную ткань. При недостатке – остеопороз (потеря костями минеральных солей, их ломкость), у детей – рахит |
| Магний | Морская рыба, хлеб из муки грубого помола, крупы (гречневая, пшеничная, ячневая и др.), бобовые, орехи, свекла, салат, шпинат, какао | Участвует в водном балансе, в кислотно-щелочном равновесии. Активирует некоторые ферменты. Важен для работы сердца |
| Натрий | Содержится в разнообразных пищевых продуктах (мясо, рыба, овощи). Главный источник – поваренная соль, добавляемая к пище | Участвует в кислотно-щелочном равновесии, регуляции водного баланса. Способствует задержке воды в тканях организма. Активирует некоторые ферменты |
| Кислые | ||
| Фосфор | Хлеб, крупы, мясо, печень, мозги, рыба, яйца, молоко, сыр, орехи, картофель | Участие во всех видах жизнедеятельности организма, в энергетическом обмене, в кислотно-щелочном равновесии. Необходим для формирования костной ткани |
| Хлор | Содержится в разнообразных пищевых продуктах (мясо, рыба, овощи и др.). Основной источник – поваренная соль, добавляемая к пище | Участвует в кислотно-щелочном равновесии организма, регуляции осмотического давления в клетках и тканях. Необходим для образования соляной кислоты в желудке, для обезвреживания чужеродных веществ |
Продолжение таблицы 8
| Сера | Серосодержащие аминокислоты белков животной и растительной пищи (метионин, цистеин, цистин) и др. | Участвует в составе сульфатов в кислотно-щелочном равновесии, в обезвреживании ядовитых веществ |
| Микроэлементы | ||
| Железо | Хорошо усваивается из животной пищи (мясо, субпродукты – печень, почки и др., рыба). Усвоение из растительной пищи и яиц хуже. Орехи, овощи (лук, картофель, редис, свекла), плоды (яблоки), ягоды (земляника, черная смородина), грибы | Кроветворный элемент, необходимая составная часть гемоглобина крови – белка, переносящего кислород из легких. Входит в состав ферментов энергетического обмена и ферментов, защищающих организм от чужеродных веществ. При недостатке железа развивается малокровие. Повышенная потребность в железе у женщин обусловлена Естественными физиологическими потерями |
| Йод | Морская капуста, морская рыба (треска, минтай, сайра и др.), кальмары, креветки, мясо, молоко, фейхоа, семечки яблок. Беднее йодом куриные яйца, говяжья печень. В местностях с низким содержанием йода используется йодированная соль – поваренная соль с добавлением йодистого калия, хлеб с добавлением йода, биологически активные добавки и др. На морском берегу человек получает часть необходимого йода с вдыхаемым воздухом | Необходим для образования гормонов щитовидной железы. При недостатке йода в организме развивается зоб (щитовидная железа увеличена, но функция ее снижена) |
| Кобальт | Является частью витамина В12 | |
| Марганец | Бобовые, зерновые продукты (ячмень, овсяная крупа и др.), абрикосы, ананасы, орехи, кофе, чай, шоколад, какао. Меньше в мясе, рыбе, яйцах, молоке, морепродуктах | Необходим для работы ряда ферментов |
| Медь | Печень, морепродукты, зерновые продукты (гречиха, овес), бобовые (горох, фасоль), орехи, твердые сыры, какао, шоколад. В молоке крайне мало | Необходим для работы многих ферментов (энергетический обмен, обмен аминокислот и жирных кислот, окисление ряда веществ). Участвует в кроветворении, пигментации волос. Недостаток меди может вызвать малокровие |
Окончание таблицы 8
| Молибден | Бобовые, печень, почки; меньше в крупах. Во многих овощах и фруктах совсем мало | Необходим для многих ферментов, в том числе для окисления пуринов. Способствует образованию мочевой кислоты |
| Мышьяк | Морская рыба, моллюски | Малые дозы обладают тонизирующим действием. Ядовит. В местностях с повышенным содержанием мышьяка отмечено увеличение случаев рака |
| Селен | Печень, почки, мясо, зерновые и бобовые продукты, орехи, рыба (треска, сельдь, тунец и др.). В областях с пониженным содержанием селена рекомендуется принимать его препараты и биодобавки с селеном | Необходим для работы ряда ферментов, осуществляет антиоксидантную защиту организма. Повышает устойчивость к действию радиации. Токсическая доза близка к потребности в элементе |
| Фтор | Рыба, орехи, печень, чай и др. Важнейший источник – фторированная вода | Играет важную роль в костеобразовании. Благодаря фтору зубы становятся устойчивыми к кариесу. При избыточном поступлении фтора с пищей развивается флюороз – крапчатость зубной эмали |
| Хром | Печень, мясо, зерновые продукты (овсяная и гречневая крупы), ржаной хлеб, бобовые (горох, фасоль), орехи, креветки, кальмары, сельдь, какао, шоколад, чай. Меньше в картофеле | Необходим для работы многих ферментов, функции ряда эндокринных желез |
Органические кислоты фруктов способствуют усвоению железа. В присутствии некоторых веществ железо усваивается хуже, например, в присутствии растительных волокон, фитатов, танина чая, хитина криля, кальция сыра. Общее правило таково: в питании лучше избегать крайностей – увлечение каким-либо одним продуктом может помешать усвоению полезных веществ из не менее важных продуктов.
Вода. Значительная часть тела человека приходится на воду. Она является той средой, в которой протекают химические реакции, поддерживающие жизнь. Биологи утверждают, что в крови человека и высших животных примерно то же соотношение солей, что и в морской воде, где первоначально зародилась жизнь на Земле. Возникнув в море и выйдя затем на сушу, существа сохранили в своей внутренней среде особенности химического состава, присущие морской воде.
Источником воды в организме является не только поступление жидкости. При окислении белков, жиров, углеводов в организме также образуется некоторое дополнительное количество воды.
В России нет официально принятой физиологической потребности в воде, а в США учеными признано, что на каждую килокалорию рациона должен приходиться 1 мл воды, то есть 1 л на 1000 ккал. Следовательно, человек, потребляющий за день 2500 ккал, нуждается в 2,5 л воды. И все же это лишь ориентировочный расчет: сами американцы отмечают, что у пожилых людей организм обезвоживается и им нужно воды больше, хотя на основе приведенного расчета получается противоположный результат, ведь с возрастом потребность в калориях существенно снижается.
Потребность человека в воде зависит от многих обстоятельств. Она возрастает при интенсивной потере воды, то есть при интенсивной физической нагрузке, высокой температуре окружающей среды, значительной сухости воздуха, на высокогорье. Некоторые продукты (дыня, арбуз, кофе, алкогольные напитки) обладают мочегонным действием. При этом организм теряет не только воду, но и витамины, и минеральные вещества.