Поступление пищевых веществ в организм

Пищевой статус человека – степень обеспеченности организма энергией и основными пищевыми веществами. Это органические и неорганические соединения, которые требуются для нормального роста, поддержания и восстановления тканей, размножений. Содержание этих веществ не должно быть не менее определенного уровня, недостаток приводит к нарушению обмена веществ и заболеваниям, избыток к интоксикациям организма, а может и к смерти.

Здоровье человека напрямую связано с пищей и определяется пищевым статусом – это обеспеченность организма человека пищевыми веществами и энергией.

Пищевые вещества делятся на две основные группы

1. Макронутриенты (от латинского «нутрицио» - питание) – класс главных пищевых веществ, представляющих собой источники энергии и пластических (структурных) материалов; присутствуют в пище в относительно больших количествах (от 1 г) – представители – углеводы, липиды и белки и макроэлементы.

2. Микронутриенты – класс пищевых веществ, оказывающих выраженные биологические эффекты на различные функции организма; содержаться в пище как правило в небольших количествах (Милли- и микрограммы) – витамины, предшественники витаминов, витаминоподобные вещества, минеральные вещества. К классу микронутриентов (по А.А. Покровскому) относят некоторые пищевые вещества, выделенные из отдельных групп макронутриентов – из липидов – полиненасыщенные жирные кислоты и фосфолипиды, белков – некоторые аминокислоты, углеводов – отдельные олигосахариды.

Рассматривая динамику изменения структуры питания в индустриальных странах выделяют неблагоприятные тенденции:

- избыточное потребление жиров, в частности насыщенных;

- значительное употребление сахара и соли;

- уменьшение употребления крахмала и пищевых волокон;

- переедание; В западное Европе недугом полноты страдают 10-25 % населения, в Америке -20-25%.

В 1997 году был принят стандарт для определения излишек массы тела, или индекс массы тела BMI (кг / м²).

Для определения этого индекса необходимо разделить массу тела на величину роста в квадрате:

18,5 – 24 – норма

25–29 – ожирение первой степени

30–40 – ожирение второй степени

Более 40 – ожирение третьей степени.

Темп развития ожирения зависит от избыточного потребления пищи и от нарушения жирового обмена. При ожирении количество энергии, поступающей в организм, больше, чем ее расходуется.

Наши проблемы:

1. Нарушение структуры питания

2. Избыточное потребление жиров. Дефицит полиненасыщенных жирных кислот

3. Дефицит полноценных животных белков

4. Дефицит большинства витаминов

5. Дефицит макро- и микроэлементов (кальций, железо, йод, фтор, селен, цинк)

6. Дефицит пищевых волокон. Недостаток их приводит к снижению показателей развития и роста и нарушению здоровья.

Значение и роль основных компонентов пищи в питании здорового человека макронутриенты

Белки - наиболее ценные и незаменимые компоненты пищи. Выполняют ключевую роль в жизни клеток и составляют материальную основу химической деятельности. Исключительное свойство белка – самоорганизация структуры, т.е. способность создавать собственную индивидуальную пространственную структуру, свойственную только данному белку. Белки никогда не откладываются в запас, избыток расходуется для получения энергии.

Основные функции белков:

- играют роль регуляторов и катализаторов, ускоряющих течение биохимических реакций в процессе обмена веществ;

- транспортная функция (переносят по крови гормоны, гемоглобин, железо, липиды)

-защитная (синтез антител)

- энергетическая

- двигательная (мышцы)

- рецепторная.

Биологическая ценность белков характеризуется наличием в нем незаменимых аминокислот. Это лизин, метионин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, валин, аргинин, гистидин.

Особо дефицитными являются лизин, метионин и триптофан.

При дефиците названных аминокислот в пище может происходить нарушение обмена веществ. Эксперты ФАО считают, что в 1 г пищевого белка должно содержаться (в идеальном варианте) следующее количество незаменимых аминокислот, мг: изолейцин — 40; лейцин — 70; лизин — 55; метионин + цистин — 35; фенилаланин + тирозин — 60; триптофан — 10; треонин — 40; валин — 50. Аминокислотный состав пищевых продуктов можно сравнить с аминокислотным составом идеального белка путем определения аминокислотного химического скора. Одним из доступных способов расчета аминокислотного скора является расчет отношения количества каждой незаменимой аминокислоты в испытуемом белке к количеству этой же аминокислоты в идеальном белке:

Аминокислотный скор = мг АК в 1 г исследуемого белка / мг АК в 1 г идеального белка * 100

Не все продукты питания полноценны по аминокислотному составу. Животные белки, т. е. белки мяса, молока, яиц, наиболее близки по своему скору к идеальному, растительные — дефицитны по отдельным аминокислотам: например, белок пшеницы, содержит лишь около 50% лизина при сравнении с идеальным белком.

Следует учесть, что растительные и животные белки не в одинаковой степени усваиваются организмом: белки молока и яиц в среднем на 96%, мяса и рыбы — 95%, хлеба и муки 1 и 2 сортов — 85 %, овощей — 80%.

Оптимальным считается поступление белка из расчета не менее 1 г на 1 кг массы тела, т.е потребность взрослого человека в белке в среднем составляет 70…110 г в сутки, потребность в белке у детей 1,5…4 г на 1 кг массы тела.

Белки животного и растительного происхождения должны быть в примерном соотношении 1:1.

Недостаток, как и избыток, белка в питании, отрицательно сказывается на обмене веществ и приводит к ряду заболеваний.

Недостаток (меньше минимальной потребности в 35….40 г в день). Характерным признаком белковой недостаточности являются замедление роста и умственного развития, нарушение костеобразования, кроветворения, обмена витаминов. Снижается сопротивляемость к инфекциям. (характерные заболевания: алиментарный маразм, квашиоркор).

Избыток белка в питании создает нагрузку на печень и почки вследствие большого поступления и выведения азотосодержащи.х веществ, перевозбуждает нервную систему, может вызвать гиповитаминоз А и В₆. Из-за повышенного содержания нуклеиновых кислот в организме происходит накопление продукта обмена пуринов — мочевой кислоты в суставных сумках, органах и тканях. Последнее служит причиной заболевания суставов, подагры, мочекаменной болезни (характерные заболевания: гипертрофия почек и печени, летальный исход).

Продукты, богатые белком: мясо, печень, молоко и молочные продукты, горох, соя, фасоль, грибы, орехи (фундук), гречневая крупа.

В состав белков входят:

С – 51-55 %

Н – 6,5 – 6,7%

О – 21,5 – 23,5 %

N – 15 -18,6 %

S – 0,3- 2,5 %

Сроение белков.

Белки - это сложные высокомолекулярные природные соединения, построенные из α-аминокислот. В аминокислотах амино- (–NH₂) и карбоксильная (–COOH) группы присоединены к одному и тому же атому углерода, который называют α-углеродом (см. рисунок).

По современным представлениям, в белках α-аминокислоты соединены между собой пептидными (амидными) связями в пептидные цепи. Образование пептид­ных связей происходит в результате взаимодействия карбоксила одной аминокислоты с аминогруппой другой. При этом из двух аминокислот образуются пептиды с выделением одной молекулы воды:

Из трёх аминокислот образуются трипептиды, из большого числа аминокислот – полипептиды.

У образовавшегося дипептида на концах молекулы остаются те же функциональные группы, что и в каждой аминокислоте, – карбоксил и аминогруппа. Поэтому дипептид может одним из своих концов реаги­ровать с третьей аминокислотой, образуя трипептид:

Подобным образом трипептид превращается в тетрапептид, затем в пентапептид и т. д. Теоретически длина полипептидной цепи может быть сколь угодно большой. Структуру такой цепи в общем виде можно выразить схемой:

Где R', R", R'", R'"' - боковые радикалы аминокислот, верти­кальными линиями ограничены отдельные аминокислотные остатки.

Число аминокислотных остатков, входящих в молекулы отдельных белков, весьма различно: в инсулине их 51, в миоглобине – около 140. Поэтому и молекулярная масса белков колеблется в очень широких пределах – от 10 000 до нескольких миллионов.

В настоящее время установлено, что большинство белков состоит из 22 качественно различных о-аминокислот. Отсюда следует, что в белковых макромолекулах отдельные остатки аминокислот должны многократно повторяться в самых различных сочетаниях. Этим объяс­няется существование огромного числа различных белков.

Гидролиз белков, по существу, сводится к гидролизу полипептид­ных связей. К этому же сводится и переваривание белков. При пище­варении белковые молекулы гидролизуются до аминокислот, которые, будучи хорошо растворимы в водной среде, проникают в кровь и поступают во все ткани и клетки организма. Здесь наибольшая часть аминокислот расходуется на синтез белков различных органов и тка­ней, часть - на синтез гормонов, ферментов и других биологически важных веществ, а остальные служат как энергетический материал.

В структуре белка различают четыре уровня организации:

Первичная структура белка – его химическая структура, т.е. последовательность чередования аминокислотных остатков в полипептидной цепи данного белка.

Вторичная структура белка – это спиралевидная структура полипептидной цепочки в пространстве. Скручивание ее в спираль происходит под действием водородной связи полярных групп соседних аминокислот.

Третичная структура – компактная упаковка спиралевидной цепочки в пространстве.

Четвертичная представлена соединением в одну субъединицу нескольких полипептидных цепочек, сочлененных между собой небелковыми связями и ориентированы в пространстве в виде глобул или волокон (глобулярные и фибриллярные белки).

В создании 2, 3 и 4-й структур участвуют водородные, ионные и гидрофобные связи. Ионные возникают между щелочными и кислотными группами белка, а гидрофобные взаимодействия возникают между неполярными участками белковой молекулы.

По составу белки подразделяются на простые (протеины), которые состоят только из остатков АК и сложные (протеиды), в которых полипептидная цепь соединена с небелковыми компонентами – простетической группой.

Простые белки по растворимости делятся на:

растворимые в слабых кислотах, — это наиболее простые белки и обладают невысокой молекулярной массой и проявляют основные свойства (суммарный заряд — положительный):

- Протамины обладают сильноосновными свойствами, растворимы в слабых кислотах, содержат до 80% аминокислот основной природы (лизин, гистидин, аргинин);

- гистоны обладают менее основными свойствами, чем протамины (содержание аминокислот основной природы до 30%), они выполняют стабилизирующую функцию при формировании третичной структуры ДНК у эукариот.

белкии, растворимые в воде и растворах нейтральных солей, обладают более высокой молекулярной массой, чем гистоны и протамины, часто выполняют в организме каталитическую функцию:

альбумины хорошо растворяются в воде и высаживаются и из насыщенных растворов нейтральных солей;

глобулины растворяются в слабых растворах нейтральных солей, высаживаются при высоких концентрациях нейтральных со­лейе и и выполняют защитные функции в организме.

Белки, растворимые в спиртах и растворах щелочей, — это высокомолекулярные белки, нерастворимые в воде, встречаются в семе­нах растений, выполняют запасные функции:

• проламины нерастворимы в воде и солях, растворимы в 70 % спирте, содержат много пролина;

• глютелины нерастворимы в воде и разбавленных растворах нейтральных солей, растворимы в разбавленных щелочных раство­рах (0,2...2% растворах едкого натра) и выполняют не только запас­ную функцию, но обладают и биологической активностью.

ЛИПИДЫ

Липидами (от греч. lipos — эфир) называют сложную смесь эфироподобных органических соединений с близкими физико-химическими свойствами, которая содержится в клетках растений, животных и микроорганизмах. Липиды не растворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях (бензине, диэтиловом эфире, хлороформе и др.).

В растениях липиды накапливаются, главным образом, в семенах и плодах.

По химическому строению липиды являются производными жирных кислот, спиртов, альдегидов, построенных с помощью сложноэфирной, простой эфирной, фосфоэфирной, гликозидной связей. Липиды делят на две основные группы: простые и сложные липиды*. К простым нейт­ральным липидам (не содержащим атомов азота, фосфора, серы) отно­сят производные высших жирных кислот и спиртов: глицеролипиды, воски, эфиры холестерина, гликолипиды и другие соединения. Молекулы сложных липидов со­держат в своем составе не только остатки высокомолекулярных карбоновых кислот, но и фосфорную или серную кислоты.

По строению и способности к гидролизу липиды разделяют на омыляемые и неомыляемые. Омыляемые липиды при гидролизе образуют несколько структурных компонентов, а при взаимодействии с щелочами — соли жирных кислот (мыла).

Наиболее важная и распространенная группа простых нейтральных липидов — ацилглицерины. Ацилглицерины (или глицериды) — это сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. Они составляют основную массу липидов (иногда до 95%) и, по суще­ству, именно их называют жирами или маслами.

Это основной энергетический материал для организма. При сгорании 1 г триацилглицеролов, главного компонента липи­дов, выделяется 38,9 кДж (9 ккал), что в 2 раза больше, чем при сго­рании белков или углеводов.

Ф ункции:

Липиды в организме играют роль ре­зервного материала, используемого при ухудшении питания или заболеваниях. Они являются также структурным элементом тканей, входя в состав клеточных оболочек и внутриклеточных образований. Липиды - источник синтеза стероидных гормонов, которые во мно­гом обеспечивают приспособление организма к различным стрес­совым ситуациям. В нервной ткани содержится до 25% липидов, в клеточных мембранах — до 40%.

Липопротеиды — соединения липидов с белками - выполняют транспортную функцию: они являются переносчиками жирорастворимых витаминов A, D, Е и К в организме. Кроме того, липопротеиды представляют собой источник для синтеза простагландинов, тром-боксанов и группы других соединений, защищающих организм. Липиды участвуют также в процессах терморегуляции, защищая организм от холода; способствуют закреплению в определенном положении таких внутренних органов, как почки, кишечник, и пре­дохраняют их от смещения при сотрясении.

Пищевые жиры относятся к классу липидов, представляющих собой группу соединений животного, растительного или микроб­ного происхождения. Они практически нерастворимы в воде и хо­рошо растворимы в неполярных органических растворителях. Жиры, добываемые из растительного сырья, называют растительными жир­ными маслами, а жиры наземных животных — животными жирами. Особую группу составляют жиры морских млекопитающих и рыб.

Важнейшая составная часть жиров — жирные кислоты, насыщен­ные и ненасыщенные.

Особое физиологическое значение имеют полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), которые входят в структуру клеточных мембран и других структурных элементов клеток. Ненасыщенные жирные кислоты - линолевая и линоленовая - не синтезируются в организме человека. Арахидоновая кислота может образовываться в организме из линолевой в присутствии витамина В₆ и биотина. Эти кислоты необходимы для роста и обмена веществ живых организ­мов, эластичности их сосудов. ПНЖК, составляющие значительную часть растительных масел, играют также важную роль в синтезе простагландинов — гормоноподобных веществ, принимающих участие в регуляции многих процессов в организме. При полном отсутствии ПНЖК в питании наблюдаются прекращение роста, некротические поражения кожи, изменение проницаемости капилляров. В отли­чие от насыщенных жирных кислот полиненасыщенные кислоты способствуют удалению холестерина из организма - при наруше­нии холестеринового обмена возникает такое распространенное за­болевание, как атеросклероз.

По современным представлениям, сбалансированным считают следующий жирнокислотный состав триацилглицеролов: полинена­сыщенные жирные кислоты - 10%, мононенасыщенные — 60, на­сыщенные - 30%. Суточная потребность человека в линолевой кис­лоте 4... 10 г, что соответствует 20...30 г растительных масел.

В животных жирах содержаться фосфолипиды - основной компонент биомембран клеточных структур, они играют существенную роль в проницаемости клеточ­ных оболочек и внутриклеточном обмене. Наиболее важный из фосфолипидов - фосфатидилхолин или лецитин проявляет липотропное действие, препятствуя ожирению печени и лучшему усво­ению жиров. Общая потребность человека в фосфолипидах до 5 г в сутки.

Холестерин является структурным компонентом всех клеток и тканей человека. Он участвует в обмене желчных кислот, ряда гор­монов, кальциферола. Основная часть холестерина образуется в пе­чени (70...80%), остальная — поступает с пищей. Больше всего холе­стерина содержится в следующих продуктах, в %: яйца — 0,57; сли­вочное масло — 0,17...0,27; печень 0,13...0,27, рыба до 0,3. В обыч­ном пищевом рационе в среднем содержится около 500 мг холесте­рина. Избыток холестерина в пищевом рационе способствует раз­витию атеросклеротического кардиосклероза, инфаркта миокарда, инсульта. Недостаток холестерина приводит к усилению процессов повреждения мембран и ухудшению обменных процессов.

Рекомендуемое содержание жиров в рационе человека 90... 100 г в сутки, при этом 1/3 их потребности должны составлять раститель­ные масла, 2/3 — животные. По данным ВОЗ, нижний предел безо­пасного потребления жиров составляет для взрослых мужчин и жен­щин 25...30 г/сут.

Недостаток или избыток жиров практически одинаково опа­сен для организма человека . При низком содержании жира в рационе, особенно у людей с нарушенным обменом веществ, сна­чала появляются сухость и гнойничковые заболевания кожи, затем наступают выпадение волос и нарушение пищеварения, понижает­ся сопротивляемость инфекциям, нарушается обмен витаминов.

При избыточном потреблении жиров происходит их накопле­ние в крови, печени и других тканях и органах. Кровь становится вязкой, повышается ее свертываемость, что предрасполагает к заку­порке кровеносных сосудов, наступает атеросклероз. Избыток жира приводит также к ожирению - одному из распространенных забо­леваний во многих развитых странах, где потребление жиров на душу населения увеличивается

Процессы, происходящие в липидах при их хранении и переработке, характеризуются так называемыми константами, или хими­ческими и физическими числами жира. Определение этих констант позволяет контролировать не только качество жиров и масел, но и в какой-то степени его натуральность, регулировать технологические режимы получения продуктов.

Как факторы регулирования производственных процессов широко используются следующие числа жира: кислотное число, число омыления, эфирное число, йодное и перекисное числа.

Кислотное число характеризует присутствие свободных жирных кислот в жире и выражается количеством миллиграмм гидроксида калия, необходимым для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 грамме жира:

R COOH + КОН RCOOK + Н₂0

Кислотное число является важнейшим показателем качества пищевых жиров, показывает глубину гидролитического распада и нор­мируется ГОСТ и техническими условиями. Например, если масло получено из зрелых семян, то свободных жирных кислот в нем мало, а в масле из незрелых семян содержание свободных жирных кислот значительно.

При несоблюдении условий и сроков хранения жиров кислотное число увеличивается, что обусловлено в основном гидролизом триацилглицеринов. Свободные жирные кислоты окисляются быстрее, чем связанные. Таким образом, кислотное число может повышаться в результате окислительного и биохимического прогоркания ненасыщенных жирных кислот. Однако повышенное кислотное число не всегда может служить признаком порчи жира. Часто жиры с высоким кислотным числом не бывают прогорклыми, в то же время кислотное число прогорклых жиров может быть небольшим. Кислотное ЧИСЛО нерафинированных масел выше, чем рафинированных.

Число омыления характеризует общее число свободных и связанных жирных кислот в жире и выражается количеством миллиграмм гидроксида калия, необходимым для омыления глицеридов и даль­нейшей нейтрализации свободных и связанных жирных кислот, со­держащихся в 1 грамме жира:

Число омыления зависит от молекулярной массы жирных кислот, входящих в глицериды, содержания неомыляемых веществ, свобод­ных жирных кислот, моно- и диацилглицеринов. Число омыления понижается при повышении содержания неомыляемых веществ мо­но- и диацилглицеринов и повышается при увеличении свободных и низкомолекулярных кислот. Следовательно, число омыления служит показателем окислительной порчи жира.

Число омыления совместно с кислотным числом является пока­зателем степени окислительной порчи жира, сопровождающейся на­коплением низкомолекулярных кислот.

Эфирное число характеризует общее количество сложноэфирных связей в жире и определяется как разность между числом омыления и кислотным числом. Эфирное число выражается количеством мил­лиграмм гидроксида калия, необходимым для нейтрализации свя­занных жирных кислот в 1 грамме жира.

Для жиров, не содержащих свободных жирных кислот, значения числа омыления и эфирного числа совпадают. При хранении жиров, сопровождающемся процессами гидролиза и окисления, эфирное число снижается.

Йодное число, или так называемый коэффициент непредельности, характеризует степень ненасыщенности жира и выражается количес­твом йода в граммах, которое требуется для полного насыщения жирных кислот, содержащихся в 100 граммах жира. По величине это­го показателя судят о преобладании в жирах насыщенных или нена­сыщенных жирных кислот. Чем выше в жире содержание ненасы­щенных жирных кислот, тем выше йодное число. Тугоплавкие жиры имеют низкое йодное число, легкоплавкие — высокое.

Йодное число является показателем консистенции сливочного масла и должно учитываться при выборе температурных режимов обработки сливок в процессе их созревания и перемешивания. Этот показатель молочного жира зависит от кормовых рационов, стадии ипктации, времени года, породы животного и т. д. Оно повышается потом и понижается зимой и лежит в пределах 28...45 г/100 г. Определять йодное число сливочного масла необходимо при подозрении на наличие в нем примесей растительных масел.

Метод основан на способности йода присоединяться по кратным связям. Непрореагировавший йод оттитровывают тиосульфатом натрия:

­

Перекисное число служит количественным показателем при­сутствия первичных продуктов окисления жиров — пероксидов, т.е. окислительных изменений, происходящих в жирах, и выража­йся количеством йода (в граммах), выделенного перекисями из 100 г жира.

По величие перекисного числа можно судить только о начальной стадии окисления липидов, на которой образуются пероксиды и гидропероксиды, получившие название первичных продуктов окисле­ния. Они не оказывают существенного влияния на органолептические свойства жира. Содержание пероксидов обычно невысоко, так как они быстро превращаются во вторичные продукты окисления, не содержащие пероксидного кислорода. Образующиеся на этой ста­дии вторичные продукты — многочисленные насыщенные и ненасыщенные альдегиды и кетоны, многие из которых токсичны и придают жирам соответствующие специфические посторонние привкусы. Так, рыбный привкус вызывают насыщенные и ненасыщенные альдегиды (С₅...С_П), прогорклый вкус — гептаналь.

По величине перекисного числа можно судить о свежести жира задолго до появления неприятного вкуса и запаха. Концентрацию пероксидных соединений в жирах следует контролировать, так как они токсичны, способны разрушать жирорастворимые витамины и полиненасыщенные жирные кислоты.

Окисление жиров – сложный процесс, протекающий по радикально-цепному механизму. Большое влияние на скорость окисления в первую очередь НЖК, входящих в состав липидов, оказывают актиокислители (антиоксиданты) – вещества, добавление которых приводит к обрыву окислительных цепей. Пищевые добавки по типу выполняемой ими технологической функции делят на три класса: антиокислители, синергисты антиокислителей и комплексообразователи. Действие большинства антиокислителей сводится к связыванию активных радикалов с образованием устойчивых соединений.

Природные антиоксиданты: токоферолы, сезамол (кунжутное масло), госсипол (хлопковое масло), дегидрокверцетин (кора хвойных деревьев).

Синтетические: производные фенолов – ионол (булилгидрокситолуол) Е321, БОА (2- и 3-третбутил-4-гидроксианизолы) Е320.

Наиболее важные источники жиров в питании – растительные масла (рафинированное 99,7-99,8 % жира), сливочное масло (61,5-82,5 % липидов), маргарин, молочные продукты, шоколад, конфеты, сыры, продукты из свинины, колбасные изделия.