Пищевые вещества и их биологическая ценность

Основными компонентами пищевых продуктов являются белки, жиры, углеводы и, конечно, вода. Белки, жиры и углеводы — носители энергии, необходимой для жизнедеятельности организма. Они являются пластическим материалом для образования структур организма, а также используются для синтеза гормонов и биологически активных веществ. Наша пища содержит также пищевые (растительные) волокна, еще недавно казавшиеся ненужным балластом, но имеющие огромное значение для организма, а также витамины и минеральные вещества. Последние не являются источниками энергии, но необходимы для функционирования разнообразных систем организма, в том числе многих сотен ферментов, катализирующих процессы обмена веществ.

Различные группы пищевых продуктов неодинаковы по содержанию пищевых веществ. Так, животные продукты — хороший источник белка. Зерновые и бобовые продукты наряду с растительным белком содержат много крахмалов. Многие фрукты и плоды, а также мед — источники простых сахаров (глюкозы и фруктозы); семена масличных растений и получаемые из них растительные масла — источник растительного жира. Наша пища содержит вкусовые и ароматические вещества, фитонциды (вещества, убивающие бактерии), в ней же могут присутствовать и опасные для человека химические соединения.

1.3.1. Белки, их биологическая роль. Полноценные и неполноценные белки. Аминокислоты, их классификация и физиологическая роль. Усвояемость белков. Белковая недостаточность. Потребность и нормирование белков.

Белки – это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из аминокислот. Они являются структурной и функциональной основой жизнедеятельности всех живых организмов. В природе существует примерно 10¹⁰-10¹² различных белков, обеспечивающих жизнедеятельность организмов всех степеней сложности. Белками являются ферменты, антитела, многие гормоны и биологически активные вещества.

Молекула белка представляет собой полипептидную цепь, построенную из аминокислот, соединенных между собой пептидной связью. Молекулы белков могут состоять из одной полипептидной цепи или из двух и более полипептидных цепей, соединенных между собой поперечными химическими связями. Строение полипептидной цепи определяет структуру белка, а замена даже одного аминокислотного остатка в цепи приводит к изменению свойств этого белка и его биологических функций.

Различают белки фибриллярные и глобулярные, гидрофильные (растворимые в воде) и гидрофобные (нерастворимые в воде). Различают также простые белки - протеины и сложные белки, в состав молекул которых помимо белка входят вещества небелковой природы. К протеинам относятся альбумины и глобулины, составляющие основную массу белков животного организма. К сложным белкам относят липопротеины, гликопротеины, фосфопротеины и др. Липопротеины представляют собой хим. комплексы белков с липидами. Белки, в которых небелковая часть представлена углеводами (или углеводом), называют гликопротеинами. Сложные белки, молекулы которых содержат остатки фосфорной кислоты, называются фосфопротеинами.

Функции белков:

- структурная или пластическая

- Ферментная

- защитная

- транспортная

- регуляторная

- энергетическая (при сгорании 1 г жира выделяется 4 ккал тепла).

В организме белки не депонируются, а поступают в составе пищевых продуктов. Основными источниками белка в питании являются продукты животного происхождения, а также некоторые растительные продукты. В организме постоянно идут процессы синтеза и распада белков, т.е. белки все время обновляются.

У здорового человека при полноценном питании наблюдается азотистое равновесие, когда количество азота в потребленных белках равно количеству азота в выделившихся продуктах их распада. Азотистый баланс может быть отрицательным, когда с мочой и калом азота выводится больше, чем поступает (например, при голодании, низком количестве азотсодержащих соединений в пищевых продуктах, обширных травмах и др.). Положительный азотистый баланс отмечают тогда, когда количество поступающего в организм азота превышает количество азота, выводимого из организма; это состояние характерно для растущего организма, оно наблюдается также при процессах обширной регенерации тканей, в периоде выздоровления после тяжелого заболевания и т.д.

При определении пищевой ценности белков учитывают не только их содержание в пищевых продуктах, но и их биол. ценность, которая зависит от абсолютного и относительного содержания в белке незаменимых аминокислот. Незаменимые аминокислоты содержатся в белках животного происхождения (мясо, яйца, молоко), что позволяет говорить о животных белках как о белках полноценных.

Организм человека способен синтезировать ряд аминокислот из других веществ пищи, но 8 аминокислот он не может синтезировать и должен получать их с пищей. Такие аминокислоты называют незаменимыми, или эссенциальными. К ним относят: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин, гистидин. Отсутствие в организме эссенциальных кислот приводит к нарушению синтеза белка, остановке роста, снижению массы тела, возникновению отрицательного азотистого баланса. К заменимым аминокислотам относится аланин, аспарагин и аспарагиновая кислота, аргинин, глицин, глутамин и глутаминовая кислота, глицин, пролин, серин, тирозин, цистеин. Заметим, что полноценный белок может быть заменен рядом неполноценных, лишь бы они в сумме дали необходимый набор аминокислот.

Если в белке пищи недостает какой-то незаменимой аминокислоты, белок не будет усвоен полностью. В этом смысле усвояемость животных белков выше, чем растительных.

Белковая недостаточность ведет к развитию алиментарной дистрофии, т.е. болезни длительного недостаточного питания, проявляющаяся общим истощением, отеками, расстройством всех видов обмена веществ, дистрофией тканей и органов с нарушением их функций. При избытке белка в рационе возрастает нагрузка на печень и почки, повышается возбудимость нервной системы.

Потребность в белках зависит от пола, возраста и характера трудовой деятельности. С целью поддержания азотистого равновесия здоровый взрослый человек должен потреблять 80-100г белка в сутки, а при физической нагрузке количество белка в рационе увеличивают.

1.3.2. Жиры, функции жиров в организме. Предельные и непредельные жиры. ПНЖК, жироподобные вещества и их физиологическая роль. Потребность и нормирование жиров.

Жиры – это органические соединения, представляющие собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и одноосновных жирных кислот преимущественно с четным числом (от 8 до 24) углеродных атомов. Жиры содержатся во всех тканях животных и растений, являются основными хим. веществами жировой ткани человека и животных, относятся к главным пищевым веществам продуктов питания человека.

Функции жиров в организме:

- структурно-пластическая

- защитная

- способствуют усвоению жирорастворимых витаминов

- необходимы для образования гормонов

- энергетическая (при сгорании 1 г жира выделяется 9 ккал тепла).

Различают запасной жир, который откладывается в специальных жировых клетках и используется организмом как энергетический материал, и протоплазматический жир, структурно связанный с углеводами и белками клеточных мембран.

Пищевые жиры представляют собой эфиры глицерина и жирных кислот. Основными источниками пищевых жиров являются жировые продукты, включая растительные масла, мясо и мясопродукты; молоко и молочные продукты, многие виды рыбы, семена масличных растений (соя, арахис, подсолнечник). Наряду с жирами наша пища содержит фосфатиды. В них помимо глицерина и жирных кислот содержится фосфор (в форме фосфата) и витаминоподобное вещество холин. Источники фосфатидов: желток куриного яйца, мозги, осадок, выпадающий в нерафинированном растительном масле, и др. Наиболее известный фосфатид — лецитин.

Жирам пищи сопутствует холестерин, неблагоприятный для людей, предрасположенных к развитию атеросклероза. Лецитин рассматривают как вещество, защищающее от действия холестерина пищи.

С точки зрения воздействия на здоровье интерес представляет классификация жирных кислот, входящих в состав жиров. Так называемые высшие жирные кислоты содержат в своей молекуле преимущественно четное число углеродных атомов и могут быть насыщенными, или предельными (пальмитиновая, стеариновая и другие жирные кислоты), и ненасыщенными, или непредельными, т.е. содержащими двойные связи между углеродными атомами в одном, двух и более участках своей молекулы. Ненасыщенными жирными кислотами особенно богаты растительные масла. К ненасыщенным жирным кислотам относятся и так называемые незаменимые (эссенциальные) жирные кислоты - линолевая, линоленовая и арахидоновая, необходимые для роста и развития человека и других млекопитающих. Линоленовая и арахидоновая кислоты могут синтезироваться в организме человека из линолевой кислоты, но линолевая кислота в организме не синтезируется и должна поступать с пищей. Арахидоновая кислота является биосинтетическим предшественником простагландинов и лейкотриенов. Полиненасыщенные жирные кислоты по своим биологическим свойствам принадлежат к жизненно необходимым, витаминоподобным веществам, иногда их называют витамином F. Эти кислоты способствуют быстрому превращению холестерина до желчных кислот и выведению его из организма, нормализации обмена веществ, укреплению стенок кровеносных сосудов, повышению их эластичности и снижению проницаемости. Установлена связь незаменимых жирных кислот с обменом тиамина, пиридоксина, холина, причем последний в условиях недостатка этих жирных кислот теряет свои липотропные свойства. Суточная потребность взрослого человека в ПНЖК принята равной 2-6г (25-30г растительного масла).

Суточная потребность здорового человека в жирах составляет 80-100г.

1.3.3. Углеводы, их биологическая роль. Классификация углеводов. Потребность и нормирование углеводов.

Углеводы - это класс наиболее распространенных органических соединений, являющихся первичными продуктами фотосинтеза. В кругообороте углерода они представляют собой вещества, соединяющие неорганические и органические соединения углеродного цикла. В клетках растительных и животных организмов углеводы и их производные служат энергетическим, структурным и пластическим материалом, субстратами и регуляторами важнейших биохимических процессов. В питании человека углеводы наряду с белками и жирами являются основными пищевыми веществами. Их усвояемость составляет 85-98%. При расщеплении 1г углевода выделяется 4 ккал тепла.

Условно углеводы пищи делят на моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Самыми важными моносахаридами являются глюкоза, галактоза, фруктоза, а дисахариды представлены лактозой, мальтозой и сахарозой.

Полисахариды, по сравнению с моно- и дисахаридами, имеют сложное строение, т.к. содержат в составе своей молекулы десятки и даже тысячи моносахаридных звеньев, а также остатки серной, фосфорной и жирных кислот. Полисахаридами являются гликоген, крахмал, декстрины, декстраны, гликозаминогликаны, гликозаминопротеогликаны (мукопротеиды), содержащие в своей молекуле белковую часть, и др. Олигосахариды и полисахариды, при полном гидролизе которых образуются только моносахариды, часто называют просто сахаридами.

В органах и тканях человека углевод присутствует в виде гликогена печени и мышц. Сахароза, лактоза, крахмал, декстрины поступают в организм с пищей, а в желудочно-кишечном тракте они подвергаются расщеплению с образованием глюкозы. Процесс всасывания углеводов в кишечнике происходит довольно быстро, после чего глюкоза, попадая в кровь, тут же становится источником энергии, доступным для всех тканей организма. В норме концентрация глюкозы в крови должна составлять 3,5-5,7 ммоль/л (60-100 мг/100 мл). Как источник энергии она наиболее предпочтительна для мозга, нервной системы и красных кровяных клеток. Часть углеводов хранится в организме в виде гликогена, избыток которого превращается в жир.

Суточная потребность здорового человека в углеводах составляет 400-500 г.

1.3.4. Витамины и минеральные элементы, их значение в питании.

Витамины (лат. vita жизнь + амины) - низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, необходимые для нормальной жизнедеятельности и обладающие высокой биологической активностью. В организме человека витамины не синтезируются (или синтезируются в недостаточных количествах), а поступают в него с пищей. Некоторые витамины являются продуктами жизнедеятельности кишечной микрофлоры и, всасываясь в кишечнике, в какой-то степени удовлетворяют потребность организма в этих веществах. В отличие от других незаменимых факторов питания (ряда аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот и др.) витамины не служат источником энергии или материалом для биосинтетических пластических процессов, а выполняют главным образом функцию регуляторов многочисленных биохимических реакций, в совокупности составляющих обмен веществ и энергии.

Источниками витаминов для человека служат различные пищевые продукты растительного и животного происхождения. Содержание витаминов в пищевых продуктах значительно ниже, чем содержание основных пищевых веществ (белков, жиров и углеводов) и не превышает, как правило, 10-100 мг на 100 г съедобной части продукта.

Физиологические потребность здоровых людей в витаминах меняется в зависимости от возраста, пола, характера трудовой деятельности, традиций национальной кухни, климатических условий и др.

Витамины делят на водорастворимые и жирорастворимые. К водорастворимым витаминам относятся аскорбиновая кислота (витамин С), витамины группы В - тиамин (витамин В1), рибофлавин (витамин В2), пиридоксин (витамин В6), ниацин (витамин РР), витамин В12, фолаты (фолиевая кислота и др.), пантотеновая кислота (витамин В5), биотин (витамин Н). К жирорастворимым витаминам относят витамины A, D, E и К.

Существует также группа так называемых витаминоподобных соединений, которыми считают биофлавоноиды (витамин Р), инозит, карнитин, липоевую кислоту, оротовую кислоту, холин, метилметионинсульфоний (витамин U), пангамовую кислоту (витамин В15) и другие. Витаминоподобные соединения выполняют в организме многообразные функции, участвуя в построении фосфолипидов, в регуляции процессов биологического окисления, метаболизма жирных кислот и др.

Недостаточное поступление витаминов в организм человека приводит к развитию гипо- или авитаминозов, а избыточное – к гипервитаминозам. Авитаминоз — глубокая недостаточность витаминов, когда витамин в организме практически отсутствует. Гиповитаминоз — состояние менее глубокой недостаточности.

· Гиповитаминоз витамина А проявляется специфическими изменениями эпителиальных покровов - кожи, слизистых оболочек, роговицы, отмечается также похудание (вплоть до истощения), а у детей - задержка роста.

· Гиповитаминоз B1 сопровождается функциональными расстройствами ЦНС: нарушением сна, раздражительностью, нервной истощаемостью, утомляемостью. При авитаминозе В1 может развивается клиническая картина бери-бери.

· Гиповитаминоз В2 проявляется трещинами в углах рта, хейлитом, глосситом, в последующем нередко возникает себорейный дерматит.

· Гиповитаминоз В6 развивается как при недостаточности питания, так и при хронических интоксикациях. Проявляется дерматитом, напоминающим себорею.

· Гиповитаминоз В12 приводит к развитию злокачественной макроцитарной мегалобластической анемии, поражению периферических нервов, глосситу, гастриту с резким снижением кислотности желудочного сока.

· Гиповитаминоз С – разрыхляются десны, стенки кровеносных капилляров,

· Гиповитаминоз D – может вызвать рахит, отмечается снижение иммунитета.

· Гиповитаминоз Е может развиться при недостаточном поступлении или усвоении витамина, а также после значительной физической перегрузки у спортсменов. При этом в мышцах резко снижается количество миозина, гликогена, калия, магния, фосфора и креатина. Появляется гипотония и слабость мышц. При длительном гиповитаминозе наблюдаются эндокринные и нервные расстройства, у женщин - склонность к выкидышам;

· Гиповитаминоз К ведет к кровоточивости, возникновению кровоизлияний.

Вещества этой группы принято подразделять на макроэлементы и микроэлементы.

Недостаточность некоторых элементов проявляется характерными заболеваниями (например, малокровие при нехватке железа), однако проявления недостаточности многих элементов носят неспецифический характер.

1.3.5. Рациональное питание. Основные принципы концепции сбалансированного питания. Белковая, жировая и углеводная сбалансированность. Сбалансированность витаминов и минеральных веществ. Режим питания.

Теоретической базой современной науки о питании является концепция сбалансированного питания, фундаментом которой служат новейшие представления об обмене веществ и энергии.

Сбалансированным называется питание, при котором обеспечены оптимальные соотношения пищевых и биологически активных веществ, способных проявить в организме максимум своего полезного действия.

Главным принципом сбалансированного питания здорового человека является нормирование пищевых веществ во взаимосвязи с калорийностью пищи. Основными принципами концепции сбалансированного питания являются:

1) соответствие энергетической ценности пищи затратам энергии

2) наличие в пище эссенциальных веществ

3) оптимальное соотношение отдельных компонентов пищи с потребностями

Белок является определяющим компонентом питания, и именно по отношению к нему устанавливаются соотношения жиров и углеводов. В соответствии с А.А. Покровским соотношение калорийностей (Е, ккал) пищевых веществ (белки-жиры-углеводы) в рационе должно быть

Е_б:Е_ж:Е_у=1:2,7:4,6

При этом белки должны быть на 55% животными, и жиры на 70% также должны быть животными.

4) наличие защитных компонентов пищи

5) обеспечение органолептических достоинств пищи

6) применение технологической обработки, позволяющей обеспечить удаление вредных примесей и не вызывать снижения биологической ценности пищи

7) распределение пищи по приемам в течение суток в соответствии с режимом и характером деятельности человека.

Белки представляют собой важнейшую часть пищи. Они обладают высокой биол. ценностью, хорошо перевариваются и усваиваются. Рациональное белковое питание основано на соблюдении оптимальных соотношений между животными и растительными белками, обычно дополняющими друг друга по аминокислотному составу. Белки молочных продуктов и рыбы перевариваются наиболее быстро, белки мяса - медленнее. Растительные белки, как правило, усваиваются человеческим организмом хуже, чем животные. Усвоение белков зависит и от способа кулинарной обработки пищевых продуктов: длительное разваривание, измельчение, протирание, особенно продуктов растительного происхождения, существенно облегчают переваривание и улучшают усвоение многих белков. Биол. ценность белков и их усвоение организмом повышаются при достаточном содержании в пищевом рационе витаминов группы В, а также солей магния, калия и натрия. Большое влияние на усвоение организмом белков оказывает и режим питания, в частности временные интервалы между приемами пищи: слишком большие интервалы (10-12 ч) приводят к существенному снижению усвояемости белков.

Физиологическая потребность в белках зависит от пола, возраста, климатических условий, общего состояния организма, вида профессиональной деятельности и др. Рекомендуется обеспечивать 11-13% калорийности дневного рациона за счет белков. С учетом этого суточная норма белка для взрослого человека принята равной 80-100 г в сутки. Содержание животного белка в рационе взрослого человека должно составлять около 55% от общего количества белка.

Углеводы. Около половины энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности, организм человека получает с углеводами. В среднем суточная норма потребления углеводов составляет 400-500 г, однако это зависит от возраста и профессиональной деятельности человека. Так, например, человек, занимающийся средним по тяжести физическим трудом, должен получать в сутки 400-440 г усвояемых углеводов, а при особо тяжелом физическом труде - 550-600 г. У лиц, занятых преимущественно умственным трудом и ведущих малоподвижный образ жизни, в зависимости от возраста и пола потребность в углеводах составляет 297-378 г в сутки. С возрастом потребность в углеводах снижается, а к 75 годам, как правило, уменьшается на 50%. Недостаток углеводов в рационе вынуждает организм расходовать для образования глюкозы аминокислоты, что может вызвать их дефицит и повышение содержания в крови кетоновых тел, вплоть до развития кетоацидотической комы.

Углеводы пищи (крахмал, сахара, пектиновые вещества, клетчатка) делят на усвояемые и неусвояемые организмом человека. Неусвояемые углеводы не всасываются в кишечнике, а если и всасываются, то не метаболизируются в тканях. Эти углеводы образуют группу балластных веществ (пищевые волокона). К ним относят клетчатку (целлюлозу), олигосахариды типа раффинозы, пектины и др. Пищевые волокна способствуют нормальному функционированию кишечника: раздражая стенки кишок, они вызывают или усиливают перистальтику. При употреблении пищи, бедной пищевыми волокнами, перистальтика ослабевает, что создает условия для возникновения запоров.

Жиры. Используемые в питании жиры правильнее называть жировыми продуктами, т. к. в их состав, помимо собственно жиров (нейтральных жиров или триглицеридов), входит некоторое количество других липидов (стеринов, фосфолипидов и др.), играющих важную роль в жировом обмене. Жиры можно рассматривать как природный пищевой концентрат большой энергетической ценности, способный в небольшом объеме обеспечить организм значительным количеством энергии. С жирами организм получает необходимые для него вещества - жирорастворимые витамины А, D, Е, полиненасыщенные жирные кислоты (так наз. витамин F), лецитины и др. Жиры, поступающие с пищей, частично депонируются в организме в виде жировых запасов.

Установлена взаимодополняемость животных и растительных жиров. Наилучший в биологическом отношении баланс создается при включении в рацион 70-80% животных жиров и 20-30% растительных жиров (масел). В растительных маслах содержатся незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты (арахидоновая, линолевая и линоленовая).

Нормы поступления в организм жиров рассчитывают с учетом возраста, характера трудовой деятельности и климатических условий. В нормах питания предусматривается, жировые вещества должны покрывать не менее 33% от суточных энергозатарат.

Чем выше уровень энергозатрат, тем выше потребность в минеральных веществах. Сбалансированность кальция и фосфора составляет 1:1,5, а кальция и магния – 1:0,6. Если эти элементы не сбалансированы, то они плохо усваиваются организмом. Среди минеральных солей особую роль играет поваренная соль, суточное потребление которой составляет 5-6 г. Избыточное потребление поваренной соли рассматривают как один из факторов риска развития гипертонической болезни. Магний необходим для нормальной деятельности сердечно-сосудистой системы, особенно в пожилом возрасте, т. к. он участвует в выведении из организма избыточных количеств холестерина, т. е. обладает антисклеротическим действием. Для нормального течения жизненно важных процессов организму необходим калий, железо и медь, и йод.

Вода также является жизненно необходимой частью пищевого рациона. Суточная потребность в воде (для взрослых) в условиях покоя составляет в среднем около 2,5 л.

Витамины являются обязательной и незаменимой частью пищевого рациона. Они обеспечивают нормальную жизнедеятельность организма, участвуют в процессе усвоения других пищевых веществ, увеличивают сопротивляемость организма вредным воздействиям окружающей среды, способствуют повышению трудоспособности человека. Разнообразный состав пищи и правильная кулинарная ее обработка помогают избежать тяжелых последствий витаминной недостаточности.

Режим питания включает следующие понятия: количество приемов пищи, интервалы между ними, распределение калорийности дневного пищевого рациона между отдельными приемами пищи. Наиболее рациональным считают 4-разовое питание, при котором создается равномерная нагрузка на пищеварительный тракт и обеспечивается наиболее полноценная обработка пищи пищеварительными соками. Прием пищи в одно и то же время способствует рефлекторному выделению желудочного сока именно в это время. В любом случае последний раз надо есть не раньше, чем за 2-3 часа до сна. Наиболее целесообразно следующее распределение суточного пищевого рациона (по калорийности): завтрак - 25%, обед - 35%, полдник - 15%, ужин - 25%. При работе в ночную смену ужин (за 2-3 ч до работы) должен составлять 30% дневного пищевого рациона, и, кроме того, во 2-й половине ночной смены также надо поесть.