Ю.А. Александров
Основы производства безопасной и экологически чистой животноводческой продукции
Учебное пособие / Мар. гос. ун-т; – Йошкар-Ола, 2008. – 277 с.

Предыдущая

Оглавление

Следующая

Глава 2. Пищевая, биологическая ценность и безопасность пищевых продуктов

2.1. Критерии пищевой, биологической ценности и безопасности пищевых продуктов

2.1.2. Биологическая ценность пищевых продуктов

Как указывалось выше, критериями биологической ценности пищевого продукта являются степень соответствия аминокислотного состава белка пищевого продукта потребностям организма человека в аминокислотах для синтеза собственного белка и содержание в продукте минорных компонентов – фитосоединения (хотя вышеуказанные показатели пищевых продуктов в СанПиНе 2.3.2.1078-01 не представлены).

Белки, как известно, участвуют в важнейших функциях организма, являясь незаменимыми пищевыми веществами.

2.1.2.1. Биологическая ценность белков

Белки или протеины – высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения, молекулы которых построены из остатков аминокислот.

В природе существует 10¹⁰ до 10¹² различных белков. Их биологические функции следующие:

1.  структурная (кератин волос, ногтей, коллаген соединительной ткани, эластин, муцины);

2.  каталитическая (ферменты);

3.  транспортная (гемоглобин, миоглобин, альбумины сыворотки);

4.  защитная (иммуноглобулины, гидролитические белки, фибриноген и др.);

5.  сократительная (миозин, актин мышечной ткани);

6.  гормональная или регуляторная (инсулин, соматотропин, гастрин и др.);

7.  питательная или резервная.

Эффективность обмена белков в значительной степени зависит от количественного и качественного состава пищи. При поступлении белков ниже рекомендуемых норм, в организме начинают распадаться белки тканей (мышц, печени, плазмы крови и т.д.), образовывающиеся аминокислоты расходуются на синтез ферментов, гормонов и других БАВ. Повышенное количество белков в составе пищи значительного влияния не оказывает, продукты азотистого обмена выводятся с мочой.

Состояние белкового обмена в большей степени зависит от недостатка или отсутствия незаменимых аминокислот. Клетки организма не могут синтезировать необходимые белки, если в составе пищи отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота. Синтез белков также нарушается, если часть аминокислот в кишечнике разрушается патогенной микрофлорой или аминокислоты плохо всасываются, а протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта мало активны.

На состояние азотистого обмена существенное влияние оказывают жиры, калорийность пищи, наличие или недостаток витаминов, минеральные вещества, гормоны. Гормоны щитовидной железы и низкокалорийная диета стимулируют распад белков, а гормоны роста и половых желез способствуют их синтезу.

Величина оптимальной потребности в белке по данным ВОЗ и ФАО составляет 60-100 г в сутки или 12-15% от общей калорийности пищи. В пересчете на 1 кг массы тела потребность в белке равняется около 1 г для человека среднего возраста, а для детей составляет от 1,05  до 4 г.

Российская научная школа рекомендует для мужчин потребление 73-120 г белка в сутки, 60-90 г – для женщин, а белков животного происхождения 43-65 и 43-49 г, соответственно. Потребность для лиц, перенесших тяжелые инфекции, хирургические вмешательства, имеющих заболевания органов пищеварения, дыхания, увеличивается до 100-120 г в день, для диабетиков – до 135-140 г.

Традиционным путем увеличения ресурсов пищевого белка является повышение производительности растениеводства, животноводства, достижений биотехнологии.

Наибольшее количество белка (и аминокислоты лизина) обеспечивают зернобобовые культуры (соя, нут, чечевица, горох, люпин).

Полноценный рацион может быть создан на основе использования пищевых продуктов, полученных из разных источников. Кукуруза бедна триптофаном и лизином, бобовые – метионином и т.д.

Выведены сорта высоколизиновой кукурузы Опейк-2, ячменя Хай-проли, сорго, пшеницы, гибрида ржи и пшеницы, тритикале с общим содержанием белка до 13,4% и 3,7% лизина.

Увеличение количества пищевого белка за счет животноводства является менее перспективным путем. На 1 кг животного белка требуется израсходовать 5-8 кг кормового белка, при этом коэффициент трансформации растительных белков составляет 25-39%, в процессе пищевой цепи теряется 60-75% белка на их биосинтез, выделение и т.д.

Определилось новое биотехнологическое направление – получение пищевых продуктов с повышенным содержанием и улучшенным качеством белка методом генетической инженерии.

Наиболее интенсивно проводятся работы с такими сельскохозяйственными культурами как соя (ген пшеницы ведет к повышению биологической ценности белков до 1,0 вместо 0,92), рис, картофель (с пересаженным геном фасоли – увеличение белка с 2-3 до 6%).

Белковая недостаточность является важнейшей проблемой питания. Нарушение белкового обмена (квашиоркор) развивается при частичном голодании и при потреблении неполноценных белков и сопровождается нарушением функции кишечника, гипофункцией поджелудочной железы, не обновляются клетки слизистой оболочки, нарушается и прекращается усвоение белка, нарушается водно-солевой баланс (порочный круг квашиоркора). Снижение синтеза белка в печени на фоне недостаточного его поступления в организм уменьшает количество сывороточного альбумина, липопротеидов низкой плотности, гемоглобина крови.

Недостаток аминокислоты триптофана вызывает снижение синтеза никотиновой кислоты и накопление ксантуреновой кислоты, угнетающей деятельность b-клеток островков Лангерганса поджелудочной кислоты, провоцируя возникновение диабета.

Аминокислоты – полифункциональные соединения, содержащие амино- (-NH₂) и карбоксильную (-COOH) группы, которые присоединены к альфа-углероду, между собой аминокислоты реагируют с образованием пептидной связи.

Основные функции аминокислот представлены схематично на рисунке 2.

Аминокислоты, которые не могут синтезироваться в организме и должны поступать с пищей, называются незаменимыми, а синтезируемые в организме – заменимыми. Отсутствие хотя бы одной аминокислоты вызывает отрицательный азотистый баланс, нарушение деятельности ЦНС, остановку роста и тяжелые клинические последствия за счет нарушения синтеза физиологически значимых белков.

Рис. 2. Основные функции аминокислот в организме

Таблица 6 – Классификация аминокислот

Таблица 7 – Рекомендуемы составы эталонного белка и суточная потребность человека в незаменимых АК (мг/г белка) ФАО/ВОЗ 1985 г.

Биологическая ценность пищевых белков определяется путем сравнения аминокислотного состава изучаемого белка со справочной шкалой незаменимых аминокислот стандартного белка (табл. 7) и расчетом аминокислотного скора (%) – отношения количества каждой незаменимой аминокислоты (в мг) в 1 г исследуемого белка к количеству каждой незаменимой аминокислоте (в мг) в 1 г стандартного (эталонного) белка. Принято, что аминокислотой, лимитирующей биологическую ценность белка, считается та, скор которой имеет наименьшее значение. В стандартном (эталонном) белке аминокислотный скор (а.с.) каждой незаменимой аминокислоты принимается за 1,00. Таким образом, степень биологической пользы для организма пищевых белков определяется по их аминокислотному скору.

А.с. = (мг АК в 1 г белка/мг АК в 1 г этал. белка) x 100%.

Аминокислота, скор которой имеет самое низкое значение в белке, называется первой лимитирующей аминокислотой (табл. 8).

Таблица 8 – Аминокислотный состав и скор белков некоторых пищевых продуктов

Аминокислота	Говядина		Треска		Пшеница		Рис		Женское молоко		Коровье молоко
	А	С	А	С	А	С	А	С	А	С	А	С
Изолейцин	4,8	120	4.7	117	3,5	87	4,4	110	4,6	115	4,7	117
Лейцин	8,1	116	8.5	121	7,2	103	8,6	123	9,3	133	9,5	136
Лизин	8,9	162	10,0	182	3,1	56	3,8	69	6,6	120	7,8	142
Метионин + цистин	4,0	114	4,5	129	4,3	123	3,8	108	4,2	120	3,3	94
Фенилаланин + тирозин	8,0	133	9,0	150	8,1	135	8,6	143	7,2	120	10,2	170
Треонин	4,6	115	5,2	130	3,1	77	3,5	87	4,3	107	4,4	110
Валин	5,0	100	5,2	104	4,7	94	6,1	122	5,5	110	6,4	128
Триптофан	1,1	110	1,1	110	1,2	120	1,4	140	1,7	170	1,4	140
Гистидин	×	×	×	×	×	×	×	×	2,6	100	2,7	104

Примечание:

* – первая лимитирующая аминокислота;

А – содержание аминокислоты в г/100 г белка;

С – химический скор, в % относительно «идеального» белка по ФАО/ВОЗ (1988 г.).

Основными источниками белков являются продукты животного происхождения: мясо и мясопродукты, рыба и рыбопродукты, молоко и молочные продукты; растительного происхождения – зерно и продукты переработки зерна, прежде всего бобовых культур (табл. 9).

При этом биологическая ценность белков зависит в основном от содержания и соотношения входящих в их состав незаменимых аминокислот, которые не могут синтезироваться в организме из других веществ и поэтому должны поступать с пищей. Для взрослого человека незаменимыми являются 8 таких аминокислот – изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, триптофан, треонин и валин; потребность в них представлена в таблице 10.

Таблица 9 – Содержание белка в основных пищевых продуктах, г/100 г съедобной части продукта

Таблица 10 –  Потребность в незаменимых аминокислотах взрослого человека, г/100 г белка

Белки животного происхождения имеют высокую биологическую ценность, а растительные – невысокую, так как лимитированы по ряду незаменимых аминокислот, прежде всего по лизину и треонину. Поэтому растительные белки усваиваются организмом хуже, чем животные: белки яиц и молока – на 96%, белки рыбы и мяса – на 95%, белки хлеба из муки 1 и 2 сорта – на 85%, белки овощей – на 80%, белки картофеля, хлеба из обойной муки, бобовых – на 70% (табл. 11).

Таблица 11 – Величина усвояемости белков человеком, %

Яйца. Этот продукт птицеводства по энергетической ценности и содержанию белка, витаминов (A, B, D), минеральных веществ (P, Fe, I) могут приравниваться к мясу и молоку.

Таблица 12 – Химический состав компонентов яиц

В белке яйца содержатся растворимые белки (овоальбумин – 75%, овокональбумин – 3%, овоглобулин – 2%, гликопротеиды: овомукоид и овомуцин – 7%, ферменты: лизоцим и авидин в комплексе с биотином, флавопротеин), в желтке – сложные белки фосфопротеиды: вителлин, ливитин, фосфофитин и почти все липиды (61,9% ненасыщенных жирных кислот, 38,1% – насыщенных).

Аминокислотный состав белков яйца приближается к эталонному белку.

Массовая доля углеводов в яйце составляет около 1%.

Яйца считаются одним из лучших продуктов питания людей благодаря наличию и оптимальному соотношению всех питательных веществ как растущим, так и физически активным людям.

2.1.2.2. Биологическая ценность липидов

Липиды (жиры) – сложная смесь органических соединений, содержащаяся в растениях, животных и микроорганизмах, вместе с белками и углеводами составляют основную массу органических веществ всех живых организмов. К липидам относятся жиры и масла, другие гидрофобные вещества. Они являются важными компонентами пищевого сырья, полупродуктов и готовых пищевых продуктов. По химическому строению липиды являются производными жирных кислот, спиртов, альдегидов, построенных с помощью сложноэфирной, простой эфирной, фосфоэфирной, гликозидных связей, они имеют сложный состав. Извлекаемая из семян смесь называется сырой жир (рис. 3).

Липиды делят на две группы: простые – триглицериды жирных кислот (глицеролипиды, гликолипиды, эфиры холестерина) и сложные (остатки высокомолекулярных карбоновых кислот + кислоты фосфорная и серная).

Простые нейтральные липиды – ацилглицерины (три-, ди-, моноацилглицерины) – это сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот, составляют до 95 липидов (по существу, это жиры и масла).

Другая группа жиров – воски – сложные эфиры высших одноосновных карбоновых кислот и одноатомных спиртов. Широко распространены в природе (листья, стебли, плоды).

Источниками липидов являются продукты растительного и животного происхождения.

Содержание липидов в тушке рыб составляет: у осетра 20-25%, сельди – 10%; у животных в теле содержание липидов колеблется: свинина – 33%, говядина – 9,8, поросята – 3%. В молоке животных содержание жира составляет от 17-18% (олень) до 3,5-4% (коровы).

Рис. 3. Основные компоненты сырого жира

Гликолипиды – группа нейтральных сложных липидов, в состав которых входят остатки моноз (липиды пшеницы, овса, кукурузы, подсолнечника), которым принадлежит важная роль в формировании клейковины белков пшеницы.

Важнейший представитель сложных липидов – фосфолипиды. Их молекулы построены из остатков спиртов (глицерин, сфингозин), жирных кислот, фосфорной кислоты, а также содержат азотистые основания (холин, этаноламин, остатки аминокислот). Содержание фосфолипидов в различных культурах колеблется от 1,8-1,7% (соя, хлопчатник, подсолнечник) до 0,6-0,9% (пшеница, рожь, пшеница, кукуруза). Они выполняют структурную функцию (строение мембран и субклеточных структур – органелл), запаса питательных веществ (запасные липиды). Фосфолипиды образуют сложные комплексы с белками (липопротеиды), углеводами (липополисахариды).

Из пигментов, содержащихся в липидах, имеют значение каротиноиды (красно-желтые пигменты, выполняющие роль провитаминов); хлорофиллы; а в хлопковом масле – госсипол в концентрации 0,14-2,5%, представляющий токсикологический интерес.

Стерины – алициклические вещества, одноатомные спирты и их эфиры. К ним относятся растительные стерины – стигмастерин, брассикастерин, кампестерин; стерин животного происхождения – холестерин.

Содержание холестерина (в %) в масле и других продуктах питания представлено в таблице 13.

Таблица 13 –  Содержание холестерина в пищевых продуктах, в мг/100 г съедобной части

Холестерин – это стерин животного происхождения, поступающий с животными жирами или синтезирующийся в организме, он является необходимым структурным компонентом мембран клеток, предшественником кортикостероидных гормонов, желчных кислот и витамина Д. Этот стерин сосредоточен в печени, почках, кишечной стенке, плазме крови, головном и спинном мозге.

В теле взрослого человека содержится около 140 г холестерина (примерно 2 г на 1 кг массы тела). В целом за сутки в организме человека расходуется примерно 1200 мг холестерина, около 500 мг окисляется до желчных кислот, примерно столько же экскретируется с калом, около 100 мг идет на образование стероидных гормонов. Для восполнения этого расхода в сутки синтезируется около 800 мг , а с пищей поступает около 400 мг.

Повышенное содержание холестерина в плазме крови является атерогенным фактором (фактор риска атеросклероза).

Установлено, что насыщенные жирные кислоты приводят к повышению уровня холестерина в плазме крови, особенно пальмитиновая, стеариновая (животные жиры), лауриновая, миристиновая (сливочное масло).

Полиненасыщенные жирные кислоты семейства омега-3 (ω-3 или n-3), содержащиеся в соевом, рапсовом, льняном маслах) и омега-6 (ω-6 или n-6, содержащиеся в жире морских глубоководных рыб) признаны как пищевой фактор, снижающий уровень холестерина в плазме крови.

Антиатеросклеротическим фактором также являются пищевые волокна, усиливающие выведение холестерина из организма.

Природные жиры и масла как растительного, так и природного происхождения содержат смещанные триацилглицерины (табл. 14).

Таблица 14 –  Основные карбоновые кислоты, входящие в состав природных масел и жиров

Насыщенные жирные кислоты (в углеродной цепи нет двойных связей) – пальмитиновая, стеариновая, миристиновая и др. используются как энергетический материал, содержатся в животных жирах, определяют твердое состояние и высокую температуру плавления. Высокое содержание животных жиров в рационе вызывает нарушение обмена липидов, повышается уровень холестерина в крови, увеличивается риск развития атеросклероза, ожирения, желчно-каменной болезни.

Ненасыщенные жирные кислоты (в углеродной цепи присутствуют двойные связи) подразделяются на мононасыщенные (одна ненасыщенная связь – олеиновая кислота) и полиненасыщенные (линолевая, линоленовая, арахидоновая). Собственно незаменимой является линолевая кислота (ω-6 содержит первую двойную связь в положении с-6), из которой образуется арахидоновая кислота при участии витамина B₆. Основной источник линолевой кислоты – подсолнечное масло. Биологическое действие их заключается в том, что являются предшественниками простагландинов клеточной мембраны, предотвращающих отложение холестерина на стенках кровеносных сосудов. Линоленовая кислота относится к группе ω-3 кислоты (содержит двойную связь в положении с-3). Содержание арахидоновой кислоты в пищевых продуктах незначительно и составляет в %: в мозгах – 0,5; яйцах – 0,1; свиной печени – 0,3; сердце – 0,2.

Оптимальная потребность организма в линолевой кислоте – 10 г, минимальная – 2-6 г в сутки. Среднее содержание полиненасыщенных кислот в рационе в пересчете на линолевую кислоту, должно составлять 4-6% от общей калорийности пищи.

В льняном и соевом маслах отмечается высокое содержание линоленовой кислоты, жиры рыб относятся к высоконенасыщенным жирам, содержащим ПНЖК семейства ω-3 с очень длинной боковой цепью.

Физические и химические свойства масел и жиров зависят от соотношения отдельных жирных кислот.

Жиры нестойки при хранении. Гидролитический распад жиров, липидов зерна, муки, крупы является причиной ухудшения их качества, в конечном итоге – порчи. Скорость и глубину гидролиза масел и жиров можно охарактеризовать с помощью кислотного числа.

Кислотное число – показатель, характеризующий количество свободных жирных кислот, содержащихся в жире. Он выражается в мг 1 н раствора KOH, затраченного на нейтрализацию свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира.

Йодное число – показатель, характеризующий непредельность жирных кислот, входящих в состав жира. Выражается в процентах йода, эквивиалентного галогену, присоединяющемуся к 100 г жира.

Жиры и масла, особенно содержащие радикалы ненасыщенных жирных кислот, окисляются кислородом воздуха и светом с образованием гидропероксидов и вторичных продуктов их взаимодействия (спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты). На скорость окисления оказывают влияние антиокислители (искусственные антиоксиданты – соединения фенольной природы: ионол, БОТ, БОА, пропилгаллаты; природные – токоферолы, госсипол, сезамол).

Ферментативное окисление (прогоркание) под действием биологических катализаторов характерно для липидов масличных семян, зерна и продуктов их переработки. Схема ферментативного прогоркания липидов представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Схема ферментативного прогоркания жира

Маргариновая продукция. В основе получения маргариновой продукции лежат реакции переэтерификации (взаимодействии карбонильной группы сложного эфира со спиртовыми группами с образованием глицератов) с целью получения маргарина с высоким содержанием линолевой кислоты, гидрогенизации (присоединение водорода к остаткам ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав растительных масел), что приводит к изменению физико-химических свойств жировых смесей.

Растительные жиры и масла являются источником энергетического и пластического материала, поставщиком непредельных жирных кислот, фосфолипидов, жирорастворимых витаминов, стеринов. Рекомендуемое содержание жира в рационе человека по калорийности составляет 30-33%: для населения южных зон 27-28%, северных – 38-40% или 90-107 г в сутки, в том числе непосредственно в виде животных жиров 45-50 г.

Длительное ограничение жиров в питании или систематическое использование жиров с пониженным содержанием необходимых компонентов, в том числе сливочного масла, приводит к отклонениям в физиологическом состоянии организма: нарушается деятельность центральной нервной системы, снижается устойчивость организма к инфекциям (иммунитет), сокращается продолжительность жизни. Но и избыточное потребление жиров нежелательно, оно приводит к ожирению, сердечно-сосудистым заболеваниям, преждевременному старению.

В составе пищевых продуктов различают видимые жиры (растительные масла, животные жиры, сливочное масло, маргарин, кулинарный жир) и невидимые жиры (жир в мясе и мясопродуктах, рыбе, молоке и молочных продуктах, крупе, хлебобулочных и кондитерских изделиях). Это, конечно, условное деление, но оно широко применяется.

Наиболее важные источники жиров в питании – растительные масла (в рафинированных маслах 99,7% жира), сливочное масло (61,5-82,5%), маргарин (до 82,0%), комбинированные жиры (50-72%), кулинарные жиры (99%), молочные продукты (3,5-30%), некоторые виды кондитерских изделий: шоколад (35-40%), отдельные сорта конфет (до 35%), печенье (10-11%); крупы: гречневая (3,3%), овсяная (6,1%); сыры (25-50%), продукты из свинины, колбасные изделия (10-23% жира).

В питании имеют значение не только количество, но и химический состав употребляемых жиров, особенно содержание полиненасыщенных кислот с определенным положением двойных связей и цис-конфигурацией (линолевой С²₁₈; альфа- и гамма-линоленовой С³₁₈; олеиновой С¹₁₈; арахидоновой С⁴₂₀; полиненасыщенных жирных кислот с 5-6 двойными связями семейства омега-3).

Рекомендуемое соотношение ω-6 и ω-3 кислот в рационе здорового человека – 10:1, для лечебного питания – от 3:1 до 5:1.

Жирные кислоты семейства ω-6 (двойная связь расположена на 6 месте от метильного конца) преобладают в растительных жирах. К ним относятся линолевая, γ-линолевая и арахидоновая кислоты.

Считается, что линолевая кислота должна обеспечивать 3-5% общей калорийности суточного рациона, по массе это составляет 8-10 г линолевой кислоты или 1-2 столовые ложки растительного масла.

2.1.2.3. Биологическая ценность углеводов

Углеводы широко распространены в природе, они встречаются в свободной или связанной форме в любой растительной, животной, бактериальной клетке, они составляют три четверти биологического мира и примерно 60-80% калорийности пищевого рациона. Наиболее распространенный углевод – целлюлоза, структурный компонент деревьев и растений. Главный пищевой ингредиент – крахмал. Моносахариды встречаются в свободном виде в природе в небольших количествах; в основном они присутствуют как структурные единицы полисахаридов, входят в состав дисахаридов и олигосахаридов.

Выделяют простые углеводы, или сахара, включающие моносахариды и дисахариды, и сложные углеводы – полисахариды (крахмал, гликоген и некрахмальные полисахариды – клетчатка: целлюлоза и гемицеллюлоза, пектины).

Моносахариды содержат от 3 до 9 атомов углерода, наиболее распространены пентозы (5С) и гексозы (6С), а по функциональной группе альдозы и кетозы. Широко известные моносахариды – глюкоза, фруктоза, галактоза, рабиноза, арабиноза, ксилоза и D-рибоза.

Глюкоза (виноградный сахар) в свободном виде содержится в ягодах и фруктах (в винограде до 8%; в сливе, черешне 5-6%; в меде 36%). Из молекул глюкозы построены крахмал, гликоген, мальтоза; глюкоза является основной частью сахарозы, лактозы.

Фруктоза (плодовый сахар) содержится в чистом виде в пчелином меде (до 37%), винограде (7,7%), яблоках (5,5%); является основной частью сахарозы.

Галактоза – составная часть молочного сахара (лактозы), которая содержится в молоке млекопитающих, растительных тканях, семенах.

Арабиноза содержится в хвойных растениях, в свекловичном жоме, входит в пектиновые вещества, слизи, гумми (камеди), гемицеллюлозы.

Ксилоза (древесный сахар) содержится в хлопковой шелухе, кукурузных кочерыжках. Ксилоза входит в состав пентозанов. Соединяясь с фосфором, ксилоза переходит в активные соединения, играющие важную роль во взаимопревращениях сахаров.

В ряду моносахаридов особое место занимает D-рибоза. Почему природа всем сахарам предпочла рибозу – пока не ясно, но именно она служит универсальным компонентом главных биологически активных молекул, ответственных за передачу наследственной информации, – рибонуклеиновой (РНК) и дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислот; входит она и в состав АТФ и АДФ, с помощью которых в любом живом организме запасается и переносится химическая энергия. Замена в АТФ одного из фосфатных остатков на пиридиновый фрагмент приводит к образованию еще одного важного агента НАД – вещества, принимающего непосредственное участие в протекании жизненно важных окислительно-восстановительных процессов. Еще один ключевой агент – рибулоза 1,5-дифосфат. Это соединение участвует в процессах ассимиляции углекислого газа растениями.

Полисахариды. Различают полисахариды I-го (олигосахариды) и II-го порядков (полиозы).

Олигосахариды. Это полисахариды I-го порядка, молекулы которых содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. В соответствии с этим различают дисахариды, трисахариды и т.д.

Дисахариды – сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе распадается на две молекулы моносахаридов. Дисахариды, наряду с полисахаридами, являются одним из основных источников углеводов в пище человека и животных. По строению дисахариды являются гликозидами, в которых две молекулы моносахаридов соединены гликозидной связью.

Среди дисахаридов особенно широко известны мальтоза, сахароза и лактоза. Мальтоза, являющаяся глюкопиранозил-(1,4)-α-глюкопиранозой, образуется в качестве промежуточного продукта при действии амилаз на крахмал (или гликоген).

Одним из наиболее распространенных дисахаридов является сахароза – обычный пищевой сахар. Молекула сахарозы состоит из одного остатка α-D-глюкозы и одного остатка β-D-фруктозы.

В отличие от большинства дисахаридов, сахароза не имеет свободного полуацетального гидроксила и не обладает восстанавливающими свойствами.

Дисахарид лактоза содержится только в молоке и состоит из β-D-галактозы и D-глюкозы.

Среди природных трисахаридов наиболее известна раффиноза (содержащая остатки фруктозы, глюкозы и галактозы). Она находится в значительных количествах в сахарной свекле и во многих других растениях, в частности в бобовых. В целом олигосахариды, присутствующие в растительных тканях, разнообразнее по своему составу, чем олигосахариды животных тканей.

Полисахариды II-го порядка разделяются на структурные и резервные. К первым относится целлюлоза, а к резервным – гликоген (у животных) и крахмал (у растений).

Крахмал представляет собой комплекс из линейной амилозы (10-30%) и разветвленного амилопектина (70-90%), построенных из остатков молекулы глюкозы (α-амилоза и амилопектин в линейных цепях α-1,4-связами, амилопектин в точках ветвления межцепочными α–1,6-связами), общая формула которых (C₆H₁₀ O₅)_n.

Хлеб, картофель, крупы и овощи – главный энергетический ресурс организма человека.

Гликоген – полисахарид, широко распространенный в тканях животных, близкий по своему строению амилопектину (сильно разветвленные цепочки через каждые 3-4 звена, общее количество гликозидных остатков 5-50 тыс.).

Целлюлоза (клетчатка) является распространенным растительным гомополисахаридом, выполняет роль опорного материала растений (скелет растений). Древесина наполовину состоит из клетчатки и связанного с нею лигнина, это биополимер линейного характера, содержащий 600-900 остатков глюкозы, соединенных β-1,4-гликозидными связами.

Декстраны – гомополисахариды, построенные из остатков D-глюкозы с доминирующим типом гликозидной связи. Декстран образуется из сахарозы и крахмала.

Пентозаны – целлюлозоподобные полисахариды, построенные из ксилозы, арабинозы и других пентоз. Богаты пентозанами скорлупа орехов, подсолнухов, кукрузные кочерыжки, солома, рожь.

Инулин – высокомолекулярный углевод, растворимый в воде. Содержится в клубнях земляной груши, георгинов, в корнях одуванчика, кок-сагыза, цикория, артишоках.

Пектиновые вещества – содержащиеся в растительных соках и плодах, представляют собой гетерополисахариды, построенные из остатков галактуроновой кислоты, соединенных α-(1,4)-гликозидными связями. Карбоксильные группы галактуроновой кислоты в той или иной степени этерифицированы метиловым спиртом. В зависимости от этого существует следующая классификация пектиновых веществ:

–     протопектин – нерастворимое в воде соединение сложного химического состава (в протопектине длинная цепь полигалактуроновой кислоты связана с другими веществами: целлюлозой, арабаном, галактаном и другими полиозами, а также с белковыми веществами);

—  пектиновые кислоты – это полигалактуроновые кислоты, в малой степени этерифицированные остатки метанола;

—  пектин представляет собой почти полностью этерифицированную пектиновую кислоту.

Пектиновые вещества составляют основу фруктовых гелей. Пектины растворимы в воде, образуют коллоидные растворы. Протопектин нерастворим в воде, молекулярная масса 20-30 тыс. дальтон.

К гемицеллюлозам относятся разнообразные по химической структуре гетерополисахариды растений: глюкоманнаны, галактоманнаны и ксиланы, содержащие в боковых цепях арабинозу, глюкозу и т.д. В растениях гемицеллюлозы, как правило, сопутствуют целлюлозе и лигнину, причем ксиланы и глюкоманнаны прочно адсорбируются на поверхности целлюлозы.

Гемицеллюлозы, выделяемые из различных растений, отличаются по структуре. В деревьях и семенах они представлены линейными глюкоманнами, содержащими остатки D-маннозы и D-глюкозы, соединенных 1,4-гликозидными связями. В травах и древесине обнаружены гемицеллюлозы, цепи которых построены из остатков ксилопираноз, соединенных 1,4-гликозидными связями, причем в основной цепи имеются различные разветвления.

Гликозиды – продукты, получающиеся при элиминации воды. Только очень малые количества гликозидов встречаются в питании человека. Однако их значение часто зависит не от количества, а связано с физиологической ролью. Ряд природных гликозидов являются сильными пенообразователями и стабилизаторами, флавоноидные гликозиды могут придавать горький вкус и (или) определенный аромат и цвет пищевому продукту. S-гликозиды встречаются в природе в семенах горчицы и корня хрена. Они называются гликозинолаты. Аллилгликозинолат, наиболее известный из класса S-гликозидов, называется синигрин. Он придает определенный аромат пище, но есть работы, в которых авторы полагают, что S-гликозиды и (или) продукты их распада могут быть отнесены к пищевым токсикантам.

Небольшое количество левоглюкозана образуется в условиях пиролиза при обжарке и выпечке мучных изделий и нагревании сахаров и сахарных сиропов при высокой температуре. Большие количества в пище нежелательны из-за горького вкуса.

Другой класс гликозидов, важных с точки зрения гигиены питания, – цианогенные гликозиды. Это соединения, которые образуют цианистый водород (HCN) при деградации in vivo; они достаточно широко представлены в природе (семена горького миндаля, маниок, сорго, косточки персиков, абрикосов и др.). Цианиды калия и натрия, образующиеся при деградации этих гликозидов, обычно детоксицируется превращениями в тиоцианат. Эта реакция включает CN^—-ион, SO₃^—-ион и фермент S-трансферазу. Однако, если путь детоксикации подавляется введением большого количества гликозида, может появиться токсичность. Были отмечены отравления как результат потребления маниока, горького миндаля; отравление крупного рогатого скота при потреблении незрелого проса или сорго.

Идеальная защита от цианидного отравления – исключить (или почти исключить) цианогенную пищу. Эти пищевые продукты должны храниться только очень короткое время. Надо принимать меры, чтобы не было «побитых» после уборки плодов. Плоды должны быть тщательно отобраны и затем хорошо промыты, чтобы удалить цианид.

Они являются главным источником энергии для человеческого организма, необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. В результате биологического окисления углеводов (а также жиров и, в меньшей степени, белков) в организме освобождается энергия, которая аккумулируется в виде богатого энергией соединения – аденозинтрифосфорной кислоты. При окислении 1 г углеводов в организме образуется 16,7 кДж (4 ккал) энергии.

Роль углеводов в организме человека не ограничивается их значением как источника энергии. Эта группа веществ и их производные входят в состав разнообразных тканей и жидкостей, являясь пластическими материалами.

Регуляторная функция углеводов разнообразна. Они противодействуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров. Так, при нарушении обмена углеводов, например, при сахарном диабете, развивается ацидоз.

Ощущение сладкого, воспринимаемое рецепторами языка, тонизирует центральную нервную систему.

Некоторые углеводы и их производные обладают биологической активностью, выполняя в организме специализированные функции. Например, гепарин предотвращает свертывание крови в сосудах, гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через клеточную оболочку и др.

Следует отметить важную роль углеводов в защитных реакциях организма, особенно протекающих в печени. Так, глюкуроновая кислота соединяется с некоторыми токсическими веществами, образуя нетоксические сложные эфиры, которые, благодаря растворимости в воде, удаляются из организма с мочой.

Углеводные запасы человека очень ограничены, содержание их не превышает 1% массы тела. При интенсивной работе они быстро истощаются, поэтому углеводы должны поступать с пищей ежедневно. Суточная потребность человека в углеводах составляет 400-500 г, при этом примерно 80% приходится на крахмал.

Усваиваемые и неусваиваемые углеводы. С точки зрения пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы – моно- и олигосахариды, крахмал, гликоген. Неусваиваемые – целлюлоза, гемицеллюлоза, инулин, пектин, гумми, слизи.

При поступлении в пищеварительный тракт усваиваемые углеводы (за исключением моносахаридов) расщепляются, всасываются, а затем или непосредственно утилизируются (в виде глюкозы), или превращаются в жир, или откладываются на временное хранение (в виде гликогена). Накопление жира особенно выражено при избытке в диете простых сахаров и отсутствии расхода энергии.

Глюкоза является основной формой, в виде которой углеводы циркулируют в крови, обеспечивая энергетические нужды организма. Нормальное содержание глюкозы в крови 80-100 мг/ 100 мл. Избыток сахара превращается в гликоген, который расходуется как источник глюкозы, если мало углеводов поступает с пищей. Процессы утилизации глюкозы замедляются, если поджелудочной железой вырабатывается недостаточно гормона – инсулина. Уровень глюкозы в крови повышается до 200-400 мг/100 мл, почки перестают задерживать такие высокие концентрации сахара, и сахар появляется в моче. Наступает тяжелое заболевание – сахарный диабет. Быстрый подъем уровня глюкозы в крови вызывают моносахариды и дисахариды, особенно сахароза. На ворсинках тонкого кишечника из сахарозы и других дисахаридов высвобождаются остатки глюкозы, которые быстро поступают в кровь.

При потреблении фруктозы уровень глюкозы в крови увеличивается менее резко. Фруктоза в большей степени задерживается печенью, а поступив в кровь, скорее вступает в обменные процессы. Утилизация фруктозы не требует инсулина, поэтому она может потребляться и больными сахарным диабетом. Фруктоза в меньшей степени, чем глюкоза и сахароза, вызывает кариес зубов. Большая целесообразность потребления фруктозы по сравнению с другими сахарами связана и с тем, что фруктоза обладает большей сладостью.

Моносахарид галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается. Она является продуктом расщепления молочного сахара.

Дисахарид лактоза содержится только в молоке и молочных продуктах (сыры, кефир и т.д.), составляя примерно 1/3 сухих веществ. Гидролиз лактозы в кишечнике протекает замедленно, в связи с чем ограничиваются процессы брожения и нормализуется деятельность кишечной микрофлоры. Кроме того, поступление лактозы в пищеварительный тракт способствует развитию молочнокислых бактерий, являющихся антагонистами патогенной и условно-патогенной микрофлоры, гнилостных микроорганизмов.

Неусваиваемые углеводы человеческим организмом не утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и составляют (вместе с лигнином) так называемые пищевые волокна. Пищевые волокна выполняют следующие функции в организме человека:

—  стимулируют моторную функцию кишечника;

—  препятствуют всасыванию холестерина;

—  играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов;

—  оказывают влияние на липидный обмен, нарушение которого приводит к ожирению;

—  адсорбируют желчные кислоты;

—  способствуют снижению токсичных веществ жизнедеятельности микроорганизмов и выведению из организма токсичных элементов.

Суточная норма пищевых волокон составляет 20-25 г.

2.1.2.4. Микронутриенты, их биологическая ценность, источники

Помимо белков, жиров, углеводов необходимыми для человека являются вещества, относящиеся к классу микронутриентов.

Класс микронутриентов объединяет витамины, предшественники витаминов и витаминоподобные вещества, а также минеральные вещества.

Очень часто они называются биологически активными веществами. Биологически активные вещества используются в пищевой промышленности как БАД – биологически активные добавки (food supplements) подразделяются на нутрицевтики (БАДы, обладающие пищевой ценностью) и парафармацевтики, обладающие выраженной биологической активностью.

Рис. 5. Схема биологического действия БАДов

2.1.2.5. Витамины и витаминоподобные вещества

Витамины – биологически активные вещества разных классов. В настоящее время известно 13 витаминов, жизненно необходимых человеку. Они подразделяются на группы водорастворимых и жирорастворимых витаминов.

Водорастворимые витамины

Витамин С необходим для нормальной жизнедеятельности человека: противоцинготный фактор, участвует во многих видах окислительно-восстановительных процессов, положительно влияет на центральную нервную систему, повышает сопротивляемость человека к экстремальным воздействиям, участвует в обеспечении нормальной проницаемости капиллярных сосудов, повышает их прочность и эластичность, способствует лучшему усвоению железа, нормальному кроветворению. При нехватке витамина С наблюдается сонливость, утомляемость, снижается сопротивляемость организма к простудным заболеваниям, при авитаминозе развивается цинга. Важнейшая физиолгическая функция витамина – способность обратно окисляться в дегидроаскорбиновую кислоту под действием аскарбатоксидазы.

Установлена важная роль витамина С в синтезе ряда гормонов, метаболизме фолиевой кислоты и аминокислот, его антиоксидативные функции, которые усиливаются в присутствии антиоксидантов: витамина Е и b-каротина. Широкое применение в пищевой промышленности нашли аскорбат кальция и аскорбилпальмитат.

Все необходимое количество витамина С человек получает с пищей.

Витамин С крайне нестоек, легко разрушается кислородом воздуха в присутствии следов железа и меди, более устойчив в кислой среде, чем в щелочной, мало чувствителен к свету.

В силу нестойкости его содержание в овощах и плодах при их хранении быстро снижается. Исключение – свежая и квашеная капуста. При тепловой обработке пищи разрушается на 25-60%.

Витамин С используется для обогащения соков, водорастворимых напитков, сухих завтраков, молока, в качестве хлебопекарного улучшителя, для сохранения цвета мясных продуктов совместно с нитратами и нитритами.

Специфическая функция витаминов группы В в организме состоит в том, что из них образуются коферменты и простетические группы ферментов, осуществляющих важнейшие метаболические процессы.

Витамин В₁ – тиамин, аневрин. Тиамин участвует в регулировании углеводного обмена, а также в реакциях энергетического обмена. Недостаток его вызывает нарушение в работе нервной, сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, полиневрит (бери-бери). Действующей в организме формой витамина В₁ является его тиаминдифосфат (ТДФ, кокарбоксилаза).

Кокарбоксилаза – простетическая група ряда ферментов, биологическая функция которой декарбоксилирование пировиноградной кислоты (СН₃СОСООН) и расщепление С-С связей α- кетокислот и α-кетоспиртов.

Витаминзависимые ферменты – пируватдегидрогеназа, α-кетоглутоматдегидрогеназа, транскетолаза.

Витамин В₁ содержится в периферийных частях зерна и при помоле переходит в отруби. Для увеличения содержания тиамина на мельзаводах проводят обогащение муки высшего и 1 сорта синтетическим тиамином.

Витамин В₁ используют для обогащения продуктов из риса, детского питания, молока и молочных продуктов быстрого приготовления. Витамин В₁ стоек к действию кислорода, кислот, редуцирующих веществ, чувствителен к действию света, температуры.

В щелочной среде легко разрушается, например, при добавлении в тесто щелочных разрыхлителей: соды, углекислого аммония. Расщепляется и под влиянием фермента тиаминазы, который содержится в сырой рыбе, но разрушается при ее варке.

Витамин В₂ – рибофлавин. Участвует в качестве кофермента флавинонуклеотида в ферментных системах, катализирующих транспорт электронов и протонов в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в живом организме. Участвует в обмене белка, жира, нормализует функцию нервной, пищеварительных систем. Коферментам витамина В₂ принадлежит важная роль при превращениях В₆ и фолиевой кислоты в их активные коферментные формы, триптофана в ниацин. При недостатке рибофлавина возникают заболевания кожи (себорея, псориаз), воспаление слизистой оболочки ротовой полости, появляются трещины в углах рта, развиваются заболевания кровеносной системы и желудочно-кишечного тракта.

Некоторое количество витамина В₂ поступает в организм человека в результате деятельности кишечной микрофлоры. Витамин В₂ устойчив к повышенным температурам, окислению, не разрушается в кислой среде, нестоек к действию восстановителей в щелочной среде, разрушается под действием света.

Пантотеновая кислота (греч. – «вездесущий»; витамин В₃). Входит в качестве кофермента А (коэнзим А – КоА) в состав ферментов биологического ацилирования, участвует в биосинтезе и окислении жирных кислот, липидов, синтезе холестерина, стероидных гормонов. Отсутствие пантотеновой кислоты в организме вызывает вялость, дерматит, выпадение волос, онемение пальцев ног. Признаки гиповитаминоза у человека наблюдаются редко, т.к. кишечная палочка синтезирует В₃. Пантотеновая кислота широко распространена в природе. Кулинарная обработка не приводит к значительному разрушению пантотеновой кислоты, но до 30% ее может переходить в воду при варке. Чувствительна к действию кислот, оснований.

Витамин РР (ниацин). Под этим названием имеют в виду два вещества, обладающих практически одинаковой витаминной активностью: никотиновая кислота и ее амид (никотинамид).

Ниацин является коферментом никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) большой группы НАД- и НАДФ-зависимых ферментов дегидрогеназы, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в клетках. Никотинамидные коферменты играют важную роль в тканевом дыхании. При недостатке витамина РР в организме наблюдается вялость, быстрая утомляемость, бессонница, сердцебиение, пониженная сопротивляемость к инфекционным заболеваниям. Ниацин способствует усвоению растительного белка, поэтому он важен для лиц, не употребляющих животные белки. Он участвует в углеводном обмене, способствует деятельности желудочно-кишечного тракта.

При значительном недостатке развивается пеллагра (от итал. – pellagra – шершавая кожа) – тяжелое заболевание, приводящее к расстройству слизистой полости рта и желудка, появляются пятна на коже, нарушаются функции нервной и сердечно-сосудистой систем, психики. Потребность в ниацине покрывается за счет его поступления с пищей и образования из триптофана (из 60 мг триптофана, поступающего с пищей, образуется 1 мг ниацина). Это необходимо учитывать при оценке пищевых продуктов, как источников витамина РР. Например, в районах, в которых важным источником питания являются бедные триптофаном кукуруза и сорго, наблюдается РР-витаминная недостаточность и заболевание пеллагрой.

Молоко и молочные продукты, яйца бедны витамином РР, но с учетом содержания триптофана, они – удовлетворительные его источники.

В ряде злаковых и получаемых из них продуктов витамин РР находится в связанной форме и практически не усваивается организмом. Содержание ниацина в овощах и бобовых невелико. При размоле зерна теряется до 80% ниацина. Ниацин используют для обогащения кукурузных и овсяных хлопьев, муки.

Витамин РР хорошо сохраняется в продуктах питания, не разрушается под действием света, кислорода воздуха, в щелочных и кислых растворах. Кулинарная обработка не приводит к значительным потерям ниацина, однако часть его (до 25%) может переходить при варке мяса и овощей в воду.

Витамин В₆ (пиридоксин). Существует в трех различных химических формах: пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин. Участвует в синтезе и превращениях амино- и жирных кислот в качестве кофермента пиридоксальфосфата (ПАЛФ) в пиридоксальных ферментах азотистого обмена. Необходим для нормальной деятельности нервной системы, органов кроветворения, печени. Недостаток вызывает дерматиты.

Витамин В₆ широко распространен в природе. Он устойчив к повышенным температурам, кислотам, разрушается на свету и в щелочных средах. Некоторое количество витамина В₆ поступает в организм в результате деятельности кишечной микрофлоры. Витамин В₆ в виде пиридоксин гидрохлорида используется для обогащения муки, изделий из зерна, молочных продуктов, продуктов лечебно-профилактического и детского питания.

Фолиевая кислота (витамин В₉, фолацин). Под названием фолацин выступают два витамина: собственно фолиевая кислота и тетрагидрофолиевая кислота. Название произошло от лат. folia – лист. Участвует в процессах кроветворения, переносе одноуглеродных радикалов, синтезе амино- и нуклеиновых кислот, холина, пуриновых и пиримидиновых оснований в качестве кофермента тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК) соответствующих ферментов. Фолиевая кислота необходима для деления клеток, роста органов, нормального развития зародыша и плода, функционирования нервной системы. Много фолиевой кислоты содержится в зелени и овощах, значительное количество вырабатывается микрофлорой кишечника. Недостаток проявляется в нарушениях кроветворения (анемия, лейкемия), работе пищеварительной системы, снижении сопротивляемости организма к заболеваниям. Разрушается при термообработке (в овощах до 95%), под действием света, при пастеризации молока теряется до 75% фолиевой кислоты.

Витамин B₁₂ (цианкобаламин, антианемический фактор), свое название получил из-за того, что участвует в процессах кроветворения, превращениях аминокислот, биосинтезе нуклеиновых кислот. Для эффективного усвоения этого витамина необходим внутренний фактор (фактор Кастла), гликопротеид слизистой оболочки желудка, способствующий всасыванию витамина. Разрушается при длительном действии световых лучей, в кислой и щелочной среде, термостабилен.

Биотин (витамин H, от нем. Haut – кожа, противопеллагрический фактор). Входит в состав ферментов, катализирующих реакции карбоксилирования – декарбоксилиования, участвуя в биосинтезе липидов, аминокислот, углеводов, нуклеиновых кислот. Этот витамин нейтрализуется белком сырого яйца – авидином. При недостатке витамина возникает депигментация и дерматит кожи, нервные расстройства. Потребность удовлетворяется за счет продуктов и биосинтеза микрофлорой кишечника. В процессе кулинарной обработки практически не нарушается. Используется в качестве стимулятора роста хлебопекарных дрожжей.

Жирорастворимые витамины

Витамин А (ретинол, ретинилацетат, ретиналь, ретиноевая кислота). Участвует в биохимических процессах, обеспечивая нормальное функционирование биологических мембран, эпителиальных тканей, обеспечивая их проницаемость и предотвращая их кератинизацию. В органах зрения в форме ретинола является простетической группой зрительного пигмента – родопсина. При значительном гиповитаминозе и авитаминозе нарушается сумеречное зрение (куриная слепота – гемералопия), сухость кожи (ксерофтальмия) и слизистых оболочек (ороговение и нарушение проницаемости). Содержится только в продуктах животного происхождения. В растительных продуктах содержатся провитамины А – каротины. Наиболее биологически активен β-каротин, из которого в организме образуются две молекулы витамина А. Ретинол и каротины легко окисляются и разрушаются под действием света, при кулинарной обработке потери составляют около 30%.

Витамины группы D. Под этим термином понимают несколько соединений, относящихся к стеринам; наиболее активны – эргокальциферол (D₂) и холекальциферол (D₃). Первый является продуктом растительного, второй – животного происхождения.

Витамин D регулирует содержание кальция и неорганического фосфора в крови, участвует в минерализации костей и зубов. Этим и объясняется его второе название: кальциферол или несущий кальций. Хронический дефицит его приводит к развитию рахита у детей и разрежению костей – остеопорозу – у взрослых (его следствие – частые переломы костей). Кальциферолы содержатся в продуктах животного происхождения (мкг%): рыбьем жире – 125; печени трески – 100; говяжьей печени – 2,5; яйцах – 2,2; молоке – 0,05; сливочном масле – 1,3-1,5. Потребность в этом витамине у взрослого человека удовлетворяется за счет образования в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей из провитаминов, например, 7-дегидрохолестерина. У детей суточная потребность в этом витамине выше, чем у взрослых – 12-25 мкг, и при гипо- или авитаминозе необходимо его повышенное поступление с пищей или со специальными препаратами. При избытке витамина D у детей и взрослых (гипервитаминоз) развивается витаминная интоксикация. Витамин D не разрушается при кулинарной обработке, очень чувствителен к свету, действию кислорода, ионов металлов.

Токоферолы (витамин Е). Обладающий наибольшей биологической активностью среди соединений этой группы, α-токоферол в чистом виде впервые был выделен в 1936 г. из зародышей пшеницы. Известно еще несколько представителей этой группы (токоферолы, метилтоколы), которые имеют меньшее количество метильных групп в ароматическом ядре и их аналоги – токотриенолы – с насыщенной боковой цепью.

Токоферолы регулируют интенсивность свободно-радикальных реакций в живых клетках, предотвращают окисление ненасыщенных жирных кислот в липидах мембран, влияют на биосинтез ферментов. При авитаминозе нарушаются функции размножения, наблюдается поражение миокарда, сосудистой и нервной систем. Витамин Е выполняет не только витаминную, но и антиоксидантную функции, поэтому применяется для профилактики онкологических заболеваний при радиационном и химическом воздействии на организм. Положительно влияет на функции половых желез. Применяется для профилактики ишемической болезни сердца, простатита, при снижении сексуальной активности. Распространены токоферолы в растительных объектах, в первую очередь в маслах: соевом – 115, хлопковом – 99, подсолнечном – 42 мг%. В хлебе содержится 2-4, в крупах – 2-15 мг%. Витамин Е относительно устойчив при нагревании, разрушается под влиянием ультрафиолетовых лучей, кислорода.

Витамин К. Витамин К (от нем. Koagulationsvitamin – витамин коагуляции) открыт в 1929 г. как антигеморрагический фактор. Необходим человеку для нормализации или ускорения свертывания крови. По химической природе витамин К является хиноном с боковой изопреноидной цепью. Существует два ряда витаминов группы К – филлохинона (витамин К₁-ряда) и менахинона (витамин К₂-ряда).

Филлохиноны и их производные содержатся в зеленых частях растений и поступают в организм с пищей, менахиноны образуются в результате деятельности микрофлоры кишечника или при метаболизме нафтохинонов в тканях организма. Витамин К регулирует процесс свертывания крови, участвуя в образовании компонентов ее системы (протомбин и другие). При недостатке витамина К наблюдается повышенная кровоточивость, особенно при порезах. Основные источники его – укроп, шпинат, капуста. Витамин К устойчив к повышенным температурам, разрушается на свету, в щелочной среде.

Основные источники витаминов представлены в таблице 15.

Таблица 15 – Основные источники витаминов

Примечание.  1 мкг витамина D = 40 МЕ.

Потребность в витаминах варьирует в широких пределах и возрастает при физической и психологической нагрузке, стрессах, после перенесенных заболеваниях, у беременных женщин (табл. 16).

Таблица 16 –  Нормы физиологической потребности в витаминах
в сутки для взрослого человека

Примечания:

ЕЭС – нормы Европейского Экономического Сообщества, ЕЭС 90/496;

Норма МЗ СССР – Нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения. Москва, 1991.

Витаминоподобные соединения – относятся к биологически активным соединениям, выполняющим важные и разнообразные функции в организме. Их можно разделить на несколько групп.

Холин (холинхлорид). Входит в состав некоторых фосфолипидов (фосфатидилхолины), ацетилхолина, важнейшего нейромедиатора. Участвует в биосинтезе метионина, адреналина, нуклеиновых кислот. При авитаминозе наблюдается жировое перерождение печени, кровоизлияния во внутренних органах.

Биофлавоноиды. Наиболее важные представители: гесперидин, катехин, рутин. Биофлавоноиды – группа веществ, обладающих способностью укреплять, поддерживать эластичность стенок капилляров, снижать их проницаемость. Их способностью является присутствие в качестве структурных компонентов циклов, в том числе ароматических и содержащих двойные связи, окси- и карбонильные группы, остатки сахаров.

Гесперидин – гликозид, содержащий глюкозу и рамнозу. Выделяют из цедры лимона. Катехины – группа соединений, выделяемых из листов чая, бобов какао, винограда. Их представителями являются эпикатехин и рутин. Рутин – гликозид, состоящий из кварцетина, глюкозы и рамнозы. Часто используется совместно с витамином С, который предохраняет его от окисления.

Таблица 17 – Витаминоподобные вещества

2.1.2.6. Пищевые кислоты

Пищевые кислоты представляют собой группу веществ органической и неорганической природы. Органические пищевые кислоты содержатся преимущественно в растительных продуктах, молочная кислота образуется в процессе жизнедеятельности молочнокислых бактерий и других микроорганизмов.

Таблица 18 – Некоторые пищевые кислоты фруктов, ягод, овощей

Биологическое значение пищевых кислот:

1.  Участвуют в формировании вкуса и аромата пищевого продукта.

2.  Обладают энергетической ценностью, участвуют при обмене веществ: лимонная кислота 2,5 ккал/г, яблочная – 2,4 ккал/г, молочная – 3,6 ккал/г.

3.  Участвуют в процессах пищеварения, активируют перистальтику кишечника и стимулируют секрецию пищеварительных соков.

4.  Влияют на формирование определенного состава микрофлоры путем снижения рН среды.

5.  Тормозят развитие гнилостных процессов в толстом кишечнике.

6.  Отдельные кислоты (лимонная) препятствуют образованию канцерогенных нитрозоаминов, обладают антисептическим действием (бензойная кислота).

7.  Отдельные кислоты (щавелевая кислота – зеленый крыжовник, листья шпината, щавеля и крапивы) способны откладываться в суставах и в мочевыводящих путях.

2.1.2.7. Минеральные вещества

Минеральные вещества не имеют пищевой (энергетической) ценности, но выполняют важную физиологическую роль, являются важными элементами, участвующими в разнообразных биологических процессах, во множестве физиологических и биохимических реакциях:

1. Участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия – все биохимические реакции в организме протекают при определенном значении pH внутренней среды, т.е. при определенном соотношении кислот и щелочей. Кислотообразующие элементы (хлор, сера, фосфор) превалируют в пище, богатой белками (мясо, рыба, птица, яйца и продукты из зерна), а щелочные элементы (кальций, калий, натрий, магний) в большом количестве содержатся в овощах, фруктах и орехах. В цитрусовых, несмотря на их кислый вкус, превалируют именно щелочные элементы.

Молоко содержит щелочеобразующий кальций и кислотообразующий фосфор, поэтому не влияет на кислотно-щелочное равновесие.

Избыток кислотных элементов выводится в виде CO₂ через легкие и почки, кроме того в крови присутствуют буферные системы (карбонаты, фосфаты, белки) предотвращающие изменения pH крови.

2. Регуляция биохимических реакций. Минеральные вещества входят в состав ферментов, катализирующих множество биохимических реакций (цинк катализирует около 100 реакций).

3. Всасывание и переваривание пищи в кишечнике протекает с обязательным участием минеральных веществ.

4. Минеральные вещества входят в состав гормонов, ферментов (металлоферменты), витаминов как обязательные компоненты (йод в составе тироксина) и выполняют регуляторную функцию.

5. Минеральные вещества являются основными компонентами костей и зубов (кальций, фосфор, магний), структурных белков, белков крови (железо, кобальт, медь гемоглобина).

6. Минеральные вещества регулируют водный обмен в системе межклеточная – внутриклеточная – сосудистая вода. Накопление и передвижение жидкости из одной части в другую часть зависит от концентрации растворенных минеральных веществ, состоящих из противоположно заряженных ионов – электролитов, создающих осмотическое давление. Повышение концентрации электролитов вызывает повышение осмотического давления. При повышенном потреблении поваренной соли наблюдается накопление ионов натрия и хлора во внеклеточной жидкости и накопление воды, которое влечет увеличение объема крови и внеклеточной жидкости – повышение артериального давления.

7. Минеральные элементы (калий и натрий) участвуют в передаче нервных импульсов по нервному волокну и между нервными клетками посредством генерации нервных импульсов.

8. Для нормального функционирования мышц необходим кальций, принимающий участие в процессе сокращения, а также калий, натрий, магний для расслабления сокращенной мышцы.

В зависимости от количества минеральных веществ в организме человека и пищевых продуктах их подразделяют на макро- и микроэлементы.

Макроэлементы

Кальций. Это основной структурный компонент костей и зубов; входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей, необходим для свертывания крови. Кальций образует соединения с белками, фосфолипидами, органическими кислотами; участвует в регуляции проницаемости клеточных мембран, в процессах передачи нервных импульсов, в молекулярном механизме мышечных сокращений, контролирует активность ряда ферментов. Таким образом, кальций выполняет не только пластические процессы в организме.

Кальций относится к трудноусвояемым элементам. Поступающие в организм человека с пищей соединения кальция практически не растворимы в воде. Щелочная среда тонкого кишечника практически не растворимы в воде. Щелочная среда тонкого кишечника способствует образованию трудноусвояемых соединений кальция, и лишь воздействие желчных кислот обеспечивает его всасывание.

Ассимиляция кальция тканями зависит не только от содержания его в продуктах, но и от соотношения его с другими компонентами пищи и, в первую очередь, с жирами, магнием, фосфором, белками. При избытке жиров возникает конкуренция за желчные кислоты и значительная часть кальция выводится из организма через толстый кишечник. На всасывание кальция отрицательно сказывается избыток магния; рекомендуемое соотношение этих элементов составляет 1:0,5.

Если количество фосфора превышает уровень кальция в пище более чем в 2 раза, то образуются растворимые соли, которые извлекаются кровью из костной ткани. Кальций поступает в стенки кровеносных сосудов, что обуславливает их ломкость, а также в ткани почек, что может способствовать возникновению почечно-каменной болезни. Для взрослых рекомендовано соотношение кальция и фосфора в пище 1:1,5. Трудность соблюдения такого соотношения обусловлена тем, что большинство широко потребляемых продуктов значительно богаче фосфором, чем кальцием. Отрицательное влияние на усвоение кальция оказывает фитин и щавелевая кислота, содержащиеся в ряде растительных продуктов. Эти соединения образуют с кальцием нерастворимые соли.

Суточная потребность в кальции взрослого человека составляет 800 мг, а у детей и подростков – 1000 мг и более.

При недостаточном потреблении кальция или при нарушении всасывания его в организме (при недостатке витамина D) развивается состояние кальциевого дефицита. Наблюдается повышенное выведение его из костей и зубов. У взрослых развивается остеопороз – деминерализация костной ткани, у детей нарушается становление скелета, развивается рахит.

Лучшими источниками кальция являются молоко и молочные продукты, различные сыры и творог (100-1000 мг/100 г продукта), зеленый лук, петрушка, фасоль. Значительно меньше кальция содержится в яйцах, мясе, рыбе, овощах, фруктах, ягодах (20-40 мг/100 г продукта).

Магний. Этот элемент необходим для активности ряда ключевых ферментов, обеспечивающих метаболизм организма. Магний участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца; оказывает сосудорасширяющее действие; стимулирует желчеотделение; повышает двигательную активность кишечника, что способствует выведению шлаков из организма (в том числе холестерина).

Усвоению магния мешают наличие фитина и избыток жиров и кальция в пище.

Ежедневная потребность в магнии точно не определена; считают, однако, что доза 200-300 мг/сут. предотвращает проявление недостаточности (предполагается, что всасывается около 30% магния). Известны случаи врожденной недостаточности всасывания магния из кишечника, что указывает на наличие специфического механизма всасывания этого иона.

При недостатке магния нарушается усвоение пищи, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций, развивается ряд других патологических явлений. У человека недостаток ионов магния, обусловленный характером питания, крайне маловероятен. Однако большие потери этого элемента могут происходить при диарее; последствия их сказываются, если в организм вводятся жидкости, не содержащие магний. Когда концентрация магния в сыворотке крови снижается примерно до 0,1 ммоль/л, может возникать синдром, напоминающий белую горячку: у человека наступает полукоматозное состояние, наблюдается мышечная дрожь, спазмы мышц в области запястья и стопы, повышение нервно-мышечной возбудимости в ответ на звуковые, механические и зрительные раздражители. Введение магния вызывает быстрое улучшение состояния.

Магнием богаты в основном растительные продукты. Большое количество его содержат пшеничные отруби, различные крупы (40-200 мг/100 г продукта), бобовые, урюк, курага, чернослив. Мало магния в молочных продуктах, мясе, рыбе, макаронных изделиях, большинстве овощей и фруктов (20-40 мг/100 г).

Калий. Около 90% калия находится внутри клеток. Он вместе с другими солями обеспечивает осмотическое давление; участвует в передаче нервных импульсов; регуляции водно-солевого обмена; способствует выведению воды, а следовательно, и шлаков из организма; поддерживает кислотно-щелочное равновесие внутренней среды организма; участвует в регуляции деятельности сердца и других органов; необходим для функционирования ряда ферментов.

Калий хорошо всасывается из кишечника, а его избыток быстро удаляется из организма с мочой.

Суточная потребность в калии взрослого человека составляет 2000-4000 мг. Она увеличивается при обильном потоотделении, при употреблении мочегонных средств, заболеваниях сердца и печени.

Калий не является дефицитным нутриентом в питании, и при разнообразном питании недостаточность калия не возникает. Дефицит калия в организме проявляется при нарушении функции нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем, сонливости, снижении артериального давления, нарушении ритма сердечной деятельности. В таких случаях назначается калиевая диета.

Большая часть калия поступает в организм с растительными продуктами. Богатыми источниками его являются урюк, чернослив, изюм, шпинат, морская капуста, фасоль, горох, картофель, другие овощи и плоды (100-600 мг/100 г продукта). Меньше калия содержится в сметане, рисе, хлебе из муки высшего сорта (100-200 мг/100 г).

Натрий. Натрий содержится во всех тканях и биологических жидкостях организма. Он участвует в поддержании осмотического давления в тканевых жидкостях и крови; в передаче нервных импульсов; регуляции кислотно-щелочного равновесия, водно-солевого обмена; повышает активность пищеварительных ферментов.

Метаболизм натрия всесторонне изучен благодаря его физиологическим свойствам и важности для организма. Этот нутриент легко всасывается из кишечника. Ионы натрия вызывают набухание коллоидов тканей, что обуславливает задержку воды в организме и противодействует ее выделению. Уровень натрия во внеклеточной жидкости тщательно поддерживается почками под влиянием эндокринных, сердечно-сосудистых и автономных регуляторных механизмов. Общее количество натрия во внеклеточной жидкости, таким образом, определяет объем этих жидкостей. Контроль за балансом натрия осуществляется посредством сложной взаимосвязанной системы, включающей нервную и гормональные системы. Возрастание концентрации натрия в плазме стимулирует осморецепторы в центре гипоталамуса независимо от объема жидкости, что приводит к ощущению жажды. В жарком климате и при тяжелой физической работе происходит существенная потеря натрия с потом и необходимо введение в организм соли для восполнения утраченного количества.

Обычно соли натрия не обладают острой токсичностью, поскольку полностью развитые почки эффективно выводят натрий из организма. В основном ионы натрия поступают в организм за счет поваренной соли – NaCl. При избыточном потреблении хлористого натрия ухудшается удаление растворимых в воде конечных продуктов обмена веществ через почки, кожу и другие выделительные органы. Задержка воды в организме осложняет деятельность сердечно-сосудистой системы, способствует повышению кровяного давления. Поэтому потребление соли при соответствующих заболеваниях в пищевом рационе ограничивают. Вместе с тем при работе в горячих цехах или жарком климате увеличивают количество натрия (в виде поваренной соли), вводимого извне, чтобы компенсировать его потерю с потом и уменьшить потоотделение, отягощающее функцию сердца.

Натрий естественно присутствует во всех пищевых продуктах. Способ получения пищевых продуктов в значительной мере определяет конечное содержание в нем натрия. Например, замороженный зеленый горошек содержит гораздо больше натрия, чем свежий. Свежие овощи и фрукты содержат его от 10 мг/кг до 1 г/кг, в отличие от круп и сыра, которые могут содержать натрий в количестве 10-20 г/кг.

Оценка среднесуточного поступления натрия с пищей затруднена, поскольку его концентрация в пище широко варьируется и, кроме того, люди привыкли подсаливать пищу. Взрослый человек ежедневно потребляет до 15 г поваренной соли и столько же выделяет ее из организма. Это количество значительно превышает физиологически необходимое и определяется, прежде всего, вкусовыми качествами хлористого натрия, привычкой к соленой пище. Содержание поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5 г в сутки. На выделение хлористого натрия из организма, а следовательно, и на потребность в нем, влияет количество солей калия, получаемое организмом. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и усиливает выделение с мочой хлористого натрия, а следовательно, и повышает потребность в нем.

Фосфор. Фосфор входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга. Этот элемент принимает участие во всех процессах жизнедеятельности организма: синтезе и расщеплении веществ в клетках; регуляции обмена веществ; входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов; необходим для образования АТФ.

В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и ее органических соединений (фосфатов). Основная его масса находится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция, остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей. В мышцах происходит наиболее интенсивный обмен соединений фосфора. Фосфорная кислота участвует в построении молекул многих ферментов, нуклеиновых кислот и т.д.

Содержание органических соединений фосфора в крови меняется в широких пределах. Однако количество неорганического фосфора более или менее постоянно. Увеличивается содержание неорганического фосфора при молочной диете, а также при ряде заболеваний почек, при переломах на стадии заживления, сахарном диабете и др.; уменьшается концентрация неорганического фосфора в сыворотке крови при повышении функции паращитовидных желез и ряде других заболеваний.

При длительном дефиците фосфора в питании организм использует собственный фосфор из костной ткани. Это приводит к деминерализации костей и нарушению их структуры – разрежению. При обеднении организма фосфором снижается умственная и физическая работоспособность, отмечается потеря аппетита, апатия.

Суточная потребность в фосфоре для взрослых составляет 1200 мг. Она возрастает при больших физических или умственных нагрузках, при некоторых заболеваниях.

Большое количество фосфора содержится в продуктах животного происхождения, особенно в печени, икре, а также в зерновых и бобовых. Его содержание в этих продуктах составляет от 100 до 500 мг в 100 г продукта. Богатым источником фосфора являются крупы (овсяная, перловая), в них содержится 300-350 мг/100 г. Однако из растительных продуктов соединения фосфора усваиваются хуже, чем при потреблении пищи животного происхождения.

Сера. Значение этого элемента в питании определяется, в первую очередь, тем, что он входит в состав белков в виде серосодержащих аминокислот (метионина и цистина), а также является составной частью некоторых гормонов и витаминов.

Как компонент серосодержащих аминокислот сера участвует в процессах белкового обмена, причем потребность в ней резко возрастает в период беременности и роста организма, сопровождающихся активным включением белков в образующиеся ткани, а также при воспалительных процессах. Серосодержащие аминокислоты, особенно в сочетании с витаминами С и Е, оказывают выраженное антиоксидантное действие. Наряду с цинком и кремнием сера определяет функциональное состояние волос и кожи.

Содержание серы обычно пропорционально содержанию белков в пищевых продуктах, поэтому ее больше в животных продуктах, чем в растительных. Потребность в сере (400-600 мг в сутки) удовлетворяется обычным суточным рационом.

Хлор. Этот элемент участвует в образовании желудочного сока, формировании плазмы, активирует ряд ферментов. Этот нутриент легко всасывается из кишечника в кровь. Интересна способность хлора откладываться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении, выделяться с потом в значительных количествах. Выделение хлора из организма происходит главным образом с мочой (90%) и потом.

Нарушения в обмене хлора ведут к развитию отеков, недостаточной секреции желудочного сока и др. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Повышение его концентрации в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении выделительной функции почек.

Суточная потребность в хлоре составляет примерно 5000 мг хлор поступает в организм человека в основном в виде хлористого натрия при добавлении его в пищу.

Микроэлементы

Железо. Этот элемент необходим для биосинтеза соединений, обеспечивающих дыхание, кроветворение; он участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях; входит в состав цитоплазмы, клеточных ядер и ряда ферментов.

Ассимиляции железа препятствует щавелевая кислота и фитин. Для усвоения этого нутриента необходим витамин B₁₂. Усвоению железа способствует также аскорбиновая кислота, поскольку железо всасывается в виде двухвалентного иона.

Недостаток железа в организме может привести к развитию анемии, нарушаются газообмен, клеточное дыхание, то есть фундаментальные процессы, обеспечивающие жизнь. Развитию железодефицитных состояний способствуют: недостаточное поступление в организме железа в усвояемой форме, понижение секреторной активности желудка, дефицит витаминов (особенно B₁₂, фолиевой и аскорбиновой кислот) и ряд заболеваний, вызывающих кровопотери.

Потребность взрослого человека в железе (14 мг/сут.) с избытком удовлетворяется обычным рационом. Однако при использовании в пищи хлеба из муки тонкого помола, содержащего мало железа, у городских жителей весьма часто наблюдается дефицит железа. При этом следует учесть, что зерновые продукты, богатые фосфатами (фитином), образуют с железом труднорастворимые соединения и снижают его ассимиляцию организмом.

Железо – широко распространенный элемент. Он содержится в субпродуктах, мясе, яйцах, фасоли, овощах, ягодах. Однако в легкоусвояемой форме железо содержится в мясных продуктах, печени (до 2000 мг/100 г продукта), яичном желтке.

Медь. Медь является необходимым элементом в метаболизме человека, играя роль в образовании эритроцитов, высвобождении тканевого железа, развитии скелета, центральной нервной системы и соединительной ткани. Обычно медь соединена с белками: гемокупреном в эритроцитах и церулоплазмином в плазме крови, в которых медь является неотъемлемой частью их структуры; маталлотионеин представляет собой белок, ответственный за отложение меди. Выделен ряд медьсодержащих ферментов, в частности, цитохромоксидаза, оксидаза аскорбиновой кислоты и уриказа.

Поскольку медь широко распространена в пищевых продуктах, маловероятно, чтобы у людей, за исключением, возможно, грудных детей, получающих исключительно молочный рацион, когда-либо развилась форма недостаточности питания, связанная с медью.

Потребление избыточно больших доз меди человеком ведет к раздражению и разъеданию слизистых, распространенному поражению капилляров, поражению печени и почек, раздражению центральной нервной системы. Суточная потребность в этом элементе составляет около 2 мг. Источником меди являются такие продукты, как печень, яичный желток, зеленые овощи.

Йод. Йод является необходимым элементом, участвующим в образовании гормона тироксина. При недостаточности йода развивается зобная болезнь – заболевание щитовидной железы.

Потребность в йоде колеблется в пределах 100-150 мкг в день. Содержание йода в пищевых продуктах обычно невелико (4-15 мкг%). Наиболее богаты йодом продукты моря. Так, в морской рыбе его содержится около 50 мкг/100 г, в печени трески до 800, в морской капусте в зависимости от вида и сроков сборов – от 50 мкг до 70 000 мкг/100 г продукта. Но надо учесть, что при длительном хранении и тепловой обработке пищи значительная часть йода (от 20 до 60%) теряется.

Содержание йода в наземных растительных и животных продуктах сильно зависит от его количества в почве. В районах, где йода в почве мало, содержание его в пищевых продуктах может быть в 10-100 раз меньше среднего. Поэтому в этих районах для предупреждения зобной болезни добавляют в поваренную соль небольшое количество йодида калия (25 мг на 1 кг соли). Срок хранения такой йодированной соли – не более 6 месяцев, так как при хранении соли йод постепенно улетучивается.

Фтор. При недостатке этого элемента развивается кариес зубов (разрушение зубной эмали). Избыток фтора также оказывает негативное влияние на организм, поскольку соли фтора, накапливаясь в костях, вызывают изменение цвета (крапчатость) и формы зубов, остеохондроз, а вслед за этим огрубление суставов и их неподвижность, костные наросты. Разница между полезной и вредной дозами фтора так мала, что многие исследователи выступают против фторирования воды.

Фтор, потребляемый с водой, почти полностью всасывается, содержащийся в пищи фтор всасывается в меньшей степени. Поглощенный фтор равномерно распределяется по всему организму. Он удерживается, главным образом, в скелете, и небольшое количество отлагается в зубной ткани. В высоких дозах фтор может вызывать нарушение углеводного, липидного, белкового обмена, а также метаболизма витаминов, ферментов и минеральных солей. Многие симптомы острого отравления фтором являются следствием связывания его с кальцием. Фтор выводится из организма, главным образом, с мочой. На его выведение влияет ряд факторов, в том числе общее состояние здоровья человека и предшествующее воздействие на него фторидов. Степень удерживания фтора снижается с возрастом, и считается, что организм большинства взрослых находится в «состоянии равновесия», при котором присутствующий в организме фтор откладывается в обызвествленных тканях; основная часть остального количества содержится в плазме, и таким образом он становится доступным для выведения. Удержание в скелете и выведение фтора почками – два основных механизма, с помощью которых предотвращается накопление токсичных количеств фтора в организме.

В различных странах были проведены оценки суточного поступления фтора с пищей; для взрослых эта величина варьируется от 0,2 до 3,1 мг, для детей возрастной группы от 1 до 3 лет поступление фтора было оценено на уровне 0,5 мг/сутки.

Практически все пищевые продукты содержат хотя бы микроколичества этого элемента. Все виды растительности содержат некоторое количество фтора, которое они получают из почвы и воды. В отдельных продуктах, в частности, в рыбе, некоторых овощах и чае обнаруживаются высокие уровни содержания фтора. Применение фторированной воды на предприятиях пищевой промышленности может нередко удваивать уровень содержания фтора в готовых продуктах.

Для профилактики и лечения кариеса зубов используют различные зубные пасты, порошки, эликсиры, жевательные резинки и т.п., которые содержат добавляемый к ним фтор главным образом в неорганической форме. Эти соединения обычно вносят в средства для чистки зубов, как правило, в концентрациях около 1 г/кг.

Хром. Этот элемент участвует в составе коферментов в углеводном и липидном обмене, необходим для утилизации аминокислот, имеет значение в профилактике диабета и атеросклероза. Норма потребления около 150 мг. Особенно он необходим для пожилых людей. Фактор, содержащий хром, названый GTF (Glucose Tolerance Factor) облегчает усвоение глюкозы, проникновение через мембрану клеток. Из пищевых продуктов источником хрома являются пивные дрожжи, печень (10-80 мкг/100 г).

Марганец. Он является необходимым элементом как кофактор ферментных систем, участвует в функционировании флавопротеиноидов, в синтезе мукополисахаридов, холестерина, гемоглобина и др. Всасывание этого элемента связано с усвоением железа: анемия железодефицитная ведет к повышению всасывания марганца. Суточная потребность составляет 0,2-0,3 мг на 1 кг массы человека. Больше всего содержится в клюкве, чае, меньше в овощах и фруктах (100-200 мкг/100 г).

Никель. Признан незаменимым микроэлементом недавно. Установлена его роль в качестве кофермента ферментных систем, участвующих в процесах метаболизма железа, способствует усвоению меди и ускорению регенерации эритроцитов и увеличению количества гемоглобина. В вине и пиве содержание никеля 100 и 50 мкг/л.

Цинк. В качестве кофермента участвует в широком спектре реакции биосинтеза белков и метаболизма нуклеиновых кислот, обеспечивающих, в первую очередь, рост и половое созревание организма. При этом цинк наряду с марганцем, является специфическим микроэлементом, влияющим на состояние половой функции, на активность половых гормонов, сперматогенез, развитие мужских половых желез и вторичных половых признаков, на профилактику гипертрофических процессов в предстательной железе.

Вместе с серой участвует в процессах роста и обновления кожи и волос. Наряду с марганцем и медью обеспечивает восприятие вкусовых и обонятельных ощущений.

Входит в состав молекулы инсулина, является коферментом алкогольдегидрогеназы, обеспечивающий метаболизм этилового спирта. Уровень усвоения цинка при хроническом алкоголизме резко снижается.

Цинк участвует в порфириновом обмене, тесно связанном с процессами кроветворения, наряду с витамином С необходим для активизации фолиевой кислоты, способствует высвобождению витамина А из внутрипеченочного «депо», участвует в трансформации ретинола в ретиналь, который участвует в образовании родопсина (зрительный пигмент), обеспечивает метаболизм ненасыщенных жирных кислот и синтез простагаландинов вместе с витамином B₆.

Цинк очень важен для процессов пищеварения и усвоения питательных веществ: обеспечивает синтез пищеварительных ферментов в поджелудочной железе, участвует в образовании хиломикронов – транспортных частиц, в составе которых пищевые жиры могут всасываться в кровь.

Данный микроэлемент наряду с витаминами группы B является регулятором функции нервной системы, при его недостатке возникают эмоциональные расстройства, неустойчивость, раздражительность.

Отмечается участие цинка в процессах созревания лимфоцитов и реакциях клеточного иммунитета.

Выраженные симптомы недостаточности цинка: энтеропатический дерматит (при потреблении бездрожжевого хлеба, где соли фитиновой кислоты фитаты переводят цинк в трудноусвояемую форму), проявляющийся хроническими поносами, сухостью и ранимостью кожи, выпадением волос и др.

Содержание цинка в печени, мясе, бобовых достигает 3000-5000 мкг%, в питьевой воде 400 мкг%, суточная потребность – 8000-22000 мкг%.

Селен. Данный микроэлемент необходим для активации ключевого фермента атиоксидантной системы организма – глутатионпероксидазы, предотвращающий активацию перекисного окисления липидов, вызывающего нарушение структурной и функциональной целостности мембран клеток, способствует повышению проницаемости и снижению устойчивости клеточных структур к повреждающим воздействиям.

При недостатке селена наблюдается прогрессирующий атеросклероз, слабость сердечной системы (кардиомиопатия).

Селен является коферментом йодпероксидазы – основного фермента синтеза гормонов щитовидной железы.

В целом адекватное обеспечение организма селеном способствует замедлению процессов старения. Было установлено, что витамин Е и селен действуют на разные звенья одного процесса, их антиоксидантная активность при совместном применении резко возрастает (синергизм), усиливается антиканцерогенный эффект. Семена растений наряду с витамином Е содержат значительное количество селена.

Зерно, зерновые продукты, мясо, субпродукты, продукты моря содержат существенные количества селена (более 0,2 мг/кг в пересчете на сырую массу), овощи и фрукты являются бедным источником поступления селена. Химический состав почвы и содержание селена (0,04-21 мг/кг) влияет на количество селена в продуктах растениеводства. Почва таежно-лесной Нечерноземной зоны отличается низким содержанием микроэлементов, в том числе и селена.

Молибден. Общее количество в организме взрослого человека составляет около 7 мг, в крови – 0,5 мкг на 100 мл. Этот микроэлемент является составной частью ряда ферментов: ксантиноксидазы, альдегидоксидазы, сульфатоксидазы, уменьшает поражаемость кариесом. Суточная потребность составляет 2 мкг на 1 кг массы тела. Богаты молибденом бобовые культуры и внутренние органы животных (субпродукты).

Кобальт. В 1948 году Рикесом и Смитом было установлено, что атом кобальта является центральным в молекуле витамина B₁₂ (антианемический фактор). Средняя суточная потребность составляет 60 мкг на 1 кг массы тела.

Нужно отметить, что при переработке пищевого сырья происходит снижение содержания минеральных веществ (табл. 19).

Таблица 19 – Содержание минеральных веществ в пшенице, мг/100 г

При очистке овощей и картофеля теряется от 10 до 30% минеральных веществ, а при кулинарной обработке (варка, обжаривание, тушение) теряется от 5 до 30%.

Мясные, рыбные продукты и птица в основном теряют такие макроэлементы, как кальций и фосфор при отделении мякоти от костей.

При тепловой обработке мясо теряет от 5 до 50% минеральных веществ. При кулинарной обработке мяса в присутствии костей содержание кальция увеличивается на 20%.

2.1.2.8. Биологически активные фитосоединения

Продукты растительного происхождения содержат множество химических соединений помимо белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных веществ.

Фитосоединения – это биологически активные природные органические соединения, встречающиеся в растительных продуктах. Их количество составляет около 2000 (изофлавоны, каротиноиды, антоцианы и др.).

Фитосоединения оказывают влияние на процессы метаболизма и обезвреживания чужеродных веществ, являющихся канцерогенами и мутагенами. Они способны связывать свободные радикалы и реакционноспособные метаболиты, чужеродные вещества, ингибируют ферменты, активирующие ксенобиотики, и активируют ферменты детоксикации. Вследствии этого, фитосоединения способны угнетать раковое перерождение клеток, снижают риск сердечно-сосудистых заболеваний за счет предупреждения окисления, снижения биосинтеза и всасывания холестерина.

По физико-химическим свойствам фитосоединения подразделяются на классы: терпены, фенолы и тиолы.

Терпены – распространенный в растительной пище класс фитосоединений, действующие как антиоксиданты. В эту группу входят каротиноиды, которых в настоящее время насчитывется более 600; лимоноиды (индукторы ферментов 1 и 2 фаз метаболизма чужеродных веществ, способствующих ускорению их окисления и выведения из организма).

Фенолы (полифенольные соединения) включают около 2000 флавоноидов (растительных пигментов голубого, красно-голубого и фиолетового цветов). Флавоноид кверцетин и др. содержатся в красном и желтом луке, красном винограде, яблоках, брокколи и злаковых. Они ингибируют окисление холестерина и являются факторами, снижающими риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. Изофлавоны обнаружены в бобовых, особенно много его в соевых бобах. Считают, что потребление 20-50 г соевых белков в день снижает уровень холестерина на 10%.

Тиолы – серосодержащие фитосоединения, выявлены в овощах семейства крестоцветных (индолы, изотиоцианаты, дитиолтионы), в луке, чесноке (диалилсульфид).

Многочисленные исследования, проведенные в разных странах, подтверждают, что основной причиной патологических процессов, протекающих в человеческом организме, вызывающих преждевременное старение и развитие многих заболеваний (более 60), в том числе сердечно-сосудистых и онкологических, является избыточное накопление в организме свободных радикалов кислорода. Их высокий уровень появляется в результате вдыхания загрязненного воздуха (двуокись серы, окись азота, озон и др.), употребление загрязненной воды и пищи (пестициды, красители, консерванты, тяжелые металлы и др.), рафинированной и переработанной пищи, лекарственных препаратов, воздействия различных видов излучения (ультрафиолетового, радиационного, электромагнитного), нервного, эмоционального и физического перенапряжения. Из-за ухудшения экологичеcкой обстановки появляются все новые и новые источники свободно-радикальных элементов.

Эффективная защита от разрушительного воздействия свободных радикалов обеспечивается антиоксидантами. При избытке свободных радикалов и недостатке антиоксидантов в организме баланс нарушается в пользу свободных радикалов и происходит переокисление липидов мембран, белков, углеводов, нуклеиновых кислот и других макромолекул клетки, что является основной причиной преждевременного старения и развития многих заболеваний. Этот патологический процесс получил название оксидантного или окислительного стресса.

Антиокислительная система человека включает эндогенные антиоксиданты, синтезируемые организмом и поступающих с пищей, к ним относятся ферменты глутатионпероксидаза, каталаза, супероксиддисмутаза, пероксидаза; биологически активные вещества и продукты метаболизма – глутатион, убихинон, карнозин, мочевая кислота, металлопротеиды и др.

Антиоксиданты, поступающие с пищей: аскорбат (витамин С), токоферол (витамин Е), каротиноиды (α-, β-, γ-каротины), полифенолы и др.

По данным ВОЗ для надежной защиты организма человека от преждевременного старения и развития многих заболеваний необходимо, чтобы в ежедневном рационе содержание фруктов и овощей составляло не менее 700-800 г.

Известно, что свежие плоды и ягоды – это источник витаминов, минеральных веществ, каротиноидов, фенольных соединений, ферментов, многие из которых являются антиоксидантами. Употребление плодов и овощей, богатых антиоксидантами, способствует инактивации свободных радикалов, канцерогенов и даже может влиять на процессы, сдерживающие развитие опухоли клетки.

Эпидемиологические исследования подтвердили, что у той группы населения, которая употребляет относительно высокое количество плодов и овощей, вероятность развития рака, сердечно-сосудистых заболеваний и других возрастных болезней довольно низкая. Национальный институт по изучению рака США рекомендует употреблять фрукты и овощи не менее 5 раз в сутки. Повышенное употребление растительных продуктов как источников антиоксидантов, так как в этом случае достигается синергизм действия витаминов, фитохимических и минеральных веществ, которые они содержат.

В настоящее время достаточно хорошо изучена защитная роль витаминов С, Е, b-каротина, селена. Последние данные показывают, что полезный эффект регулярного потребления плодов и овощей в сдерживании развития болезней старения достигается не только за счет указанных витаминов, но и других фитохимических соединений, которые не являются витаминами, но обладают высокой антиокислительной активностью.

Особую значимость представляют полифенольные соединения и, в первую очередь, флавоноиды (флавонолы, флавоны, флаваноны, изофлавоны, антоцианидины, проантоцианидины), обладающие противовоспалительным, антиаллергическим, антивирусным и противоканцерогенным свойствами, тогда как на долю витамина С приходится не более 15% общей антиокислительной активности.

Доказано, что многие из антоцианидов (агликон, дельфинидин, цианидин, пеларгонидин, мальвидин, пеонидин, гликозид куроманин, карацианин, идеанин, цианин, калистефин, пеларгонии, пеонидин – 3-глюкозид) обладают высокой антиоксидантной активностью. Была подтверждена антиокислительная активность фенолкарбоновых кислот, таннинов и других флавоноидов.

Яблоки обладают значительным антиокислительным комплексом. Наиболее важное значение имеет полифенольный комплекс. Он включает гликозиды флавонолов: кемпферол-3-0-глюкозид, кверцетин-3-раминозид, кверцетин-3-0-ксилозид, кверцетин-3-0-арабинозид и рутин. Среди флаванонов больше содержится нарингенина. В полифенольном копмлексе обнаружены хлорогеновая, эллаговая, кофейная, р-кумаровая, протокатеховая кислоты, катехины, эпикатехины, флоридзин, проантоцианидины, лейкоантоцианидины, обладающие антираковыми свойствами.

Суммарное содержание эллаговой, хлорогеновой и кофейной кислот составляет от 100 до 130 мг%. Свежие яблоки также содержат около 20 мг% глутаниона – мощнейшего антиоксиданта, обладающего противораковым свойством, кверцетина – 2,1-7,2 мг%, антоцианидинов – 9,5-10 мг%. Антоцианидины включают цианидин-3-0-галактозид, цианидин-3-0-глюкозид, цианидин-3-0-арабинозид, цианадин-3-0-ксилозид. Содержание аскорбиновой кислоты в зависимости от сорта колеблется от 2 до 40 мг%. Каротиноиды в большей мере содержат виолаксантин, b-каротин, лютеин, антероксантин, в меньшем количестве – неоксантин, криптокантины – диэпоксид, цис-b-каротины, b-криптоксантины и зеаксантины. Среднее содержание b-каротина – 0,07 мг%, витамина Е – 0,63 мг%. Все антиоксиданты в комплексе оказывают положительное действие на здоровье человека.

Содержание полифенолов в яблочном соке – 29-116 мг%. Это – хлорогеновая, кумаровая, кофейная, р-кумаровая, феруловая, галловая, протокатеховая кислоты, катехины и флоридзин.

Основным полифенольным антиоксидантом в плодах груши являются кофейная кислота (4,3-19 мг%) и кверцетин (2,8 мг%). В значительном количестве в них содержится фенольная аминокислота – тиорзин (3-18,5 мг%), катехин и цианидин-3-0-b-D-галактозид, арбутин. Содержание антоцианидинов в кожице достигает 6,83 мг%. У груши преобладают гликозиды изорамнетина, кемпферола и квертицина. Производными изорамнетина являются 3-0-b-D-глюкозид, 3-0-рамнозилгалактозид и 3-0-рамнозилглюкозид, производные кемпферола – 3-0-b-D-глюкозид, 3-0-b-D-галактозид, 3-0-арабинозид, 3-0-рутинозид, а производные кверцетина – 3-0-b-D-галактозид, 3-0-арабинозид,
3-0-рутинозид. Содержание витамина С колеблется от 4 до 25 мг%, каротиноидов – 0,1-1,1 мг%, a-токоферола – 0,06-3,1 мг%, селена – 0,00001 мг%.

Полифенольный комплекс плодов вишни в основном включает антоцианидины и, прежде всего, цианидин и его 3-0-глюкозиды: глюкозид, диглюкозид, гептиобиозид, пенидин и его 3-0-рутиноид. Также обнаружены лейкоантоцианидины и катехины – катехин, эпигаллокатехины и эпикатехин; флавонолы – кемпферол и кверцетин; изофлавоны – генистеин, генимтин прунетин. Из фенолкарбоновых кислот содержатся – хлорогеновая, криптохлорогеновая, изохлорогеновая, неохлорогеновая кислоты, р-кумаровая и фенольная аминокислота – a-тиорзин. Вишня содержит в среднем 0,33 мг% каротиноидов и 15-40 мг% витамина С.

Полифенольный комплекс плодов абрикоса содержит таннины (60-100 мг%), фенолкарбоновые кислоты – аминокислоту тирозин (29-2125 мг%), хлорогеновую и неохлорогеновую кислоты и кверцетин. В них же – самый высокий и довольно разнообразный комплекс каратиноидов: b-каротин, b-криптотоксантин, g-каротин, лютеин, виолаксантин, a-каротин. В небольшом количестве выявлены: неоксантин, антераксантин, a-криптоксантин и зеаксантин. Содержание аскорбиновой кислоты – от 10 до 74,5 мг%.

Ягоды черной смородины – очень богатый источник антиоксидантного комплекса – витамина С, катехинов (550-1380 мг%). В значительных количествах также содержатся антоцианидины (1000-4000 мг%), среди которых преобладают гликозиды цианидина и дельфинидина – 3-0-b-диглюкозид, 3-0-Р-D-глюкозид и 3-0-рубинозид. Ягоды черной смородины также содержат кверцетин (1,3 мг%). Антиокислительный копмлекс включает и значительное количество фенолкарбоновых кислот – кофейная, феруловая, о- и р-кумаровые, протокатеховая, сиреневая, гентизиновая и различные изомеры хлорогеновой кислоты – хлорогеновая, неохлорогеновая и трансхлорогеновая кислоты. Обнаружены флавонолы – кемпферол, мирицитин и флавонол-глюкокатехин и высокий уровень (660-2250 мг%) лейкоантоцианидинов. В листьях содержится до 460 мг% флавоноидов и 8500 мг% таннинов, лейкоантоцианидов – 260-1420 мг%, а аскорбиновой килоты – до 90-335 мг%, каротиноидов – 0,23 мг%.

Ягоды красной смородины содержат значительно меньше антиоксидантов, чем черной. Тем не менее важными являются антоцианидины – гликозиды цианидина, 3-0-b-D-глюкозилрутинозид, 3-0-рутинозид, 3-0-ксилозилрутинозид и цианин. Фенолкарбоновые кислоты – Р-диоксибензойная и салициловая содержатся как в свободном, так и связанном виде. Содержание кверцетина 2,7 мг%, витамина С – 30-255 мг%, каротиноидов – 0,1 мг%. В ягодах черной и красной смородины в небольших количествах содержится селен.

Плоды черноплодной рябины (аронии) богаты полифенолами (1000-2000 мг%), антоцианидинами (400-8500 мг%), b-каротином (0,7-5 мг%), витамином С (10-15 мг%). Сок из аронии богат антиоксидантами полифенольного комплекса (34-54 мг% антицианидинов) и общих полифенолов (12,3 мг/л).

Высокое содержание флавоноидов обнаружено и в других плодах и ягодах. У ежевики, голубики, клюквы, малины, земляники содержание антицианидинов варьирует от 200 до 495 мг на кг сырого веса. У голубики эти вещества в 10-20 раз превышают содержание кверцетина. Богатым антиокислительным комплексом, в т.ч. и полифенольным, обладают и плоды нетрадиционных культур – облепихи, шиповника, калины, рябины, черемухи, барбариса, боярышника, жимолости и др.

Плоды цитрусовых содержат много терпенов. Одним из самых изученных монотерпенов является лимонен. Результаты опытов на крысах показали, что лимонен ингибирует образование рака молочной железы.

Некоторые флавоноиды испытывались на антиканцерогенный потенциал. Так, кофейная и феруловая кислоты предотвращали рак легких у мышей. Очень эффективной была эллаговая кислота, обнаруженная в большом количестве у земляники и малины. Она в значительной степени ингибировала рак пищевода в опытах с крысами.

Значительный интерес представляет определение общей антиокислительной способности плодов и ягод. Этот показатель у голубики, клюквы, ежевики составляет > 20 ммоль/г, земляники, малины – 10-20 ммоль/г, сливы, киви, окрашенного винограда – 5-9,9 ммоль/г, белого винограда, яблок, бананов < 5 ммоль/г. Антиоксидантная активность соков оценивается следующим образом: виноградный > грейпфрутовый > апельсиновый > яблочный. Антиокислительная активность свежевыжатых плодовых и ягодных соков в 2-3 раза выше, чем соков заводского изготовления.

Плоды и ягоды являются также источником макро- и микроэлементов. Установлено, что для нормальной жизнедеятельности человека необходимо более 30 минеральных веществ, которые принимают участие практически во всех процессах жизнедеятельности организма. Дефицит минералов вызывает определенные формы функциональных заболеваний, поскольку клетка не может в этих условиях осуществлять свои функции на соответствующем уровне. По данным американских ученых, дефицит магния, калия, хрома, селена, меди может стать причиной сердечных заболеваний, а дефицит кальция, меди, германия, йода, магния, селена, цинка способствует развитию онкологических и других заболеваний. Известно, что селен является кофактором фермента глутатионпероксидазы, относящегося к эндогенным антиоксидантам. Мn, Сu, Zn, Fe – кофакторы фермента супероксиддисмутазы, выполняющего роль дезактиватора свободных радикалов: магний участвует более чем в сотне видов ферментов, а цинк – более чем в двухстах. В результате освоения интенсивных технологий, приводящих к истощению почв, наблюдается резкое снижение в плодах и ягодах важнейших минеральных веществ (кальция, магния, калия, железа, фосфора и др.). Поэтому следует изучать содержание макро- и микроэлементов в плодах и ягодах в зависимости от сорта, условий выращивания (почва, удобрения и др.) и разрабатывать приемы оптимизации их содержания в почве, плодах и ягодах. Это позволит производить плоды и ягоды с заданным элементным составом (кальций, магний, калий, фосфор, селен, марганец, цинк, хром, железо и др.).

В современной литературе введено понятие минорные биологически активные вещества, среди которых наиболее изученными являются биофлавоноиды, пищевые индолы, лигнаны и изотиоцианаты. В таблице 20 представлены основные группы минорных биологически активных компонентов пищевых растений.

Таблица 20 – Минорные биологически активные компоненты пищи

Предыдущая

Оглавление

Следующая