2 Основные компоненты пищи и питательные вещества
Все вещества, входящие в состав пищевых продуктов, делят на две группы: органические и неорганические. Основными веществами органического происхождения являются белки, жиры и углеводы. К веществам неорганическим относят воду и минеральные элементы.
2.1 Белки
Белки являются важными и незаменимыми компонентами в питании человека, обеспечивая пластические и энергетические функции организма. На долю, белка приходится 17 % общей массы тела человека, в пересчете на сухую массу – 44 %.
С белками связаны все основные жизненные процессы: обмен веществ; способность к росту и размножению; раздражительность, сократимость и, следовательно, движение во всех его функциях. Белок участвует в образовании иммунных тел и формировании как искусственного, так и естественного иммунитета.
Белки играют ключевую роль в жизни клетки, составляя материальную основу ее химической деятельности. Исключительное свойство белка – самоорганизация структуры, т.е. способность самопроизвольно создавать определенную, свойственную только данному белку пространственную структуру. Ниже представлен принцип образования белков и их роль в организме человека (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Схема образования белков и их роль в организме
Классификация пищевых белков:
– белки, обладающие алиментарной специфичностью (яйцо, сквашенное молоко);
– белки с высокой биологической ценностью (говядина, рыба, соя, рапс и семена хлопка);
– белки с низким балансом незаменимых аминокислот (зерновые культуры);
– неполноценные белки – не содержат незаменимые аминокислоты (белки желатина и гемоглобина).
Биологическая ценность белков пищевых продуктов зависит от количества и соотношения в них незаменимых аминокислот, которые не могут синтезироваться в организме и должны поступать только с пищей.
Незаменимых аминокислот десять – лизин, метионин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, валин, аргинин и гистидин. Особо дефицитными являются лизин, метионин и триптофан.
Заменимые аминокислоты также выполняют в организме разнообразные функции и играют не меньшую роль, чем незаменимые. Так, например, глутаминовая кислота является единственной кислотой, поддерживающей дыхание клеток мозга.
Аминокислоты содержатся во всех продуктах растительного и животного происхождения. Однако они различаются содержанием и соотношением аминокислот. Наиболее оптимально соотношение незаменимых аминокислот в продуктах животного происхождения – молоке, мясе, рыбе, яйцах. Основные поставщики белка растительного происхождения – семена бобовых культур: соя, фасоль, горох, арахис; зерно зерновых и крупяных растений: пшеница, рис, кукуруза, ячмень, гречиха; семена масличных растений: подсолнечник, лен.
Белки животного и растительного происхождения должны быть в примерном соотношении 1: 1.
Животные белки усваиваются на 97 %, растительные белки – на 85 %, белки смешанной пищи – на 92 %.
Суточное потребление белка 35 – 40 %.
2.2 Жиры
Жиры – очень важные и незаменимые источники питания, участвуют в строении клеток, входят в состав нервной ткани и головного мозга. В нервной ткани содержится до 25 % жиров, в клеточных мембранах – до 40 %.
Жиры пищи – это прежде всего источник энергии. При окислении 1 г жиров выделяется 9 ккал, что более чем в два раза выше, чем при сгорании такого же количества белков или углеводов.
Жиры участвуют в восполнении энергетических затрат организма, в обменных процессах, в том числе обмена холестерина. В составе белковожирового комплекса (липопротеидов) являются строительным материалом для обновления клеточных оболочек и внутриклеточных образований.
Жиры организма человека могут синтезироваться из продуктов расщепления углеводов и в меньшей мере – белков.
Пищевые жиры относятся к классу липидов. Жиры представляют собой смесь разных по составу триацилглицеролов, а также сопутствующих веществ липидной природы.
Жиры пищи являются источниками жирорастворимых витаминов (ретинол или витамин А, токоферол или витамин Е, эргокальциферол или витамин D, филлохиноны или витамин К), фосфолипиды и стерины (в частности, холестерин).
Важнейшая составная часть жиров – жирные кислоты, насыщенные и ненасыщенные. Особое физиологическое значение имеют полиненасыщенные жирные кислоты, которые входят в состав клеточных мембран и других структурных элементов тканей. Ненасыщенные жирные кислоты – линолевая и линоленовая – не синтезируются в организме. Арахидоновая кислота может образовываться в организме из линолевой в присутствии витамина В6 и биотина. Эти кислоты необходимы для роста и обмена веществ живых организмов, эластичности их сосудов.
Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) играют также важную роль в синтезе простагландинов – гормоноподобных веществ, принимающих участие в регуляции многих процессов в организме.
Фосфолипиды – основной компонент биомембран клеточных структур, они играют существенную роль в проницаемости клеточных оболочек и внутриклеточном обмене. Наиболее важный из фосфолипидов – фосфатидилхолин или лецитин проявляет липотропное действие, препятствуя ожирению печени и лучшему усвоению жиров.
Холестерин является структурным компонентом всех клеток и тканей человека. Он участвует в обмене желчных кислот, ряда гормонов. кальциферола. Холестерин – незаменимый материал для формирования каждой живой клетки, обеспечивающий необходимую эластичность, прочность и, вместе с тем, проницаемость наружных клеточных мембран. Без холестерина практически исключен синтез важнейших гормонов, в частности половых. Большая часть его используется для образования желчи печенью, и небольшое количество для синтеза витамина D.
С холестерином связывают одну из главных причин атеросклероза, тяжелого заболевания артерий, аорты, уносящего ежегодно в мире миллионы жизней. Однако это только теневая, нежелательная сторона сложного и многообразного участия холестерина в обмене веществ.
Жиры участвуют в процессах терморегуляции, защищая организм от холода, способствуют закреплению в определенном положении таких внутренних органов как почки, кишечник и предохраняют их от смещения при сотрясениях. Недостаток или избыток жиров практически одинаково опасны для организма человека.
2.3 Углеводы
Углеводы являются основной составной частью пищевого рациона человека. Они выполняют в организме разнообразные функции, главная из них – энергетическая. За счет углеводов обеспечивается около 60 % суточной энергоценности.
Потребность углеводов в сутки – 300 – 500 г.
По пищевой ценности углеводы делят на усвояемые и неусвояемые. Усвояемые углеводы перевариваются и метаболизируются в организме человека. К ним относятся глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, мальтоза и альфаглюкановые полисахариды – крахмал, декстрины и гликоген. Неусвояемые углеводы не расщепляются ферментами, секретируемыми в пищеварительном тракте человека. К неусвояемым углеводам относятся рафинозные олигосахариды и не альфа-глюконовые полисахариды – целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, лигнин, камеди и слизи.
Основными пищевыми дисахаридами в питании человека являются сахароза и лактоза.
Сахар, основным компонентом которого является сахароза, выполняет в организме роль энергоносителя. При попадании в кишечник сахароза быстро распадается на глюкозу и фруктозу и всасывается в кровь. В крови заметно повышается концентрация глюкозы.
Лактоза – наиболее важный углевод рациона питания новорожденных детей и детей младшего возраста.
Среди полисахаридов растительных продуктов наибольшее значение в питании человека имеет крахмал.
Основными неусвояемыми углеводами являются так называемые «пищевые волокна» (ПВ) – смесь различных структурных полисахаридов растительных клеток: целлюлозы, гемицеллюлоз и пектиновых веществ, лигнина и неструктурных полисахаридов, встречающихся в натуральном виде в продуктах питания: камедей, слизей и полисахаридов, используемых в качестве пищевых добавок. Суточная норма ПВ для взрослого человека – 25 – 30 г.
Целлюлоза – структурный основной компонент оболочки растительной клетки. Основное ее физиологическое действие – способность связывать воду (до 0,4 г воды на 1 г клетчатки).
ПВ – один из компонентов комплексной профилактики нарушений жирового обмена, атеросклероза, сахарного диабета, желчнокаменной болезни.
2.4 Вода и витамины
Вода – самое распространенное соединение в живых организмах; она составляет основную массу тела человека, животных, растений и микроорганизмов. Так, в организме взрослого человека содержится 58 – 67 % воды, что составляет в среднем 2/3 массы его тела.
Отдельные ткани и органы человека содержат неодинаковое количество воды: кожа, печень, мозг – до 70 %, мышцы – 76, а легкие, почки, соединительная ткань – 80 – 83 %.
Суточная потребность взрослого человека в воде обычно составляет 2,5 – 3,0 л, или 40 г на килограмм массы его тела, у грудных детей – в 3 – 4 раза больше.
Выделение воды происходит разными путями: через почки выделяется в сутки около 1,5 л, через кишечник – 0,15, через кожу – 0,6 ичерез легкие – 0,35 л.
Поддержание воды в различных тканях тела человека на определенном уровне осуществляется специальными механизмами водного обмена.
Водный обмен тесно связан с белковым, жировым, углеводным и другими обменами.
Витамины относятся к незаменимым микрокомпонентам пищи, в отличие от макрокомпонентов – белков, жиров, углеводов.
Витамины – низкомолекулярные органические соединения разнообразной химической небелковой природы, не синтезируемые (или синтезируемые в недостаточном количестве) в организме людей и большинства животных, поступающие с пищей и необходимые для каталитической активности ферментов, определяющих биохимические и физиологические процессы в живом организме.
Витамины подразделяют на водо- и жирорастворимые. К водорастворимым витаминам относят витамины С, группы В, Р, РР, Н (биотин), пантеновую и фолиевую кислоты, к жирорастворимым – витамины А, Д, Е, К. Выделяют также группу витаминоподобных веществ, к которым относят холин, мионозит, витамин II, липолевую кислоту, оротовую, пангамовую (витамин В 15) кислоты, витамин F.
Жирорастворимые витамины:
– витамин А (ретинол) необходим для нормального зрения, роста, клеточной дифференцировки воспроизводства и целостности иммунной системы.
Суточная потребность организма в витамине А составляет 1,0 – 2,5 мг (25 000 МЕ) или 6 мг каротина.
– витамин Е (токоферол) – основной представитель группы антиоксидантных витаминов. Он способствует замедлению окислительных процессов, стимулирует мышечную деятельность, препятствуя окислению витамина А.
– витамин D (кальциферол) является регулятором кальциевофосфорного обмена, способствует всасыванию кальция и отложению его в костях.
– витамин К (филлохинон) участвует в процессах свертывания крови.
Он необходим для синтеза в печени функционально активных форм белка протромбина, который необходим для образования кровяного сгустка.
Водорастворимые витамины:
– витамин С (аскорбиновая кислота) участвует во многих биохимических окислительно-восстановительных процессах в организме, оказывая антиоксидантное действие и способствуя регенерации и заживлению тканей, поддержанию устойчивости к различным видам стрессов, обеспечению нормального иммунологического и гематологического статуса. Суточная потребность в витамине С 50 – 100 мг;
– витамин В1 (тиамин) принимает участие в превращении пировиноградной кислоты в ацетальдегид, в обмене углеводов, аминокислот, жирных кислот. Суточная потребность в тиамине у здорового человека – 1,5 – 2,5 мг;
– витамин В2 (рибофлавин) входит в состав ферментов, регулирующих окислительно-восстановительные реакции в организме. Он улучшает состояние кожи, нервной системы, слизистых оболочек, функцию печени и кроветворения. Рибофлавин – составная часть двух коферментов ФАД и ФМН, входящих в состав аэробных дегидрогеназ. Рекомендуемая норма потребления рибофлавина – 1,3 – 2,4 мг/сут;
– витамин В3 (пантотеновая кислота) участвует в синтезе жирных кислот, осуществляя перенос ацильных групп, в углеводном обмене, активизирует многие биохимические реакции, обмен гормонов, гемоглобина;
– витамин В6 (пиридоксин) участвует в обмене аминокислот, осуществляя перенос аминогрупп, регуляции обмена холестерина, образовании гемоглобина. Кроме того, пиридоксин необходим для осуществления ряда важнейших реакций липидного обмена. Коферментные формы пиридоксина участвуют в более чем 50 ферментативных реакциях, включая процессы метаболизма аминокислот. Суточная потребность в витамине – 1,8 – 2,0 мг;
– витамин В9 (фолиевая кислота, фолацин, фолат) участвует в процессах свертывания крови и кроветворения. Биохимические функции фолиевой кислоты весьма разнообразны и связаны с участием в процессах биосинтеза нуклеиновых кислот, реакциях метилирования и метаболизма аминокислот. Потребность взрослого человека в витамине В9 – 0,2 мг/сут;
– витамин В12 (цианокобаламин) участвует в построении ряда ферментных систем, являясь промежуточным переносчиком метильной группы. Входя в состав ферментов, он участвует в процессе кроветворения;
– витамин РР (ниацин, никотиновая кислота) участвует в процессе клеточного дыхания, при окислении углеводов, обмене белков, регуляции деятельности нервной системы, обмене холестерина. Основное физиологическое значение ниацина определяется его ролью в окислительно-восстановительных реакциях в качестве переносчика электронов. Суточная потребность в ниацине – 15 – 25 мг;
– витамин Р (рутин) усиливает биологический эффект витамина С, уменьшает проницаемость капилляров. Суточная потребность в нем взрослого человека составляет 25 мг;
– витамин Н (биотин) участвует в обмене жирных кислот и аминокислот, перенося карбоксильную группу. Суточная потребность в биотине составляет 0,15 – 0,3 мг.
2.5 Минеральные вещества
В рациональном питании минеральные вещества также незаменимы, как и белки, жиры, углеводы, витамины. При недостатке или избытке минеральных веществ в организме человека возникают специфические нарушения, приводящие к заболеваниям.
Минеральные вещества составляют относительно значительную часть человеческого тела (около 3 кг золы). В костях они представлены в виде кристаллов, в мягких тканях – в виде истинного либо коллоидного раствора в соединении главным образом с белками.
Минеральные вещества выполняют пластическую функцию в процессах жизнедеятельности человека, велика их роль в построении костной ткани, где преобладают такие элементы, как фосфор и кальций. Минеральные вещества участвуют в важнейших обменных процессах организма – водно-солевом, кислотно-щелочном, поддерживают осмотическое давление в клетках, влияют на иммунитет, кроветворение, свертываемость крови. Многие ферментативные процессы в организме невозможны без участия тех или иных минеральных веществ. Примерно треть всех ферментов содержит в своем составе металл или активируется металлом.
Минеральные вещества в зависимости от их содержания в организме делятся на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относят натрий, калий, кальций, магний, фосфор, хлор, серу. К микроэлементам: железо, медь, марганец, цинк, йод, хром, кобальт, фтор, молибден, никель, стронций, кремний, селен, ванадий. В макроколичествах они стимулируют биохимические процессы, но в больших количествах могут оказывать токсическое действие на организм.
Макроэлементы. Натрий – важный межклеточный и внутриклеточный элемент, участвующий в создании необходимой буферности крови, регуляции кровяного давления, водного обмена. Основное поступление натрия в организм происходит за счет поваренной соли. Натуральные пищевые продукты содержат относительно мало натрия (единицы и десятки мг на 100 г). Суточная потребность в ионах натрия составляет 4 – 6 г, что соответствует примерно 10 г поваренной соли.
Калий – внутриклеточный элемент, регулирующий кислотно-щелочное равновесие крови. Он участвует в передаче нервных импульсов, регулирует деятельность некоторых ферментов. Суточная потребность в калии составляет 2,5 – 5,0 г.
Кальций. До 99 % кальция находится в костях скелета и зубах, около 1 % – в крови, тканях и биологических жидкостях организма.
Однако значение этого элемента не исчерпывается только ролью в правильном формировании костной ткани. Кальций необходим для поддержания нервномышечной возбудимости, он участвует в процессе свертываемости крови, оказывает влияние на проницаемость клеточных оболочек. Суточная потребность в кальции взрослых – 800 мг, детей 1 000 – 1 200 мг.
Фосфор – элемент, входящий в состав липидов, белков, нуклеиновых кислот. Фосфорные соединения играют особо важную роль в деятельности головного мозга, скелетных и сердечных мышц, потовых желез. Неорганический фосфор совместно с кальцием составляет основу костной ткани, является обязательным компонентом реакций, обеспечивающих распад углеводов. Суточная потребность человека в фосфоре составляет 1,2 – 1,5 г.
Магний обладает сосудорасширяющим действием, стимулирует перистальтику кишечника и повышает желчеотделение. Имеются данные о холестерине понижающем влияние этого элемента. Ионы магния принимают участие в углеводном и фосфорном обмене. Важная роль отводится магнию в регуляции деятельности нервной системы. Суточная потребность в магнии – 500 – 600 мг.
Хлор – элемент, участвующий в образовании желудочного сока, формировании плазмы. Он активизирует ряд ферментов, регулирует водный обмен и кислотно-щелочное равновесие организма. Суточная потребность в хлоре 2 – 6 г, которая удовлетворяется за счет поваренной соли.
Сера входит в состав некоторых аминокислот, витаминов и ферментов. Суточная потребность в сере – около 1 г, а по данным отдельных авторов – до 4 – 5 г.
Микроэлементы. Железо – элемент, участвующий в образовании гемоглобина и некоторых ферментов. В гемоглобине крови, обеспечивающем перенос кислорода от легких к тканям и органам, находится до 2/3 всего железа организма. Суточная потребность взрослого человека в железе составляет в среднем 10 – 18 мг. Основные источники железа для организма – мясо, птица, печень животных.
Цинк входит в состав гормона инсулина и целого ряда ферментов, принимающих участие в углеводном обмене, процессах дыхания и размножения. Суточная потребность человека в цинке составляет 10 – 15 мг.
Йод необходим в первую очередь для образования гормонов щитовидной железы. Суточная потребность взрослого человека в йоде – около 0,15 мг.
Фтор принимает участие в образовании костной ткани и зубной эмали. Потребность организма во фторе – 0,5 – 1,0 мг в сутки.
Медь участвует в процессах образования крови, обмене веществ, входит в состав ряда ферментов. Потребность взрослого человека в меди – около 2 мг в сутки.
Марганец входит в состав многих ферментов, играет важную роль в процессах роста, кроветворения, образования костной ткани. Суточная потребность в марганце – 5 – 10 мг.
Кобальт чрезвычайно важен в организме для кроветворения, улучшения обмена веществ. Суточная потребность в кобальте составляет 0,1 – 0,2 мг.
2.6 Органические кислоты, дубильные вещества, пигменты, и фитонциды, азотсодержащие экстрактивные вещества и пуриновые основания
Органические кислоты. Лимонная, молочная, винная, салициловая и ряд других органических кислот, не связанных с какими-либо компонентами пищевых продуктов, не только сообщают плодам, овощам, сквашенному молоку приятный специфический вкус, но вместе с пищевыми волокнами создают своеобразный «здоровый» пейзаж микрофлоры кишечника, т.е. они, сдерживают в кишечнике гнилостные, бродильные процессы и способствуют регулярному его опорожнению. Весь этот сложный процесс называют еще оздоровлением, санацией кишечника, без чего невозможно здоровое долголетие.
Взрослому здоровому человеку необходимо ежедневно получать с пищей 2 г свободных органических кислот.
Отдельное место среди этих компонентов сбалансированного питания занимает тартроновая кислота. В плодах и овощах идентифицирован весьма специфический фактор, способный сдерживать липогенез – превращение углеводов в жиры при избыточном углеводном питании.
Дубильные вещества. Дубильные вещества – сложные органические безазотистые соединения вяжущего, терпкого вкуса (танины), содержащиеся в клеточном соке некоторых плодов.
Многие из дубильных веществ, содержащихся в плодах и овощах, обладают Р-витаминными свойствами. Оказывают противовоспалительное действие на слизистую оболочку кишечника, снижают секреторную функцию желудочно-кишечного тракта.
Пигменты. К пигментам прежде всего относят антоцианы, флавоны и каротиноиды.
Наиболее богаты пигментами продукты растительного происхождения.
Они активно участвуют в окислительно-восстановительных процессах.
Каротиноиды – группа пигментов желтого, оранжевого и красного цвета, которые способны растворяться в жирах. К ним относится каротин моркови и томатов, рубиксантин шиповника, крипоксантин семян желтой кукурузы, капсантин красного перца. Каротиноиды в организме человека не синтезируются, поэтому относятся к незаменимым компонентам пищевого рациона. Биологическое значение их, велико хотя бы потому, что они участвуют в образовании светочувствительных соединений, обеспечивающих сумеречное зрение.
Флавоны содержатся во многих плодах и овощах, но больше всего их в апельсинах, мандаринах, хурме, желтой сливе, брюкве, репе.
Желтые флавоны, как и антоцианы, обладают способностью к обратимому окислению, восстановлению, связыванию анионов органического происхождения.
Фитонциды – сложные органические вещества, вырабатываемые растениями для самозащиты от патогенных микроорганизмов, насекомых, грызунов и животных. Были открыты в середине XX века профессором Б. Токиным. Эти биологически активные вещества обладают мощным антимикробным, антивирусным, антигрибковым, антипротозойным и консервирующим действиями. Они стимулируют в поврежденных тканях процессы регенерации (восстановления клеток), очищение ран от гноя и их заживление.
Из пищевых продуктов фитонцидами более других богаты чеснок, лук хрен, редька, многие пряности и пряная зелень. Весьма богата фитонцидами кожура цитрусовых. Есть они также в плодах и листьях: черной смородины, рябины, эвкалипта.
Азотсодержащие экстрактивные вещества и пуриновые основания – непременная составная часть мышечной ткани. Представлены эти вещества в основном водорастворимыми и солерастворимыми белками креатинином, креатином, кармезином, метилгуанидином, карнитином, а также инозитовой кислотой и свободными аминокислотами. Несколько обособленно в этой же группе веществ находятся пуриновые основания: гипоксантин, гуанидин и ксантин. Регламентируют и лимитируют диетическое питание.