Углеводы
Русский ученый К. А. Тимирязев писал: «Давно замечено, что мы не обращаем внимания на самые замечательные факты только потому, что они слишком обыкновенны. Многим ли, действительно, приходит в голову, что ломоть хлеба, хорошо испеченного пшеничного хлеба… составляет одно из величайших изобретений человеческого ума».
Необходимыми компонентами для организма являются углеводы, которые попадают с растительной пищей, в том числе и с хлебом. Углеводы служат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть — за счет белков и жиров.
Для деятельности головного мозга единственным поставщиком энергии является глюкоза. Углеводы обнаруживаются во всех без исключения органах и тканях. Они входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований, принимают участие в образовании многих важнейших веществ.
Углеводы обладают способностью накапливаться в организме в виде гликогена в печени и мышцах.
Вязкие секреты, выделяемые различными железами, также богаты углеводами. Они предохраняют стенки органов (пищевод, кишки, желудок, бронхи и т.д.) от проникновения патогенных микробов, механических и термических повреждений. По химической природе углеводы являются органическими веществами, в состав которых входят углерод, кислород и водород.
В зависимости от сложности строения, растворимости, быстроты усвоения и использования для гликогенообразования углеводы пищевых продуктов подразделяются на простые углеводы: моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза) и сложные углеводы, или полисахариды (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, клетчатка).
Моносахариды и дисахариды имеют несложную химическую структуру, обусловливающую легкую их расщепляемость. Все они легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Коэффициент всасывания (количество сахара в граммах, всасываемого в течение 1 ч. на 100 г массы тела) для глюкозы — 0.178, фруктозы — 0.077. Таким образом, глюкоза всасывается примерно в 2 раза быстрее, чем фруктоза.
Простые углеводы обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам. Сладость сахаров различная. Если принять сладость дисахарида сахарозы (свекловичный или тростниковый сахар) за 100, то сладость сахаров будет выражаться следующими величинами (по Бистер — Вуду и Валину): сахарозы — 100, фруктозы — 173, инвертного сахара — 130, глюкозы — 74, ксилозы — 40, мальтозы — 32.5, рамнозы — 32.5, галактозы — 32.1, рафинозы — 22.6, лактозы-16. Таким образом, наибольшей сладостью отличается фруктоза, наименьшей — лактоза.
Наиболее распространенный моносахарид — глюкоза — содержится во многих плодах и ягодах, а также образуется в организме в результате расщепления дисахаридов и крахмала пищи. Глюкоза наиболее быстро и легко используется в организме для образования гликогена, для питания тканей мозга, работающих мышц (в том числе сердечной мышцы), для поддержания необходимого уровня сахара в крови и создания запасов гликогена печени. Она служит эффективным средством поддержания питания послеоперационных, ослабленных и других тяжелобольных. Во всех случаях при большом физическом напряжении глюкоза может использоваться как источник энергии.
Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, и может рассматриваться как ценный, легкоусвояемый сахар. Однако, она медленнее усваивается в кишечнике и, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло. Фруктоза в значительном количестве (до 70-80%) задерживается в печени и не вызывает перенасыщения крови сахаром. В печени фруктоза более легко превращается в гликоген по сравнению с глюкозой. Другим свойством фруктозы является сравнительно невысокая стойкость, в результате чего фруктоза начинает частично изменяться, уже при продолжительном кипячении. Фруктоза усваивается лучше сахарозы и отличается большей, сладостью. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать меньшие ее количества для достижения необходимого уровня сладости продуктов и таким образом снизить общее потребление сахаров, что имеет значение при построении пищевых рационов ограниченной калорийности.
Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Установлено, что при избыточном поступлении сахара усиливается превращение в жир всех пищевых веществ (крахмала, жира, частично и белка). Таким образом, количество поступающего сахара, может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм. Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы. Основными источниками фруктозы являются фрукты и ягоды. Глюкоза и фруктоза широко представлены в меде: содержание глюкозы достигает 36.2%, фруктозы — 37.1%. В арбузах весь сахар представлен фруктозой, количество которой составляет 8%. Третий моносахарид — галактоза — в свободном виде в пищевых продуктах не встречается. Галактоза является продуктом расщепления основного углевода молока — лактозы.
Из дисахаридов в питании человека основное значение имеет сахароза, которая при гидролизе распадается на глюкозу и фруктозу. Источниками сахарозы в питании человека являются главным образом тростниковый и свекловичный сахар. Содержание сахарозы в сахарной свекле составляет от 14 до 25%. В сахарном тростнике количество сахарозы достигает 10-15%. Содержание сахарозы в сахарном песке составляет 99.75%, в сахаре-рафинаде — 99.9%. Натуральными источниками сахарозы являются бахчевые, некоторые овощи и фрукты.
Молочный сахар — лактоза — содержится только в молоке. Гидролиз лактозы в кишечнике протекает медленно, в связи с чем ограничиваются процессы брожения в нем и нормализуется, жизнедеятельность полезной кишечной микрофлоры. Поступление лактозы способствует развитию молочнокислых бактерий, подавляющих в кишечнике развитие гнилостных микроорганизмов. Содержание лактозы в молоке составляет 4-6%.
Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, пектиновые вещества и клетчатка.
Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обусловливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. В крахмале находятся две фракции полисахаридов — амилоза и амилопектин. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре. Крахмал превращается в глюкозу последовательно, через ряд промежуточных образований. В организме содержится в виде гликогена.
Как следует из табл. 2, наиболее полезными свойствами обладают яблоки и капуста. Яблоки содержат в 2 раза больше фруктозы, чем глюкозы. Они показаны при заболевании печени, сахарным диабетом и ряде других заболеваний.
| Овощи и фрукты | |||||
| капуста белоко-чанная | картофель | свекла | яблоки | виноград | |
| Глюкоза Фруктоза Сахароза Гемицеллюлоза Клетчатка Крахмал Пектин | 2.6 1.6 0.4 0.1 1.0 0.1 0.6 | 0.6 0.1 0.6 0.3 1.0 16.0 0.4 | 0.3 0.1 8.6 0.7 0.9 0.1 1.1 | 2.0 5.5 1.5 0.4 1.6 0.8 1.0 | 7.8 7.7 0.5 0.6 0.6 |
Гликоген содержится в значительном количестве в печени (до 20% в пересчете на сырую массу). В организме гликоген используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его ресинтеза за счет глюкозы крови. Пектиновые вещества по своей химической структуре могут быть отнесены к гемицеллюлозам или глюкополисахаридам.
Различают два основных вида пектиновых веществ — протопектин и пектин.
Протопектины не растворимы в воде. Они содержатся в стенках клеток плодов. Протопектин представляет собой соединение пектина с целлюлозой, в связи с чем при расщеплении на составные части протопектин может служить источником пектина.
Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимся в организме. Основным свойством пектиновых веществ, определившим их использование в пищевой промышленности, является способность преобразовываться в водном растворе в присутствии кислоты и сахара в желеобразную коллоидную массу.
Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической (лечебной) целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта. Пектин получают из отходов яблок, арбузов, а также из подсолнечника.
Пектиновые, вещества способны, адсорбировать различные «соединения, в том» числе экзо- и эндогенные токсины, тяжелые металлы. Это свойство пектинов широко используется в лечебном и профилактическом питании (проведение разгрузочных яблочных дней у больных колитами, назначение мармелада, обогащенного пектином, для профилактики свинцовых интоксикаций).
Целлюлоза (клетчатка) по химической структуре весьма близка к полисахаридам. В кишечнике человека железистый аппарат не продуцирует ферментов, расщепляющих целлюлозу, и, таким образом, не в состоянии переварить ее. Однако некоторые кишечные бактерии продуцируют ферменты, расщепляющие целлюлозу. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Известна роль клетчатки в стимулировании перистальтики кишечника; она способствует выведению из организма холестерина. Объясняется это тем, что клетчатка адсорбирует стерины и препятствует обратному их всасыванию, играет важную роль в нормализации полезной кишечной микрофлоры.
Пищевые рационы должны содержать достаточное количество (в среднем 25 г) целлюлозы и других неперевариваемых полисахаридов. Особое значение приобретает обогащение рационов балластными веществами в пожилом, возрасте и у лиц с наклонностью к запорам. В. то же время при воспалительных заболеваниях кишечника и ускорении кишечной перистальтики необходимо ограничить поступление с пищей клеточных оболочек. Эта мера направлена на устранение механического раздражения поврежденной слизистой оболочки клеточными оболочками, а также на предотвращение процессов брожения, которым в условиях, дисбактериоза подвержены целлюлоза. Наряду с участием в регуляции перистальтики кишечника балластные вещества оказывают нормализующее влияние на моторную функцию желчевыводящих путей, стимулируя процессы выведения желчи и препятствуя развитию застойных явлений в гепатобилиарной системе. В связи с этим больные с поражением печени и желчных путей вне периода обострения должны получать с пищей повышенные количества балластных веществ.
Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом,— 400-500 г в сутки, в том числе крахмала — 350-400 г, моно- и дисахаридов — 50-100 г, органических кислот — 2 г, пищевых волокон (клетчатка и пектин) — 25 г.
Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал и утилизируются в основном для различных пластических нужд. Углеводы рациона оказывают также антикетогенное действие, стимулируя окисление ацетилкоэнзима A, образующегося при окислении жирных кислот. Наряду с осуществлением энергетической функции углеводы пищи являются предшественниками гликогена и триглицеридов, служат источником углеродного скелета заменимых аминокислот, участвуют в построении коферментов, нуклеиновых кислот, гликопротеидов, иммуноглобулинов, АТФ и других биологически важных соединений.
Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50-60 г. Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов, характеризующихся усиленным окислением внутренних липидов (сопряженным с ускоренным кетогенезом и накоплением в организме кетоновых тел), выраженной интенсификацией процессов глюконеогенеза (образование глюкозы из белка) и усиленным расщеплением тканевых (в первую очередь мышечных) белков, используемых в качестве энергетического материала и предшественников глюкозы.
Избыточное потребление углеводов ведет к усилению липогенеза (образования жира) и развитию ожирения. При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности чело века в необходимом количестве углеводов, но и подо брать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов: (сахаров) и медленно всасывающихся (крахмала, гликогена).
Быстрое поступление моносахаридов и дисахаридов (после гидролиза под влиянием кишечных дисахаридов до составляющих их моносахаридов) из кишечника в общий кровоток ведет к быстрому и значительному нарастанию уровня сахара в крови и развитию гипергликемии. Гипергликемия, вызванная потреблением с пищей значительного количества легкоусвояемых углеводов, может привести к истощению инсулярного аппарата и способствовать развитию сахарного диабета.
Вместе с тем при поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.
В отличие от сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно, причем степень гипергликемии не достигает столь высокого уровня, как при потреблении сахаров. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80-90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением.
