Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия пищевых продуктов и их метаболизм. Учебно-методическое пособие
.pdf
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, шалуроновая кислота препятствует проникновению бактерии через клеточную оболочку и т.д.
Следует отметить важную роль углеводов в защитных реакциях организма, особенно протекающих в печени. Так, гиалуроновая 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
в пищей ежедневно. Суточная потребность человека в углеводах составляет 400-500 г, при этом примерно 80% приходится
на крахмал.
1.3.1. Усваиваемые и неусваиваемые углеводы
С точки зрения пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы
-моно-и олигосахариды, крахмал, гликоген. Неусваиваемые целлюлоза, гемицеллюлозы, 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.
Обмен углеводов в организме человека складывается в
основном из следующих процессов:
41
1. Расщепление в желудочно-кишечном тракте поступаю-
щих с пищей полисахаридов и дисахаридов до моносахаридов.
Всасывание моносахаридов из кишечника в кровь.
2. Синтез и распад гликогена в тканях, прежде всего в пе-
чени.
3. Анаэробное расщепление глюкозы - гликолиз, приво-
дящий к образованию пирувата.
4. Аэробный метаболизм пирувата.
5. Вторичные пути катаболизма глюкозы (пентозофосфат-
ный путь и другие).
6. Взаимопревращение гексоз.
7. Глюконеогенез или образование углеводов из неугле-
водных продуктов. Такими продуктами являются, в первую
очередь, пировиноградная и молочная кислоты, глицерин, аминокислоты и ряд других соединений.
Глюкоза является основной формой, в виде которой углеводы циркулируют в крови, обеспечивая энергетические нужды
организма. Нормальное содержание глюкозы в крови 3,3-5,8
моль/л. 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 11,1-22,2
моль/л, 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.
42
Моносахарид галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается. Он является продуктом расщепления
молочного сахара. Дисахарид лактоза содержится только в молоке, 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 условнопатогенной микрофлоры, гнилостных микроорганизмов.
К производным углеводов относятся сорбит и ксилит, содержащиеся в небольших количествах в тканях человека. Эти
вещества имеют сладкий вкус и применяются в качестве заменителей сахара. Сладость сорбита почти вдвое ниже, чем сахарозы. При добавлении в чай этого заменителя ощущается некоторый посторонний при-вкус.
Ксилит обладает холодящими свойствами, напиткам и изделиям он не придает постороннего вкуса.
Сорбит получают в процессе производства аскорбиновой
кислоты из глюкозы; ксилит - из початков кукурузы, хлопковой
шелухи. Калорийность сорбита составляет 14,80 кДж/г (3,53
ккал/г), ксилита - 15,35 кДж/г (3,67 ккал/г), т.е. близка к энергетической ценности углеводов.
В организме ксилит и сорбит расщепляются до СО2 и Н2О,
не вызывают повышения уровня глюкозы в крови, поэтому их
используют в рационах больных сахарным диабетом.
Неусваиваемые углеводы человеческим организмом не
утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и
составляют (вместе с лигнином) так называемые «пищевые волокна». Пищевые волокна 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, выведению из организма токсичных элементов. При недостаточном содержании в пище неусваиваемых углеводов на-
43
блюдается рост сердечно-сосудистых заболеваний, злокачественных образований прямой кишки. Суточная норма пищевых
волокон составляет 20-25 г.
1.3.2. Общая характеристика класса углеводов
Согласно принятой в настоящее время классификации углеводы подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды. Моносахариды обычно содержат от 3 до
9 атомов углерода, причем наиболее распространены пентозы и
гексозы. По характеру карбонильной группы они делятся на
альдозы и кетозы.
a - D - глюкопираноза b - D - глюкопираноза
Фруктоза содержится в чистом виде в пчелином меде (до
37%), винограде (7,7%), яблоках (5,5), является составной частью сахарозы.
a- D – фруктофураноза b- D – фруктофураноза
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
44
крахмал, гликоген, мальтоза: глюкоза является составной частью сахарозы, лактозы.
Галактоза - составная часть молочного сахара, которая содержится в молоке млекопитающих, растительных тканях, семенах.
α - D - галактопироноза β-D-галактопираноза
α - L - арабофураноза
Арабиноза содержится в хвойных растениях, в свекловичном жоме, входит в пектиновые вещества, слизи, гумми, 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 неясно,
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
45
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 - рибулозо -1,5- дифосфат. Это соединение участвует в процессах ассимиляции углекислого газа
растениями.
Олигосахариды. Олигосахариды - углеводы, 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,
лактоза и сахароза. Мальтоза, являющаяся α- 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-Dфруктозы.
46
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.
Лактоза в организме человека расщепляется под действием фермента лактазы на глюкозу и галактозу. У некоторых людей этот фермент может быть недостаточно активен или отсутствует, что приводит к непереносимости молока. Таким людям
рекомендуются кисломолочные продукты, в которых лактоза
сбраживается молочнокислыми бактериями в молочную кислоту.
Трегалоза (грибной сахар) содержится только в грибах и
хлебопекарных дрожжах.
Рафиноза находится в небольших количествах в сахарной
свекле и зерновых продуктах; она растворима в воде, несладкая
на вкус. При ее гидролизе образуются глюкоза, фруктоза и галактоза.
47
Все сахара гигроскопичны, поэтому сахар, карамель при
хранении в сыром помещении увлажняются. При нагревании
сахаров до температуры 160-190°С образуются продукты темно-коричнево-го цвета. Такой процесс называется карамелизацией. Лактоза, глюкоза и фруктоза в растворе при 100°С вступают в реакцию с аминокислотами белков, образуя темноокрашенные меланоидины. Этим объясняется потемнение молочных консервов, корки хлеба при выпечке, цвет черного чая, жареного кофе и других продуктов.
Сахара способны кристаллизоваться из водных растворов,
например, кристаллизация меда при хранении, варенья при
низких температурах.
Полисахариды (С6Н10О5)n. Они состоят из большого количества остатков молекул моносахаридов, на которые распадаются при кислотном гидролизе. К полисахаридам относят
крахмал, кликоген, инулин и клетчатку.
Крахмал - полисахарид второго порядка, состоит из сотен
и тысяч остатков молекул моносахаридов. Находится в растениях в виде крахмальных зерен, различающихся свойствами и
химическим составом. Крахмал разных видов имеет различные
форму и размер зерен. Самые крупные зерна овальной формы у
картофельного крахмала, а самые мелкие угловатой формы - у
рисового. Крахмал откладывается в качестве запасного вещества в клубнях, корнях, плодах и других частях растений. Наиболее богаты крахмалом зерна злаковых культур (в %): пшеница 70, рожь - 65, кукуруза, рис, горох - 60-80, картофель - 24.
Наружная часть зерна крахмала состоит из вещества амилопектина, а внутренняя - из амилозы. Амилопектин при нагревании с водой набухает и клейстеризуется, в результате чего
происходит увеличение объема при варке круп, макаронных
изделий, образование вязких коллоидных растворов (при варке
киселей и др.). В холодной воде крахмал нерастворим. Под
действием фермента α-амилазы крахмал расщепляется до декстринов, под действием β-амилазы - до мальтозы, которая, в
свою очередь, под действием мальтазы превращается в глюкозу. Гидролизом крахмала получают патоку. Крахмал под действием осахаривающих ферментов слюны и пищеварительных
соков осахаривается и хорошо усваивается. Под действием йо-
48
да крахмал окрашивается в синий цвет; это характерная реакция для определения наличия крахмала.
Гликоген (животный крахмал) откладывается в печени
животных, при гидролизе переходит в глюкозу, легко набухает
и растворяется в воде. Содержание в животных продуктах (рыба, мясо, яйца) - до 1%. Гликоген имеется в грибах, дрожжах,
зерне кукурузы.
Инулин содержится в клубнях и корнях некоторых растений - земляная груша (топинамбур), корни цикория и одуванчика (15-17%). Инулин легко растворяется в теплой воде, образуя при этом коллоидный раствор. При кислотном гидролизе
или под действием инулазы он превращается во фруктозу. На
этом свойстве инулина основано производство фруктового сахара, предназначенного для питания людей, больных диабетом,
склонных к ожирению и больных кариесом.
Клетчатка является основной структурной частью клеточных стенок хлорофиллоносных растений и относится к пищевым волокнам. В значительных количествах она находится в
кожуре плодов, овощей, в муке низших сортов и нешлифованных крупах. Клетчатка не растворяется в воде, в слабых растворах серной кислоты и щелочи. Она не усваивается организмом человека, поэтому относится к балластным веществам.
Однако она необходима, поскольку вследствие волокнистого
строения способствует пищеварению, усиливает перистальтику
кишечника, так как она выводит из организма соли тяжелых
металлов, холестерин и другие вредные вещества.
Пектиновые вещества. Они являются продуктом окисления глюкозы и построены из остатков галактуроновой кислоты. В значительных количествах находятся в плодах, ягодах и
овощах (яблоки, абрикосы, хурма, персики, крыжовник - 0,31,5%; тыква, земляника, смородина - 0,5-0,8%) в виде протопектина, пектина и пектиновой кислоты. Пектиновые вещества,
так же как и клетчатка, являются балластными веществами, не
перевариваются и не всасываются в желудке и кишечнике. Однако роль пектина огромна, так как он связывает вредные и
ядовитые вещества и выводит их из организма, способствует
нормальному выделению желчи, снижает уровень холестерина
в крови.
49
Протопектином богаты недозрелые плоды и овощи, он
обусловливает твердую консистенцию их. При созревании плодов и овощей протопектин гидролизуется до пектина, вследствие чего плоды и овощи становятся мягче. При перезревании
плодов и овощей значительная часть пектина превращается в
пектиновую кислоту, придающую плодам и овощам неприятный вкус.
Под действием кислот или фермента протопектиназы протопектин переходит в растворимый в воде пектин, который в
присутствии сахара (65-70%) и кислот образует студни. Это
свойство пектина широко используется в кондитерской промышленности для производства желе, варенья, джемов, мармеладов, зефира и др.
Гликозиды. Гликозиды - продукты, получающиеся при
элиминации воды при реакции:
Только очень малые количества гликозидов встречаются в
питании человека. Ряд природно встречающихся 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 корнях
хрена. Они называются "гликозинолаты ".
Гемицеллюлозы - класс полисахаридов, не усваиваемых
человеческим организмом.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]