- •Содержание
- •Глава 1. Химия пищевых веществ и питание человека 6
- •Глава 2. Белковые вещества 14
- •Глава 3. Углеводы 111
- •Глава 4. Липиды (жиры и масла) 175
- •Глава 5. Минеральные вещества 211
- •Глава 6. Витамины 231
- •Глава 7. Пищевые кислоты 248
- •Глава 8. Ферменты 261
- •Глава 9. Пищевые и биологически активные добавки 330
- •Глава 10. Вода 444
- •Глава 11. Безопасность пищевых продуктов 475
- •Глава 12. Основы рационального питания 540
- •Предисловие ко второму изданию
- •Глава 1. Химия пищевых веществ и питание человека
- •Глава 2. Белковые вещества
- •2.1. Белки в питании человека. Проблема белкового дефицита на земле
- •2.2. Белково-калорийная недостаточность и ее последствия. Пищевые аллергии
- •2.3. Аминокислоты и их некоторые функции в организме
- •2.4. Незаменимые аминокислоты. Пищевая и биологическая ценность белков
- •2.5. Строение пептидов и белков. Физиологическая роль пептидов
- •2.6 Белки пищевого сырья
- •Белки масличных культур
- •Белки картофеля, овощей и плодов
- •Белки мяса и молока
- •2.7. Новые формы белковой пищи. Проблема обогащения белков лимитирующими аминокислотами
- •2.8. Функциональные свойства белков
- •2.9. Превращения белков технологическом потоке
- •2.10. Качественное и количественное определение белка
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Углеводы
- •3.1. Общая характеристика углеводов
- •Моносахариды
- •Полисахариды
- •3.2. Физиологическое значение углеводов
- •Усваиваемые и неусваиваемые углеводы
- •Углеводы в пищевых продуктах
- •3.3. Превращения углеводов при производстве пищевых продуктов Гидролиз углеводов
- •Реакции дегидратации и термической деградации углеводов
- •Реакции образования коричневых продуктов
- •Процессы брожения
- •3.4. Функции моносахаридов и олигосахаридов в пищевых продуктах Гидрофильность
- •Связывание ароматических веществ
- •Образование продуктов неферментативного потемнения и пищевого аромата
- •Сладость
- •3.5. Функции полисахаридов в пищевых продуктах Структурно-функциональные свойства полисахаридов
- •Крахмал
- •Гликоген
- •Целлюлоза
- •Гемицеллюлозы
- •Пектиновые вещества
- •3.6. Методы определения углеводов в пищевых продуктах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4. Липиды (жиры и масла)
- •4.1. Строение и состав липидов. Жирнокислотный состав масел и жиров
- •4.2. Реакции ацилглицеринов с участием сложноэфирных групп Гидролиз триацилглицеринов
- •Переэтерификация
- •4.3. Реакции ацилглицеринов с участием углеводородных радикалов Присоединение водорода (гидрирование ацилглицеринов)
- •Окисление ацилглицеринов
- •4.4. Свойства и превращения глицерофосфолипидов
- •4.5. Методы выделения липидов из сырья и пищевых продуктови их анализ
- •4.6. Пищевая ценность масел и жиров
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5. Минеральные вещества
- •5.1. Роль минеральных веществ в организме человека
- •5.2. Роль отдельных минеральных элементов Макроэлементы
- •Микроэлементы
- •5.3. Влияние технологической обработки на минеральный состав пищевых продуктов
- •5.4. Методы определения минеральных веществ
- •Электрохимические методы анализа
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6. Витамины
- •6.1. Водорастворимые витамины
- •6.2. Жирорастворимые витамины
- •6.3. Витаминоподобные соединения
- •6.4. Витаминизация продуктов питания
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7. Пищевые кислоты
- •7.1. Общая характеристика кислот пищевых объектов
- •7.3. Пищевые кислоты и их влияние на качество продуктов
- •7.4. Регуляторы кислотности пищевых систем
- •7.5. Пищевые кислоты в питании
- •7.6. Методы определения кислот в пищевых продуктах
- •Глава 8. Ферменты
- •8.1. Общие свойства ферментов
- •Ферментативная кинетика
- •8.2. Классификация и номенклатура ферментов
- •Оксидоредуктазы
- •Гидролитические ферменты
- •8.3. Применение ферментов в пищевых технологиях
- •Мукомольное производство и хлебопечение
- •Производство крахмала и крахмалопродуктов
- •Кондитерское производство
- •Производство плодово-ягодных соков, безалкогольных напитков и вин
- •Спиртные напитки и пивоварение
- •8.4. Иммобилизованные ферменты
- •8.5. Ферментативные методы анализа пищевых продуктов
- •Глава 9. Пищевые и биологически активные добавки
- •9.1. Общие сведения о пищевых добавках
- •Общие подходы к подбору технологических добавок
- •О безопасности пищевых добавок
- •9.2. Вещества, улучшающие внешний вид пищевых продуктов
- •Цветокорректирующие материалы
- •9.3. Вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов
- •Эмульгаторы
- •9.4. Вещества, влияющие на вкус и аромат пищевых продуктов
- •Подслащивающие вещества
- •Ароматизаторы
- •Пищевые добавки, усиливающие и модифицирующие вкус и аромат
- •9.5. Пищевые добавки, замедляющие микробиологическую и окислительную порчу пищевого сырья и готовых продуктов
- •Консерванты
- •Антибиотики
- •Пищевые антиокислители
- •9.6. Биологически активные добавки
- •Глава 10. Вода
- •10.1. Физические и химические свойства воды и льда Физические свойства воды и льда
- •Диаграмма состояния воды
- •Строение молекулы и свойства воды
- •Взаимодействие вода — растворенное вещество
- •Структура и свойства льда
- •10.2. Свободная и связанная влага в пищевых продуктах
- •Рассмотрим некоторые примеры.
- •10.3. Активность воды
- •Изотермы сорбции
- •Активность воды и стабильность пищевых продуктов
- •10.4. Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов
- •10.5. Методы определения влаги в пищевых продуктах Определение общего содержания влаги
- •Глава 11. Безопасность пищевых продуктов
- •11.1. Классификация чужеродных веществ и пути их поступления в продукты
- •11.2. Окружающая среда - основной источник загрязнения сырья и пищевых продуктов
- •Меры токсичности веществ
- •Токсичные элементы
- •Радиоактивное загрязнение
- •Диоксины и диоксинподобные соединения
- •Полициклические ароматические углеводороды
- •Загрязнения веществами, применяемыми в растениеводстве
- •Загрязнение веществами, применяемыми в животноводстве
- •11.3. Природные токсиканты
- •Микотоксины
- •Методы определения микотоксинов и контроль за загрязнением пищевых продуктов
- •11.4. Антиалиментарные факторы питания
- •11.5. Метаболизм чужеродных соединений
- •11.6. Фальсификация пищевых продуктов Фальсификация: аспект безопасности
- •Генетически модифицированные продукты питания
- •Контрольные вопросы
- •Глава 12. Основы рационального питания
- •12.1. Физиологические аспекты химии пищевых веществ
- •12.2. Питание и пищеварение
- •Основные пищеварительные процессы
- •Схемы процессов переваривания макронутриентов
- •Метаболизм макронутриентов
- •12.3. Теории и концепции питания
- •Первый принцип рационального питания
- •Второй принцип рационального питания
- •Третий принцип рационального питания
- •12.4. Рекомендуемые нормы потребления пищевых веществ и энергии
- •12.5. Пищевой рацион современного человека. Основные группы пищевых продуктов
- •12.6. Концепция здорового питания. Функциональные ингредиенты и продукты
- •Список использованной литературы
12.2. Питание и пищеварение
Пищеварение является начальным этапом ассимиляции пищевых веществ, который состоит в превращении исходных пищевых структур сложного химического состава в компоненты, лишенные видовой специфичности, легко усваиваемые организмом.
Другими словами, пищеварение представляет собой совокупность процессов, связанных с расщеплением пищевых веществ на простые растворимые соединения, способные легко всасываться и усваиваться организмом.
Сегодня доказано, что ассимиляция пищевых веществ осуществляется по трехзвенной схеме, основанной на разных типах пищеварения:
полостное → мембранное (пристеночное) → внутриклеточное (всасывание)
Полостным является пищеварение, происходящее в пищеварительных полостях - ротовой, желудочной, кишечной, удаленных от секреторных клеток (слюнные железы, желудочные железы), которые синтезируют пищеварительные ферменты. Этот вид пищеварения обеспечивает интенсивное начальное переваривание.
Мембранное (пристеночное) пищеварение осуществляется с помощью ферментов, локализованных на специальных структурах свободных поверхностей клеток (микроворсинках) в тонком кишечнике. Мембранное пищеварение осуществляет промежуточные и заключительные стадии гидролиза пищевых веществ, а также сопряжение конечных этапов переваривания и начальных этапов всасывания.
Процессы пищеварения, объединяющие механические, физико-химические и химические изменения пищевых веществ, осуществляются у человека специальными, связанными между собой органами, совокупность которых образует пищеварительную систему (аппарат).
Пищеварительный аппарат человека (рис. 12.2) включает пищеварительный канал (желудочно-кишечный тракт) длиной 8-12 м, в который входят в последовательной взаимосвязи ротовая полость, глотка, пищевод, желудок, двенадцатиперстная
Рис. 12.2. Схема пищеварительного аппарата: 1- глотка; 2- пищевод; 3- желудок; 4- тонкая кишка; 5- нисходящая часть толстой кишки; 6- прямая кишка; 7- подвздошная кишка; <?- аппендикс; 9- слепая кишка; 10- восходящая часть толстой кишки; 11 - ободочная кишка; 12-двенадцатиперстная кишка; 13 - поджелудочная железа; 14 - желчный проток; 15 - желчный пузырь; 16- печень; 17- ротовая полость; 18- слюнные железы
563
кишка, тонкий и толстый кишечник с прямой кишкой и основные железы - слюнные железы, печень, поджелудочная железа.
Желудочно-кишечный тракт выполняет три основные функции:
пищеварительную;
экскреторную;
регуляторную.
Пищеварительная функция желудочно-кишечного тракта объединяет четыре процесса: процесс моторики, процесс секреции, процесс гидролиза, процесс всасывания.
Различные процессы последовательной обработки пищи, приводящие к физическим, физико-химическим или химическим изменениям, осуществляются по мере ее перемещения по пищеварительному каналу, функции различных отделов которого строго специализированы.
564
563::564::Содержание
564::565::566::567::568::569::570::Содержание
Основные пищеварительные процессы
В общем случае физические и физико-химические изменения пищи заключаются в ее размельчении, перемешивании, набухании, частичном растворении, образовании суспензий и эмульсий; химические изменения связаны с рядом последовательных стадий расщепления основных нутриентов.
Процесс разрушения (деполимеризация) природных полимеров осуществляется в организме путем ферментативного гидролиза с помощью пищеварительных (гидролитических) ферментов, именуемых гидролазами.
Деполимеризуются только макронутриенты (белки, жиры, углеводы). В деполимеризации участвуют три группы гидролаз: протеазы (ферменты, разрушающие белки), липазы (ферменты, расщепляющие жиры), амилазы (ферменты, расщепляющие углеводы).
Ферменты образуются в специальных секреторных клетках пищеварительных желез и поступают внутрь пищеварительного тракта вместе со слюной и пищеварительными соками - желудочным, поджелудочным и кишечным, объем выделения которых составляет у человека около 7 литров в сутки.
Процесс образования и выделения специальными железами организма особых активных веществ (секретов) называется секрецией.
Наряду с ферментами, являющимися катализаторами биохимических процессов расщепления пищевых веществ, в состав пищеварительных соков входят вода, различные соли, а также слизь, способствующая лучшему передвижению пищи.
Одной из ключевых биологических закономерностей, определяющих процессы ассимиляции пищи, является правило соответствия: ферментные
564
наборы организма находятся в соответствии с химическими структурами пищи; нарушение этого соответствия служит причиной многих заболеваний. Общие представления об этом соответствии иллюстрирует таблица 12.1.
Таблица 12.1. Пищеварительные ферменты человека и их специфичность
Ферменты |
Оптимальное значение рН |
Соответствие видам пищи | |
соответствует |
не соответствует | ||
Переваривающие белки (протеазы) |
|
|
|
пепсин |
1,0-1,5 |
Большинство белков глобулярной природы |
Кератины, эластины, коллагены - плохо перевариваются из-за особенностей третичной структуры |
гастриксин |
2,0-3,0 |
Тоже |
Тоже |
трипсин |
8,0 |
" " |
" " |
химотрипсин |
8,0 |
" " |
" " |
аминопептидазы |
8,0 |
Пептиды (с N-концевого аминокислотного остатка) |
" " |
карбоксипептидазы |
8,0 |
Пептиды (с С-концевого аминокислотного остатка) |
" " |
дипептидазы |
8,0 |
Дипептиды |
|
Переваривающие углеводы (амилазы) |
|
|
|
α-амилаза(птиалин) |
7,0 |
Крахмал, гликоген, другие α-полисахариды |
Целлюлоза и гемицеллюлозы из-за наличия β-ГЛИКОЗОИДНОЙ связи |
дисахаридазы |
6,5-7,5 |
Сахароза, мальтоза, лактоза |
Тоже |
Переваривающие жиры (липазы) |
8,0 |
Ацилглицерины |
Воски |
В действительности, для эффективного пищеварения необходим набор обеспечивающих комплексное действие ферментов, которые вырабатываются пищеварительными железами в зависимости от состава поглощаемой пищи.
565
Основные отделы пищеварительного канала (пищевод, желудок и кишечник) имеют три оболочки:
внутреннюю слизистую, с расположенными в ней железами, выделяющими слизь, а в отдельных органах - и пищеварительные соки;
среднюю мышечную, сокращение которой обеспечивает прохождение пищевого комка по пищеварительному каналу;
наружную серозную, которая выполняет роль покровного слоя.
Последовательные этапы переваривания и всасывания макронутриентов в желудочно-кишечном тракте представлены на рис. 12.3.
Рис. 12.3. Последовательные этапы переваривания и всасывания
В ротовой полости основными процессами переработки пищи являются измельчение, смачивание слюной и набухание. В результате этих процессов из пищи формируется пищевой комок. Продолжительность переработки пищи в полости рта 15-25 с. Помимо указанных физических и физико-химических процессов, в ротовой полости под действием слюны начинаются химические процессы, связанные с деполимеризацией.
566
В слюне человека, представляющей собой пищеварительный сок с близким к нейтральному значением рН, содержатся ферменты, вызывающие расщепление углеводов (см. табл. 12.1).
Из-за слишком короткого пребывания пищи во рту, полного расщепления крахмала до глюкозы здесь не происходит, образуется смесь, состоящая, главным образом, из олигосахаридов.
Пищевой комок с корня языка через глотку и пищевод попадает в желудок, который представляет собой полый орган объемом в норме около 2 л со складчатой внутренней поверхностью, вырабатывающей слизь и поджелудочный сок.
В желудке пищеварение продолжается в течение 3,5-10,0 ч. Здесь происходят дальнейшее смачивание и набухание пищевого комка, проникновение в него желудочного сока, свертывание белков, створаживание молока. Наряду с физико-химическими, начинаются химические процессы, в которых участвуют ферменты желудочного сока.
Чистый желудочный сок, выделение которого зависит от количества и состава пищи и соответствует 1,5-2,5 л/сут, представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, содержащую соляную кислоту в концентрации 0,4-0,5% (рН 1-3).
Функции соляной кислоты связаны с процессами денатурации и разрушения белков, создания оптимума рН для пепсиногенов, подавления роста патогенных бактерий, регуляции моторики, стимуляции секреции энтерокиназы.
Процессы денатурации белков в последующем облегчают действие протеаз.
В желудке работают три группы ферментов: а) ферменты слюны - амилазы, которые действуют первые 30-40 с - до появления кислой среды; б) ферменты желудочного сока - протеазы (пепсин, гастриксин, желатиназа), расщепляющие белки до полипептидов и желатина; в) липазы, расщепляющие жиры.
Расщеплению в желудке подвергается примерно 10% пептидных связей в белках, вследствие чего образуются продукты, растворимые в воде. Продолжительность и активность действия липаз невелики, поскольку они обычно действуют только на эмульгированные жиры в слабощелочной среде. Продуктами деполимеризации являются неполные глицериды.
Из желудка пищевая масса, имеющая жидкую или полужидкую консистенцию, поступает в тонкий кишечник (общая длина 5-6 м), верхняя часть которого называется двенадцатиперстной кишкой (в ней процессы ферментативного гидролиза наиболее интенсивны).
В двенадцатиперстной кишке пища подвергается действию трех видов пищеварительных соков, которыми являются сок поджелудочной железы (поджелудочный или панкреатический сок), сок, вырабатываемый клетками
567
печени (желчь) и сок, вырабатываемый слизистой оболочкой самой кишки (кишечный сок). В состав поджелудочного сока входят комплекс ферментов и бикарбонаты, создающие щелочную среду (рН 7,8 - 8,2).
По мере поступления в двенадцатиперстную кишку поджелудочного сока, в ней идет нейтрализация соляной кислоты и повышение рН. У человека рН среды в двенадцатиперстной кишке колеблется в пределах 4,0-8,5. Здесь работают ферменты поджелудочного сока, к которым относятся протеазы, расщепляющие белки и полипептиды (трипсин, химотрипсин, карбоксипептидазы, аминопептидазы), липазы, расщепляющие жиры, эмульгированные желчными кислотами, амилазы, заканчивающие полное расщепление крахмала до мальтозы, а также рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза, расщепляющие РНК и ДНК.
Секреция поджелудочного сока начинается через 2-3 мин после приема пищи и продолжается 6-14 ч, т. е. в течение всего периода пребывания пищи в двенадцатиперстной кишке.
Установлено, что ферментный состав поджелудочного сока изменяется в зависимости от характера питания, например при жирной пище увеличивается активность липазы и наоборот.
Помимо поджелудочного сока, в двенадцатиперстную кишку из желчного пузыря поступает желчь, которую вырабатывают клетки печени. Она имеет слабощелочное значение рН и поступает в двенадцатиперстную кишку через 5-10 мин после приема пищи. Суточное выделение желчи у взрослого человека составляет 500-700 мл. Желчь обеспечивает эмульгирование жиров, растворение продуктов их гидролиза, активацию панкреатических и кишечных ферментов, регуляцию моторики и секреции тонкого кишечника, регуляцию секреции поджелудочной железы, регуляцию желчеобразования, нейтрализацию кислой среды и инактивацию трипсина. Кроме того, она участвует во всасывании жирных кислот, образуя с ними растворимые в воде комплексы, которые всасываются в клетки слизистой кишечника, где происходит распад комплексов и поступление кислот в лимфу.
Третьим видом пищеварительного сока в двенадцатиперстной кишке является сок, вырабатываемый ее слизистой оболочкой и называемый кишечным соком.
Ключевым ферментом кишечного сока является энтерокиназа, которая активизирует все протеолитические ферменты, содержащиеся в поджелудочном соке в неактивной форме. Помимо энтерокиназы, в кишечном соке содержатся ферменты, расщепляющие дисахариды до моносахаридов.
Итак, в полости двенадцатиперстной кишки под действием ферментов, секретируемых поджелудочной железой, происходит гидролитическое расщепление большинства крупных молекул - белков (и продуктов
568
их неполного гидролиза), углеводов и жиров. Из двенадцатиперстной кишки пища переходит в конец тонкого кишечника.
В тонком кишечнике завершается разрушение основных компонентов пищи. Кроме полостного пищеварения, в тонком кишечнике происходит мембранное пищеварение, в котором участвуют те же группы ферментов, расположенные на внутренней поверхности тонкой кишки. В состав панкреатических ферментов в пристеночном пищеварении входят амилазы, трипсин и химотрипсин. Особую роль этот вид пищеварения играет в процессах расщепления дисахаридов до моносахаридов и пептидов до аминокислот. В тонком кишечнике происходит заключительный этап пищеварения - всасывание питательных веществ (продуктов расщепления макронутриентов, микронутриентов и воды).
На внутренней поверхности кишечника расположено множество складок с большим количеством пальцевидных выступов - ворсинок, каждая из которых покрыта эпителиальными клетками, несущими многочисленные микроворсинки. Такое строение, увеличивающее площадь поверхности тонкого кишечника до 180 м2, обеспечивает эффективное всасывание образовавшихся низкомолекулярных соединений. Через поверхность ворсинок продукты пищеварения транспортируются в эпителиальные клетки, а из них - в капилляры кровеносной системы и в лимфатические сосуды, расположенные в стенках кишечника.
Представление о строении ворсинок, расположенных на внутренней поверхности тонкого кишечника, можно составить с помощью схемы, изображенной на рис. 12.4.
Подсчитано, что за час в тонком кишечнике может всасываться до 2-3 л жидкости, содержащей растворенные питательные вещества.
Рис. 12.4. Схема строения ворсинок слизистой тонкого кишечника: 1 - ворсинка; 2 - слой клеток, через которые происходит всасывание; 3 - начало лимфатического сосуда в ворсинке; 4 - кровеносные сосуды в ворсинке; 5- кишечные железы; 6 - лимфатический сосуд в стенке тонкой кишки; 7- кровеносные сосуды в стенке тонкой кишки; 8 - часть мышечного слоя в кишечной стенке
Подобно пищеварительным, транспортные процессы в тонком кишечнике распределены неравномерно. Всасывание минеральных веществ, моносахаридов и частично жирорастворимых витаминов происходит уже в верхнем отделе тонкого кишечника. В среднем отделе всасываются водо- и жирорастворимые витамины, мономеры белков и жиров, в нижнем - происходит всасывание витамина В12и солей желчных кислот.
569
В толстом кишечнике, длина которого составляет 1,5-4,0 м, пищеварение практически отсутствует. Здесь всасываются вода (до 95%), соли, глюкоза, некоторые витамины и аминокислоты, продуцируемые кишечной микрофлорой (всасывание составляет всего 0,4-0,5 л в сутки). Толстый кишечник является местом обитания и интенсивного размножения различных микроорганизмов, потребляющих неперевариваемые остатки пищи, в результате чего образуются органические кислоты (молочная, пропионовая, масляная и др.), газы (диоксид углерода, метан, сероводород), а также некоторые ядовитые вещества (фенол, индол и др.), обезвреживающиеся в печени.
Кишечная микрофлора является важным органом вторичного переваривания пищи и формирования каловых масс, который, в соответствии с теорией адекватного питания, во многом обеспечивает возможность широкого варьирования рациона питания и устойчивость к новым видам пищи.
Ключевыми функциями кишечной микрофлоры являются:
синтез витаминов группы В, фолиевой и пантотеновой кислот, витаминов Н и К;
метаболизм желчных кислот с образованием, в отличие от патогенной микрофлоры, нетоксичных метаболитов;
утилизация в качестве питательного субстрата некоторых токсичных для организма продуктов пищеварения;
стимуляция иммунной реактивности организма.
570
564::565::566::567::568::569::570::Содержание
570::571::572::573::Содержание