21

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ростовская-на-Дону государственная академия

сельскохозяйственного машиностроения

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и химия»

ЭКОЛОГИЯ ПИТАНИЯ И ЗДОРОВЬЕ

Методические указания по дисциплине «Экология»

для студентов 2-го курса

всех специальностей и форм обучения

Ростов-на-Дону

2009

Составители:

кандидат технических наук, доцент В И. Гаршин

кандидат химических наук, доцент Р.П. Бойко

старший преподаватель Т. А. Таекян

УДК 504.006;331.45 ЭКология питания и здоровье:

Метод. указания по дисциплине «Эколо-

гия»/РГАСХМ ГОУ; Под ред. проф.

В.Л. Гапонова; Ростов н/Д., 2009 —23 с.

Рассмотрены вопросы рациональной организации питания, калорийности пище-вых продуктов и сбалансированности их компонентов для поддержания нормаль-ной жизнедеятельности человека. Отмечено вредное влияние введения в организм веществ, нарушающих биологическое равновесие на клеточном уровне (алкоголя, наркотиков, курения).

Приведены примеры решения типичных задач по теме и варианты контрольных заданий для самостоятельного решения.

Предназначены для студентов 2-го курса всех специ­альностей и форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Ростовской-на-Дону государственной академии

сельскохозяйственного машиностроения

Рецензент доктор биологических наук, профессор В. В. Киреева

Научный редактор доктор технических наук, профессор В.Л. Гапонов

 Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ростовская—на—Дону государственная

академия сельскохозяйственного

машиностроения, 2009

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Взаимоотношения живого организма с окру-

жающей природой — есть взаимоотношения,

опосредованные вопросами питания.

Физиолог И. П. Павлов

Питание относится к важнейшим факторам окружающей среды, которые воздействуют на организм человека.

Пища — это топливо и сырьевой материал для образования необходимых организму веществ, составляющих основу его нормального функционирования. Откуда в пище энергия? Энергия пищи — это энергия солнечного света, пере-шедшая в энергию химических связей ее молекул в процессе фотосинтеза зеле-ными растениями глюкозы по уравнению:

6 CO₂ + 6 H₂O + 686 ккал (солнечного света) → C₆H₁₂O₆ (глюкоза) + 6 O₂↑.

Из глюкозы синтезируются большие, богатые энергией молекулы сахара, крахмала, клетчатки, которые при попадании с пищей в живой организм окисляются («сгорают») и снабжают его энергией.

Рациональное питание ― питание, удовлетворяющее энергетические, пластические и другие потребности организма, обеспечивающее необходимый уровень обмена веществ. Основными элементами рационального питания являются сбалансированность компонентов пищи и правильный режим питания.

Сбалансированное питание ― питание, в котором обеспечены опти-мальные соотношения пищевых и биологически активных веществ, способных проявить в организме максимально полезное биологическое действие.

Важнейшим принципом сбалансированного питания является определение правильного и обоснованного соотношения основных пищевых и биологически активных веществ: белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных элементов в зависимости от возраста, пола, характера трудовой деятельности и др. В дейст-вующих рекомендациях («Нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения», утвержденных МЗ РФ в 1991 г.). Для взрослого человека принято соотношение белков, жиров и углеводов 1:1,2:4,6 (или 1:1,4:4,7).

ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ПИЩИ И ИХ ФУНКЦИИ

Необходимыми составными частями пищи являются питательные вещества — белки, жиры и углеводы.

Белки

По своему значению и биологическим функциям белки занимают особое место. Слово «протеин» (белок) происходит от греческого «протейос», что означает «зани-мающий первое место». Все живое на Земле содержит белки. Они составляют ~50 % веса тела всех организмов.

Для белков, в отличие от других питательных веществ, характерно наличие в их молекулах азота, поэтому белки называют азотсодержащими веществами. Основные составляющие белков ― аминокислоты, количество которых доходит до 20. Всё громадное разнообразие имеющихся в природе белков представляет собой разное сочетание известных аминокислот, от чего зависят свойства и качество белков.

В процессе пищеварения белки расщепляются через ряд промежуточных стадий до аминокислот, которые легко всасываются и используются организмом для обра-зования собственного специфического белка. Он отличается от потребленного белка и характерен для человеческого организма. Если, минуя пищеварительный тракт, ввести белок непосредственно в кровь, то он не только не может быть исполь-зован организмом человека, но и вызовет ряд серьезных осложнений.

По питательному значению различают два вида белков.

Полноценные белки ― белки животного происхождения, содержащие все необходимые организму аминокислоты (мясо, яйца, молоко, рыба, творог и др.).

Неполноценные белки ― белки преимущественно растительного происхож-дения, не содержат всех необходимых организму аминокислот.

Полноценный белок может быть заменен двумя-тремя неполноценными белками, которые, дополняя друг друга, в сумме дают необходимые аминокислоты. Белки животного происхождения должны составлять для взрослых людей 55 % от общего количества белков.

При «сгорании» 1 г белка выделяет 4 ккал или 16,7 кДж энергии.

Основное назначение белков ― построение клеток и тканей, необходимых для роста и развития (пластическая роль) и осуществления жизненных функций организма.

Углеводы

Углеводы ― основной источник легко усвояемой энергии в организме. В течение всей жизни постоянно происходит превращение их в углекислый газ (СО₂) и воду (Н₂О) и сопровождается выделением энергии. Когда была открыта глюкоза ― основной поставщик энергии, ее формулу записывали как С₆(Н₂О)₆, т. е. в виде комбинации углерода и воды. Отсюда и происхождение названия «углевод», хотя на самом деле никаких молекул воды в углеводах нет.

Углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (ди- и полисахариды).

К моносахаридам относятся глюкоза и фруктоза, к дисахаридам — сахароза, лактоза, полисахаридам ― крахмал, клетчатка.

Углеводы поступают в организм в виде сложных полисахаридов и через ряд промежуточных реакций расщепляются до моносахаридов, которые в процессе реакции

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + 686 ккал

высвобождают энергию, используемую затем организмом. С помощью углеводов поддерживается необходимая концентрация сахара в крови, регулируется обмен белков и жиров. Углеводы обладают свойством сберегать белки от расхода на энергетические цели, способствуя более полному использованию их по назначению.

Недостаток углеводов приводит к нарушению энергетического баланса, распаду тканевых белков, что в итоге приводит к истощению организма. Наоборот, избыток углеводов ведет к накоплению излишков жира, понижению сопротивляемости организма болезням.

При «сгорании» 1 г углеводов выделяется 4 ккал или 16,7 кДж энергии.

Жиры

Жиры являются не только концентрированным источником поступления энергии, но и пластическим материалом. Более 30 % энергии в организме взрослого человека образуется за счет окисления жиров, поступающих с пищей.

При «сгорании» 1 г жира выделяется 9 ккал или 37,7 кДж энергии.

Жир выбран природой в качестве аккумулятора энергии в живых организмах. Если поступление энергии в организм превышает ее расход, то «лишнее» коли-чество откладывается в тканях организма; если энергии поступает меньше, чем нужно, то жир расходуется. Жиры бывают животного и растительного происхождения.

В табл. 1 приложения приведены данные суточной потребности питательных веществ для людей различных возрастных категорий и тяжести трудовой деятельности.

Минеральные вещества

Минеральные вещества ― обязательный компонент пищи. Их функции в орга-низме следующие:

― участие в построении костного скелета;

― поддержание кислотно-щелочного равновесия;

― поддержание нормального солевого состава крови.

Они подразделяются на макро- и микроэлементы. В табл. 1 приложения приведен список важнейших из них и указана их суточная потребность.

Витамины

Витамины ― вещества высокобиологического действия, которые принимают участие во всех жизненно важных процессах. В табл. 1 приведены суточные нормы потребности в различных витаминах, а в табл. 7 ― их функции в организме и содержание в продуктах.

Понять проблему питания ― значит ответить на вопросы: что есть и почему? Качество питания человека определяется двумя показателями: энергетической насы-щенностью и комплектностью необходимых ингридиентов (питательных и минеральных веществ, витаминов).

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), среднесу-точный рацион питания должен содержать не менее 2000―2300 ккал для женщин и 3000—3200 ккал для мужчин.

Режим питания предполагает кратность, количественное распределение пищи в течение дня, интервал между ее приемами. При 4 разовом питании проме-жутки между приемами пищи не превышают 4―5 часов, в результате чего создается равномерная нагрузка на пищеварительный аппарат, обеспечивается воздействие ферментов на пищу и наиболее полная ее обработка. Рекомендуется такое распреде-ление энергии суточного рациона: завтрак — 25 % энергии, обед ― 35 %,

полд-ник ― 15 %, ужин ― 25 %.

Распределение пищевых веществ в суточном рационе следующее:

Время суток	Углеводы	Белки	Жиры
Утро	Высокое содержание	Низкое	Низкое
Обед	Умеренно-низкое	Умеренное	Низко-умеренное
Ужин	Низкое	Высокое	Умеренно-высокое

В условиях нормального функционирования между организмом и окружающей средой поддерживается равновесие, которое может быть легко нарушено при поподании в организм веществ, отрицательно влияющих на баланс биологических процессов на клеточном уровне. К числу таких вредных веществ помимо природных и искусственных токсических соединений относятся алкоголь, никотин (курение), наркотики. Спирт и наркотики действуют на нервные клетки, подавляя передачу нервных импульсов, вследствие чего развивается астения (повышенная утомляя-емость, слабость), ослабление рефлексов.

В табл. 4 приложения показано действие алкоголя на поведение и реакции человека.

Примеры решения задач

Задача 1. Рассчитать калорийную ценность суточной нормы пищевых продуктов, имеющих в составе 85 г белков, 102 г жиров и 382 г углеводов. Соблю-дается ли в данном случае условие соотношения энергетических компонентов?

Решение. Находим энергетическую ценность каждого компонента при усло-вии, что «сгорание» 1 г жиров дает 9 ккал, а белков и углеводов – по 4 ккал.

Жиры: 1 г — 9 ккал белки: 1 г — 4 ккал углеводы: 1 г — 4 ккал

102 г — x ккал 85 г — x ккал 382 г — x ккал

x = 918 ккал, x = 340 ккал, x = 1528 ккал.

Общая калорийность суточной нормы продуктов: 340 + 918 + 1528 = 2786 ккал.

При рациональном (правильном) питании соотношение белков, жиров и углеводов должно быть: 1:1,2:4,6.

В данном случае соотношение равно: 85:102:382 = 1:1,2:4,5 и практически почти выполняется.

Задача 2. Если дополнительно к завтраку съесть пирожное, массой 100 г и калорийностью 400 ккал, то, чтобы не поправиться, можно пробежать «трусцой» и сжечь приобретенные калории. Какое расстояние надо пробежать, если скорость пробежки 4 км/ч?

Решение. Из табл. 3 приложения находим, что расход энергии при беге «трусцой» составляет 360 ккал/ч. Вычислим время, необходимое, для того, чтобы «сжечь» 400 лишних килокалорий из пропорции: 360 ккал — 1 ч.

400 ккал — x ч., x = 400 / 360 = 1,1 ч.

Расстояние вычисляем по формуле: S = V·t ,

где S ― расстояние, км; V ― скорость, км/ч.; t ― время, ч.

S = 4 км/ч ·1,1 ч. = 4,4 км.

Задача 3. Какова калорийность 1 стакана (250 мл) пастеризованного молока 3,2 %-й жирности, имеющего следующий процентный состав энергетических компо-нентов, %: жиров ― 3,2, белков ― 2,8, углеводов ― 4,7 на 100 г продукта. Плотность (ρ) молока 0,98 г/мл.

Решение. Масса 250 мл молока равна: m = ρ ·V = 0,98 г/мл · 250мл = 245 г.

Вычислим массу жиров, белков и углеводов в этом количестве молока:

жиры: 245 г·32/100=8,0 г; белки: 245 г·28/100=7,0 г; углеводы: 245 г·47/100=11,52 г.

Находим калорийность каждого компонента (зная, что 1 г белков и 1 г угле-водов дают по 4 ккал, а 1 г жиров – 9 ккал):

жиры: 1 г — 9 ккал белки: 1 г — 4 ккал углеводы: 1 г — 4 ккал

8 г — х ккал 7 г — х ккал 11,52 г — х ккал

х = 72,0 ккал, х = 28,0 ккал, х = 46,08 ккал.

Суммарная калорийность 250 мл молока равна 72,0 + 28,0 + 46,08 = 146,08≈146,1 ккал.

Задача 4. Сколько воды можно нагреть с 22 до 99 ºС при сгорании пищи калорийностью 60 ккал?

Решение. Тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании образца пищи, идет на нагревание воды. Количество теплоты (q) вычисляют по формуле:

q= m_w·c ·∆t,

где m_w — масса воды, г ; c — удельная теплоемкость воды, 1 кал/г ·град; ∆t — изменение температуры, ºС .

60 ккал = 60000 кал = m_w ·1 кал/г град · (99—22).

m_w = 60000 / 77 = 779,2 г .

Задача 5. Человек весом 80 кг выпил две бутылки пива. Каково содержание спирта у него в крови сразу после этого? Через сколько ча­сов он может сесть за руль, если допустимое количество спирта в крови для вождения автотранспорта составляет 0,01 %? При решении задачи использовать данные табл. 5 приложения.

1 доза — бутылка пива, стакан вина или рюмка крепкого напитка (30 г). При решении задачи учитывать, что каждый час из организма удаляется 0,015 % алкоголя.

Решение. При массе тела 80 кг содержание алкоголя в крови после принятия 2 доз (2 бутылок пива) по табличным данным составляет 0,04 %.

Разница алкоголя в крови с требуемой нормой 0,01 % составляет

0,04 – 0,01 = 0,03 %.

Время, необходимое для приведения содержания алкоголя в крови в норму, находим из пропорции:

1 ч. ― 0,015 %

x ч. ― 0,03 % , x = 2 ч.

Через 2 ч. можно сесть за руль автотранспорта.