3.4.2 Значение углеводов в питании человека.

Углеводы играют исключительно важную роль в питании человека. Мозг и нервная система для нормального функционирования требуют только сахар. Другие ткани ( например, печень) при отсутствии сахара могут перерабатывать жиры, мозг такой адаптивностью не обладает. Отсутствие достаточного количества сахара в организме может отрицательно сказаться на работе печени и сердца. Белок и жиры так же не будут выполнять своих функций (восстановление тканей и производство энергии) если в организме не будет достаточного количества продуктов расщепления сахара.

Функции углеводов можно разделить на три группы

Энергетическая функция.

При окислении 1 г. углеводов выделяется 4 ккал энергии, которая используется в различных процессах метаболизма.

Атомы углерода углеводов используются организмом не только для биосинтеза самих углеводов, но и белков, нуклеиновых кислот, липидов.

Структурная функция. Углеводы являются важными компонентами стенок бактериальных и растительных клеток, а также оболочек животных клеток.

Защитная функция. С помощью углеводов организм освобождается от вредных веществ. Углеводные остатки входят в состав соединений, ответственных за иммунитет.

Другие (специальные) функции:

предохраняют кровь от свертывания (гепарин), а у некоторых рыб от замерзания;

являются антибиотиками и различными биологически активными веществами. Например, витамин С относится к углеводам. Гликозиды являются стимуляторами сердечной деятельности.

Основным источником углеводов в питании являются растительные продукты. Углеводы по усвояемости делятся на две группы: усвояемые организмом человека (глюкоза, фруктоза, галактоза, сахароза, декстрины, крахмал ) и неусвояемые – пищевые волокна или баластные вещества (клетчатка, гемицеллюлоза, пектиновые вещества ). Усвояемые углеводы дают организму 50 – 60 % от общего числа калорий. Суточная потребность взрослого человека в усвояемых углеводах составляет 365 – 400 г, в том числе 50–100 г простых сахаров. Оптимальное содержание пищевых волокон в суточном рационе 20 – 25 г, в т. ч. клетчатки и пектина 10 – 15 г.

Рассмотрим физиологическое значение отдельных углеводов.

Глюкоза. В процессе пищеварения углеводы пищи в конечном итоге превращаются в глюкозу, которая поступает в кровь и служит источником энергии для всех органов и тканей. С помощью гормона поджелудочной железы – инсулина – глюкоза превращается в гликоген. Нормальный уровень глюкозы в крови составляет 80-100 мг на 100мл. Систематическое избыточное потребление легкоусвояемых углеводов может способствовать возникновению сахарного диабета, ожирения и атеросклероза.

Фруктоза. Превращение фруктозы в организме протекает несколько иначе, чем глюкозы. Поэтому фруктоза не вызывает увеличение сахара в крови, что важно для больных сахарным диабетом.

Лактоза способствует развитию в желудочно-кишечном тракте молочнокислых бактерий, антагонистов гнилостной микрофлоры. Некоторые люди страдают непереносимостью молока из-за отсутствия фермента лактазы, расщепляющего лактозу.

Крахмал. Занимает в рационе 80% от общего количества потребляемых углеводов. Подвергается перевариванию только после термической обработки. Крахмал усваивается медленнее других углеводов, поэтому потребление не приводит к быстрому увеличению содержания глюкозы в крови.

Пищевые волокна не усваиваются организмом человека, но выполняют положительную роль.

Клетчатка - основной компонент “ грубых” пищевых волокон является обязательным фактором процесса пищеварения: нормализует деятельность полезной микрофлоры кишечника, препятствует всасыванию вредных веществ, способствует выведению из организма холестерина. Клетчатка способствует нормальному продвижению пищи по желудочно-кишечному тракту. Вместе с тем избыток клетчатки провоцирует диарею, снижает усвояемость некоторых витаминов и минеральных веществ.

Пектин выводит из организма многие токсичные вещества: тяжёлые металлы, радионуклеиды, продукты метаболизма гнилостных бактерий.

3. Превращение углеводов при переработке.

Во время хранения пищевого сырья и его переработке углеводы подвергаются различным и сложным превращениям. Направленность этих процессов зависит от состава углеводного комплекса, условий (влажность, температура, Н среды), наличия ферментов и присутствия других компонентов.

Наиболее распространёнными и важными в пищевой технологии являются процессы :

-меланоидинообразования и карамелизации;

-кислотного и ферментативного гидролиза полисахаридов;

-брожения моносахаридов

Меланоидинообразование – окислительно-восстановительный процесс, который представляет собой совокупность последовательно и параллельно идущих реакций. Этот процесс одновременно получил название реакции Майара, по имени учёного, который в 1912г впервые его описал.

При реакции меланоидинообразования происходит взаимодействие восстанавливающих сахаров с аминокислотами, пептидами и белками, приводящее к образованию тёмно-окрашенных продуктов-меланоидинов. Механизм этой реакции сложен, в результате её образуется большое число промежуточных продуктов, которые на следующих этапах взаимодействуют между собой и с исходными веществами.

В результатате этой реакции в продуктах снижается содержание редуцирующих сахаров и азота аминных групп. Наиболее реакционно способными являются аминокислоты: лизин, глицин, метионин, аланин, валин; наиболее активно из сахаров реагируют ксилоза, арабиноза, глюкоза, галактоза и фруктоза.

Более интенсивно меланоидинообразование протекает в нейтральной и щелочной средах, легче проходит в концентрированных растворах .В результате реакции Майара может связываться до 25% белков, витаминов, аминокислот и многих биологически активных соединений, тем самым снижается пищевая ценность продуктов

Положительным моментом реакции меланообразования является появление привлекательной окраски (золотисто-коричневой, тёмно-коричневой и др.) и своеобразного аромата пищевых продуктов.

Карамелизация сахаров. Нагревание моно- и дисахаров при температуре 100 ° С и выше приводит к изменению химического состава и цвета продуктов. Глубина этих процессов зависит от состава сахаров, их концентрации, степени и продолжительности теплового воздействия Н среды, присутствия примесей.

В общем упрощенном виде схему превращений сахаров при нагревании можно представить следующим образом:

Дисахара Монозы Ангидриды моноз

Оксиметил фурфурол

Окрашенные и гуминовые муравьиная и левулиновая

вещества кислоты

Гидролиз полисахаридов и олигосахаров.

Во многих пищевых производствах имеет место гидролиз олиго- и полисахаридов. Он важен не только для процессов получения пищевых продуктов, но также и для процессов их хранения.

Реакции гидролиза могут приводить к нежелательным изменениям цвета и к неспособности полисахаридов образовывать гели.

Ферментативный гидролиз крахмала присутствует во многих пищевых технологиях и обеспечивает качество готового продукта – в хлебопечении (процесс тестоприготовления и выпечки хлеба), в производстве пива (получение пивного сусла), спирта(подготовка сырья для брожения), в производстве различных сахаристых продуктов (глюкозы, патоки, сахарных сиропов).

В общем виде, схема гидролиза крахмала может быть представлена следующим образом:

Н₂О

(С₆Н₁₀О₅ )n ( С₆Н₁₀О₅ )х С₁₂Н₂₂О₁₁

крахмал катализатор декстрины мальтоза

С₆Н₁₂О₆

глюкоза

Гидролиз пектинов имеет место при созревании плодов. Под действием пектолитических ферментов нерастворимые протопектины превращаются в растворимые пектины. При этом резко снижается вязкость растительных тканей и уменьшается молекулярная масса пектинов. Таким образом, мякоть плодов размягчается.

Гидролиз сахарозы получил название инверсии, а смесь, образующихся в равных количествах глюкозы и фруктозы, – инвертным сахаром.

t°

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О C₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

Сахароза глюкоза фруктоза

Инвертные сиропы используются при приготовлении безалкогольных напитков. Инверсия сахарозы имеет место при производстве виноградных вин. Процессы инверсии предупреждают очерствение конфет и улучшают аромат хлеба.

При гидролизе лактозы образуются глюкоза и галактоза

Н2О

С₁₂Н₂₂О₁₁ C₆Н₁₂О₆ + C₆Н₁₂О₆

Лактоза глюкоза галактоза

Под действием фермента - галактозидазы с этого процесса начинаются все виды брожения молочного сахара.

Брожение моносахаридов

В пищевых технологиях наибольшее значение имеют два основных типа брожения: спиртовое и молочнокислое.

Спиртовое брожение происходит под действием ферментов дрожжей. Суммарное уравнение имеет следующий вид:

C₆Н₁₂О₆ С ₂Н₅ОН + 2СО₂