Основи фізіології та гігієни харчування

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ

АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ОСНОВИ ФІЗІОЛОГІЇ

ТА ГІГІЄНИ ХАРЧУВАННЯ

Текст лекцій

Дніпропетровськ - 2008

УДК 613:641 (075.8)

Баранченко В.О., Чумак В.О. Основи фізіології та гігієни харчування: Текст

лекцій / Дніпропетр. держ. аграрн. ун-т. – Дніпропетровськ, 2008. – 50 с.

Курс «Основи фізіології та гігієни харчування» спрямований на засвоєння матеріалу про значення поживних речовин та потребу в них, особливості їхнього засвоєння залежно від фізіологічного стану, вплив харчових добавок, умов переробки та зберігання продуктів харчування на травлення та здоров’я людини.

Завдання вивчення дисципліни.

-ознайомитись з основами теорії харчування,

-вивчити значення окремих компонентів, які складають гігієнічну характеристику різних харчових продуктів,

-розглянути вплив на фізіологічний стан людини харчових домішок різного призначення,

-оцінити технологічні прийомі, які дозволяють створювати безпечні продукти харчування високої біологічної та харчової цінності

Дисципліна базується на знаннях із хімії та біохімії, фізики, біології. Засвоєння матеріалу курсу є основою для розуміння спеціальних дисциплін, присвячених технології виробництва харчових продуктів рослинного походження.

Рецензент: проф. кафедри технології переробки продукції тваринництва, доктор вет.наук М.П.Високос

Рекомендовано до видання науково-методичною радою факультету механізації сільського господарства ДДАУ (протокол № 10 від 25.06.2008 р.)

© В.О. Баранченко В.О. Чумак 2008 р.

2

1. Фізіологія системи травлення людини.

1. Основні функції та структура травної системи.

Організм постійно витрачає енергію і пластичні матеріали (відмирають клітини епітелію тощо). Для підтримки життя необхідно поповнювати те, що втрачено. Джерелом поживних речовин є харчові продукти, які містять білки, жири, вуглеводи. Це високомолекулярні сполуки, які в такому вигляді не засвоюються організмом. Для засвоєння страва повинна бути відповідним чином перетворена за допомогою механічних і хімічних механізмів, цей процес має назву травлення.

Механічна переробка – це подрібнення, зволоження, перемішування й розчинення їжі.

Хімічна переробка – це розщеплення складних речовин їжі до простих за допомогою ферментів травних залоз та мікроорганізмів (від fermentum – закваска).

Травна система виконує секреторну, моторну і всмоктувальну (резорбтивну) функції. Вона складається з травного каналу та застінних залоз.

Травний канал – це порожнистий орган, який складається з ротової порожнини, глотки, стравоходу, шлунка, тонкого та товстого відділів кишечнику. Довжина тонкого відділу кишечнику становить 5-6 м, а товстого – від 1,5 м (при переважному харчуванні продуктами тваринного походження) до 4 м (у вегетаріанців).

Травний канал має кілька оболонок: слизова (контактує з їжею, бере участь у розщепленні та всмоктуванні поживних речовин), м’язова (забезпечує просування їжі), сполучнотканинна (захищає від ушкоджень, містить судини та нерви для нормальної роботи клітин інших оболонок).

Застінні залози виділяють травні соки (слинні залози – слину, підшлункова залоза – підшлунковий сік, печінка – жовч), які містять речовини, що потрібні при перетворенні компонентів їжі у таку форму, у якій їх здатний засвоїти організм. Основні слинні залози – привушні, які розташовані нижче вух, їхні протоки відкриваються у ротову порожнину. До тонкого кишечнику надходить сік підшлункової залози (знаходиться у лівому підребер’ї) та жовч із печінки (розміщується у правому підребер’ї).

2. Процеси, що відбуваються у ротовій порожнині (значення слини та жування).

Починається травлення в ротовій порожнині. Перетирання їжі відбувається за допомогою пережовування 32 зубами, змочування слиною, оброблення ферментами амілазою і мальтазою, які розщеплюють крохмаль. Пережовування кожної порції їжі має тривати приблизно 20 с.

На поверхні язика знаходяться структури, які забезпечують сприйняття смаку. Їхнє подразнення речовинами їжі необхідно для оцінки смакових властивостей харчових продуктів, а також впливає на подальші процеси травлення. Реакція на речовини можлива лише після їхнього розчинення у

3

воді. Існує чотири основних смакових відчуття у людини – солодке, солоне, гірке, кисле, а ось різне співвідношення цих відчуттів і створює неповторний смак кожної страви. Відчуття солодкого й солоного переважно виникає на кінчику язика, гіркого – на його корені, а кислого всією поверхнею. Найменш чутлива людина до смаку вранці, а найбільш увечері, найкраще формується відчуття при температурі страви у межах +35-400С.

Жування забезпечує подрібнення їжі, а менші шматки потім легше піддаються дії травних соків, відбувається швидше й повніше засвоєння поживних речовин.

Слина складається на понад 99% із води, решта – слизову речовину (муцин), яка забезпечує злипання часточок їжі, мінеральних солей, які створюють лужне середовище, ферментів – альфа-амілази, що розщеплює крохмаль, та лізоцим, який руйнує деякі мікроорганізми. За добу утворюється близько 1,5 л слини. При позитивних емоціях парасимпатичний відділ вегетативної нервової системи забезпечує більше утворення рідкої слини, а при негативних емоціях симпатичний відділ зумовлює вихід малої кількості слини, але густої за консистенцією.

Під час ковтання харчовий ком, що складається з частинок подрібненої їжі та слини потрапляє з глотки до стравоходу. Слід зауважити, що через глотку проходять і дихальні шляхи, тому вхід до гортані закривається надгортанним хрящем. Однак при споживанні порошкоподібних харчових продуктів або при відволіканні уваги чи малій кількості слини їжа може потрапити до дихальних шляхів, що викликає кашель, або взагалі припинити дихання.

3. Процеси, що відбуваються у шлунку (значення кислотності, слизу та ферментів).

Травлення в шлунку відбувається завдяки шлунковому соку, якого утворюється 1,5-2 л за добу. Сік містить соляну кислоту (до 0,5% від загальної кількості, ферменти (пепсин, хімозин і ліпазу) та слиз. Суміш харчового кому та шлункового соку вже втрачає ознаки окремих страв, тому вона має особливу назву – хімус. Ця назва зберігається і за вмістом тонкого кишечнику та частково товстого.

Соляна кислота забезпечує коагуляцію білків, кислотний гідроліз компонентів їжі, активує та створює необхідне рН середовища для пепсину, руйнує мікроорганізми, що потрапили з їжею, впливає на швидкість переміщення їжі до кишечнику.

Ферменти починають розщеплення білків та частини жирів, які перебували в емульсованому стані.

Слиз забезпечує захист стінки шлунка від самоперетравлення.

4. Процеси, що відбуваються у тонкому відділі кишечнику (значення підшлункової залози, печінки, кишкових залоз, перистальтика та всмоктування).

Травлення в тонкому відділі кишечнику забезпечується ферментами та

4

речовинами, які надходять із соками залоз кишечнику, підшлункової залози, печінки. Суттєвим є швидкість руху хімуса завдяки особливим скороченням м’язів стінки кишечнику, цей процес просування одержав назву – перистальтика.

За добу у людини утворюється 1-2 л підшлункового соку. Він починає виділятися через 2-3 хв. після прийому їжі та продовжується 6-14 год., що залежить від складу й кількості спожитого. Ферменти соку розщеплюють білки, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти до більш простих за складом речовин. З підшлункової залози крім ферментів, які надходять до кишечнику, виділяються у кров гормони – інсулін та глюкагон, які регулюють обмін речовин в організмі.

Жовчі утворюється 0,5-1,5 л за добу. Наявні у ній жовчні кислоти емульгують жири, тобто перетворюють їх на водорозчинну форму, стимулюють перистальтику, забезпечують засвоєнні жиророзчинних вітамінів, гальмують процеси гниття у кишечнику. Значення печінки також полягає у накопиченні та перетворенні тих речовин, які всмоктались з кишечнику, у тому числі і таких, які можуть зашкодити організму.

Остаточне завершення розщеплення компонентів їжі відбувається за участю ферментів кишкових залоз, сам цей процес має назву пристінне травлення. Амінокислоти, моносахариди та інші поживні речовини, що виникають при цьому відразу всмоктуються. Велика поверхня для всмоктування виникає шляхом утворення на слизовій оболонці тонкого кишечнику значної кількості складок та ворсинок, а на самих клітинах їхні мембрани формують багато мікроворсинок. Завдяки такій будові загальна площа поверхні тонкого кишечнику досягає до 500м2.

Усмоктування одних речовин є активним процесом, тобто відбувається використання енергії для переміщення речовин проти градієнту концентрації, а інших – є пасивним, тобто лише шляхом дифузії. Активно засвоюються амінокислоти, глюкоза, натрій, кальцій, а пасивно інші моносахариди, вода, жири, більшість мінеральних солей. Розщеплення та активне всмоктування у травному каналі супроводжується значним вивільненням тепла. Цей ефект має назву специфічна динамічна дія їжі, особливо великий він при споживанні продуктів, що багаті на білок, адже засвоєння амінокислот відбувається шляхом активного транспорту.

5. Процеси, що відбуваються у товстому відділі кишечнику (значення мікрофлори кишечнику).

Травлення в товстому відділі кишечнику має особливості, що пов΄язані з відсутністю на слизовій оболонці ворсинок, але наявністю численних залоз, які виділяють слиз. Також тут міститься багато мікроорганізмів, які викликають бродіння вуглеводів, гниття білків, розщеплюють частину клітковини. Одночасно з розпадом великих молекул утворюється багато невеликих – органічних кислот, спиртів, альдегідів та кетонів, газів, а також водорозчинних вітамінів. Частина утворених мікроорганізмами речовин разом із водою

5

всмоктується, а решта залишається і разом із ними самими формує калові маси.

Моторика товстого кишечнику, як і тонкого, має перистальтичну природу, але вона повільніша. Калові маси видаляються, процес спорожнення товстого кишечнику або дефекація (від defaecatio – очищення) відбувається через подразнення хімічними речовинами та зростання механічного тиску на оболонку прямої кишки. Для нормального здоров’я велике значення має евакуаційна функція кишечнику.

Харчування продуктами, що містять багато вуглеводів та мінеральних речовин, але мало клітковини затримує нормальну роботу кишечнику. Накопичення фекалій у кишечнику та подальший розпад речовин, із яких вони складаються – це першопричина багатьох хвороб, особливо коли накопичення приймає хронічну форму. Ніхто не розглядає запори як смертельні хвороби, подібно до раку, туберкульозу, хвороб серця та нирок, але часто ці хвороби – є наслідком кишкових запорів.

6. Нейрогуморальна регуляція роботи травної системи.

Клітини, які розташовані по всій травній системі, сприймають інформацію про хімічний склад та фізичні властивості їжі, а потім передають цю інформацію до харчового центру у головному мозку. Таким чином, забезпечується формування відчуття про властивості їжі та належне перетравлення та засвоєння її компонентів. Інформація про смак продуктів позначається і на самопочутті організму, так кислий смак викликає збудження, прискорення серцебиття, підвищення тиску крові, а от солодкий забезпечує відчуття задоволення, заспокоює.

Харчовий центр складається з нервових клітин гіпоталамуса, одні з них забезпечують формування відчуття голоду, зумовлюють апетит, а інші – відчуття насичення. Стимуляція від травної системи посилює збудження клітин, які зумовлюють апетит, тому існує вираз “апетит приходить під час їжі”, але поступово збуджуються ті клітин, що його гальмують. Найбільше збуджує клітини харчового центру глюкоза.

Нестача їжі зумовлює відчуття голоду, яке спричинює прояв рефлексів харчового інстинкту. Відчуття голоду залежить від подразнення нервових клітин, як місцевих рецепторів (реагують на ступінь розширення стінок шлунка та подразнення слизової оболонки соляною кислотою), так і нейронів головного мозку (сприймають зменшення від звичайного рівня глюкози крові). Відчуття ситості виникає після припинення подразнення наведених вище нейронів та втрату апетиту (апетит у перекладі – бажання).

Секреція шлункового соку відбувається постійно, але при порожньому шлунку незначна кількість соку подразнює моторику шлунка та кишечнику, зумовлюючи спочатку появу апетиту, а згодом відчуття голоду. Це пояснює вплив подразнюючих речовин із спецій (гіркоти, кислоти, сіль тощо) та алкоголю, а також вираз “апетит приходить під час їжі”. Споживання

6

адсорбуючих або нейтралізуючих соляну кислоту речовин навпаки зменшує апетит та тамує голод. При надходженні порцій їжі кислота нейтралізується, тому поступово подразнення зменшується. Розтягнення стінок шлунка або поява кислот та жирів у кишечнику спричинює утворення речовин, які гальмують шлункову секрецію (гастрон та ентерогастрон). У здорових людей це забезпечує відчуття ситості, а у хворих – втрату апетиту. Наприклад, у хворих на запалення слизової оболонки шлунка та кишечнику мікробного або паразитарного походження (гастрити, дуоденіт, ентерити, дисбактеріоз, гельмінтози тощо) у травному каналі накопичується багато лужних речовин та газів, які порушують як сам процес травлення, так і зумовлюють втрату апетиту. Споживання продуктів, які містять дуже багато харчових волокон та води, зумовлює розведення кислоти та зменшення подразнення нею рецепторів, але секреція соку продовжується, тому швидко повертається відчуття голоду.

Виділення шлункового соку відбувається у три фази:

1)складнорефлекторна – умовно-рефлекторна (на запах та вигляд страв, на час уживання їжі, на умови, в яких людини звикла харчуватись) й безумовно-рефлекторна (на появу їжі у ротовій порожнині, на жування);

2)нейрогуморальна – механічне подразнення та хімічне подразнення стінок шлунка продуктами перетравлення та деякими речовинами їжі;

3)кишкова – речовинами, які всмоктуються у тонкому кишечнику і стимулюють виділення шлункового соку.

Довготривале харчування переважно рослинною їжею зменшує об’єм шлункового соку і його кислотність, що сприяє кращому розщепленню білків рослинного походження. Споживання великої кількості жирів, концентрованих фруктових та овочевих соків гальмує шлункову секрецію.

Тривалість перебування їжі в шлунку залежить від її походження, кількості та консистенції, а також фізіологічного стану людини. Надходження їжі зі шлунка до 12-палої кішки відбувається періодично, окремими порціями. Регулюється цей процес нервовою системою, велике значення як специфічний подразник має соляна кислота.

Регулюється виділення підшлункового соку нервовою системою та секретином, збільшують його вихід екстрактивні речовини та жири, однак надмірна стимуляція може зумовити ушкодження залози.

Регулюється секреція жовчі нервовою системою, а також холецистокініном, продуктами розщеплення білків, жирів, пивом, дрібними дозами спирту, кукурудзяними рильцями тощо.

Велике значення для травлення має моторика кишечнику (перистальтика), яка регулюється нервовою системою та хімічними речовинами, але гладенькі м’язи кишок здатні до автоматизму.

Стан травної системи впливає на інші системи організму. Наприклад, для утворення еритроцитів та гемоглобіну необхідне надходження заліза, кобаламіну, фолієвої та аскорбінової кислот, для захисної функції лейкоцитів

7

потрібна аскорбінова кислота, для попередження крововиливів організм мусить одержувати достатньо філохінону, надмірне надходження холестерину сприяє атеросклерозу та жовчнокам’яній хворобі, надлишок лінолевої кислоти сприяє підвищенню утворення тромбів, а поліненасичені жирні кислоти (4-5) протидіють зростанню згортання крові. Дефіцит ретинолу зумовлює погіршення слизових оболонок системи дихання, що має значення у людей, які працюють в умовах запилення.

Поживна цінність та біологічне значення окремих компонентів рослин (білків, жирів, вуглеводів, вітамінів, мінеральних речовин).

Класифікація харчових продуктів за Покровським:

1)нутрієнти - білки, жири, легкозасвоювані вуглеводи, водота жиророзчинні вітаміни, макрота мікроелементи;

2)нехарчові речовини – баластні, смакові та ароматичні, антихарчові, токсичні сполуки.

1. Поживна цінність та біологічне значення білків.

Білки або протеїни (від protos – перший) – високомолекулярні сполуки, що складаються з амінокислот. Вони використовуються в організмі на:

-побудову нових та відновлення пошкоджених клітин і тканин;

-синтез ферментів, які забезпечують утворення потрібних сполук;

-створення онкотичного тиску та утримання води в клітинах і тканинах;

-підтримку постійної хімічної реакції внутрішнього середовища;

-переміщення інших поживних речовин;

-утворення енергії.

Усіх білків поділяють на повноцінні й неповноцінні. Це залежить від співвідношення у їхньому складі незамінних амінокислот, тобто наскільки співпадають відносні рівні окремих амінокислот у білках із їхнім умістом в організмі людини, настільки такі білки повноцінні. Незамінні амінокислоти – це амінокислоти, яких у достатній кількості не можуть утворити клітини людського організму, а замінні – це такі, потребі в яких може задовольнятись завдяки синтезу клітинами власних тканин.

Згідно норм ВООЗ потреба дорослої людини у білках становить 1,01 г на 1 кг маси тіла, але при дії стресових факторів потреба зростає на 10%, зокрема, при важкій праці, при вагітності для побудови тіла плода, при грудному вигодовуванні. Білки не відкладаються про запас, ті які надійшли понад потребу, використовуються як джерело енергії. Якщо недостатньо надходить білків із їжею, то використовуються білки крові, печінки, м’язової та сполучної тканин.

У сухій речовині зерна бобових культур міститься 20% білків (в окремих сортах сої до 35%), злаків – 10-12%, овочах та фруктах значно менше, тому що крім білків там багато небілкових азотовмісних речовин (до 50%).

За рахунок білків мусить забезпечуватись 11-13% енергетичної потреби

8

організму, 55% білків повинні бути тваринного походження. Біологічну повноцінність білків визначають за росто-масовим методом. За ним визначають збільшення маси тіла при згодовуванні певної кількості спожитого корму за проміжок часу. Відкладання білків найбільш лінійно пов’язане із збільшенням маси тіла у відлучених щурят, саме на них проводять лабораторні досліди по визначенню білкової поживності продовольчої продукції перед випробуванням на людях.

Здатність білків до драглеутворення використовують у технології. Наприклад, клейковина пшениці має найбільшу вологозв’язуючу здатність, а іншим білкам термічною обробкою при зниженні тиску надають таку здатність (структуровані білки сої та інших культур у продуктах швидкого приготування). Тривала термообробка зумовлює денатурацію білків і втрату їхньої здатності до набухання. Гідратація клейковини становить 1,7-2,5, структурованих білків від 3 у текстуратах до 7 в ізолятах.

Існують препарати висушеної чистої клітковини, що застосовують для кращого злипання борошна під час замісу тіста. Розпливання клейковини обумовлюють домішки сірковмісних препаратів, що є зокрема, у зародку, або з΄являються після дії протеолітичних ферментів, які потрапляють у зерно, ушкоджене клопом-черепашкою.

2. Поживна цінність та біологічне значення жирів.

Жири або ліпіди (від lipos – жир). До них належать жирні кислоти, спирти, циклічні структури та речовини, які з них утворились, зокрема, триацилгліцероли (містять гліцерин та жирні кислоти), фосфоліпіди (додатково є неліпідні речовини), стериди (є ароматичні спирти). Вони використовуються як енергетичний матеріал, входять до складу мембран, є попередниками регулюючих речовин – стероїдних гормонів, простагландинів тощо. Раціон людини повинен містити 90-100 г жиру, у тому числі 30-35 г рослинної олії, потреба у поліненасичених жирних кислот 3-10 г, фосфатидів 5 г.

Крім олеїнової та лінолевої кислот, які складають понад 75% від усіх жирних кислот, зустрічаються також і рідкісні. Так, у рицині є рицинолева кислота – СН3(СН2)5СНОНСН2СН=СН(СН2)7СООН, у капустяних (ріпак, рижій, гірчиця) ерукова – СН3(СН2)7СН=СН(СН2)11СООН.

Краще відбувається засвоєння тих жирів, які мають температуру плавлення меншу, ніж +370С (у соняшникової олії – +210С).

Нерафінована олія містить 50-60% лінолевої кислоти, 1-2% фосфоліпідів. Оптимальне співвідношення між жирними кислотами – 10% поліненасичених, 30% ненасичених, 60% насичених.

У рослинних продуктах містяться фітостерини, зокрема, бета-ситостерол, який запобігає всмоктуванню холестерину у травному каналі, а також ергостерол, який є попередником вітаміну Д. Доля бета-ситостерину у пшениці 66%, у кукурудзі 86%, а ергостеролу менше 2%. В останні роки зростає виробництво й використання маргаринів, але вони виробляються

9

шляхом гідрогенізації, тобто приєднання водню до ненасичених зв’язків, тому ці продукти не здатні задовольняти потребу в рослинних оліях, як основних джерелах ненасичених жирних кислот (лінолевої, ліноленової та арахідонової).

За рівнем поліненасичених жирних кислот жири поділяють на три групи:

-багаті на них – рослинні олії,

-із середнім умістом – свиняче сало, пташиний жир,

-бідні на них – жир жуйних тварин, маргарини.

Основна причина атеросклерозу – надлишок жирів у харчах, особливо насичених жирних кислот та холестерину.

3. Поживна цінність та біологічне значення вуглеводів.

Вони забезпечують 50-55% потреби людини у енергії, а в деяких державах ще більше. Рекомендована норма споживання вуглеводів – 400-500 г на добу,

утому числі 350-400 г у вигляді полісахаридів.

Ускладі харчових продуктів міститься кілька груп вуглеводів:

-моносахариди (глюкоза, фруктоза), які розчинні та відразу всмоктуються організмом,

-дита трисахариди (сахароза, мальтоза, рафіноза), які розчинні, швидко розщеплюються ферментами та всмоктуються у кров,

-легкозасвоювані полісахариди (крохмаль, інулін), які нерозчинні у воді та поступово розщеплюються ферментами,

-важкозасвоювані полісахариди (клітковина, лігнін, пектинові речовини), які не розщеплюються ферментами травного каналу, але можуть використовуватись мікроорганізмами, і вже після цього всмоктуватись у кров.

Пентози (ксилоза, арабіноза) не засвоюються людиною, дріжджі їх не зброджують. Полімери пентоз нерозчинні у воді, але розчинні у водноспиртових розчинах. Вони мають високу здатність до драглеутворення, зокрема, завдяки їм утворюється тісто з житнього борошна (у житі 2-7% слизових речовин).

Сахароза – основний цукор рослин, міститься у горосі та квасолі (4-7%), сої (4-15%), злакових (2-3%). Вона при температурі понад +1600С карамелізується, тобто утворюються полімери коричневого кольору. Це явище використовується у кондитерському виробництві, але самі продукти карамелізації не засвоюються людиною через брак ферментів для їхнього розщеплення.

Крохмаль у зерні буває у вигляді зерен різного розміру та будови. Більші зерна легше набухають, але менші швидше розщеплюються та засвоюються. При нагріванні водного розчину крохмалю він клейстеризується (пшеничний при +62,50С, житній при +550С). У кислому розчині (наприклад, 7,5% соляної кислоти протягом тижня) крохмаль частково декстринується, перетворюючись на розчинну форму.

Полімери із фруктози, зокрема, інулін, менш поширені. Фруктозани є у житі

10