Глава 3. Углеводы

Углеводы - обязательный компонент пищи. Они составляют по массе наибольшую часть нашего рациона. Количество и соотно­шение углеводных компонентов играет важную роль в питании, сохранении здоровья и профилактике заболеваний человека.

Углеводы - это обширный класс органических соединений, в клетках растений на их долю приходится до 90% сухого вещества. Углеводы образуются в растениях в ходе фотосинтеза благодаря поглощению хлорофиллом диоксида углерода под действием сол­нечных лучей. Образующийся кислород выделяется в атмосферу.

3.1. Строение, классификация и свойства углеводов пищи

Углеводы были первыми пищевыми веществами, химическая структура которых была расшифрована химиками. В названии за­ключена химическая природа этих соединений, состоящих из уг­лерода, кислорода и водорода (из последних состоит вода).

Углеводы классифицируют на простые и сложные. Простые уг­леводы, или сахара, включают моно- и дисахариды. Сложные уг­леводы, или полисахариды, объединяют крахмал и группу слож­ных некрахмальных полисахаридов (пищевые волокна). Классифи­кация углеводов пищи представлена на рис. 3.

Простые сахара

Простые сахара - сладкие вещества пищи, они содержатся во фруктах, незрелых овощах, а также добавляются в пищу в виде чистого столового сахара, представляющего собой дисахарид сахарозу.Молекулы простых углеводов (сахаров) построены из неразветвленных углерод-углеродных цепей с различным числом атомов углерода. В состав растений и животных тканей входят главным образом моносахара с 5 (пентозы) и 6 углеродными атомами (гексозы). Дисахариды построены из двух молекул гексоз.

Моносахариды

Обычно это твердые кристаллические вещества, хорошо раство­римые в воде, имеющие сладкий вкус. Представителями группы моносахаров являются гексозы: глюкоза, фруктоза и галактоза. Менее распространена и имеет меньшее значение в питании человека манноза. Гексозы содержат одинаковое число атомов угле­рода - 6, кислорода - тоже 6, водорода - 12.

Глюкоза (виноградный сахар) обнаруживается в зеленых частях растений, виноградном соке, семенах, фруктах, ягодах, меде. В чистом виде с пищей потребляется около 15-18 г глюкозы за сут­ки; это лишь небольшая часть глюкозы, которая участвует в обме­не веществ. Глюкоза входит в состав сахарозы, крахмала, клетчат­ки и освобождается из них в процессе гидролиза в пищеваритель­ном тракте. Центральная нервная система - головной и спинной мозг - расходуют 140 г (около 10 столовых ложек) глюкозы, а эритроциты крови - около 40 г. Глюкоза является основной транс­портной формой углеводов в нашем организме.

Организм человека строго регулирует концентрацию глюкозы в крови на уровне 100-120 мг в 100 мл крови даже в состоянии голода, когда глюкоза пополняется за счет гидролиза запасов гли­когена или превращения в нее аминокислот. После приема пищи уровень глюкозы в крови повышается по сравнению с уровнем натощак за счет углеводов пищи, а затем снижается до исходного по мере их использования тканями для получения энергии или запасания углеводов в форме гликогена. Состояние гипергликемии, при котором концентрация глюкозы в крови начинает пре­вышать 160 мг/100 мл, наблюдается при сахарном диабете. Заболе­вание сопровождается нарушением выработки инсулина поджелу­дочной железой, ткани теряют способность утилизировать глюко­зу из крови, и она выделяется с мочой.

При падении концентрации глюкозы в крови до 60 мг/100 мл и ниже развивается гипогликемия, сопровождающаяся чувством го­лода и слабости. Состояние легкой, так называемой реактивной гипогликемии переживает каждый человек через несколько часов после приема пищи. Повышение концентрации глюкозы после приема сладкой пищи вызывает усиленную выработку гормона под­желудочной железы инсулина. Это сопровождается падением уровня глюкозы через некоторое время даже ниже исходного натощак, т.е. развивается гипогликемия.

Восстановленной формой глюкозы является спирт сорбит, который найден в яблоках, грушах, персиках и ряде овощей. Он под­держивает уровень глюкозы в крови более длительное время, что уменьшает вероятность развития гипогликемии и ослабляет чувство голода. Однако сорбит может вызывать вздутие живота и понос, что препятствует его широкому использованию в питании. Сорбит применяется как подсластитель в жевательной резинке.

Фруктоза (фруктовый сахар, левулеза) содержится в меде, фрук­тах, ягодах, семенах, зеленых частях растений. Входит в состав сахарозы и высокомолекулярного полисахарида инулина. Фрукто­за слаще обычного столового сахара (сахарозы) и находит приме­нение в производстве напитков и других продуктов. В печени фрук­тоза превращается в глюкозу, а это значит, что поступление фрук­тозы с пищей для больных диабетом нужно ограничивать. Фрукто­за в меньшей степени вызывает развитие кариеса, чем сахароза. Фруктоза по цене дороже, чем обычный сахар, а ее преимущества не столь значительны, чтобы фруктоза вытеснила его.

Глюкоза и фруктоза играют большую роль в технологии многих пищевых продуктов, являясь их важным сладким компонентом и сырьем для сбраживания.

Галактоза — единственный моносахарид животного происхож­дения, входит в состав лактозы — молочного сахара.

К пятиуглеродным моносахарам пентозам относятся арабино-за, рибоза и ксилоза. В природе они представлены главным обра­зом в качестве структурных компонентов сложных некрахмальных полисахаридов (гемицеллюлозы, пектиновые вещества), нуклеи­новых кислот и ряда других природных полимеров.

Дисахариды

Наибольшее значение в питании человека имеют дисахариды сахароза, лактоза и мальтоза. В состав всех этих дисахаридов входит глюкоза, вторым сахаром может быть фруктоза, галактоза или глю­коза.

Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) состоит из остатков глюкозы и фруктозы, они же образуются при гидролизе сахарозы.

Сахароза, или столовый, обычный сахар - наиболее извест­ный и применяемый в питании и пищевой промышленности. Его выделяют из сахарной свеклы (содержит от 15 до 22% сахарозы) или из сахарного тростника (12-15%). Сахарный тростник и са­харная свекла накапливают наибольшее количество энергии на еди­ницу площади произрастания, поэтому сахароза - один из самых дешевых источников энергии в пище человека.

Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух остатков глюкозы. Мальтоза содержится в проросшем зерне и в особенно больших количествах - в солоде и солодовых экстрактах. При производстве пива происходит сбраживание (ферментация) мальтозы в этило­вый спирт. Мальтоза относится к основным компонентам крахмаль­ной патоки, широко используемой в пищевой промышленности.

Лактоза (молочный сахар, от лат. «лактум» - молоко) построе­на из остатков галактозы и глюкозы. Лактозу получают из молочной сыворотки (отход при производстве масла и сыра). В коровьем молоке 4,7 % лактозы. Лактоза способствует всасыванию кальция в желудочно-кишечном тракте.

Некоторые люди не могут употреблять молоко из-за неперено­симости лактозы, потому что в кишечнике отсутствует лактаза - фермент, расщепляющий лактозу на глюкозу и галактозу. Нерас­щепленная лактоза попадает в толстый кишечник, где при учас­тии бактерий окисляется с выделением большого количества га­зов и продуктов окисления. Человек ощущает при этом диском­форт в животе, вздутие живота, спазмы и боли в животе, наблю­дается понос. Избежать явлений, связанных с непереносимостью лактозы, позволяют кисломолочные продукты (простокваша, ке­фир, йогурт, ацидофилин, ряженка), в которых лактоза уже час­тично переварена молочнокислыми бактериями.

Сложные углеводы

Сложные углеводы делятся на две группы: усвояемые, крах­мальные полисахариды и некрахмальные, неусвояемые.

Усвояемые полисахариды

Крахмал - резервный полисахарид и главный компонент зерна, продуктов его переработки, а также картофеля и овощей. Это наи­более важный по своей пищевой ценности углевод. Крахмал пред­ставляет собой смесь полимеров двух типов - амилозы и амилопектина, построенных из остатков глюкозы. Под действием пищевари­тельных ферментов последовательно осуществляется деполимери­зация (расщепление) крахмала с образованием сначала декстри­нов, затем мальтозы, а при полном гидролизе - глюкозы. Гидролиз крахмала происходит при получении патоки, глюкозы, хлебобу­лочных изделий, спирта и многих других пищевых продуктов.

Крахмал сырых продуктов переваривается с трудом, так как находится внутри растительных клеток с прочными стенками. При нагревании в воде (приготовление пищи) клеточные стенки раз­рываются набухающим крахмалом и он становится доступным для пищеварительных ферментов. Крахмал при обычной температуре не растворим в воде, а при нагревании набухает, образуя вязкий раствор. При охлаждении образуется крахмальных клейстер. Этот процесс получил название клейстеризации крахмала.

Гликоген (животный крахмал) также состоит из остатков глю­козы. Гликоген - запасной энергетический материал организма животных и человека, откладывающийся в печени и мышцах, при необходимости превращается в глюкозу. У взрослого человека запасается около 350 г гликогена: треть этого количества — в пече­ни, остальная часть - в мышцах. Количество энергии, запасенной в гликогене, невелико и достаточно для поддержания жизнедея­тельности в течение 6-8 ч.

В процессе забоя животных и хранения мясопродуктов гликоген превращается в молочную кислоту.

Модифицированные крахмалы. Эта группа полисахаридов все более широко применяется в пищевой промышленности. Технологические свойства модифицированных крахмалов в результате физического, химического, биологического воздействия отличаются от свойств на­турального крахмала. Модификация позволяет существенно изменить гидрофильность крахмала, способность к клейстеризации, студнеоб-разование. Модифицированные крахмалы нашли применение в хле­бопекарной, кондитерской промышленности, в том числе для полу­чения безбелковых продуктов для диетического питания.