Задачі фізіології харчування

Фізіологія харчування – область фізіології, що вивчає процеси перетворення харчових речовин в енергію і структурні елементи тіла.

Фізіологія харчування є одночасно і розділом нутріціології – науки про харчування, що поєднує в собі комплекс наук, які вирішують проблеми харчування: дієтологію, вітамінологію, санітарну токсикологію, санітарну мікробіологію, ветеринарію, технологію виробництва харчових продуктів, технологію переробки харчових продуктів, товарознавство харчових продуктів, технологію приготування їжі, економіку і ряд інших наук, які мають відношення до науки про харчування в тому числі біофізики, радіології, епідеміології і екології.

Фізіологія харчування вивчає процеси травлення, що відбуваються в травній системі, вплив харчових факторів на діяльність її органів, регуляцію процесів травлення, всмоктування і виділення продуктів обміну.

Задачами фізіології харчування є:

визначення потреби організму в харчових речовинах (нутрієнтах), необхідних як джерела енергії для процесів життєдіяльності, безупинного відновлення структур кліток, тканин, функції складних фізіологічних систем.

вивчення умов оптимального засвоєння організмом хімічних речовин їжі, на яке впливають вік, стать, стан здоров'я, характер трудової діяльності, клімат, режим харчування, методи технологічної обробки продуктів, зміна їхнього складу при збереженні і ряд інших факторів.

Фізіологія харчування ґрунтується на досягненнях хімії, біохімії, генетики, фізики, молекулярній біології, загальній фізіології, медицини і ін.

Проблеми фізіології харчування тісно пов'язані з функціями найважливіших фізіологічних систем організму, що складають і визначають його життєдіяльність: центральна, периферична нервові системи, системи травлення, кровообігу, дихальна і видільна.

Тому в рішенні головної задачі науки про харчування – харчування і здоров'я людини – фізіології харчування належить визначальна роль.

Фізіологія харчування – наука, що розвивається. Вона постійно збагачується фундаментальними дослідженнями суміжних наук і займає ведуче місце в сучасних пріоритетах науки про харчування.

Погіршення екологічної ситуації, у т.ч. і зв'язку з аварією на ЧАЕС, повсюдне порушення структури харчування роблять дуже важливою і актуальною проблему пошуку природних харчових речовин (таких як вітаміни антиоксидантного ряду, селен, пектин і т.д.), що підвищують неспецифічну стійкість організму до дії несприятливих факторів навколишнього середовища і ряду хронічних захворювань, що запобігають розвитку організму.

Від установлення фізіологічних потреб людини до створення абсолютно безпечних, смачних і привабливих продуктів з високою харчовою цінністю – от послідовний ланцюг наукового пошуку, кінцевою ланкою якого є технологія виробництва харчових продуктів і приготування їжі.

Фізіологія харчування, як складова частина науки про харчування, таким чином тісно зв'язана з реалізацією державної науково-технічної політики в області раціонального, здорового харчування.

2-е навчальне питання ФІЗІОЛОГІЧНА РОЛЬ БІЛКІВ, ЖИРІВ, ВУГЛЕВОДІВ ТА ОСНОВИ ЇХ ОБМІНУ.

Оптимальне задоволення фізіологічних потреб людини в повноцінній їжі, має соціальне і загальнобіологічне значення, впливаючи на стан здоров'я, фізичний і духовний розвиток людей.

До складу організму людини входять:

білки (14%),

жири (10-20%),

вуглеводи (до 1%),

неорганічна частина і мінеральні речовини,

вітаміни і

вода.

Всі ці речовини повинні надходити з їжею.

Саме від структури харчування залежить забезпеченість організму білками, жирами, вуглеводами, вітамінами, мінеральними і іншими речовинами.

Серед цих речовин білки займають центральне місце.

На даний час установлено, що всі процеси життєдіяльності клітин і тканин цілком пов'язані з відповідними перетвореннями протоплазменних і ядерних білків:

в основі процесів росту і розвитку організму лежить синтез білків;

імунітет заснований на особливому перетворенні білків і т.п., тобто кожна область процесу життєдіяльності залежить в остаточному підсумку від перетворень клітинних білків, а яким чином розглянемо нижче.

Що ж являють собою білки?

Білки - найбільш складні з азотистих з'єднань. Вони є найважливішими частинами тваринних і рослинних клітин. Клітина будь-якого рослинного і тваринного організму містить білок у вигляді найважливішої частини протоплазми і клітинного ядра. Білки входять до складу міжклітинних речовин і всіх рідин організму, крім нормальної сечі і жовчі.

Ще в минулому сторіччі вказувалося на найважливіше значення білків в організмі.

Термін «білки» виник вперше у зв'язку з виявленням у тканинах тварин і рослин речовин, схожих по деяким властивостям на яєчний білок (при нагріванні вони згортувалися). Ці речовини названі протеїнами (греч. proteous - перший).

Тепер визначення «білки» стало збірним поняттям для цілого класу речовин, які мають багато загального в складі і властивостях, присутні в кожній живій клітині і утворюють там головну масу протоплазми.

Білки ­ це складні органічні сполуки, що складаються з амінокислот, до складу яких, крім вуглецю (С), кисню (О) і водню (Н), входить азот (Ν).

Деякі амінокислоти містять сірку (S), фосфор (Р), залізо (Fе) і ін. елементи.

Кількісний зміст цих елементів наведено в таблиці.

Елементарний склад білків.

Елементи	Вміст в % на суху речовину
Вуглець Кисень Азот Водень Сірка	С = 50,6 - 54,5 О = 21,5 - 23,5 N = 15,0 - 17,6 Н = 6,5 - 7,3 S = 0,5 - 2,5

Білкові молекули мають найбільш складну просторову будову, що впливає на його фізіологічні властивості.

При вивченні хімічної структури білка було встановлено, що основною його структурною одиницею ­ мономером, є амінокислоти.

Отже, білки - це природні високомолекулярні азотовмісні органічні сполуки, молекули яких побудовані із залишків амінокислот.

Амінокислотами називають органічні сполуки, які містять в молекулі одночасно і кислу (карбоксильну СООН) і лужну (амінну NН₂) групи.

Вони являють собою органічні кислоти, у яких водень вуглецевого атома, заміщений аміногрупою – NН₂ , тобто це ­ амінокислоти.

Загальна формула амінокислот:

Н

|

R ­ С ­ СООН

|

NН₂

На даний час відомо більше 80 природних амінокислот. Однак для харчування становлять інтерес 22 амінокислоти, найпоширеніші в продуктах харчування і які являються постійними складовими частинами білкових молекул.

З 22 головних амінокислот - 8 є незамінними.

Питання. Чому вони називаються незамінними?

Вони не можуть синтезуватися в організмі з інших з'єднань і тому повинні обов'язково надходити з їжею в певних співвідношеннях.

Назви незамінних амінокислот і їхнє співвідношення в раціоні людини (по триптофану) становлять:

Амінокислота	Потреба, г
Триптофан	1
Лейцин	4-6
Ізолейцин	3-4
Валін	4
Треонін	2-3
Лізин	3-5
Метіонін	2-4
Фенілаланін	2-4

Крім забезпечення процесів біологічного синтезу білків, незамінні амінокислоти виконують важливі і складні функції в багатьох процесах життєдіяльності.

Так, лізин, триптофан, аргінін і ін. необхідні для забезпечення процесів росту. Інші амінокислоти беруть важливу участь у функції ендокринних залоз (фенілаланін, лейцин, ізолейцин). Деякі амінокислоти пов'язані із кровотворенням. Гістридін відіграє важливу роль в утворенні гемоглобіну і т.д.

Недостатність незамінних амінокислот в їжі приводить до порушення синтезу білків, що проявляється по специфічних симптомах, наприклад, відсутність валіну супроводжується порушенням функції нервової системи, зміною волосяного покриву.

Надлишок окремих амінокислот також приводить до небажаних явищ. Наприклад, при надлишку треоніну і фенілаланіну затримується ріст, що можна усунути введенням триптофану. Надлишок метіоніну робить токсичну дію, що придушується введенням лізину і аргініну. При нерівномірному надходженні амінокислот в організм розвивається явище недостатності. Це спричиняється необхідність введення в організм повного набору амінокислот при прийманні їжі.

З незамінних амінокислот можуть синтезуватися незамінні амінокислоти, гормони і т.д. З фенілаланіну синтезується тирозин, з тирозину - гормони тироксин і адреналін. Метіонін бере участь в утворенні холіну, цистеїну і глатаміону.

Однак синтез замінних амінокислот в організмі з незамінних відбувається повільно, і тому використання в їжі тільки незамінних амінокислот небажано, тому що це утрудняє загальний обмін речовин.

Крім того, у створенні азотистої рівноваги, замінні амінокислоти значно активніше незамінних.

Відповідно до складу амінокислот білки, що надходять в організм із їжею, розділяються на:

біологічно повноцінні і

біологічно неповноцінні.

Біологічна цінність білка виміряється кількістю білка організму, що утвориться з 100 грамів білка їжі.

З'єднуючись між собою в певному порядку міцними (пептидними, дисульфідними) і слабкими (водневими, іонними, неполярними і ін.) зв'язками, амінокислоти утворюють білки.

Ступінь використання організмом білків визначається терміном переварюваність, або засвоюваність.

Під переварюваністю білків розуміють частку азоту їжі, що надходить через слизову кишечника в кров.

Засвоюваність білків залежить від ступеня і інтенсивності впливу на них ферментів шлунково-кишкового тракту.

Вплив протеолітичних ферментів на пептидні зв'язки в молекулі білка визначаються структурою білкової молекули. В силу особливої структури молекул ряду фібрілярних білків (кератинів, фібрину і ін.) вони майже не піддаються впливу цих ферментів, а білки сполучної тканини, особливо еластин, переварюються вкрай повільно.

На переварюванність білків впливають особливості мікроструктури окремих продуктів. Наявність в складі рослинних продуктів оболонок клітин, побудованих із целюлози, геміцелюлози і протопектинів, перешкоджає контактуванню протеолітичних ферментів з білками.

Не менше значення для характеристики переварюванності білків, має присутність у ряді рослинних продуктів, насамперед у бобових, стійких інгібіторів протеолітичних ферментів, що знижують швидкість ферментативного гідролізу.

При впливі ферментів пепсину і трипсину, перше місце по швидкості переварюванності займають білки рибних і молочних продуктів.

Білки м'ясних продуктів розпадаються повільніше. Ще повільніше гідролізуються білки рослинних продуктів. З білків рослинного походження найкраще переварюються білки, що входять до складу манної крупи і пшеничного хліба.

Засвоюваність організмом людини білків різних продуктів характеризується наступними показниками (в % до загальної кількості білків, що надходять у шлунково-кишковий тракт з їжею): білки

м'ясопродуктів - 95%;

молочних продуктів і яєць - 96%;

хліба із пшеничного борошна 1 сорту, макаронних виробів, риби, манної крупи - 85%;

хліба із обойного борошна, бобових, круп - 70%;

овочів - 80%;

картоплі - 70%.

Процеси біологічного синтезу білків проходять у всіх тканинах організму. Ці дуже складні процеси підтримують життя. Провідну роль у процесах біологічного синтезу грають нуклеїнові кислоти. Швидкість синтезу білків залежить від фізіологічних функцій в організмі: наприклад, білки кістякових м'язів повністю обновляються за 150 доби, а білки печінки - за 9 доби.

Одночасно із процесами біосинтезу білків у клітинах, при участі протеолітичних ферментів, відбувається і розпад білкових молекул до амінокислот.

Значення жирів у харчуванні.

Жири і жироподібні речовини визначають загальною назвою ліпіди.

Жири (ліпіди) наряду з білками є основними харчовими речовинами, і їхня присутність у їжі, як життєво необхідних компонентів, обов'язкова.

Жири являють собою комплекс органічних сполук, основними структурними елементами яких є гліцерин і жирні кислоти і, так само як і білки, не можуть безпосередньо засвоюватися організмом людини.

Основним компонентом жирів є жирні кислоти. В природних умовах виявлено 40 жирних кислот, чим пояснюється різноманітність і хімічна специфічність натуральних жирів, які являють собою суміш тригліцеридів.

Ліпіди харчових продуктів найчастіше підрозділяються на власне жири – гліцериди і жироподібні речовини – ліпоїди.

Ліпоїди звичайно супроводжують жири. Жирові продукти, крім жирів, які складаються із гліцерину і жирних кислот, містять стерини, фосфоліпіди і жиророзчинні вітаміни, які мають велике фізіологічне значення. До них відносяться: фосфатиди (крім гліцерину і жирних кислот, у їхній склад входить залишок фосфорної кислоти), стерини (холестерин), вітамін Д, жовчні кислоти печінки, стероїдні гормони, ліпопротеїди (комплексні з'єднання жиру і білка).

Кількість гліцерину в складі молекули жиру не перевищує 10%, в зв'язку із чим, властивості ліпідів визначають жирні кислоти.

Жирні кислоти, які зустрічаються в природних умовах, розділяються на три групи:

насичені;

ненасичені (з одним подвійним зв'язком);

поліненасичені (із двома і більше подвійними зв'язками).

Ступінь ненасиченості жирів дуже впливає на їхні фізичні властивості. Перевага насичених жирних кислот обумовлює твердий стан жирів при кімнатній температурі, ненасичених, - рідкий.

Розрізняють жири тваринні і рослинні. Вони мають різні фізичні властивості і склад.

Тваринні жири - тверді речовини. В їхній склад входить велика кількість насичених жирних кислот, які мають високу температуру плавлення.

В жирах тваринного походження переважають

насичені (граничні) жирні кислоти із загальною формулою С_nН_2n+1СООН .

Високомолекулярні насичені жирні кислоти (стеаринова, пальмітинова) мають тверду консистенцію, низькомолекулярні (масляна) - рідкої. Насичені жирні кислоти (пальмітинова, стеаринова і ін.) використовуються організмом в основному як енергетичний матеріал. Надлишок їх у харчуванні часто приводить до порушення обміну жирів, підвищенню змісту холестерину в крові.

Від молекулярної маси залежить і температура плавлення. Чим вище молекулярна маса насичених жирних кислот, тим вище їхня температура плавлення.

Температура плавлення стеаринової кислоти ­ 70^оС, пальмітинової – 63^оС. Тому і жир, що має у своєму складі насичені жирні кислоти, являє собою тверду речовину, тоді як рослинні жири (олії) при кімнатній температурі мають рідку консистенцію. Відповідно до цього і температура плавлення різних жирів різна.

Температура плавлення

баранячого жиру дорівнює 44 - 50 ^оС,

яловичого ­ 42 - 49 ^оС,

свинячого 36 - 46 ^оС,

коров'ячого масла 28 - 33 ^оС,

гусячого жиру 26 - 34 ^оС.

Рослинні жири відрізняються від тваринних і містять значну кількість поліненасичених жирних кислот, які відносяться до незамінних факторів харчування.

У жирах рослинного походження переважають

ненасичені жирні кислоти із загальною формулою

C_mH_2m-nCOOH ,

де величина n залежно від ступеня неграничності (числа подвійних зв'язків) кислот може відповідати числам 1, 3, 5, 7, 9.

Неграничні жирні кислоти є ненасиченими кислотами, що мають у своєму складі подвійні ненасичені зв'язки. Найбільше часто в складі харчових жирів зустрічаються неграничні кислоти з одним, двома і трьома подвійними зв'язками.

Наявність подвійних зв'язків спричиняється здатність неграничних жирних кислот до окислювання і реакцій приєднання, надаючи їм легку змінюваність. З реакціях приєднання найбільше значення має приєднання до неграничних жирних кислот водню, в результаті чого, ненасичені жирні кислоти переходять в насичені з утворенням твердих жирних кислот. При виготовленні маргарину в процесі гідрогенізації ненасичені жирні кислоти перетворюються в насичені. Як відомо на цьому заснована гідрогенізація, або твердіння рідких жирів, широко застосовувана в сучасному виробництві маргарину і кулінарних жирів.

Поліненасичені жирні кислоти (ПНЖК) лінолева, ліноленова і арахідонова містять два і більше подвійних зв'язка і не синтезуються в організмі людини, тому їх необхідно вводити в раціон як незамінні компоненти їжі.

Лінолева і ліноленова ненасичені жирні кислоти не синтезуються в організмі, арахідонова кислота може утворюватися в організмі з лінолевої. Вони необхідні для росту і обміну речовин, еластичності судин. Добова потреба в цих кислотах для людини становить 10 - 12 г.

Поліненасичені жирні кислоти становлять значну частину рослинних олій, відіграють важливу роль у синтезі (простагландинів) - гормоноподібних речовин, які беруть участь у регуляції багатьох процесів в організмі. Біологічна роль поліненасичених жирних кислот досить важлива: вони беруть участь як структурні елементи клітинних мембран, нервових волокон, впливають на обмін холестерину (окислювання і виділення з організму), сприяють видаленню холестерину з організму, підвищують захисні функції організму, зокрема до інфекційних захворювань і т.д. В той же час надлишкове і зайве споживання поліненасичених жирних кислот приводить до захворювань печінки і нирок.

В цілому жири сприяють засвоєнню ретинолу (А) і кальцеферолу (Д). Тваринні жири є джерелами цих вітамінів. Рослинні олії в основному є джерелом ліноленової кислоти (соняшникове, кукурудзяне і бавовняне). Лінолева і ліноленова кислоти містяться в соєвій, рапсовій, гірчичній, кунжутній, горіховій олії.

При надлишковому споживанні жирів порушується обмін холестерину, підсилюються деякі властивості крові, такі як згортання, виникає ожиріння, жовчнокам'яна хвороба, атеросклероз.

При зберіганні жири окисляються, що супроводжується погіршенням їхніх органолептичних властивостей і утворенням токсичних продуктів окислювання (перекису, полімерні з'єднання).

Таким чином, рослинні жири складаються в основному з ненасичених жирних кислот, вміст яких може досягати іноді 95% загальної кількості жиру, а тваринні - з насичених.

За фізіологічним значенням ліпіди підрозділяються на резервні і структурні.

Резервні жири відкладаються в великих кількостях в жировому депо: підшкірна клітковина, сальник і ін., а потім витрачаються для енергетичних потреб організму.

Структурні жири входять до складу протоплазми клітин, біологічних мембран і ін., їхня кількість в організмі практично постійна, приблизно 25% від усього жиру, що перебуває в організмі.