Основы здорового питания. Общая нутрицология. Углеводы

Углеводы представляют собой макронутриенты, которые являются основной, наибольшей по массе составной частью пищевого рациона человека. Молекулы всех углеводов состоят из атомов углерода, кислорода и водорода.

1. Строение и классификация углеводов

Углеводы пищи делятся на простые углеводы(сахара) и сложные углеводы (полисахариды).
Простые углеводы (сахара). Молекулы простых сахаров состоят из неразветвленных углерод-углеродных цепей с различным числом атомов углерода. В пищевых продуктах содержатся главным образом моносахара с шестью (гексозы) или пятью (пентозы) углеродными атомами. Все гексозы содержат по 6 атомов углерода, кислорода и водорода. Молекула дисахаридов состоит из двух молекул гексоз. Известно более 200 различных природных моносахаридов, однако только некоторые их них используются в питании.
Из группы гексоз наиболее широко представлены в питании глюкоза, фруктоза и галактоза.
Глюкоза (виноградный сахар) содержится во многих фруктах, ягодах, меде, зеленых частях растений. Глюкоза входит в состав сахарозы, крахмала, клетчатки, высокомолекулярного полисахарида инулина.
Фруктоза (фруктовый сахар, левулеза) содержится в меде, фруктах, ягодах, семенах некоторых растений.
Галактоза - единственный моносахарид животного происхождения входит в состав лактозы (молочного сахара).
Моносахара из группы пентоз в питании представлены арабинозой, ксилозой и рибозой. Арабиноза широко распространена в растениях в составе гликозидов и камедей, встречается в некоторых бактериальных продуктах. Ксилоза (древесный сахар) входит в состав пектиновых веществ, камедей, слизей. Рибоза входит в состав рибонуклеиновых кислот.
Наибольшее значение для питания человека имеют дисахариды - сахароза, лактоза и мальтоза. В состав молекулы каждого из этих дисахаридов входит глюкоза, вторым сахаром может быть глюкоза, галактоза или фруктоза. Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) состоит из глюкозы и фруктозы.
Мальтоза (солодковый сахар) состоит из двух остатков глюкозы, является основным структурным компонентом крахмала и гликогена.
Лактоза (молочный сахар) состоит из глюкозы и галактозы; в свободном виде присутствует в молоке всех млекопитающих.
Сложные углеводы (полисахариды) делятся на усваиваемые
(крахмальные) полисахариды и неусваиваемые (некрахмальные) полисахариды. Усваиваемые (крахмальные) полисахариды представлены в основном крахмалом и гликогеном.
Крахмал - основной резервный полисахарид растений состоит из амилозы и разветвленного амилопектина; накапливается в виде крахмальных зерен в клетках луковиц, клубней, корневищ, семян растений.
Гликоген - разветвленный полисахарид, молекулы которого построены из остатков глюкозы, представляет собой быстро реализуемый резерв живых организмов.
Еще выделяют группу "модифицированных" крахмалов, все шире используемых в пищевой промышленности. Это крахмалы, чьи свойства изменены (модифицированы) путем физических, химических или биологических воздействий. Модифицированные крахмалы используют в хлебобулочной и кондитерской промышленности, напр., для получения безбелковых продуктов для диетического питания.
Неусваиваемые (некрахмальные) полисахариды - пищевые волокна в отличие от крахмала не перевариваются пищеварительными ферментами. Источником пищевых волокон для организма являются зерна злаков, фрукты и овощи. Неусваиваемые углеводы не расщепляются ферментами, секретируемыми в пищеварительном тракте человека. К неусваиваемым углеводам относятся, первую очередь, глюкановые полисахариды - целлюлоза (клетчатка), гемицеллюлоза, пектиновые вещества, лигнин, камеди и слизи. Эту группу полисахаридов называют пищевыми волокнами, которые рассматриваются не как бесполезный элемент пищи, а как вещества, необходимые для нормального функционирования желудочно- кишечного тракта.
Клетчатка (целлюлоза) - самый распространенный в природе некрахмальный полисахарид. Клетчатка входит в состав клеточных стенок всех растений, служит опорным материалом и придает им прочность. Клетчатка не растворима в воде, но может связывать значительное количесвто воды (до 0,4 г воды на 1 г клетчатки).
Гемицеллюлозы образуют вместе с целлюлозой клеточные стенки растительных тканей. Их содержание в растениях может достигать 40 %. В клеточных стенках гемицеллюлоза вместе с лигнином выполняет функции цементирующего материала. Много гемицеллюлозы в оболочках зерен, "корочках" некоторых фруктов, скорлупе семечек и орехов. Гемицеллюлозы также способны удерживать воду.
Пектиновые вещества, кислые полисахариды растений, присутствующие в клеточной стенке, межклеточном веществе, клеточном соке, накапливаются в плодах и корнеплодах. В большом количестве пектины содержатся в яблоках, лимонах, сахарной свекле. В присутствии сахаров и кислот пектины способны образовывать гели, что используется в пищевой промышленности при производстве желе, мармелада и джемов.
Лигнин, слизи, смолы не являются полисахаридами, но представляют собой высокомолекулярные вещества, которые так же относят в группу пищевых волокон. Рекомендуемая среднесуточная норма потребления пищевых волокон - 20 г. Пищевые волокна положительно влияют на функции толстого кишечника, стимулируют перистальтику, а также способствуют усилению выделения желчи.

2. Углеводы в пищевых продуктах и в организме человека

Основная функция углеводов - обеспечение энергетических затрат организма (на углеводы приходится от 55 до 75 % калорийности пищи). Количество и состав углеводных компонентов пищи очень важны для поддержания здоровья. Средний уровень углеводов в пищевом рационе жителей промышленно развитых стран составляет около 60 %, а для населения слаборазвитых стран - достигает 80 %; при этом в слаборазвитых странах половину всех потребляемых углеводов составляют крахмалсодержащие продукты (мука, крупа, картофель). Среднестатистический здоровый человек должен потреблять в сутки от 350 до 500 г углеводов, а для людей с усиленной физической или умственной нагрузкой потребление углеводов может увеличиваться до 700 г и выше. Более половины углеводов поступает в организм с зерновыми продуктами, около четверти - с сахаром и сахаросодержащими продуктами, с овощами от 10 до 15 %, с фруктами от 5 до 10 %.
В растительных продуктах содержатся как простые углеводы (сахара), так и полисахариды - крахмал, гликоген и пищевые волокна. По мере созревания во фруктах увеличивается количество простых сахаров, а содержание крахмала уменьшается. Поэтому зрелые фрукты становятся более сладкими.
При попадании в организм человека переваривание и усвоение углеводов происходит с разной скоростью. Это связано с тем, что для утилизации их организмом все углеводы должны быть гидролизованы ферментами пищеварительного тракта до простых сахаров.
Простые сахара - глюкоза и фруктоза усваиваются быстро и легко.
Дисахариды - сахароза, лактоза, мальтоза усваиваются медленнее, т.к. предварительно должны быть гидролизованы до простых сахаров. Лактоза - наиболее важный углевод в питании новорожденных и детей младшего возраста.
Крахмал и гликоген до усвоения проходят еще более долгий путь гидролиза до простого сахара глюкозы. Больше всего крахмала содержится в хлебопродуктах, семенах бобовых растений, картофеле. Наибольшей пищевой ценностью обладают альдозы (глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза) и кетозы (фруктоза). Потребление глюкозы и фруктозы - двух наиболее распространенных в природе моносахаридов - достигает 20 % общего потребления углеводов.
Для оценки пищевой ценности углеводов используется гликемический индекс. Эта расчетная величина отражает способность поступивших в организм углеводов повышать уровень глюкозы в крови. Наиболее высокий гликемический индекс характерен для чистой глюкозы и мальтозы, а также для углеводов, содержащихся в картофеле, моркови, меде, кукурузных хлопьях, пшеничном хлебе.
Еще одной характеристикой углеводов является их сладость. В наибольшей мере сладкий вкус присущ фруктозе и глюкозе, сахарозе, некоторым сахароспиртам (мальтитол, маннит, сорбит). Искусственные заменители сахара (сахарин, аспартам) по "сладости" в сотни раз превосходят натуральные углеводы. Поэтому заменители сахара используют в тех случаях, когда необходимо придать продуктам сладкий вкус, не увеличивая их калорийность.
Что касается сахара, одного из основных "поставщиков" энергии для организма, то его не следует относить к "вредным" продуктам.
Вредным является не сахар, а злоупотребление им. Обычное среднесуточное потребление сахара должно составлять от 50 до 100 г в сутки. Пищевые волокна - целлюлоза, пектин, гемицеллюлоза организмом не усваиваются, но частично расщепляются под влияниям ферментов, вырабатываемых микрофлорой толстого кишечника.
Переваривание углеводов начинается в ротовой полости, где амилаза слюны частично расщепляет крахмал. Дисахариды расщепляются до глюкозы ферментами сахаразой, лактазой и мальтазой. После всасывания в кровь моносахара поступают в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу.
Глюкоза является основным источником энергии для мышц, нервной системы и других тканей. Энергия выделяется при окислении глюкозы. Если содержание глюкозы превышает уровень, необходимый для получения нужного количества энергии, то происходит ее резервирование в виде гликогена. Запасы гликогена в мышцах и печени человека могут достигать от 300 до 400 г. Когда запасы гликогена достигают максимального уровня, из глюкозы синтезируются жиры, которые откладываются в жировых клетках. При повышении энергетических затрат гликоген снова превращается в глюкозу.
Хотя среднесуточное поступление глюкозы в чистом виде в организм человека относительно невелико (от 15 до 18 г), много глюкозы поступает в связанном виде - в составе дисахаридов, крахмала. Для выполнения своих функций центральная нервная система расходует около 140 г глюкозы за сутки, эритроциты крови - 40 г, мышечная ткань расходует глюкозу также в больших количествах, в зависимости от выполняемой физической работы.
При недостатке углеводов в организме появляются слабость, головокружение, головная боль, чувство голода, сонливость, потливость, дрожь в руках.
Избыточное (превышающее энергетические потребности организма) потребление углеводов также приводит к нежелательным последствиям. "Лишняя" глюкоза превращается в жир, что приводит к увеличению массы тела, а также способствует разрушению зубов (кариес).
Что касается не усваиваемых пищевых волокон, то, помимо их исключительной роли для процессов пищеварения, очень важна способность выводить из организма токсические вещества. Так, одним из важнейших свойств пектиновых веществ является образование молекулами пектина комплексов с ионами тяжелых металлов и радионуклидов. Поэтому дополнительные количества пектина рекомендуется включать в рацион питания лиц, контактирующих с соединениями тяжелых металлов или находящихся в среде, загрязненной радионуклидами.
Лигнины способны связывать соли желчной кислоты и другие органические вещества. Обезвреживающее (детоксицирующее) действие пищевых волокон позволяет использовать их в программах комплексной профилактики нарушений жирового обмена, атеросклероза, сахарного диабета, желчнокаменной болезни.
Чрезмерное потребление пищевых волокон может привести к неполному перевариванию пищи, нарушению всасывания в кишечнике кальция и других биоэлементов, а также жирорастворимых витаминов. Избыток пищевых волокон в рационе сопровождается чувством дискомфорта от образования газов в кишечнике, болями в животе и поносами.