- -
- 100%
- +
Вообще, необходимо учитывать, что аминокислотный состав «идеального» белка для грудных детей заметно отличается от аминокислотного состава «идеального» белка для детей в возрасте 10–12 лет и взрослых, для которых он тоже меняется в зависимости от возраста.
В частности, недостаток лизина приводит к нарушению формирования костной ткани и развитию кариеса. Источником лизина в рационе могут служить сыр, творог, мясо, горох. В злаковых культурах лизина недостаточно.
Триптофан необходим организму человека для синтеза белков крови (гемоглобин, сывороточные белки) и витамина РР (никотиновая кислота). Основными его источниками в питании являются творог, сыр, яйца, мясо, рыба, морские беспозвоночные.
Метионин требуется организму как источник подвижных метильных групп (—СН3), необходимых для синтеза креатина, адреналина, обезвреживания в печени различных токсических продуктов обмена, синтеза холина, который защищает клетки печени от жирового перерождения и предупреждает нарушения жирового обмена и развитие атеросклероза. Основными источниками метионина для человека являются творог, сыры, кисломолочные продукты, яйца, треска, бобовые. Метионин относится к радиопротекторам, т. е. веществам, защищающим организм от действия ионизирующей радиации и способствующим выведению из организма радиоактивных изотопов – Cz137, Sr90 и др.
Пищевые продукты, включающие в себя в сбалансированном соотношении все необходимые аминокислоты, относятся к полноценным.
В том случае, когда в составе продукта нет или содержится недостаточное количество хотя бы одной незаменимой аминокислоты, он считается неполноценным, а эта аминокислота становится лимитирующим фактором. Необходимо подчеркнуть, что как недостаток, так и избыток в рационе любой из незаменимых аминокислот приводит к нарушению белкового обмена. Большинство продуктов животного происхождения принято считать полноценными. По аминокислотному составу к ним приближаются белки бобовых. Белки злаковых культур не являются полноценными. Строго говоря, ни один пищевой продукт не является идеальным по аминокислотному составу, но сочетание различных продуктов – источников полноценного белка – позволяет обеспечить организм полноценным питанием. Например, близким к идеальному по белковому составу для детей первого года жизни является материнское молоко, а для детей более старшего возраста – белки коровьего молока и куриных яиц. Если принять белки молока (в нем имеются все незаменимые аминокислоты) за 100, то биологическую ценность мяса и рыбы можно выразить числом 95, картофеля – 85, хлеба – 75, риса – 58, гороха – 55, пшеницы – 50.
При организации полноценного питания необходимо учитывать, что умеренная щадящая тепловая кулинарная обработка продуктов улучшает усвояемость белка пищи, а чрезмерное и неоправданно длительное нагревание может привести к химической реакции части белков с углеводами с образованием меланоидинов, которые не усваиваются организмом. Наиболее легко в реакцию меланоидинообразования вступает лизин, а серосодержащие аминокислоты – метионин, цистин и цистеин – весьма чувствительны к тепловой обработке, после которой их усвояемость может снизиться в несколько раз.
Жиры
Жиры (точнее липиды и липоиды) – сложные органические соединения. Часть из них представлена эфирами трехатомного спирта глицерина (9 %) и различными жирными кислотами (липидами), часть – сложными эфирами аминоспиртов, фосфорной кислоты, а также зоо– и фитостеринами, фосфатидами и т. д. (липоиды).
Жиры почти так же, как и белки, обладают важной пластической функцией – входят в состав внутриклеточных и клеточных мембран (оболочек). Значительная часть жира в организме откладывается в виде резервного и защитного жира под кожей, вокруг почек, в брюшной полости (сальник). В организме человека жиры составляют от 10 % у мужчин, до 20 % у женщин от массы тела, но при ожирении массовая доля жиров может возрастать до 50 % и более. В экстремальных условиях этот жир используется как мощный источник энергии. Некоторые незаменимые биологически активные вещества (жирорастворимые витамины, каротиноиды) поступают в организм и/или всасываются из желудочно-кишечного тракта только при наличии жира в пище.
Энергетическая ценность жиров в 2,25 раза выше, чем у белков и углеводов, поэтому жиры «оберегают» белки от окисления и служат резервным источником энергии. При окислении 100 г жира в организме образуется 107 г воды. Жир в рационе обеспечивает чувство насыщения, имеет вкусовое и кулинарное значения.
Жирные кислоты, входящие в состав жиров, делятся на насыщенные (предельные) и ненасыщенные, которые содержат в углеводородной части молекулы одну и несколько двойных связей (—СН = СН—). Наличие и количество двойных связей и количество углеродных атомов в молекулах жирных кислот определяют физико-химические и физиологические свойства и биологическую значимость жиров. Так, полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) являются незаменимыми пищевыми веществами. ПНЖК входят в качестве структурных элементов в состав внутриклеточных и клеточных мембран, образуют оболочки нервов, служат предшественниками для образования «местных» гормонов – простагландинов, повышают эластичность и прочность кожи и кровеносных сосудов, регулируют обмен холестерина, т. е. оказывают антисклеротическое действие. Наиболее значимыми являются такие ПНЖК, как линолевая и линоленовая. Ими богаты растительные жиры – подсолнечное, кукурузное, конопляное, соевое, хлопковое, льняное и пальмовое масла. Значительно меньше их содержится в животных жирах. Исключение составляют рыбий жир, куриный жир и жир яичного желтка. Самой биологически активной ПНЖК является арахидоновая кислота, которая может синтезироваться в организме из линолевой в присутствии витамина В6. Активность арахидоновой кислоты в 2–3 раза выше линолевой. Реальным источником арахидоновой кислоты в рационе могут стать жир печени трески, мозга и печени убойных животных.
Важным биологически активным компонентом жиров (зоостеринов) является высокомолекулярный полициклический спирт холестерин, который является структурным элементом нервной ткани, сыворотки крови, желчи, мембран клеток и внутриклеточных элементов, служит предшественником в синтезе гормонов коры надпочечников, половых гормонов, витамина D. Около 0,5 г в сутки холестерина поступает в организм с пищей (жир печени морских рыб – палтуса, трески; мозги, печень, почки убойных животных, яичный желток, зернистая икра), а 1,5–2,5 г в сутки синтезируется организмом из продуктов окисления жиров и углеводов.
Фосфатиды (фосфолипиды) – высокоактивные соединения, входящие в структурные элементы клеток и тканей. Наибольшее их содержание в организме человека концентрируется в нервной ткани, сердце, печени, половых железах. Особую роль в организме человека выполняет фосфатид лецитин. Он является структурным элементов оболочек и ядер клеток, нормализует жировой обмен. Источником лецитина в рационе служат яичные желтки, рыбная икра, печень, почки, сердце, сметана и сливки, дрожжи, а из растительных продуктов – сухой горох, соевая мука, гречневая крупа.
Важной особенностью жиров является их легкая окисляемость, которая усиливается под действием солнечного света, высокой температуры, длительного и неправильного хранения жиров и жиросодержащих продуктов. Продукты термической деструкции и окисления жиров – трансизомеры, органические перекиси, полимеры – ядовиты, поэтому их содержание в пище не должно превышать 1 %. Легче всего окисляются жиры некоторых видов рыб и свиное сало. Продукты окисления жира имеют неприятные серо-желтый цвет, прогорклый запах и кисловатый привкус.
В организме человека жиры могут образовываться и чрезмерно накапливаться не только при избытке их в рационе и недостаточной физической нагрузке, но и при избытке в рационе углеводов и белков, что приводит к нарушению всех видов обмена.
Углеводы
Углеводы составляют основную массу пищевых продуктов в рационе человека (около 56 % по энергетической ценности) как потенциальный источник энергии. Вместе с тем углеводы выполняют определенную пластическую функцию, составляя примерно 5 % массы организма. В виде сложных белков – гликопротеидов – углеводы входят в состав соединительной ткани и клеточных мембран, а в виде животного крахмала – гликогена – они содержатся в мышцах, нервной ткани и печени, где обеспечивают ее барьерную, обезвреживающую (детоксицирующую) функцию. Кроме этого, углеводы могут повышать чувствительность организма к чужеродным веществам (аллергенам) и усиливать аллергические реакции. Избыток углеводов в рационе рафинированных (сахара), приводит, особенно у подростков, к избыточному жироотложению, при этом каждые 25 г углеводов преобразуются в 10 г жира.
Углеводы могут образовываться в организме из жира и белков, однако при дефиците в пище углеводов в тканях накапливаются продукты неполного окисления жиров, а для удовлетворения потребности в энергоресурсах расходуются ценные, структурные белки организма. В рационе практически единственным источником углеводов являются продукты растительного происхождения (исключением является пчелиный мед, молоко и молочные продукты).
Углеводы делятся на олигосахариды: моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза) и полисахариды: усвояемые (крахмал, гликоген, декстрины) и неусвояемые (пектины, клетчатка).
Глюкоза и фруктоза легко растворяются в воде, через 10–15 мин после приема усваиваются организмом, обеспечивая постоянный уровень сахара в крови (4,4–6,6 ммоль/л). Глюкоза и фруктоза содержатся главным образом во фруктах, ягодах и пчелином меде.
Фруктоза в отличие от глюкозы быстро и почти полностью удаляется из крови, превращаясь в лактат и гликоген без участия инсулина, не способствует образованию жира, слаще сахарозы в 1,73 раза.
Сахароза занимает видное место в питании человека. В процессе пищеварения она расщепляется на глюкозу и фруктозу. Основными ее источниками являются сахар, овощи, фрукты.
Лактоза содержится только в молоке и молочных продуктах. При усвоении расщепляется на глюкозу и галактозу. Она в несколько раз менее сладкая, чем сахароза. Начиная примерно с 2-3-летнего возраста, около 10 % населения утрачивает фермент, расщепляющий лактозу, что приводит к непереносимости молочных продуктов.
Крахмал, гликоген и декстрины являются полимерами глюкозы. Оптимальное (около 80 %) содержание крахмала в рационе обеспечивает постоянный уровень сахара в крови. Источниками крахмала являются хлеб, крупы, макаронные изделия, картофель.
Помимо усвояемых углеводов, в рационе должны содержаться неутилизируемые – целлюлоза (клетчатка), гемицеллюлоза, фитиновая кислота и лигнин – «грубые пищевые волокна», из которых практически не усваивается организмом только лигнин, а также пектиновые вещества, камедь и декстраны – «мягкие пищевые волокна», которые частично усваиваются после расщепления микрофлорой кишечника и всасывания в нем в виде летучих органических кислот – уксусной, пропионовой, масляной, доля которых в энергетическом балансе организма ничтожна – не более 1 %.
Дефицит этих углеводов в рационе нарушает моторно-эвакуаторную функцию кишечника, способствует развитию дисбактериоза, нарушениям жирового и холестеринового обменов, накоплению в организме экзо– и эндотоксинов, радионуклидов, тяжелых металлов. Источниками неусвояемых углеводов в рационе являются овощи, фрукты, ягоды, хлеб грубого помола и хлеб с добавлением отрубей. В среднем в суточном рационе этих углеводов должно быть около 25 г.
Витамины
Витаминами называются низкомолекулярные органические соединения, несинтезируемые в организме человека, поступающие извне в составе пищи, не обладающие энергетическими и пластическими свойствами, проявляющие биологическое действие в малых дозах (от долей грамма до долей микрограмма).
С физиологической точки зрения витамины являются регуляторами биохимических процессов в организме. Они входят в виде небелковой части в состав многих ферментов (витамины группы В; РР), регулируют внутриклеточный обмен (витамины С, Р, D, F, К, A, Е), являются предшественниками гормонов и других физиологически активных веществ (жирорастворимые витамины – A, F, Е). Классификация витаминов представлена в таблице 4.
Таблица 4. Классификация витаминов
Окончание табл. 4
В природе практически нет ни одного продукта, в котором бы находились все витамины в достаточном количестве. Поэтому необходимо максимальное разнообразие пищевых продуктов в рационе: наряду с продуктами животного происхождения, зерновыми должно быть достаточное количество овощей и плодов, в том числе в натуральном, т. е. непереработанном виде. Большинство витаминов и витаминоподобных веществ неустойчивы к воздействию света, кислорода, высокой температуры. Как правило, присутствие ионов металлов, щелочная среда значительно ускоряют разрушение витаминов. Недостаток витаминов в рационе может возникнуть по многочисленным причинам:
1) при неправильном питании;
2) в связи с временно увеличенными потребностями организма: период формирования зубов и костей в организме ребенка, период беременности и грудного вскармливания, период выздоровления после перенесенных травм и заболеваний;
3) при пребывании в условиях жаркого или холодного климата;
4) при значительных, экстремальных психических и физических нагрузках;
5) при снижении естественного содержания витаминов в продуктах питания в зимне-весенний период времени;
6) при длительном вынужденном питании консервированными продуктами и концентратами;
7) при некоторых хронических заболеваниях желудочно-кишечного тракта, препятствующих нормальному усвоению витаминов из пищевых продуктов;
8) при некоторых глистных инвазиях и т. п.
Перечень причин, которые могут вызвать витаминную недостаточность, свидетельствует о том, что субгиповитаминозные состояния организма, т. е. умеренная или скрытая витаминная недостаточность, не являются редким явлением. Как правило, это приводит к повышению утомляемости, снижению работоспособности, повышению чувствительности к внешним воздействиям, снижению неспецифического иммунитета. Выраженные гипо– и авитаминозные состояния могут приводить к серьезным заболеваниям так же, как и переизбыток витаминов в рационе.
Практически все жирорастворимые витамины представлены не одним химическим соединением, а группой веществ со сходными биологическими свойствами. Витамины группы А представлены ретинолом, ретиноевой кислотой и ретиналем. Витамины группы D включают в себя эргокальциферол (D3) и холекальциферол (D2). Витамины группы Е объединяют 8 токоферолов, обозначаемых буквами греческого алфавита (α; β; γ; δ; ε; ζ; η; в качестве 8-го принят 8-метилтокотрионол). Наибольшую витаминную активность проявляет атокоферол, а наибольшую антиоксидантную активность – 8-метилтокотрионол. К витаминам группы К относят природные вещества – филлохинон (K1), менахинон (К2), метинон (К3) и лекарственное вещество викасол (водорастворимый препарат).
Из водорастворимых витаминов группами веществ представлены витамин С — L-аскорбиновая кислота, дегидроаскорбиновая кислота и аскорбиген.
Наиболее обширным перечнем представлены природные соединения с Р-витаминной активностью. Известное к настоящему времени количество веществ с витаминной активностью превышает 150. К ним относятся биофлавоноиды и флавоноиды – гесперидин, эриодиктин; флавонолы – рутин, кварцетин; катехины, а также бетаин и бетанин.
Минеральные вещества
Многие химические элементы в виде минеральных солей, ионов, комплексных соединений входят в состав клеток, тканей организма и являются незаменимыми нутриентами, которые должны ежедневно потребляться с пищей. Химический состав организма во многом отражает химический состав окружающей среды. В организме человека можно обнаружить более 90 элементов таблицы Д. И. Менделеева. Это еще одно из подтверждений того, что между живой материей, Земной корой и атмосферой существует органическая взаимосвязь. В. И. Вернадский вскрыл закономерности концентрации в организме химических элементов. Минеральные вещества участвуют в многочисленных обменных реакциях и выполняют многообразные физиологические функции – каталитическую, пластическую, передачу нервного импульса, поддержание осмотического давления и т. п. В зависимости от содержания в организме и потребности в минеральных элементах их подразделяют на макро-, микро– и ультрамикроэлементы. В настоящее время установлено биологическое значение 65 микроэлементов.
Длительный недостаток или избыток в питании каких-либо минеральных солей и элементов приводит к нарушению многих видов обмена в организме и может служить причиной заболеваний.
Минеральные вещества представляют собой неорганические соединения, поступающие в организм с пищей и питьевой водой, и являются незаменимыми пищевыми веществами. В живых организмах и продуктах питания встречаются все элементы периодической системы Д. И. Менделеева, однако потребности организма в них и их физиологическая роль изучены для ограниченного количества веществ. Общее количество минеральных веществ в организме человека в зависимости от возраста колеблется в пределах 3–5% от массы тела, в пищевых продуктах – в пределах 0,3–1,9 %. Человек ежедневно теряет около 26 г минеральных веществ. Пребывание в условиях жаркого климата, повышенная физическая нагрузка, некоторые физиологические или болезненные состояния увеличивают потребности организма в минеральных соединениях. Такими состояниями можно назвать беременность, кормление грудью, периоды бурного роста, периоды заживления переломов и формирования зубов или лихорадочные состояния, нарушения функции желудочно-кишечного тракта (рвота, диарея, т. е. понос), эндокринные нарушения, почечные заболевания. Естественно, что образующийся дефицит минеральных соединений должен ежедневно восполняться за счет пищевых продуктов и питьевой воды. Избыток поступления минеральных соединений в организм или их несбалансированное соотношение в рационе так же вредны, как и их недостаток. В обычных условиях потребности организма в минеральных соединениях на 60–70 % удовлетворяются за счет продуктов питания и на 40–30 % – за счет питьевой воды. Потребность в некоторых элементах, наоборот, в большей степени удовлетворяется за счет питьевой воды, например во фторе (до 90 %), а для некоторых микроэлементов – даже за счет воздуха (для йода).
Эколого-биологическое значение минеральных элементов было раскрыто в полной мере в работах В. И. Вернадского в конце XIX в. Согласно его учению между химическим составом земной коры и живыми организмами существует постоянная и неразрывная взаимосвязь, в результате чего устанавливается обмен химическими элементами между внешней средой и живыми организмами. Вследствие этого существует относительная зависимость между содержанием и соотношением минеральных элементов в тканях живого организма и их содержанием в окружающей среде (почве, воде, воздухе). В связи с этим химический состав пищевых продуктов и воды неодинаков в разных географических регионах, коррелирует с почвенно-климатическими особенностями местности и степенью техноантропогенного загрязнения окружающей среды.
А. П. Виноградовым было доказано существование биогеохимических провинций естественного и техноантропогенного происхождения, которое является причиной возникновения специфических местных заболеваний человека и животных (эндемии и энзоотии). Изучены и описаны эндемический зоб, анемии, флюороз и кариес зубов, молибденовая подагра, стронциевый рахит. В конце 1950-х гг. в Японии появились эндемические заболевания, связанные с техногенным загрязнением морской и речной воды соединениями кадмия и ртути – болезни «итай-итай» (при избытке кадмия) и «минамата» (при избытке ртути).
Минеральные соединения выполняют в организме множественные функции и являются структурными и функциональными элементами всех органов и тканей человека.
Так, кальций, фосфор и магний, частично фтор и стронций входят в состав зубной и костной ткани; цинк, йод и бром входят в состав гормонов и ферментов, железо входит в состав гемоглобина крови; медь, кальций, железо, кобальт, марганец необходимы для нормального процесса кроветворения; калий и натрий определяют осмотическое давления тканей, участвуют в передаче нервных импульсов; кальций и калий обеспечивают нормальную деятельность мышечной ткани, в том числе и сердечной мышцы, и т. д.
Источники минеральных соединений в рационе человека. Источником калия в рационе служат зернобобовые, овощи и фрукты. Особенно высоко содержание калия в сушеных фруктах, таких как курага, чернослив, изюм, кишмиш, а также в чае, натуральном кофе, отрубях, овсяной крупе. Достаточно много калия содержится в картофеле, мясе, рыбе, яйцах.
При смешанной диете содержание натрия в рационе достаточно, однако в силу вкусовых привычек населения большинства стран мира поваренная соль (NaCl) искусственно добавляется в рацион в достаточно большом количестве – до 15–20 г в сутки, что может иметь неблагоприятные последствия при нарушении функции почек, заболеваниях сердечно-сосудистой системы и некоторых эндокринных нарушениях.
Источником железа в рационе могут являться продукты переработки крови убойных животных – кровяная колбаса, печень, почки, легкое, желток куриного яйца, икра рыб, грибы, гречневая и овсяная крупы, горох, яблоки, персики, чернослив, урюк, отруби.
Основные пищевые источники цинка – мясо, птица, твердые сыры, зернобобовые. По мнению К. С. Петровского, роль цинка в кроветворении не менее важна, чем роль железа. Дефицит цинка приводит у человека к резкому замедлению роста, задержке полового развития, а у взрослого населения – к нарушению сперматогенеза (мужскому бесплодию).
Кобальт в количествах, достаточных для обеспечения организма этим микроэлементом, содержится в горохе, говяжьей печени, свекле, мясе, рыбе лососевых пород.
Медью богаты печень и почки убойных животных, крупы, мясо и рыба, картофель, укроп, многие ягоды и плоды фруктовых деревьев – смородина, клубника, абрикосы, груша, вишня, шиповник.
Содержание йода в пищевых продуктах тесным образом связано с его нахождением в почве. Большинство регионов планеты дефицитны по содержанию йода, что приводит к частому распространению такого эндемического заболевания, как нетоксический зоб («базедова болезнь»).
В организме человека больше половины йода содержится в щитовидной железе. Йодсодержащие гормоны щитовидной железы (тироксин и трийодтирозин) контролируют деятельность всех систем организма, интенсивность обмена веществ, теплообразование и т. д.
Богаты йодом продукты моря – пикша, треска, кета, морской окунь, скумбрия, креветки, морская капуста. Воздух морского побережья является существенным источником йода для живых организмов. В традиционных продуктах питания содержание йода незначительно, а в эндемических районах по сравнению с неэндемическими оно снижено более чем в 10–20 раз.
Вода
К незаменимым пищевым веществам относится вода.
Живая клетка на 60–99,7 % состоит из воды. В организме взрослого человека среднего возраста массой 65 кг содержится около 40 л воды, из которых 25 л находится в клетках, а 15 л составляют внеклеточную жидкость. Чем моложе человек, тем большее количество воды в нем содержится и соответственно больше его потребности в воде.
Воде присущи особые, уникальные физико-химические свойства. В обычных условиях часть ее молекул распадается на ион водорода (Н+) и гидроксильный ион (ОН?). Молекулы воды могут составлять агрегаты в 2–3 молекулы, гидратировать вещества в растворах. Молекулы воды имеют самый высокий коэффициент полярности. Все эти свойства и определяют ее огромное физиологическое значение. Можно утверждать, что там, где есть вода в трех агрегатных состояниях, там есть и жизнь. В воде растворяются практически все известные химические соединения и элементы, в водной среде протекают все физиологические процессы в любом организме, вода играет ведущую роль в процессах теплорегуляции. Потеря 10 % воды представляет опасность для жизни, а 20 % – ведет к гибели. Изменения физико-химических констант воды (а точнее, водных растворов) при омагничивании, при замерзании и оттаивании меняет скорость протекания биохимических реакций и ведет к изменению обмена веществ.
Суточная потребность в воде составляет около 2,5 л, причем вода должна иметь определенную минерализацию, не более 1 г/л. При экстремальных условиях (горячие цеха предприятий или жаркий климат, высокая физическая нагрузка, нарушение функции почек и желудочно-кишечного тракта) потери воды могут составлять 10–12 л в сутки и требуют немедленного восполнения.