1. Роль углеводов в организме человека

Углеводы – это органические соединения, в состав которых входят углерод, водород и кислород. Углеводам в питании принадлежит исключительно важная роль. Для человека они являются основным источником энергии, легко утилизируются и являются необходимым компонентом для жизнедеятельности всех клеток тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. Во время окисления 1 г углеводов в организме образуется 4 ккал. Источниками углеводов в питании являются растения, в них углеводы составляют 80–90 % сухой массы.

Регуляторная функция углеводов разнообразна. Они противодействуют накоплению кетоновых тел во время окисления жиров. Так, при нарушении обмена углеводов, например при сахарном диабете, развивается ацидоз. Ощущение сладкого, которое воспринимается рецепторами языка, тонизирует центральную нервную систему.

Некоторые углеводы и их производные обладают биологической активностью, выполняя в организме специализированные функции. Например, гепарин предотвращает коагуляцию крови в сосудах, гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через клеточную оболочку и др.

Существенно важным является отсутствие токсических свойств промежуточных продуктов обмена углеводов.

Углеводы, которые не усваиваются организмом человека (пищевые волокна), выполняют важную роль в регуляции деятельности желудочно-кишечного тракта: они стимулируют его двигательную деятельность, а кроме того они являются питательной средой для размножения полезной микрофлоры в толстом кишечнике. На них адсорбируются вредные вещества, образующиеся в кишечнике, попадающие в него из внешней среды с водой и едой.

2. Классификация и характеристика различных групп углеводов

Для физиологического действия углеводов имеет значение их качество и количество.

В состав пищевых продуктов входят три группы углеводов:

• моносахариды (глюкоза, галактоза, фруктоза),
• олигосахариды (дисахариды, трисахариди),
• полисахариды: гомополисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка, пектиновые вещества),
• гетерополисахариды – мукополисахариды, основу которых представляет аминосахар и галактуроновая кислота.

По пищевой ценности углеводы подразделяются на:

• усваиваемые,
• неусваиваемые.

Усвояемые углеводы перевариваются в пищеварительном тракте человека, продукты гидролиза всасываются в тонком кишечнике и включаются в метаболические процессы.

К усвояемым углеводам относятся моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), олигосахариды (сахароза, лактоза, мальтоза), полисахариды (крахмал, декстрины, гликоген).

Неусваиваемые углеводы – это пищевые волокна.

Содержание усвояемых углеводов в продуктах растительного происхождения приведено в таблице 1.

Таблица 1 – Содержание усвояемых углеводов в продуктах растительного происхождения

Из моносахаридов наибольшую питательную ценность имеют глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза, ксилоза.

Важное значение имеет фруктоза для больных сахарным диабетом, потому что ее обмен в организме происходит с участием ферментов, активность которых не зависит от наличия инсулина. Преимущество употребления источников фруктозы по сравнению с глюкозой связано также с разной степенью сладости этих углеводов. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать ее меньшие количества для придания вкуса продуктам и напиткам, что имеет важное значение для пищевых рационов ограниченной калорийности. В арбузе, дыне, яблоке, груше, черной смородине фруктозы содержится больше, чем глюкозы.

Моносахарид галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается. Она является продуктом расщепления молочного сахара.

Основными пищевыми дисахаридами являются сахароза и лактоза. Дисахариды имеют несложную структуру, что обусловливает их легкое расщепление ферментами пищеварительного тракта. Все они растворяются в воде и быстро усваиваются.

Если принять сладость сахарозы (свекловичный или тростниковый сахар) за 100, то этот показатель для фруктозы равен 173, инвертного сахара – 130, глюкозы – 74, ксилозы – 40, мальтозы – 32,5, галактозы – 32,1, лактозы – 16. Источником сахарозы является свекла, мед, фрукты, ягоды, свекольный и тростниковый сахара.

Дисахарид лактоза содержится только в молоке и молочных продуктах. Гидролиз лактозы в кишечнике происходит медленно и нормализует деятельность кишечной микрофлоры. Кроме того, поступление лактозы в желудочно-кишечный тракт способствует развитию молочнокислых бактерий, которые являются антагонистами гнилостных микроорганизмов.

Крахмал – сложный углевод. На его долю приходится около 80 % употребляемых углеводов. Крахмал не усваивается в кишечнике и предварительно подвергается воздействию действия α-амилазы в ротовой полости и тонком кишечнике. Мальтоза, которая при этом образуется, потом разщепляется до глюкозы, которая всасывается стенками тонкого кишечника и поступает в кровь. Этот процесс происходит постепенно, и поэтому употребление крахмала не вызывает быстрого увеличения содержания глюкозы в крови.

Быстрое повышение уровня глюкозы в крови вызывают моно- и дисахариды, особенно сахароза. На ворсинах тонкого кишечника с нее и других дисахаридов высвобождаются остатки глюкозы, которые быстро поступают в кровь и при чрезмерном употреблении углеводов приводят к резкому поднятию уровня глюкозы в крови. В щелочном содержимом кишечника фруктоза частично переходит в глюкозу. При употреблении фруктозы уровень глюкозы в крови увеличивается медленнее. В печени фруктоза и галактоза превращаются в основном в гликоген, однако часть этих моносахаридов поступает в кровь.

Гликемическая реакция организма человека на употребление пищи зависит от скорости ее потребления. Тщательное жевание оказывает противоположное влияние – чем тщательнее пережевывается пищи, тем выше уровень глюкозы в крови.

Источником крахмала являются зерновые, бобовые, крупы, картофель.

Гликоген – «животный крахмал» – содержится в разных количествах в органах и тканях животных. Он используется ими как энергетический материал. С едой гликоген практически не поступает, так как разрушается в процессе созревания мяса убойных животных.

Для обозначения углеводов растительного происхождения употребляют термин «пищевые волокна», которые представляют собой смесь различных полисахаридов и лигнина. Пищевые волокна состоят из структурных полисахаридов: целлюлозы, гемицеллюлозы, пектиновых веществ и лигнина и неструктурных полисахаридов, встречающихся в натуральном виде в продуктах питания (камеди, слизи) и используются как пищевые добавки.

Пищевые волокна являются гомогенными (целлюлоза, пектин, альгиновая кислота, лигнин) и гетерогенными (целюлозолигниновые комплексы и др.).

Учитывая значительное влияние на свойства пищевых волокон из сырья, из которого их получают, определяют: пищевые волокна из низших растений – водорослей, грибов; пищевые волокна из высших растений – злаков, травы, древесины.

По физико-химическим, химическим особенностям различают группы пищевых волокон: растворимые в воде (пектин, альгиновая кислота); малорастворимые и нерастворимые (ксилоны, целлюлоза, углеводные комплексы и др.).

По медико-биологическим свойствам выделяют пищевые волокна, которые влияют: на обмен липидов: к этой группе относят пищевые волокна отрубей, травы, виноградных выжимок, пектины, целлюлозу, лигнин; на обмен углеводов: пищевые волокна травы, пектины; на обмен аминокислот и белков: глюкомананы; на обмен минеральных и других веществ: пищевые волокна отрубей, свеклы и др.

Целлюлоза (клетчатка) содержится в растениях. Она образует оболочки клеток и является опорной веществом. Она является полимером Д-глюкозы. Целлюлоза не используется в организме человека как источник глюкозы, потому что не переваривается ферментами кишечника. Важна роль клетчатки как стимулятора перистальтики кишечника. Она и другие балластные вещества в кишечнике адсорбируют стерины, в том числе холестерин, препятствует обратному их всасыванию, способствует выведению из организма. Клетчатка играет роль в нормализации микрофлоры кишечника, в уменьшении гнилостных процессов, препятствует всасыванию ядовитых веществ.

Богатые клетчаткой рационы вызывают увеличение массы фекалий и повышают скорость транспортировки веществ через толстый кишечник. Под влиянием клетчатки снижается абсорбция минеральных веществ (Ca, Mg, Zn, Cu, Fe), что приводит к снижению содержания кальция и марганца в крови.

Недостаточное употребление клетчатки приводит к замедлению продвижения пищевой кашицы по кишечнику, к раздражению его слизистой оболочки, развитию дивертикулеза, который широко распространен среди городского населения экономически развитых стран.

Гемицеллюлоза – полисахарид клеточной оболочки, состоящий из разветвленных полимеров гексоз D-ряда: галактозы, ксилозы, арабинозы и др. Оба эти полисахарида связывают воду, а гемицеллюлоза, кроме того, и катионы.

Лигнины – безуглеводные вещества клеточной оболочки, которые состоят из полимеров ароматических спиртов. Лигнин способен связывать в кишечнике соли желчных кислот и влиять на скорость абсорбции пищевых веществ.

Камеди – сложные неструктурированные полисахариды, которые состоят из глюкуроновой и галактуроновой кислот, не являющихся веществами клеточной оболочки. Они растворимы в воде, способны связывать элементы с четной валентностью. В пищевой промышленности используют: гуммиарабик, камедь рожкового дерева и др.

Пектиновые вещества – полисахариды растительного происхождения, в их состав входят остатки галактуроновой кислоты. Они составляют основу фруктовых гелей. Различают два вида пектиновых веществ: пектины и протопектины. Пектины, растворимые в воде, образуют коллоидные растворы. Протопектины нерастворимы в воде, потому что в своем составе, кроме пектинов, они содержат клетчатку. Под влиянием фермента протопектиназы протопектин переходит в растворимые соединения и целлюлозу. Пектины полностью метаболизируются в кишечнике человека. Они замедляют перемещение остатков пищи в толстой кишке, повышая вязкость составных частей.

В связи с распространением среди населения таких болезней цивилизации, как избыточная масса тела и сахарный диабет, актуальной проблема является разработка и использование заменителей сахара. Заменители сахара разделяют на натуральные, подслащивающие вещества натурального происхождения и сладкие вещества химической природы.

К натуральным заменителям сахара относят: фруктозу, глюкозофосфорный сироп, глюкозогалактозный сироп, сорбит, ксилит, маннит. Подслащивающим веществом растительного происхождения, которое больше всего применяется, является стевиозид. К химическим (синтетическим) сладким веществам относят: сахарин, цикламаты и др.

Производными углеводами являются сорбит и ксилит, содержащиеся в небольших количествах в тканях человека. Эти вещества имеют сладкий вкус. Сладость сорбита почти вдвое ниже, чем сахара. При добавлении его к напиткам ощущается некоторый посторонний привкус.

Ксилит (примерно такой же сладкий, как сахар) обладает охлаждающими свойствами, напиткам и изделиям не придает постороннего вкуса. Сорбит получают в процессе производства аскорбиновой кислоты из глюкозы; ксилит – из початков кукурузы, хлопковой шелухи. Калорийность сорбита составляет 3,53 ккал/г, ксилита – 3,67 ккал/г.

В организме ксилит и сорбит расщепляются до СО₂ и Н₂О, не вызывая повышения уровня глюкозы в крови, поэтому их используют в рационах больных сахарным диабетом.

Аспартам состоит из аспарагина, фенилаланина и метилового спирта. При расщеплении 1 г аспартама выделяется 4 ккал. Он неустойчив при высокой температуре и в водных растворах. Суточная доза аспартама составляет 40 мг/кг массы тела.

3. Рекомендуемые средние нормы углеводов в суточном рационе

Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат человека. Чем интенсивнее физическая нагрузка, тем большее количество углеводов необходима организму. Суточная потребность взрослого населения в углеводах приведена в таблице 2.

Таблица 2 – Суточная потребность взрослого населения в углеводах

Средняя потребность в углеводах равна 400–500 г/сут, в том числе крахмала 350–400 г, моно- и дисахаридов 50–100 г (их следует распределять на 3–4 приема по 20–25 г за один раз), пищевых балластных веществ (целлюлоза и пектиновые вещества) – 25 г.

Недостаточное употребление сладких углеводов приводит к уменьшению образования энергии в организме; снижает тонус центральной нервной системы, ослабляет внимание, повышает чувствительность к холоду. Неумеренное употребление сахара способствует кариесу зубов, поддерживает воспалительные процессы.

Рекомендованная норма углеводов должна быть уменьшена при ряде заболеваний, особенно при сахарном диабете, ожирении, аллергиях, воспалительных процессах. В современных условиях нормы углеводов для лиц, не занимающихся физическим трудом, должны быть значительно снижены, особенно в пожилом и преклонном возрасте. В питании пожилых людей и физически ненагруженных групп населения большая часть углеводов должна обеспечиваться «защищенными» углеводами. Они содержатся в растительных продуктах и представлены в основном крахмалом, который сопутствует клетчатке в количестве не менее 0,1 %.

Соотношение между содержанием в рационе белков, жиров и углеводов зависит от возраста, состояния здоровья, характера выполняемой работы. Оно должно составлять в среднем 1:1:4. Для лиц, занятых умственным трудом, наиболее рациональное соотношение белков, жиров и углеводов 1:0,8:3.

Для людей, занятых трудом, который не требует значительных физических усилий, оптимальным является соотношение 1:0,9:4,7.

При больших физических нагрузках (например, у спортсменов) рекомендованы повышенные нормы углеводов.

Существенным фактором, влияющим на обмен углеводов в организме, являются витамины, особенно группы В. Так, при недостатке В1, входящем в состав ферментов, катализирующих окисление углеводов в тканях, в последних накапливается молочная кислота, нарушается метаболизм жиров и белков.

Недостаток пищевых волокон в рационах способствует нарушению функций не только толстого кишечника, но и преждевременному старению, развитию ожирения, сахарного диабета, заболеваниям сердечнососудистой системы, холецистита и рака кишечника.