Питание – это сложный процесс поступления, переваривания и всасывания питательных веществ, в связи с чем стала активно развиваться специальная наука о питании – нутрициология.

Пищеварительная система – это совокупность органов, обеспечивающих усвоение организмом питательных веществ, необходимых ему в качестве источника энергии для обновления клеток и роста.

Различают полостное и мембранное пищеварение.

Полостное осуществляется в полости рта, желудка, тонкого и толстого кишечника.

Мембранное – на уровне поверхности мембраны клетки и межклеточного пространства, характерного для тонкого кишечника.

Поступающие с пищей белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества не могут быть усвоены организмом, его тканями и клетками в неизменном виде.

Сложные пищевые вещества расщепляются ферментами-гидролазами, выделяющимися в полость пищеварительного тракта в определенных его участках.

В процессе пищеварения из высокомолекулярных соединений они постепенно превращаются в низкомолекулярные, растворимые в воде. Белки расщепляются протеазами до аминокислот, жиры – липазами до глицерина и жирных кислот, углеводы – амилазами до моносахаридов.

Все эти вещества всасываются в пищеварительном тракте и поступают в кровь и лимфу, т. е. в жидкие среды организма, откуда они извлекаются клетками тканей.

Конечные продукты пищеварения, которые всасываются в кровь, – это простые сахара, аминокислоты, жирные кислоты и глицерин.

Витамины, макро- и микроэлементы в пищеварительной системе могут освобождаться из связанного состояния, в котором они находятся в пищевых продуктах, но сами молекулы не расщепляются.

1. Строение и функции пищеварительной системы

Пищеварительная система состоит из нескольких частей: полость рта, глотка, пищевод, желудок, желчный пузырь, поджелудочная железа, двенадцатиперстная кишка, тонкий и толстый кишечники, прямая кишка.

Последовательные этапы переваривания и всасывания макронутриентов в желудочно-кишечном тракте представлены на рис. 1.

Рис. 1. Последовательные этапы переваривания и всасывания

Пищеварение начинается во рту с измельчения пищи, увлажнения ее слюной (за сутки образуется 0,5–2,0 л), взаимодействия ее с микроорганизмами полости рта и первичной метаболизации и трансформации ферментами (амилазами, протеиназами, липазами, фосфатазами) микробного и клеточного происхождения.

В слюне некоторые пищевые вещества растворяются, и начинает проявляться их вкус. В слюне содержится фермент амилаза, который расщепляет крахмал до простых сахаров. Действие амилазы легко проследить: если жевать хлеб в течение 1 мин, то ощущается сладкий вкус. Белки и жиры не расщепляются во рту. Средняя продолжительность пребывания пищи в полости рта – 15–20 с.

Таким образом, в ротовой полости основными процессами переработки пищи являются измельчение, смачивание слюной и набухание. В результате этих процессов из пищи формируется пищевой комок. Помимо указанных физических и физико-химических процессов в ротовой полости под действием слюны начинаются химические процессы, связанные с деполимеризацией.

Пищевой комок с корня языка через глотку и пищевод попадает в желудок, который представляет собой полый орган объемом в норме около 2 л со складчатой внутренней поверхностью.

В желудке пищеварение продолжается в течение 3–5 ч. Здесь происходят: дальнейшее смачивание и набухание пищевого комка, проникновение в него желудочного сока, свертывание белков, створаживание молока. Наряду с физико-химическими, начинаются химические процессы, в которых участвуют ферменты желудочного сока.

Чистый желудочный сок, объем которого зависит от количества и состава пищи и соответствует 1,5–2,5 л/сут, представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, содержащую соляную кислоту в концентрации 0,4–0,5 % (рН = 1–3).

Функции соляной кислоты связаны с процессами денатурации и разрушения белков, создания оптимума рН для пепсиногенов, подавления роста патогенных бактерий, регуляции моторики, стимуляции секреции энтерокиназы.

Процессы денатурации белков в последующем облегчают действие протеаз.

В желудке работают три группы ферментов:

1. ферменты слюны – амилазы, которые действуют первые 30– 40 с до появления кислой среды;
2. ферменты желудочного сока – протеазы (пепсин, гастриксин, желатиназа), расщепляющие белки до полипептидов и желатина;
3. липазы, расщепляющие жиры.

Расщеплению в желудке подвергается примерно 10 % пептидных связей в белках, вследствие чего образуются продукты, растворимые в воде (пептиды, аминокислоты). Продолжительность и активность действия липаз невелики, поскольку они обычно действуют только на эмульгированные жиры в слабощелочной среде. Продуктами деполимеризации являются неполные глицериды.

Переваривание углеводов, начавшееся во рту, в желудке приостанавливается, т. к. в кислой среде амилаза теряет свою активность. Желудочный сок содержит липазу, расщепляющую жиры. В желудке большую роль играет соляная кислота желудочного сока. Соляная кислота повышает активность ферментов, вызывает денатурацию и набухание белков, оказывает бактерицидное действие.

В норме кислотность желудочного сока колеблется в пределах рН oт 1,6 до 1,8. Отклонение желудочного сока от нормы используется в диагностике язвы желудка, анемии, опухолей.

Пища, богатая углеводами, находится в желудке около двух часов и эвакуируется быстрее, чем белковая или жирная нища, которая задерживается в желудке дольше (5–6 ч).

Из желудка пищевая масса, имеющая жидкую или полужидкую консистенцию, поступает в тонкий кишечник (общая длина 5–6 м), верхняя часть которого называется двенадцатиперстной кишкой (в ней процессы ферментативного гидролиза наиболее интенсивны).

В двенадцатиперстной кишке пища подвергается действию трех видов пищеварительных соков, которыми являются сок поджелудочной железы (поджелудочный, или панкреатический сок), сок, вырабатываемый клетками печени (желчь), и сок, вырабатываемый слизистой оболочкой самой кишки (кишечный сок). В состав поджелудочного сока входят комплекс ферментов и бикарбонаты, создающие щелочную среду (рН = 7,8–8,2).

По мере поступления в двенадцатиперстную кишку поджелудочного сока, в ней идет нейтрализация соляной кислоты и повышение рН. У человека рН среды в двенадцатиперстной кишке колеблется в пределах 4,0–8,5. Здесь работают ферменты поджелудочного сока, к которым относятся протеазы, расщепляющие белки и полипептиды (трипсин, химотрипсин, карбоксипептидазы, аминопептидазы), липазы, расщепляющие жиры, эмульгированные желчными кислотами, амилазы, заканчивающие полное расщепление крахмала до мальтозы, а также рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза, расщепляющие РНК и ДНК.

Секреция поджелудочного сока начинается через 2–3 мин после приема пищи и продолжается 6–14 ч, т. е. в течение всего периода пребывания пищи в двенадцатиперстной кишке. Установлено, что ферментный состав поджелудочного сока изменяется в зависимости от характера питания, например: при жирной пище увеличивается активность липазы и наоборот.

Помимо поджелудочного сока, в двенадцатиперстную кишку из желчного пузыря поступает желчь, которую вырабатывают клетки печени. Она имеет слабощелочное значение рН и поступает в двенадцатиперстную кишку через 5–10 мин после приема пищи. Суточное выделение желчи у взрослого человека составляет 500–700 мл.

Желчь обеспечивает эмульгирование жиров, растворение продуктов их гидролиза, активацию панкреатических и кишечных ферментов, регуляцию моторики и секреции тонкого кишечника, регуляцию секреции поджелудочной железы, регуляцию желчеобразования, нейтрализацию кислой среды и инактивацию трипсина. Кроме того, она участвует во всасывании жирных кислот, образуя с ними растворимые в воде комплексы, которые всасываются в клетки слизистой кишечника, где происходит распад комплексов и поступление кислот в лимфу.

Третьим видом пищеварительного сока в двенадцатиперстной кишке является сок, вырабатываемый ее слизистой оболочкой и называемый кишечным соком. Ключевым ферментом кишечного сока является энтерокиназа, которая активизирует все протеолитические ферменты, содержащиеся в поджелудочном соке в неактивной форме. Помимо энтерокиназы, в кишечном соке содержатся ферменты, расщепляющие дисахариды до моносахаридов.

В полости двенадцатиперстной кишки под действием ферментов, секретируемых поджелудочной железой, происходит гидролитическое расщепление большинства крупных молекул – белков (и продуктов их неполного гидролиза), углеводов и жиров. Из двенадцатиперстной кишки пища переходит в конец тонкого кишечника.

В тонком кишечнике завершается разрушение основных компонентов пищи. Кроме полостного пищеварения, в тонком кишечнике происходит мембранное пищеварение, в котором участвуют те же группы ферментов, расположенные на внутренней поверхности тонкой кишки. В состав панкреатических ферментов в пристеночном пищеварении входят амилазы, трипсин и химотрипсин. Особую роль этот вид пищеварения играет в процессах расщепления дисахаридов до моносахаридов и пептидов до аминокислот.

В тонком кишечнике происходит заключительный этап пищеварения – всасывание питательных веществ (продуктов расщепления макронутриентов, микронутриентов и воды). На внутренней поверхности кишечника расположено множество складок с большим количеством пальцевидных выступов – ворсинок, каждая из которых покрыта эпителиальными клетками, несущими многочисленные микроворсинки. Такое строение, увеличивающее площадь поверхности тонкого кишечника до 180 м², обеспечивает эффективное всасывание образовавшихся низкомолекулярных соединений. Через поверхность ворсинок продукты пищеварения транспортируются в эпителиальные клетки, а из них – в капилляры кровеносной системы и в лимфатические сосуды, расположенные в стенках кишечника.

Подсчитано, что за час в тонком кишечнике может всасываться до 2–3 л жидкости, содержащей растворенные питательные вещества.

Подобно пищеварительным, транспортные процессы в тонком кишечнике распределены неравномерно. Всасывание минеральных веществ, моносахаридов и частично жирорастворимых витаминов происходит уже в верхнем отделе тонкого кишечника. В среднем отделе всасываются водо- и жирорастворимые витамины, мономеры белков и жиров, в нижнем – происходит всасывание витамина В₁₂ и солей желчных кислот.

Непереваренные остатки пищи далее поступают в толстый кишечник, в котором они могут находиться от 10 до 15 ч. В этом отделе пищеварительного тракта осуществляются процессы всасывания воды и микробной метаболизации питательных веществ.

Длина толстого кишечника у взрослого человека в среднем 1,5 м. Он состоит из трех частей: слепая, поперечно-ободочная и прямая кишка.

В толстом кишечнике преобладают процессы обратного всасывания. В нем всасываются вода, глюкоза, витамины и аминокислоты, вырабатываемые бактериями кишечной полости.

Толстый кишечник является местом обитания и интенсивного размножения различных микроорганизмов, потребляющих неперевариваемые остатки пищи, в результате чего образуются органические кислоты (молочная, пропионовая, масляная и др.), газы (диоксид углерода, метан, сероводород), а также некоторые ядовитые вещества (фенол, индол и др.), обезвреживающиеся в печени.

Кишечная микрофлора выполняет функции вторичного переваривания пищи и формирования каловых масс; в соответствии с теорией адекватного питания, во многом обеспечивает возможность широкого варьирования рациона питания и устойчивость к новым видам пищи.

Ключевыми функциями кишечной микрофлоры являются:

• синтез витаминов группы В, фолиевой и пантотеновой кислот, витаминов Н и К;
• метаболизм желчных кислот с образованием, в отличие от патогенной микрофлоры, нетоксичных метаболитов;
• утилизация в качестве питательного субстрата некоторых токсичных для организма продуктов пищеварения;
• стимуляция иммунной реактивности организма.

Важную роль в процессах пищеварения играют балластные вещества пищи. К ним относятся неперевариваемые биохимические компоненты: клетчатка, гемицеллюлозы, лигнин, камеди, смолы, воски.

Основу балластных компонентов составляют вещества растительного происхождения, входящие в структуру стенок растений и содержащиеся в кожуре, шелухе семян, отрубях. Большая часть балластных веществ – это целлюлоза и разветвленные полисахариды на основе ксилозы, арабинозы, маннозы, галактозы. К балластным ингредиентам животного происхождения относятся неутилизируемые человеческим организмом элементы соединительной ткани животных.

Устойчивый к действию протеолитических ферментов белок коллаген выполняет в процессах пищеварения сходные с пищевыми волокнами физиологические функции. Такими же свойствами обладают и не гидролизуемые в кишечнике мукополисахариды, содержащиеся в межклеточном веществе животных тканей. Наибольшее количество этих структурных полисахаридов находится в соединительной ткани, легких, крови.

Пища, содержащая балластные компоненты, обеспечивает формирование гелеобразных структур, что играет существенную роль в контроле опорожнения желудка.

Структурирование пищи влияет на скорость всасывания в тонкой кишке и продолжительность транзита через желудочно-кишечный тракт.

Пищевые волокна и продукты термогидролиза коллагена обладают способностью удерживать значительное количество воды, что существенно влияет на давление, массу и электролитный состав фекалий, способствуя формированию мягких фекалий.

Пищевые волокна и неперевариваемые соединительнотканные белки входят в число основных компонентов, составляющих среду, в которой обитают полезные кишечные бактерии.

Пищевые волокна и элементы соединительной ткани имеют большое значение для электролитного обмена в желудочно-кишечном тракте. Это связано с тем, что коллаген, как и полисахариды, обладает катионообменными свойствами и способствует выведению из организма различных вредных соединений.

Пищевые балластные вещества в питании людей снижают риск развития опухолевых заболеваний, язвенной болезни, заболеваний двенадцатиперстной кишки, диабета, сердечнососудистых заболеваний, оказывают благотворное влияние на организм людей с избыточной массой тела, страдающих атеросклерозом, гипертонией и другими заболеваниями.

Пищевые волокна, не расщепленные ферментами желудочнокишечного тракта, частично разрушаются под влиянием микрофлоры.

В толстой кишке формируются каловые массы, состоящие из непереваренных остатков пищи, слизи, отмерших клеток слизистой оболочки и микробов, которые непрерывно размножаются в кишечнике, вызывая процессы брожения и газообразования.

В состав флоры содержимого толстого кишечника входят анаэробные виды микроорганизмов: бифидобактерии, лактобактерии, пептострептококки, клостридии (до 99 % всего состава). Около 1 % микрофлоры толстого кишечника представлены аэробами: кишечной палочкой, энтеробактериями (протей, энтеробактер и др.), энтерококками, стафилококками, дрожжеподобными грибами.

Следовательно, желудочно-кишечный тракт выполняет три основные функции: пищеварительную, экскреторную, регуляторную.

Пищеварительная функция желудочно-кишечного тракта объединяет четыре следующих процесса: моторика, секреция, гидролиз, всасывание.

Различные процессы последовательной обработки пищи, приводящие к физическим, физико-химическим или химическим изменениям, осуществляются по мере ее перемещения по пищеварительному каналу, функции различных отделов которого строго специализированы.

2. Схемы процессов переваривания и метаболизм макронутриентов

В общем случае физические и физико-химические изменения пищи заключаются в ее размельчении, перемешивании, набухании, частичном растворении, образовании суспензий и эмульсий; химические изменения связаны с рядом последовательных стадий расщепления основных нутриентов.

Процесс разрушения (деполимеризация) природных полимеров осуществляется в организме путем ферментативного гидролиза с помощью пищеварительных (гидролитических) ферментов, именуемых гидролазами.

Деполимеризуются только макронутриенты (белки, жиры, углеводы). В деполимеризации участвуют три группы гидролаз: протеазы (ферменты, разрушающие белки), липазы (ферменты, расщепляющие жиры), амилазы (ферменты, расщепляющие углеводы).

Ферменты образуются в специальных секреторных клетках пищеварительных желез и поступают внутрь пищеварительного тракта вместе со слюной и пищеварительными соками – желудочным, поджелудочным и кишечным, объем выделения которых составляет у человека около 7 л/сут.

Процесс образования и выделения специальными железами организма особых активных веществ (секретов) называется секрецией.

Наряду с ферментами, являющимися катализаторами биохимических процессов расщепления пищевых веществ, в состав пищеварительных соков входят вода, различные соли, а также слизь, способствующая лучшему передвижению пищи.

Одной из ключевых биологических закономерностей, определяющих процессы ассимиляции пищи, является правило соответствия: ферментные наборы организма находятся в соответствии с химическими структурами пищи; нарушение этого соответствия служит причиной многих заболеваний. Общие представления об этом соответствии иллюстрирует табл. 1.

В действительности, для эффективного пищеварения необходим набор обеспечивающих комплексное действие ферментов, которые вырабатываются пищеварительными железами в зависимости от состава поглощаемой пищи.

Таблица 1. Пищеварительные ферменты человека и их специфичность

Ферменты	Оптимальное значение рН	Соответствие видам пищи
		Соответствует	Не соответствует
Переваривающие белки (протеазы):
пепсин	1,0–1,5	Большинство белков глобулярной природы	Кератины, эластины, коллагены плохо перевариваются из-за особенностей третичной структуры
гастриксин	2,0–3,0	То же	То же
трипсин	8,0	–«–	–«–
химотрипсин	8,0	–«–	–«–
аминопептидазы	8,0	Пептиды (с N-концевого аминокислотного остатка)	–«–
карбоксипептидазы	8,0	Пептиды (с С-концевого аминокислотного остатка)	–«–
дипептидазы	8,0	Дипептиды	–«–
Переваривающие углеводы (амилазы): α-амилаза (птиалин)	7,0	Крахмал, гликоген, другие α-полисахариды	Целлюлоза и гемицеллюлозы из-за наличия β-гликозидной связи
дисахаридазы	6,5–7,5	Сахароза, мальтоза, лактоза	То же
Переваривающие жиры (липазы)	8,0	Ацилглицерины	Воски

Основными конечными продуктами гидролитического расщепления высокомолекулярных веществ, содержащихся в пище, являются мономеры. Каждый из трех видов макронутриентов (белки, углеводы, жиры) имеет свою схему процесса переваривания.

2.1. Переваривание углеводов, белков, жиров

Из углеводов у человека перевариваются, в основном, полисахариды: крахмал, содержащийся в растительной пище, и гликоген, содержащийся в пище животного происхождения. Этапы переваривания этих полисахаридов сходны и иллюстрируются на примере переваривания крахмала:

Оба полисахарида полностью расщепляются ферментами желудочно-кишечного тракта до составляющих их структурных блоков, а именно – до свободной D-глюкозы. Процесс начинается во рту под действием амилазы слюны с образованием смеси, состоящей из мальтозы, глюкозы и олигосахаридов, продолжается и заканчивается в тонком кишечнике под действием амилазы поджелудочной железы, поступающей в двенадцатиперстную кишку.

Гидролиз пищевых дисахаридов – сахарозы, лактозы и мальтозы – катализируют ферменты, находящиеся в наружном слое эпителиальных клеток, выстилающих тонкий кишечник:

У многих взрослых представителей афро-азиатских рас часто пропадает лактазная активность. В этом случае молочный сахар не расщепляется в кишечнике, а частично сбраживается микроорганизмами с образованием газов, что вызывает диарею.

В эпителиальных клетках тонкого кишечника D-фруктоза, Dгалактоза, а также D-манноза частично превращаются в D-глюкозу. Смесь простых гексоз поглощается выстилающими тонкий кишечник эпителиальными клетками и доставляется кровью в печень.

Переваривание белков. Белки пищи расщепляются ферментами в желудочно-кишечном тракте до составляющих их аминокислот.

Переваривание белков осуществляется в результате последовательного действия сначала пепсина в кислой среде желудка, а затем трипсина и химотрипсина в тонком кишечнике при рН = 7–8. Далее короткие пептиды гидролизуются под действием ферментов карбоксипептидазы и аминопептидазы до свободных аминокислот, которые проникают в капилляры ворсинок и переносятся кровью в печень.

Пепсин, трипсин, химотрипсин и карбоксипептидаза секретируются в желудочно-кишечный тракт в виде неактивных зимогенов. Активация пепсина в желудочном соке происходит путем автокатализа. Активация трипсина осуществляется в тонком кишечнике под действием фермента энтерокиназы, содержащегося в кишечном соке. Трипсин в активной форме активирует в тонком кишечнике другие зимогены протеаз.

В здоровом организме зимогены, выделяемые поджелудочной железой, активируются только в тонком кишечнике, в противном случае возникает заболевание, именуемое острый панкреатит.

Переваривание жиров. Процесс переваривания жиров осуществляется, главным образом, в тонком кишечнике липазой поджелудочной железы, поступающей в виде зимогена (пролипазы), который только в кишечнике превращается в активную липазу.

В присутствии желчных кислот и специального белка, имеющего наименование колипазы, активная липаза катализирует гидролиз триацилглицерина с отщеплением крайних ацилов и образованием смеси свободных высших жирных кислот в виде мыл (калиевых и натриевых солей) и 2-моноацилглицеринов, которые эмульгируются при помощи желчных кислот и всасываются кишечными клетками. Процесс может быть описан следующей схемой.

Соли желчных кислот (производные холевой кислоты) поступают из печени в желчь, а с ней – в верхнюю часть тонкого кишечника.

После всасывания кислот и 2-моноацилглицеринов из эмульгированных капелек жира в нижнем отделе тонкого кишечника происходит обратное всасывание солей желчных кислот, которые возвращаются в печень и используются повторно. Таким образом, желчные кислоты постоянно циркулируют между печенью и тонким кишечником. Причем они играют важную роль в усвоении не только триацилглицеринов, но и всех других жирорастворимых компонентов пищи. Так, недостаток желчных кислот может привести к пищевой недостаточности витамина А. Желчные кислоты нужны также для всасывания ионов Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺.

Кроме указанных, продуктами переваривания липидов являются легко всасывающиеся глицерин, фосфорная кислота, холин и другие растворимые компоненты. Продукты деполимеризации всасываются в лимфу, а оттуда попадают в кровь.

Водорастворимые витамины всасываются из тонкого кишечника в кровь, где образуют комплексы с соответствующими белками, и в таком виде транспортируются к различным тканям.

Во всасывании воды и минеральных веществ значительную роль играет их активный транспорт через мембраны кишечной стенки, составляющий 8–9 л воды. Основной источник воды – пищеварительные соки пищеварительной системы, и лишь 1,5 л воды поступает извне. Это важный путь сохранения водного баланса в организме.

За исключением большей части триацилглицеринов, питательные вещества, поглощенные в кишечном тракте, поступают в печень, которая является основным центром распределения питательных веществ, где сахара, аминокислоты и некоторые липиды подвергаются дальнейшим превращениям и распределяются между разными органами и тканями.

2.2. Метаболизм макронутриентов

Основными конечными продуктами гидролитического расщепления содержащихся в пище макронутриентов являются мономеры (сахара, аминокислоты, высшие жирные кислоты), которые, подвергаясь всасыванию на уровне пищеварительно-транспортных комплексов, являются, в большинстве случаев, основными элементами метаболизма (промежуточного обмена) и из которых в различных органах и тканях организма вновь синтезируются сложные органические соединения.

Под метаболизмом подразумевают в данном случае превращение веществ внутри клетки с момента их поступления до образования конечных продуктов. При этих химических превращениях освобождается и поглощается энергия.

Метаболизм аминокислот, сахаров, жирных кислот может идти в двух направлениях. Во-первых, они окисляются для получения энергии с выделением диоксида углерода и воды (процесс катаболизма, т. е. распад молекул). В другом случае простые вещества используются как строительный материал для образования более сложных молекул и клеток, запасных веществ. Такое превращение пищевых веществ называется анаболизмом. В обоих процессах участвуют витамины и минеральные вещества, регулирующие биохимические реакции катаболизма и анаболизма. Нарушение равновесия между катаболизмом и анаболизмом обычно является признаком неправильного питания, которое ведет к развитию различных заболеваний. Правильное питание исключает возможность возникновения заболеваний.

3. Обмен веществ и энергии. Энергетическая ценность пищи

Основное внимание уделяется белковому, углеводному, жировому обменам, а также обмену воды и минеральных веществ.

Белковый обмен предусматривает синтез белка в организме и его диссимиляцию.

Таким образом, для синтеза белка в животном организме необходимо наличие аминокислот, которые образуются в пищеварительном тракте из белка пищи. Расщепление идет под влиянием ферментов через стадии пептонов и полипептидов. Образовавшиеся аминокислоты поступают в кровь и ее током разносятся по всему организму. Из доставленных кровью аминокислот в клетках происходит синтез белка. При этом создаются белки, специфичные для данного органа и данного организма. Значение расщепления белков состоит также в том, что аминокислоты, которые образуют истинные растворы, легко всасываются, в то время как белки и пептоны, находящиеся в коллоидальном состоянии, не всасываются.

Синтез белка связан не только с необходимостью поступления белков с пищей, но также и с качеством поступающих белков. В пище должны находиться белки, при расщеплении которых могли бы быть получены все необходимые для организма аминокислоты. Белковые вещества, которые не обеспечивают нормального синтеза белка в организме, т. е. не содержат все необходимые аминокислоты, получили название неполноценных. Неполноценные белки имеют, главным образом, растительное происхождение, например белок пшеницы, а также некоторые животные белки (например желатин). В отличие от них большинство белков тела животных являются полноценными, т. е. их аминокислотный состав обеспечивает нормальный синтез белков организма. Белки некоторых растений (например, картофеля и ряда бобовых растений) полноценны.

Количество поступающего белка должно возместить распад белка в организме и удовлетворить потребности роста. Распад белков происходит непрерывно при физиологических процессах и проходит ряд последовательных этапов. В клетках процессы распада не останавливаются на стадии аминокислот, а идут глубже. В результате накапливается ряд продуктов распада, выделяемых из организма. В числе этих продуктов распада белка имеются вещества специфичные и неспецифичные (например, СО₂, вода и др.) для белкового обмена. Специфичными продуктами распада белков являются вещества, содержащие азот, т. к. все выделяемые организмом азотистые вещества образуются из белков.

Конечным продуктом расщепления белка в организме является аммиак – NH₃. Однако он из организма выделяется в сравнительно небольшом количестве. Преобладающее количество аммиака синтезируется в органическое соединение – мочевину:

Все азотистые продукты распада белка выделяются с мочой. Если количество поступившего и выведенного азота равны между собой, то наступает состояние азотистого равновесия. В случае недостатка белка в пище организм в процессе белкового обмена расходует собственные тканевые белки. Такое состояние называют белковым голоданием.

Жировой обмен связан с образованием и расщеплением жира в организме человека. Поступающий с пищей жир в процессе пищеварения под влиянием ферментов подвергается расщеплению на глицерин и жирные кислоты. Обратный синтез жира из поступивших продуктов расщепления происходит в стенке кишки. Таким образом, к тканям током крови доставляется уже синтезированный, «нейтральный» жир.

Если пища содержит мало жиров, синтез их из углеводов или аминокислот в организме может быть довольно интенсивным.

Обильная пища из углеводов, «мучнистая», тоже может служить источником отложения запасов жира. В этих случаях образование жира происходит из углеводов через целый ряд промежуточных веществ и осуществляется в тканях.

Жиp подвepгaeтcя различным изменениям в ходе всех внутриклеточных процессов.

Изменения эти идут в двух направлениях:

1. распад жира на продукты меньшего молекулярного веса;
2. образование более сложных соединений жира с другими веществами клетки.

В первом случае изменения жира связаны с энергетическими процессами организма. Во втором случае происходит образование веществ, являющихся весьма важными элементами клеточной структуры.

При расщеплении жира происходит образование глицерина и жирных кислот. Распад последних идет постепенно и проходит ряд промежуточных стадий, характеризующихся образованием все менее и менее сложных органических кислот. К промежуточным веществам принадлежит ряд органических кислот: щавелевая, янтарная, уксусная, фумаровая и другие их недоокисленные соединения – альдегиды и кетоны. Эти соединения подвергаются окислению, причем конечными продуктами этого процесса являются СО₂ и Н₂О.

Химические реакции распада жира сопровождаются выделением значительных количеств энергии, используемой в ходе физиологических процессов. Энергетическое значение жира значительно выше по сравнению с белками; расщепление молекул жира на всех этапах имеет характер экзотермической реакции, т. е. сопровождается выделением тепла. Если пища содержит мало жира или имеется недостаток пищи, происходит расщепление жира, отложенного в организме.

При уменьшении интенсивности окислительных процессов в организме могут накапливаться продукты неполного окисления, действующие неблагоприятно на процессы обмена, следовательно, и на общее состояние организма.

Углеводный обмен связан с расщеплением углеводов в организме. Основным источником поступления углеводов в организм человека служат растения.

Процесс расщепления углеводов пищи до состояния моносахарида имеет большое физиологическое значение, т. к. ни в каком другом виде углеводы из пищеварительного аппарата не могут поступить в кровь. Образующаяся в результате ферментативного расщепления полисахаридов глюкоза с током крови поступает в печень. В клетках печени под влиянием ферментов происходит процесс синтезирования глюкозы в полисахарид – животный крахмал, или гликоген, который как нерастворимое соединение откладывается в печени, образуя основные запасы углеводов в организме.

Образование и отложение запасов гликогена в меньшей мере происходят также в мышечной ткани. По мере расходования глюкозы, находящейся в крови, гликоген печени и тканей мобилизуется, при участии ферментов расщепляется, превращается в глюкозу, которая поступает в кровь. Таким образом, в крови содержание глюкозы поддерживается все время на определенном уровне, колеблясь у человека в нормальных условиях в небольших пределах от 0,07 до 0,12 %. Как понижение, так и повышение содержания глюкозы в крови влечет нарушения в состоянии организма.

Затраты углеводов весьма значительны, поэтому организм нуждается в постоянном пополнении сравнительно большими количествами углеводов, поступающих с пищей.

Углеводы в клетках организма подвергаются окислению, которое проходит фазы образования органических кислот, альдегидов, кетонов и заканчивается образованием углекислоты и воды. Этот процесс сопровождается освобождением химической энергии. Основное использование энергии углеводов наблюдается при работе мышц, в которых происходит образование из углеводов молочной кислоты и последующее ее окисление до СО₂ и Н₂О. Промежуточным этапом между расщеплением гликогена и образованием молочной кислоты в мышцах является соединение сахара с фосфорной кислотой. Чем интенсивнее мышечная деятельность, тем больше потребление углеводов в организме.

Часть углеводов идет на образование более сложных соединений в клетках. Таковы соединения углеводов с белками и соединения с аминогруппой – аминосахара, например глюкозамин C₆H₁₁О₅NH₂, входящий в состав белка слюны – муцина. В значительном количестве в организме встречаются углеводы в соединении с фосфорной кислотой.

Также возможно образование углеводов из жиров. Таким образом, существует взаимосвязь различных видов обмена веществ и возможность перехода одних веществ в другие.

Обмен воды и минеральных солей чрезвычайно важен для функционирования организма человека.

Значимость воды для организма сложно переоценить. Поступление различных питательных веществ и выделение продуктов распада, а также почти все химические реакции в живом организме возможны только при достаточном количестве воды. Без воды организм не может существовать, т. к. вода необходима также для поддержания нормального состояния белковых веществ и для растворения большинства химических соединений, встречающихся в организме. Организм постоянно теряет воду, выделяя ее вместе с продуктами распада почками и кожей, отдавая ее легкими вместе с выдыхаемым воздухом. Прекращение поступления воды в течение нескольких суток влечет за собой тяжелые нарушения и смерть.

В большинстве тканей содержание воды составляет 75–80 % по массе. Примером может служить мышечная ткань, в которой содержится 78–80 % воды. В костной, хрящевой и соединительной тканях количество воды меньше. Напротив, в плазме крови и лимфе воды содержится больше (до 92 %).

В состав плотных веществ, остающихся после удаления воды (высушиванием) из тканей, входят органические соединения и неорганические соли, образующие золу.

Некоторые элементы в организме находятся в малых количествах, но их значение велико благодаря особенностям действия тех соединений, в которых они участвуют. Железо в форме органического соединения, входящего в состав гемоглобина, занимает исключительно важное место в окислительных процессах.

Большое значение имеют соединения йода, выделяемые щитовидной железой. Некоторые другие элементы обладают также способностью оказывать влияние на ход физиологических процессов. Таково действие кальция и фосфорной кислоты, необходимых для нормальной деятельности мышц и нервной системы. Неорганические соли или находятся в чистом виде, в форме так называемых истинных растворов, или входят в состав органических веществ клетки, образующих особые коллоидные растворы.

Все жизненные процессы, в частности процессы внутриклеточного обмена веществ, связаны с выведением из клетки и поступлением в клетку различных химических соединений. Эти явления связаны с необходимостью наличия достаточных количеств неорганических солей.

Организм постоянно с мочой, потом, слезами, выделениями кишечника теряет неорганические соединения: хлористые соли натрия, калия, кальция, углекислые, сернокислые и фосфорнокислые соли натрия, калия, магния и железа. Часть этих минеральных соединений образуется в результате распада органических веществ, часть солей выводится из организма в форме тех же соединений, в которых они в организм поступили.

Ввиду непрерывного выделения солей и их важности для существования организма необходимо поступление минеральных веществ в тело. Обычная смешанная пища является достаточным источником пополнения организма всеми неорганическими соединениями. Исключение представляет хлористый натрий, которого в пище часто может недоставать. Как правило, при приготовлении пищи хлористый натрий – поваренная соль – добавляется. Недостаток в хлористом натрии испытывается при использовании преимущественно растительной пищи, т. к. растения обычно содержат значительные количества солей калия и малые – соединений натрия.

При использовании растительной пищи организм испытывает большую потребность в хлористом натрии потому, что введение больших количеств калия увеличивает выведение из организма натрия. В плазме крови в норме преобладают соли натрия (NaCl) над солями калия (KCl). В случае поступления больших количеств калия в крови происходит образование большого количества KCl путем замещения хлора в молекуле хлористого натрия; натрий же вступает в соединение с угольной кислотой, при этом накапливаются избыточные количества КСl и Na₂CО₃, которые выводятся из организма. Таким образом, вместе с выведением излишнего калия выводится и необходимый натрий, отсюда увеличенная потребность в NaCl.

Интенсивность обмена веществ и превращения энергии при значениях температуты, равной 16–18 °С, в полном покое и натощак, составляют так называемый основной обмен, который выражает траты организма, необходимые для деятельности сердца, дыхательных мышц, печени, почек и т. п. Величина основного обмена довольно постоянна при нормальном протекании физиологических процессов и может быть (в случае их крушения) меньше или больше. Основной обмен обычно выражают количеством тепла в калориях на 1 кг массы тела за 1 ч или за одни сутки. Для человека среднего возраста, роста и веса основной обмен равен 1 кал на 1 кг массы в 1 час. Во время сна интенсивность обмена понижается на 8– 10 % по сравнению с бодрствованием. Сон, слишком глубокий и продолжительный, длительный покой, многие болезни могут значительно понизить основной обмен.

Taк как нормальная величина основного обмена довольно постоянна, то понижение основного обмена часто служит одним из средств распознавания болезни. То же самое относится и к состоянию повышения основного обмена.

Изучение процессов обмена веществ и энергии в организме является научным обоснованием питания. От состава, количества пищи и ее соответствия потребностям организма в большой степени зависит общее его состояние. Существенное значение в питании имеет также ряд других условий, например: приготовление и хранение пищи, комбинирование отдельных ее видов, распределение ее приема по часам суток и т. п.

Понятие «пищевые продукты» или «пищевые средства» не следует смешивать с понятием «питательные вещества». К питательным веществам мы относим определенные химические вещества, как, например, белки, жиры, углеводы, минеральные соли. Эти вещества в том или ином количестве содержатся в любом пищевом продукте, который представляет собой в большинстве случаев смесь ряда веществ (табл. 2).

Таблица 2. Процентный состав нескольких важнейших пищевых продуктов

Пищевой продукт	Белки	Жиры	Углеводы	Минеральные соли	Вода
Мясо тощее (говядина)	20,57	2,01	–	1,21	76,17
Мясо жирное	18,38	21,40	–	0,97	58,74
Яйца куриные	12,55	12,11	0,55	1,12	73,67
Ржаной хлеб	7,84	0,30	43,70	1,55	43,58
Картофель (свежий)	2,14	0,22	19,56	0,98	70,16
Яблоки сушеные	1,42	1,94	54,16	1,59	31,28

Кроме того, необходимо учитывать, что не вся пища усваивается, т. е. поступает из пищеварительного тракта в соки (кровь и лимфу) организма. Часть введенной пищи удаляется из кишечника в виде шлаков, отбросов. Усвояемость при употреблении животной пищи (95 %) больше усвояемости растительной (80 %) и смешанной пищи (от 82 до 90 %). В практике чаще всего ведут учет, исходя из 90%-го усвоения пищи. Усвояемость питательных веществ из разных пищевых продуктов различна (табл. 3).

Таблица 3. Усвояемость 100 г пищевого продукта, %

Пищевой продукт	Усвояемость питательных веществ
	Белки	Жиры	Углеводы	Минеральные соли
Мясо	95	95	–	80,4
Яйца	97	95	–	81,8
Ржаной хлеб грубого помола	60	85	90	–
Рис	80	90	95	57,0
Картофель	65	85	95	64,2

Зная количество питательных веществ в пищевых продуктах, можно вычислить энергетическую ценность принятой пищи. Вычисление калорийности пищи по отношению ко всему принятому ее количеству принято называть калоражем «брутто». Вычисление калоража с поправкой на усвояемость принято называть калоражем «нетто». Разумеется, физиологическую ценность представляет калораж «нетто», имеющий в случае приведенных пищевых продуктов (на 1 кг) следующие значения (кал): мясо тощее – 800, мясо жирное – 2140, яйца куриные – 1400, ржаной хлеб – 1895, рис – 2775, картофель свежий – 625.

Увеличение количества пищи требуется при мышечной работе. Затраты энергии сверх основного обмена тем выше, чем интенсивнее физический труд. Чрезвычайно трудно, однако, дать конкретные указания по этому вопросу. Практически, в известной мере, можно пользоваться схемой, в которой различные затраты энергии в связи с профессиональным трудом разделены на шесть групп (табл. 4).

Таблица 4. Суточные затраты энергии во взаимосвязи с профессиональным трудом

Основные пищевые вещества	Рекомендуемый уровень суточного потребления*
Энергетическая ценность, кДж/ккал:	10 467/2 500
белки, г	75
жиры, г, в том числе полиненасыщенные жирные кислоты, г	83
	11
усвояемые углеводы, г, в том числе, сахар (сахароза), г	365
	65
Пищевые волокна, г	30
Минеральные вещества, мг: кальций	1000
фосфор	800
железо	14
магний	400
цинк	15
йод	0,15
калий	3 500
селен	0,07
Витамины: А, мкг	800
D, мкг	5**
Е, мкг	10
С, мг	60
В1, мг	1,4
В2, мг	1,6
РР, мг	18
В6, мг	2
В9, мкг	200
В12, мкг	1
Н, мг	0,05
В5, мг	6

В техническом регламенте Таможенного союза «Пищевая продукция в части ее маркировки» (ТР ТС 022/2011), а также в СанПиН «Требования к продовольственному сырью и пищевым продуктам» прописана средняя суточная потребность в основных пищевых веществах и энергии для нанесения маркировки пищевой продукции (табл. 5).

Таблица 5.  Средняя суточная потребность в основных пищевых веществах и энергии для нанесения маркировки пищевой продукции

Группа профессионального труда	Характеристика труда работника	Затраты энергии, ккал
Первая	Занятия в положении «сидя»	2200–2400
Вторая	Мышечная работа в положении «сидя»: портные, механики по тонким работам; ходьба и разговорная речь (учителя)	2600–2800
Третья	Умеренная мышечная работа: сапожники, переплетчики, врачи, почтальоны, лабораторная работа	около 3000
Четвертая	Более напряженная мышечная работа: металлисты, маляры, столяры	3400–3600
Пятая	Тяжелый физический труд	4000
Шестая	Исключительно тяжелый труд	5000 и более

* При указании энергетической ценности в джоулях для пересчета применяется соотношение: 1 кал равна 4,1868 Дж.

** 5 мкг холекальциферола – 200 ME витамина D.

В этих документах даны коэффициенты пересчета энергетической ценности основных веществ пищевой продукции и правила округления значений количества белков, жиров, углеводов и энергетической ценности пищевой продукции (табл. 6–8).

Таблица 6. Коэффициенты пересчета энергетической ценности основных веществ пищевой продукции

Основное вещество пищевой продукции	Коэффициент пересчета
Белки	4 ккал/г – 17 кДж/г
Углеводы, в том числе моно- и дисахариды (за исключением сахароспиртов)	4 ккал/г – 17 кДж/г
Сахароспирты (за исключением эритрита)	2,4 ккал/г – 10 кДж/г
Жиры, жирные кислоты	9 ккал/г – 37 кДж/г
Органические кислоты	3 ккал/г – 13 кДж/г
Этанол	7 ккал/г – 29 кДж/г
Пищевые волокна	2 ккал/г – 8 кДж/г

Таблица 7. Правила округления значений энергетической ценности пищевой продукции

Энергетическая ценность (калорийность) кДж/ккал	Правила округления и указания
Менее 1	Указывается «1»
От 1 до 5 включительно	До ближайшего целого числа
От 5 до 100 включительно	До ближайшего целого числа, кратного 5
Свыше 100	До ближайшего целого числа, кратного 10

Таблица 8. Правила округления значений количества белков, жиров, углеводов пищевой продукции

Количество белков, жиров, углеводов, г	Правила округления и указания
Менее 0,5	Указывается значение до первого десятичного знака после запятой
От 0,5 до 10,0 включительно	До ближайшего значения, кратного 0,5
Свыше 10,0	До ближайшего целого числа, кратного 1,0 г

Усвояемость (в %) для отдельных макронутриентов составляет: белки – 84,5; жиры – 94,0; углеводы – 95,6.

По энергетической ценности (калорийности) пищевые продукты делят на 4 группы:

• особо высокоэнергетичные (400–900): шоколад, жиры, халва;
• высокоэнергетичные (250–400): мука, крупа, макароны, сахар;
• среднеэнергетичные (100–250): хлеб, мясо, колбаса, яйца, яичный ликер, водка;
• низкоэнергетичные (до 100): молоко, рыба, картофель, овощи, фрукты, пиво, белое вино.

Энергетическая ценность является одним из основных свойств пищевого продукта, определяющих его пищевую ценность.

Пищевая ценность продукта – совокупность свойств пищевого продукта, при наличии которых удовлетворяются физиологические потребности человека в необходимых веществах и энергии.

Энергия, которой обеспечивается организм при потреблении и усвоении питательных веществ, расходуется на осуществление трех главных функций, связанных с жизнедеятельностью организма. К ним относятся основной обмен, переваривание пищи, мышечная деятельность.

Основной обмен – это минимальное количество энергии, необходимое человеку для поддержания жизни в состоянии полного покоя (во время сна в комфортных условиях).

Энергия, необходимая человеку для обеспечения основного обмена, зависит от возраста, пола, внешних условий и т. п. Считают, что человек среднего возраста за 1 ч расходует 1 ккал на 1 кг массы тела. Для мужчины в возрасте 30 лет при средней массе тела 65 кг (условный стандарт) потребность составляет 1570 ккал, для женщины (30 лет, 55 кг) – 1120 ккал. У детей она в 1,3–1,5 раза выше.

Переваривание пищи, связанное с ее специфическим динамическим действием в отсутствии мышечной активности, также требует энергии. Установлено, что поступление пищи в пищеварительный тракт на определенный период увеличивает энергию, характерную для основного обмена. Наибольший расход энергии требуется для переваривания белковой пищи, наименьший – для переваривания углеводов. Считается, что при оптимальном количестве потребляемых веществ в условиях смешанного питания увеличение основного обмена за счет специфического динамического действия пищи составляет в среднем 10–15 %, что соответствует 140–160 ккал/сут.

Мышечная деятельность, определяемая активностью образа жизни человека, требует различной энергии, которая зависит от вида физической активности и прямо связана с характером работы. Даже самые простые, легкие движения увеличивают расход энергии сверх основного обмена – об этом свидетельствуют данные по энергетическим затратам человека (ккал/ч) при разных видах деятельности (табл. 9):

Таблица 9. Энергетические затраты человека при разных видах деятельности

Вид деятельности	Затраты энергии, ккал/ч	Вид деятельности	Затраты энергии, ккал/ч
Работа за компьютером	20–40	Работа:
Сидя: чтение вслух, разговор, письмо	20	лаборанта	150–200
		каменщика	300–330
Стояние	20–30	столяра	137–176
Ходьба	130–200	химика	170–250
Восхождение на гору	200–960	Плавание	200–700
Работа домашняя	87–174	Бег	500–930
Стирка белья домашняя	130	Езда на велосипеде	180–300

 

В среднем на мышечную деятельность требуется ежедневно 1000–2500 ккал. Расход энергии при различных видах нагрузки, включая основной обмен, представлен в табл. 10.

Объективным физиологическим критерием, определяющим количество энергии, адекватное характеру деятельности, является соотношение общих энергозатрат на все виды жизнедеятельности с величиной основного обмена (табл. 36), которое названо коэффициентом физической активности (КФА).

Таблица 10. Энергозатраты человека при активной жизнедеятельности

 

Вид деятельности	Энергозатраты, ккал
	в минуту на 1 кг массы тела	в час на человека (масса тела 70 кг)
Бег со скоростью 8 км/ч	0,1357	570
Гребля	0,1100	462
Езда в автомашине (сидя)	0,0267	112
Езда на лошади верхом, походным маршем	0,0619	260
Езда на велосипеде со скоростью 13–21 км/ч	0,1285	540
Копание рва	0,1157	486
Катание на коньках	0,1071	450
Лыжный спорт	0,2086	876
Передвижение по пересеченной местности	0,0343	144
Мытье посуды	0,0281	118
Надевание обуви и одежды	0,0264	111
Отдых:
стоя	0,0229	96
сидя	0,0183	77
лежа	0,0402	169
Подметание пола	0,1190	500
Плавание	0,0290	122
Пение	0,0236	99
Прием пищи (сидя)	0,0333	140

В зависимости от этого показателя все трудоспособное мужское население дифференцировано на пять групп (табл. 11). Физическая активность, которая оценивается коэффициентом 2,4, касается, как правило, мужчин (женское население в зависимости от энергозатрат дифференцируется только на четыре группы).

Таблица 11. Основные группы интенсивности труда

Группа	Физическая активность	КАФ	Профессии
Первая	Очень легкая	1,4	Работники умственного труда, студенты, педагоги
Вторая	Легкая	1,6	Водители транспорта, работники сферы обслуживания, медсестры, продавцы промтоваров
Группа	Физическая активность	КАФ	Профессии
Третья	Средняя	1,9	Слесари, буровики, водители автобусов и экскаваторов, врачихирурги, продавцы продтоваров, работники химзаводов, металлурги-доменщики
Четвертая	Высокая	2,2	Доярки, строительные рабочие, металлурги-литейщики
Пятая	Очень высокая	2,4	Механизаторы, землекопы, каменщики

Суммарный расход энергии (в ккал) на выполнение всех функций, обеспечивающих процессы жизнедеятельности работающего человека с учетом пола и вида его профессиональной деятельности, следующий: физическая и умственная работа, соответственно, мужчины – 2750–3000 и 2550–2800; женщины – 2350–2550 и 2200–2400.

У детей в возрасте до 18 лет и пожилых людей старше 60 лет средний энергетический обмен меньше по сравнению со среднестатистическими данными: удетей – из-за меньшей массы тела, у пожилых людей – из-за общего снижения интенсивности обменных процессов и физической деятельности.

Следовательно, для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека необходимо создание условий относительного равновесия между энергией, которую человек расходует, и энергией, которую он получает с пищей. Баланс энергии означает соотношение между энергией потребляемой и расходуемой. В случае положительного баланса энергии, который будет сохраняться в течение определенного периода времени, избыток энергии будет аккумулироваться в виде жира в жировой ткани, что в конечном итоге может привести к избыточной массе тела, а затем – к ожирению.

Расчеты показывают, что при длительном ежедневном превышении калорийности пищи над энергозатратами организма на 300 ккал, т. е. десятой доли суточной энергетической потребности, накопление резервного жира увеличивается на 15–30 г в день, что в год составит около 5,4–10,8 кг.

Энергетическая ценность рациона человека, как уже известно, складывается из энергетической ценности белков, жиров и углеводов при их различных комбинациях в составе разнообразных пищевых продуктов. При этом функции макронутриентов в организме различаются. Основная функция углеводов связана с обеспечением организма энергией, жиры и белки, наряду с функцией поставщиков энергии, являются также источниками пластических материалов для постоянно протекающих процессов обновления клеточных и субклеточных структур. Кроме того, различным клеткам и тканям организма необходимы разные источники энергии.

Например, в скелетных мышцах и клетках нервной системы в качестве источника энергии используется глюкоза, входящая в состав углеводов, а для сердечной мышцы в значительном количестве необходимы жирные кислоты, входящие в состав жиров. При этом, в соответствии с теорией адекватного питания, нормальный ход обмена веществ обеспечивается не одним потоком макронутриентов, а несколькими потоками питательных и регуляторных веществ, функции которых выполняют микронутриенты – витамины и минеральные вещества.

Для нормальной жизнедеятельности человека необходимо такое же определенное соотношение макро- и микронутриентов.

4. Безопасность продуктов питания и ее обеспечение в производстве

Питание является одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на здоровье, работоспособность и продолжительность жизни человека. Пищевые продукты, потребляемые в процессе питания, представляют собой сложные многокомпонентные системы, состоящие из сотен химических соединений.

Эти соединения условно можно разделить на три группы (рис. 2).

В условиях интенсивной глобализации рынка продовольственных товаров, усиления конкуренции, увеличения количества источников и факторов опасности особое значение для предприятий пищевой промышленности имеет обеспечение качества, безопасности и конкурентоспособности производимых продуктов.

В последние годы наблюдается снижение потребления таких продуктов питания, как мясо, молочные продукты, рыба, фрукты

и овощи; остро стоит вопрос обеспеченности населения витаминами, макро- и микроэлементами (кальций, фтор, йод, железо, селен). Дефицит полноценного белка в рационах составляет 25 %, пищевых волокон – 40, витаминов – 20–30 %.

Рис. 2. Химический состав пищи

Из известных факторов, негативно влияющих на организм человека, наиболее разрушительно действуют экологически загрязненные продукты питания, использование которых приводит к тяжелейшим последствиям: они могут вызывать как острые, так и латентные формы поражения организма. Их симптомы установить на ранних стадиях затруднительно, а принятие каких-либо мер, в том числе и лечебных, на более поздних этапах проявления заболевания оказывается малоэффективным ввиду глубокого и значительного поражения отдельных тканей, органов и систем.

Проблема качества и безопасности продуктов питания неразрывно связана не только с экологическими условиями, способами получения сырья животного и растительного происхождения, его хранения и переработки, но и с социально-экономическими аспектами.

Для обеспечения качества и гарантии безопасности необходимы разные формы контроля: государственный, промышленный, сельскохозяйственный, карантинный, таможенный, рыночный и потребительский. Каждая из этих форм требует индивидуального подхода к организации контроля и законодательных основ, гарантирующих должное качество и безопасть продуктов питания. Действующая на данный момент система контроля пищевых продуктов себя не оправдывает.

В то же время медико-биологические требования, предъявляемые к продуктам питания, предусматривают наличие совокупности следующих свойств:

• присутствие пищевых веществ и соединений разной природы, и особенно эссенциальных, не синтезируемых организмом;
• способность удовлетворять физиологические потребности с учетом возраста, состояния здоровья, пола, экологических факторов, условий профессиональной деятельности и географических зон проживания человека;
• отсутствие в пищевых субстратах вредных примесей естественного, химического, микробного и техногенного происхождения;
• отсутствие способности вызывать негативные эффекты: мутагенный (изменения в генетическом аппарате клетки), тератогенный (аномалии в развитии плода), канцерогенный (возникновение раковых опухолей), гонадотоксический (изменения репродуктивной функции женского и мужского организма).

При оценке безопасности пищевой продукции базисными регламентами являются ПДК, ДСП и ДСД.

ПДК в продуктах питаниях – установленное законом предельно допустимое количество вредного (чужеродного) вещества. Это такие концентрации, которые при ежедневном воздействии в течение сколь угодно длительного времени не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья человека, обнаруживаемых современными методами исследования.

ДСД ксенобиотиков – это максимальная доза (мг на 1 кг живой массы человека), ежедневное пероральное поступление которой на протяжении всей жизни безвредно, т. е. не оказывает неблагоприятного влияния на жизнедеятельность и здоровье настоящего и будущего поколений.

ДСП ксенобиотика (мг/сут) в составе пищевого рациона определяется путем умножения ДСД нa мaccy взрослого человека или ребенка.

Установлено, что при воздействии малых доз загрязнителей чаще всего наблюдается суммирование токсического эффекта. Это позволяет рассчитать аддитивный эффект двух и более факторов, выражая каждый из них в долях ПДК.

Разную степень опасности для человека представляют патогенные микроорганизмы, микроорганизмы порчи, искусственные и естественные радиоактивные изотопы, соли тяжелых металлов, нитриты и нитраты, нитрозамины, пестициды, некоторые продукты нефтеперегонки (диоксины), антибиотики, сульфаниламиды, нитрофураны, гормональные препараты (диэтилстильбэстрол, синэстрол, диенэстрол, гексэстрол), транквилизаторы, антиоксиданты (бутилгидроксианизол, бутилгидрокситолуол, сантохин), консерванты, красители, естественно образующиеся и накапливающиеся вещества у съедобных растений, грибов и животных при определенных экологических факторах и условиях.

Микроорганизмы, опасные и вредные для человека вещества попадают в пищевые продукты в процессе переработки сырья и хранения готовой продукции, а также из-за нарушения санитарногигиенических условий. Некоторые из них способны накапливаться или образовываться в растениях, животных и рыбе в результате метаболических реакций, биоаккумуляции и биотрансформации с увеличением токсичности. Накопление нитратов из почвы свойственно и питьевой воде.

Нитраты не обладают выраженной токсичностью, но в больших количествах опасны для человека, поскольку при определенных условиях могут восстанавливаться до нитритов, вызывающих серьезные нарушения здоровья детей и взрослых. В этой связи различают первичную токсичность нитрат-иона; вторичную, связанную с образованием нитрит-иона, и третичную, обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозаминов, являющихся сильнейшими канцерогенами.

Источниками нитрозаминов являются продукты, в производстве которых используются нитриты или копчение. ДСД нитратов для человека составляет 300–350 мг, для грудных детей – 10 мг. Допустимые уровни нитратов в плодах и овощах колеблются от 50 до 3000 мг/кг в зависимости от вида продукта. В повышенном количестве нитраты в пищеварительном тракте (желудке, кишечнике) или непосредственно в полости рта восстанавливаются до более токсичных нитритов.

Основным источником нитритов в продуктах питания является нитрит натрия, вводимый в состав мясных изделий для стабилизации окраски, подавления развития патогенных микроорганизмов и торможения процессов окисления в липидной фракции продуктов. Нитрит натрия или калия в качестве пищевой добавки (как консервант) используют также в производстве отдельных видов сыров и рыбы.

Механизм токсического действия нитритов на организм человека заключается в их взаимодействии с гемоглобином крови. В результате окисления двухвалентного железа образуется метмиоглобин, неспособный связывать и переносить кислород. ДСД нитритов – 0,2 мг/кг. Острое отравление отмечается при одноразовой дозе в 200–300 мг, летальный исход – 300–2500 мг.

Большинство нитрозаминов оказывает специфическое действие на определенные органы, но при высоких дозах эта специфичность не проявляется. Действие частых небольших доз является более опасным, чем действие одноразовых больших доз. Низкие одноразовые дозы суммируются и затем вызывают злокачественные опухоли. Безопасная суточная доза низкомолекулярных нитрозаминов для человека – 10 мкг/сут.

Поступление с пищей предельно допустимых остаточных количеств пестицидов, как правило, не приводит к острым отравлениям. Оно проявляет себя растянутым во времени хроническим действием со слабовыраженной этиологией либо практически никак себя не проявляет. Пестициды подразделяются на хлор-, ртуть- и фосфорорганические соединения, карбаматы (производные карбаминовой кислоты), синтетические пиретроиды, медьсодержащие фунгициды.

В соответствии с СанПиН, во всех видах продовольственного сырья и пищевых продуктов контролируются такие хлорорганические пестициды (ХОП), как гексахлор-циклогексан, ДДТ и его метаболиты. ХОП обладают эмбриотоксическим действием, вызывают пороки развития и мутагенные изменения, некоторые из них являются канцерогенами и аллергенами, оказывают негативное влияние на эндокринную систему, снижают умственные способности и нарушают иммунный статус человека. Период полураспада этих соединений в большинстве случаев превышает 1,5 года, а для ДДТ и его метаболитов – 15–20 лет.

Все приемы переработки и приготовления продуктов, как правило, способствуют уменьшению остатков пестицидов в пище. При хранении продовольственного сырья и пищевых продуктов происходит деструкция пестицидов, скорость которой зависит от вида продукта, условий и сроков хранения. Так, при низкотемпературном хранении даже через 2 года снижение остаточных количеств пестицидов весьма незначительно.

Всего по воздействию на организм к токсичным относят 18 металлов; As, Be, Cd, Сu, Со, Cr, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Pd, Se, Si, Sn, Ti, V, Zn. При этом 10 из перечисленных элементов относятся к группе металлов, необходимых в питании человека и животных: Со, Сu, Cr, Fe, Mn, Ni, Se, Si, V, Zn, но все металлы могут проявлять токсичность, если они потребляются в избыточном количестве.

В то же время существуют металлы, обладающие сильно выраженными токсическими свойствами, которые даже в малых дозах приводят к отравлениям. В группу особо вредных для здоровья человека веществ из-за сильного токсического действия включены ртуть, свинец, кадмий, мышьяк. Предельно допустимые концентрации ртути – от 0,005 до 0,030 мг/кг, свинца – от 0,05 до 5,00, кадмия – от 0,02 до 0,20 и мышьяка – от 0,05 до 5,00 мг/кг.

Согласно Пищевому кодексу контролируется содержание ртути, кадмия, свинца, мышьяка, меди, стронция, цинка, железа (8 элементов). В Республике Беларусь подлежат контролю еще 6 элементов (сурьма, никель, хром, алюминий, фтор, йод), а при наличии показаний могут контролироваться и некоторые другие металлы. Медико-биологическими требованиями СанПиН подлежат контролю 6 токсических элементов: ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, олово и хром.

Одним из эффективных методов снижения концентрации тяжелых металлов является механическое удаление критических, или тропных, органов, животных тканей, частей растений. Так, для кадмия тропными органами являются почки и печень; для ртути –

почки, печень, мозг; для свинца – костная ткань, почки и печень. С учетом этого при забое скота необходимо удаление этих органов с последующей технической утилизацией. При этом туши должны быть хорошо обескровлены, а кровь не должна использоваться для производства пищевых продуктов.

Тропными органами рыб являются внутренние органы, жабры, чешуя, кости. Условно-годная рыба должна разделываться с удалением и технической утилизацией внутренних органов и головы. Для растениеводческой продукции характерно накопление тяжелых металлов в стеблях, листьях, оболочке и зародыше злаков. В связи с этим условно-годное зерно может использоваться только для производства муки высшего сорта, где предусматривается максимальное удаление оболочек.

Пищевой (алиментарный) путь является наиболее значимым в попадании в организм человека радионуклидов. При этом биологические эффекты воздействия внутреннего облучения такие же, как и внешнего (воздействие на кожу радиоактивных веществ, находящихся в воздухе и на поверхности земли).

Чувствительность различных органов и тканей человека к ионизирующему облучению неодинакова. Наиболее чувствительны кроветворная система, форменные элементы крови, лимфоциты, железистый аппарат кишок, половые железы, эпителий кожи и хрусталик глаза; менее чувствительны – хрящевая и фиброзная ткани, паренхима внутренних органов, мышцы и нервные клетки.

Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы и временного распределения ее в организме. Облучение может вызвать повреждения от незначительных до смертельных. Однократное острое, а также пролонгированное, дробное или хроническое облучение увеличивают риск отдаленных эффектов – рака и генетических нарушений.

Основная доза внутреннего облучения, по данным ООН, приходится на 8 радионуклидов, в том числе на ¹³¹I, ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr.

Радиоактивные изотопы йода, попадающие в организм человека с пищей, уже через час всасываются на 90 % и накапливаются преимущественно в щитовидной железе. Период полувыведения радиоактивного йода – 138 сут.

Цезий практически полностью всасывается в пищеварительном тракте. Примерно 80 % его накапливается в мышечной ткани и 8 % – в костях. Биологический период полувыведения этого радионуклида составляет в среднем 100 сут.

Стронций усваивается на 5–100 %. В организм человека он попадает преимущественно с растительной пищей (бобовые культуры, корне- и клубнеплоды, злаки), молоком и яйцами. Растворимые соединения радиоактивного стронция избирательно накапливаются в костной ткани, вызывая лейкемию. Биологический период выведения из организма – от 90 до 154 сут.

Увеличение содержания в пищевом рационе солей калия, натрия, кальция и фосфора, воды и пищевых волокон (использование высокоэффективных сорбентов-протекторов) ускоряет выведение радионуклидов и замедляет их всасывание.

Серьезными источниками диоксиновых загрязнений (полихлорированные дибензодиоксины), обладающих мутагенными, канцерогенными и тератогенными свойствами, являются предприятия нефтеперерабатывающей, металлургической, целлюлозно-бумажной, химической и текстильной промышленности. На процесс их образования оказывают влияние уничтожение химического оружия и старты твердотопливных стратегических ракет. При попадании в окружающую среду диоксины (большая группа ароматических трициклических соединений и родственные химические соединения – полихлорированные дибензофураны и полихлорированные бифенилы) интенсивно накапливаются в почве, водоемах, активно мигрируют по пищевой цепи.

Опасные концентрации этих веществ обнаруживаются в мясе, молочных продуктах и рыбе. Источниками диоксинов могут быть картофель, морковь, другие корнеплоды. Диоксины токсичны при любых концентрациях. Их опасность настолько велика, что эти соединения относят к группе суперэкотоксикантов. ДСД для человека согласно рекомендациям ВОЗ – 10 нг на 1 кг его массы. Аналогичный уровень принят в Республике Беларусь.

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) являются сильными канцерогенами. Они присутствуют и в коптильном дыме. К наиболее активным канцерогенам относят 3,4-бенз(а)пирен, являющийся одним из компонентов дыма, сажи и смолы. ПАУ (бенз(а)пирен) накапливаются в пищевых продуктах при отдельных видах термической обработки: сушка зерна дымовыми и топочными газами, копчение мясных и рыбных продуктов.

Он обнаружен также в хлебе, овощах, фруктах, в обжаренных зернах кофе, маргарине, растительных маслах, молоке, мясе и рыбе. Загрязнение пищевых продуктов ПАУ возможно и при использовании отдельных видов упаковочных материалов. При попадании с пищей в организм человека ПАУ под действием ферментов образуют эпоксисоединения, реагирующие с гуанином, что приводит к возникновению мутаций, способствующих развитию таких раковых заболеваний, как карциномы и саркомы.

Критерием безопасности консервированных пищевых продуктов является отсутствие в них микроорганизмов, способных развиваться при установленной температуре хранения, а также микроорганизмов и токсинов, опасных для здоровья человека, что характеризует промышленную стерильность консервов.

При нарушении технологического процесса производства и хранения консервов возможен переход солей тяжелых металлов в продукт, образование канцерогенных веществ (при высокотемпературной тепловой обработке) и продуктов пиролиза аминокислот (при жарении говядины и рыбы), отдельным из которых присущи мутагенные свойства.

Заболевания человека (пищевые отравления и пищевые инфекции) обусловлены зачастую потреблением недоброкачественной и инфицированной микроорганизмами пищи (стафилококковая интоксикация, ботулинотоксины, дизентерийные палочки, сальмонеллы, холерный вибрион).

Этому способствуют нарушение санитарно-гигиенических правил, активное распространение и интенсивное накопление в окружающей среде микроорганизмов, опасных для человека, животных и растений, чему в немалой степени причиной служит утилизация пораженного микроорганизмами сырья, пищевых и бытовых отходов, выбрасываемых на свалки без предварительного обеззараживания.

Биологическая и продовольственная безопасность продуктов стала актуальной и вышла за рамки экономических вопросов, став одной из основных современных социальныx проблем.

Безопасность пищевых продуктов рассматривается как совокупность свойств всех компонентов, полностью исключающих вредное воздействие на здоровье человека. Ее обеспечивают путем систематического контроля, в процессе которого определяют соответствие

качества продуктов установленным требованиям, а также наличие вредных ингредиентов. Известно, что более 70 % чужеродных веществ попадают в наш организм с пищевыми продуктами.

Питание было и всегда останется важнейшим фактором, определяющим состояние здоровья. Одно из главных, ключевых прав потребителя – это право на качество и безопасность продуктов питания.

В категории безопасности пищевых продуктов можно выделить «активную» и «пассивную» безопасность. К элементам «активной» безопасности относится улучшение контроля показателей, которые могут вызвать ухудшение здоровья и различные заболевания.

Не менее важны элементы «пассивной» безопасности. Они должны обеспечивать, с одной стороны, такие свойства продукта, потребление которого не вызывает заметного ухудшения здоровья. С другой стороны, данные свойства исключают ухудшение здоровья даже при длительном потреблении продукта.

Управление безопасностью пищевых продуктов может быть осуществлено следующими путями:

• наличием систематического контроля, т. е. проверкой соответствия пищевых продуктов установленным требованиям;
• недопущeнием в производство продуктов питания вредных и небезопасных ингредиентов, целенаправленным воздействием на условия и факторы, от которых зависит безапасность пищевых продуктов при их изготовлении и холодильном хранений.

Параметры качества питания должны стать повсеместно определяющим приоритетом производителя продукции.

Наиболее эффективным инструментом защиты потребителей является система обеспечения безопасности пищевой продукции, включающая в себя такие системообразующие элементы, как: нормативная база, устанавливающая требования к продукции, метрология, оценка соответствия, система контроля и надзора за рынком. Учитывая, что в рамках Таможенного союза складывается новая, современная система технического регулирования, в том числе в области пищевой продукции, важно проанализировать европейский подход к обеспечению безопасности пищевой продукции.

Европейское законодательство в отношении пищевой продукции можно разделить на три основные части.

1. Законодательство в отношении безопасности пищевой продукции, которое распространяется на такие области, как гигиена пищевой продукции, пищевых добавок, материалов, контактирующих с пищевой продукцией, новых видов пищевой продукции, а также на системы контроля. Большинство данных законов имеет горизонтальный характер. Это означает, что требования устанавливаются для широкого диапазона видов продукции и процессов ее производства.
2. Законы, относящиеся к информации для потребителей, которая в основном представляется на этикетках.
3. Законы, устанавливающие требования к качеству пищевой продукции, включающие в себя «вертикальные» директивы, т. е. директивы в отношении конкретной продукции, например, молочной, диетической и специфической продукции, производимой в отдельных регионах.

Распространение принципов общего «горизонтального законодательства» в продовольственном сегменте права привело к формированию правовой вертикали, в рамках которой разместились «горизонтальные» и «вертикальные» директивные документы в порядке соподчиненности их правовых норм (рис. 3).

Рис. 3. Относительное расположение документов ЕС в порядке соподчиненности их правовых норм

В целом можно констатировать, что европейское продовольственное законодательство – хорошо сформировавшаяся отрасль права, которая, однако, не могла бы дать нужного эффекта без развитой инфраструктуры системы технического регулирования.

В рамках этой инфраструктуры тесно взаимодействуют Европейский парламент, Совет ЕС, Комиссия Европейского парламента, постоянные комитеты, нотифицированные органы (органы по сертификации, инспекции, испытательные лаборатории), компетентные органы, заявители, изготовители и другие структуры представительной и исполнительной власти, коммерческие и некоммерческие организации. Таким образом, охватываются области как обязательных, так и добровольных требований, рыночных и нерыночных взаимодействий в отношении пищевой продукции.

Правовой режим функционирования большинства этих субъектов права ставит их также в существенную зависимость от институтов гражданского общества. Например, от Европейского форума по обеспечению безопасности продукции (PROSAFE), Союза промышленных и предпринимательских конфедераций Европы (UNICE), Европейской организации потребителей (BEUC) и др.

Основные принципы обеспечения безопасности пищевых продуктов, принятые в европейском сообществе, взяты за основу в нормативных документах Таможенного союза.