Углеводы

Углеводы — это органические вещества, в состав которых входят углерод, водород и кислород. Название этих веществ объясняется тем, что многие из них состоят из углерода и воды. Синтезируются углеводы зелеными растениями из углекислоты и воды под действи­ем солнечной энергии. Поэтому они составляют значительную часть тканей растительного происхождения (80... 90 % сухого вещества) и в небольших количествах содержатся в тканях животного проис­хождения (до 2 %).

Углеводы преобладают в пище человека. Они являются основным источником жизненной энергии, покрывая 58 % всей потребности организма в энергии. Углеводы входят в состав клеток и тканей че­ловека, содержатся в крови, участвуют в защитных реакциях орга­низма (иммунитет), влияют на жировой обмен.

В зависимости от строения углеводы подразделяют на моносаха­риды (простые сахара), дисахариды, состоящие из двух молекул моносахаридов, и полисахариды — высокомолекулярные вещества, состоящие из многих моносахаридов.

Моносахариды. Это простые сахара, состоящие из одной молекулы углевода. К ним относят глюкозу, фруктозу, галактозу, маннозу. Состав их выражается формулой С₆Н₁₂0₆. В чистом виде моносахариды представляют собой кристаллическое вещество белого цвета, гладкого на вкус, хорошо растворимое в воде.

Глюкоза (виноградный сахар) — самый распространенный моносахарид. Содержится она в ягодах, плодах, в небольшом количестве (0,1 %) в крови человека и животных. Глюкоза имеет сладкий вкус, хорошо усваивается организмом человека, не претерпевая никаких изменений в процессе пищеварения, используется организмом как источник энергии, для питания мышц, мозга и поддержания необходимого уровня сахара в крови. В промышленности глюкозу получают из картофельного и кукурузного крахмала путем гидролиза.

Фруктоза (фруктовый сахар) находится в плодах, ягодах, овощах, меде. Она очень гигроскопична. Сладость ее в 2,2 раза выше сладости глюкозы. Хорошо усваивается в организме человека, не повышая содержание сахара в крови.

Галактоза — составная часть молочного сахара. Она обладает незначительной сладостью, придавая молоку сладковатый вкус, для организма человека благоприятна, в свободном виде в природе не встречается, в промышленности получают путем гидролиза молочного сахара.

Манноза содержится во фруктах.

Дисахариды. К дисахаридам относятся углеводы, построенные из двух молекул моносахаридов: сахароза, мальтоза, лактоза. Состав их выражается формулой С₁₂Н₂₂О₁₁.

Сахароза (свекловичный сахар) состоит из молекулы глюкозы и фруктозы, входит в состав многих плодов и овощей. Особенно мно­го ее в сахарной свекле и сахарном тростнике, которые являются сырьем для производства сахара. В сахаре-рафинаде содержится 99,9% сахарозы. Она представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, очень хорошо растворимые в воде.

Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух молекул глюкозы, в естественных пищевых продуктах имеется в небольшом количестве. Содержание ее повышают искусственно путем проращивания зерна, в котором мальтоза образуется из крахмала путем его гидро­лиза под действием ферментов зерна.

Лактоза (молочный сахар) состоит из молекулы глюкозы и молекулы галактозы, находится в молоке (4,7 %), придавая ему сладковатый вкус. По сравнению с другими дисахаридами она менее сладкая.

Дисахариды при нагревании со слабыми кислотами, под действием ферментов или микроорганизмов гидролизуются, т.е. расщепляются на простые сахара. Так, сахароза расщепляется на равные количества глюкозы и фруктозы:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

Этот процесс называется инверсией, а полученная смесь моносахаридов — инвертным сахаром. Инвертный сахар об­ладает высокой усвояемостью, сладким вкусом и большой гигроско­пичностью. Он содержится в меде, а в кондитерской промышлен­ности используется в производстве карамели, халвы и помадки для предупреждения их засахаривания в процессе приготовления.

Гидролиз сахарозы под действием кислот фруктов и ягод проис­ходит при варке киселя, запекании фруктов, а гидролиз мальтозы — в процессе пищеварения под действием ферментов пищеваритель­ных соков.

Моно- и дисахариды называют сахарами. Все сахара растворимы в воде. Это следует учитывать при хранении и кулинарной обра­ботке продуктов. Растворимость сахаров влияет на их способ­ность к кристаллизации (засахаривание). Чаще кристалли­зуется сахар, глюкоза (засахаривание меда, варенья), не кристал­лизуется фруктоза вследствие ее большой растворимости. При нагревании сахаров до высоких температур образуется вещество темного цвета и горького вкуса (карамелен, карамелан, карамелин). Такое изменение сахаров называют карамелизацией. Процес­сом карамелизации объясняется появление румяной корочки при жарении, выпекании и запекании изделий. Потемнение молочных консервов или корки хлеба при выпечке объясняется образованием темноокрашенных меланоидов в результате реакции сахаров и ами­нокислот белков.

Микроорганизмы сбраживают сахара. Под действием молочнокислых бактерий лактоза сбраживается до молочной кислоты, что происходит при производстве кисломолочных продуктов (про­стокваши, творога). Под действием дрожжей протекает спиртовое брожение сахаров с образованием этилового спирта и углекислого газа, что наблюдается при брожении теста.

Полисахариды. Это высокомолекулярные углеводы, имеющие общую формулу (С₆Н₁₀О₅) _п. К ним относят крахмал, клетчатку, гликоген, инулин. Полисахариды не обладают сладким вкусом и называются несахароподобными углеводами. Эти вещества, кроме клетчатки, являются резервным источником энергии для организ­ма.

Крахмал — представляет собой цепь, состоящую из многих моле­кул глюкозы. Это наиболее важный углевод для человека, в питании которого он составляет 80 % от общего количества употребляемых углеводов, является источником энергии и вызывает чувство насы­щения у человека.

Крахмал содержится во многих растительных продуктах: в зерне пшеницы — 54,5 %, риса — 72,9 %, гороха — 44,7 %, картофеле — 15 %. В них он откладывается в качестве запасного вещества в виде своеобразных зерен, имеющих слоистое строение, различных по форме и величине.

Различают крахмал картофельный, пшеничный, рисовый и куку­рузный. Самые крупные зерна у картофельного крахмала, самые мелкие — у рисового.

Крахмал не растворяется в воде. В горячей воде зерна крахмала набухают, связывая большое количество воды и образуя коллоидный раствор в виде вязкой густой массы — клейстера. Этот процесс на­зывается клейстеризацией крахмала и происходит он при варке каш, макаронных изделий, соусов, киселей. При клейстеризации крахмал способен поглощать 200... 400 % воды, что приводит к увеличению массы продукта, т. е. выхода готовых блюд. В кулинарии это увеличение массы часто называют приваром (привар каш, макаронных изделий).

Под действием кислот и ферментов крахмал гидролизуется (расщепляется) до глюкозы. Этот процесс происходит при перева­ривании крахмала в организме человека, при этом глюкоза образу­ется и усваивается постепенно, что обеспечивает организм энерги­ей на длительный период. Крахмал является для организма основным источником глюкозы.

Процесс гидролиза крахмала под действием кислот называют осахариванием, его применяют в пищевой промышленности при производстве патоки. Процесс частичного осахаривания крахмала (до получения промежуточных продуктов — декстринов) происходит при брожении теста, образовании плотной корочки при выпечке изделий из теста и при жарении картофеля.

Крахмал окрашивается йодом в синий цвет, что дает возможность определить наличие его в продуктах.

Клетчатка — полисахарид, называемый целлюлозой и входящий в состав оболочек клеток растительных тканей. Клетчатка в воде не растворяется, организмом человека почти не усваивается. Она от­носится к группе пищевых волокон (балластных веществ), необхо­дима для регулирования двигательной функции кишечника, выве­дения из организма холестерина, создания условий для развития полезных бактерий, необходимых для пищеварения. Много клет­чатки (до 2 %) содержится в овощах, плодах, крупах, мучных изделиях низших сортов. В последнее время в лабораторных условиях производят гидролиз клетчатки с помощью кислот до получения простых сахаров, что в будущем найдет промышленное приме­нение.

Гликоген — животный крахмал, содержащийся в основном в печени и мышцах. В организме человека гликоген участвует в об­разовании энергии, расщепляясь до глюкозы. Гликоген пищевых продуктов не является энергетическим источником, так как его со­держится в них очень мало (0,5 %). Гликоген растворим в воде, окра­шивается йодом в буро-красный цвет, клейстера не образует.

Инулин при гидролизе превращается во фруктозу, растворяется в горячей воде, образуя коллоидный раствор. Содержится в топи­намбуре и корне цикория, которые рекомендуются в питании боль­ных сахарным диабетом.

Энергетическая ценность 1 г углеводов составляет 4 ккал (энер­гетическая ценность основных пищевых веществ и пищевых про­дуктов здесь и далее приводится по данным справочника «Химиче­ский состав российских продуктов питания»).

Суточная потребность человека в усвояемых углеводах составля­ет в среднем 365 г (из них 15... 20 % должны составлять сахара), пи­щевых волокон — 30 г.

При недостатке в пище углеводов организм расходует в качестве энергетического вещества собственные жиры, а затем и белки, при этом человек худеет. При избытке в пище угле­водов организм человека легко превращает их в жиры и человек полнеет.

Количество углеводов в пищевых продуктах различно: в карто­феле — в среднем 16,3, свежих овощах — 8, крупе — 70, хлебе ржа­ном — 45, молоке — 4,7 %.

Пектиновые вещества. Эти вещества являются производными углеводов и входят в состав овощей и плодов. К ним относят прото­пектин, пектин, пектиновую и пектовую кислоты. Эти вещества как пищевые волокна стимулируют процесс пищеварения и способству­ют выведению из организма вредных веществ.

Протопектин входит в состав межклеточных пластин, соединя­ющих клетки между собой. Его много в незрелых плодах и овощах, при созревании которых протопектин под действием ферментов переходит в пектин, что приводит к размягчению плодов и овощей. При нагревании с водой или с разбавленными кислотами протопек­тин также переходит в пектин. Этим объясняется размягчение ово­щей и плодов при тепловой обработке.

Пектин растворим в воде, находится в клеточном соке плодов и овощей. При кипячении с сахаром (65 %) и кислотами (1 %) он способен образовывать желе. Это свойство пектина используют в про­изводстве мармелада, желе, джема, варенья, пастилы и др.

Пектиновая и пектовая кислоты образуются из пектина под действием ферментов при перезревании плодов, придавая им кислый вкус.

Пектиновыми веществами богаты яблоки, абрикосы, сливы, алы­ча, черная смородина. В среднем в них содержится 0,01... 2 % пекти­новых веществ.

Жиры

Жиры — это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. Они имеют большое значение для питания челове­ка. В организме человека жиры выполняют ряд важных функций. Жиры участвуют почти во всех жизненно важных процессах обме­на в организме и влияют на интенсивность многих физиологических реакций — синтез белка, углеводов, витамина D, гормонов, а также на рост и сопротивляемость организма к заболеваниям. Жиры предохраняют организм от охлаждения, участвуют в построении тканей. Как и углеводы, жиры служат источником энергии (возме­щая в сутки 30 % энергозатрат человека) и жирорастворимых вита­минов.

Пищевая ценность жиров и их свойства зависят от входящих в их состав жирных кислот, которых известно около 70. Жирные кис­лоты подразделяют на насыщенные (предельные), т. е. до преде­ла насыщенные водородом, и ненасыщенные (непредельные), имеющие в своем составе двойные ненасыщенные связи, поэтому они могут присоединять другие атомы.

Наиболее распространенными насыщенными жирными кисло­тами являются пальмитиновая (С₁₅Н₃₁ — СООН) и стеариновая (С₁₇Н₃₅ — СООН). Эти кислоты содержатся в основном в животных жирах (бараньем, говяжьем).

К наиболее часто встречающимся ненасыщенным жирным кислотам относят олеиновую (С₁₇Н₃₃ — СООН), линолевую (С₁₇Н₃₁ — СООН), линоленовую (С₁₇Н₂₉ — СООН) и арахидоновую (С₁₉Н₃₁ — СООН). Они содержатся преимущественно в растительных жирах, а также в свином, рыбьем жире. Биологическая ценность линолевой, линоленовой и арахидоновой жирных кислот приравнивается к витамину F, их называют полиненасыщенными жирными кислотами. В организме человека они не синтезируются и долж­ны поступать с пищевыми жирами.

Химический состав жирных кислот влияет на консистенцию жира, в состав которого они входят. В зависимости от этого жиры при комнатной температуре бывают твердыми, мазеобразными, жидкими. Чем больше в составе жиров насыщенных жирных кислот, тем выше температура их плавления, такие жиры называют тугоплавкими. Жиры, в составе которых преобладают ненасыщенные жирные кислоты, характеризуются низкой температурой плавления, их называют легкоплавкими. Температура плавления баранье­го жира 44..51 °С, свиного — 33... 46 °С, коровьего масла — 28...34 °С, подсолнечного масла— 16... 19 °С. От температуры плавления жиров зависит их усвояемость в организме.

Тугоплавкие жиры усваивают­ся организмом хуже, так как температура их плавления выше тем­пературы человеческого тела, они пригодны в пищу только после тепловой обработки в горячем виде. Легкоплавкие жиры можно ис­пользовать без тепловой обработки (сливочное и подсолнечное масла).

По происхождению различают жиры животные, получаемые из жировой ткани животных продуктов, и растительные — из семян растений и плодов.

Жиры не растворяются в воде, но растворимы в органических растворителях (керосине, бензине, эфире), что находит применение при извлечении растительного масла из семян подсолнечника.

С водой жиры могут образовывать эмульсии, т. е. распределяться в воде в виде мельчайших шариков. Это свойство жира используют в пищевой промышленности при производстве майонеза, маргарина. В процессе хранения, особенно под действием света и повышен­ной температуры, жиры окисляются (прогоркают) кислородом воз­духа, приобретая неприятный вкус и запах. Наиболее быстро про­горкают жиры, содержащие ненасыщенные жирные кислоты.

Жиры, в состав которых входят ненасыщенные жирные кислоты, при определенных условиях могут присоединять водород. Процесс присоединения водорода жирами называют гидрогенизацией. В ре­зультате жиры жидкой консистенции превращаются в твердые. Их называют саломасом и используют как основу при производстве маргарина и кулинарных жиров.

При высокой температуре в процессе жаренbя жиры дымят с об­разованием ядовитого вещества акролеина. Для жарения следует применять жиры с высокой температурой дымообразования (160... 190 °С), например, свиной топленый жир, подсолнечное масло, кулинарные жиры.

Под действием воды, высокой температуры, кислот, щелочей и ферментов жиры гидролизуются, т. е, расщепляются, с образованием жирных кислот и глицерина. Этот процесс происходит при интенсивном кипении мясных бульонов. Полученные в результа­те гидролиза жирные кислоты придают бульону мутность, сали­стый вкус и неприятный запах. В организме человека в процессе пищеварения жиры гидролизуются под действием фермента ли­пазы.

Природные жиры содержат жироподобные вещества — фосфатиды (в виде лецитина, кефалина) и стерины (в виде холе­стерина, эргостерола), а также жирорастворимые витамины (А, D и Е) и ароматические соединения, что повышает их пищевую цен­ность.

Энергетическая ценность 1 г жира составляет 9 ккал.

Жиры значительно улучшают вкус блюд, способствуют равно­мерному прогреванию продуктов при жарении. Растворяя красящие и ароматические вещества овощей при жарении и пассеровании, жиры придают блюдам цвет и аромат. Распределяясь по всей массе продукта, жиры способствуют образованию особо нежной структу­ры, что улучшает органолептические свойства и повышает общую питательную ценность пищи.

Среднесуточная физиологическая норма потребления жиров со­ставляет 83 г, из них 30 % должны составлять растительные масла — источники ненасыщенных жирных кислот и 20 % — сливочное масло — легкоусвояемое, богатое витаминами.

Жиры имеются почти во всех продуктах, но в разном количестве: в мясе их 1...49%, рыбе — 0,5...30%, молоке — 3,2%, сливочном масле — 82,5 %, подсолнечном масле — 99,9 %.

Белки

Белки — это сложные органические соединения, в состав которых входят углерод, водород, кислород, азот; могут входить также фос­фор, сера, железо и другие элементы. Это наиболее важные биоло­гические вещества живых организмов. Они являются основным материалом, из которого строятся клетки, ткани и органы человека. Белки могут служить источником энергии, покрывая 12% от всей потребности в энергии человека, и составляют основу гормонов и ферментов, способствующих основным проявлениям жизни (пище­варению, росту, размножению и т.д.).

Белки состоят из аминокислот, соединенных между собой в длинные цепочки. В настоящее время известно более 150 природ­ных аминокислот. Около 20 из них содержатся в пищевых продуктах. В организме человека белок пищи расщепляется до аминокис­лот, из которых затем синтезируются белки, свойственные челове­ку. Аминокислоты, содержащиеся в белках, по биологической ценности подразделяют на заменимые и незаменимые.

Заменимые аминокислоты (аргинин, цистин, тирозин, аланин, серин и др.) могут быть синтезированы в организме из других ами­нокислот, имеющихся в составе пищи. Незаменимые аминокислоты синтезироваться организмом не могут, и они обязательно должны поступать с пищей.

Незаменимых аминокислот восемь — метионин, триптофан, ли­зин, лейцин, фенилаланин, изолейцин, валин, треонин. Наиболее дефицитными и ценными являются метионин, триптофан и лизин, содержащиеся в животной пище.

Белки, содержащие все восемь незаменимых аминокислот, на­зываются полноценными. Они содержатся в молоке, курином яйце, мясе, рыбе и сое. Белки, в составе которых отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота, называются неполноцен­ными, они содержатся во всех продуктах.

В зависимости от состава белки условно подразделяют на две группы — простые (протеины) и сложные (протеиды).

Простые белки состоят только из аминокислот. К ним от­носят альбумины (содержатся в молоке, яйцах), глобулины (в мясе, яйце), глютенины (в пшенице).

Сложные белки состоят из простых белков и небелковой части (углеводов, фосфатидов, красящих веществ и др.). Наиболее распространенными сложными белками являются казеин молока, вителлин яйца и др.

По происхождению белки бывают животными и расти­тельными. Животные белки в основном полноценные, особенно белки молока, яиц, мяса, рыбы. Растительные белки являются не­полноценными, за исключением белков риса и сои. Сочетание белков животного и растительного происхождения повышает ценность белкового питания.

Белки обладают определенными свойствами. Нагревание, ультразвук, высокое давление, ультрафиолетовое излучение и хи­мические вещества могут вызывать денатурацию (свертывание) белков, при которой они уплотняются и теряют способность свя­зывать воду. Этим объясняется потеря влаги мясом и рыбой при тепловой обработке, что приводит к уменьшению массы готового продукта.

Белок молока — казеин — денатурирует под действием молочной кислоты при молочнокислом брожении, что положено в основу приготовления кисломолочных продуктов. Образование пены на по­верхности бульонов, жареных мясных и рыбных изделий объясня­ется также свертыванием растворимых белков (альбумина, глобу­лина).

Денатурированные белки не растворяются в воде, теряют способ­ность набухать, лучше перевариваются в организме человека.

Неполноценный белок — коллаген мяса и рыбы — нерастворим в воде, разведенных кислотах и щелочах, а при нагревании с водой образует глютин, который при охлаждении застывает, образуя сту­день. На этом свойстве основано приготовление заливных блюд и студней.

Под действием ферментов, кислот и щелочей белки гидролизуются до аминокислот с образованием ряда промежуточных про­дуктов. Этот процесс происходит при изготовлении соусов на мясных бульонах, заправленных томатом или уксусом.

Белки способны набухать, что можно заметить при изготовлении теста, а при взбивании — образовывать пену. Это свойство исполь­зуют при изготовлении пудингов, муссов, самбуков. Под действием гнилостных микробов белки подвергаются гниению с образованием аммиака (NН₃) и сероводорода (Н₂S).

Энергетическая ценность 1 г белка составляет 4 ккал.

Среднесуточная физиологическая потребность человека в белках составляет 75 г, причем белки животного происхождения как полно­ценные должны составлять 55 % суточной нормы.

Содержание белков в продуктах различно: в мясе — 11...20%, рыбе — 8...23, молоке — 2,9, яйцах—12,7, крупе — 7... 13, бобовых — до 23, хлебе — 5...8, овощах — 0,6...5%. Разнообразие продуктов в питании помогает обеспечивать организм почти всеми необходимы­ми белками. Лучшему усвоению белков пищи способствует присут­ствие овощей.

В питании человека очень важна сбалансированность основных пищевых веществ. Оптимальным в питании считается соотношение белков, жиров и углеводов для основных групп населения как 1:1,1:4.

В настоящее время ученые всего мира работают над проблемами создания синтетической пищи. Из трех основных питательных ве­ществ (белков, жиров, углеводов) синтез белка представляет особый интерес, так как необходимость изыскания дополнительных ресур­сов его получения вызвана относительным белковым голоданием на нашей планете. Эта проблема решается путем химического синтеза отдельных аминокислот и получения с помощью микробов белка для животноводства.

Поиск по сайту: