2.4 Значення в харчуванні людини окремих нутрієнтів

Поживна цінність та біологічне значення білків.

Білки або протеїни (від protos – перший) – високомолекулярні сполуки, що складаються з амінокислот. Вони використовуються в організмі на:

– побудову нових та відновлення пошкоджених клітин і тканин;

– синтез ферментів, які забезпечують утворення потрібних сполук;

– створення осмотичного тиску та утримання води в клітинах і тканинах;

– переміщення інших поживних речовин;

– утворення енергії.

Усі білки поділяють на повноцінні й неповноцінні. Це залежить від співвідношення у їхньому складі незамінних амінокислот, тобто наскільки співпадають відносні рівні окремих амінокислот у білках із їхнім вмістом в організмі людини, настільки такі білки є повноцінними. Незамінні амінокислоти – це амінокислоти, яких у достатній кількості не можуть утворити клітини людського організму, а замінні – це такі, потреба в яких може задовольнятись завдяки  їх синтезу клітинами власних тканин.

Згідно норм ВООЗ потреба дорослої людини у білках становить 1,01 г на 1 кг маси тіла, але за стресових ситуацій потреба зростає на 10%, зокрема, під час важкої праці, вагітності для побудови тіла плоду, грудному вигодовуванні. Білки не відкладаються про запас, ті які надійшли понад потребу, використовуються як джерело енергії. Якщо недостатньо надходить білків із їжею, то використовуються білки крові, печінки, м’язової та сполучної тканин.

У сухій речовині зерна бобових культур міститься 20% білків (в окремих сортах сої до 35%), злаків – 10...12%, овочах та фруктах значно менше, тому що крім білків там багато небілкових азотовмісних речовин (до 50%). За рахунок білків мусить забезпечуватись 11...13% енергетичної потреби організму, 55% білків повинні бути тваринного походження.

Здатність білків до драглеутворення використовують у технології. Наприклад, клейковина пшениці має найбільшу вологозв’язуючу здатність, а іншим білкам термічною обробкою за зниження тиску надають таких властивостей (структуровані білки сої та інших культур містяться у продуктах швидкого приготування). Існують препарати висушеної чистої клітковини, що застосовують для кращого злипання борошна під час замісу тіста. Розтікання клейковини зумовлюють домішки сірковмісних препаратів, що є зокрема, у зародку, або з’являються після дії протеолітичних ферментів, які потрапляють у зерно, ушкоджене клопом-черепашкою.

Поживна цінність та біологічне значення жирів.

Жири або ліпіди. До них належать жирні кислоти, триацилгліцерини, фосфоліпіди, стерини. Раціон людини повинен містити 90...100 г жиру, у тому числі 30...35 г рослинної олії, потреба у поліненасичених жирних кислотах – 3...10 г, фосфатидах – 5  г.

Краще відбувається засвоєння тих жирів, які мають температуру плавлення меншу, ніж +37ºС (у соняшникової олії – +21ºС.

Оптимальне співвідношення між жирними кислотами – 10% поліненасичених, 30% ненасичених, 60% насичених.

У рослинних продуктах містяться фітостерини, зокрема, бета-ситостерол, який запобігає всмоктуванню холестерину у травному каналі, а також ергостерол, який є попередником вітаміну Д. Частка бета-ситостерину у пшениці 66%, у кукурудзі 86%, а ергостеролу менше 2%.

За рівнем поліненасичених жирних кислот жири поділяють на три групи: багаті на них – рослинні олії; із середнім вмістом – свиняче сало, пташиний жир; бідні на них –  жир жуйних тварин, маргарини.

Поживна цінність та біологічне значення вуглеводів.

Вони забезпечують 50...55% потреби людини у енергії, а в деяких державах ще більше. Рекомендована норма споживання вуглеводів – 400...500 г на добу, у тому числі 350...400 г у вигляді полісахаридів. 

У складі харчових продуктів міститься кілька груп вуглеводів:

– моносахариди (глюкоза, фруктоза), які розчинні та відразу всмоктуються організмом, 

– ди- та трисахариди (сахароза, мальтоза, рафіноза), які розчинні, швидко розщеплюються ферментами та всмоктуються у кров,

– легкозасвоювані полісахариди (крохмаль, інулін), які нерозчинні у воді та поступово розщеплюються ферментами,

– важкозасвоювані полісахариди (клітковина, лігнін, пектинові речовини), які не розщеплюються ферментами травного каналу, але можуть використовуватись мікроорганізмами, і вже після цього всмоктуватись у кров.

Пентози (ксилоза, арабіноза) не засвоюються людиною, дріжджі їх не зброджують. Полімери пентоз є нерозчинними у воді, але розчиняються у водно-спиртових розчинах. Вони мають високу здатність до драглеутворення, зокрема, завдяки їм утворюється тісто з житнього борошна (у житі 2...7% слизових речовин).

Сахароза – основний цукор рослин, міститься у горосі та квасолі (4...7%), сої (4...15%), злакових (2...3%). Вона за температури понад +160ºС карамелізується, тобто утворюються полімери коричневого кольору. Це явище використовується у кондитерському виробництві, але самі продукти карамелізації не засвоюються людиною через брак ферментів для їхнього розщеплення.

Крохмаль у зерні буває у вигляді зерен різного розміру та будови. Більші зерна легше набухають, але менші швидше розщеплюються та засвоюються.

За нагрівання водного розчину крохмалю він клейстеризується (пшеничний – за +62,5ºС, житній – за +55ºС). У кислому розчині (наприклад, 7,5% соляної кислоти протягом тижня) крохмаль частково декстринується, перетворюючись на розчинну форму.

Полімери із фруктози, зокрема, інулін, є менш поширеними. Фруктозани є у житі (до 1,5%), пшениці (до 0,3%), значно більше (понад 15%) у бульбах топінамбура, коренях цикорію.

Сира клітковина містить целюлозу, лігнін, геміцелюлозу. З неї людина засвоює до 6% енергії після перетворення мікроорганізмами на органічні кислоти. Якщо харчових волокон надходить понад 40 г, порушується засвоєння поживних речовин та виникають проноси.

Геміцелюлоза – сполуки, які нерозчинні у воді, але розчинні у лугах.

Побудовані вони з гексоз (маннани, галактани), пентоз (арабани, ксилани), або суміші їхніх похідних.

Фрукти та овочі вміщують велику кількість харчових волокон, які сповільнюють всмоктування цукру, запобігають перетворенню його на жири.

Засвоєння вуглеводів із різних продуктів складає 85...98%. Споживання у великій кількості рафінованого цукру є дуже шкідливим для людини. Щоденне споживання 50...70 г цукру зумовлює утворення 40...45 г резервного жиру, тому нормою споживання на рік є не більше 6 кг цукру.

Органічні кислоти можуть виникати в результаті обміну вуглеводів, але деякі з них надходять із фруктами, ягодами та овочами – молочна, яблучна, лимонна, щавлева, винна, фітинова. Винна кислота не засвоюється, але і не шкідлива, а ось щавлева гальмує засвоєння кальцію, фітинова – також і інших мінеральних речовин.

Баластні речовини (клітковина, пектини) майже не перетравлюються в кишечнику людини, але вони зв’язують воду та токсичні сполуки, стимулюють перистальтику, сприяють нормальній роботі кишечнику та попереджають інтоксикацію.

Добова потреба кожної людини у клітковині та пектині становить 25...30 г.

Дуже багато пектинів у яблуках, буряках, цитрусових, спіруліні, а клітковини у овочах та фруктах.

Біологічне значення вітамінів.

Вітаміни (від vita – життя) – це органічні сполуки, які не утворюються взагалі або у недостатній кількості в організмі, тому людина повинна отримувати їх із їжею. Після перетворення у активні форми вітаміни стають частиною ферментів. Наслідком недостатнього надходження вітамінів із їжею є гіповітамінози, а надлишку – гіпервітамінози. В рослинах міститься багато речовин, які здатні є попередниками вітамінів, тому ці сполуки мають назву провітаміни, наприклад, каротини є попередниками ретинолу, ергостерини – кальциферолу.

Розрізняють групи жиророзчинних (А, Е, Д, К) і водорозчинних (С та група В) вітамінів.

Причини гіповітамінозів (за В.Б.Спіричевим):

1. Недостатнє надходження з їжею: малий уміст у раціоні, втрати під час переробки або зберігання продуктів, відмова від різноманітного харчування (особливості національної кухні, релігійні заборони тощо), голодування, наявність антивітамінів.

2. Пригнічення кишкової мікрофлори: захворювання травного каналу, вживання антимікробних препаратів.

3. Порушення засвоєння: порушення всмоктування під час захворювань органів травної системи, споживання вітамінів хвороботворними мікробами та паразитами, порушення обміну вітамінів унаслідок захворювання чи використання ліків.

4. Підвищена потреба: особливі фізіологічні стани (ріст, вагітність, лактація), особливі кліматичні умови, значні фізичні або емоційні навантаження, шкідливі умови праці, одужання після захворювань.

5. Спадкові порушення обміну речовин: утрата здатності засвоювати вітаміни або їхніх попередників, втрата здатності перетворювати вітаміни у активні форми, втрата здатності використовувати вітаміни.

Потреба у вітамінах залежить від багатьох факторів. Головні з них – це стать, вік, характер праці і фізичні навантаження, емоційний стан, загальний стан організму. Значна кількість харчових продуктів містить добавки вітамінів або вітаміновмісних препаратів різного походження.

Біологічне значення мінеральних речовин.

Мінеральні речовини (від minera – руда). Із 106 елементів періодичної системи Д.І.Менделєєва в організмі людини виявлено 86. Серед двадцяти п’яти необхідних для нормальної життєдіяльності елементів – вісімнадцять із них вважаються абсолютно необхідними, а сім – корисними. Професор В.Р.Вільямс назвав їх "металами" життя.

Мінеральні речовини поділяють на макроелементи (кальцій, фосфор, магній, калій, натрій, залізо, сірка), мікроелементи (цинк, кобальт, марганець, йод, фтор, бром, нікель, алюміній), ультрамікроелементи (торій, золото, срібло). Оптимальне співвідношення у раціоні кальцій:фосфор=1:1,5, кальцій:магній=1:0,5.

Біологічне значення окремих компонентів рослин

Шкідливі речовини у рослинницькій продукції можуть бути або природними компонентами рослин або результатом антропогенного забруднення. Серед природних компонентів у складі рослин зустрічаються:

– антиаліментарні речовини, які не мають загальної токсичності, проте вибірково зменшують засвоєння окремих поживних речовин,

– токсичні речовини, які негативно позначаються на фізіологічних процесах тих людей, які їх спожили.

Біологічне значення ферментів, їхніх інгібіторів, антивітамінів

Зерно містить ферменти, наявність та активність деяких із них може позначатись на якості одержаної продукції. Наприклад, це ферменти класу оксидаз (тирозиназа, аскорбатоксидаза, пероксидаза, ліпоксигеназа), гідролаз (естерази, тіоглікозидази, фосфатази, протеази, карбогідрази, амідази), ліази (декарбоксилази).

Тирозиназа спричиняє окиснення амінокислоти тирозину у меланіни, які надають темного кольору продуктам, наприклад, житньому борошну.

Аскорбатоксидаза овочів, ягід та фруктів перетворює аскорбінову кислоту на дегідроаскорбінову, яка значно легше руйнується киснем повітря у лужному середовищі. Найбільше цього ферменту у огірках (80 мг/год×г), кабачках (57 мг/год×г), капусті (18 мг/год×г), крім кольрабі, відсутній він у динях, цибулі. Активація ферменту відбувається за нарізання продуктів.

Пероксидаза за участю перекису водню викликає окислення сполук із ненасиченими зв’язками (терпенів, каротиноїдів, ненасичених жирних кислот).

Ліпоксигеназа зумовлює окислення киснем повітря ненасичених жирних кислот, зокрема, лінолеву та ліноленову, з утворенням гідроперекисних сполук. Ці сполуки надають гіркого присмаку та руйнують каротиноїди та флавоноїди, що позбавляє природного забарвлення продуктів.

Естерази розщеплюють складні ефіри спиртів та жирних кислот, зокрема, триацилгліцеролів. Під час зберігання ці ферменти спричиняють вивільнення жирних кислот, що збільшує кислотність та надає продуктам гіркого присмаку.

Тіоглікозидаза руйнує глюкозид синигрин із насіння чорної гірчиці, внаслідок чого вивільнюється сполуки алілового спирту, що мають подразнюючий ефект.

Фітаза відщеплює залишок фосфорної кислоти від фітину, що забезпечує засвоєння інозиту та кальцію й магнію. Фітаза злаків активна за рН=5...5,5 та температурі не вищій за +70ºС.

Рослинні протеази використовують для попереднього розщеплення білків, зокрема, папаїн із соку динного дерева.

Рослинні карбогідрази –  мальтаза, сахараза, амілаза. Амілаза особливо активно розщеплює крохмаль, що пройшов термічну обробку, з утворенням мальтози. Амілази рослин зберігають активність у середовищі з рН=5..6, але у випадку самонагрівання зерна (понад +50ºС) втрачають активність. Якщо з такого зерна одержати борошно, то тісто з нього буде гіршим.

Уреаза, якої найбільше у сої, розщеплює сечовину до аміаку та вуглекислого газу, це залужує середовище та подразнює слизові оболонки травного каналу. Соєвий шрот містить уреазу 0,1...0,2 одиниці (зміна рН відбувається за 30 хв.).

Декарбоксилази відщеплюють вуглекислий газ від органічних кислот та амінокислот, в результаті чого утворюються альдегіди та аміни, які мають виразну подразнюючу дію на травну систему.

У рослинах зустрічаються речовини, які здатні гальмувати активність окремих травних ферментів – протеолітичних (пепсину, трипсину, хімотрипсину, еластази) та амілолітичних (альфа-амілази).

Інгібітори протеаз, оскільки переважно їхня дія проявляється на активності трипсину, так і називаються – інгібітори трипсину, поділяють на два типи:

1) аргініновий тип – речовини пшениці, кукурудзи, жита, ячменю, картоплі, інгібітор Кунітца у сої (до 1,4% маси бобів), які гальмують трипсин,

2) лізиновий тип – овомукоїди яєць індички, качки, молозива, інгібітор Баумана-Бірка у сої (до 0,6% маси бобів), які гальмують трипсин та хімотрипсин.

Інгібітори інактивуються під час кип’ятіння протягом 3 годин або за 20 хв в автоклаві за +115ºС.

Індолілоцтова кислота та ацетилпіридин – у зерні кукурудзи, зменшують перетворення триптофану на вітамін В5.

Рутиновмісні продукти (містять ортодифеноли, флавоноїди) руйнують вітамін В1.

Лінатин із насіння льону гальмує активність В6-залежних ферментів, також подібні до нього речовини є в їстівних грибах.

Надлишок лейцину у сорго зумовлює зменшення засвоєння вітаміну РР.

Щавлева кислота ревеню (8 г/кг), щавлю (5 г/кг), шпинату (10 г/кг), портулаку (13 г/кг), столового буряка (2,7 г/кг), картоплі зв’язує кальцій, тим самим порушує його всмоктування із травного каналу.

Фітин або інозитолфосфорна кислота міститься у оболонках зерна злаків та бобових, тому залишається у висівках до 4 г/кг. Вона зменшує засвоєння кальцію, магнію, марганцю, заліза, цинку, міді.

Сірковмісні речовини (глікозинолати) переважно знаходяться у капусті, гірчиці, ріпаку, редисі, сім’яній шкірці арахісу. За значного надходження вони погіршують засвоєння йоду, тому їх ще називають зобогенними. 

В результаті дії ферментів естераз у травному каналі із глікозинолатів виникають ізотіоціанати (ефірні гірчичні олії), тіоціанати, нітрили.

Біогенних амінів багато міститься у томатах, бананах, апельсинах, ананасах, надмірне споживання цих сполук зумовлює ознаки алергії.

Біологічне значення фітонцидів.

Фітонциди – це речовини, які утворюються рослинами, гальмують ріст та розвиток мікроорганізмів. Їх виявляють у гірчиці, хроні, цибулі, часнику, інших ефіроолійних рослинах.

Біологічне значення пігментів.

Пігменти рослин поділяються на три групи:

1) жиророзчинні – хлорофіли та каротиноїди;

2) нерозчинні у жирі – флавони, флавоноїди, антоціани;

3) такі, що виникають в результаті взаємодії безбарвних речовин – меланіни.

Хлорофіли надають зеленого кольору (вид А – синьо-зелений, вид В – жовто-зелений, їхнє співвідношення 3:1). Каротиноїди надають жовтого та оранжевого кольорів. Каротини (альфа, бета, гамма) є попередниками ретинолу. Ксантофіл та кріптоксантин є у жовтій кукурудзі та гречці.

Флавоноїди містять фенольні групи, надають жовтого кольору. Зустрічаються сильно окисленні форми – флавони, та менш окислені – антоціани, які розчиняються у воді.

Антоціани – пігменти червоного, синього та фіолетового кольору, які розчинені у клітинному соку.

До пігментів належать такі речовини, як керационін (вишня), бетанін (буряк), лікопін (томати), флобафен (яблука, картопля), капсантин (червоний перець), флавони (мандарин, апельсин, ріпа, бруква).

Біологічне значення лектинів.

Лектини або фітогемаглютініни – це глікопротеїни зерна й трави бобових рослин та проростків, які посилюють проникненність стінок кишечнику, а коли потрапляють до крові, то зумовлюють аглютинацію еритроцитів. За нагрівання вони втрачають свій шкідливий вплив. Найбільшу токсичність виявили у рицину з насіння рицини.

Біологічне значення дубильних речовин.

Дубильні речовини – безазотисті органічні сполуки, які зумовлюють осадження та денатурацію білків. Танін в айві, груші, хурмі, чаї.

Біологічне значення фітотоксинів.

Ціаногенні глюкозиди та амінокислоти. Амигдалін – знаходиться у кісточках мигдалю, вишні, абрикосу, сливи, яблука, бульбах касави та маніоки, лінамарин –  у насінні льону та бобах білої квасолі, дхурін – у зерні сорго, а у бобах віки є амінокислота бета-ціано-аланін та глюкозид віцин, яка може стати джерелом синильної кислоти. Ця токсична сполука у кількості 50 мг викликає загибель людини, тому що гальмує окислювальне фосфорилювання у мітохондріях клітин, припиняючи клітинне дихання.

Глікоалкалоїди – інгібітори ферменту холінестерази, містяться у томатах та баклажанах. Але найчастіше отруєння зумовлюють соланін та чаконін, що містяться у позеленілій картоплі. Вони руйнуються в процесі термообробки. В результаті отруєння спостерігається збудження нервової системи, погіршення роботи серцево-судинної системи, виникають проноси.

Нітрильні сполуки – бета-оксаліламіно-аланін віки, сочевиці та чини зумовлюють появу захворювання латиризм, що пов’язане з демієлінізацією нервових волокон.

Зобогенні речовини – тіоціанати, ізотіоціанати та нітрили – це речовини, які погіршують засвоєння йоду людиною, викликаючи ознаки дефіциту йоду, за якого спостерігається розростання щитоподібної залози (утворення зобу). Такі речовини містяться у овочах – капусті, турнепсі, ріпаку, гірчиці, саме вони надають гіркоту листям та насінню цих рослин.

Активно діючі речовини лікарських та отруйних рослин можуть потрапляти до рослинницької продукції і викликати отруєння людей. Це буває у тих випадках, коли посіви культурних рослин бувають поряд із лікарськими та отруйними, що є бур’янами. Стандарти на зерно регламентують максимальний рівень домішки шкідливих рослин до продовольчого зерна.

Agrostemma githago або кукіль містить сапоніни – гітагін та агростемову кислоту, які викликають місцеве подразнення слизових оболонок, а після всмоктування у кров – руйнування еритроцитів.

Coronilla varia або в'язіль містить коронілін, який токсично впливає на серце та посилює моторику травного каналу.

Centaurea picris або гірчак повзучий містить глікозиди, які зумовлюють судоми та проноси.

Heliotropium dasycarpum або геліотроп містить алкалоїди – геліотрін та інші, що викликають блювоту, проноси, біль, а потім черевну водянку та збільшення печінки.

Lolium temulentum або плевели п’янкі містить алкалоїд темулін, що ушкоджує головний та спинний мозок.

Ricinus communis або рицина містить алкалоїд рицинін, токсальбумін рицин, які зумовлюють подразнення слизової оболонки травного каналу, проноси, судоми, зниження тиску крові.

Sophora alopecuroides та S.pachycarpa або софора лисохвоста та софора товстоплідна (гірчак) містять алкалоїд пахікарпін, що знижує провідність гангліїв, тому виникає блювота, атонія кишечнику, судоми, сповільнення серцебиття.

Thermopsis lancoelata або термопсис ланцетний (мишатник) чи п’яна трава містить алкалоїди цитизин та анагарин, які збуджують дихальний центр.

Trichodesma incanum або тріходесма сива містить алкалоїди тріходесмін та інші, які зумовлюють зниження артеріального тиску, судоми, ушкодження головного мозку та червоного кісткового мозку, блювоту.