Гигиена питания

Углеводы являются основными энергонесущими макронутриентами в питании человека, обеспечивая поступление более половины общей энергетической ценности рациона. Углеводы способны при метаболизации образовывать макроэргические соединения, причем как в аэробных, так и анаэробных условиях. В результате метаболизации 1 г углеводов организм получает энергию, эквивалентную 4 ккал. Обмен углеводов тесно связан с обменом жиров и белков, что обеспечивает их взаимные превращения. При умеренном недостатке углеводов в питании депонированные жиры, а при глубоком дефиците (<50 г в сутки) - и аминокислоты (как свободные, так и из состава мышечных белков) вовлекаются в процесс глюконеогенеза, приводящий к получению необходимой организму энергии. В обратной ситуации происходит активация липонеогенеза, и из лишних углеводов синтезируются жирные кислоты, откладывающиеся в депо.

Наряду с основной энергетической функцией углеводы участвуют и в пластическом обмене. Глюкоза и ее метаболиты (сиаловые кислоты, аминосахара) являются составными частями гликопротеинов, к которым относятся большинство белковых соединений крови (трансферрин, иммуноглобулины), ряд гормонов, ферментов, факторов свертывания крови. Гликопротеины, а также гликолипиды участвуют вместе с белками и липидами в структурной и функциональной организации биомембран и играют при этом ведущую роль в процессах клеточной рецепции гормонов и других биологически активных соединений и межклеточном взаимодействии, имеющем существенное значение для нормального клеточного роста, дифференцировки и иммунитета. Углеводы пищи также являются предшественниками гликогена и триглицеридов; они служат источником углеродного основания заменимых аминокислот, участвуют в построении коферментов, нуклеиновых кислот, аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и других биологически важных соединений. Углеводы оказывают антикетогенное действие, стимулируя трансформацию ацетил-коэнзима А, образующегося при окислении жирных кислот.

Углеводы - полиатомные альдегидо- и кетоспирты. Они образуются в растениях в результате фотосинтеза и поступают в организм главным образом с растительными продуктами. Однако все большее значение в питании приобретают добавленные углеводы, которые чаще всего представлены сахарозой (или смесями других сахаров), получаемой промышленным способом и вводимой затем в пищевые рецептуры.

Все углеводы делятся по степени полимеризации на простые и сложные. К простым углеводам относятся так называемые сахара - моносахариды: гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза), пентозы (ксилоза, рибоза, дезоксирибоза) и дисахариды (лактоза, мальтоза, галактоза, сахароза).

К сложным углеводам относятся олигосахариды, состоящие из нескольких (3-9) остатков моносахаридов (рафиноза, стахиоза, олигофруктоза), и полисахариды. Полисахариды - высокомолекулярные полимерные соединения, образованные из большого числа мономеров, в качестве которых выступают остатки моносахаридов. Полисахариды делятся на крахмальные и некрахмальные, которые, в свою очередь, могут быть растворимыми и нерастворимыми.

Моно- и дисахариды обладают сладким вкусом и называются поэтому сахарами. Полисахариды сладким вкусом не обладают.

Степень сладости различных сахаров неодинакова. Если сладость сахарозы принять за 100%, то сладость других сахаров составит:

Природными источниками простых углеводов являются фрукты, ягоды, овощи, плоды, в некоторых из них содержание сахаров достигает 4-17% (табл. 2-17).

Глюкоза (альдегидоспирт) является основным структурным мономером всех важнейших полисахаридов: крахмала, гликогена, целлюлозы. Она поступает с питанием изолировано в составе ягод, фруктов, плодов и овощей, а также в качестве компонента наиболее распространенных дисахаридов: сахарозы, мальтозы, лактозы. Глюкоза быстро и практически в полном объеме усваивается в желудочно-кишечном тракте, поступает в кровь и разносится ко всем органам и тканям для окисления, сопряженного с образованием энергии. Уровень глюкозы в крови, наряду с уровнем ряда аминокислот, является сигналом для соответствующих структур головного мозга, моделирующих аппетит и пищевое поведение человека.

Глюкоза служит непосредственным источником гликогена, который является запасным полисахаридом, накапливающимся (правда, в незначительных количествах) в печени и мышцах. Гликоген, поступающий с животными продуктами, не имеет пищевого значения из-за незначительного его содержания. Избыток глюкозы также быстро превращается в депонирующиеся триглицериды.

Фруктоза, в отличие от глюкозы, является кетоспиртом и обладает немного другой динамикой распределения и метаболизации в организме. Она почти в два раза медленнее всасывается в кишечнике и в большей степени задерживается в печени. Фруктоза переходит в глюкозу в клеточных обменных процессах, но увеличение концентрации глюкозы в крови происходит при этом плавно и постепенно, меньше напрягая инсулярный аппарат. В то же время фруктоза по более короткому метаболическому пути, по сравнению с глюкозой, вовлекается в процессы липонеогенеза и способствует отложению жира в депо. Этим объясняется ряд новых фактов, полученных при изучении динамики массы тела у людей, регулярно употребляющих продукты, обогащенные пищевыми компонентами, содержащими фруктозу (мальтодекстриновые кукурузные сиропы): отмечено более интенсивное нарастание массы тела по сравнению с людьми, употребляющими эквивалентное количество сахарозы, при одинаковых энергозатратах. Показано также, что чрезмерное поступление фруктозы приводит к увеличению концентрации в крови С-пептида, характеризующего степень инсулинорезистентности при развитии сахарного диабета 2-го типа.

Фруктоза содержится в пищевых продуктах как в свободном виде (в меде и фруктах), так и в виде фруктозного полисахарида инулина в составе топинамбура (земляной груши), цикория и артишоков.

Фруктоза, так же как и галактоза, участвует в построении некоторых видов гемицеллюлоз. Галактоза поступает в организм в составе молочного сахара (лактозы). В свободном виде она может находиться в некоторых ферментированных молочных продуктах, таких как йогурты. Галактоза превращается в печени в глюкозу. При наследственном дефекте ферментной системы, участвующей в этом превращении, развивается тяжелое заболевание - галактоземия, требующая исключения из рациона всех молочных продуктов и некоторых источников гемицеллюлоз.

Основным промышленно производимым дисахаридом является сахароза, или столовый сахар. Сырьем для его производства служат сахарная свекла (14-25% сахара) и сахарный тростник (10-15% сахара). Натуральными источниками сахарозы в питании являются дыни, арбузы, некоторые овощи, ягоды и фрукты. Сахароза легко усваивается и быстро распадается на глюкозу и фруктозу, которые затем вовлекаются в присущие им обменные процессы.

Именно использование сахарозы в качестве существенного компонента многих продуктов (кондитерских изделий, конфет, джемов, десертов, мороженого, прохладительных напитков) привело в настоящее время к увеличению доли моно- и дисахаридов в общем объеме поступающих углеводов до 50% и выше в развитых странах. Эта ситуация определяет крайне избыточное поступление простых углеводов и в абсолютных количествах, и относительно нормального углеводного баланса пищи: поступающие с пищей моно- и дисахара не должны превышать 20% всех углеводов. В результате на фоне снижающихся энергозатрат увеличивается алиментарная нагрузка на инсулярный аппарат, повышается уровень инсулина в крови, интенсифицируется отложение жира в депо, нарушается липидный профиль крови. Все это способствует увеличению риска развития сахарного диабета, ожирения, атеросклероза и многочисленных заболеваний, базирующихся на перечисленных патологических состояниях.

Лактоза является основным углеводом молока и молочных продуктов (состоит из молекул галактозы и глюкозы) и имеет большое значение в качестве источника углеводов в питании детей. У взрослых его доля в углеводном составе рациона значительно снижается за счет широкого использования других источников. К тому же у взрослых, а иногда и начиная с детского возраста снижена активность фермента лактазы, расщепляющей молочный сахар. С этим связаны последствия непереносимости цельного молока и продуктов, его содержащих, выражающиеся в диспепсических расстройствах. Использование в питании кисломолочных продуктов (кефира, йогурта, сметаны), а также творога и сыра, как правило, не вызывает подобной клинической картины. У европейского населения непереносимость молока отмечается у 30-35% взрослого населения, в то время как у жителей африканского континента - более чем у 75%.

Одним из представителей дисахаридов является лактулоза, образующаяся из лактозы в процессе тепловой обработки молока, например при выработке топленого и стерилизованного молока.

Мальтоза (солодовый сахар) в свободном виде встречается в меде, солоде, пиве, патоке и продуктах, изготавливаемых с добавлением патоки (кондитерских и хлебобулочных изделиях). В организме мальтоза образуется в качестве промежуточного продукта расщепления в желудочно-кишечном тракте полисахаридов. Затем мальтоза диссимилирует до глюкозы, из двух молекул которой она и состоит.

В некоторых фруктах (яблоках, грушах, персиках) и ряде овощей встречается также спиртовая форма сахаров (многоатомные спирты) - сорбит, являющийся восстановленной формой глюкозы. Сорбит способен поддерживать уровень глюкозы в крови, не вызывая чувства голода и не напрягая инсулярный аппарат. Сорбит и другие многоатомные спирты, такие как ксилит, маннит или их смеси, обладают сладким вкусом (30-40% сладости глюкозы) и используются для производства широкого ассортимента кондитерских пищевых продуктов, в первую очередь, для питания больных сахарным диабетом, а также жевательной резинки. К недостаткам многоатомных спиртов относится их влияние на кишечник, выражающееся в послабляющем эффекте и повышенном метеоризме.

Олигосахариды, к которым относятся рафиноза, стахиоза, вербаскоза, в основном содержатся в бобовых и продуктах их технологической переработки, например, в соевой муке, а также в незначительных количествах во многих овощах. Фруктоолигосахариды встречаются в зерновых (пшенице, ржи), овощах (луке, чесноке, артишоках, спарже, ревене, цикории), а также в бананах и меде. К группе олигосахаридов также относятся мальтодекстрины, являющиеся основными компонентами промышленно производимых сиропов и паток.

Олигосахариды практически не расщепляются в тонкой кишке человека из-за отсутствия соответствующих ферментов. По этой причине они обладают свойствами неперевариваемых полисахаридов. Для некоторых олигосахаридов показана существенная роль в жизнедеятельности нормальной микрофлоры толстой кишки, что позволяет отнести их к пребиотикам - веществам, частично ферментирующимся некоторыми кишечными микроорганизмами и обеспечивающими поддержание нормального микробиоценоза кишечника.

Основным усвояемым пищевым полисахаридом является крахмал. Крахмал - пищевая основа зерновых, бобовых и картофеля. Он представляет собой сложный полимер (в качестве мономера в котором находится глюкоза), состоящий из двух фракций: амилозы - линейного полимера (200-2000 мономеров) и амилопектина - разветвленного полимера (10 000-1 000 000 мономеров). Именно соотношение этих двух фракций в различных сырьевых источниках крахмала и будет определять его различные физико-химические и технологические характеристики, в частности растворимость в воде при разной температуре (табл. 2-18).

Для облегчения усвоения крахмала организмом продукт, его содержащий, должен быть подвергнут тепловой обработке. В результате образуется крахмальный клейстер в явной форме, например кисель, или в скрытом виде в составе пищевой композиции (каши, хлеб, макароны, блюда из бобовых). Крахмальные полисахариды, поступившие с пищей в организм, подвергаются последовательной, начиная с ротовой полости, ферментации до мальтодекстринов, мальтозы и глюкозы с последующим практически полным усвоением. Крахмал диссимилируется организмом достаточно длительный период и, в отличие от моно- и дисахаридов, не обеспечивает столь быстрое и выраженное повышение уровня глюкозы в крови. Очень важно в то же время, что основные пищевые источники крахмальных полисахаридов (хлеб, крупы, макароны, бобовые, картофель) поставляют в организм также значительные количества аминокислот, витаминов и минеральных веществ и минимум жира. В то же время сахар не только не содержит незаменимых нутриентов, но и требует для метаболизации в организме затрат дефицитных витаминов и других микронутриентов. Большинство сладких кондитерских изделий одновременно являются и источниками скрытого жира (торты, пирожные, вафли, печенье сдобное, шоколад).

В процессе тепловой обработки (выпечки, отваривания) и при охлаждении может образовываться так называемый резистентный (устойчивый к перевариванию) крахмал, количество которого зависит как от степени тепловой нагрузки, так от содержания в крахмале амилозы. Устойчивые к перевариванию крахмалы содержатся и в натуральных продуктах - максимальное их количество найдено в бобовых и картофеле. Они вместе с олигосахаридами и некрахмальными полисахаридами составляют углеводную группу ПВ.

В последние годы увеличился объем используемых в пищевой промышленности так называемых модифицированных крахмалов. Они отличаются от природных форм хорошей растворимостью в воде (независимо от температуры). Это достигается их предварительной производственной ферментацией с образованием в конечной композиции различных декстринов. Модифицированные крахмалы используются в виде пищевых добавок для достижения ряда технологических целей: придания продукту заданного внешнего вида и стабильной формы, достижения необходимой вязкости и однородности.

Вторым перевариваемым полисахаридом является гликоген. Его пищевое значение невелико: с рационом поступает не более 10-15 г гликогена в составе печени, мяса и рыбы. При созревании мяса гликоген превращается в молочную кислоту.

У человека излишки глюкозы в первую очередь (до метаболической трансформации в жир) превращаются именно в гликоген - единственный резервный углевод животных тканей. В организме человека общее содержание гликогена составляет около 500 г (1/3 - в печени, остальное количество - в мышцах). Это количество - суточный запас углеводов, используемый при их глубоком дефиците в питании. Длительный дефицит гликогена в печени ведет к дисфункции гепатоцитов и жировой инфильтрации печени.

Величина потребности в углеводах для человека определяется их ведущей ролью в обеспечении организма энергией и нежелательностью синтеза глюкозы из жиров (а тем более из белков) и находится в прямой зависимости от энергозатрат. Учитывая возможные индивидуальные особенности обмена веществ и уровень поступления жира, оптимальный уровень углеводов в питании находится в интервале 55-65% энергоценности рациона, т.е. в среднем составляет 150 г на 1000 ккал рациона. Для человека со средним уровнем энергозатрат это соответствует примерно 300-400 г углеводов в сутки.

Потребность человека с энергозатратами 2800 ккал в углеводах и их оптимальная групповая сбалансированность могут быть в основном обеспечены ежедневным потреблением:

и еженедельным потреблением:

Оценку адекватности обеспечения реальной потребности в углеводах взрослого человека необходимо проводить с использованием индикаторных параметров пищевого статуса: BMI и уровня гликозилированного гемоглобина А1с, повышение концентрации которого свидетельствует о длительном чрезмерном употреблении сахаров, в том числе и у здорового человека.

С позиций оценки возможного влияния углеводного компонента рациона на параметры пищевого статуса, характеризующие углеводный обмен, целесообразно использовать данные о так называемом гликемическом индексе. Гликемический индекс - процентный показатель, отражающий разницу в изменении концентрации глюкозы в сыворотке крови в течение 2 ч после употребления какого-либо продукта по сравнению с аналогичным результатом после употребления тест-продукта. В качестве тест-продукта обычно используются глюкоза (50 г) или пшеничный хлеб (порция, содержащая 50 г крахмала).

Гликемический индекс продуктов (табл. 2-19) зависит от многих пищевых факторов:

Сложные углеводы могут иметь гликемический индекс, приближающийся к уровню простых углеводов и даже превосходящий его для некоторых моно- и дисахаров. Уровень гликемии после употребления крахмалсодержащих продуктов будет зависеть в том числе от соотношения в крахмале амилозы и амилопектина: скорость переваривания и усвоения амилопектина выше аналогичных показателей амилозы.

Информация о величине гликемического индекса продукта имеет значение не только для больных сахарным диабетом, но и полезна любому потребителю с позиций профилактики чрезмерной алиментарной гликемии. Данную информацию целесообразно выносить на этикетку продуктов, содержащих углеводы.

Некрахмальные полисахариды - широко распространенные вещества растительной природы. В их химический состав входят смеси различных полисахаридов, содержащие пентозы (ксилозу и арабинозу) и гексозы (рамнозу, маннозу, глюкозу, галактозу) и уроновые кислоты. Некоторые из них содержатся в клеточных оболочках, играя структурную роль, другие находятся в форме камедей и слизей внутри и на поверхности растительных клеток. Согласно классификации, некрахмальные полисахариды делятся на 4 группы:

Некрахмальные полисахариды не перевариваются в тонкой кишке человека в связи с отсутствием соответствующих ферментных систем, и по этой причине ранее они назывались балластными веществами, их признавали лишними компонентами пищи, удаление которых в процессе технологической переработки продовольственного сырья считалось вполне допустимым. Это ошибочное мнение, наряду с другими чисто технологическими причинами, способствовало появлению широкого ассортимента рафинированных (очищенных от некрахмальных полисахаридов) пищевых продуктов, имеющих значительно более низкие показатели пищевой ценности. В настоящее время не вызывает сомнений, что некрахмальные полисахариды играют значительную роль в жизнеобеспечении организма как на функциональном, так и на метаболическом уровнях, что позволяет отнести их к группе незаменимых факторов питания человека.

У животных встречается в виде единственного исключения только одна группа неперевариваемых углеводных полимеров, состоящих из ацетилированного гликозамина, - хитин и хитозан, пищевым источником которых являются панцири крабов и лобстеров (может использоваться в качестве пищевого обогатителя).

Аналогичными свойствами обладает также лигнин - водонерастворимое соединение неуглеводной (полифенольной) природы, входящее в состав клеточных оболочек многих растений и семян.

Все перечисленные выше некрахмальные полисахариды, лигнин и хитин в совокупности с олигосахаридами и неперевариваемым крахмалом в настоящее время объединены в одну общую группу пищевых веществ, получивших наименование «пищевые волокна» (ПВ). Таким образом, ПВ - съедобные компоненты пищи, главным образом растительной природы, устойчивые к перевариванию и усвоению в тонкой кишке, но подвергающиеся полной или частичной ферментации в толстой кишке.

Хорошими источниками ПВ в питании являются бобовые, зерновые, орехи, а также фрукты, овощи и ягоды (табл. 2-20). Чем выше степень очистки (рафинирования) продовольственного сырья при технологической переработке, тем меньше ПВ (а также и многих микронутриентов) остается в конечном продукте. Этот факт наглядно иллюстрируется на примере продуктов переработки зерна: в пшенице содержится 2,5 г ПВ (на 100 г), а в пшеничной муке обойной - 1,9; II сорта - 0,6; I сорта - 0,2; высшего сорта - 0,1; в хлебе (в зависимости от сорта муки) - от 0,1 до 1,7; в овсе содержится 10,7 г ПВ, в овсяной крупе - 2,8, а в овсяных хлопьях - 1,3.

Содержание ПВ в различных пищевых продуктах обычно иллюстрирует сумму всех неперевариваемых компонентов, и для взрослого здорового человека необходимости в дифференцировании составных компонентов ПВ нет.

При этом в диетологической практике принято делить все ПВ на растворимые и нерастворимые. К растворимым ПВ относятся β-глюканы, камеди, слизи, олигосахариды, неперевариваемые крахмалы, некоторые пектины и гемицеллюлозы. К нерастворимым ПВ относятся лигнин, целлюлоза, некоторые пектины и гемицеллюлозы. Не беря во внимание физико-химические основания для такого деления, необходимо отметить, что способность к дисперсии в водной среде, связанной с так называемой растворимостью, придает ПВ определенный физиологический смысл: позволяет создавать объемные структурные массы в кишечнике и подвергаться ферментированию со стороны микроорганизмов толстой кишки. В то же время при отсутствии в пище нерастворимых и неферментируемых ПВ на отрезке сигмовидной и прямой кишки объем стула резко уменьшается в результате активной ферментации растворимых ПВ.

Основные физиологические эффекты ПВ связаны с обеспечением нормальной моторики кишечника, поддержанием нормального микробиоценоза кишечника и сорбционными свойствами. Поддержание нормальной моторики кишечника обеспечивает оптимальные эвакуаторные свойства желудочно-кишечного тракта, его секреторные (ферментативные, желчевыделительные, гормональные) функции, снижение возможности аутоинтоксикации.

В результате частичной или полной ферментации ПВ нормальной микрофлорой толстой кишки образуются короткоцепочечные жирные кислоты (уксусная, пропионовая, масляная) и газы (углекислый, водород, метан). Все эти продукты ферментации используются как для поддержания жизнедеятельности микрофлоры кишечника, так и участвуют в обмене клеток слизистой оболочки толстой кишки. Жирные кислоты с короткой углеводной цепочкой усваиваются клетками слизистой оболочки и метаболизируются с выделением необходимой энергии (до 2 ккал из 1 г ПВ). Масляная кислота активно используется клетками слизистой оболочки толстой кишки и, по некоторым данным, играет важную роль в защите эпителия толстой кишки от различных патологических процессов, в том числе и неопластических.

Нормирование ПВ проводится в отношении всей группы входящих в них соединений. Для взрослого здорового человека оптимальным ежедневным количеством ПВ считается 11-14 г на 1000 ккал рациона, что составляет не менее 20 г в сутки. Это количество в полном объеме может поступить в организм с тем же продуктовым набором, который обеспечивает потребность в углеводах в целом.