Классификация углеводов
По пищевой ценности углеводы делятся на:
– Усвояемые (такие углеводы перевариваются и метаболизируются в организме человека, например, глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, мальтоза, крахмал, декстрины, гликоген);
– Неусвояемые (такие углеводы не расщепляются ферментами, секретируемые в пищеварительном тракте человека, например, рафинизированные олигосахариды, целлюлоза, пектины, слизи и камеди).
Усвояемые углеводы
Альдозы (глюкоза, галактоза, ксилоза) и кетозы (фруктоза) являются углеводами с наибольшей пищевой ценностью.
Из кишечника углеводы всасываются в кровь только в виде глюкозы и фруктозы. Глюкозу в основном используют нервные клетки, мозговое вещество почек, эритроциты. Запасается глюкоза в виде гликогена печени (100 г) и мышц (250 г). Постоянный уровень концентрации глюкозы в крови поддерживается с помощью гормонов поджелудочной железы – инсулина и глюкагона.
Фруктоза – очень сладкий углеводород. Фруктоза усваивается без инсулина и используется диабетиками.
Источники глюкозы и фруктозы: мёд, сладкие овощи и фрукты. В семечках преобладает фруктоза, в косточках – глюкоза. В ягодах глюкозы и фруктозы приблизительно одинаково.
Высокая сладость фруктозы позволяет использовать ее в меньшем количестве по сравнению с глюкозой или сахаразой. Кроме того, она не вызывает гипергликемию (высокий уровень глюкозы в крови).
Сахароза – пищевой дисахарид (рафинированный продукт). В кишечнике она распадается на глюкозу и фруктозу, при этом в крови повышается содержание глюкозы, что требует от поджелудочной железы напряженной работы. В суточном рационе питания доля сахара от общего количества углеводов должна составлять 15÷20 % (≈25).
Лактоза – углевод в составе грудного молока, в молоке ее содержание 4,8÷5,2 %, в сливках – 3,7 %, сметане и кефире – 3,1÷3,6 %. При отсутствии или наличии низкого уровня фермента лактазы, участвующий в расщеплении лактозы до глюкозы и галактозы, наступает непереносимость молока.
Олигосахариды медленнее подвергаются действию пищеварительных ферментов. Они поступают в толстый кишечник, где используются в качестве питательного субстрата представителей естественной микрофлоры кишечника и бифидобактериями. Это способствует восстановлению нормального микробного соотношения и щелочно-кислотного баланса в кишечнике.
Полисахариды (крахмал) постепенно распадаются в пищеварительном тракте, начиная со рта. Например, из-за того, что процесс гидролиза крахмала в кишечнике происходит постепенно, прием его с пищей не вызывает такого резкого подъема сахара в крови. Крахмал уменьшает содержание холестерина в печени и сыворотке крови, способствует синтезу рибофлавина кишечными бактериями, который, входя в состав ферментов, способствует превращению холестерина в желчные кислоты и выведению его из организма, что имеет большое значение для предотвращения атеросклероза. Крахмал способствует интенсификации обмена жирных кислот. Крахмал содержится в хлебобулочных изделиях (40÷73 %), семенах бобовых (40÷45 %) и картофеле (15 %). В животных продуктах содержится гликоген (в печени – 2÷10 %, в мышечной ткани – 0,3÷1,0 %).
Неусвояемые углеводы
Неусвояемыми углеводами являются «пищевые волокна» – смесь структурных полисахаридов, встречающихся в натуральном виде в продуктах питания: камедей, слизей, а также полисахаридов, используемых в качестве пищевых добавок.
Пищевые волокна подразделяются на:
- По строению полимера: гомогенные (целлюлоза, пектин) и гетерогенные (целлюлозолигнины);
- По виду сырья: из низших растений (водоросли) и из высших растений (злаки);
- По ФХ свойствам: растворимые в воде (пектин, камедь) и нерастворимые в воде (целлюлоза, лигнины);
- По медико-биологическому эффекту:
– Ускоряющие и повышающие чувство насыщения из-за связывания воды в желудке (пектин);
– Ингибирующие эвакуаторную функцию желудка (гуар);
– Стимулирующие моторную функцию толстой кишки (целлюлоза);
– Повышающую массу фекалий и частоту дефекации за счет удерживания Н2О в толстой кишке (пищевые волокна пшеницы и бобовых), улучшение микрофлоры толстой кишки (пищевые волокна капусты);
– Сорбирующие желчные кислоты, холестерин, токсины (целлюлоза, пектин);
– Замедляющие всасывание углеводов (пектин);
– Уменьшающие уровень глюкозы и инсулина в крови (пектин, β-глюканы);
– Оказывающие антиоксидантное действие (лигнины);
– Пребиотики, нормализующие микрофлору кишечника (инулин, гуммиарабик).
Целлюлоза – структурный компонент оболочки растительной клетки, хорошо связывает воду (1 г клетчатки связывает ≈ 0,4 г воды).
Гемицеллюлоза – полисахарид клеточной оболочки, состоящий из полимера глюкозы и других гексоз, также связывает Н2О.
Пектиновые вещества – гликаногалактуроны – входят в число основных компонентов растений и водорослей. Общий признак – цепь полигалактуроновой кислоты. Хорошо связываются с ионами тяжелых металлов и радионуклидами. Профилактическая норма пектина ≈ 2÷4 г/сутки. Пектин уменьшает потерю воды организмом, связывая яды, замедляя выделение из организма аскорбиновой кислоты, инсулина, антибиотиков, уменьшает холестерин в крови, уменьшает процессы гниения в кишечнике. Он находится в овощах (0,6 %), яблоках (в кожуре до 1,5 %), черной смородине (1,2 %), а также в землянике, апельсинах и клюкве. В промышленности его получают из свеклы, яблок, апельсинов и используют в производстве джемов, зефира, мармелада.
Альгиновая кислота – аналог пектиновой кислоты.
В виде солей Са2+, Mg2+, Na+ альгиновая кислота присутствует в водорослях. Она обладает высокой адсорбирующей способностью по отношению к катионам тяжелых металлов.
Лигнины – безуглеводные вещества клеточной оболочки, состоящие из полимеров ароматических спиртов. Лигнины связывают соли желчной кислоты и других органических соединений и замедляют адсорбцию пищевых волокон.
Камеди – гетерополисахариды, состоящие из остатков галактозы, арабинозы и др. Встречаются в вишне и абрикосе. Они возникают при истечении соков при повреждении растений, сначала мягкие, после на воздухе твердеют. Камеди оказывают благоприятное воздействие на ЖКТ.
Глюкоманнан – нейтральная камедь, способен набухать, используется в пищевой промышленности в качестве загустителей, а в диетотерапии – как источник неусвояемых пищевых волокон, увеличивают объем пищи. Получают его из клубней конжака – растения семейства ароидных.
Гуаровая камедь – гелеобразующая клетчатка из сока индийской акации – понижает уровень холестерина в крови, уменьшает всасывание сахара из ЖКТ.
Слизи – смесь полисахаридов, способные образовывать в воде густые слизистые растворы. Встречается в семенах льна, подорожника и др. Схожи слизи по составу с камедью.
Инулин – пребиотик, высокомолекулярный фруктозан, это полисахарид, состоящий из 34÷35 остатков фруктозы, связанных β-гликозидной связью, является (как и крахмал) резервным углеводом. Содержится в корне цикория, в артишоках, в клубнях земляной груши. Инулин стимулирует рост бифидо- и лактобактерий, увеличивает всасывание Са2+ в толстой кишке, тем самым уменьшает риск остеопороза, повышает метоболизм липидов, а также понижает риск сахарного диабета.
Высокое содержание пищевых волокон в пшеничных и ржаных отрубях, хлебе из муки грубого помола, сухофруктах (чернослив и курага), свекле, моркови, крупах, ягодах, фрукта и овощах.
Превращение углеводов при переработке и хранения пищевого сырья
– Моносахариды и олигосахариды обладают гидрофильностью, т.е. они способны связывать воду в пищевых продуктах
– Кроме того, олигосахариды способны связывать ароматические вещества:
Сахар–вода + аромовещество → сахар–аромовещество + вода
Эффективным фиксатором аромата и красящих веществ являются большие углеводные молекулы (гуммиарабик + желатин).
– При разложении сахаров продукты (пирановые и фурановые соединения) имеют различные ароматы. Так при взаимодействии D-глюкозы с аминокислотами продуцируется карамельный аромат (использует глицин), аромат ржаного хлеба (используется валин), аромат шоколада (используется глютамин). Относительная сладость некоторых искусственных подсластителей: сахароза (100), β-D-фруктоза (180), аспартам (180), β-D-глюкоза (82), сорбит (63).
– Полисахариды выполняют функцию обеспечения текстуры пищевых продуктов (вязкость, загустевание, твердость, липкость). Крахмал – растительный полисахарид, состоящий из амилозы и амилопектина, которые играют большую роль в качестве загустителя и связывающего агента, соответственно. Клейстеризация крахмала обусловлена наличием в его строении амилопектина: при нагревании вода поглощается крахмалом до потери зернами крахмала кристаллической структуры. Студнеобразование зависит от амилозной фракции. Студни (кисель, запеканка) при остывании и хранении теряют свою прочность, однако после их повторного нагревания они вновь приобретают ее снова.
– Гидролиз ди- и полисахаридов – наиболее распространенный процесс, протекающий в пищевых продуктах при тепловой и холодильной обработке, а также при хранении картофеля, плодов, и овощей в замороженном и охлажденном состоянии.
– Карамелизация – это процесс нагревания моно- и дисахаридов при Т ≈ 100 °С и выше, проводящий к изменению их химического состава, цвета, увеличению редуцирующий веществ. При нагревании сахароза распадается на глюкозу и фруктозу (подвергается инверсии). Основными продуктами карамелизации являются ангидриды и продукты их конденсации.
– Меланоидинообразование – взаимодействие восстанавливающих сахаров (моно- и дисахаридов) как содержащихся в продукте, так и образующихся при гидролизе более сложных углеводов с аминокислотами, пептидами и белками. При этом образуются темноокрашенные продукты – меланоидины («меланос» – темный) по реакции Майяра.
Активность аминокислот и сахаров по реакции Майяра:
лизин > глицин > аланин > валин > глутамин > фенилаланин
ксилоза > арабиноза > глюкоза > лактоза > мальтоза > фруктоза
Процесс протекает в щелочной и нейтральной среде. Образованные в этом процессе карбонильные соединения принимают участие в формировании аромата, цвета, и вкуса готового продукта, особенно это наблюдается в обжаренном процессе (хлеб, кофе, какао) – это продукты пиразаны. Меланоидинообразование наблюдается также при выдержке вина, выпечке хлеба, сушке фруктов, получении сухого молока и производстве солода. При меланоидинообразовании снижается пищевая ценность полученных продуктов в результате связывания белков, витаминов, аминокислот в комплексные соединения.
Пищевая ценность углеводов
Средняя потребность в углеводах составляет 350÷500 г/сутки, что составляет ≈ 45 % от поступления всех макронутриентов. Углеводы обеспечивают организмом энергией на 60 %.
