Углеводы

ЛИПИДЫ

Липидами (от греч. lipos — эфир) называют сложную смесь эфироподобных органических соединений с близкими физико-химическими свойствами, которая содержится в клетках растений, животных и микроорганизмах. Липиды не растворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях (бензине, диэтиловом эфире, хлороформе и др.).

В растениях липиды накапливаются, главным образом, в семенах и плодах.

По химическому строению липиды являются производными жирных кислот, спиртов, альдегидов, построенных с помощью сложноэфирной, простой эфирной, фосфоэфирной, гликозидной связей. Липиды делят на две основные группы: простые и сложные липиды*. К простым нейт­ральным липидам (не содержащим атомов азота, фосфора, серы) отно­сят производные высших жирных кислот и спиртов: глицеролипиды, воски, эфиры холестерина, гликолипиды и другие соединения. Молекулы сложных липидов со­держат в своем составе не только остатки высокомолекулярных карбоновых кислот, но и фосфорную или серную кислоты.

По строению и способности к гидролизу липиды разделяют на омыляемые и неомыляемые. Омыляемые липиды при гидролизе образуют несколько структурных компонентов, а при взаимодействии с щелочами — соли жирных кислот (мыла).

Наиболее важная и распространенная группа простых нейтральных липидов — ацилглицерины. Ацилглицерины (или глицериды) — это сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. Они составляют основную массу липидов (иногда до 95%) и, по суще­ству, именно их называют жирами или маслами.

Это основной энергетический материал для организма. При сгорании 1 г триацилглицеролов, главного компонента липи­дов, выделяется 38,9 кДж (9 ккал), что в 2 раза больше, чем при сго­рании белков или углеводов.

Функции:

Липиды в организме играют роль ре­зервного материала, используемого при ухудшении питания или заболеваниях. Они являются также структурным элементом тканей, входя в состав клеточных оболочек и внутриклеточных образований. Липиды - источник синтеза стероидных гормонов, которые во мно­гом обеспечивают приспособление организма к различным стрес­совым ситуациям. В нервной ткани содержится до 25% липидов, в клеточных мембранах — до 40%.

Липопротеиды — соединения липидов с белками - выполняют транспортную функцию: они являются переносчиками жирорастворимых витаминов A, D, Е и К в организме. Кроме того, липопротеиды представляют собой источник для синтеза простагландинов, тром-боксанов и группы других соединений, защищающих организм. Липиды участвуют также в процессах терморегуляции, защищая организм от холода; способствуют закреплению в определенном положении таких внутренних органов, как почки, кишечник, и пре­дохраняют их от смещения при сотрясении.

Пищевые жиры относятся к классу липидов, представляющих собой группу соединений животного, растительного или микроб­ного происхождения. Они практически нерастворимы в воде и хо­рошо растворимы в неполярных органических растворителях. Жиры, добываемые из растительного сырья, называют растительными жир­ными маслами, а жиры наземных животных — животными жирами. Особую группу составляют жиры морских млекопитающих и рыб.

Важнейшая составная часть жиров — жирные кислоты, насыщен­ные и ненасыщенные.

Особое физиологическое значение имеют полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), которые входят в структуру клеточных мембран и других структурных элементов клеток. Ненасыщенные жирные кислоты - линолевая и линоленовая - не синтезируются в организме человека. Арахидоновая кислота может образовываться в организме из линолевой в присутствии витамина В₆ и биотина. Эти кислоты необходимы для роста и обмена веществ живых организ­мов, эластичности их сосудов. ПНЖК, составляющие значительную часть растительных масел, играют также важную роль в синтезе простагландинов — гормоноподобных веществ, принимающих участие в регуляции многих процессов в организме. При полном отсутствии ПНЖК в питании наблюдаются прекращение роста, некротические поражения кожи, изменение проницаемости капилляров. В отли­чие от насыщенных жирных кислот полиненасыщенные кислоты способствуют удалению холестерина из организма - при наруше­нии холестеринового обмена возникает такое распространенное за­болевание, как атеросклероз.

По современным представлениям, сбалансированным считают следующий жирнокислотный состав триацилглицеролов: полинена­сыщенные жирные кислоты - 10%, мононенасыщенные — 60, на­сыщенные - 30%. Суточная потребность человека в линолевой кис­лоте 4... 10 г, что соответствует 20...30 г растительных масел.

В животных жирах содержаться фосфолипиды - основной компонент биомембран клеточных структур, они играют существенную роль в проницаемости клеточ­ных оболочек и внутриклеточном обмене. Наиболее важный из фосфолипидов - фосфатидилхолин или лецитин проявляет липотропное действие, препятствуя ожирению печени и лучшему усво­ению жиров. Общая потребность человека в фосфолипидах до 5 г в сутки.

Холестерин является структурным компонентом всех клеток и тканей человека. Он участвует в обмене желчных кислот, ряда гор­монов, кальциферола. Основная часть холестерина образуется в пе­чени (70...80%), остальная — поступает с пищей. Больше всего холе­стерина содержится в следующих продуктах, в %: яйца — 0,57; сли­вочное масло — 0,17...0,27; печень 0,13...0,27, рыба до 0,3. В обыч­ном пищевом рационе в среднем содержится около 500 мг холесте­рина. Избыток холестерина в пищевом рационе способствует раз­витию атеросклеротического кардиосклероза, инфаркта миокарда, инсульта. Недостаток холестерина приводит к усилению процессов повреждения мембран и ухудшению обменных процессов.

Рекомендуемое содержание жиров в рационе человека 90... 100 г в сутки, при этом 1/3 их потребности должны составлять раститель­ные масла, 2/3 — животные. По данным ВОЗ, нижний предел безо­пасного потребления жиров составляет для взрослых мужчин и жен­щин 25...30 г/сут.

Недостаток или избыток жиров практически одинаково опа­сен для организма человека. При низком содержании жира в рационе, особенно у людей с нарушенным обменом веществ, сна­чала появляются сухость и гнойничковые заболевания кожи, затем наступают выпадение волос и нарушение пищеварения, понижает­ся сопротивляемость инфекциям, нарушается обмен витаминов.

При избыточном потреблении жиров происходит их накопле­ние в крови, печени и других тканях и органах. Кровь становится вязкой, повышается ее свертываемость, что предрасполагает к заку­порке кровеносных сосудов, наступает атеросклероз. Избыток жира приводит также к ожирению - одному из распространенных забо­леваний во многих развитых странах, где потребление жиров на душу населения увеличивается

Процессы, происходящие в липидах при их хранении и переработке, характеризуются так называемыми константами, или хими­ческими и физическими числами жира. Определение этих констант позволяет контролировать не только качество жиров и масел, но и в какой-то степени его натуральность, регулировать технологические режимы получения продуктов.

Как факторы регулирования производственных процессов широко используются следующие числа жира: кислотное число, число омыления, эфирное число, йодное и перекисное числа.

Кислотное число характеризует присутствие свободных жирных кислот в жире и выражается количеством миллиграмм гидроксида калия, необходимым для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 грамме жира:

RCOOH + КОН RCOOK + Н₂0

Кислотное число является важнейшим показателем качества пищевых жиров, показывает глубину гидролитического распада и нор­мируется ГОСТ и техническими условиями. Например, если масло получено из зрелых семян, то свободных жирных кислот в нем мало, а в масле из незрелых семян содержание свободных жирных кислот значительно.

При несоблюдении условий и сроков хранения жиров кислотное число увеличивается, что обусловлено в основном гидролизом триацилглицеринов. Свободные жирные кислоты окисляются быстрее, чем связанные. Таким образом, кислотное число может повышаться в результате окислительного и биохимического прогоркания ненасыщенных жирных кислот. Однако повышенное кислотное число не всегда может служить признаком порчи жира. Часто жиры с высоким кислотным числом не бывают прогорклыми, в то же время кислотное число прогорклых жиров может быть небольшим. Кислотное ЧИСЛО нерафинированных масел выше, чем рафинированных.

Число омыления характеризует общее число свободных и связанных жирных кислот в жире и выражается количеством миллиграмм гидроксида калия, необходимым для омыления глицеридов и даль­нейшей нейтрализации свободных и связанных жирных кислот, со­держащихся в 1 грамме жира:

Число омыления зависит от молекулярной массы жирных кислот, входящих в глицериды, содержания неомыляемых веществ, свобод­ных жирных кислот, моно- и диацилглицеринов. Число омыления понижается при повышении содержания неомыляемых веществ мо­но- и диацилглицеринов и повышается при увеличении свободных и низкомолекулярных кислот. Следовательно, число омыления служит показателем окислительной порчи жира.

Число омыления совместно с кислотным числом является пока­зателем степени окислительной порчи жира, сопровождающейся на­коплением низкомолекулярных кислот.

Эфирное число характеризует общее количество сложноэфирных связей в жире и определяется как разность между числом омыления и кислотным числом. Эфирное число выражается количеством мил­лиграмм гидроксида калия, необходимым для нейтрализации свя­занных жирных кислот в 1 грамме жира.

Для жиров, не содержащих свободных жирных кислот, значения числа омыления и эфирного числа совпадают. При хранении жиров, сопровождающемся процессами гидролиза и окисления, эфирное число снижается.

Йодное число, или так называемый коэффициент непредельности, характеризует степень ненасыщенности жира и выражается количес­твом йода в граммах, которое требуется для полного насыщения жирных кислот, содержащихся в 100 граммах жира. По величине это­го показателя судят о преобладании в жирах насыщенных или нена­сыщенных жирных кислот. Чем выше в жире содержание ненасы­щенных жирных кислот, тем выше йодное число. Тугоплавкие жиры имеют низкое йодное число, легкоплавкие — высокое.

Йодное число является показателем консистенции сливочного масла и должно учитываться при выборе температурных режимов обработки сливок в процессе их созревания и перемешивания. Этот показатель молочного жира зависит от кормовых рационов, стадии ипктации, времени года, породы животного и т. д. Оно повышается потом и понижается зимой и лежит в пределах 28...45 г/100 г. Определять йодное число сливочного масла необходимо при подозрении на наличие в нем примесей растительных масел.

Метод основан на способности йода присоединяться по кратным связям. Непрореагировавший йод оттитровывают тиосульфатом натрия:

­

Перекисное число служит количественным показателем при­сутствия первичных продуктов окисления жиров — пероксидов, т.е. окислительных изменений, происходящих в жирах, и выража­йся количеством йода (в граммах), выделенного перекисями из 100 г жира.

По величие перекисного числа можно судить только о начальной стадии окисления липидов, на которой образуются пероксиды и гидропероксиды, получившие название первичных продуктов окисле­ния. Они не оказывают существенного влияния на органолептические свойства жира. Содержание пероксидов обычно невысоко, так как они быстро превращаются во вторичные продукты окисления, не содержащие пероксидного кислорода. Образующиеся на этой ста­дии вторичные продукты — многочисленные насыщенные и ненасыщенные альдегиды и кетоны, многие из которых токсичны и придают жирам соответствующие специфические посторонние привкусы. Так, рыбный привкус вызывают насыщенные и ненасыщенные альдегиды (С₅...С_П), прогорклый вкус — гептаналь.

По величине перекисного числа можно судить о свежести жира задолго до появления неприятного вкуса и запаха. Концентрацию пероксидных соединений в жирах следует контролировать, так как они токсичны, способны разрушать жирорастворимые витамины и полиненасыщенные жирные кислоты.

Окисление жиров – сложный процесс, протекающий по радикально-цепному механизму. Большое влияние на скорость окисления в первую очередь НЖК, входящих в состав липидов, оказывают актиокислители (антиоксиданты) – вещества, добавление которых приводит к обрыву окислительных цепей. Пищевые добавки по типу выполняемой ими технологической функции делят на три класса: антиокислители, синергисты антиокислителей и комплексообразователи. Действие большинства антиокислителей сводится к связыванию активных радикалов с образованием устойчивых соединений.

Природные антиоксиданты: токоферолы, сезамол (кунжутное масло), госсипол (хлопковое масло), дегидрокверцетин (кора хвойных деревьев).

Синтетические: производные фенолов – ионол (булилгидрокситолуол) Е321, БОА (2- и 3-третбутил-4-гидроксианизолы) Е320.

Наиболее важные источники жиров в питании – растительные масла (рафинированное 99,7-99,8 % жира), сливочное масло (61,5-82,5 % липидов), маргарин, молочные продукты, шоколад, конфеты, сыры, продукты из свинины, колбасные изделия.

Углеводы являются основной составной частью пищевого рациона человека, так как их потребляют примерно в 4 раза больше, чем жиров и белков. Они выполняют в организме многие разнообразные функции, но главная из них - энергетическая (рис. 19). На про­тяжении жизни человек в среднем потребляет около 14 т углеводов, в том числе более 2,5 т моно- и дисахаридов. За счет углеводов обеспечивается около 60% суточной энергоценности, тогда как за счет белков и жиров, вместе взятых, - только 40%.

Средняя потребность в углеводах составляет 350...500 г/сут. При увеличении физической нагрузки доля углеводов должна на­растать.

Углеводы необходимы для биосинтеза нуклеиновых кислот, заме­нимых аминокислот как составная структурная часть клеток. Они имеют и определенное пластическое значение, входя в состав гор­монов, ферментов и секретов слизистых желез.

Регуляторная функция углеводов разнообразна. Они противодействуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров, регули­руют обмен углеводов и деятельность центральной нервной системы. Важную роль играют углеводы, выполняя защитные функции. Так, глюкуроновая кислота, соединяясь с некоторыми токсически­ми веществами, образует растворимые в воде нетоксические слож­ные эфиры, легко удаляемые из организма.

По пищевой ценности углеводы делят на усвояемые_и неусвояемые. Усвояемые углеводы перевариваются и метаболизируются в организме человека. К ним относятся глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, мальтоза, а-глюкановые полисахариды — крахмал, декстри­ны и гликоген.

Неусвояемые углеводы не расщепляются фермента­ми, секретируемыми в пищеварительном тракте человека. К не­усвояемым углеводам относятся раффинозные олигосахариды и не а-глюкановые полисахариды - целлюлоза, гемицеллюлоза, пекти­новые вещества, лигнин, камеди и слизи.