Тема 3 – Природные компоненты пищи, оказывающие вредное воздействие на организм человека (алиментарные факторы)

В пищевом сырье, а иногда в продуктах питания, присутствует значительное количество природных компонентов, оказывающих вредное возлействие на организм человека. Это могут быть обычные компоненты, присутствующие в необычно высоких количествах, необычные компоненты из новых источников сырья, компоненты с четко выраженной фармакологической активностью, токсические компоненты. Они могут избирательно ухудшать или блокировать усвоение нутриента. Часть этих соединений принято называть антиалиментарными факторами питания.

Они играют большую роль в защите растений от неблагоприятных экологических факторов, включая воздействие насекомых, вирусов, бактерий.

По мнению академика А.А. Покровского к антиалиментарным факторам относят соединения, не обладающие общей токсичностью, но обладающие способностью избирательно ухудшать или блокировать усвоение нутриентов. Этот термин распространяется только на вещества природного происхождения, являющихся составными частями натуральных продуктов питания. Представители этой группы веществ рассматриваются как своеобразные антагонисты обычных пищевых веществ. В указанную группу входят антиферменты, антивитамины, деминерализирующие вещества, другие соединения.

Ингибиторы пищеварительных ферментов – антиферменты.

К этой группе относятся вещества белковой природы, блокирующие активность пищеварительных ферментов (пепсин, трипсин, химотрипсин, α-амилаза). Белковые ингибиторы обнаружены в семенах бобовых культур (соя, фасоль и др.), злаковых (пшеница, ячмень и др.), в картофеле, яичном белке и других продуктах растительного и животного происхождения.

Механизм действия этих соединений заключается в образовании стойких комплексов «фермент-ингибитор», подавлении активности главных пищеварительных ферментов, и тем самым снижение усвоения белковых веществ и других макронутриентов.

К настоящему времени белковые ингибиторы пепсин, трипсин, α -амилаза достаточно хорошо изучены и подробно охарактеризованы: расшифрована первичная структура, изучено строение активных центров ингибиторов, исследован механизм действия ингибиторов.

На основании структурного сходства все белки- ингибиторы растительного происхождения можно разделить на несколько групп, основными из которых являются:

1-семейство соевого ингибитора трипсина (ингибитора Кунитца).

2- семейство соевого ингибитора Баумана-Бирка.

3-семейство картофельного ингибитора l.

4 семейство картофельного ингибитора ll.

5 семейство ингибиторов трипсина α -амилазы.

Ингибитор Кунитца впервые выделен из семян сои еще в 1946 году. Его молекулярная масса 20100 дальтон. Молекула ингибитора состоит из 181 аминокислотного остатка и содержит две дисульфидные связи в положении цис(39) и цис(145). Трипсиносвязывающий реактивный центр включает остаток аргинина, связанный пептидной связью с остатком изолейцина: арг (63) – иле (64), поэтому ингибиторы этого семейства также называют трипсиновыми ингибиторами аргининового типа.

Ингибитор Баумана-Бирка был впервые выделен также в 1946 году из семян сои. Ингибитор эффективно подавляет активность трипсина и химотрипсина, причем с одной молекулой ингибитра могут связаться молекулы обоих ферментов. Ингибитор Баумана-Бирка – первый описанный «двухглавый» (или двухцентровой) ингибитор сериновых протеиназ. Его молекулярная масса примерно 8000 дальтон. Молекула ингибитора состоит из 71 аминокислотного остатка. Особенностью аминокислотного состава является высокое содержание остатков цистеина (7 на одну молекулу) и отсутствие остатков глицина и триптофана. Обращает на себя внимание, что молекула ингибитора Баумана-Бирка состоит из двух частей, сходных по структуре доменов, которые соединены между собой короткими полипептидными цепочками. Реактивный центр, ответственный за связывание трипсина докализован в первом домене и содержит пептидную связь: Лиз (16) – сер (17); а реактивный центр, ответственный за связывание химотрипсина находится во втором домене и содержит пептидную связь: лей (43) – сер (44), поэтому ингибитроы этого семейства иногда называют ингибиторами лизинового типа.

Антиферменты (ингибиторы протеиназ). Вещества белковой природы, блокирующие активность ферментов. Содержатся в сырых бобах, яичном белке, пшенице, ячмене, других продуктах растительного и животного происхождения, не подвергшихся тепловой обработке. Изучено воздействие антиферментов на пищеварительные ферменты, в частности пепсин, трипсин, α -амилазу.

В настоящее время изучено несколько десятков природных ингибиторов протеиназ, их первичная структура и механизм действия.

Трипсиновые ингибиторы, в зависимости от природы содержащей в них диаминомонокарбоновой кислоты, подразделяются на два типа: аргининовый и лизиновый. К аргининовому типу относят: соевый ингибитор Кунитца, ингибиторы пшеницы, кукурузы, ржи, ячменя, картофеля, овомукоид куриного яйца и др., К лизиновому – соевый ингибитор Баумана-Бирка, овомукоды яиц индейки, пингвинов, утки, а также ингибиторы, выделенные из молозива коровы.

Механизм действия этих антиалиментарных веществ заключается в образовании энзимингибиторных комплексов и подавлении активности главных протеолитических ферментов поджелудочной железы: трипсина, химотрипсина и эластазы. Результатом такой блокады является снижение усвоения белковых веществ рациона.

Ингибиторы растительного происхождения характеризуются относительно высокой термической устойчивостью, что нехарактерно для белковых веществ. Нагревание сухих растительных продуктов, содержащих указанные ингибиторы, до 130°С или получасовое кипячение не приводит к существенному снижению их ингибирующих свойств. Полное разрушение соевого ингибитора трипсина достигается 20-минутным автоклавированием при 115°С или кипячением соевых бобов в течение 2-3 ч.

Ингибиторы животного происхождения более чувствительны к тепловому воздействию. Вместе с тем потребление сырых яиц в большом количестве может оказать отрицательное влияние на усвоение белковой части рациона. Тепловая обработка продовольственного сырья приводит к денатурации белковой молекулы антифермента, т.е. он влияет на пищеварение только при потреблении сырой пищи.

В клубнях картофеля содержится целый набор ингибиторов химотрипсина и трипсина, которые отличаются по своим физико-химическим свойствам: молекулярной массе, особенностям аминокислотного состава, изоэлектрическим точкам, термо и рН- стабильности и т. п. Кроме картофеля белковые ингибиторы обнаружены в других пасленовых, а именно, в томатах, баклажанах. Наряду с ингибиторами сериновых протеиназ в них обнаружены и белковые ингибиторы цистеиновых, аспартильных протеиназ, а также металлоэкзопептидаз.

Заслуживает внимания и тот факт, что в семенах растений и в клубнях картофеля находятся «двухглавые» ингибиторы, способные одновременно связываться и ингибировать протеазу и α -амилазу. Такие белковые ингибиторы были выделены из риса, сои, ячменя, пшеницы, тритикале, ржи.

Из этого следует, что употребление пищи, особенно богатой белковыми ингибиторами пищеварительных ферментов, как для корма сельскохозяйственных животных, так и в пищевом рационе человека возможно лишь только после соответствующей тепловой обработки.

Вещества, блокирующие усвоение или обмен аминокислот. Это влияние на аминокислоты, в основном лизин, со стороны редуцирующих сахаров. Взаимодействие протекает в условиях жесткого нагревания по реакции Майяра, поэтому щадящая тепловая обработка и оптимальное содержание в рационе источников редуцирующих сахаров обеспечивают хорошее усвоениенезаменимых аминокислот.

Антивитамины. Согласно современным представлениям, к антивитаминам относят две группы соединений:

1 – соединения, по механизму действия подобные антиметаболитам. Этот механизм направлен на конкурентные взаимоотношения между витаминами и антивитаминами;

2 – соединения, способные модифицировать витамины, уменьшать их биологическую активность и приводить к их разрушению.

Таким образом, антивитамины – это соединения различной природы, обладающие способностью уменьшать или полностью ликвидировать специфический эффект витаминов, независимо от механизма действия этих витаминов. Следовательно, к антивитаминам не относятся вещества, увеличивающие или уменьшающие потребность организма в витаминах (например, углеводы по отношению к тиамину).

Избыточное потребление продуктов, богатых лейцином, нарушает обмен триптофана, в результате блокируется образование из триптофана ниацина – одного из важнейших водорастворимых витаминов (витамин РР).

В отношении аскорбиновой кислоты (витамина С) антивитаминными факторами являются окислительные ферменты – аскорбатоксидаза, полифенолксидазы и др. Особо сильное влияние оказывает фермент – аскорбатоксидаза – содержащийся в овощах, фруктах и ягодах. Он катализирует реакцию окисления аскорбиновой кислоты до дегидроаскорбиновой. В организме человека дегидроаскорбиновая кислота способна проявлять в полной мере биологическую активность витамина С, восстанавливаясь под воздействием глутатионредуктазы. Вне организма она характеризуется высокой степенью термолабильности – полностью разрушается при 10-минутном нагревании до 60°С в нейтральной среде, в щелочной среде при комнатной температуре. Поэтому учет активности аскорбатоксидазы имеет важное значение при решении ряда технологических вопросов, связанных с сохранением витаминов в пище.

Содержание и активность аскорбатоксидазы в различных продуктах питания не одинаковы. Наибольшее ее количество обнаружено в огурцах и кабачках, наименьшее – в моркови, свекле, помидорах, черной смородине и т.д. Разложение аскорбиновой кислоты под воздействием аскорбатоксидазы и хлорофилла происходит наиболее активно при измельчении растительного сырья, когда нарушается целостность клетки и возникают благоприятные условия для взаимодействия фермента и субстрата. Смесь сырых размельченных овощей за 6 часов хранения теряет более половины аскорбиновой кислоты. После приготовления тыквенного сока 15 мин. достаточно для окисления половины аскорбиновой кислоты, 35 минут – в соке капусты, 45 минут – в соке кресс-салата и т. д. Поэтому рекомендуют пить соки непосредственно после их изготовления или потреблять овощи, фрукты и ягоды в натуральном виде, избегая их измельчения и приготовления различных салатов.

Активность аскорбатоксидазы подавляется под влиянием флавоноидов, 1-3 минутном прогревании сырья при 100°С, что необходимо учитывать в технологии и приготовлении пищевых продуктов и кулинарных изделий.

Для тиамина (витамина В1) антивитаминными факторами является тиаминаза, содержащаяся в сырой рыбе, вещества с Р-витаминным действием- ортодифенолы, биофлавоноиды, основными источниками которых служат кофе и чай. Разрушающее действие на витамин В1 оказывает окситиамин, образующийся при длительном кипячении кислых ягод и фруктов.

Тиаминаза, в отличие от аскорбатоксидазы, «работает» внутри организма человека, создавая при определенных условиях дефицит тиамина. Наибольшее количество тиаминазы обнаружено у пресноводных, в частности, у семейства карповых рыб, сельдевых, корюшковых. У трески, наваги, бычков и ряда других морских рыб этот фермент полностью отсутствует. Потребление в пищу сырой рыбы и привычка жевать бетель (листья табака + известь + пряности) у некоторых народностей (например, жителей Таиланда) приводят к развитию недостаточности витамина В1.

Возникновение дефицита тиамина у людей может быть обусловлено наличием в кишечном тракте бактерий (Вас.thiaminolytic, Bac. anekrinolytieny) продуцирующих тиаминазу. Тиаминазную болезнь в этом случае рассматривают как одну из форм дисбактериоза.

Тиаминазы могут содержаться в продуктах растительного и животного происхождения, обусловливая расщепление части тиамина в пищевых продуктах в процессе их изготовления и хранения.

Для пиридоксина (витамин В6) антагонистом является линатин, содержащийся в семени льна. Ингибиторы пиридоксалевых ферментов обнаружены в ряде других продуктов – съедобных грибах, в некоторых видах семян бобовых и т. д.

Избыточное потребление сырых яиц приводит к дефициту биотина, так как в яичном белке содержится фракция протеина – авидин, связывающий витамин в неусвояемое соединение. Тепловая обработка яиц приводит к денатурации белка и лишает его антивитаминных свойств.

Сохраняемость ретинола (витамина А) снижается под воздействием перегретых или гидрогенизированных жиров. Эти данные свидетельствуют о необходимости щадящей тепловой обработки жироемких продуктов, содержащих ретинол.

Недостаточность токоферолов (витамин Е) образуется под влиянием неизученных компонентов фасоли и сои при тепловой обработке, при повышенном потреблении полиненасыщенных жирных кислот, хотя последний фактор можно рассматривать с позиций веществ, повышающих потребность организма в витаминах.

Говоря об антиалиментарных факторах питания, нельзя не сказать о гипервитаминозах. Известны два типа гипервитаминоз А и гипервитаминоз D. Например, печень северных морских животных несъедобна из-за большого содержания витамина А.

Приведенные выше данные свидетельствуют о необходимости дальнейшего тщательного изучения вопросов, связанных с взаимодействием различных природных компонентов пищевого сырья и продуктов питания, влияния на них различных способов технологической и кулинарной обработки, а также режимов и сроков хранения с целью снижения потерь ценных макро- и микронутриентов, и обеспечения рациональности и адекватности питания.

Биогенные амины

К природным токсикантам относятся биогенные амины, некоторые алколоиды, цианогенные гликозиды, кумарины и ряд других соединений.

Наиболее изучены из природных токсикантов так называемые биогенные амины, такие как серотонин, тирамин, гистамин, обладающие сосудосуживающим эффектом, и ряд других. В небольших количествах неопасны для человека, в больших – повышают кровяное давление.

 

 

 

Тирамин

 

Серотонин содержится главным образом в овощах и фруктах, например в томатах 12 мг/кг серотина, в сливе до 10 мг/кг, а также в шоколаде до 27 мг/кг. При большом потреблении томатов в организм может поступать серотонин в количествах, сравнимых с фармакологическими дозами - повышает кровяное давление.

Тирамин чаще всего обнаруживается в ферментированных продуктах: бананах, бобовых, вине, пиве, говяжей и куринной печени, квашеной капусте (в сыре содержание тирамина может достигать 1100 мг/кг), а также в некоторых рыбных продуктах, например в маринованной сельди до 3000 мг/кг.

Гистамин в ызывает нарушение сосудистых реакций, например, головную боль. Его содержание в большинстве случаев коррелирует с тирамином. В сырах всех видов гистамина от 10 до 2500 мг/кг, в рыбных консервах, вяленой рыбе до 2000 мг/кг. Гистамин также содержится в вине (особенно в красном), в квашеной капусте. Гистамин так же обладает сосудосуживающим эффектом. Так что гипертоникам злоупотреблять сыром и рыбными деликатесами не следует.

Из других биогенных аминов, обладающих более слабым действием на организм, следует отметить путресцин (до 680 мг/кг в некоторых сырах и до 120 мг/кг в консервированной сельди), кадаверин (до 370 мг/кг в некоторых сырах и до 100 мг/кг в консервированном тунце). При этом содержание путресцина и кадаверина (а также спермидина) увеличивается при хранении рыбной продукции.

Содержание гистамина в количествах более 100 мг/кг может представлять опасность для здоровья, поэтому в реализовывать продукты с таким количеством гистамина запрещено.

Факторы, снижающие усвоение минеральных веществ. К ним относят щавелевую кислоту и её соли (оксалаты), фитин (инозитол-гексафосфорная кислота), таннины, некоторые балластные вещества, серусодержащие соединения крестоцветных культур и т.д.

Наиболее изучена в этом плане щавелевая кислота. Продукты с высокой концентраций щавелевой кислоты способны резко снижать утилизацию кальция путём образования нерастворимых в воде солей. Такое взаимодействие может служить причиной тяжелых отравлений за счет абсорбции кальция в тонком кишечнике.

Смертельная доза для собаки составляет 1 г щавелевой кислоты на 1 кг массы. Содержание её в корме кур на уровне 2% может привести к их гибели. Смертельная доза щавелевой кислоты для взрослых людей колеблется в пределах 5-150 г и зависит от ряда факторов. Установлено, что интоксикация щавелевой кислотой проявляется в большой степени на фоне дефицита витамина D. Известны случаи смертельных отравлений людей как от самой щавелевой кислоты, так и от избыточного потребления продуктов, содержащих её в больших количествах.

Высокое содержание щавелевой кислоты отмечено в овощах, в среднем, мг/100 г: шпинат-1000; портулак-1300; ревень-800; щавель-500; красная свекла-275. В остальных овощах и фруктах щавелевая кислота содержатся в незначительных количествах. Отмечено, что её способность связывать кальций зависит от пропорций содержания в продукте кальция и оксалатов.

Фитин. Благодаря своему химическому строению легко образует труднорастворимые комплексы с ионами кальция, магния, железа, цинка и меди. Этим объясняется его деминерализирующий эффект, способность уменьшать абсорбцию металлов в кишечнике. Достаточно большое количество фитина содержится злаковых и бобовых: пщеница, фасоль, горох, кукуруза-ок. 400 мг/100 г, при этом основная часть в наружном слое зерна. Высокий уровень в злаках не представляет крайней опасности, так как содержащий в зерне фермент способен расщеплять фитин. Полнота расщепления зависит от активности фермента, качества муки и технологии выпечки хлеба. Фермент работает при температуре до 70°С, максимум его активности при рН 5,0-5,5 и 55°С. Хлеб, выпеченный из рафинированной муки, в отличие от обычной муки, практически не содержит фитина. В хлебе из ржаной муки его мало благодаря высокой активности фитазы.

Отмечено, что декальцинирующий эффект фитина тем выше, чем меньше соотношение кальция фосфора в продукте и ниже обеспеченность организма витаминомD.