Харчування та харчові продукти

Харчування є основною умовою існування людей, оскільки з їжою організм людини отримує все необхідне для побудови всіх клітин та тканин організму, а також поповнює витрати енергії на виконання всіх видів життєдіяльності. Крім того з харчами в організм людини надходять регулятори життєдіяльності та резервні матеріали. В зв'язку з цим нормальне харчування повинно забезпечити необхідну кількість енергії та матеріалу для відновлення структури організму. Харчі повинні бути повноцінними і містити в своєму складі білки, жири, вуглеводи, вітаміни, мінеральні речовини та воду, достатні по калорійності для покриття витрат енергії людини. Крім того, відповідно до сучасних уявлень про раціональне харчування, їжа повинна містити в собі регулятори фізіологічної діяльності людини, в тому числі і баластні речовини. Основні компоненти їжі — білки, жири та вуглеводи за науковими рекомендаціями повинні співвідноситися як 1:1:4, а середня добова потреба людини в цих компонентах складає відповідно 100, 100 та 400 г. При окисленні 1 г. білка виділяється 16,7, жиру — 37,7, а вуглеводів — 15,7 джоулів енергії. Всі речовини, які входять до складу харчів, розподіляються на органічні (білки, жири, вуглеводи, харчові кислоти, вітаміни, ферменти) та мінеральні (вода, мікро- та макроелементи).

Склад білків. Білки розподіляють на прості, що складаються із а-амінокислот, та складні — із амінокислот і небілкової частки, яка може бути визначена або показана нуклеїновими кислотами, фосфором, вуглеводами, ліпідами та ін. Харчову цінність білків визначає їх біологічна цінність, тобто відповідність амінокислотного складу білка, складу білків тіла людини та травленню в залежності від фізико-хімічних властивостей білка та засобу обробки харчового продукту.

Біологічна цінність їжі визначається в основному в залежності від кількості в них так званих "незамінних" амінокислот, які не синтезуються в організмі людини і повинні надходити до організму з харчами. Такі білки є в м'ясних, молочних, рибних продуктах та яйцях. В табл. 11.1 наведено добову потребу людини в амінокислотах. Перші вісім амінокислот — "незамінні", ос-танні — синтезуються в організмі.

Таблиця 11.1.

Добова потреба людини в амінокислотах слоти Добова потреба, г Амінокислоти Добова потреба, г

1. Триптофан 1 11. Цистин 2-3

2 Лейцин 4-6 12. Тирозин 3-4

3 Ізолейцин 3-4 13. Аланін 3

4 Валін 4 14. Серін 3

5. Треонін 2-3 15. Глютамінова 6

кислота

6 Лізин 3-5 16. Аспарагінова 6

кислота

7. Метионін 2-4 17. Пролін 5

8 Фенілаланін 2-4 18. Глікокол 3

9. Пстідін 2

10. Аргінін 6

Встановлено, що білки відрізняються не тільки за складом амінокислот, але і за формою молекул. Природний білок уявляє собою полімер, у якому амінокислоти чергуються у суворо визначеному і постійному для кожного виду білка порядку.

В структурі білка виділяють чотири рівня організації. Первинна структура — амінокислоти, що сполучені пептидними зв'язками (- СО - NH -) у визначенній послідовності. Крім пеп-тидних зв'язків важливе значення мають і дисульфідні (- S - S -). Вторинна — спіралеподібний або сплетений поліпептидний ланцюг, що закріплений в основному водневими зв'язками (-Н...О =) полярних груп сусідніх амінокислот. Третинну структуру складає просторове розміщення спіралі, а четвертинну — великі білкові молекули з декількома пептидними зв'язками.

В побудові вторинної, третинної та четвертинної структурах важливе місце займають водневі, іонні (солеві) та гідрофобні зв'язки.

Властивості білків. Найважливішими для технології властивостями білків є їх здатність до денатурації, набухання (набрякання) та піноутворення.

Денатурація уявляє зміну негативної просторової орієнтації молекул без розриву ковалентних зв"язків, яка виникає при дії підвищених температур, механічному, хімічному та інших впли-

вах. В результаті денатурації знижуються здатність розчинятися у воді, розчинах солей, лугів та спирту. Знижуються також здатність білків до набухання, вбирання води та утворення драглів. Набрякший у воді білок пшеничного борошна утворює клейковину. Білки також можуть утворювати емульсії та піни (система рідина — газ). Ці здатності білків широко використовуються в технології харчів.

Специфічні білки — ферменти виконують роль біологічних каталізаторів. Білки в організмі людини розчіпляються до амінокислот, а вже з них синтезуються власне білки організму. Кожний фермент каталізує тільки певні реакції. Назва ферменту виходить з назви субстрата, на який він діє, та закінчення "аза". Так фермент протеаза розщішіяє білки (протеіни), амілаза — крохмаль (по латині "амілум"), ліпаза — жири (ліпіди) і т.д. Використання ферментів в харчовій технології значно прискорює технологічні процеси, покращує якість продукції, підвищує вихід готового продукту.

Речовини, в присутності яких прискорюється ферментативні реакції, називають активаторами, а такі, що сповільнюють — паралізаторами (іони срібла, ртуті, міді, свинцю, миш'яку ті.).

Ліпіди. Жири та жироподібні речовини об'єднуються під загальною назвою ліпіди. Ці ліпіди беруть участь у всіх важливих процесах обміну речовин в організмі і впливають на більшість фізіологічних реакцій. При відсутності жирів в тканинах знижується синтез білків, вуглеводів, провітамінів Д, ряду гормонів і т.д., тобто знижується протидія організму захворюванням.

За хімічною природою жири уявляють собою тригліцериди — сполучення гліцеріну (білок 10%) з трьома жирними кислотами. Властивості жирів визначаються в основному складом вхідних жирних кислот і поділяються на насичені та ненасичені. Останні мають властивость приєднувати до своєї молекули водень та інші елементи. Ненасичені жирні кислоти (пальмітинова, стеаринова та інші) в звичайному стані являються твердоподібними. Жири добре розчинюються в бензині, ефірі та інших органічних розчинниках.

Жироподібні речовини або ліпоїди близькі за складом і властивостями до жирів, але мають в складі своєї молекули деякі додаткові групи атомів. У рослинних та тваринних тканинах знаходяться фосфоліпіди, стеарини, які відіграють важливу роль в обміні речовин. Складовою частиною більшості клітин здорового організму є холестерин — жироподібні речовини, які легко синтезуються в організмі. При перевищенні норми холестерину

здоровий організм легко його виводить.

Разом з жиром організм людини отримує жиророзчинні вітаміни А, Д, Е, К. Властивості жироподібних речовин та жирів використовуються в харчовій промисловості як емульгатори. Насичення подвійних сполучень воднем у ненасичених жирних кислотах (гідрогенізація), використовують в промисловості для перетворення рідинних олій у тверді з'єднання (гідрований жир), який використовують як складову частину маргарину.

Вуглеводи — найбільш розповсюджені в природі органічні | сполучення. Вони розподіляються на:

• моносахариди або прості цукри, які уявляють собою го-\ ловні структурні одиниці — мономери (глюкоза, фруктоза, галактоза, маноза);

• олігосахариди і дісахариди, трисахариди і тетрасахари-ди — сахароза (буряковий та тростинний цукор), мальтоза (крохмальний цукор), лактоза (молочний цукор);

• полісахариди, які складаються із сотен та тисяч моносахаридів (крохмаль, клітковина, глікоген, пектинові речовини ті.).

Джерелом вуглеводів є продукти рослинного походження —

хліб, крупа, картопля, овочі, фрукти, ягоди. Моносахариди дуже

легко засвоюються організмом. Вони солодкі на смак і розчинні

у воді. Якщо солодкість сахароз (звичайного цукру) прийняти за 1, то солодкість фруктози— 1,73, інвертного цукру — 1,3, глюкози — 0,74, галактози — 0,23, лактози — 0,16. Глюкоза, фруктоза та сахароза у вільному вигляді містяться в І плодах та овочах, інвертний цукор — у меді, карамелі. Глікоген утримується в печінці та уявляє собою запасну харчову речовину. Найбільш важливим вуглеводом для людини вважають крохмаль. В добовому раціоні він складає (30...85)% загальної кіль-I кості вуглеводів. Клубневий крохмаль міститься в картоплі, ба-(таті, маніоці. Зерновий — в кукурудзі, пшениці, рисі, ячмені та ін. Нативний крохмаль у прохолодній воді не розчинюється, але може адсорбувати до 30% вологи. Крохмальні зернини, що набрякли, та розчинені в воді полісахариди називають крохмальним клейстером. Клейстеризація відбувається в певному для кожного виду крохмалю інтервалі температур — (53... 80) °С. Крох-I мальний клейстер служить основою для деяких кулінарних виробів (киселі, соуси, супи — пюре, та ін.)

Клітковина, або целюлоза, та пектинові речовини (харчові волокна) уявляють собою високомолекулярні сполучення вугле-

водної природи. Вони майже не засвоюються безпосередьо організмом, але відіграють важливішу активну роль в фізіології харчування. Вони утворюють комплексні сполуки з важкими металами і виводять їх з організму. Таким чином вони є важливим засобом профілактики та лікування професійних захворювань.

Харчові кислоти (яблучна, лимонна, молочна, винна та ін.) присутні у всіх продуктах харчування і придають їм певний смак. В деяких випадках харчові кислоти утворюються під час технологічної обробки (бродіння та ін.).

Вітаміни (розподіляються на розчинні в воді (С, В1, В2, В6, В12, Р, РР) та жиророзчинні (А, Д, Е, К), уявляють собою низькомолекулярні органічні сполучення, що, як правило, в організмі людини мало синтезуються або зовсім не синтезуються. Тому основним джерелом поповнення організму вітамінами є харчові продукти. Зараз відкрито десятки речовин, які можна було б віднести до вітамінів, але безпосереднє значення мають лише два десятки (табл. 11.2).

Таблиця 11.2.

Добова потреба людини в основних вітамінах

Назва вітаміну	Добова потреба, мг	Назва вітаміну	Добова потреба
Водорозчинн і	Жиророзчинні
С (аскорбінова кислота)	>0	А (ретіноловий еквівалент), мкг
В1 (тіамін)		Д (різні форми), ME для дітей
В2 (рибофламін		Е (різні форми). ME	300... 400
Р (ртгін)		К (різні форми), мг
РР (ніацін)
В6 (піродоксин)
В9 (фолацин). мкг
В12 (нобламін), мкг

Між вітамінами та ферментами існують тісні зв'язки, оскільки ряд водорозчинних вітамінів входить до складу протеолітичних (небілкових) груп деяких ферментів. Тому багато порушень обміну речовин при недостатній кількості вітамінів розглядають як наслідки порушення ферментних процесів. Відсутність

вітамінів і їжі визиває в організмі захворювання — авітамінози, а недостатність — гіповітамінози. Вітаміни відносять до найбільш біологічно активних сполучень, які відіграють найважливішу роль в регулюванні життєдіяльності живих істот.

Мінеральні речовини включають воду, макро- та мікроелементи. При участі води в організмі людини відбуваються всі біохімічні та фізіологічні процеси. В організмі людини міститься (70... 87)% води. Добові витрати води складають (2... 3) та більше літрів. Скорочення долі води приводить до припинення життєвих функцій організму. До питної води, яка використовується для виготовлення харчів, існують дуже суворі вимоги щодо присутності в воді шкідливих речовин. Присутність води в харчових продуктах, більшість яких є гідрофільними структурами за виключенням жирів, створює належні умови для розвитку мікроорганізмів та псування продуктів. Тому одним із поширених засобів зберігання продуктів є зневоджування.

Мінеральні речовини, вміст яких в харчових продуктах визначається одиницями або десятими долями відсотків, відносяться до макроелементів (кальцій, фосфор, калій, натрій, магній, хлор та ін.), а ті, що оцінюються менш ніж 0,01% — до мікроелементів (мідь, цинк, кобальт, марганець, йод, фтор і т.п.).

Мінеральні речовини є матеріалом для побудови кісних тканин, а також виконують важливі фізіологічні функції. Водний обмін перехрещується з мінеральним. Мінеральні речовини регулюють кислотно-лужне співвідношення, вологопоглинання білків, осмотичний тиск та ін.

Добову потребу людини в мікроелементах наведено в табл. 11.3.

Таблиця 11.3.

Добова потреба людини в мінеральних речовинах

Мінеральні речовини	Добова потреба, мг	Мінеральні речовини	Добова потреба, мг
Кальцій		Марганець	5...10
Фосфор		Хром	2...2,5
Натрій		Мідь
Калій		ТСпбяльт	0,1 0,2
Хлориди		Йодиди	0,1...0,2
Магній		Молібден	0,5
Залізо	18 г	Селен	0,5
Цинк	10...15	Фториди	0,5... 1,0

Неаліментарні фактори. Деякі харчові продукти містять сполучення, які значно знижують засвоюваність окремих харчових речовин. Ці специфічні антагоністи стримують процеси травлення та утилізації білків, зменшують їх розчинність, перешкоджають засвоєнню деяких мінеральних елементів, інактивізують або збільшують потреби організму в деяких вітамінах. Наприклад, дії інгібіторів протеіназ, які містяться в сої, квасолі, горосі, пшениці, рисі, приводять до неповного перетравлювання білків.

Природні антагоністи — рибофламіни містяться в деяких плодах рослин. Значна кількість таких інгібіторів в сировині потребує спеціальних засобів переробки, які знищують шкідливі властивості в готовому продукті.

Сучасною наукою доведено, що підвищення рівня захворюваності на цукровий діабет, ішемічну хворобу серця, жовчо — кам'яну хворобу та ін. поряд з іншими причинами здебільше з'ясовується нераціональною структурою харчування, яка не забезпечує фізіологічні потреби організму за хімічним складом; недостатність тваринних білків, ненасичених жирних кислот, харчових волокон, вітамінів, мінеральних речовин. Потреби в рослинних білках задовольняються за рахунок збільшеного споживання хлібопродуктів та картоплі.

Сучасна структура харчової технології в основному відповідає принципам теорії так званого збалансованого харчування, згідно з якою, при складанні раціонів їжі намагались збільшити кількість корисних речовин та зменшити частку баласту. Ця теорія базується на таких положеннях:

• при ідеальному харчуванні надходження речовин в організм відповідає їх витратам;

• надходження поживних речовин забезпечується шляхом розкладу харчових структур та всмоктування молекул тих органічних і неорганічних речовин, які безпосередньо використовуються в обміні;

• засвоєння їжі здійснюється тільки поглинанням (вбиранням) її організмом.

Балансовий підхід до харчування привів до того, що корисними вважали тільки ті складові частини їжі, які засвоюються організмом, а останні, які не засвоюються — баластом.

Проте, в зв'язку з розвитком теорії харчування та віткриттям механізмів мембранного та лизосомного травлення, з'явились нові відомості про транспортування нутрієнтів —речовин, які за-

своюються організмом, у внутрішнє середовище організму, про значення кишечної мікрофлори, баластових речовин — харчових волокон в процесі травлення.

Ця нова система поглядів отримала назву теорії адекватного харчування, згідно з якою харчування повинно відповідати не тільки характеру обміну речовин в організмі, але й особливостям переробки їжі в шлунково-кишечному тракті.

На цих нових поглядах побудовані основні положення теорії адекватного харчування:

• асиміляція їжі спричиняється не тільки поглинаючим організмом, але й бактеріями, що його заселяють — симбіонтами, а система, що їх об'єднує, розглядається як надорганізм;

• взаємовідносини організму — господаря та його симбіонта формують мікроекологію та ендоекологію;

• потік нутрієнтів складається не тільки за рахунок витягування (х з поглинаємої їжі, але і зв'язку метаболічної діяльності організму — господаря і бактерій — симбіонтів, що синтезують додаткові поживні речовини, в тому числі й незамінні;

• нормальне харчування обумовлене не одним переміщенням нутрієнтів, а декількома течіями поживних та регуляторних речовин;

• суттєвими фізіологічно важливими компонентами харчів є не тільки нутрієнти, а й так звані баластні речовини — харчові волокна.

Всі ці фундаментальні положення визначають нові погляди на структуру харчів, що необхідні для забезпечення життєдіяльності людини, а здорове харчування є невід'ємною складовою часткою здорового укладу життя.

Відповідно до цих нових поглядів розроблено рекомендації з конструювання здорових харчових продуктів, які характеризуються низькою калорійністю, малим вмістом насичених та більшим вмістом ненасичених жирів, використанням жиро-замішовачів та низькокалорійних жирів, зниженням вмісту холестерину, кухонної солі, цукру і збільшенням джерел баластних речовин — харчових волокон.

Для цього використовують різні засоби: виготовлення маргаринів, паст, майонезів, салатних заправок з низькою калорійністю, утворення нових або часткових замінників жиру (мальтодекстрини, полідекстрини), підсолоджуваючих речовин, білкових речовин рослинного похождения, вітамінізовані хлібобулочні ви-

роби, напої та жири, введення в харчі підсилювачів солоного смаку та харчових волокон.

Коротко кажучи, раціони харчування повинні бути не тільки збалансованими, але й адекватними, тобто відповідати можливостям організму конкретної людини та природним механізмам засвоєння їжі. Звичайно, всіх цих компонентів їжі достатньо в при-родніх сполученнях, але ними не завжди і не всі люди можуть користуватися.

Останнім часом науково доведено, що важливішими компонентами харчових продуктів є харчові волокна (ХВ), які складаються з полісахаридів (целюлози, геміоцелюлози, пектинових речовин), а також лігнину та зв'язаних з ним білкових речовин, що формують клітинні стінки ростин. ХВ погано перетравлюються в шлунковому тракті людини та майже зовсім розщіплюються в товстій кишці. Швидкість та об'єм виведення токсичних речовин з організму людини в значній мірі залежить від вмісту в їжі ХВ. Крім того, вважають, що ХВ сприяють моторній діяльності кишечника, регуляції фізіологічних, біохімічних процесів в органах травлення. Згідно з теорією адекватного харчування добова норма їжі повинна містити в собі (40...70) г ХВ. В зв'язку з цим деякі харчові продукти збагачують харчовими волокнами, що отримані в основному шляхом вилучення їх із побічних продуктів харчової промисловості (висівки, яблучні, бурякові та ін. жмаки, вичавки, картопляна шкірка).

В останні часи дуже велике значення надають і пектинові, як профілактичному та терапевтичному продукту та, звичайно, його виробництву в промислових масштабах.

Виробництво пектину зводиться до кількох технологічних операцій: переведення нерозчинного протопектину в розчинний під дією кислот (сірчаної, фосфорної, молочної); з отриманого розчину пектин виводять в осадок органічними розчинниками, солями алюмінію, кальцію та інших металів; осад пектину промивають етиловим спиртом, сушать та розмелюють.

Пектинові речовини дуже добре виводять із травного тракту іони важких металів (кобальта, свинцю, стронцію) і вважаються ефективним терапевтичним та профілактичним лікувальним засобом. Норма вживання пектину однією людиною складає (8...10)г/добу.

Нажаль, сучасна технологія виготовлення харчових волокон та пектину недостатньо розвинена, а існуючі потужності

підприємств не задовольняють навіть частини потреб населення ні в кількості, ні в якості цих важливих для харчування людини продуктів. Задовольнити попит на такі харчові продукти може тільки сучасна високоефективна технологія їх виробництва.

Розглянувши коротко склад харчових продуктів, сучасні уявлення щодо раціонів харчування, що необхідні для забезпечення здорового укладу життя людини, можна сформулювати відповідні вимоги до технологічних процесів зберігання, промислової та кулінарної обробки, які перетворюють сировину на повноцінні харчі. Головними з цих вимог є такі:

• повне або найбільш можливе збереження та збільшення частки нативних корисних складових в тому числі і баластних частин та властивостей сировини;

• виведення або повне знищення в сировині шкідливих або непотрібних для харчування речовин;

• підвищення в сировині концентрації корисних складових частин харчів;

• виготовлення добавок або замінників складових частин їжі, а також виготовлення повнораціонних харчових продуктів для окремих груп населення, особливо для людей, які потребують лікувального, дієтичного та профілактичного харчування;

• промислові технологічні процеси повинні відповідати природним явищам.

Для реалізації цих засобів змінюються вимоги і до структури харчової промисловості, яка зобов'язана виробляти не тільки окремі добавки та замінники, але готові харчові продукти, які відповідають новим вимогам здорового укладу життя, а також необхідні продукти для лікувального, дієтичного, профілактичного та спеціального харчування.