11.1. 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.

496

Таблиця 11.1.

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

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-

497

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

498

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-

499

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

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

500

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

501

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-

502

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-

503

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

504

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.