Питание: Что такое углеводы?

1. Основные классы углеводов
2. Моносахариды
3. Глюкоза
4. Фруктоза
5. Галактоза
6. Пентозы
7. Олигосахариды
8. Сахароза
9. Лактоза
10. Мальтоза
11. Полисахариды
12. Крахмал
13. Целлюлоза
14. Гемицеллюлозы
15. Пектины
16. Значение  неперевариваемых полисахаридов
17. Значение углеводов в питании человека и нормы их потребления

 

Основные классы углеводов

Углеводы имеют свою классификацию. Выделяют простые углеводы (моносахариды, олигосахариды и полисахариды) и сложные углеводы.

 Моносахариды

Моносахариды - самые простые из углеводов, не расщепляющиеся при гидролизе.

Важность для человека представляют глюкоза, фруктоза, галактоза, а также пентозы (рибоза, дезоксирибоза и другие).

Несмотря на то, что моносахариды имеют значительное сходство в своем строении, биологическое значение их для организма человека существенно различается.

Глюкоза

Глюкоза - это основной энергетический субстрат для клеток, в особенности для головного мозга.

Она является структурной единицей, из которой построены все важнейшие полисахариды – гликоген, крахмал, целлюлоза (клетчатка).

Глюкоза входит в состав значимых для человека олигосахаридов – сахарозы, лактозы, мальтозы. Быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте и поступает в кровь, а затем идет к клеткам различных органов и тканей, где вовлекается в процессы биологического окисления.

Окисление глюкозы сопряжено с образованием АТФ.

Энергия макроэргических связей АТФ является уникальной для человека и используется для реализации множества физиологических функций.

Метаболизм глюкозы проходит в организме несколькими путями:

1. Непосредственно после приема пищи глюкоза идет на обеспечение энергетических потребностей организма (в первую очередь - головного мозга).
2. При помощи инсулина глюкоза откладывается в виде гликогена в печени (на случай голода) и в мышцах (как энергетический субстрат для работы мышечных волокон). Запасы гликогена невелики, так как способность глюкозы депонироваться в гликоген ограничена.
3. Если глюкоза не «уходит» на энергетические нужды клеток и тканей и не откладывается в гликоген, то путь ее – это преобразование в триглицериды и отложение в жировой ткани, в виде запаса длительного хранения энергии.

Первый и второй пути метаболизма глюкозы лимитированы, и при избытке глюкозы в пищевом рационе метаболизм пойдет в основном по третьему пути.

Фруктоза

Фруктоза является менее распространенным углеводом в отличие от глюкозы.

Наряду с глюкозой она входит в состав сахарозы, участвует в построении некоторых видов полисахаридов (гемицеллюлоз).

Фруктоза также служит быстро утилизируемым источником энергии, но в большей, чем глюкоза, степени склонна к превращению в триглицериды, хотя и для ее утилизации требуется меньшее количество инсулина.

Этим обстоятельством, а также более медленным всасыванием фруктозы в кишечнике (по сравнению с глюкозой) объясняется рекомендация по выбору продуктов на фруктозе для больных сахарным диабетом.

Однако неконтролируемое потребление таких продуктов питания приводит к еще большим метаболическим нарушениям и увеличению веса.

Галактоза

Галактоза входит в состав лактозы и гемицеллюлоз. В организме часть галактозы превращается в печени в глюкозу.

Наследственное выпадение ферментов, участвующих в этом превращении, ведет к развитию тяжелого наследственного заболевания – галактоземии (самого распространенного вида ферментопатий).

С пищей человек получает большое количество глюкозы и значительно меньше фруктозы и галактозы.

Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается и поступает в организм в составе дисахарида – лактозы, содержащейся в молоке и молочным продуктах, а также неперевариваемых полисахаридов – гемицеллюлоз.

Фруктоза поступает в составе сахарозы и гемицеллюлозы, глюкоза – в ряде полисахаридов (крахмал, гликоген, целлюлоза) и дисахаридов (сахароза, лактоза, мальтоза).

Кроме того, глюкоза и фруктоза находится во многих пищевых продуктах в свободном виде. Основными пищевыми источниками свободной глюкозы и фруктозы служат мед, кондитерские изделия и плоды.  

Пентозы

Пентозы являются необходимыми компонентами ряда биологически важных соединений – нуклеиновых кислот, коферментов НАД, НАДФ, ФАД, КоА, АТФ (главных в обеспечении организма энергией) и других.

В свободном виде пентозы в пищевых продуктах не встречаются и поступают в организм в составе нуклеопротеидов (соединений белков с нуклеиновыми кислотами), которыми богаты мясные и рыбные продукты.

Олигосахариды

Олигосахариды - это соединения, построенные из нескольких (от 2 до 10) остатков моносахаридов.

Значение для организма человека имеют сахароза, мальтоза, лактоза.

Сахароза

Наибольшее значение в питании человека играет сахароза (тростниковый сахар), которая в значительном количестве поступает в организм человека с пищей.

В кишечнике под влиянием сахаразы сахароза, расщепившись до глюкозы и фруктозы, быстро всасывается из пищеварительного тракта в кровь и служит легко утилизируемым источником энергии, а также предшественником гликогена и триглицеридов.

Важнейший пищевой источник сахарозы – сахар.

Наряду с сахаром, представляющим собой практически чистую сахарозу (на 99,5%).

Наиболее богаты сахарозой продукты и блюда, изготовленные с добавлением сахара (кондитерские изделия, компоты, варенье и джемы, сырковая масса, мороженое, сладкие фруктовые напитки и др.), а также некоторые овощи и фрукты. Мед содержит лишь 1-2% сахарозы.

Лактоза

Лактоза (молочный сахар) является основным углеводом молока и молочных продуктов. Ее роль весьма значительна в раннем детском возрасте, когда молоко служит основным источником питания.

Лактоза расщепляется в желудочно-кишечном тракте под влиянием фермента лактазы до глюкозы и галактозы.

Недостаточность лактазы лежит в основе непереносимости молока.

Мальтоза

Мальтоза (солодовый сахар) – промежуточный продукт расщепления крахмала и гликогена в желудочно-кишечном тракте, происходящего под действием фермента альфа-амилазы, выделяемого поджелудочной железой.

Образованная таким образом мальтоза расщепляется мальтазой кишечного сока до двух остатков глюкозы.

В свободном виде в пищевых продуктах мальтоза встречается  в меде, солоде, пиве, патоке (мальтозной), и продуктах с добавлением патоки (хлебобулочные и кондитерские изделия).

Полисахариды

С химической точки зрения, полисахариды - высокомолекулярные полимерные соединения, образованные из большого количества мономеров, в качестве которых выступают остатки моносахаридов.

Полисахариды можно подразделить на перевариваемые и неперевариваемые. К первой группе относится крахмал и гликоген, ко второй – клетчатка, гемицеллюлоза и пектиновые вещества.

К перевариваемым полисахаридам относятся крахмал и гликоген. Оба соединения являются полимерами глюкозы.

В состав крахмала входят амилоза и амилопектин. Соотношение амилозы и амилопектина в крахмалах (рисовом, картофельном и др.) различное, поэтому и свойства крахмалом отличаются друг от друга.

Несмотря на значительное сходство в строении, биологическая роль крахмала и гликогена различна.

Крахмал является важнейшим запасным углеводом растений, а гликоген – резервный углевод животных тканей.

Основными органами, в которых откладывается гликоген, являются печень и скелетные мышцы.

Общее содержание гликогена невелико и составляет примерно 500 грамм, из которых 1/3 приходится на депо в печени, 2/3 – в скелетных мышцах.

Если углеводы не поступают с пищей, то запасы гликогена полностью исчерпываются через 12-18 часов.

В связи с истощением резервов углеводов усиливаются процессы окисления другого важнейшего субстрата – жирных кислот, запасы которых намного больше запасов углеводов.

Вместе с этим заметно усиливаются процессы глюконеогенеза, направленные прежде всего на обеспечение жизненно важного органа – головного мозга, жизнеспособность которого в значительной степени связана с постоянным интенсивным окислением глюкозы.

Обеднение печени гликогеном ведет к нарушению функции печеночных клеток, способствует возникновению жировой инфильтрации, а затем и жировой дистрофии печени.

Крахмал

Крахмал в человеческом организме отсутствует. Тем не менее, его значение в питании велико, поскольку именно крахмал является основным углеводом рациона, в значительной степени обеспечивающим потребности человека в данном виде нутриентов.

Источником крахмала служат растительные продукты, прежде всего злаковые и продукты их переработки.

Наибольшее количество крахмала содержит хлеб. Содержание крахмала в картофеле относительно невелико, но поскольку потребление этого продукта весьма значительно, он наряду с хлебом и хлебобулочными изделиями является важнейшим пищевым поставщиком крахмала.

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка), гемицеллюлозы и пектиновые вещества широко распространены в растительных тканях.

Они входят в состав клеточных оболочек и выполняют опорную функцию.

Целлюлоза как крахмал и гликоген является полимером глюкозы.

Однако вследствие различий в пространственном расположении кислородного «мостика», соединяющего остатки глюкозы, крахмал легко расщепляется в кишечнике, тогда как целлюлоза не атакуется амилазой поджелудочной железы.

Целлюлоза принадлежит к числу чрезвычайно распространенных в природе соединений. На ее долю приходится до 50% углерода  всех органических соединений биосферы.

Гемицеллюлозы

Гемицеллюлозы представляют собой весьма обширный и разнообразный класс растительных углеводов.

В состав различных типов гемицеллюлоз входят разнообразные пентозы (ксилоза, арабиноза и др.) и гексозы (фруктоза, галактоза и др.).

Пектины

Пектины – это желирующие вещества, широко распространенные в растительном мире, которые сопутствуют целлюлозе и образуют составную часть клеточного скелета и защитного вещества свежей питательной ткани фруктов и корней, а также листьев и зеленых частей растений.

Важнейшие представители пектиновых веществ – пектин и протопектин.

Пектин представляет собой полигалактуроновую кислоту.

Способность пектиновых веществ в присутствии органических кислот и сахара образовывать желе (студень) широко используется в кондитерской промышленности при производстве джемов, пастилы, зефира, повидла, мармелада и прочих сладостей.

Протопектины – это нерастворимые комплексы пектина с целлюлозой, гемицеллюлозами, ионами металлов.

При созревании фруктов и овощей, а также их тепловой обработке эти комплексы разрушаются с освобождением из протопектина свободного пектина, с чем в значительной степени связано происходящее при этом размягчение фруктов и овощей.

Значение неперевариваемых полисахаридов

Несмотря на то, что все рассмотренные выше полисахариды не перевариваются в желудочно-кишечном тракте человека (старое название «балластные вещества») и не могут, следовательно, служить источниками энергии и пластического материала, не оценить их значение в питании невозможно.

Растительные волокна помогают вывести из организма канцерогены, токсины и продукты неполного переваривания

Растительные волокна играют первостепенное значение в формировании каловых масс. Это обстоятельство, а также выраженное раздражающее действие клеточных оболочек на механорецепторы слизистой оболочки кишечника, определяют их ведущую роль в стимуляции перистальтики кишечника и регуляции его моторной функции.

Растительные волокна способствуют ускоренному выведению из организма различных чужеродных веществ, содержащихся в пищевых продуктах, включая канцерогены и токсины, а также продуктов неполного переваривания пищевых веществ.

Дефицит пищевых волокон в питании человека ведет к замедлению кишечной перистальтики, развитию стазов и дискинезий. Он является одной из причин учащения случаев кишечной непроходимости, аппендицита, геморроя, полипоза кишечника, а также рака его нижних отделов.

Растительные волокна (особенно пектиновые вещества) способны адсорбировать различные соединения, в том числе экзо- и эндогенные токсины, тяжелые металлы.

Поскольку растительные волокна не всасываются в кишечнике, они быстро выводятся с каловыми массами из организма, причем одновременно из организма эвакуируются и сорбированные ими соединения.

Это свойство растительных волокон широко используется в лечебном и профилактическом питании (проведение разгрузочных «яблочных» дней у больных, страдающих колитами и энтеритами; назначение мармелада, обогащенного пектином, для профилактики свинцовых интоксикаций и так далее).

Пищевые волокна способны сорбировать на своей поверхности холестерин, ускоряя его выведение из организма и оказывая таким образом гипохолестеринемическое действие. Этим объясняется обогащение пищевыми волокнами противоатеросклеротических диет.

Пищевой рацион должен содержать достаточные количества (в среднем не менее 30-40 грамм) целлюлозы и других неперевариваемых полисахаридов, источником которых являются различные растительные продукты.

Особое значение приобретает обогащение рационов растительными волокнами в пожилом возрасте и у лиц со склонностью к запорам.

Однако при воспалительных заболеваниях кишечника и ускорении кишечной перистальтики необходимо ограничение поступления с пищей клеточных оболочек.

Эта мера направлена на устранение механического раздражения поврежденной слизистой оболочки, а также на предотвращение процессов брожения, которым при различных заболеваниях кишечника подвержены целлюлоза и другие компоненты клеточных оболочек в толстой кишке.

Растительные волокна влияют на моторную функцию желчевыводящих путей, обладая холекинетическим действием, и препятствуют развитию застойных явлений в гепатобилиарной системе. В связи с этим больные с поражением печени и желчных путей должны получать с пищей повышенные количества клеточных оболочек.

Пищевыми источниками неперевариваемых полисахаридов служат продукты растительного происхождения, в животных продуктах эти вещества практически отсутствуют.

К продуктам наиболее богатым клеточными оболочками относятся хлеб из муки грубого помола, пшено, бобовые (зеленый горошек, фасоль), сухофрукты (в особенности чернослив), свекла.

Значительные количества клеточных оболочек содержатся в гречневой крупе, моркови.

Низким содержанием клеточных оболочек характеризуются рис, картофель, томаты, кабачки.

Наибольшее количество пектиновых веществ содержится в яблоках, сливах, черной смородине и свекле, особенно подвергшихся термической обработке.

Значение углеводов в питании человека и нормы их потребления

Значение углеводов в питании человека весьма велико. Они обеспечивают до 50-70 % общей энергетической ценности рациона.

Важно не только поступление углеводов в организм, но и оптимальные соотношения продуктов с легкоусвояемыми и медленно всасывающиимися углеводами

Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их «сберегающего белок» действия.

Наряду с энергетической функцией углеводы пищевых рационов имеют определенное значение и для пластического обмена.

Глюкоза, галактоза и образующиеся из них в организме сахара и их производные (фукоза, сиаловые кислоты, аминосахара и др.) являются обязательными составными частями гликопротеидов, к числу которых принадлежит большинство белков плазмы крови, включая иммуноглобулины и трансферрин, ряд гормонов, ферментов, факторов, участвующих в регуляции свертывания крови и др.

Углеводы пищи считают предшественниками гликогена и триглицеридов, они служат источником углеродного скелета заменимых аминокислот, участвуют в построении коферментов, нуклеиновых кислот, АТФ и других биологически важных соединений.

Углеводы рациона оказывают и антикетогенное действие, стимулируя окисление ацетилкоэнзима А, образующегося при окислении жирных кислот.

Несмотря на то, что углеводы не являются незаменимыми факторами питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов, которое поступает с суточным рационом равняется 50-60 г.

Дальнейшие снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов, характеризующихся ускоренным окислением эндогенных липидов (сопряженным с усиленным кетогенезом и накоплением в организме кетоновых тел), выраженной интенсификацией процессов глюконеогенеза и усиленным ращеплением тканевых (в первую очередь мышечных) беков, используемых в качестве энергетического материала и предшественников глюкозы.

Избыточное потребление углеводов может вести к усилению липогенеза и развитию ожирения.

Оптимальным считается потребление углеводов в количестве 50-65 % суточной энергоценности рациона.

Физиологическая потребность в усвояемых углеводах для взрослого человека составляет 50-60% от энергетической суточной потребности (от 257 до 586 г/сутки).

Физиологическая потребность в углеводах для детей до года - 13 г/кг массы тела, для детей старше года - от 170 до 420 г/сутки.

При увеличении физической нагрузки доля углеводов прогрессивно должна нарастать (для обеспечение энерготрат организма). В частности,  потребление углеводов спортсменами в дни напряженных соревнований может возрастать до 600-700 г/сут.

Олиго- и полисахариды часто объединяют термином «сложные углеводы».

Моносахариды обладают сладким «вкусом», поэтому их часто называют «сахарами». Полисахариды сладким вкусом не обладают.

Сладость сахаров различна. Если сладость раствора сахарозы принять за 100%, то сладость раствора фруктозы составит 173%, глюкозы – 81%, мальтозы и галактозы – 32%, лактозы – 16%.

Пищевые источники углеводов:

• злаковые и продукты их переработки (мука, хлеб, макаронные изделия, хлебобулочные изделия),
• фрукты и овощи,
• различные кондитерские изделия (сахар, мед, конфеты, варенье),
• творожные сырки и сырковая масса,
• мороженое,
• компоты, кисели, муссы и фруктовые воды.

При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в абсолютных количествах углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения продуктов, содержащие легкоусвояемые и медленно всасывающиеся углеводы.

Потребление с пищей значительных количеств легкоусвояемых углеводов вызывает гипергликемию, которая ведет вначале к напряжению инсулярного аппарата поджелудочной железы и усиленному выбросу гормона в кровь, а затем и к его истощению.

Систематическое потребление избыточного количества простых углеводов может вызвать истощение инсулярного аппарата и развитие сахарного диабета.

Значительные количества углеводов не полностью депонируются в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, что способствует усиленному развитию жировой ткани.

Чем выше гликемический индекс продукта, тем быстрее повысится уровень сахара в крови после его употребления

Повышенное содержание в крови инсулина способствует этому процессу, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на липогенез.

Источниками легкоусвояемых углеводов являются сахар (химически чистая сахароза) и продукты, приготовленные с добавлением сахара или глюкозы.

Продукты, богатые крахмалом (хлеб и хлебобулочные изделия, мука, крупы, макаронные изделия, картофель), а также фрукты и овощи, содержащие значительные количества глюкозы, фруктозы и/или сахарозы, характеризуются тем, что скорость всасывания из них углеводов существенно меняется в зависимости от технологической и кулинарной обработки. Также скорость всасывания зависит от содержания в них растительных волокон и их типа, консистенции и многих других факторов, существенно влияющих на атакуемость углеводов, входящих в состав этих продуктов.

Некоторые исследования указывают на то, что всасывание углеводов из богатых крахмалом злаковых продуктов (хлеб высших сортов, рис, манная крупа), а также плодов с высоким содержанием глюкозы и сахарозы (бананы, ананасы, виноград, хурма, айва и другие) происходит с высокой скоростью, что может вызывать значительную гипергликемию.

Существует понятие гликемического индекса, который показывает насколько быстро повышается уровень сахара в крови после употребления того или иного продукта.

Гликемический индекс является отражением сравнения реакции организма на глюкозу, чей ГИ равен 100, и на другой продукт.

Таким образом, ГИ продуктов питания сравниваются с ГИ глюкозы и заносятся в таблицы.

Если продукту присвоен низкий гликемический индекс, это значит, что при его употреблении уровень сахара в крови поднимается медленно. Соответственно, чем выше ГИ, тем быстрее повышается уровень сахара в крови после употребления продукта.

Гликемический индекс зависит от нескольких факторов:

• вид углеводов,
• количество углеводов сложных (клетчатки),
• способ термической обработки и количества белков и жиров в продукте питания.

При построении рационов следует иметь в виду, что потребление продуктов, богатых крахмалом, а также фруктов и овощей, содержащих сахар, имеет несомненное преимущество перед приемом такого высокорафинированного продукта, как сахар, а также конфеты и другие кондитерские изделия, поскольку с первой группой человек получает не только углеводы, но и витамины, растительные волокна.

В то же время, сахар является носителем «пустых» калорий и характеризуется только высокой энергоценностью и полным отсутствием перечисленных нутриентов.

Для лиц, страдающих атеросклерозом и другим сердечнососудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением, важное значение приобретает ограничение квоты не только сахаров, но и других продуктов, содержащих легкоусвояемые углеводы.

К статьям »