Пищевая и биологическая ценность пищевых продуктов

Пищевая и биологическая ценность пищевых продуктов

1. Основные понятия

Пищевая ценность — это степень удовлетворения потребности человека в основных пищевых веществах и энергии.

Критерием оценки качества пищевой ценности является содержание в 100 г съедобной части продукта белков, жиров, углеводов (в г), витаминов, макро- и микроэлементов (в мг), энергетическая ценность (в ккал или кДж).

Следует различать понятия «пищевая ценность» и «реальная пищевая ценность». Это связано с тем, что пищевые вещества усваиваются организмом по-разному. На усвояемость влияет форма связи компонентов в продукте, состояние организма человека и другие факторы (например, наличие пищевых волокон снижает усвояемость белка). Так, усвояемость белка, например, может колебаться от 70 до 96 %.

Более частными показателями, характеризующими пищевую ценность продуктов, являются биологическая, энергетическая ценность и биологическая эффективность.

Биологической ценностью называют показатель качества пищевого белка, отражающий степень соответствия его аминокислотного состава потребностям организма в аминокислотах для синтеза белка.

Под энергетической ценностью понимают количество энергии (ккал, кДж), высвобождаемой в организме из пищевых веществ продуктов для обеспечения его физиологических функций. При сгорании в атмосфере кислорода 1 г углеводов выделяется в среднем 4 ккал, 1 г жиров — 9 ккал, 1 г белков — 4 ккал.

Биологическая эффективность — показатель качества жировых компонентов пищевых продуктов, отражающий содержание в них полиненасыщенных жирных кислот.

Отдельные химические соединения, входящие в состав пищи, называют нутриентами. Известно до 40 тыс. нутриентов, которые принято подразделять на макро- и микронутриенты. К макронутриентам относят углеводы, липиды, белки, некоторые минеральные вещества, а к микронутриентам — витамины и ряд минеральных соединений. Углеводы и липиды в организме человека используются преимущественно как источники энергии, а белки и минеральные вещества служат материалом при построении тканей организма.

2. Белки

Белки — важнейшая составная часть пищи человека и животных. Белки представляют собой природные полимеры, молекулы которых построены из остатков аминокислот.

В природе обнаружено около 200 аминокислот, однако в построении белков участвуют лишь 20. Восемь протеиногенных аминокислот являются незаменимыми, они синтезируются только растениями и не синтезируются в нашем организме.

Для взрослого человека достаточно 85 - 100 г белка в сутки. Для детей потребность в белке выше, что объясняется ростом тела. Недостаток в пище белка приводит к задержке и полному прекращению роста организма, вялости, похуданию, воспалению кожи, понижению сопротивляемости организма к инфекционным заболеваниям и т.д.

Наиболее ценные белки – животные. Большинство растительных белков имеют недостаточное содержание одной или более незаменимых аминокислот. Кроме того, растительные белки усваиваются в среднем на 75 %, тогда как животные — на 90 % и более. Опыты показали, что один животный или один растительный белок обладают меньшей биологической ценностью, чем смесь их в оптимальном соотношении.  Поэтому лучше сочетать мясо с гарниром (гречихой или картофелем), хлеб с молоком и т.д.

3. Углеводы

Углеводы составляют значительную часть рациона питания человека. Пища растительного происхождения в первую очередь содержит углеводы. Так, глюкоза является сахаром, в виде которого углеводы циркулируют в крови, а также питательным веществом для мозга; лактоза подавляет нежелательную микрофлору желудочно-кишечного тракта. Гликоген (животный крахмал) — основной запасный углевод, является компонентом всех тканей животных и человека. Он служит важным источником энергии и резервом углеводов в организме. Наиболее высокое содержание гликогена наблюдается в печени, мышцах.

Избыток потребления углеводов приводит к развитию многих болезней - ожирения, диабета и атеросклероза.

Считалось, что неусвояемые в организме человека углеводы: целлюлоза (клетчатка), пектиновые вещества — бесполезны, раздражают слизистую оболочку кишечника. В связи с этим они получили название балластных веществ. Но в последние годы установлено, что пищевые волокна обладают рядом полезных свойств. Так, клетчатка создает благоприятные условия для продвижения пищи по желудочно-кишечному тракту, нормализует деятельность полезных микроорганизмов кишечника, способствует выведению из организма холестерина, создает чувство насыщения, чем снижает аппетит. Однако чрезмерное потребление клетчатки приводит к уменьшению усвояемости основных пищевых веществ.

Пектин способствует выведению из организма тяжелых металлов, участвует в подавлении жизнедеятельности гнилостных микроорганизмов. Он эффективнее, чем клетчатка, способствует снижению холестерина в крови и удалению желчных кислот. Больше всего пектина содержится в вишне, яблоках, абрикосах, черной смородине.

Потребность человека в углеводах связана с его энергетическими затратами и равна 365-500 г/сут.

4. Липиды

Эта группа веществ является основной составной частью растительных масел (100 %), маргарина и сливочного масла (60-82%).

Липиды являются источниками энергии. При окислении в организме человека 1 г жира выделяется 9 ккал (37,66 кДж), причем это сопровождается образованием большого количества воды: при полном распаде (окислении) из 100 г жира выделяется 107 г воды.

Помимо энергетической функции, липиды выполняют структурно-пластическую функцию как компонент клеточных и внутриклеточных мембран всех тканей.

Жиры являются растворителями витаминов А, В, Е, К и способствуют их усвоению.

В сутки человек должен употреблять с пищей 100-108 г жира.

Во многих пищевых продуктах содержится определенное количество жироподобных веществ — стеринов, наиболее важен из них холестерин. Холестерин входит в состав клеток и тканей организма, используется для образования половых гормонов, гормонов надпочечников и т.д. Особенно много холестерина в тканях головного мозга (2 %). Суточная потребность в холестерине составляет 0,5 г. Из них 20% поступает с пищей, 80% синтезируется нашим организмом.

У здорового взрослого человека количество холестерина, образующегося и распадающегося в организме, уравновешено. При нарушении обмена веществ холестерин выпадает в виде мелких кристаллов, оседающих на стенках кровеносных сосудов, в желчных путях, что способствует появлению атеросклеротических бляшек в сосудах, образованию желчного камня. Наиболее богаты холестерином сердце, печень, яйца, сливочное масло, сыр, мясо, рыба.

5. Витамины

Витамины требуются в ничтожно малых количествах и выполняют каталитические функции. Если витаминов в пище не хватает, возникают нарушения в обмене веществ. Если дефицит витаминов носит глубокий и длительный характер, то развивается тяжелая болезнь авитаминоз, которая может привести организм к гибели. Если же дефицит не столь глубок, то обмен веществ будет происходить, но недостаточно эффективно, организм будет находиться в состоянии частичной витаминной недостаточности — гиповитаминоза.

Гиповитаминозы незаметны, так как ярко выраженных симптомов они не имеют, тянутся месяцами и годами, подтачивая здоровье. Основным поставщиком витаминов для человека является растение, где они синтезируются.

Витамины могут быть разделены по признаку растворимости на две большие группы — растворимые в жирах и растворимые в воде. К жирорастворимым относятся витамины группы А, группы О, Е, группы К и др. Водорастворимыми являются витамины группы В, РР, пантотеновая кислота, Н (биотин), Р и С (аскорбиновая кислота).

Витамины группы А (ретинол) — производные каротина. Отсутствие их в пище сказывается в нарушении роста, понижении стойкости к заболеваниям и ослаблении зрения. Эти витамины встречаются в продуктах животного происхождения, в растениях они отсутствуют. Однако образуются они из каротиноидов, широко распространенных в растениях.

Наиболее богаты витаминами группы А рыбий жир, жиры печени рыб и морских животных. Важнейшие источники каротиноидов — сливочное масло и яичный желток, листовая зелень, морковь, томаты. Витамин А легко разрушается при окислении и при нагревании.

Витамины группы В встречаются только в животном организме. Недостаток их в пище приводит к возникновению рахита. В растениях содержатся стеролы, из которых под влиянием ультрафиолетового облучения образуются витамины этой группы. Больше всего витаминов группы В содержится в рыбьем жире, печени млекопитающих и птиц, молоке, сливочном масле и яичном желтке.

Недостаток витамина Е (токоферол) приводит к нарушению половой функции. Наиболее богаты им зародыши злаков и зеленые листья растений.

Витамины группы К необходимы для нормального свертывания крови. Лучшие источники этих витаминов — зеленые части растений.

Недостаток биотина (витамин Н) вызывает поражение кожи и ногтей, выпадение волос. Главные источники витамина Н — микроорганизмы желудочно-кишечного тракта, мясо, печень, яйца.

Витамин Р (цитрин) представляет собой комплекс веществ, укрепляющих стенки капиллярных сосудов. Особо активен в концентратах из ягод черной смородины.

Витамин С (аскорбиновая кислота) участвует в окислительно-восстановительных процессах. Недостаток его в пище приводит к возникновению цинги. Наиболее богаты витамином С плоды шиповника, незрелые грецкие орехи, черная смородина, капуста, картофель. При варке пищи, а также сушке и консервировании плодов и овощей витамин С легко разрушается в результате окисления, которое ускоряется в присутствии железа или меди. Для того чтобы снизить потери витамина С правильнее варить овощи, опуская их в кипящую воду, а еще лучше — на пару.

В организме человека действует механизм избирательного всасывания молекул витаминов. Избыток витаминов не всасывается. Вообще, витамин обнаруживает себя не своим присутствием, а своим отсутствием. Ускорить физиологический процесс, который идет нормально, витамин не может.

6. Органические кислоты

Органические кислоты. Большинство органических кислот используется организмом в энергетических процессах. В среднем энергетическая ценность 1 г органической кислоты равна около 3 ккал.

Примерами органических кислот могут служить: муравьиная (антисептик; содержится в в меде, крапиве, яблоках); уксусная кислота; масляная кислота; молочная кислота; щавелевая кислота; лимонная кислота (встречается в цитрусовых, ананасах, табаке и махорке, клюкве, гранатах).

Содержание органических кислот во многих продуктах является важным показателем их качества и в стандартах нормируется показателем кислотности. Отклонение кислотности от нормы служит признаком недоброкачественности продукта. Например, излишне кислый вкус хлеба, пива, вина, соков, безалкогольных напитков, молочных и других продуктов свидетельствует об их недоброкачественности.

7. Дубильные вещества

Дубильные вещества. Дубильные вещества присутствуют во всех плодах, овощах, но особенно их много в черемухе, хурме, гранатах, терне, рябине, а также в чае, кофе, шоколаде. Дубильные вещества придают многим растительным продуктам терпкий вяжущий вкус. Количество дубильных веществ при созревании плодов уменьшается. Дубильные вещества разрушаются при хранении и замерзании терпких плодов. При окислении кислородом воздуха дубильные вещества превращаются в темноокрашенные вещества. Этим объясняется потемнение разрезанного яблока, причем недозревшее яблоко темнеет быстрее. Чтобы предохранить плоды от потемнения при сушке или консервировании, их обрабатывают горячим паром.

Дубильные вещества обладают бактерицидным действием, способствуют укреплению стенок кровеносных сосудов, заживлению ран. Кроме того, дубильные вещества обладают антиканцерогенным свойством, оказывают положительное действие при отравлении растительными алкалоидами.

8. Красящие вещества

Красящие вещества. Наиболее распространенные растительные красители — каро-тиноиды, придающие плодам и овощам желтую, оранжевую и красную окраску; хлорофилл; флавоновые пигменты (относятся к группе желтых пигментов) и т.д.

Естественная окраска плодов, ягод, овощей свидетельствует о степени их зрелости, пригодности к использованию, а также сохраняемости.

Многие красящие вещества разрушаются при порче продукта, поэтому изменение цвета служит предупредительным сигналом о недоброкачественности продуктов.

9. Гликозиды

Гликозиды. Гликозиды обладают специфическими вкусом (чаще горьким) и ароматом. Встречаются они в основном в кожице, мякоти, семенах растительных продуктов. Некоторые гликозиды являются ядовитыми веществами.  Например, соланин и чаконин — сильные яды, сосредоточены они в проросших и позеленевших клубнях картофеля. В здоровых клубнях соланин находится в подкожном слое, и при очистке и варке картофеля большая часть его удаляется.

10. Алкалоиды

Алкалоиды встречаются в растительных и животных продуктах. Некоторые алкалоиды являются ядами, например стрихнин.

Среди растительных алкалоидов известны кофеин, теобромин, содержащиеся в чае, кофе, какао-бобах, орехах кола. Эти алкалоиды возбуждающе действуют на центральную нервную систему, снимают усталость.

В табаке и табачных изделиях находится ядовитый никотин, в черном перце — пиперин, обладающий горьким и жгучим вкусом.

11. Фитонциды

К этой группе относятся вещества растительного происхождения. Фитонциды губительно действуют на микроорганизмы. Наиболее активные фитонциды в виде летучих веществ выделяются из лука, чеснока, хрена, редьки, цитрусовых.

12. Минеральные соединения

Пищевые продукты наряду с органическими соединениями содержат минеральные вещества, которые представлены водой и зольными элементами. Жизнь без воды невозможна. Именно в водной среде протекают биохимические реакции. Живая клетка на 60-70 % состоит из воды. В организме взрослого человека массой 65 кг содержится в среднем 40 л воды. Чем моложе организм, тем больше в нем жидкости, с возрастом ее количество уменьшается.

Вода — основа всех жидкостей в организме: крови, лимфы, пищеварительных соков. При участии воды происходят обмен веществ, терморегуляция и другие физиологические процессы.

В зависимости от возраста, физической нагрузки и климатических условий суточная потребность человека в воде составляет 2-2,5 л, в том числе с питьем 1 л, с пищей — 1,2 л, 0,3 л воды образуется в результате обмена веществ.

Вода содержится во всех пищевых продуктах, но в различных количествах: в сахаре-песке ее до 0,15 %, в хлебе — 40-50, в плодах 72-90 %, в овощах — 65-95 %.

Чем выше влажность продукта, тем легче он усваивается и требует меньше кулинарной обработки. Плоды и овощи, относящиеся к сочному сырью, как правило, не нуждаются в длительной кулинарной обработке и могут потребляться в сыром виде. Корнеплоды (свекла) и клубнеплоды (картофель), имеющие влажность около 75 %, необходимо подвергать тепловой обработке.

13. Зольные элементы

На долю зольных элементов приходятся около 1 % массы пищевых продуктов. Они не обладают энергетической ценностью, но жизнь без них невозможна.

Солей кальция в организме человека больше, чем других минеральных веществ. Этот элемент образует минеральную основу костной ткани и зубов. Необходим кальций и для нормальной возбудимости нервной системы, сократимости мышц.

Взрослый человек должен получать с пищей примерно 0,8 г кальция в день; дети и подростки — 1-1,2 г. 0,5 л молока или 100 г сыра удовлетворяют суточную потребность взрослого человека в кальции.

Соли фосфора участвуют в образовании костей. Кроме того, органическое соединение фосфора — аденозинтрифосфат (АТФ) — является аккумулятором энергии. Потребность в фосфоре составляет 1,5 г/сут. Наиболее богаты фосфором сыр, творог, мясо.

Соединения железа — необходимая составная часть большинства тканей организма. Красные кровяные шарики (эритроциты) содержат значительное количество железа. Однако время их жизни в организме человека составляет около 3 мес. Поэтому для образования новых эритроцитов человеку необходимо постоянно потреблять с пищей около 15 мг железа в день. Недостаток в пище железа способствует развитию малокровия. Основные источники железа — печень, говядина, персики, яблоки, цветная капуста, белые грибы, ржаной хлеб.

Несколько слов следует сказать и о микроэлементах, доля которых в организме составляет тысячные доли процента. Особенностью ряда микроэлементов является то, что небольшое их количество часто является жизненно необходимым, а в больших дозах они оказывают выраженный токсический эффект.

Йод входит в состав гормона щитовидной железы, стимулирующего обменные процессы. Достаточное количество йода содержат продукты морского происхождения.

Соли фтора в большом количестве находятся в тканях зубов, особенно зубной эмали. Однако увеличение концентрации солей фтора (например в питьевой воде) приводит к заболеванию флюорозом, которое характеризуется нарушением нормального строения зубов.

Содержание тех или иных минеральных веществ в пищевом сырье учитывают при составлении рационов питания для отдельных групп потребителей, в частности при питании больных. В отдельных случаях для обогащения рациона применяют специальные виды сырья. В последнее время для обогащения рациона йодом в производстве хлебобулочных изделий стали использовать хлебопекарные дрожжи с повышенным количеством этого элемента. Уровень минеральных элементов в пищевых продуктах важен не только как фактор, определяющий их пищевую ценность, он также учитывается при товароведной оценке. Например, сорт пшеничной муки или крахмала устанавливается с учетом их зольности.