Фізіологічне значення окремих складових їжі

 

Вода – одна із найважливіших складових усіх організмів. Вона міститьсяусередині та ззовні клітин і в замкнутих порожнинах. Біологічні рідини організмів, - кров, лімфа, різні соки, це розчини різних речовин у воді. Вода складає основу рідких дисперсних систем організму.

У водному середовищі відбуваються різні хімічні та фізико-хімічні процеси. За участю води відбуваються реакції гідролізу складних органічних сполук, із водою різні речовини надходять у клітини, тканими і виводяться з них як продукти обміну, за допомогою осмотичного тиску водних розчинів підтримується форма клітин. Частина води в організмі утворюється як продукт окислення органічних сполук і називається ендогенною водою.

Організм дорослої людини на 60-70% складається з води. Ще більше води міститься у соковитих частинах рослин і в мікроорганізмах. За нормальних умов з організму людини за добу виділяється приблизно 2,5 л води. Стільки ж води за добу людині необхідно вжити (1750 – 2200 г води, із неї питної 800-1000 г, суп – 250-200 г, з іншими продуктами 700 г). У здорової людини в організмі має місце водна рівновага.

 

Функції води в організмі

1) є розчинником;

2) активізує хімічні процеси (кислоти і сіль)

3) вимиває відходи з клітини

4) регулює теплообмін

5) бере участь в реакції гідролізу

Організм людини в середньому містить 70% води. В головному мозку і в м’язах 85% води, а в кістках до 20% води. Втрата організмом 10 % води призводить до незворотних реакцій.

Із організму виводиться вода шляхом потовиділення, нирками, стравоходом і диханням.

Харчові продукти містять різну кількість води. У плодах і овочах її 75-95%, у м’ясі – 52-78%, у молоці – 88%, у хлібі – 35-50%, у макаронних виробах, борошні, крупах – 10-15%, у цукрі – 0,14%.

Кількість води у харчових продуктах впливає на їх якість, активність мікробіологічних і біохімічних процесів, термін зберігання.

Із підвищенням масової частки води продукти, які швидко псуються не можуть довго зберігатись без консервування. Так, зерно з високою вологістю при зберіганні швидко зігрівається, проростає, пліснявіє, тоді як сухе зерно зберігається роками.

При контакті з водою продукти здатні її поглинати. Особливо інтенсивно поглинається вода продуктами, що містять не денатуровані білки, фосфатиди, пектинові та інші речовини, які при цьому переходять у колоїдний, желеподібний стан.

Властивості харчових продуктів залежать як від масової частки води в них, так і від форми зв’язку з її окремими компонентами. В залежності від цього розрізняють хімічно зв’язану, адсорбційно зв’язану, осмотично поглинену та капілярну вологу.

Хімічно зв’язана вода – вода, яка знаходиться у складі кристалогідратів. Кристалогідрати неорганічних сполук поширені в природі. Деякі з них втрачають кристалізаційну воду вже при кімнатній температурі, щоб зневоднити інші кристалогідрати необхідне нагрівання до температури вище 100 ^оС (прожарювання).

У харчових продуктах, складовими компонентами яких є органічні сполуки, вода у вигляді кристалогідратів зустрічається рідко. При їх прожарюванні вода може виділятися за рахунок відщеплення гідроксильних груп (-ОН) від молекул окремих сполук.

Адсорбційно зв’язана вода виникає в результаті концентрування молекул води у поверхневому шарі колоїдних часточок продукту. Ця вода вхдить до складу міцел різних гідрофільних колоїдних розчинів, наприклад, розчинів білків.

Процес сполучення за допомогою адсорбційних сил молекул води з молекулами речовини називається гідратацією, а сама вода – гідратаційною. Гідратаційна вода кристалізується при значно нижчій температурі, ніж звичайна. Тому гідратаційна вода у насінні рослин і спорах мікроорганізмів при низьких температурах не утворює кристалів льоду, що можуть пошкодити структуру клітин, і вони здатні витримувати низькі температури.

Адсорбційно зв’язану воду містять і мікро гетерогенні системи, до яких належать порошки крохмалю (розмір часточок 6-150 мкм), борошно (розмір часточок 6-150 мкм) тощо. Її кількість залежить від розміру часточок і питомої поверхні (поверхні 1 г речовини). Чим менші часточки і більша питома поверхня, тим більшу кількість адсорбційно зв’язаної води вони можуть містити. При нагріванні така адсорбційно зв’язана вода легко переходить у пару.

Осмотично поглинена вода. Деякі продукти можуть перебувати у желеподібному стані, наприклад, драглі. Еластичні гелі або драглі утворюються фібрилярними (волокнистими) молекулами білків та іншими волокнистими структурами, між якими виникають зв’язки. При цьому утворюється тривимірна просторова сітка, ячейки (комірки) якої заповнюються молекулами води. Вода, яка знаходиться у просторі цієї структурної сітки, називається осмотично поглиненою водою. Вона може легко проникати усередину структурної сітки, так як усередині концентрація розчиненої фракції речовини більша, ніж зовні. Осмотично поглинена волога при висушуванні продуктів видаляється раніше, ніж адсорбційна вода.

Капілярна вода – знаходиться у капілярах, радіус яких може бути більший 10^{-5 см (макрокапіляри) і менший 10-4 см (мікрокапіляри).}

Капілярна вода утворюється в результаті конденсації молекул води (пари) усередині вузьких капілярів.

Воду у капілярах можна вважати вільною. Вона переміщується по капілярах у вигляді рідини або пари. Утримується капілярна вода в проміжках структурно-капілярної системи продуктів за рахунок капілярних сил. При механічному пошкодженні цієї системи у продуктах, наприклад, при нарізанні м’яса, риби, овочів частково втрачається їх клітинний сік.

Капілярна й осмотично зв’язана вода у свіжих плодах і овочах складає до 95 %, у м’язах тварин і риб знаходиться 45-55% осмотично зв’язаної води, 40-45% - капілярної і 6,7-7,5% - адсорбційної.

Різні стани води у харчових продуктах пов’язані між собою, між ними не спостерігається чіткої межі. При переробці й зберіганні продуктів вода може переходити із однієї форми в іншу.

 

Методи визначення вологості:

Виділ. Експрес метод (швидко) – висушують при t = 160^oC 3-10 хв

Прискорений метод – висушують 45-60 хв. t = 130^oC

Висушування до постійної маси при t = 160^oC  4 години + 1 година

 

Мінеральні речовини

В організмі людини і тварин виявлено більше 70 хімічних елементів.

Приблизно 98,7% атомів різних елементів організму людини припадає на чотири елементи, які виділяють як основні. Це Гідроген (водень), Оксиген (кисень), Карбон (вуглець) і Нітроген (азот). Із цих елементів побудовані основні хімічні сполуки живого організму – білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди та ін.

Другу групу складають макроелементи, частка атомів яких в організмі приблизно 1,3% (речовини вміст яких становить більше 1мг на 100 г продукту). Це - Натрій, Кальцій, Фосфор, Сульфур (сірка), Калій, Хлор, Магній.(K, Ca, Mg, Na, S, P, Сl). У живих організмах ці елементи виконують різні функції. Натрій-іони знаходяться у міжклітинному просторі та у складі клітин, калій-іони знаходяться у складі клітин і підтримують структуру клітин, активують діяльність ряду ферментів, забезпечують проведення імпульсів по нервових клітинах. Натрій-іони впливають на кров’яний тиск, беруть участь у водному обміні. Добова потреба в Натрію складає 1-2 г, що значно менше, ніж ми вживаємо. У продуктах Натрій міститься у невеликих кількостях і практично задовольняє добову потребу на 80%.

Основна кількість Натрію надходить до організму людини із хлібом із підсоленою їжею (4-6 г). Надлишок Натрію перевантажує нирки, серце, підвищує кров’яний тиск, тому не слід вживати його більше ніж 4 г на добу.

Калій-іони нормалізують тиск крові, проявляють сечогінні властивості. Добова потреба в Калію 2,5 – 3 г повністю задовольняється продуктами харчування, наприклад, картоплею.

Кальцій є одним з основних структурних компонентів кісток знижує збудженість нервової й м’язової тканин, проникність клітинних мембран, бере участь у процесах м’язового скорочення й згортання крові. Добова потреба людини в Кальцію становить приблизно 800 мг. Багато Кальцію міститься в молоці та молочних продуктах.

Важлива роль належить у організмі Фосфору, він як і Кальцій, бере участь у побудові кісткової тканини, входить до складу нуклеїнових кислот, АТФ, АДФ, коферментів, фосфоліпідів, які є основними компонентами клітинних мембран. Добова потреба у Фосфорі становить приблизно 1200 мг. Основним джерелом Фосфору є молоко і хліб, багато Фосфору міститься в рибі, м’ясі, квасолі, горосі.

Частина магнію міститься в кістках, а друга – у вигляді іонів усередині клітин. Магній регулює нервово-м’язову збудженість, роботу серця, активує ряд ферментів. Добова потреба в Магнію становить 400 мг. Джерелом Магнію для людини є хліб та круп’яні вироби. Значну кількість Магнію містять горіхи та овочі.

Хлор у сполуці з Натрієм на 70 % забезпечує осмотичний тиск крові й рідин в організмі. Він бере участь в утворенні шлункового соку, формуванні плазми, активує деякі ферменти. Добова потреба у хлорі близько 2 г. з кухонною сіллю до організму надходить 7-10 г Хлору, що перевищує добову потребу.

Сульфур входить до складу білків, які містять сульфурмісні амінокислоти (метіонін, цистеїн), а також деяких вітамінів. Добова потреба у Сульфурі близько 1 г і повністю задовольняється білоквмісними харчовими продуктами.

Частка атомів інших елементів організму, які належать до групи мікроелементів, складає менше 0,001% (Ферум, Купрум, Цинк, Манган, Кобальт, Йод, Флуор та ін.). вони виявлені у складі білків, ферментів та інших біологічно активних речовин.

Ферум (залізо) бере участь в утворенні гемоглобіну та деяких ферментів. Добова потреба складає близько 14 мг. Вона задовольняється звичайними продуктами харчування. На Ферум багаті печінка, нирки та бобові. Мало Феруму міститься у білому хлібі з пшеничного борошна вищого сорту і він не повністю засвоюється, оскільки знаходиться у зв’язаному стані з фосфатами і фітином.

Цинк входить до складу інсуліну та деяких ферментів. Добова потреба в Цинку 8-22 мг. Вона задовольняється звичайним раціоном. Багато Цинку міститься у печінці, бобових.

Йод бере участь в утворенні гормону тироксину. При його нестачі розвивається зобна хвороба. Добова потреба у Йоді 100-150 мг. На кількість йоду в продуктах впливає його вміст у грунті території, з якої збирався урожай. У випадку продуктів бідних на Йод, щоб попередити захворювання на зоб, застосовують йодовану сіль.

Флуор (фтор) входить до складу зубної емалі. При його нестачі виникає карієс (руйнується зубна емаль).

Добова потреба у Флуорі 3 мг. Вона задовольняється Флуором, який міститься у продуктах харчування та у воді.

 

/ Мінеральні речовини – забезпечують побудову опорних тканин скелету, Р, S, Мg) підтримання необхідного осматичного середовища клітин у крові, де протікають всі обмінні процеси (Na, K) утворення специфічних травних соків (Се), гормонів (J, Zn, Cu)

беруть участь у перенесенні кисню в організмі (Fe, Cu)

входять до складу деяких життєвонеобхідних вітамін і ферментів (Со, Mn, Zn).

Мінеральні речовини поділяють на макроелементи і мікроелементи.

Макроелементи –

Мікроелементи -  елементи вміст яких становить менше ніж 1 мг на 100 г продукту (Cu, Zn, B, Ca, M, молібден)

Білки

R – CH – COOH

    |                - загальна формула амінокислот

  NH₂

Серед азотних речовин, що входять до складу харчових продуктів найважливіша роль належить білкам. Їх основне значення незамінність іншими компонентами їжі. Білки складають основу процесів життєдіяльності організму і необхідність їх постійного оновлення лежить в основі обміну речовин.

Функції білків в організмі:

1) структурна – побудова тканин та клітинних компонентів;

2) функціональна – ферменти, гормони, дихальні пігменти.

Дефіцит білка в харчовому раціоні підвищує сприйнятливість організму до інфекційних захворювань, порушує процеси кровотворення, обмін ліпідів, вітамінів та інше.

У дітей при білковій недостатності сповільнюється ріст та розумовий розвиток, але тривалий надлишок білка в організмі також негативно впливає на його життєдіяльність викликаючи перезбудження нервової системи, порушення обмінних процесів, перевантаження печінки та нирок.

У щоденному раціоні дорослої людини білки повинні складати біля 14 % загальної калорійності.

Білки рослинного походження засвоюються організмом не повністю у порівнянні з білками тваринного походження.

Білок молока, яєць засвоюється – 96%, риби, мяса – 95%, хліба з борошна І-ІІ гатунків – 85%, картоплі, хліба з обойного борошна, бобових культур – 70%

Так як білки рослинного походження менш повноцінні за складом ніж білки тваринного походження, то для дорослої людини доля білка тваринного походження повинна складати в середньому біля 55% загальної кількості білка в раціоні.

Прості білки поділяють на розчинні (протеїни)

1) альбуліни – водорозчинні

2) глобуліни – розчиняються в розчинах солей

3) проламіни – спирторозчинні (гліадин в зернах)

4) глютеаніни – розчиняються в лугах (прикл. глютенін – входить до складу зерна)

нерозчинні прості білки – (протеноїди) містять багато сірки (Прикл. колаген – білок сухожилля)

Складні білки – протеїди – білки до складу яких входять залишки глюкози, нуклеїнових кислот та інші

Властивості білків – амфотерні сполуки, тобто можуть дисоціювати як кислоти і як луги.

З підвищенням кислотності ступінь розчинності білків збільшується, отже знижується рН. Білки здатні утворювати студнв, здатні денатуруватись під дією t, рН, тиску, ультрафіолетового проміння. Білки використовують як піноутворювач (розпушувач бісквітів).

 

Жири

Жири – найпоширеніші сполуки класу ліпідів. До ліпідів відносяться воски, стероїди, фосфоліпіди та інше, целтоїди.

Ліпіди широко поширені в природі, вони приймають участь у побудові кліткових структур тваринних та рослинних тканин, у біохімічних процесах, що протікають на клітковому рівні.

Ліпіди легко утворюють комплекси з білками, вуглеводами іншими органічними сполуками, які виконують важливі фізіологічні функції: вони забезпечують окислювально-відновні процеси на клітковому рівні, приймають участь у біосистемі білків, забезпечують перенесення речовин через кліткові мембрани, приймають участь у вищій нервовій діяльності і т.д. За хімічним складом жири це тригліцериди (складні ефіри вищих жирних кислот і трьохатомного спирту гліцерину). До складу тригліцеридів у різному поєднанні входять десятки органічних кислот.

С₁₇Н₃₃СООН – амінова кислота.

Жири тваринного і рослинного походження істотно відрізняються. У жирах насичені жирні кислоти, у жирах рослинного походження – ненасичені жирні кислоти.

Жирні властивості жиру визначають вищі вищі жирні кислоти (ВЖК), що входять до його складу, якщо до складу тригліцириду переважно насичені жирні кислоти з високою температурою плавлення, то тригліцерид твердий.

Якщо ж у його складі в основі ненасичені жирні кислоти, то при звичайних умовах цей жир рідкий.

50-60% потрібно вживати рослинних жирів. При розкладі 1г жиру до найпростіших сполук (СО₂ і Н₂О) виділяється  Дж; при розкладі 1г вуглеволів чи білка виділяється  Дж.

За рахунок енергетичної цінності жирів, що входять до харчового раціону організм людини отримує 30% енергії.

Харчова цінність жирів визначається їх складом, засвоюваністю та наявністю в них так званої нежирової фракції – жиророзчинних вітамінів, фосфатидів, стеринів та інше. Загальною властивістю жирів є їх нерозчинність у Н₂О, але хороша розчинність в органічних розчинниках – бензолі, бензині, сірчаному ефірі, ацетоні, хлороформі, сірководні, метиловому та етиловому спирті.

Кількість жирів у харчових продуктах:

Борошно – 1-2%

Молоко – 3-5%

Горіхи – 60-75%

Яловичина – від 4 до 25%

Жири здатні перетворюватися з рідких у тверді.

Процес гідрогенізації – здатність приєднувати Н₂ по місцю подвійного зв’язку.

 

 

Вуглеводи

Вуглеводи – основна складова частина рослинних продуктів. Добова потреба 400-500 г.

 

 

Класифікація вуглеводів

Моносахариди Глюкоза Фруктоза

Дисахариди Сахароза Мальтоза Фруктоза Лактоза

Трисахариди Сахариди Рафіноза

Полісахариди Крохмаль Клітковина декстрини

 

Властивості цукрів

Це гігроскопічні сполуки, редукуючі речовини (мають вільну альдегідну або кетонну групу (=0=)),

Здатні окислюватися, цукри мають різну солодкість

Сахароза 100 %

Фруктоза 80%

Глюкоза 60%

Мальтоза 32%

Лактоза 25%

Цукри добре зброжуються дріжджями. При великій консистенції не розчиняються. Сіль використовується як антикристалізатор.

Найвищий полісахарид є крохмаль – містить 25% амілози і 75% амілопектину. У борошні крохмалю – 65-70%, хлібі – 50%, макаронних виробах – 60%, картоплі – 17,5-20%

Декстрини – полісахариди різної молекулярної маси – проміжні продукти при гідролізі крохмалю.

 

 

Вітаміни

Віта – життя.

Вітаміни – життєво необхідні речовини.

Вітамін А – отримується із печінки риб та окремих морських тварин. Його відсутність в організмі призводить до таких хвороб: куряча сліпота. Існує провітамін А – каротин (морква) який в шлунку перетворюється в вітамін А.

Вітамін В₁ – служить для попередження організму від фізичного та розумового перенавантаження та сприяє покращенню роботи нервової системи.

В₂ – служить для нормального травлення, для захисту від деяких хвороб очей, шкіри та інше.