Въглехидратите са основен компонент на клетките и тъканите на всеки жив организъм, било то растение, животно или човек. Те съставляват по-голямата част от органичната материя на планетата Земя. Въглехидратите са доста широк клас съединения. Сред тях можете да намерите вещества с различни свойства. Поради тази особеност функциите на въглехидратите са много широки. Днес ще анализираме основните свойства, физиологичната роля и употребата на въглехидратите в различни области на хранителната (и не само) индустрия.
Източници на въглехидрати
Основните източници на въглехидрати са растителните продукти. А именно: хляб, зърнени храни, зеленчуци, плодове, горски плодове. Що се отнася до животинските продукти, някои от тях също са богати на въглехидрати. Това е на първо място млякото, което съдържа така наречената млечна захар.
Хранителните продукти може да съдържат различни въглехидрати. Следователно значението, приложението на въглехидратите и техните функции са много обширни. Зърнените храни и картофите съдържат нишесте – сложен въглехидрат, неразтворим във вода, който се разгражда до прости захари под действието на храносмилателните сокове. В плодовете, зеленчуците и горските плодове тези веществапредставени под формата на прости захари: плодове, цвекло, тръстика, грозде и така нататък. Те се разтварят във вода и се усвояват перфектно от тялото. Водоразтворимите захари се абсорбират бързо в кръвния поток.
Консумация на въглехидрати
Смята се, че по-голямата част от въглехидратите трябва да се консумират в сложна форма и само 20-25% в проста. Това допринася за постепенното навлизане на захари в тъканите. Ако човек получава достатъчно въглехидрати от храната, те се отлагат в черния дроб и мускулите под формата на гликоген "животински нишесте". При липса на въглехидрати запасът от гликоген се разгражда до глюкоза и се използва за нуждите на организма (хранене на клетките и тъканите). Ако тялото получи излишък от тях, те се превръщат в телесни мазнини. Между другото, въглехидратите включват и фибри, които са необходими за правилното храносмилане.
Въглехидратите са основни компоненти на диетата, така че те не само определят енергийния хомеостат на тялото, но и участват в биосинтеза на редица въглерод-съдържащи полимери. За цял живот средно човек консумира около 14 тона от тези съединения. От тях приблизително 2,5 тона - в проста форма. Използването на протеини, мазнини, въглехидрати и техните производни в храната не е еднородно. Въглехидратите са основната част от нашата диета. Те консумират 4 пъти повече от протеини или мазнини. При обикновена смесена диета около 60% от енергията на човек идва от въглехидрати. Основната им задача в тялото е да осигуряват енергия. Колкото повече физическа активност в живота на човек, толкова повечеима нужда от въглехидрати. При заседнал начин на живот необходимостта от тези вещества намалява. За тези, които не се занимават с физически труд, дневната нужда от въглехидрати е приблизително 400 грама.
Около 50-65% от въглехидратите влизат в тялото ни със зърнени продукти. 15-25% - със захар и съдържащи захар продукти. Около 10% - с кореноплодни и грудкови култури. И около 5-7% - с плодове и зеленчуци.
Въглехидратите са много силен дразнител на външната секреция на панкреаса и най-активният стимулатор на инсулиновия синтез, който играе важна роля в регулирането на въглехидратния метаболизъм и поддържането на оптимална глюкозна хомеостаза. С годините простото претоварване с въглехидрати води до хиперплазия на β-клетките, след това до отслабване на островния апарат и създаване на предпоставки за развитие на диабет.
Класификация на въглехидратите
В зависимост от структурата, способността за разтваряне и скоростта на усвояване, въглехидратите, които са част от храната, се делят на прости и сложни. Простите включват монозахариди (фруктоза, глюкоза, галактоза) и дизахариди (захароза, лактоза). Към комплекс - полизахариди (фибри, нишесте, гликоген). В допълнение към примерите за въглехидрати, във всеки клас има и други, по-малко известни вещества.
Прости въглехидрати
Моно- и дизахаридите се разтварят добре във вода и бързо се усвояват от тялото. Те имат подчертан сладък вкус, поради което често се наричат просто захари. Най-разпространеният монозахарид еглюкоза, съдържаща се в различни плодове и горски плодове, както и синтезирана по време на разграждането на ди- и полизахариди. Глюкозата, веднъж в тялото, бързо намира приложение за себе си. Той образува гликоген, подхранва мозъчната тъкан и мускулите (включително сърцето) и регулира нивата на кръвната захар. По време на тренировка глюкозата може да се използва директно като източник на енергия.
Фруктозата има подобни свойства. Може да се счита за много ценен, лесно смилаем въглехидрат. Но в сравнение с глюкозата, фруктозата все още се абсорбира по-бавно от червата и веднъж в кръвта, тя напуска кръвния поток по-бързо. До 80% от фруктозата се задържа в черния дроб, предотвратявайки насищането на кръвната захар. Въпреки това, в черния дроб фруктозата синтезира гликоген по-лесно от глюкозата. В сравнение със захарозата, фруктозата е по-усвоима и има повече сладост. Поради последното свойство може да се използва по-малко фруктоза за желаното ниво на сладост на продукта, като по този начин се намалява общата консумация на захари. Това се случва при изграждането на диета с ограничени калории. Като се има предвид използването на въглехидрати в живота, трябва да се обърне специално внимание на диетичното хранене. Фруктозата често се използва като подсладител в храни за хора с диабет.
При излишък на захароза метаболизмът на мазнините се нарушава и образуването на мазнини се увеличава. Освен това отдавна е доказано, че с увеличаване на количеството захар, влизаща в тялото, се увеличава синтезът на мазнини от сложни въглехидрати, директно от мазнини и дори протеини. следователно,Количеството захар, което човек консумира, може значително да регулира метаболизма на мазнините.
С обилното използване на захар започват нарушения на метаболизма на холестерола и повишаване на съдържанието му в кръвта. В допълнение, излишната захар има лош ефект върху работата на чревната микрофлора - масата на гнилостните микроорганизми се увеличава, гнилостните процеси се ускоряват и се развива метеоризъм. По-малко от всичко тези странични ефекти се наблюдават при употребата на фруктоза. Плодовете и горските плодове са основният източник на този въглехидрат. Много фруктоза и глюкоза се съдържат в меда: съответно 37,1 и 36,2%. Цялата захар в динята е фруктоза, тук е около 8%.
Следващият монозахарид е галактозата. Не се намира в храните в свободна форма. Галактозата е продукт на разпадането на лактозата, основният въглехидрат в млякото.
Що се отнася до дизахаридите, основният в нашата диета е захарозата. При хидролиза се разпада на фруктоза и глюкоза. Основните източници на захароза са захарта от цвекло и тръстика. В гранулираната захар съдържанието на този въглехидрат достига 99,75%. Освен това захарозата се намира в плодовете, зеленчуците и кратуните.
Сложни въглехидрати
Полизахаридите имат по-сложна молекулярна структура и изключително ниска разтворимост във вода. Този клас включва: нишесте, фибри, гликоген и пектин. Използването на въглехидрати от този клас е широко разпространено в различна степен. Нишестето е с основна хранителна стойност. Високото му съдържание в зърнените култури е основният фактор, който ги определяхранителна стойност. В диетата на обикновения човек нишестето представлява до 80% от общото количество консумирани въглехидрати. Веднъж в тялото, той се превръща в прости въглехидрати и изпълнява техните функции.
Що се отнася до гликогена, в нашето тяло той играе ролята на енергиен материал, който захранва работещите мускули и вътрешните органи. Гликогенът се възстановява чрез реосинтеза за сметка на глюкозата.
Пектинът е разтворимо вещество, което се абсорбира добре в тялото. Както показват съвременните изследвания в областта на здравословното хранене, пектинът може да се използва за превантивни и терапевтични цели при заболявания на стомашно-чревния тракт.
Фибрите са много сходни по структура с полизахаридите. Зърнените продукти са известни с високото си съдържание. Освен количеството фибри в продукта, от голямо значение е неговото качество. Колкото по-нежен е този въглехидрат, толкова по-добре се разгражда в червата и толкова повече ползи носи на човек. Фибрите на зеленчуците и картофите притежават тези свойства. Важна характеристика на този полизахарид е способността да отстранява холестерола от човешкото тяло. Сега нека разгледаме по-отблизо използването на въглехидрати.
Парентерално хранене
Употребата на въглехидрати в медицината днес се развива бързо. Парентералното хранене е интравенозно въвеждане на хранителни вещества в тялото. Използва се в случаите, когато пациентът не може да се храни сам. Използването на въглехидрати при парентерално хранене е много често. Използват се споредпростата причина е, че те са най-достъпният източник на енергия за човешкото тяло. Енергийната стойност на въглехидратите е 4 kcal/g. Ежедневната потребност на човека от енергия варира от 1,5 до 2 хиляди килокалории. Оттук и проблемът с изолираното използване на въглехидрати за покриване на тази нужда. По отношение на изотоничен разтвор на глюкоза, за да се покрият напълно нуждите на човек от калории, е необходимо да се излеят от 7 до 10 литра от разтвора. Това може да доведе до развитие на свръххидратация, белодробен оток и сърдечно-съдови нарушения.
Използването на по-концентрирани разтвори на глюкоза е изпълнено с други неприятни последици - появата на хиперосмоларност на плазмата и дразнене на интимата на вените (развитие на флебит и тромбофлебит). И за да се елиминира рискът от осмотична диуреза, е необходимо да се поддържа скоростта на вливане на глюкоза в диапазона от 0,4 до 0,5 g / kg / h. Ако преведете тази цифра в изотоничен разтвор на глюкоза, получавате малко повече от 500 mm на час за пациент с тегло 70 kg. Инсулинът се добавя към разтвора на глюкоза, за да се предотврати нарушена въглехидратна толерантност и произтичащите от това усложнения. Изчислението се извършва по формулата: 1 единица на 3-4 грама суха глюкоза. Инсулинът не само има положителен ефект върху усвояването на глюкозата, но също така допринася за нормалното усвояване на аминокиселини.
Употребата на въглехидрати в медицината зависи от техния вид. В парентералното хранене се използват широко: фруктоза, глюкоза, сорбитол, декстран, глицерол и етилалкохол.
Диетична храна
Има много диети, които се основават на пълно или частично изключване на въглехидратите от диетата, както и увеличаване на приема на протеини и мазнини. Министерството на земеделието на САЩ проведе проучване, според което беше разкрито, че хората, които ядат храни, богати на въглехидрати, са предимно с нормално тегло. Храните с високо съдържание на въглехидрати са по-хранителни, но с по-ниско съдържание на калории.
Както знаете, в Америка повече от половината от населението е с наднормено тегло. И броят на такива хора непрекъснато расте. Дългосрочно проучване на населението на тема консумирана храна показа, че хората, чиято диета е доминирана от въглехидрати, получават по-малко калории от любителите на протеини и мазнини, при еднакво количество изядена храна. Тази група хора от всички анкетирани, а имаше повече от 10 000 души, имаха най-ниско телесно тегло. Причината е, че на всеки 1000 калории храна, съдържаща въглехидрати, има много фибри и вода. Тази група хора получава повече хранителни вещества с храната, а именно: витамини А и С, каротин, калций, желязо и магнезий. Мазнини, холестерол, цинк, натрий и витамин В12 са открити в диетата им в малка степен.
Употребата на въглехидрати и мазнини в храните е тясно свързана. Въпреки това, както и използването на въглехидрати с протеини. Високата ефективност на въглехидратите като енергийни източници се крие в способността им да съхраняват протеини. Когато се приема голямо количество въглехидрати, тялото използва като енергияматериалът е по-малко от аминокиселините. Като цяло тези вещества не са незаменими компоненти на храненето, тъй като могат да се синтезират от аминокиселини и глицерол, но ролята им не бива да се подценява. Употребата на въглехидрати в храната трябва да бъде най-малко 50 грама на ден. В противен случай могат да възникнат метаболитни нарушения.
Въпреки това, прекомерната консумация на въглехидрати води до образуване на подкожни мазнини. При изграждането на хранителен режим е важно не само да се задоволи нуждата на човек от тези вещества, но и да се балансира консумацията на различните им видове. Важно е да се следи съотношението на простите и сложните въглехидрати. Когато в тялото попаднат много захари, те не могат да се синтезират напълно в гликоген и да се превърнат в триглицериди, които допринасят за образуването на мастни тъкани. Когато инсулинът е повишен в кръвта, този процес се ускорява.
Сложните въглехидрати, за разлика от простите, се разграждат бавно, така че съдържанието им в кръвта се увеличава постепенно. В тази връзка е препоръчително основната въглехидратна част в храните да се състои от прецизно смилаеми вещества. Делът им трябва да бъде от 80 до 90 процента. Липсата на сложни въглехидрати е особено забележима за тези, които страдат от диабет, затлъстяване, атеросклероза и заболявания на сърдечно-съдовата система.
Както вече разбрахте, повечето въглехидрати се използват в храненето и медицината. Но обхватът на въглехидратите не свършва дотук. Къде другаде се използват?
глюкоза
Този въглехидрат се усвоява добре от тялото и може да се използва като част от някои лекарства. Освен това глюкозата се използва широко в сладкарската индустрия. С негова помощ се правят мармалад, карамел, меденки и други продукти. В текстилната промишленост той играе ролята на редуциращ агент. А при производството на гликонова и аскорбинова киселини глюкозата е изходният продукт. С негова помощ те извършват и синтеза на някои индустриални захари.
Глюкозната ферментация е от голямо значение. Появява се при мариноване на зеле, краставици, мляко и други продукти, както и при силиране на фураж. Алкохолната ферментация на глюкоза се използва в производството на бира.
нишесте
Нишестето е ценно хранително вещество. За да се улесни храносмилането на организма, продуктите се подлагат на термична обработка. При условия на висока температура настъпва частична хидролиза на нишестето, както и образуването на водоразтворими декстрини. Декстрините, попаднали в храносмилателния тракт, се хидролизират до глюкоза, която се абсорбира добре от тялото. Ако говорим за използването на въглехидрати в индустрията, нишестето не може да бъде пренебрегнато. Основните продукти, които се получават от него са глюкоза и меласа. Това допълнително разширява областта, в която се осъществява използването на въглехидрати. Опишете накратко процеса на получаване на глюкоза и меласа от нишесте, както следва.
Нишестето се нагрява в смес с разредена сярна киселина. Излишната киселина се неутрализира с тебешир. Утайката от калциев сулфат, която се образува принеутрализация, филтрирана. След това разтворът се изпарява и от него се изолира глюкоза. Ако не доведете процеса на хидролиза до края, получавате смес от глюкоза с декстрини, която се нарича меласа. Използва се в сладкарската индустрия. В допълнение, декстрините, получени от нишесте, са намерили широко приложение като лепила и сгъстители за боя. Нишестето доказва колко разнообразно може да бъде използването на въглехидрати. Химията на процесите обаче не е никак сложна.
По-рано се използваше нишесте, което ви позволява да вдъхнете втори живот на тъканта и да удължите нейния експлоатационен живот. Нишестето и продуктите, получени от него, също са използвани в текстилната, фармацевтичната и леярската промишленост.
Pulp
Практическите ползи от въглехидратите винаги са били не по-малко важни от тяхната биологична роля. Използването на въглехидрати може да се намери в напълно различни области на човешката дейност. Целулозата (фибрите) се използва от човека от древни времена. Отначало хората започнаха да използват дървесината като гориво и строителен материал. След това се научиха да правят конци от памук, лен и други влакнести растения. По-късно се появиха технологии, които направиха възможно получаването на хартия от дърво. Хартията, в основата си, е тънък слой от целулозни влакна, които са пресовани и залепени. Резултатът е издръжлива, гладка повърхност, която няма да кърви.
Първоначално за производството на хартия са били използвани само растителни суровини (памук и оризови стъбла). Влакната са извлечени от него чисто механично. Но каторазвитието на обществото, изброените източници не бяха достатъчни, за да покрият нуждата от хартия. Повечето от тях отиват за вестници. Като се има предвид, че качеството на хартията не играе особена роля тук, те започнаха да добавят към нея до 50 процента смляна дървесина. По-късно се появиха технологии, които направиха възможно да се отърват от такива съпътстващи дървесни вещества като смоли, лигнин и т.н. Ето колко разнообразна може да бъде практическата употреба на въглехидратите.
Към днешна дата най-разпространеният метод за изолиране на целулозата е сулфитът. Използва се в различни области, където се използват въглехидрати. Химията на процеса е доста проста. Според този метод дървесината се натрошава и се вари в смес с калциев хидросулфат. След това освободената от всички видове примеси целулоза се отделя на филтри. Получената луга съдържа монозахариди, така че се използва като суровина за производството на алкохол. А целулозата се използва и при производството на вискозни, ацетатни и медно-амонячни влакна.
Понякога въглехидратите се бъркат с въглехидратите. Въпреки факта, че тези два класа вещества са наречени съзвучно, те нямат нищо общо един с друг. Използването на наситени въглеводороди в ежедневието и на работа е съвсем различна история.
Заключение
Днес задълбочихте познанията си за вещества като въглехидрати. Свойствата, употребата на въглехидратите и ползите от тях за хората потвърждават, че тези вещества са най-важните биологични компоненти на нашата планета. Те сабуквално навсякъде и във всичко. Но не това е основното, а фактът, че без въглехидрати животът ни би бил невъзможен. Използването на въглехидрати в живота е твърде широко.
