Углеводы. Классификация.

Углеводы представляют собой органические соединения из углерода, водорода и кислорода. Углерод и кислород находятся в таком же соотношении, как и в молекуле воды (отсюда и название – углеводы).

Углеводы являются наиболее распространенными органическими соединениями нашей планеты. Они составляют до 90 % сухого вещества растений. В организме человека и животных углеводы в расчете на сухую массу занимают около 2 %.

В наибольшем количестве углеводы встречаются в продуктах растительного происхождения. Имеются продукты, которые состоят почти из одних углеводов. К ним относятся крахмал, сахар, карамель, мед и др. В таких продуктах, как мука, картофель, виноград, плоды, углеводы преобладают над другими соединениями.

Образование органических веществ в природе начинается с фотосинтеза углеводов зелеными частями растений. Листья и другие зеленые части растений поглощают углекислый газ из воздуха, воду получают из почвы; в присутствии хлорофилла из углекислого газа и воды под влиянием солнечного света образуются углеводы. Синтез углеводов растениями сопровождается поглощением громадного количества солнечной энергии, которая запасается в виде химической энергии органических соединений. Животный организм не способен начинать синтез, исходя из таких простых соединений, и поэтому целиком зависит от органического материала, который он получает с пищей.

В процессе фотосинтеза вода выступает в роли донора электронов или атомов водорода для последующего восстановления углекислого газа, и в результате этого в окружающую среду выделяется кислород. Суммарное уравнение фотосинтеза для зеленых растений можно представить в следующем виде:

_свет

n H₂O + n CO₂ --------® (CH₂O)_n + n O₂,

^{хлорофилл}

где n чаще всего принимается равным 6. Первичным улавливаемым продуктом фотосинтеза является фосфоглицериновая кислота, которая при дальнейшем превращении дает моносахариды – глюкозу, фруктозу и галактозу.

Полагают, что прежние представления о том, что первым видимым продуктом фотосинтеза из углеводов является глюкоза, оказались неточными. Применение в процессе фотосинтеза радиоактивной углекислоты С¹⁴О₂ показало, что вскоре после начала фотосинтеза из всех образовавшихся сахаров радиоактивный углерод С¹⁴ обнаруживается в сахарозе и только спустя некоторое время его находят в глюкозе, фруктозе и некоторых других соединениях.

Сахара в процессе дальнейших изменений в живых организмах дают начало другим органическим соединениям – полисахаридам, жирам, органическим кислотам, а в связи с усвоением азотистых веществ из почвы – белкам и многим другим.

В питании человека и животных углеводы играют роль источника энергии (1 г дает 15,7 кДж или 3,75 ккал тепла), а у растений они к тому же служат для построения опорных тканей. Так, стенки клеток растений состоят из полисахаридов. В пластических и некоторых других процессах организма человека углеводы принимают незначительное участие.

Углеводы составляют основную массу пищи человека (в рационе питания – первое место – 56%). За счет углеводов обеспечивается около половины суточной энергетической потребности пищевого рациона. Углеводы способствуют предохранению белка от трат на энергетические цели. Естественно, что растительная часть пищевых продуктов служит основным источником углеводов для человека, так как животные продукты содержат их мало.

Избыток углеводов (особенно легкоусвояемых: сахар, кондитерские изделия) превращается в жиры или откладываться в небольших количествах в печени и мышцах в виде животного крахмала – гликогена. Помимо жирообразования, избыток углеводов способствует повышению уровня холестери­на крови, что рассматривается как фактор, способствующий развитию атеросклеротического процесса. Избыток сахара сни­жает пищеварительную, защитную и синтетическую функции полезной кишечной микрофлоры.

Потребность человека в углеводах составляет 400 – 500 г в сутки (в том числе в крахмале – 350 – 400 г, в сахарах – 50 –100, в других углеводах (пектиновые вещества – 3% и клетчатка – 2%) – 25 г), но при тяжелой физической нагрузке она может повыситься в 2 – 3 раза. Сахара легко и быстро используются организмом человека. Сахароза как основной сахар пищи в пищеварительном тракте быстро расщепляется на глюкозу и фруктозу и всасывается в кровь, а затем в тканях используется в качестве источника энергии и для других целей. Пектиновые вещества, присутствующие только в плодах и овощах, подавляют размножение гнило­стных микроорганизмов и таким образом обеспечивают лучшие условия для жизнедеятельности полезной кишечной микрофло­ры. Клетчатка играет важную роль в стимулировании пери­стальтики кишечника, нормализации жизнедеятельности полез­ной кишечной микрофлоры, выведении из микроорганизма холе­стерина. Ежедневное включение в рацион питания овощей и обя­зательно фруктов позволит решить задачу сбалансированности отдельных углеводов, что имеет значение в профилактике атеро­склероза.

Усвояемость углеводов при смешанной пище составляет: овощей – 85%, картофеля – 95, фруктов – 90, молока и молоч­ных продуктов – 98, сахара – 99 %.

В зависимости от строения молекул все углеводы делятся на две группы: моносахариды и полисахариды. К моносахаридам относят соединения, имеющие в молекуле не менее трех атомов углерода. В зависимости от количества атомов углерода в молекуле их называют триозами, тетрозами, пентозами, гексозами и гептозами.

В состав пищевых продуктов чаще всего входят следующие углеводы: из моносахаридов – пентозы(арабиноза, ксилоза, рибоза) и гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза); из полисахаридов первого порядка (олигосахариды) – дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза, трегалоза) и трисахариды (рафиноза); из полисахаридов второго порядка (полиозы) – пентозаны (арабан, ксилан), гексозаны (крахмал, инулин, гликоген, клетчатка, или целлюлоза) и пектиновые вещества.

По пищевой ценности углеводы делятся на усвояемые и неусвояемые. К усвояемым углеводам относятся гексозы, олигосахариды и многие полисахариды (крахмал, продукты его гидролиза, глико­ген); к неусвояемым (балластным) — клетчатка, инулин, маннан, пентозаны, гемицеллюлоза, пектин и другие вещества. Моносахариды и полисахариды первого порядка (олигосахариды) имеют сладкий вкус, поэтому их называют сахарами, и растворимы в воде. Полисахариды второго порядка несладкие и в воде образуют коллоидные растворы.