§ 16. Химия пищи

Определения и обозначения

Пищевые вещества — компоненты пищи, необходимые организму как источник энергии и материал для построения и обновления тканей. К основным группам относят белки, углеводы, жиры, витамины, минеральные вещества и воду. Они выполняют неодинаковые задачи, поэтому нормальная жизнедеятельность зависит от сбалансированного поступления разных компонентов. Например, одни вещества организм использует для построения клеток, другие — для получения энергии или регуляции процессов.

Белки — природные полимеры, молекулы которых построены из аминокислот. Они входят в состав клеток и тканей, а также выполняют множество функций в организме. При пищеварении пищевые белки расщепляются до аминокислот, которые организм использует для создания собственных белков. Поэтому белковая пища поставляет материал, необходимый для роста и обновления тканей.

Углеводы — органические вещества, среди которых важнейшими для питания являются глюкоза, сахароза и крахмал. Они служат источниками энергии, нужной для работы органов и мышц. Разные углеводы отличаются строением и тем, как организм их перерабатывает. Их содержание учитывают при оценке энергетической ценности продукта.

Жиры — вещества, основу которых составляют триглицериды, то есть соединения глицерина с жирными кислотами. Они дают организму энергию и участвуют в построении клеточных структур. При одинаковой массе жиры выделяют при окислении больше энергии, чем углеводы. Поэтому даже небольшое количество жира заметно влияет на энергетическую ценность пищи.

Как это устроено

В пище одновременно присутствуют белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества и вода, потому что организм выполняет разные задачи. Для роста и обновления тканей нужны строительные материалы, для работы — энергия, а для согласованного протекания реакций — вещества-регуляторы. Вода служит средой для многих процессов, а минеральные вещества необходимы, например, для работы клеток и формирования тканей. Недостаток одной группы нельзя всегда компенсировать увеличением другой.

Белок пищи не превращается целиком в белки человеческого организма: пищеварительная система сначала расщепляет его на аминокислоты. Это необходимо, поскольку пищевые белки имеют собственное строение и должны быть разобраны на части, пригодные для повторного использования. Затем клетки соединяют аминокислоты в белки, нужные организму. Поэтому регулярное поступление белковой пищи важно для обновления тканей и поддержания их функций.

Углеводы и жиры организм окисляет, то есть превращает в ходе химических реакций, получая энергию. При этом одинаковая масса разных веществ даёт неодинаковый результат: ориентировочно 1 г белков или углеводов соответствует 4 ккал, а 1 г жиров — 9 ккал. Для расчётов умножают массу каждого компонента на его энергетический коэффициент и складывают вклады. Так оценивают энергетическую ценность продукта или порции, а не просто сравнивают граммы веществ.

Витамины требуются в небольших количествах, поскольку они регулируют процессы обмена веществ, а не служат главным топливом. Если какого-либо витамина не хватает, связанные с ним процессы могут нарушиться, что отражается на состоянии организма. Однако большее количество не всегда полезнее: избыток некоторых витаминов способен оказывать вредное действие. Поэтому значение имеют и достаточное поступление, и отсутствие чрезмерного употребления.

Состав и свойства продукта могут изменяться при приготовлении и хранении, потому что в нём идут химические процессы. Нагревание размягчает некоторые продукты, денатурирует белки или помогает крахмалу менять структуру. При контакте с кислородом жиры могут окисляться, из-за чего меняются запах и вкус; хранение помогает замедлить такие изменения. Пищевые добавки применяют для конкретных целей, например для сохранения продукта или изменения его свойств, но оценивать их следует с учётом назначения, состава и количества.

Основные пищевые вещества и их роль

Используйте таблицу, чтобы сопоставить примеры веществ с их ролью и судьбой при пищеварении. Она помогает увидеть, почему энергетическая функция — не единственная важная функция пищи. Для оценки конкретного продукта дополнительно смотрите на количество веществ и размер порции.

Разбор задач

Задача 1. На упаковке указано содержание белков, жиров и углеводов в 100 г продукта. Определите, сколько каждого вещества содержится в порции массой 50 г. Пусть на этикетке указаны 12 г белков, 8 г жиров и 30 г углеводов. Порция составляет половину от 100 г, поэтому каждое значение нужно уменьшить вдвое.

1. Найдём долю порции: 50 г / 100 г = 0,5. Это означает, что порция содержит половину каждого вещества от указанного количества на 100 г.

2. Белки: 12 г × 0,5 = 6 г; жиры: 8 г × 0,5 = 4 г. Расчёт одинаков для каждого показателя, потому что все данные относятся к одной и той же массе продукта.

3. Углеводы: 30 г × 0,5 = 15 г. Проверка: порция вдвое меньше, значит и каждое рассчитанное количество должно быть вдвое меньше исходного.

Ответ: в порции 6 г белков, 4 г жиров и 15 г углеводов. Если размер порции меняется, значения на упаковке пересчитывают пропорционально её массе. Такой пересчёт нужно делать до вычисления энергетической ценности порции.

Задача 2. В порции продукта содержатся 10 г белков, 5 г жиров и 20 г углеводов. Оцените её энергетическую ценность, используя значения 4 ккал/г для белков и углеводов и 9 ккал/г для жиров. Чтобы не потерять вклад какого-либо вещества, рассчитаем энергию для каждого отдельно, а затем сложим.

1. Белки дают 10 г × 4 ккал/г = 40 ккал. Углеводы дают 20 г × 4 ккал/г = 80 ккал.

2. Жиры дают 5 г × 9 ккал/г = 45 ккал. Умножение на коэффициенты переводит массу каждого вещества в соответствующий энергетический вклад.

3. Складываем результаты: 40 + 80 + 45 = 165 ккал. Здесь оценивается вклад только перечисленных белков, жиров и углеводов.

Ответ: энергетическая ценность порции составляет примерно 165 ккал. Для приблизительной оценки достаточно табличных коэффициентов; точное значение может зависеть от принятой системы расчёта и состава продукта. Главное — использовать одинаковые единицы и учитывать все указанные пищевые вещества.

Задача 3. Сравните энергетическую ценность двух порций разного состава. Для примера возьмём порцию A: 8 г белков, 6 г жиров и 30 г углеводов, а порцию B: 12 г белков, 10 г жиров и 20 г углеводов. Сначала рассчитаем каждую порцию отдельно по коэффициентам 4, 9 и 4 ккал/г.

1. Для порции A: белки дают 8 × 4 = 32 ккал, жиры — 6 × 9 = 54 ккал, углеводы — 30 × 4 = 120 ккал. Сумма равна 32 + 54 + 120 = 206 ккал.

2. Для порции B: белки дают 12 × 4 = 48 ккал, жиры — 10 × 9 = 90 ккал, углеводы — 20 × 4 = 80 ккал. Сумма равна 48 + 90 + 80 = 218 ккал.

3. Сравниваем суммы в одинаковых единицах: 218 ккал больше, чем 206 ккал. Разность составляет 218 − 206 = 12 ккал.

Ответ: в приведённом примере порция B даёт на 12 ккал больше. Хотя в ней меньше углеводов, больший вклад жиров и белков перекрывает эту разницу. Если данные для порций другие, повторите расчёты для их фактического состава.

Типичные ошибки

Считать белки, жиры и углеводы взаимозаменяемыми только потому, что все они могут давать энергию, — неверно. Такую ошибку допускают, если обращают внимание лишь на калорийность и забывают о строительной и других функциях веществ. Белки необходимы как источник аминокислот, а углеводы и жиры обычно рассматривают прежде всего как энергетические источники. Проверка: спросите себя, выполняют ли все группы одну и ту же задачу в организме.

При расчёте энергетической ценности иногда учитывают только жиры и углеводы либо применяют одинаковый коэффициент ко всем веществам. Причина обычно в спешке или в том, что коэффициенты путают между собой. Используйте для оценки примерно 4 ккал/г для белков и углеводов и 9 ккал/г для жиров, затем складывайте все вклады. Проверка: в записи должны быть учтены три массы и каждому веществу соответствует свой коэффициент.

Витамины ошибочно считают значимым источником энергии, поскольку их называют пищевыми веществами и упоминают вместе с белками, жирами и углеводами. Но их основная роль связана с регуляцией процессов, а не с обеспечением организма энергией. Проверяйте себя вопросом: умножаю ли я массу витаминов на коэффициенты для белков, жиров или углеводов? Для обычной оценки энергетической ценности так поступать не следует.

Считать любую пищевую добавку безусловно вредной или гарантированно безопасной — слишком общее утверждение. Добавки различаются по назначению и свойствам, а значение имеет также количество вещества. Ошибка возникает, когда вместо оценки конкретной добавки опираются только на слово «добавка». Проверяйте состав продукта и назначение вещества, не делая вывод о безопасности лишь по самому факту его наличия.

Связь с другими темами

Для понимания химии пищи пригодятся знания о составе и строении органических веществ: они помогают представить, из каких частей состоят белки, углеводы и жиры. Понятия мономера и полимера объясняют, почему белок называют природным полимером и до каких частей он расщепляется при пищеварении. Представление о реакциях окисления нужно, чтобы понять, откуда организм получает энергию и почему разные вещества дают её неодинаковое количество.

Эта тема связана с изучением обмена веществ, пищеварения и биохимических процессов: она показывает, какие вещества поступают с пищей и как организм их использует. Знание состава и энергетической ценности продуктов пригодится и при изучении основ здорового питания. Оно помогает читать этикетки, сравнивать порции и не смешивать энергетическую функцию пищи с её строительной и регуляторной ролью.

Что запомнить

• Пища содержит вещества, выполняющие разные функции в организме.
• Белки состоят из аминокислот и нужны для построения собственных белков организма.
• Углеводы и жиры служат источниками энергии.
• При окислении одинаковых масс разных пищевых веществ выделяется разное количество энергии.
• Витамины необходимы в небольших количествах и участвуют в регуляции процессов организма.
• Оценивать состав продукта следует по данным о его пищевых веществах и размеру порции.