Ocena brak

Ogólne uwagi o podstawowych funkcjach produktów spożywczych i ich składników

Autor /kokosanka Dodano /30.01.2014

Podstawową funkcją produktów spożywczych jest zaspokajanie potrzeb pokarmowych organizmu ludzkiego. Potrzeby te są wynikiem konieczności utrzymania działalności życiowej, której przejawem są procesy przemiany materii i energii, określane ogólnie jako metabolizm. Przemiany metaboliczne są bardzo złożone i powiązane ze sobą. Występują tu zarówno procesy rozkładu substancji złożonych na prostsze, jak i procesy syntezy skomplikowanych związków i wcielania ich do złożonych struktur komórkowych i tkankowych. Procesy rozkładu, połączone najczęściej z utlenianiem i wydzielaniem energii w różnej postaci (ciepła, energii mechanicznej, chemicznej, elektrycznej, promieniowania itp.), zostały nazwane katabolizmem; natomiast procesy budowy składników ustrojowych, wymagające dostarczania energii, określono jako anabolizm.

Do prawidłowego przebiegu procesów życiowych jest konieczne zachowanie sprzyjających warunków środowiska zewnętrznego, jak odpowiednia temperatura, ciśnienie, światło, skład atmosfery oraz dostarczanie tlenu, wody i pożywienia. Pożywienie ma za zadanie dostarczyć organizmowi:

- energii, potrzebnej do pracy organów wewnętrznych i przebiegu wielu procesów (krążenia krwi, oddychania, trawienia, wchłaniania, wydzielania, wydalania itp.) a także energii potrzebnej do utrzymania stałej temperatury ciała, do pracy umysłowej i fizycznej itd.;

-    składników do syntezy i budowy złożonych związków i struktur powstających w czasie rozwijania się młodego organizmu lub powstawania masy organizmu, np. podczas jego rekonwalescencji, oraz koniecznych ze względu na potrzebę utrzymania stałej równowagi dynamicznej między ciągle przebiegającymi procesami katabolicznymi i anabolicznymi;

-    składników regulujących przemianę materii i energii przez utrzymywanie komórek i tkanek w prawidłowym stanie oraz - w miarę potrzeby - przyspieszanie i hamowanie procesów.

Wartość odżywcza produktu spożywczego jest zatem uzależniona od tego, w jakim stopniu produkt jest w stanie pokryć potrzeby organizmu. Do oceny tej wartości przyjęto różne kryteria: skład chemiczny produktu, strawność, przyswa-jalność, wartość energetyczną oraz wartość biologiczną składników odżywczych. Wymienione kryteria nie wyczerpują całości zagadnienia związanego z wartością odżywczą produktu. Wynika to z bardzo złożonego charakteru tego pojęcia; zawiera ono także wiele elementów o charakterze dynamicznym. Należy pamiętać, że z jednej strony zmienia się zapotrzebowanie organizmu na pokarm w zależności od czynników wewnętrznych, jak wiek, płeć, uwarunkowania genetyczne, różne stany fizjologiczne, chorobowe czy napięcia systemu nerwowego, a z drugiej strony oddziałują na organizm różne czynniki zewnętrzne, jak temperatura, wilgotność, nasłonecznienie, ruch powietrza, położenie geograficzne, wysokość nad poziomem morza, charakter pracy itp. Pojedynczy produkt spożywczy rzadko jest przyjmowany jako jedyny pokarm, najczęściej jest on składnikiem posiłku i jego wartość odżywcza zależy także od ogólnej masy i składu posiłku, częstotliwości spożywania posiłków, urozmaicenia diety itp. Dla organizmu ludzkiego są szkodliwe nie tylko braki w zakresie ilości i jakości pożywienia, ale również nadmierne ilości spożywanej żywności, co niejednokrotnie prowadzi do tzw. chorób cywilizacyjnych. Wartość odżywcza produktu ujawnia się w trakcie złożonego procesu jego spożywania, trawienia, wchłaniania, przyswajania i wydalania części niewykorzystanej . Przy rozpatrywaniu wartości odżywczej ważny jest efekt netto. Produkt, który nie zostanie spożyty, nie ma żadnej wartości odżywczej; gdy konsumpcja nastąpi po zbyt długim okresie przechowywania, w którym następuje psucie się produktu, to konsumpcja taka nie tylko nie przyniesie korzyści, ale może spowodować szkody (np. zatrucie pokarmowe).

Zgodnie z definicją podaną w rozdz. 1 produkty spożywcze (artykuły spożywcze) składają się ze środków spożywczych i używek. Środki spożywcze w nauce o żywności i żywieniu są traktowane jako źródło składników odżywczych. Za składnik odżywczy uważa się naturalną część składową środka spożywczego (tzw. składnik pokarmowy) lub też część dodaną umyślnie (np. witaminę A do margaryny) stanowiącą najmniejszą cząsteczkę organiczną lub nieorganiczną, która po uwolnieniu w procesie trawienia organizm może wchłonąć w przewodzie pokarmowym i wykorzystać do swoich celów. Zgodnie z tym określeniem składnikami pokarmowymi czy odżywczymi są aminokwasy, kwasy tłuszczowe, cukry proste, witaminy, jod, wapń itd. Wartość odżywcza jest związana tylko z ilością tzw. suchej substancji, tj. pozostałości po usunięciu z żywności wody.

Woda nie jest uważana za składnik odżywczy i to nie tylko w postaci czystego związku chemicznego, ale nawet woda pitna, zawierająca wiele ważnych dla organizmu składników naturalnych, jak J, Fe, Ca, F i in. Takie stanowisko nie wydaje się słuszne. Używkę natomiast traktuje się jako składnik produktu spożywczego nie zawierający składnika odżywczego, chociaż może ona być szkodliwa dla organizmu, jak np. alkohol czy tytoń.

Produkty spożywcze pod względem chemicznym stanowią zbiór bardzo dużej ilości związków organicznych i nieorganicznych. Rzadko występują one w postaci jednorodnej (np. glukoza krystaliczna lub mączka ziemniaczana).

Substancje zawarte w produktach spożywczych, rozpatrywane pod kątem ich wartości odżywczej, można podzielić na:

-    składniki odżywcze niezbędne i nie niezbędne;

-    substancje nie będące składnikami odżywczymi, obojętne lub nawet szkodliwe dla zdrowia.

Przez składniki odżywcze niezbędne rozumie się te składniki, których organizm ludzki bezwzględnie potrzebuje do życia, i nie jest w stanie sam syntetyzować lub syntetyzuje w niewystarczającej ilości, dlatego musi je mieć dostarczone w pożywieniu. Składniki odżywcze nie niezbędne są składnikami, które organizm wykorzystuje jako pożywienie, ale mogą być one zastąpione przez inne składniki odżywcze lub syntetyzowane przez organizm z innych składników.

Inny podział składników zawartych w produktach spożywczych uwzględnia ich pochodzenie i rozróżnia:

-    składniki naturalne występujące w żywności;

-    składniki celowo dodawane do produktów spożywczych;

-    składniki przypadkowo dostające się do żywności w czasie produkcji, transportu, przechowywania, dystrybucji, obróbki kulinarnej itp.

Obecnie w diecie zbilansowanej rozróżnia się ok. 50-60 niezbędnych składników odżywczych, przy czym nauka o żywieniu stale rozszerza tę listę. Z punktu widzenia wartości odżywczej i ze względu na skład chemiczny oraz udział masowy w żywności wyróżnia się w niej oprócz wody:

-    trzy podstawowe składniki żywności: białka, cukrowce i tłuszcze oraz ich pochodne, będące jednocześnie zespołami lub grupami składników odżywczych, wykorzystywanych w organizmie ludzkim przede wszystkim jako materiał budulcowy i źródło energii,

-    dwie grupy składników odżywczych: witaminy i sole mineralne, występujące w niewielkich ilościach, ale spełniające ważną rolę w organizmie ludzkim, głównie jako składniki regulujące w nim przemianę materii i energii.

Poza tymi pięcioma grupami występują w żywności również inne związki mające także znaczenie odżywcze (wartość energetyczną), jak niektóre kwasy organiczne, alkohole itp.

Białka

Białka należy uznać za podstawowy materiał budulcowy. Tworzą one zrąb komórek i tkanek, występują w enzymach, hormonach i ciałach odpornościowych, uczestniczą w wielu ważnych procesach, jak w regulacji pH, ciśnienia osmotycz-nego, krzepnięciu krwi i in. W miękkich tkankach ludzi stanowią one 75% suchej substancji. Organizm ludzki ma właściwości samoodnawiania się, a w okresie przyrostu masy ciała - tworzenia nowych komórek i tkanek.

Pod względem chemicznym białka są związkami zawierającymi 12-19% azotu, 50-55% węgla, 6,0-7,3% wodoru, 19—24% tlenu i do 4% siarki. Niektóre białka zawierają jeszcze P, Ca, Fe, Cu, I, Zn, Mg, Mn i Co. Są one zbudowane z aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi. Aminokwasów tych jest ok. 20; powstawać z nich może praktycznie niezliczona ilość białek, jeśli uwzglęni się, że w skład różnych białek mogą wchodzić różne aminokwasy, w różnych ilościach i w różnej kolejności (tzw. sekwencji) w łańcuchu peptydowym. Stwierdzono np., że zamiana kwasu glutaminowego przez walinę w jednym tylko miejscu łańcucha polipeptydowego hemoglobiny daje jakościowo inne białko i jest przyczyną choroby dziedzicznej, zwanej anemią sierpowatą. Ogólnie przyjmuje się, że krótkie łańcuchy peptydowe zawierające mniej niż 50 aminokwasów, o masie cząsteczkowej poniżej 6000, nie wykazują właściwości typowych białek; są one nazywane peptydami lub polipeptydami. Skład aminokwasowy i kolejność w łańcuchu polipeptydowym uwarunkowane dziedzicznie określają tzw. pierw-szorzędową strukturę białek. Usytuowanie łańcucha w przestrzeni lub łańcuchów peptydowych w cząsteczce białka składa się na strukturę wtórną. Można tu rozróżnić zasadniczo dwa typy cząsteczek. Jeden z nich występuje w postaci rozciągniętych włókien, charakterystycznych dla białek fibrylar-nych albo skleroprotein, natomiast typ drugi, w kształcie zbliżonym do kuli, u białek globularnych. W białkach fibrylarnych poszczególne łańcuchy po-lipeptydowe są połączone wiązaniami wodorowymi po kilka na przemian równolegle i pofałdowane, tworząc tzw. strukturę rusztowo-harmonijkową. W białkach globularnych łańcuch polipeptydowy jest zwinięty w formie śruby prawoskrętnej, czyli a-spirali (a-helisy). Sposób i stopień zwinięcia łańcucha składają się na strukturę drugorzędową natomiast sposób i stopień pofałdowania i zwinięcia spirali białkowej w zbity twór kulisty określa się jako strukturę trzeciorzędową. Poszczególne cząsteczki białka (tzw. podjednostki) mogą łączyć się ze sobą w homogeniczne agregaty lub asocjować z innymi podjednostkami, jak np. z kwasami nukleinowymi i przyjmować charakter heterogeniczny. Stopień polimeryzacji lub asocjacji cząsteczek białka składa się na ich strukturę czwartorzędową.

Określona budowa łańcuchów polipeptydowych, sposób ich powiązania i ułożenia przestrzennego, czyli tzw. konformacja, składają się na strukturę molekularną Od tej struktury zależą różne właściwości fizyczne, chemiczne, biologiczne i technologiczne białek. Na przykład od zdolności tworzenia układów przestrzennych białek zależą ich właściwości teksturotwórcze, wynikające głów-

nie ze zdolności tworzenia siatki przestrzennej o różnej sztywności. Siatka ta wiąże różne ilości wody w sposób mechaniczny i za pomocą różnych wiązań, uzależnionych od rodzaju i liczby grup czynnych. W utrwalaniu struktury wtórnej biorą udział wiązania wodorowe, dwusiarczkowe, jonowe, estrowe i inne oraz siły kohezji Van der Waalsa. W wytworzeniu i zmianie rozbudowanej struktury przestrzennej białek uczestniczą także interakcje nie tylko między białkami, ale również między innymi składnikami, jak lipidy, cukrowce, woda i małe cząsteczki neutralne i zjonizowane. Na zmianę konformacji mają także duży wpływ inne czynniki środowiska, jak temperatura, kwasowość, ciśnienie itp. Wszystko to sprawia, że białka należą do związków na ogół bardzo labilnych. Zmiany lub pozbawienie białek właściwości naturalnych, spowodowane trwałymi przemianami przestrzennej struktury makrocząsteczek, są nazywane denaturacj ą.

W świetle przedstawionej w dużym skrócie budowy chemicznej i fizycznej białek i związanej z tym ich różnorodności, która nie całkowicie jest jeszcze zbadana, trudna jest klasyfikacja tych związków. Ogólnie przyjęto dzielić białka na dwie podstawowe grupy:

1)    proteiny, czyli białka proste, homogeniczne, złożone jedynie (lub prawie jedynie) z aminokwasów,

2)    proteidy, czyli białka złożone, heterogeniczne, zawierające oprócz aminokwasów inne składniki, często określane jako grupy prostetyczne.

W obrębie białek prostych rozróżnia się, głównie na podstawie rozpuszczalności w wodzie oraz w wodnych roztworach kwasów, zasad, soli i alkoholu etylowego, następujące grupy:

Albuminy - rozpuszczają się w wodzie i w rozcieńczonych wodnych roztworach soli, wytrącają się w roztworze siarczanu amonu przy stężeniu bliskim jego wysyceniu, koagulują podczas podgrzewania, występują dość powszechnie w tkankach roślinnych i zwierzęcych.

Globuliny - nie rozpuszczają się w czystej wodzie, natomiast rozpuszczają się w roztworach soli obojętnych, np. NaCl. Siarczan amonu wytrąca je z roztworu już po nasyceniu do połowy, ogrzewanie łatwo je denaturuje, występują powszechnie w materiałach roślinnych i zwierzęcych.

Gluteliny - nie rozpuszczają się w wodzie i w roztworach soli obojętnych, natomiast rozpuszczają się w rozcieńczonych roztworach kwasów i zasad, zawierają znaczne ilości kwasu glutaminowego, glutaminy i proliny, a mało lizyny, występują w nasionach roślin dwu- i jednoliściennych.

Pro laminy - rozpuszczają się w niższych alkoholach alifatycznych (np. w 70-80-proc. roztworze etanolu) i w niektórych alkoholach aromatycznych; pod względem składu aminokwasowego są podobne do glutelin, występują w ziarnach zbóż i stąd nazwy ich pochodzą od łacińskiej nazwy zboża, z którego zostały wyodrębnione, np. hordeina z jęczmienia, sekalina z żyta, zeina z kukurydzy.

Skleroproteiny - nie rozpuszczają się ani w wodzie, ani w rozcieńczonych roztworach kwasów i zasad, są oporne na działanie enzymów proteolitycznych przewodu pokarmowego ludzi, zawierają znaczne ilości aminokwasów: glicyny, proliny, hydroksyproliny, a w niektórych występują także aminokwasy zasadowe i siarkowe. Tworzą dużą grupę białek włókienkowych (fibrylarnych). Występują tylko w organizmach zwierzęcych, głównie w tkance łącznej i podporowej, np. kolagen w skórze, kościach i chrząstce, elastyna w ścięgnach i ścianach tętnic, keratyna we włosach, rogach, kopytach, piórach, wełnie, naskórku, fibro-ina i serycyna w jedwabiu.

Histony - dobrze rozpuszczają się w wodzie i rozcieńczonych roztworach kwasów, zawierają duże ilości aminokwasów zasadowych (histydyny, lizyny, arigininy), a brakuje w nich tryptofanu; występują w jądrach komórkowych.

Pro tarniny - dobrze rozpuszczalne w roztworach kwasów. Charakteryzują się prostym składem aminokwasowym i małą masą cząsteczkową (1-5 tys.), dlatego niektórzy zaliczająje do polipeptydów, a nie do białek. Zawierają duże ilości białek zasadowych (np. salmina zawiera ok. 90% argininy); brak w nich aminokwasów dikarboksylowych, dlatego są silnie zasadowe. Występują w plemnikach ryb.

W obrębie białek złożonych rozróżnia się, zależnie od rodzaju części nie-białkowej, następujące grupy:

Chromoproteidy - grupę prostetyczną stanowią różne barwniki, jak układ hemowy w hemoglobinie, mioglobinie, cytochromie, katalazie, peroksydazie (tzw. hemoproteidy), flawiny w niektórych enzymach oddechowych, związki karoteno-we w purpurze wzrokowej, żółciowe w choleglobinie itp.

Glikoproteidy - część niebiałkową stanowią różne cukry proste (glukoza, galaktoza, mannoza), aminocukry i ich N-acetylowe pochodne, kwasy urono-we (jak kwas glukuronowy i galakturonowy), wielocukrowce o charakterze obojętnym lub w postaci wielozasadowych kwasów tworzących z białkami np. mukoproteidy, wchodzące w skład wydzielin błon śluzowych, płynów torebek stawowych, w substancji ocznej, w ślinie; charakteryzują się dużą lepkością.

Fosfoproteidy - zawierają ok. 1% fosforu w postaci kwasu ortofosforowego związanego estrowo z grupami OH seryny i treoniny; należy do nich głównie białko mleka - kazeina, witelina i foswityna żółtka jaja, ichtulina ikry rybiej.

Lipoproteidy - grupami prostetycznymi są tłuszczowce proste, złożone i sterydy; występują w organellach komórkowych, w błonach komórkowych, w płynach ustrojowych, np. w osoczu krwi. Odgrywają ważną rolę w procesach aktywnego transportu komórkowego i w utlenianiu.

Metaloproteidy - zawierają metale (Cu, Zn, Fe, Ca, Mg) połączone z białkami wiązaniami ko ordy nacyj nymi, występują w wielu enzymach i w niektórych białkach gromadzących metale, np. w ferryty nie występującej w wątrobie, śledzionie i błonie śluzowej, zawartość żelaza dochodzi do ok. 20%.

Nukleoproteidy - zawierają kwasy nukleinowe, dołączone do białek zasadowych (histony, protaminy); występują w jądrze, cytoplazmie, w wirusach.

Przedstawiony podział białek jest już dzisiaj nie wystarczający tak z punktu wartości żywieniowej, jak i w technologii produkcji żywności, gdyż w produktach spożywczych (w żywności) spotykamy się z kompleksowymi połączeniami białek, lipidów, cukrowców, kwasów nukleinowych i in. związków chemicznych, więc proteidy te trudno zaliczyć do jednej ściśle określonej grupy. Dlatego wprowadza się inny sposób podziału białek, oparty na wspólnym występowaniu w różnych surowcach spożywczych i w gotowej żywności, jak np. substancje białkowe ziarna zbóż - gluten, białka mleka, białka tkanki mięśniowej itp. Nauką o tych białkach szerzej zajmują się chemia żywności i szczegółowe technologie żywności.

Wartość odżywcza białek jest rozpatrywana głównie pod kątem ich przydatności jako materiału niezbędnego do syntezy i budowy złożonych struktur w organizmie. Wchłanianie i przyswajanie białek następuje dopiero po strawieniu (rozłożeniu) ich do aminokwasów. Dlatego wartość odżywcza, w tym przypadku biologiczna, białka w produkcie spożywczym zależy od jego strawności i składu aminokwasowego. Biorąc pod uwagę zdolności syntetyczne organizmu, aminokwasy podzielono na niezbędne, a więc te, których organizm ludzki nie może syntetyzować i musi mieć dostarczone z zewnątrz w postaci gotowej w pożywieniu (czyli tzw. aminokwasy egzogenne), i na nie niezbędne (endogenne), które organizm może syntetyzować ze składników azotowych i stosunkowo prostych związków węglowych.

Do bezwzględnie niezbędnych aminokwasów zalicza się: fenyloalaninę, izo-leucynę, leucynę, lizynę, metioninę, treoninę, tryptofan i walinę. Synteza aminokwasów endogennych w organizmie może być niewystarczająca; w okresach szczególnych np. szybkiego wzrostu i rozwoju organizmu lub długotrwałego niedoboru białka i te aminokwasy mogą stać się niezbędne, np. dla dzieci i młodzieży niezbędne są dodatkowo arginina i histydyna.

Przez białko pełnowartościowe (albo kompletne) rozumie się białko zawierające wszystkie niezbędne aminokwasy w odpowiednich proporcjach, gdyż w ich wykorzystaniu obowiązuje prawo minimum (por. s. 35). Takie białka są powoli absorbowane w organizmie i efektywnie wykorzystywane. Białka występujące w żywności pochodzenia zwierzęcego (mleko, jaja, ryby, drób, mięso) odznaczają się większą wartością biologiczną niż białka roślinne, które są zwykle ubogie w jeden lub więcej niezbędnych aminokwasów (np. lizynę, metioninę, tryptofan). Za najbardziej optymalne pod względem składu aminokwasowego jest uważane białko całego jaja, a jego wartość odżywcza w niektórych metodach oznaczania wartości biologicznej jest przyjmowana za największą (np. w chemicznej metodzie punktowej wynosi 100%).

Jeżeli spożywane białko jest niepełnowartościowe, to nie można uzyskać równowagi azotowej w zdrowym, dorosłym organizmie i bilans azotowy będzie ujemny. Oznacza to, że ilość azotu wprowadzanego z pożywieniem do organizmu będzie mniejsza niż ilość azotu wydalanego z organizmu w kale i moczu. Trudno jest wtedy mówić o minimalnym zaspokojeniu zapotrzebowania na białko.

Dzienne zapotrzebowanie na białko waha się w zależności od wielu czynników (jak masa ciała, wiek, płeć, stan fizjologiczny). Ogólnie przyjmuje się, że średnie zapotrzebowanie dla dorosłych osób wynosi ok. 1 g na 1 kg masy na dobę, z zastrzeżeniem, że ok. 50%) pobranego w diecie białka stanowi białko zwierzęce. Dla kobiet ciężarnych i karmiących, rekonwalescentów, starców, dzieci i młodzieży zapotrzebowanie jest większe, np. dla niemowląt dochodzi do 3,5 g na 1 kg na dobę, a dla wcześniaków jest jeszcze większe.

Niedobór białka w organizmie może spowodować zahamowanie wzrostu i rozwoju młodych osób, niedokrwistość niedobarwliwą, zmiany w wątrobie, zmniejszenie odporności, skłonność do owrzodzeń błon śluzowych. W przypadku długotrwałego i daleko posuniętego niedoboru u małych dzieci występują obrzęki i choroba kwashiorkor, przyczyniająca się do dużej umieralności niemowląt i dzieci do lat 2. Z kolei białko spożywane w nadmiarze w stosunku do potrzeb zostaje deaminowane i zużyte jako drogie źródło energii. Aby białko było efektywnie wykorzystane, w diecie powinna znajdować się wystarczająca ilość cukrowców i tłuszczów będących źródłem energii. Zaleca się, aby w żywieniu ludzi dorosłych 50-60% potrzeb energetycznych było pokrywane przez cukrowce, 25-30% przez tłuszcze, a tylko ok. 10% przez białko.

 

Podobne prace

Do góry