Вуглеводи – невід'ємний компонент клітин і тканин будь-якого живого організму, будь то рослина, тварина або людина. Вони складають основне кількість органічної речовини планети Земля. Вуглеводи – досить обширний клас сполук. Серед них можна зустріти речовини різні за властивостями. Завдяки цій особливості, функції вуглеводів досить широкі. Сьогодні ми розберемо основні властивості, фізіологічну роль та застосування вуглеводів в різних напрямках харчової (і не тільки) галузі.

Джерела вуглеводів

Основні джерела вуглеводів – продукти рослинного походження. А саме: хліб, злаки, овочі, фрукти, ягоди. Що стосується продуктів тваринного походження, то деякі з них також багаті на вуглеводи. Це, в першу чергу, молоко, в якому міститься так званий молочний цукор. Харчові продукти можуть містити різні вуглеводи. Тому значення, застосування вуглеводів та їх функції дуже широкі. У крупах і картоплі є крохмаль – складний вуглевод нерозчинний у воді, який розщеплюється на прості цукри під дією травних соків. У фруктах, овочах і ягодах ці речовини представлені у вигляді простих цукрів: фруктовий, буряковий, тростинний, виноградний і так далі. Вони розчиняються у воді і чудово засвоюються організмом. Цукру, розчинні у воді, швидко всмоктуються в кров.

Вживання вуглеводів

Вважається, що основну частину вуглеводів варто вживати в складній формі, і лише 20-25% в простій. Це сприяє поступовому вступу цукрів у тканини. Якщо людина отримує з їжею достатню кількість вуглеводів, вони відкладаються в печінці і м'язах у вигляді тваринного крохмалю» глікогену. При нестачі вуглеводів, запас глікогену розщеплюється на глюкозу і використовується для потреб організму (харчування клітин і тканин). Якщо організм отримує їх надлишок, вони переходять в жирові відкладення. До речі кажучи, до вуглеводів також відносять клітковину, яка необхідна для правильного травлення.


Вуглеводи – есенціальні компоненти раціону, тому вони не тільки зумовлюють енергетичний гомеостат організму, але і беруть участь в біосинтезі ряду вуглецевмісних полімерів. За все життя людина в середньому споживає близько 14 тонн цих сполук. З них приблизно 25 тонни - у простій формі. Застосування білків, жирів, вуглеводів та їх похідних в продуктах харчування не рівномірно. Вуглеводи – основна частина нашого харчового раціону. Їх споживають у 4 рази більше, ніж білків або жирів. При простому, змішаному раціоні харчування, близько 60% енергії людина отримує від вуглеводів. Їх головне завдання в організмі – давати енергію. Чим більше в житті людини фізичних навантажень, тим більше йому потрібно вуглеводів. При малорухомому способі життя потреба в цих речовинах зменшується. Для тих, хто не займається фізичною працею, добова потреба в вуглеводах становить приблизно 400 грам. Близько 50-65% вуглеводів надходять у наш організм із зерновими продуктами. 15-25% – з цукром і сахаросодержащими продуктами. Близько 10% – з корене - і клубнеплодами. І приблизно 5-7% - з фруктами і овочами.
Вуглеводи є дуже сильним подразником зовнішньої секреції підшлункової залози і найбільш активним стимулятором синтезу інсуліну, який відіграє важливу роль у регуляції вуглеводного обміну і підтримки оптимального гомеостазу глюкози. Перевантаження простими вуглеводами з роками призводить до гіперплазії ?-клітин, потім - до послабленню інсулярного апарату і створення передумов для розвитку цукрового діабету.

Класифікація вуглеводів

В залежності від будови, здатності до розчинення і швидкості засвоєння, вуглеводи, які знаходяться у складі продуктів харчування, діляться на прості і складні. До простих відносять моносахариди (фруктоза, глюкоза, галактоза) і дисахариди (сахароза, лактоза). До складним – полісахариди (клітковина, крохмаль, глікоген). Крім наведених для прикладу вуглеводів, в кожному з класів є й інші, менш відомі речовини.

Прості вуглеводи

Моно - та дисахариди добре розчиняються у воді і швидко засвоюються організмом. Вони відрізняються вираженим солодким смаком, тому часто називаються просто цукрами. Найпоширенішим моносахаридом є глюкоза, що міститься в різних плодах і ягодах, а також синтезирующаяся при розщепленні ди - і полісахаридів. Глюкоза, потрапивши в організм, швидко знаходить собі застосування. Вона утворює глікоген, живить тканини мозку і м'язи (у тому числі серце), а також регулює рівень цукру в крові. При фізичному навантаженні глюкоза може бути використана безпосередньо як джерело енергії. Схожими властивостями володіє і фруктоза. Її можна розглядати як дуже цінний, легкозасвоюваний вуглевод. Але, порівняно з глюкозою, фруктоза все ж повільніше засвоюється кишечником, а, потрапивши в кров, швидше залишає кров'яне русло. До 80% фруктози затримується в печінці, перешкоджаючи перенасичення крові цукром. Разом з тим, в печінці фруктоза легше синтезує глікоген, ніж глюкоза. Порівняно з сахарозою, фруктоза краще засвоюється і володіє більшою насолодою. Завдяки останньому властивості для необхідного рівня солодощі продукту можна використовувати меншу кількість фруктози, знизивши тим самим, загальне споживання цукрів. Це має місце в побудові харчового раціону обмеженою калорійністю. Розглядаючи застосування вуглеводів в житті, особливу увагу варто приділити дієтичного харчування. Фруктозу часто використовують в якості підсолоджувача у виробництві продуктів для людей, які хворіють на цукровий діабет.
При надлишку сахарози порушується жировий обмін і збільшується утворення жиру. Крім того, вже давно доведено, що з підвищенням кількості цукру, що надходить в організм, посилюється синтез жирів з вуглеводів, безпосередньо жиру і навіть білка. Отже, кількість цукру, що вживається людиною, може в значній мірі регулювати жировий обмін. При рясному вживанні цукру починаються порушення обміну холестерину та підвищення його вмісту в крові. Крім того, надлишок цукру погано позначається на роботі кишкової мікрофлори – маса гнильних мікроорганізмів збільшується, гнильні процеси прискорюються, і розвивається метеоризм. Найменше ці побічні ефекти спостерігаються при вживанні фруктози. Головним джерелом цього вуглеводу є фрукти і ягоди. Багато фруктози і глюкози міститься в меді: 371 та 362% відповідно. Весь цукор, який є в кавуні – це фруктоза, її тут близько 8%. Наступний моносахарид – галактоза. Він не зустрічається в харчових продуктах у вільному вигляді. Галактоза - це продукт розщеплення лактози, основного вуглеводу молока. Що стосується дисахаридів, то головним з них в нашому раціоні є сахароза. При гідролізі вона розщеплюється на фруктозу і глюкозу. Основними джерелами сахарози є буряковий та тростинний цукор. В цукрі-піску зміст цього вуглеводу досягає 9975%. Крім того, сахароза міститься у фруктах, овочах і баштанних.

Складні вуглеводи

Полісахариди відрізняються більш складною будовою молекули і вкрай слабкою розчинністю у воді. До цього класу відносяться: крохмаль, клітковина, глікоген і пектинові речовини. Застосування вуглеводів даного класу поширене в різній мірі. Основне харчове значення має крохмаль. Його високий вміст в зернових культурах є головним фактором, що обумовлює їх харчову цінність. У раціоні середнього людини крохмаль займає до 80% від загальної кількості вживаних вуглеводів. Потрапивши в організм, він перетворюється на прості вуглеводи і виконує їх функції. Що стосується глікогену, то він в нашому організмі відіграє роль енергетичного матеріалу, живлячої працюючі м'язи і внутрішні органи. Глікоген відновлюється через реосинтез за рахунок глюкози. Пектин – розчинну речовину, непогано усваивающееся в організмі. Як показують сучасні дослідження у сфері здорового харчування, пектин може використовуватися в профілактичних і терапевтичних цілях при захворюваннях шлунково-кишкового тракту. Клітковина за структурою дуже близька до полісахаридів. Її високим вмістом славляться зернові продукти. Крім кількості клітковини в продукті, велике значення має її якість. Чим ніжніше цей вуглевод, тим краще він розщеплюється в кишечнику, і тим більше приносить користі людині. Цими властивостями володіє клітковина овочів і картоплі. Важливою особливістю цього полісахариду є здатність до виведення холестерину з організму людини. Тепер більш детально розглянемо застосування вуглеводів.

Парентеральне харчування

Застосування вуглеводів в медицині на сьогоднішній день стрімко розвивається. Парентеральне живлення – це внутрішньовенне введення в організм поживних речовин. Використовується у випадках, коли пацієнт не має можливості самостійно харчуватися. Застосування вуглеводів у парентеральному харчуванні дуже поширене. Їх використовують з тієї простої причини, що вони є найбільш доступним джерелом енергії для людського організму. Енергетична цінність вуглеводів становить 4 ккал/р. Добова потреба людини в енергії коливається в межах від 15 до 2-х тисяч кілокалорій. Звідси випливає проблема ізольованого застосування вуглеводів для покриття цієї потреби. У перерахунку на ізотонічний розчин глюкози, для повного покриття потреби людини в калоріях необхідно перелити від 7 до 10 літрів розчину. Це може призвести до розвитку гіпергідратації, набряку легень і серцево-судинних порушень. Використання більш концентрованих розчинів глюкози загрожує іншими неприємними наслідками – виникненням гиперосмолярности плазми і подразненнями інтими вен (розвиток флебітів та тромбофлебітів). А щоб виключити ризик виникнення осмотичного діурезу, потрібно підтримувати швидкість вливання глюкози в межах від 04 до 05 г/кг/год. Якщо перевести цей показник на ізотонічний розчин глюкози, вийде трохи більше 500 мм на годину для хворого вагою 70 кг. Щоб попередити порушення толерантності до вуглеводів і що випливають звідси ускладнення, до розчину глюкози додають інсулін. Розрахунок ведеться за формулою: 1 ОД на 3-4 грама сухої глюкози. Інсулін не тільки позитивно впливає на утилізацію глюкози, але і сприяє нормальній адсорбції амінокислот. Застосування вуглеводів у медицині залежить від їх виду. У парентеральному харчуванні широко застосовують: фруктозу, глюкозу, сорбіт, декстран, гліцерол та етиловий алкоголь.

Дієтичне харчування

Існує безліч дієт, які базуються на повне або часткове виключення з раціону харчування вуглеводів, а також збільшення споживання білків і жирів. Міністерство сільського господарства США проводила опитування, згідно з яким було виявлено, що люди, що вживають їжу, багату вуглеводами, переважно володіють нормальною вагою. Їжа, в якій міститься багато вуглеводів, більш поживна, але менш калорійна. Як відомо, в Америці більше половини населення страждає проблемою надмірної ваги. Причому кількість таких людей планомірно зростає. Тривалий опитування населення на предмет вживаються в їжу продуктів показав, що люди, в раціоні яких переважають вуглеводи, отримують менше калорій, ніж любителі білків і жирів, при такому ж обсязі з'їденої їжі. У цієї групи людей з усіх опитаних, а їх було понад 10000 чоловік, найнижчий показник маси тіла. Причина в тому, що на 1000 калорій углеводсодержащих продуктів, доводиться багато клітковини і води. Дана група людей отримувала з їжею більшу кількість поживних речовин, а саме: вітамінів А і С, каротину, кальцію, заліза і магнію. Жири, холестерин, цинк, натрій і вітамін В12 в їх раціоні містилися в незначній мірі. Застосування вуглеводів і жирів у харчових продукти тісно пов'язано. Втім, як і застосування вуглеводів з білками. Висока ефективність вуглеводів як джерел енергії полягає в їх здатності до заощадження білка. Коли в їжу потрапляє велика кількість вуглеводів, організм використовує в якості енергетичного матеріалу менше амінокислот. Взагалі ці речовини не є незамінними компонентами харчування, так як вони можуть синтезуватися з амінокислот і гліцерину, тим не менше, не можна зменшувати їхню роль. Застосування вуглеводів у їжу, має становити щонайменше 50 грам на добу. В іншому випадку можуть виникнути порушення метаболічних процесів. Разом з тим надмірне споживання вуглеводів призводить до утворення підшкірного жиру. При побудові раціону, важливо не тільки задовольнити потребу людини в цих речовинах, але і збалансувати споживання різних їх типів. Важливо простежити за співвідношенням простих і складних вуглеводів. Коли в організм надходить багато цукрів, вони не можуть повною мірою синтезуватися в глікоген і переходять в тригліцериди, що сприяють утворенню жирових тканин. Коли в крові підвищений вміст інсуліну, цей процес прискорюється. Складні вуглеводи, на відміну від простих, розщеплюються повільно, тому їх вміст в крові наростає поступово. У зв'язку з цим доцільно, щоб основну вуглеводну частину в продуктах харчування становили саме складно засвоювані речовини. Їх частка повинна складати від 80 до 90 відсотків. Недолік складних вуглеводів особливо відчутний для тих, хто страждає цукровим діабетом, ожирінням, атеросклерозом і захворюваннями серцево-судинної системи. Як ви вже зрозуміли, найбільше вуглеводи застосовуються в харчуванні і медицині. Але на цьому область застосування вуглеводів не закінчується. Де ж ще їх використовують?

Глюкоза

Цей вуглевод добре засвоюється організмом і може використовуватися в складі деяких медичних препаратів. Крім того, глюкоза широко застосовується в кондитерській промисловості. З її допомогою роблять мармелад, карамель, печиво та інші вироби. У текстильній промисловості вона грає роль відновника. А при виробництві гликоновой та аскорбінової кислот глюкоза є вихідним продуктом. З її допомогою також проводять синтез деяких виробничих цукрів. Чимале значення має бродіння глюкози. Воно відбувається при квашенні капусти, огірків, молока та інших продуктів, а також при силосуванні кормів. У виробництві пива використовують спиртове бродіння глюкози.

Крохмаль

Крохмаль – цінне живильне речовина. Щоб воно легше засвоювалося організмом, продукти піддають температурній обробці. В умовах високої температури відбувається частковий гідроліз крохмалю, а також утворення розчинних у воді декстринів. Декстрини, потрапивши в травний тракт гідролізуються до глюкози, яка добре засвоюється організмом. Якщо говорити про застосування вуглеводів в промисловості, не можна обійти стороною крохмаль. Основні продукти, які з неї отримують – глюкоза і патока. Це ще більше розширює область, в якій має місце бути застосування вуглеводів. Коротко описати процес отримання глюкози і патоки з крохмалю можна наступним чином. Крохмаль гріють в суміші з розбавленою сірчаною кислотою. Надлишок кислоти нейтралізується крейдою. Осад сульфату кальцію, що утворюється при нейтралізації, відфільтровують. Потім розчин упарюють і виділяють із нього глюкозу. Якщо не доводити процес гідролізу до кінця, то вийде суміш глюкози з декстринами, яка називається патокою. Її використовують у кондитерській промисловості. Крім того, декстрини, отримані з крохмалю, знайшли широке застосування в якості клею і згущувача для фарб. Крохмаль доводить, наскільки різноманітним може бути застосування вуглеводів. Хімія процесів, при цьому, зовсім не складна. Раніше використовувалося накрахмаливание білизни, що дозволяє вдихнути в тканину друге життя і продовжити її термін служби. Крохмаль і продукти, отримані з нього, знайшли застосування також в текстильній, фармацевтичній та ливарної промисловості.

Целюлоза

Практична користь вуглеводів завжди була не менш важливою, ніж їх біологічна роль. Застосування вуглеводів можна зустріти в абсолютно різних напрямках людської діяльності. Целюлоза (клітковина) використовується людиною з давніх часів. Спочатку людина почала застосовувати деревину в якості пального і будівельного матеріалу. Потім з бавовни, льону та інших волокнистих рослин навчилися робити нитка. Пізніше з'явилися технології, що дозволяють отримати з деревини папір. Папір, по своїй суті, є тонким шаром волокон клітковини, які спресовані і проклеєні. У результаті виходить міцна, гладка поверхня, по якій не розтікаються чорнило. Спочатку для виготовлення паперу використовували тільки рослинне сировину (стебла бавовни і рису). З нього чисто механічним шляхом видобували волокна. Але в міру розвитку суспільства, перерахованих джерел стало не вистачати для покриття потреби в папері. Основна кількість її йде на газети. Враховуючи, що якість паперу тут особливої ролі не грає, в неї почали додавати до 50 відсотків меленої деревини. Надалі з'явилися технології, що дозволяють позбутися від таких супутніх речовин деревини, як смоли, лігнін та інше. Ось таким різноманітним може бути практичне застосування вуглеводів. На сьогоднішній день найбільш поширеним способом виділення целюлози є сульфітний. Його використовують у різних областях, де має місце застосування вуглеводів. Хімія процесу досить проста. За цим способом, деревину подрібнюють і варять у суміші з гидросульфатом кальцію. Потім звільнену від усіляких домішок целюлозу відокремлюють на фільтр. Отриманий луг має в своєму складі моносахариди, тому його використовують в якості сировини для одержання спирту. А ще целюлоза використовується при виготовленні віскозних, ацетатних і мідно-аміачних волокон. Іноді вуглеводи плутають з вуглеводнями. Незважаючи на те що ці два класи речовин співзвучно називаються, вони не мають ніякого відношення один до одного. Застосування граничних вуглеводнів в побуті і на виробництві - це зовсім інша історія.

Висновок

Сьогодні ви з вами поглибили свої знання про таких речовин, як вуглеводи. Властивості, застосування вуглеводів і їх користь для людини підтверджують, що ці речовини є найважливішими біологічними компонентами на нашій планеті. Вони буквально скрізь і у всьому. Але не це головне, а те, що без вуглеводів наше життя була б неможливою. Занадто широке застосування вуглеводів в житті.