Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Гигиена питания.doc
Скачиваний:
6913
Добавлен:
19.03.2016
Размер:
27.14 Mб
Скачать

2.2. Белки и их значение в питании

Белки (протеины) — это сложные высокомолекулярные азот­содержащие соединения, состоящие из ос-аминокислот. Белки орга­низма человека выполняют жизненно важные функции: пласти­ческую, энергетическую, каталитическую, регуляторную, защит­ную, транспортную.

Аминокислотный фонд, используемый для синтеза аутентич­ного белка, формируется главным образом из аминокислот, всо­савшихся в кишечнике, а также из освободившихся в организ­ме при расщеплении собственных белков. Структурных амино­кислот, участвующих в построении белковых молекул, насчи­тывается 20 из 150 встречающихся в природе подобных соеди­нений. Из 20 структурных аминокислот 10 относятся к незаме­нимым и, следовательно, должны постоянно поступать в до­статочном количестве и оптимальном соотношении с пищей, другие являются заменимыми, поскольку могут образовываться в организме (табл. 2.2). У детей раннего возраста незаменимой аминокислотой является также гистидин, эндогенный синтез которого устанавливается на более поздних этапах онтогенети­ческого развития человека (возраст формирования эффективных ферментных систем, обеспечивающих синтез гистидина, точно не определен).

Дефицит незаменимых аминокислот в пище или их неопти­мальное соотношение приводит к угнетению биосинтеза белка в организме, нарушает динамическое равновесие белкового мета­болизма и усиливает распад собственных белков с компенсатор­ной целью. Это вызывает глубокие изменения клеточного метабо-28

* Незаменимые аминокислоты.

лизма и серьезные структурные и функциональные нарушения в организме.

В зависимости от местных традиций и географического поло­жения основными источниками животного белка в питании мо­гут являться мясо, молочные продукты, а в ряде стран морепро­дукты. Основными источниками растительного белка являются зерновые, бобовые, в меньшей степени орехи и семена.

Источниками полноценного белка, содержащего полный на­бор незаменимых аминокислот в количестве, достаточном для биосинтеза белка, являются животные продукты: молоко и мо­лочные изделия, яйца, мясо и мясопродукты, рыба и морепро­дукты. В продуктах растительного происхождения имеется дефи­цит незаменимых аминокислот, что снижает возможность исполь­зования белка организмом. Вместе с тем при употреблении пищи, содержащей смешанный белок, происходит оптимизация аминог-раммы и повышается пищевая ценность продуктов. Источники животного и растительного белка должны быть так подобраны в каждом приеме пищи, чтобы аминограмма не имела дефицитных аминокислот. Этого можно достаточно легко достигнуть при сме­шанном питании. При использовании только растительных про-

29

дуктов (например, у строгих вегетарианцев) теоретически ами­нокислотный состав рациона также можно сбалансировать при целенаправленном подборе отдельных продуктов при условии их значительного разнообразия.

Таким образом, важно знать, какие продукты являются источ­никами значимого количества белка в питании, в каких из этих продуктов белок имеет оптимальные показатели качества — наи­лучшую сбалансированность аминокислот, и какие продукты при этом не являются высококалорийными (табл. 2.3, 2.4).

Потребность в белке — эволюционно сложившаяся доминанта в питании человека, обусловленная необходимостью обеспечи­вать минимальный физиологический уровень поступления неза­менимых аминокислот, используемых организмом для синтети­ческих процессов. Она зависит от состояния азотистого баланса и биологической ценности поступающего с питанием белка.

При положительном азотистом балансе в периоды роста и раз­вития организма, а также при интенсивных репаративных про­цессах потребность белка на единицу массы тела будет выше, чем у взрослого здорового человека.

Минимальным физиологическим количеством -- надежным уровнем поступления белка — считается 0,6 г полноценного проте­ина на 1 кг массы тела в сутки. Уровень надежной потребности установлен экспериментально и относится к стандартному белку, утилизирующемуся в организме на 100 %. К этой цифре прибли­жаются белки молока, яиц, рыбы и мяса.

В рационе человека, как правило, представлен смешанный (жи­вотный и растительный) белок. Утилизация его из суточного ра­циона не превышает в развитых странах 75 %. Оптимальная по­требность в таком белке составляет 0,8... 1,2 г на 1 кг массы тела в сутки. Оптимальным уровнем поступления белка следует считать 30 г смешанного протеина (при наличии не менее 55 % животного белка) на 1000 ккал рациона.

Уровень реальной потребности в смешанном пищевом белке — количество протеина, обеспечивающее азотистый баланс и до­полнительные (в том числе и адаптационные) потребности орга­низма в незаменимых аминокислотах, — напрямую зависит от энергозатрат (в среднем 12% калорийности рациона должны со­ставлять белковые калории), качества протеина пищи (чем выше его биологическая ценность, тем меньшим количеством будут удов­летворяться физиологические потребности организма) и условий среды обитания.

Уровень реальной потребности в белке человека с энергозатра­тами 2 800 ккал должен обеспечиваться:

1) ежедневным потреблением:

  • 500 г молока и жидких молочных продуктов;

  • 170 г мяса и мясопродуктов (включая птицу, субпродукты);

30

Таблица 2.3

Количественная и качественная характеристики продуктов, содержащих 10 г белка в порции без добавления кулинарного жира

* Большая часть энергетической ценности за счет жира; ** большая часть энергетической ценности за счет углеводов.

31

Таблица 2.4

Количественная и качественная характеристика блюд, содержащих 10 г белка в порции

  • Блюда, имеющие сбалансированный аминокислотный состав.

  • 360 г хлеба и хлебобулочных изделий; 2) еженедельным потреблением:

  • 140 г сыра;

  • 200 г творога;

  • 350 г рыбы и морепродуктов;

  • 200 г яиц;

  • 175 г круп;"

  • 140 г макаронных изделий.

Оценку адекватности обеспечения реальной потребности в белке у взрослого человека необходимо проводить с использованием индикаторных параметров пищевого статуса: индекса массы тела и соотношения в крови различных белковых фракций (альбумин-глобулиновый индекс).

Биологическая ценность пищевых продуктов. Методы оценки качества белка. Качество белка определяется его аминокислот­ным составом и отражается в понятии «биологическая ценность».

32

Биологическая ценность протеина — это степень утилизации бел­кового азота организмом. Чем выше этот показатель, тем выше качество белка.

Для изучения биологической ценности используют два вида методов: химические и биологические. Основным химическим ме­тодом является расчет аминокислотного скора. Он заключается в вычислении процентного содержания каждой незаменимой ами­нокислоты в исследуемом белке (продукте) по отношению к ко­личеству этой же аминокислоты в белке, принимаемом в качестве стандартного, по формуле

где Са — аминокислотный скор, %; Аиб, Асб — любая незамени­мая аминокислота в 1 г соответственно исследуемого и стандарт­ного белка, мг.

В качестве стандартного белка для новорожденных использует­ся белок грудного молока, для более старших детей и взрослых -белки яйца, молока (казеин) или эталонный белок.

Аминокислота, скор которой минимален, считается лимитиру­ющей биологическую ценность белка. При неполном анализе ами­нокислотный скор обычно рассчитывается для трех самых дефи­цитных в питании незаменимых аминокислот: триптофана, лизина и суммы серасодержащих — метионина и цистеина. Высокий ами­нокислотный скор, а следовательно, и потенциально высокую био­логическую ценность, имеют практически все животные белки, с небольшим дефицитом по серасодержащим аминокислотам у мо­лока. Растительные протеины, напротив, лимитированы по таким незаменимым аминокислотам, как лизин и треонин (табл. 2.5).

Таблица 2.5 Биологическая ценность пищевых продуктов

Окончание табл. 2.5

Однако биологическая ценность пищевых белков зависит не кип,ко 01 наличия в них оптимального количества и соотношения in- 1амснимых аминокислот, но и от их биодоступности. Биодо-с i vniiocTb аминокислот может значительно изменяться: снижать-ея при наличии в пище ингибиторов протеаз или в результате химической трансформации аминокислот, происходящей в про-IU4 ее технологической переработки пищи. Ингибиторы протео-'шшчсских ферментов, в частности, присутствуют в составе бо-HOIH.IX, например в сое или соевой муке, и лимитируют доступ­ность аминокислот из продуктов, их содержащих. При высокой и /тигельной тепловой обработке продуктов (стерилизации, лио-фпдьной и экструзионной сушке и т.п.), богатых углеводами и ненками (комбинированные мясорастительные, творожнорасти-н-пьпые и другие подобные композиции), в них снижается коли-•|ее то доступного лизина в результате реакции меланоидинооб-ра юкания: свободные КН2-группы лизина взаимодействуют с кар­ие шильными группами углеводов (реакция Майяра).

Важным показателем качества пищевого белка является его пс/н'вариваемость ферментами желудочно-кишечного тракта — показателя соответствия химической структуре протеина и его копформационной доступности протеолитическим ферментам организма. По скорости переваривания белки можно расположить и еледующем порядке:

  1. яичные, рыбные и молочные;

  2. мясные;

  3. зерновых (хлеб и крупы);

  4. бобовых и грибов.

Использование биологического метода оценки качества проте­ина позволяет более точно по сравнению с расчетными химиче-' i ими методами проанализировать не только аминограмму, но и t>iнедоступность исследуемого белка, учитывая параметры его пе­ре кари ваемости и усвояемости. Использование биологических ме-тдои особенно важно при оценке качества новых комбинирован­ных пищевых композиций и нетрадиционных (и новых) источни-i он белков.

Ьиологическая оценка качества белка производится в экспери­менте с участием белых растущих крыс (как правило, линии Ви-' iap).

В многочисленных экспериментальных исследованиях установле­но, ч го биологическая ценность животных продуктов, содержащих полноценный белок, выше, чем у растительных продуктов. Так, ус-нояемость белков достигает, %: яиц и молока — 96; мяса и рыбы -'> \ хлеба из муки 1 и 2-го сорта — 85; овощей — 80; картофеля, i и и юных, хлеба из обойной муки —70. Плохая перевариваемость и уекоиемость растительных белков связана со значительным содер­жанием целлюлозы, лигнина и других малоферментируемых пи-

35

щеварительной системой человека компонентов, которые в ряде случаев (как у бобовых и грибов) окружают белковые молекулы полисахаридными оболочками. В бобовых (особенно в сое) содер­жатся значительные количества ингибиторов протеаз, которые инактивируются при достаточно длительной тепловой обработке. Однако при длительной тепловой обработке разрушается или сни­жается доступность ряда аминокислот, в первую очередь лизина и серосодержащих, что снижает биологическую ценность готового продукта или блюда.

Истинная биологическая ценность животных белков — степень их утилизации организмом — практически достигает 95... 98 %. Азот же из белка зерновых (в составе традиционного хлеба, круп) не утилизируется организмом более чем на 50%. Исключением из используемых в питании растительных белков являются протеи­ны сои, имеющие показатели биологической ценности на уровне

80%.

Многие комбинированные продукты и блюда, содержащие смешанный белок, имеют высокие показатели биологической ценности. Например, комбинации молочных и растительных бел­ков (зерновых) позволяют ликвидировать дефицит лимитиру­ющих аминокислот: небольшой недостаток серосодержащих кис­лот у молока и значительный недостаток лизина и треонина у зерновых. Добавление обезжиренного молока и молочной сыво­ротки в рецептуру хлебобулочных изделий, а сухого обрата в ком­бинированные (из зерна нескольких злаков) крупы, позволяет не только увеличить общее количество незаменимых аминокис­лот, но и сбалансировать аминограмму готового продукта, по­высив его биологическую ценность. Такую же целесообразность имеет комбинация творога с тестом (вареники, ватрушки, блин­чики), мяса с тестом (блинчики, пельмени, пирожки), каш с молоком, макарон с сыром, яиц с хлебом. Оптимальные соотно­шения животных и растительных белков дают, например, мясо с гречневой крупой (1:1) и мясо с картофелем (2,5:1). Комби­нация зерновых и бобовых (сои) также приводит к взаимному обогащению дефицитными аминокислотами (соответственно се­росодержащими и лизином). Не улучшают аминограмму такие рецептурные сочетания, как тесто с крупами, тесто с овощами (капустой, картофелем).

Болезни недостаточности и избыточности белкового питания и белкового метаболизма. Белковая недостаточность обычно связа­на с общим недоеданием (голодом) и чаще всего наблюдается у жителей беднейших и развивающихся стран. Она почти всегда со­четается с выраженным дефицитом энергии, поэтому данный алиментарный дисбаланс принято называть белково-энергетиче-ской недостаточностью. При этом отмечается недостаток продук­тов с высокими показателями пищевой ценности, главным обра-

36

юм животной группы, что приводит к развитию общего метабо­лического дисбаланса.

У новорожденных и детей младшего возраста белково-энерге-тичсская недостаточность проявляется в форме квашиоркора и алиментарного маразма — заболеваний, встречающихся в бедней­ших странах.

Алиментарная дистрофия может развиться и у взрослого чело­века при длительном (несколько месяцев) существенном дефи­ците питания. Ее проявлениями прежде всего будут снижение массы тела (истощение), потеря работоспособности, глубокие гипови-таминозные состояния, снижение иммунитета. Подобная ситуа­ция может быть связана с кризисом в обеспечении населения (или отдельных лиц) продовольствием, например в периоды войн, стихийных бедствий и других чрезвычайных ситуаций. Отдельно описаны случаи алиментарной дистрофии, возникшей в резуль­тате нарушения обменных процессов при тяжелых заболеваниях или отказе от питания по разным (медицинским и социальным) причинам.

Вместе с тем не следует забывать об отрицательном влиянии избытка белка в питании. Избыток белков имеет наиболее выра­женные и относительно быстро проявляющиеся последствия по сравнению с избытком других макронутриентов (жиров и углево­дов). Это связано как с высокой реакционной способностью лиш­них аминокислот, так и с общими энергетическими нагрузками на организм, сопровождающими, как правило, высокое поступ­ление белка с соответствующими продуктами. Особенно чувстви­тельны к избытку протеина крайние возрастные группы (дети и престарелые), а также лица с некоторыми заболеваниями (почеч­ными патологиями, заболеваниями гепатобилиарной системы). При >том в первую очередь страдают печень и почки. В печени может развиваться жировая дистрофия и деструктивные процессы из-за перегрузки ее пищевыми аминокислотами, первично в ней кон­центрирующимися и переаминирующимися. Почки функционально перегружаются из-за повышенного выделения остаточного азота (мочевина, мочевая кислота, креатинин) и нарушения кислот­но-щелочного баланса первичной мочи. В результате увеличива­ются потери кальция с мочой: каждый грамм лишнего белка при-кодит к потере 2... 20 мг кальция. При длительном избытке белка в рационе увеличивается риск развития мочекаменной болезни, по­дагры, ожирения. Последнее связано с тем, что излишнее коли­чество белка вовлекается в процесс липонеогенеза. Очень вероят­но также развитие относительного гиповитаминоза В6, РР и А из-\<\ их повышенного расхода в метаболизме белков или нарушения их обмена.

С белковой составляющей связан и ряд наследственных заболе-иапий, таких как фенилкетонурия, гистидинемия, гомоцистеи-

37

нурия, алкаптонурия и целиакия: это генетически детерминиро­ванные энзимоггатии.

Основные пути решения проблемы обеспечения населения бел­ком. Нетрадиционные и новые источники белка. Поиск новых и нетрадиционных источников продовольственного сырья связан главным образом с экологически обусловленной невозможностью обеспечить население планеты необходимым объемом традици­онных продуктов питания. В этой связи основной проблемой явля­ется дефицит полноценного протеина, а вопрос получения и ра­ционального использования этого незаменимого и в то же время трудновоспроизводимого и дорогостоящего пищевого вещества относится к числу наиболее важных стратегических задач разви­тия человеческого общества.

Решение задачи по увеличению производства пищевого белка связана, во-первых, с интенсификацией традиционных способов его получения, во-вторых, с более широким использованием в питании человека нетрадиционных и новых белковых ресурсов.

В ближайшие десятилетия главным путем увеличения белковых ресурсов, по-видимому, останется традиционный, связанный с повышением продуктивности сельскохозяйственного производства (в том числе за счет селекции и биотехнологических приемов, основанных на генно-инженерных методах) и снижением потерь при переработке и обороте продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Под нетрадиционными и новыми источниками белка, перспек­тивными для использования в питании, подразумевают протеин-содержащие продукты, являющиеся или отходами пищевого и кормового производства и малоутилизируемым пищевым сырь­ем, или совершенно новые ресурсы для получения белка.

К нетрадиционным источникам белка относятся:

  • вторичные белоксодержащие продукты -- обрат, молочная сыворотка, казеинаты, кровь и органы убойных животных, про­ дукты переработки бобовых (соевые белковые продукты);

  • отходы и побочные продукты пищевого и кормового произ­ водства — бобовые культуры, отходы мельничных производств, шрот из семян подсолнечника, льна, хлопчатника, арахиса, сои, сафлора и некоторых других масличных культур, кукурузных за­ родышей, томатов, винограда;

  • малоутилизируемое и не используемое ранее пищевое сырье - некоторые виды рыб и морепродуктов, биомасса зеленых расте­ ний, шрот из семян рапса и других крестоцветных, некоторые ткани и органы убойных животных.

Одноклеточные и многоклеточные водоросли, мицелий гри­бов, дрожжи, а также белки и аминокислоты микробиологи­ческого и химического синтеза являются новыми источниками белка.

38

Возможность использования для целей питания новых белко­вых ресурсов зависит от разработки двух взаимосвязанных про­блем: технологической и медицинской. Первая определяется кру­гом вопросов, касающихся изыскания белоксодержащих источ­ников, обоснования методов изолирования и концентрирования белка, разработки приемов рационального его использования в пищевом производстве. Вторая проблема связана с необходимостью анализа химического состава, изучением безопасности, определе­нием пищевой и биологической ценности и обоснованием опти­мальных путей применения новых белковых продуктов в питании. Наиболее сложный вопрос, по-видимому, заключается в поиске разумного баланса между технологической рациональностью и ги­гиенической оптимальностью использования нового белка.

Наиболее целесообразным конечным продуктом переработки протеинсодержащего сырья являются: изоляты белка (не менее 90% протеина), получаемые выделением и растворением белка с последующим осаждением его в изоэлектрической точке; концен­траты белка (не менее 65 % протеина), получаемые очисткой со­ответствующего сырья от небелковых продуктов. Данные формы не только наиболее удобны для пищевых производств, но и со­держат наименьшие количества токсичных и антиалиментарных веществ, удаляемых при технологической переработке исходного сырья. Могут также использоваться белоксодержащие продукты с широким диапазоном содержания белка, такие как текстурат, гидролизат, мука.

Все потенциальные источники белка должны рассматриваться в качестве носителей как известных, так и новых токсических, аллергенных и антиалиментарных веществ. Кроме того, при выде­лении белков из этих источников могут применяться физические методы, химические вещества или технологические режимы, сни­жающие их биологическую ценность или контаминирующие их чужеродными соединениями.

В наиболее изученном и широко применяемом белоксодержа-щем сырье — белковых продуктах переработки сои (муке, изоля-те, концентрате, текстурате) — содержится ряд биологически активных веществ и антиалиментарных факторов. Некоторые из них разрушаются при тепловой обработке (гемагглютенины, гой-трогены, ингибиторы трипсина), другие достаточно устойчивы (аллергены, эстрогенстимулирующие изофлавоны, непереварива­емые олигосахара (рафиноза, стахиоза, вербаскоза)], их концент­рация снижается прямо пропорционально очистке белкового про­дукта (наименьшее количество остается в изоляте). Все это требу­ет максимального внимания к технологии производства соевых белковых продуктов и оценке их качества.

Одной из актуальных проблем, с которой сталкиваются при разработке технологии получения белков из семян масличных куль-

39

тур, является достаточно частое обсеменение шротов микроско­пическими плесневыми грибками, продуцирующими микотокси-ны. В дополнение к микотоксинам шроты из семян подсолнечни­ка и арахиса могут содержать ингибиторы аргиназы и трипсина, а шрот из семян сафлора — лигнановые гликозиды. В семенах кун­жута определяются небольшие количества канцерогенных веществ (сезамол, сезамин), которые следует обязательно удалить при по­лучении белкового продукта. В шроте из семян хлопчатника содер­жатся природные токсичные вещества: циклопропеновые кисло­ты, госсипол.

Использование в питании человека белков из семян кресто­цветных (рапс, сурепка, горчица) ограничено из-за наличия в них глюкозинолатов, вызывающих гипертрофию щитовидной же­лезы, не корректируемую дополнительным введением йода (в от­личие от соевых белков). Кроме того, глюкозинолаты гидролизу-ются с образованием более токсичных нитрилов. Шрот, образу­ющийся после экстракции масла из семян клещевины, содержит токсичный белок рицин, алкалоид рицинин, а также глюкопро-теиды, являющиеся сильными аллергенами.

Сок листьев ряда растений (люцерны, картофеля, свеклы, бо­бовых) содержит высококачественные растворимые белки. Про­блемы использования белка из биомассы зеленых растений связа­ны главным образом с наличием в листьях и стеблях растений природных антиалиментарных и токсических веществ: ингибито­ров различных ферментов, антивитаминов, цианогенных глико-зидов, деминерализующих веществ, оксалатов, эстрогенов, а также ксенобиотиков антропогенного происхождения (пестицидов, ком­понентов удобрений).

Вопрос о возможности использования с пищевыми целями белков одноклеточных организмов и аминокислотных смесей, по­лученных в результате дрожжевого, микробиологического и хи­мического синтеза, остается открытым.

Исследование качества сухой биомассы хлореллы, спирули-ны у людей показало достаточно хорошую переносимость этих продуктов при относительно небольших количествах потребле­ния. При использовании в пищу более высоких количеств на­блюдались нарушения функций желудочно-кишечного тракта и повышение уровня мочевой кислоты в крови и моче. В будущем решение проблемы может быть связано с получением изолирован­ного высокоочищенного белкового продукта из водорослей. В этом же направлении может быть решена задача использования мице-лиальной (грибной) биомассы, содержащей в натуральном виде 30...40% небелкового азота.

Из всех перечисленных потенциальных источников белка про­мышленностью освоено в существенных масштабах производство лишь соевых и молочных белков.

40

В XXI в. в дополнение к растительным источникам иищснот белка более интенсивно будет изучаться возможность расширен­ного применения нетрадиционных морепродуктов. Однако их пи­щевое использование в настоящее время ограничено не столько качеством протеина (оно соответствует животному белку), сколько наличием в составе морепродуктов широкого перечня природных токсинов и антиалиментарных веществ органической природы.

Создание искусственной пищи на основе синтезированного de novo белка — задача отдаленного будущего. Для человека как биологического вида переход на качественно новый уровень пи­тания без ущерба здоровью возможен либо в результате тысяче­летней эволюции, либо при использовании искусственной пищи, абсолютно эквивалентной по структуре и химическому составу традиционным продуктам.