ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПИЩИ

      Пища - совокупность неорганических и органических химических веществ, получаемых организмом из окружающей среды и используемых для питания. Все вещества пищи состоят из химических элементов периодической системы. В зависимости от содержания в организме и потребности в них все химические элементы делятся на две большие группы: макроэлементы и микроэлементы.
      Макроэлементы - это элементы, входящие в состав главных компонентов организма и пищи. Содержание их в организме превышает 0,1%. Элементы, содержание которых в организме и пище выше 1% называются макроэлементами - органогенами. Это - кислород, углерод, азот и водород. Они составляют 96% сухой массы организма человека и основу продуктов питания человека. Остальные макроэлементы имеют содержание менее 3%. Это - кальций, фосфор, калий, сера, натрий и хлор. 
      До начала нынешнего века считалось, что для нормальной жизнедеятельности организма в состав продуктов должны входить только эти 10 элементов периодической системы. Действительно, такие макроэлементы являются основными структурными и функциональными компонентами живой клетки. Дневная потребность в каждом из них измеряется килограммами и граммами. 
      Элементы, суточная потребность в которых колеблется от нескольких микрограммов до десятых долей грамма, называются микроэлементами. Это - мышьяк, кадмий, кобальт, хром, медь, фтор, железо, ртуть, иод, марганец, молибден, никель, свинец, сурьма, селен, олово, ванадий, цинк [1]. Микроэлементы влияют на физиологическую активность витаминов и гормонов. Эти активные вещества участвуют во всех обменных процессах, а также в кроветворении, тканевом дыхании, многочисленных иммунных реакциях живого организма. 
      Биологическая роль не всех 18 микроэлементов изучена достаточно хорошо, но все они являются жизненно важными и необходимыми. При нехватке в питании человека трех из вышеперечисленных элементов возникают патологические отклонения в организме. Это медь, цинк, йод [2].
      Кратко остановимся на роли микроэлементов для организма человека. 
      Входя в состав ферментов, гормонов и биогенных аминов, медь влияет на рост, развитие, воспроизведение, обмен веществ, образование гемоглобина, фагоцитарную активность лейкоцитов, на пигментацию. Дефицит меди в организме препятствует включению железа в молекулу гемоглобина. Клинические проявления нехватки меди выражаются в анемии (малокровии), задержке психомоторного развития.
       Известно свыше 70 цинкпротеинов. Ионы цинка стимулируют активность лимфоцитов, участвуют в превращениях нуклеиновых кислот, регулируя синтез рибонуклеиновых кислот и белков. Инсулин в зависимости от условий связывает различные количества цинка. При недостаточности цинка описана следующая клиническая картина: задержка роста и полового развития, анемия, дерматиты. Дефицит цинка в последнем периоде беременности может способствовать неврологическим аномалиям у ребенка. 
        Йод входит в состав гормонов щитовидной железы тироксина и трииодтироксина. Недостаток в организме йода приводит к эндемическому зобу, заболеванию широко распространенному особенно после аварии на Чернобыльской атомной электростанции. 
      Фтор встречается главным образом в тканях зубов. Его присутствие придает эмали необычайную прочность. При недостатке фтора наблюдается кариес, а при избытке флюороз, проявляющийся в крапчатости зубов. 
      Cелен является природным антиканцерогеном, то есть веществом предотвращающим образование опухолей, действует на светочувствительные процессы в сетчатке глаза. 
     Ванадий тормозит синтез холестерина. Избыток этого элемента ведет к гипоксии и к раздражению костного мозга. 
      Кадмий тесно взаимодействует с медью и железом. Предполагается, что кадмий может повреждать сосудистую систему семенников. 
      Хром является составной частью протеолитических ферментов. Как кофактор инсулина этот металл необходим для нормальной утилизации глюкозы. 
      Никель участвует в пигментации, воздействует на органы кроветворения, а при избыточном поступлении влияет на рост организма. 
      Роль молибдена обусловлена включением его в состав нескольких ферментов: ксантиноксидазы, которая участвует в окислении пуринов и, возможно, в высвобождении железа из ферритина, альдегидоксидазы и сульфитоксидазы. Замедление роста, потеря веса, дерматозы отмечены при высоком потреблении молибдена. 
      Кобальт способствует синтезу мышечных белков, положительно влияет на ассимиляцию азота, принимает участие в углеводном обмене, входит в состав витамина В₁₂. 
      Марганец влияет на рост, воспроизводительную функцию, развитие скелета, липидный, углеводный и пигментный обмен. Предполагается, что печень является для него депонирующим органом. 
      Одним из важнейших микроэлементов, роль которого трудно переоценить, является железо подразделяющееся на транспортное, функционирующее и депонированное. Функционирующим является железо, содержащееся в гемоглобине и переносящее кислород, а также содержащееся в мышцах и ферментах дыхательной цепи.       Транспортное железо представлено трансферрином, а депонированное содержится в ферритине и гемосидерине. Железо один из немногих элементов, которое практически не выводится из организма. Его потери связаны в основном с потерей крови. 
      Менее изучена биологическая роль остальных микроэлементов. Так имеются лишь сведения об изменении содержания свинца в крови в остром периоде инфаркта миокарда. Выявлена возрастная тенденция к накоплению олова в легких. 
      Биологическая роль трех микроэлементов - мышьяка, ртути и сурьмы к настоящему моменту не известна.
      Элементный состав пищи в известной мере отображает состав окружающей среды. Недостаток или избыток микроэлементов пищи может быть следствием как геохимических особенностей региона так и загрязнением окружающей среды. 

КЛАССИФИКАЦИЯ СОЕДИНЕНИИ ПИЩИ 

      10 Макро- и 18 микроэлементов должны поступать в организм человека с пищей при этом их сочетание не может быть произвольным, а строго определенным в виде различных соединений. 
      Все вещества пищи по их необходимости организму делятся на две большие группы. Первая группа - вещества, необходимые организму для его роста и выполнения жизненно важных функций. Вторая группа - ксенобиотики - вещества, не нужные организму человека для выполнения жизненно важных функций. 
      К первой группе относятся белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества. Эти соединения при их оптимальном соотношении и достаточном количестве не могут быть вредны для организма человека. Единственным простым химическим соединением необходимым для жизнедеятельности организма является кислород. Не менее важным компонентом пищи является вода. 
      Вторая группа соединений формирует потребительские качества пищевых продуктов. Они придают продуктам питания специфические вкус, цвет, запах, форму, консистенцию и способность к хранению. 
      Все ксенобиотики делятся на 3 группы: 1) естественные компоненты пищи; 2) пищевые добавки - вещества, специально добавляемые в пищевые продукты для придания им специфических вкуса, цвета, запаха, формы, консистенции и способности к хранению; 3) контаминанты - вещества, загрязняющие продукты питания и попадающие в них из упаковочных материалов или в процессе технологического приготовления. 
      Содержание ксенобиотиков в продуктах питания до 70%.
      Рассмотрим отдельно каждую категорию пищевых веществ. 

БЕЛКИ 

      Белки являются наиболее ценным компонентом пищи, состоящим из L-a-аминокислот в состав которых входят углерод, водород, кислород, азот и сера. В основных продуктах питания они составляют 95% азотистых веществ. Лишь в овощах и фруктах они составляют в среднем 30-50% этой группы веществ. 
        Основное значение белков заключается в их незаменимости другими пищевыми веществами. 
      Белки пищи в организме человека расщепляются до аминокислот. 8 аминокислот - изолейцин [C₂H₅ CH(CH₃)CH(NH₂)COOH], лейцин [(CH₃)₂CHCH₂CH(NH₂)COOH], лизин [NH₂(CH₂)₄CH(NH₂)COOH], метионин [CH₃S(CH₂)₂CH(NH₂)COOH], фенилаланин [C₆H₅CH₂CH(NH₂)COOH], триптофан [C₈H₆NCH₂CH(NH₂)COOH], треонин [CH₃CH(OH)CH(NH₂)COOH] и валин [(CH₃)₂CHCH(NH₂)COOH] - не могут образовываться в организме взрослого человека из других аминокислот и поступают в организм только с пищей. Эти аминокислоты называются полностью незаменимыми. Цистин  [[HOOCCH(NH₂)CH₂S₂]₂]  у взрослого человека может в организме заменяться метионином, а тирозин [OHC₆H₄CH₂CH(NH₂)COOH] - фенилаланином. Для грудных детей дополнительно считаются незаменимыми гистидин [C₃H₅N₂CH₂CH(NH₂)COOH] и цистин. Аргинин [NH=C(NH₂)NH(CH₂)₃CH(NH₂)COOH] и гистидин не являются незаменимыми аминокислотами для взрослого человека, но недостаток аргинина сказывается на сперматогенезе, а недостаток гистидина приводит к развитию экземы и ряду других отрицательных явлений. 
      Оптимальное содержание незаменимых аминокислот в пищевом белке зависит в определенной степени от возраста, пола, профессии человека и других причин. Например, по мнению экспертов ФАО и ВОЗ, для взрослого мужчины оптимальным считается содержание в 1 г пищевого белка следующего количества 8 незаменимых аминокислот (в мг): изолейцина - 40, лейцина - 70, лизина -55, метионина в сумме с цистином 35 фенилаланина в сумме стирозином - 60, триптофана - 10, треонина - 40, валина - 50 [3]. 
      При недостатке в питании незаменимых аминокислот задерживается рост и развитие организма. Определяет рост и развитие организма аминокислота находящаяся в минимальном количестве (называемая лимитирующей) по закону минимума Либиха (открыт в 1840) году. 
      Закон минимума Либиха гласит: Рост и развитие живых организмов определяется тем незаменимым веществом, которое поступает с пищей в наименьшем количестве. 
      При недостатке в питании каких - либо аминокислот либо при голодании организм в течение непродолжительного времени для поддержания жизни жертвует белками крови, печени и мышц, как бы подпитывая самого себя. 
      При сравнении фактического аминокислотного состава различных пищевых белков с оптимальным (то есть при определении аминокислотного скора) выяснилось, что не все они полноценны.
      Наиболее близки к "идеальному" животные белки, особенно те, что содержатся в продуктах, не подвергавшихся тепловой обработке.
      Большинство растительных белков содержат недостаточное количество одной или даже двух, трех незаменимых аминокислот. Так, в белке пшеницы около 50% лизина по сравнению с составом "идеального" белка; в белке картофеля и большинства бобовых не хватает метионина и цистина. Следует также учесть, что растительные белки усваиваются организмом хуже, чем животные: белки яиц и молока - на 96%; белки рыбы и мяса - на 95%; белки овощей - на 80%; бобовых и картофеля - на 70%. 
      Однако, комбинация растительных продуктов может восполнить этот недостаток. Так, кукуруза бедна лизином (44% от оптимального), а бобовые - метионином. Соответствующая смесь этих продуктов может быть полноценной. 
      Не только недостаток, но и избыток белков в питании отрицательно сказывается на организме. Организм переносит избыток белков гораздо хуже, чем других пищевых веществ (жиров, углеводов и витаминов). Особенно чувствительны к избытку белков маленькие дети и пожилые люди. При этом, в первую очередь страдают печень и почки, так как печень перегружается от чрезмерно большого количества поступающих в нее аминокислот, а почки - от выделения с мочой повышенного количества продуктов обмена белков - мочевой кислоты. Эти органы увеличиваются в размерах, в них происходят нежелательные изменения. Накопление мочевой кислоты в почках приводит к мочекаменной болезни с образованием камней. Соли мочевой кислоты могут откладываться в суставных сумках, хрящах и других тканях. В результате увеличивается вероятность заболевания падагрой. Избыток белков в питании ведет также к ожирению, так как излишнее их количество после соответствующих превращений отчасти используется для синтеза жиров.
      Суточная потребность человека в белке зависит от возраста, пола и трудовой деятельности и приведена в Приказе Министерства Здравоохранения Украины (таблицы 1, 2, 3, ) [4]. При соответствующем количестве белка рацион считается достаточным.

      1.Определяем количество картофеля, сохранившего белковую ценность при тепловой обработке. Предварительно, по таблице 8 определяем процент потерь при тепловой обработке. Для картофеля это 28%, то есть белковую ценность сохраняет 100 - 28 = 72 % картофеля или 1000 ´ 0,72 = 720 г. Вносим этот результат в таблицу 4. Коровье молоко и сливочное масло не теряют белковую ценность при тепловой обработке.     
      2. Определяем количества незаменимых аминокислот и белка в 720 г картофеля. Для этого данные таблицы 7 умножаем на 720 и делим на 100.

белок 0,8´60/100 = 0,48 г
валин 42´60/100 = 25,2 мг
изолейцин 41´60/100 = 24,6 мг
лейцин 76´60/100 = 45,6 мг
лизин 45´60/100 = 27 мг
метионин 17´60/100 = 10,2 мг
треонин 47´60/100 = 28,2 мг
триптофан 43´60/100 = 25,8 мг
фенилаланин 42´60/100 = 25,2 мг
цистин 10´60/100 =6 мг
тирозин 42´60/100 = 25,2 мг

      Полученные результаты заносим в таблицу 5 (колонка 4)

      3.Определяем общее количество белка и каждой незаменимой аминокислоты в картофельном пюре. Для этого суммируем все данные таблицы 5.

белок 14,4 + 4,8 + 0,48 = 19,68 г
валин 878,4 + 286,5 + 25,2 = 1190,1 мг
изолейцин 619,2 + 283,5 + 24,6 = 927,3 мг
лейцин 921,6 + 424,5 + 45,6 = 1391,7 мг
лизин 972 + 391,5 + 27 = 1390,5 мг
метионин 187,2 + 124,5 + 10,2 = 321,9 мг
треонин 698,4 + 229,5 + 28,2 = 956,1 мг
триптофан 201,6 + 75 + 25,8 = 302,4 мг
фенилаланин 705,6 + 262,5 + 25,2 = 993,3 мг
цистин 165,6 + 39 + 6 = 210,6 мг
тирозин 648 + 276 + 25,2 = 949,2 мг

      Полученные результаты заносим в таблицу 6 (колонка 2).