الكربوهيدرات هي مكون أساسي لخلايا وأنسجة أي كائن حي ، سواء كان نباتًا أو حيوانًا أو إنسانًا. يشكلون الجزء الأكبر من المادة العضوية لكوكب الأرض. الكربوهيدرات هي فئة واسعة إلى حد ما من المركبات. من بينها ، يمكنك العثور على مواد ذات خصائص مختلفة. بسبب هذه الميزة ، فإن وظائف الكربوهيدرات واسعة جدًا. سنقوم اليوم بتحليل الخصائص الرئيسية والدور الفسيولوجي واستخدام الكربوهيدرات في مجالات مختلفة من صناعة الغذاء (وليس فقط).
مصادر الكربوهيدرات
المصادر الرئيسية للكربوهيدرات هي المنتجات النباتية. وهي: الخبز والحبوب والخضروات والفواكه والتوت. أما بالنسبة للمنتجات الحيوانية ، فبعضها غني أيضًا بالكربوهيدرات. هذا أولاً وقبل كل شيء الحليب الذي يحتوي على ما يسمى بسكر الحليب.
قد تحتوي المنتجات الغذائية على كربوهيدرات مختلفة. لذلك ، فإن معنى وتطبيق الكربوهيدرات ووظائفها واسعة للغاية. تحتوي الحبوب والبطاطس على النشا - وهي كربوهيدرات معقدة غير قابلة للذوبان في الماء ، والتي تتحلل إلى سكريات بسيطة بفعل عصارات الجهاز الهضمي. في الفواكه والخضروات والتوت هذه الموادمقدمة على شكل سكريات بسيطة: فاكهة ، شمندر ، قصب ، عنب ، إلخ. تذوب في الماء ويمتصها الجسم تمامًا. يتم امتصاص السكريات القابلة للذوبان في الماء بسرعة في مجرى الدم.
استهلاك الكربوهيدرات
يُعتقد أن الجزء الأكبر من الكربوهيدرات يجب أن يتم تناوله في شكل معقد ، و 20-25٪ فقط في شكل بسيط. هذا يساهم في الدخول التدريجي للسكريات إلى الأنسجة. إذا تلقى الشخص ما يكفي من الكربوهيدرات من الطعام ، فإنها تترسب في الكبد والعضلات على شكل جليكوجين "نشا حيواني". مع نقص الكربوهيدرات ، يتحلل مخزن الجليكوجين إلى جلوكوز ويستخدم لاحتياجات الجسم (تغذية الخلايا والأنسجة). إذا حصل الجسم على فائض منها ، فإنها تتحول إلى دهون في الجسم. بالمناسبة ، تحتوي الكربوهيدرات أيضًا على الألياف ، وهو أمر ضروري للهضم السليم.
الكربوهيدرات هي مكونات أساسية للنظام الغذائي ، لذا فهي لا تحدد توازن طاقة الجسم فحسب ، بل تشارك أيضًا في التخليق الحيوي لعدد من البوليمرات المحتوية على الكربون. على مدى العمر ، يستهلك الشخص العادي حوالي 14 طنًا من هذه المركبات. من هذه ، ما يقرب من 2.5 طن - في شكل بسيط. استخدام البروتينات والدهون والكربوهيدرات ومشتقاتها في الغذاء غير منتظم. الكربوهيدرات هي الجزء الرئيسي من نظامنا الغذائي. تستهلك 4 مرات أكثر من البروتينات أو الدهون. مع اتباع نظام غذائي بسيط ومختلط ، فإن حوالي 60٪ من طاقة الشخص تأتي من الكربوهيدرات. مهمتهم الرئيسية في الجسم هي توفير الطاقة. كلما زاد النشاط البدني في حياة الشخص ، زاديحتاج الكربوهيدرات. مع نمط الحياة المستقرة ، تقل الحاجة إلى هذه المواد. بالنسبة لأولئك الذين لا يقومون بعمل بدني ، فإن الاحتياج اليومي من الكربوهيدرات هو حوالي 400 جرام.
يدخل حوالي 50-65٪ من الكربوهيدرات أجسامنا بمنتجات الحبوب. 15-25٪ - بالسكر والمنتجات المحتوية على سكر. حوالي 10٪ - بمحاصيل الجذور والدرنات. وحوالي 5-7٪ بالفواكه والخضروات
تعتبر الكربوهيدرات من المواد المهيجة القوية للإفراز الخارجي للبنكرياس والمحفز الأكثر نشاطًا لتخليق الأنسولين ، والذي يلعب دورًا مهمًا في تنظيم التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والحفاظ على التوازن الأمثل للجلوكوز. على مر السنين ، يؤدي الحمل الزائد البسيط من الكربوهيدرات إلى تضخم الخلايا β ، ثم إلى إضعاف الجهاز المعزول وخلق المتطلبات الأساسية لتطور مرض السكري.
تصنيف الكربوهيدرات
اعتمادًا على الهيكل والقدرة على الذوبان ومعدل الاستيعاب ، تنقسم الكربوهيدرات التي تشكل جزءًا من الطعام إلى بسيطة ومعقدة. تشمل البساطة السكريات الأحادية (الفركتوز والجلوكوز والجالاكتوز) والسكريات الثنائية (السكروز واللاكتوز). إلى معقد - السكريات (الألياف ، النشا ، الجليكوجين). بالإضافة إلى أمثلة الكربوهيدرات ، هناك مواد أخرى أقل شهرة في كل فئة.
كربوهيدرات بسيطة
أحادي السكاريد يذوب جيدًا في الماء ويمتصه الجسم بسرعة. لديهم طعم حلو واضح ، وهذا هو سبب تسميتهم بالسكريات في كثير من الأحيان. أكثر السكريات الأحادية وفرة هوالجلوكوز الموجود في مختلف الفواكه والتوت ، وكذلك توليفها أثناء تفكك ثنائي والسكريات. بمجرد دخول الجلوكوز في الجسم ، سرعان ما يجد فائدة لنفسه. فهو يشكل الجليكوجين ، ويغذي أنسجة المخ وعضلاته (بما في ذلك القلب) ، وينظم مستويات السكر في الدم. أثناء التمرين ، يمكن استخدام الجلوكوز مباشرة كمصدر للطاقة.
الفركتوز له خصائص مماثلة. يمكن اعتباره كربوهيدرات قيمة للغاية وسهلة الهضم. ولكن ، بالمقارنة مع الجلوكوز ، لا يزال امتصاص الفركتوز أبطأ عن طريق الأمعاء ، وبمجرد وصوله إلى الدم ، فإنه يترك مجرى الدم بشكل أسرع. يحتفظ الكبد بنسبة تصل إلى 80٪ من الفركتوز ، مما يمنع تشبع السكر في الدم. ومع ذلك ، في الكبد ، يصنع الفركتوز الجليكوجين بسهولة أكبر من الجلوكوز. بالمقارنة مع السكروز ، فإن الفركتوز أكثر قابلية للهضم وله حلاوة أكثر. نظرًا للخاصية الأخيرة ، يمكن استخدام كمية أقل من الفركتوز للحصول على المستوى المطلوب من حلاوة المنتج ، وبالتالي تقليل الاستهلاك الكلي للسكريات. يحدث هذا في بناء نظام غذائي مقيد بالسعرات الحرارية. بالنظر إلى استخدام الكربوهيدرات في الحياة ، ينبغي إيلاء اهتمام خاص للتغذية الغذائية. يستخدم الفركتوز غالبًا كمُحلي في الأطعمة لمرضى السكري.
مع وجود فائض من السكروز ، ينزعج التمثيل الغذائي للدهون ويزيد تكوين الدهون. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت منذ فترة طويلة أنه مع زيادة كمية السكر التي تدخل الجسم ، يزداد تخليق الدهون من الكربوهيدرات المعقدة ، مباشرة من الدهون وحتى البروتين. لذلك،كمية السكر التي يستهلكها الشخص يمكن أن تنظم بشكل كبير التمثيل الغذائي للدهون.
مع كثرة استخدام السكر ، تبدأ اضطرابات التمثيل الغذائي للكوليسترول وزيادة محتواه في الدم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن السكر الزائد له تأثير سيء على عمل البكتيريا المعوية - تزداد كتلة الكائنات الحية الدقيقة المتعفنة ، وتتسارع عمليات التعفن ، ويتطور انتفاخ البطن. على الأقل ، لوحظت هذه الآثار الجانبية عند استخدام الفركتوز. الفواكه والتوت هي المصدر الرئيسي لهذه الكربوهيدرات. يوجد الكثير من الفركتوز والجلوكوز في العسل: 37.1٪ و 36.2٪ على التوالي. كل السكر الموجود في البطيخ هو الفركتوز ، حوالي 8٪ هنا
السكريات الأحادية التالية هي الجالاكتوز. لا يوجد في الأطعمة بشكلها الحر. الجالاكتوز هو نتاج تكسير اللاكتوز ، الكربوهيدرات الرئيسية في الحليب.
أما بالنسبة للسكروز ، فإن العنصر الرئيسي في نظامنا الغذائي هو السكروز. عند التحلل المائي ، يتحلل إلى سكر الفواكه والجلوكوز. المصادر الرئيسية للسكروز هي البنجر وقصب السكر. في السكر الحبيبي يصل محتوى هذه الكربوهيدرات إلى 99.75٪. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد السكروز في الفواكه والخضروات والقرع.
كربوهيدرات معقدة
السكريات لها بنية جزيئية أكثر تعقيدًا وقابلية منخفضة للذوبان في الماء. تشمل هذه الفئة: النشا والألياف والجليكوجين والبكتين. ينتشر استخدام الكربوهيدرات من هذه الفئة بدرجات متفاوتة. النشا له قيمة غذائية أساسية. محتواها العالي في محاصيل الحبوب هو العامل الرئيسي الذي يحددهاالقيمة الغذائية. في النظام الغذائي للشخص العادي ، يمثل النشا ما يصل إلى 80٪ من إجمالي كمية الكربوهيدرات المستهلكة. بمجرد دخوله الجسم ، يتحول إلى كربوهيدرات بسيطة ويؤدي وظائفها.
بالنسبة للجليكوجين ، يلعب في أجسامنا دور مادة طاقة تغذي العضلات العاملة والأعضاء الداخلية. يتم استعادة الجليكوجين من خلال إعادة التركيب على حساب الجلوكوز.
البكتين مادة قابلة للذوبان ويمتص جيدا في الجسم. كما تظهر الدراسات الحديثة في مجال التغذية الصحية ، يمكن استخدام البكتين لأغراض وقائية وعلاجية في أمراض الجهاز الهضمي.
الألياف تشبه إلى حد بعيد في تركيبها السكريات. تشتهر منتجات الحبوب بمحتواها العالي. بالإضافة إلى كمية الألياف في المنتج ، فإن جودتها لها أهمية كبيرة. كلما كانت هذه الكربوهيدرات طرية ، كلما تحطمت بشكل أفضل في الأمعاء ، وكلما زادت الفوائد التي تجلبها للإنسان. تحتوي ألياف الخضروات والبطاطس على هذه الخصائص. من السمات المهمة لعديد السكاريد هذا القدرة على إزالة الكوليسترول من جسم الإنسان. الآن دعونا نلقي نظرة فاحصة على استخدام الكربوهيدرات.
التغذية الوريدية
استخدام الكربوهيدرات في الطب اليوم يتطور بسرعة. التغذية الوريدية هي إعطاء المغذيات عن طريق الوريد في الجسم. يتم استخدامه في الحالات التي يكون فيها المريض غير قادر على إطعام نفسه. يعتبر استخدام الكربوهيدرات في التغذية الوريدية أمرًا شائعًا جدًا. يتم استخدامها وفقا لالسبب البسيط هو أنها مصدر الطاقة الأكثر تكلفة لجسم الإنسان. قيمة الطاقة من الكربوهيدرات هي 4 كيلو كالوري / غرام. تتراوح احتياجات الإنسان اليومية من الطاقة من 1.5 إلى 2000 سعر حراري. ومن هنا تأتي مشكلة الاستخدام المنعزل للكربوهيدرات لتغطية هذه الحاجة. فيما يتعلق بمحلول الجلوكوز متساوي التوتر ، لتغطية احتياجات الشخص بالكامل من السعرات الحرارية ، من الضروري صب من 7 إلى 10 لترات من المحلول. هذا يمكن أن يؤدي إلى تطور الجفاف ، وذمة الرئة واضطرابات القلب والأوعية الدموية.
استخدام محاليل الجلوكوز الأكثر تركيزًا محفوف بالعواقب غير السارة الأخرى - حدوث فرط تسمم بالبلازما وتهيج بطانة الأوردة (تطور التهاب الوريد والتهاب الوريد الخثاري). ومن أجل القضاء على مخاطر إدرار البول التناضحي ، من الضروري الحفاظ على معدل ضخ الجلوكوز في النطاق من 0.4 إلى 0.5 جم / كجم / ساعة. إذا قمت بترجمة هذا الرقم إلى محلول جلوكوز متساوي التوتر ، فستحصل على ما يزيد قليلاً عن 500 مم في الساعة لمريض يزن 70 كجم. يضاف الأنسولين إلى محلول الجلوكوز لمنع ضعف تحمل الكربوهيدرات والمضاعفات الناتجة. يتم الحساب وفقًا للمعادلة: وحدة واحدة لكل 3-4 جرام من الجلوكوز الجاف. الأنسولين ليس له تأثير إيجابي على استخدام الجلوكوز فحسب ، بل يساهم أيضًا في الامتصاص الطبيعي للأحماض الأمينية.
يعتمد استخدام الكربوهيدرات في الطب على نوعها. تستخدم التغذية الوريدية على نطاق واسع: الفركتوز والجلوكوز والسوربيتول والديكستران والجلسرين والإيثيلالكحول.
غذاء للحمية
هناك العديد من الأنظمة الغذائية التي تقوم على الاستبعاد الكامل أو الجزئي للكربوهيدرات من النظام الغذائي ، بالإضافة إلى زيادة تناول البروتينات والدهون. أجرت وزارة الزراعة الأمريكية دراسة استقصائية كشفت بموجبه أن الأشخاص الذين يتناولون الأطعمة الغنية بالكربوهيدرات هم في الغالب من ذوي الوزن الطبيعي. الأطعمة التي تحتوي على نسبة عالية من الكربوهيدرات مغذية أكثر لكنها أقل في السعرات الحرارية.
كما تعلم ، في أمريكا ، أكثر من نصف السكان يعانون من زيادة الوزن. وعدد هؤلاء الناس يتزايد باطراد. أظهر مسح طويل المدى للسكان حول موضوع الطعام المستهلك أن الأشخاص الذين تهيمن الكربوهيدرات على نظامهم الغذائي يتلقون سعرات حرارية أقل من محبي البروتينات والدهون ، مع نفس كمية الطعام التي يتم تناولها. هذه المجموعة من الأشخاص الذين شملهم الاستطلاع ، وكان هناك أكثر من 10000 شخص ، كانت أقل وزنًا في الجسم. والسبب هو أنه مقابل كل 1000 سعر حراري من الأطعمة التي تحتوي على الكربوهيدرات ، يوجد الكثير من الألياف والماء. تلقت هذه المجموعة من الناس المزيد من العناصر الغذائية بالطعام ، وهي: فيتامينات أ وج ، كاروتين ، الكالسيوم ، الحديد والمغنيسيوم. تم العثور على الدهون والكوليسترول والزنك والصوديوم وفيتامين B12 في وجباتهم الغذائية إلى حد ضئيل.
يرتبط استخدام الكربوهيدرات والدهون في الأطعمة ارتباطًا وثيقًا. ومع ذلك ، وكذلك استخدام الكربوهيدرات مع البروتينات. تكمن الكفاءة العالية للكربوهيدرات كمصادر للطاقة في قدرتها على الحفاظ على البروتين. عندما يتم تناول كمية كبيرة من الكربوهيدرات ، يستخدم الجسم كطاقةالمادة أقل من الأحماض الأمينية. بشكل عام ، هذه المواد ليست مكونات لا غنى عنها للتغذية ، حيث يمكن تصنيعها من الأحماض الأمينية والجلسرين ، ومع ذلك ، لا ينبغي التقليل من دورها. يجب ألا يقل استخدام الكربوهيدرات في الطعام عن 50 جرامًا في اليوم. خلاف ذلك ، قد تحدث اضطرابات التمثيل الغذائي.
ومع ذلك ، يؤدي الاستهلاك المفرط للكربوهيدرات إلى تكوين الدهون تحت الجلد. عند بناء نظام غذائي ، من المهم ليس فقط تلبية حاجة الشخص لهذه المواد ، ولكن أيضًا لتحقيق التوازن بين استهلاك أنواعها المختلفة. من المهم مراقبة نسبة الكربوهيدرات البسيطة والمعقدة. عندما تدخل الكثير من السكريات إلى الجسم ، لا يمكن تصنيعها بالكامل إلى جليكوجين وتتحول إلى دهون ثلاثية ، مما يساهم في تكوين الأنسجة الدهنية. عندما يرتفع الأنسولين في الدم ، تسرع هذه العملية.
الكربوهيدرات المعقدة ، على عكس الكربوهيدرات البسيطة ، تتحلل ببطء ، وبالتالي يزيد محتواها في الدم تدريجياً. في هذا الصدد ، من المستحسن أن يتكون الجزء الرئيسي من الكربوهيدرات في المواد الغذائية من مواد قابلة للهضم بدقة. يجب أن تكون حصتهم من 80 إلى 90 في المائة. نقص الكربوهيدرات المعقدة ملحوظ بشكل خاص لمن يعانون من مرض السكري والسمنة وتصلب الشرايين وأمراض القلب والأوعية الدموية.
كما فهمت بالفعل ، تستخدم معظم الكربوهيدرات في التغذية والطب. لكن نطاق الكربوهيدرات لا ينتهي عند هذا الحد. في أي مكان آخر يتم استخدامها؟
الجلوكوز
يمتص الجسم هذه الكربوهيدرات جيدًا ويمكن استخدامها كجزء من بعض الأدوية. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم الجلوكوز على نطاق واسع في صناعة الحلويات. بمساعدتها ، يتم صنع مربى البرتقال والكراميل والزنجبيل وغيرها من المنتجات. في صناعة النسيج ، يلعب دور عامل الاختزال. وفي إنتاج أحماض الجليكونيك والأسكوربيك ، يعتبر الجلوكوز هو المنتج الأولي. بمساعدتها ، يقومون أيضًا بتوليف بعض السكريات الصناعية.
تخمر الجلوكوز له أهمية كبيرة. يحدث عند تخليل الملفوف والخيار والحليب وغيرها من المنتجات ، وكذلك عند تجميع العلف. يستخدم التخمر الكحولي للجلوكوز في إنتاج البيرة.
النشا
النشا من العناصر الغذائية القيمة. لتسهيل هضم الجسم ، تخضع المنتجات للمعالجة الحرارية. في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة ، يحدث التحلل المائي الجزئي للنشا ، وكذلك تكوين الدكسترينات القابلة للذوبان في الماء. يتم تحلل الدكسترين ، بمجرد دخوله في الجهاز الهضمي ، إلى جلوكوز ، والذي يمتصه الجسم جيدًا. إذا تحدثنا عن استخدام الكربوهيدرات في الصناعة ، فلا يمكن تجاهل النشا. أهم المنتجات التي يتم الحصول عليها منه هي الجلوكوز والدبس. هذا يوسع المنطقة التي يتم فيها استخدام الكربوهيدرات. صف بإيجاز عملية الحصول على الجلوكوز والدبس من النشا على النحو التالي.
يتم تسخين النشا في خليط مع حمض الكبريتيك المخفف. يتم تحييد الحمض الزائد بالطباشير. ترسبات كبريتات الكالسيوم ، والتي تتشكل أثناءتحييد مصفى. ثم يتبخر المحلول وعزل الجلوكوز منه. إذا لم تكمل عملية التحلل المائي ، فستحصل على مزيج من الجلوكوز مع الدكسترين ، وهو ما يسمى دبس السكر. يتم استخدامه في صناعة الحلويات. بالإضافة إلى ذلك ، وجد الدكسترين المشتق من النشا استخدامًا واسع النطاق كمادة لاصقة ومكثفات طلاء. يثبت النشا مدى تنوع استخدام الكربوهيدرات. ومع ذلك ، فإن كيمياء العمليات ليست معقدة على الإطلاق.
في السابق ، تم استخدام النشا ، مما يسمح لك بتنفس حياة ثانية في النسيج وإطالة عمره التشغيلي. كما تم استخدام النشا والمنتجات المشتقة منه في صناعات النسيج والأدوية والمسبك.
اللب
لطالما كانت الفوائد العملية للكربوهيدرات لا تقل أهمية عن دورها البيولوجي. يمكن العثور على استخدام الكربوهيدرات في مجالات مختلفة تمامًا من النشاط البشري. استخدم الإنسان السليلوز (الألياف) منذ العصور القديمة. في البداية ، بدأ الناس في استخدام الخشب كوقود ومواد بناء. ثم تعلموا صناعة الخيوط من القطن والكتان والنباتات الليفية الأخرى. في وقت لاحق ، ظهرت التقنيات التي جعلت من الممكن الحصول على الورق من الخشب. الورق ، في جوهره ، عبارة عن طبقة رقيقة من ألياف السليلوز التي يتم ضغطها ولصقها. والنتيجة سطح أملس متين لا ينزف.
في البداية ، تم استخدام المواد الخام النباتية فقط (القطن وسيقان الأرز) في صناعة الورق. تم استخراج الألياف منه ميكانيكيًا بحتًا. ولكن كماتنمية المجتمع ، المصادر المذكورة لم تكن كافية لتغطية الحاجة إلى الورق. يذهب معظمها إلى الصحف. نظرًا لأن جودة الورق لا تلعب دورًا خاصًا هنا ، فقد بدأوا في إضافة ما يصل إلى 50 بالمائة من الخشب المطحون إليها. في وقت لاحق ، ظهرت تقنيات أتاحت التخلص من المواد الخشبية المصاحبة مثل الراتنجات واللجنين وما إلى ذلك. هذا هو مدى تنوع الاستخدام العملي للكربوهيدرات.
حتى الآن ، الطريقة الأكثر شيوعًا لعزل السليلوز هي الكبريتيت. يتم استخدامه في مناطق مختلفة حيث يتم استخدام الكربوهيدرات. كيمياء العملية بسيطة للغاية. وفقًا لهذه الطريقة ، يتم سحق الخشب وغليه في خليط مع هيدروسلفات الكالسيوم. بعد ذلك ، يتم فصل السليلوز الخالي من جميع أنواع الشوائب على المرشحات. يحتوي الغسول الناتج على السكريات الأحادية ، لذلك يتم استخدامه كمادة خام لإنتاج الكحول. كما يستخدم السليلوز في صناعة ألياف الفسكوز والأسيتات والنحاس والأمونيا.
في بعض الأحيان يتم الخلط بين الكربوهيدرات والكربوهيدرات. على الرغم من حقيقة أن هاتين الفئتين من المواد قد تم تسميتهما بشكل متناسق ، إلا أنهما لا علاقة لهما ببعضهما البعض. استخدام الهيدروكربونات المشبعة في الحياة اليومية والعمل قصة مختلفة تمامًا.
الخلاصة
لقد عمقت اليوم معرفتك بمواد مثل الكربوهيدرات. تؤكد خصائص واستخدام الكربوهيدرات وفوائدها للإنسان أن هذه المواد هي أهم المكونات البيولوجية على كوكبنا. هم انهمحرفيا في كل مكان وفي كل شيء. ولكن ليس هذا هو الشيء الرئيسي ، ولكن حقيقة أنه بدون الكربوهيدرات ستكون حياتنا مستحيلة. استخدام الكربوهيدرات في الحياة مكثف للغاية.
