פחמימות הן מרכיב חיוני בתאים וברקמות של כל אורגניזם חי, בין אם זה צמח, בעל חיים או בן אדם. הם מהווים את עיקר החומר האורגני של כדור הארץ. פחמימות הן מחלקה רחבה למדי של תרכובות. ביניהם, ניתן למצוא חומרים בעלי תכונות שונות. בשל תכונה זו, הפונקציות של הפחמימות רחבות מאוד. היום ננתח את התכונות העיקריות, התפקיד הפיזיולוגי והשימוש בפחמימות בתחומים שונים בתעשיית המזון (ולא רק).
מקורות פחמימות
המקורות העיקריים לפחמימות הם מוצרים מהצומח. כלומר: לחם, דגנים, ירקות, פירות, פירות יער. באשר למוצרים מן החי, חלקם גם עשירים בפחמימות. זהו, קודם כל, חלב, שמכיל את מה שנקרא סוכר חלב.
מוצרי מזון עשויים להכיל פחמימות שונות. לכן, המשמעות, היישום של פחמימות ותפקידיהן נרחבים מאוד. דגנים ותפוחי אדמה מכילים עמילן - פחמימה מורכבת שאינה מסיסה במים, המתפרקת לסוכרים פשוטים על ידי פעולת מיצי העיכול. בפירות, ירקות ופירות יער חומרים אלומוצגים בצורה של סוכרים פשוטים: פירות, סלק, קנה, ענבים וכן הלאה. הם מתמוססים במים ונספגים בצורה מושלמת בגוף. סוכרים מסיסים במים נספגים במהירות לזרם הדם.
צריכת פחמימות
מאמינים שיש לצרוך את עיקר הפחמימות בצורה מורכבת, ורק 20-25% בצורה פשוטה. זה תורם לכניסה הדרגתית של סוכרים לרקמות. אם אדם מקבל מספיק פחמימות מהמזון, הן מופקדות בכבד ובשרירים בצורה של גליקוגן "עמילן מן החי". עם מחסור בפחמימות, מאגר הגליקוגן מתפרק לגלוקוז ומשמש לצרכי הגוף (הזנה של תאים ורקמות). אם הגוף מקבל עודף מהם, הם הופכים לשומן גוף. אגב, פחמימות כוללות גם סיבים, הנחוצים לעיכול תקין.
פחמימות הן מרכיבים חיוניים בתזונה, ולכן הן לא רק קובעות את ההומיאוסטט האנרגטי של הגוף, אלא גם משתתפות בביו-סינתזה של מספר פולימרים המכילים פחמן. במהלך החיים, אדם ממוצע צורך כ-14 טון של תרכובות אלו. מתוכם כ-2.5 טון - בצורה פשוטה. השימוש בחלבונים, שומנים, פחמימות ונגזרותיהם במזון אינו אחיד. פחמימות הן החלק העיקרי בתזונה שלנו. הם צורכים פי 4 יותר מחלבונים או שומנים. בתזונה פשוטה ומעורבת, כ-60% מהאנרגיה של האדם מגיעה מפחמימות. המשימה העיקרית שלהם בגוף היא לספק אנרגיה. ככל שיש יותר פעילות גופנית בחייו של אדם, כך יותרהוא צריך פחמימות. עם אורח חיים בישיבה, הצורך בחומרים אלו יורד. למי שלא עוסק בעבודה פיזית, הדרישה היומית לפחמימות היא כ-400 גרם.
כ-50-65% מהפחמימות נכנסות לגוף שלנו עם מוצרי דגנים. 15-25% - עם סוכר ומוצרים המכילים סוכר. כ-10% - עם גידולי שורש ופקעת. ובערך 5-7% - עם פירות וירקות.
פחמימות הן גורם גירוי חזק מאוד של ההפרשה החיצונית של הלבלב והממריץ הפעיל ביותר של סינתזת אינסולין, אשר ממלא תפקיד חשוב בוויסות חילוף החומרים של פחמימות ושמירה על הומאוסטזיס גלוקוז מיטבי. במהלך השנים, עומס יתר של פחמימות פשוטות מוביל להיפרפלזיה של תאי β, ולאחר מכן להיחלשות של המנגנון האיסולרי וליצירת תנאים מוקדמים להתפתחות סוכרת.
סיווג פחמימות
בהתאם למבנה, יכולת ההמסה וקצב ההטמעה, פחמימות שהן חלק מהמזון מתחלקות לפשוטות ומורכבות. פשוט כוללים חד-סוכרים (פרוקטוז, גלוקוז, גלקטוז) ודו-סוכרים (סוכרוז, לקטוז). למתחם - פוליסכרידים (סיבים, עמילן, גליקוגן). בנוסף לדוגמאות של פחמימות, ישנם חומרים אחרים, פחות מוכרים בכל מחלקה.
פחמימות פשוטות
מונו ודו-סוכרים מתמוססים היטב במים ונספגים במהירות בגוף. יש להם טעם מתוק בולט, וזו הסיבה שהם נקראים לעתים קרובות פשוט סוכרים. החד-סוכר השכיח ביותר הואגלוקוז הכלול בפירות ופירות יער שונים, כמו גם מסונתז במהלך פירוק דו- ופוליסכרידים. הגלוקוז, ברגע שהוא נמצא בגוף, מוצא לעצמו במהירות שימוש. הוא יוצר גליקוגן, מזין את רקמת המוח והשרירים (כולל הלב), ומווסת את רמות הסוכר בדם. במהלך פעילות גופנית, גלוקוז יכול לשמש ישירות כמקור אנרגיה.
לפרוקטוז יש מאפיינים דומים. זה יכול להיחשב כפחמימה בעלת ערך רב, קלה לעיכול. אבל, בהשוואה לגלוקוז, פרוקטוז עדיין נספג לאט יותר במעיים, וברגע שהוא נכנס לדם, הוא עוזב את מחזור הדם מהר יותר. עד 80% מהפרוקטוז נשמר בכבד, ומונע ריווי סוכר בדם. עם זאת, בכבד, פרוקטוז מסנתז גליקוגן בקלות רבה יותר מאשר גלוקוז. בהשוואה לסוכרוז, פרוקטוז מתעכל יותר ויש לו יותר מתיקות. בשל התכונה האחרונה, ניתן להשתמש בפחות פרוקטוז לרמת המתיקות הרצויה של המוצר, ובכך להפחית את הצריכה הכוללת של סוכרים. זה מתרחש בבניית דיאטה מוגבלת בקלוריות. בהתחשב בשימוש בפחמימות בחיים, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לתזונה התזונתית. פרוקטוז משמש לעתים קרובות כממתיק במזונות לאנשים עם סוכרת.
עם עודף של סוכרוז, חילוף החומרים של השומן מופרע ויצירת השומן עולה. בנוסף, הוכח זה מכבר שעם עלייה בכמות הסוכר הנכנסת לגוף, גוברת הסינתזה של שומנים מפחמימות מורכבות, ישירות משומן ואפילו חלבון. לָכֵן,כמות הסוכר שאדם צורך יכולה לווסת מאוד את חילוף החומרים בשומן.
עם השימוש הרב בסוכר, מתחילות הפרעות בחילוף החומרים של הכולסטרול ועלייה בתכולתו בדם. בנוסף, לעודף סוכר יש השפעה רעה על עבודת המיקרופלורה של המעיים - מסת המיקרואורגניזמים הנרקבים גדלה, תהליכי הריקבון מואצים ומתפתחת גזים. פחות מכל, תופעות הלוואי הללו נצפו עם השימוש בפרוקטוז. פירות ופירות יער הם המקור העיקרי לפחמימה זו. הרבה פרוקטוז וגלוקוז נמצא בדבש: 37.1 ו-36.2%, בהתאמה. כל הסוכר שיש באבטיח הוא פרוקטוז, זה בערך 8% כאן.
החד-סוכר הבא הוא גלקטוז. זה לא נמצא במזונות בצורתו החופשית. גלקטוז הוא תוצר פירוק של לקטוז, הפחמימה העיקרית בחלב.
באשר לדיסכרידים, העיקרי בתזונה שלנו הוא סוכרוז. עם הידרוליזה, הוא מתפרק לפרוקטוז וגלוקוז. המקורות העיקריים לסוכרוז הם סלק וסוכר קנים. בסוכר מגורען, תכולת הפחמימה הזו מגיעה ל-99.75%. בנוסף, סוכרוז נמצא בפירות, ירקות ודלעות.
פחמימות מורכבות
לפוליסכרידים מבנה מולקולרי מורכב יותר ומסיסות נמוכה ביותר במים. מחלקה זו כוללת: עמילן, סיבים, גליקוגן ופקטין. השימוש בפחמימות ממעמד זה הוא נפוץ בדרגות שונות. עמילן הוא בעל ערך תזונתי ראשוני. התכולה הגבוהה שלו בגידולי דגנים היא הגורם העיקרי שקובע אותםערך תזונתי. בתזונה של אדם ממוצע, עמילן מהווה עד 80% מכמות הפחמימות הכוללת הנצרכת. ברגע שהוא נכנס לגוף, הוא הופך לפחמימות פשוטות ומבצע את תפקידיהן.
באשר לגליקוגן, בגופנו הוא ממלא את התפקיד של חומר אנרגיה שמזין את השרירים והאיברים הפנימיים הפועלים. הגליקוגן משוחזר באמצעות סינתזה מחדש על חשבון הגלוקוז.
פקטין הוא חומר מסיס הנספג היטב בגוף. כפי שמראים מחקרים מודרניים בתחום התזונה הבריאה, ניתן להשתמש בפקטין למטרות מניעה וטיפול במחלות של מערכת העיכול.
סיבים דומים מאוד במבנה לפוליסכרידים. מוצרי דגנים מפורסמים בתכולתם הגבוהה. בנוסף לכמות הסיבים במוצר, ישנה חשיבות רבה לאיכותו. ככל שהפחמימה הזו רכה יותר, כך היא מתפרקת טוב יותר במעיים, והיא מביאה לאדם יותר יתרונות. לסיבים של ירקות ותפוחי אדמה יש תכונות אלה. תכונה חשובה של פוליסכריד זה היא היכולת להסיר כולסטרול מגוף האדם. עכשיו בואו נסתכל מקרוב על השימוש בפחמימות.
תזונה הורית
השימוש בפחמימות ברפואה כיום מתפתח במהירות. תזונה פרנטרלית היא מתן תוך ורידי של חומרים מזינים לתוך הגוף. הוא משמש במקרים בהם החולה אינו מסוגל להאכיל את עצמו. השימוש בפחמימות בתזונה פרנטרלית נפוץ מאוד. הם משמשים לפיהסיבה הפשוטה היא שהם מקור האנרגיה הזול ביותר לגוף האדם. הערך האנרגטי של פחמימות הוא 4 קק ל/גרם. הצורך היומי של האדם לאנרגיה נע בין 1.5 ל-2,000 קילוקלוריות. מכאן הבעיה של השימוש המבודד בפחמימות לכיסוי צורך זה. מבחינת תמיסת גלוקוז איזוטונית, כדי לכסות את הצורך של אדם בקלוריות באופן מלא, יש צורך לשפוך בין 7 ל-10 ליטר מהתמיסה. זה יכול להוביל להתפתחות יתר של הידרציה, בצקת ריאות והפרעות קרדיווסקולריות.
השימוש בתמיסות גלוקוז מרוכזות יותר טומן בחובו השלכות לא נעימות אחרות - התרחשות של היפראוסמולריות בפלזמה וגירוי של אינטימה של הוורידים (התפתחות של פלביטיס וטרומבופלביטיס). וכדי למנוע את הסיכון למשתן אוסמוטי, יש צורך לשמור על קצב עירוי הגלוקוז בטווח שבין 0.4 ל-0.5 גרם לק"ג לשעה. אם אתה מתרגם את הנתון הזה לתמיסת גלוקוז איזוטונית, אתה מקבל קצת יותר מ-500 מ"מ לשעה עבור מטופל השוקל 70 ק"ג. אינסולין מתווסף לתמיסת הגלוקוז כדי למנוע פגיעה בסבילות לפחמימות והסיבוכים הנובעים מכך. החישוב מתבצע לפי הנוסחה: 1 יחידה לכל 3-4 גרם גלוקוז יבש. לאינסולין יש לא רק השפעה חיובית על ניצול הגלוקוז, אלא גם תורם לספיגה תקינה של חומצות אמינו.
השימוש בפחמימות ברפואה תלוי בסוג שלהן. בתזונה פרנטרלית נעשה שימוש נרחב: פרוקטוז, גלוקוז, סורביטול, דקסטרן, גליצרול ואתילאלכוהול.
אוכל דיאטטי
ישנן דיאטות רבות המבוססות על הדרה מלאה או חלקית של פחמימות מהתזונה, וכן עלייה בצריכת חלבונים ושומנים. משרד החקלאות האמריקאי ערך סקר, לפיו התברר כי אנשים שאוכלים מזון עשיר בפחמימות הם בעיקר במשקל תקין. מזונות עתירי פחמימות הם מזינים יותר אך דלי קלוריות.
כפי שאתם יודעים, באמריקה, יותר ממחצית מהאוכלוסייה סובלת מעודף משקל. ומספרם של אנשים כאלה גדל בהתמדה. סקר ארוך טווח שנערך בקרב האוכלוסייה בנושא המזון הנצרך הראה שאנשים שתזונתם נשלטת על ידי פחמימות מקבלים פחות קלוריות מאשר אוהבי חלבונים ושומנים, עם אותה כמות מזון שנאכלת. לקבוצה זו של אנשים מכל הנסקרים, והיו יותר מ-10,000 אנשים, היה משקל הגוף הנמוך ביותר. הסיבה היא שעל כל 1,000 קלוריות של מזונות המכילים פחמימות, יש הרבה סיבים ומים. קבוצה זו של אנשים קיבלה יותר חומרים מזינים עם האוכל, כלומר: ויטמינים A ו-C, קרוטן, סידן, ברזל ומגנזיום. שומנים, כולסטרול, אבץ, נתרן וויטמין B12 נמצאו בתזונה שלהם במידה מועטה.
השימוש בפחמימות ושומנים במזונות קשור קשר הדוק. עם זאת, כמו גם השימוש בפחמימות עם חלבונים. היעילות הגבוהה של פחמימות כמקורות אנרגיה טמונה ביכולתן לחסוך בחלבון. כאשר נבלעת כמות גדולה של פחמימות, הגוף משתמש כאנרגיההחומר קטן מחומצות אמינו. באופן כללי, חומרים אלה אינם מרכיבים הכרחיים בתזונה, מכיוון שניתן לסנתז אותם מחומצות אמינו וגליצרול, אולם אין לזלזל בתפקידם. השימוש בפחמימות במזון צריך להיות לפחות 50 גרם ליום. אחרת, עלולות להתרחש הפרעות מטבוליות.
עם זאת, צריכה מופרזת של פחמימות מובילה להיווצרות שומן תת עורי. בבניית תזונה חשוב לא רק לספק את הצורך של האדם בחומרים אלו, אלא גם לאזן את הצריכה של סוגיהם השונים. חשוב לעקוב אחר היחס בין פחמימות פשוטות ומורכבות. כאשר הרבה סוכרים נכנסים לגוף, לא ניתן לסנתז אותם במלואם לגליקוגן ולהפוך לטריגליצרידים, התורמים ליצירת רקמות שומן. כאשר האינסולין מוגבר בדם, תהליך זה מואץ.
פחמימות מורכבות, בניגוד לפשוטות, מתפרקות לאט, כך שתכולתן בדם עולה בהדרגה. בהקשר זה, רצוי שחלק הפחמימות העיקרי במזון מורכב מחומרים ניתנים לעיכול בדיוק. חלקם צריך להיות בין 80 ל-90 אחוז. המחסור בפחמימות מורכבות בולט במיוחד לסובלים מסוכרת, השמנת יתר, טרשת עורקים ומחלות של מערכת הלב וכלי הדם.
כפי שכבר הבנתם, רוב הפחמימות משמשות בתזונה וברפואה. אבל היקף הפחמימות לא נגמר שם. איפה עוד משתמשים בהם?
Glucose
פחמימה זו נספגת היטב בגוף וניתן להשתמש בה כחלק מתרופות מסוימות. בנוסף, גלוקוז נמצא בשימוש נרחב בתעשיית הממתקים. בעזרתו מכינים ריבה, קרמל, ג'ינג'ר ומוצרים נוספים. בתעשיית הטקסטיל, הוא ממלא את התפקיד של סוכן מפחית. ובייצור חומצות גליקוניות ואסקורבית, גלוקוז הוא המוצר ההתחלתי. בעזרתו הם גם מבצעים סינתזה של כמה סוכרים תעשייתיים.
תסיסת גלוקוז היא בעלת חשיבות רבה. זה מתרחש בעת כבישה של כרוב, מלפפונים, חלב ומוצרים אחרים, כמו גם בעת איפור מספוא. תסיסה אלכוהולית של גלוקוז משמשת בייצור בירה.
עמילן
עמילן הוא חומר תזונתי רב ערך. כדי להקל על הגוף לעכל, המוצרים עוברים טיפול בחום. בתנאי טמפרטורה גבוהים מתרחשת הידרוליזה חלקית של עמילן, כמו גם היווצרות של דקסטרינים מסיסים במים. דקסטרינים, ברגע שהם נמצאים במערכת העיכול, עוברים הידרוליזה לגלוקוז, אשר נספג היטב בגוף. אם אנחנו מדברים על השימוש בפחמימות בתעשייה, אי אפשר להתעלם מהעמילן. המוצרים העיקריים שמתקבלים ממנו הם גלוקוז ומולסה. זה מרחיב עוד יותר את התחום בו מתרחש השימוש בפחמימות. תאר בקצרה את תהליך השגת גלוקוז ומולסה מעמילן כדלקמן.
עמילן מחומם בתערובת עם חומצה גופרתית מדוללת. עודף חומצה מנוטרל עם גיר. המשקע של סידן גופרתי, אשר נוצר במהלךנטרול, מסונן. לאחר מכן מתאדה התמיסה ומבודד ממנה גלוקוז. אם לא מביאים את תהליך ההידרוליזה לסוף, מקבלים תערובת של גלוקוז עם דקסטרינים, מה שנקרא מולסה. הוא משמש בתעשיית הממתקים. בנוסף, דקסטרינים שמקורם בעמילן מצאו שימוש נרחב כדבקים ומעבי צבע. עמילן מוכיח כמה מגוון יכול להיות השימוש בפחמימות. עם זאת, הכימיה של התהליכים אינה מסובכת כלל.
בעבר נעשה שימוש בעמילן, המאפשר להפיח חיים שניים בבד ולהאריך את חיי השירות שלו. עמילן ומוצרים המופקים ממנו שימשו גם בתעשיות הטקסטיל, התרופות והיציקה.
Pulp
היתרונות המעשיים של פחמימות תמיד היו לא פחות חשובים מתפקידן הביולוגי. ניתן למצוא את השימוש בפחמימות בתחומים שונים לחלוטין של פעילות האדם. תאית (סיבים) שימשה את האדם מאז ימי קדם. בתחילה, אנשים החלו להשתמש בעץ כחומר דלק וכחומר בנייה. אחר כך הם למדו לעשות חוט מכותנה, פשתן וצמחים סיביים אחרים. מאוחר יותר הופיעו טכנולוגיות שאפשרו להשיג נייר מעץ. נייר, בבסיסו, הוא שכבה דקה של סיבי תאית הנלחצים ומודבקים. התוצאה היא משטח עמיד וחלק שלא ידמם.
בתחילה, רק חומרי גלם צמחיים (גבעולי כותנה ואורז) שימשו לייצור נייר. סיבים הופקו ממנו באופן מכני בלבד. אבל כמוהתפתחות החברה, המקורות המפורטים לא הספיקו כדי לכסות את הצורך בנייר. רוב זה הולך לעיתונים. בהתחשב בכך שלאיכות הנייר אין כאן תפקיד מיוחד, החלו להוסיף לו עד 50 אחוז עץ טחון. מאוחר יותר הופיעו טכנולוגיות שאפשרו להיפטר מחומרי עץ נלווים כמו שרפים, ליגנין וכו'. כך יכול להיות מגוון השימוש המעשי בפחמימות.
עד היום, השיטה הנפוצה ביותר לבידוד תאית היא סולפיט. הוא משמש באזורים שונים בהם משתמשים בפחמימות. הכימיה של התהליך די פשוטה. לפי שיטה זו כותשים ומרתיחים את העץ בתערובת עם סידן הידרוסולפט. לאחר מכן, התאית המשוחררת מכל מיני זיהומים מופרדת על גבי מסננים. השבן המתקבלת מכילה חד סוכרים, ולכן היא משמשת כחומר גלם לייצור אלכוהול. ותאית משמשת גם לייצור סיבי ויסקוזה, אצטט ונחושת-אמוניה.
לפעמים פחמימות מתבלבלות עם פחמימות. למרות העובדה ששני סוגי החומרים הללו נקראים בעיצור, אין להם שום קשר זה עם זה. השימוש בפחמימנים רוויים בחיי היומיום ובעבודה הוא סיפור אחר לגמרי.
מסקנה
היום העמקת את הידע שלך בחומרים כמו פחמימות. התכונות, השימוש בפחמימות והיתרונות שלהן עבור בני אדם מאשרים כי החומרים הללו הם המרכיבים הביולוגיים החשובים ביותר על הפלנטה שלנו. הםממש בכל מקום ובכל דבר. אבל זה לא העיקר, אלא העובדה שללא פחמימות החיים שלנו יהיו בלתי אפשריים. השימוש בפחמימות בחיים נרחב מדי.
