|
Кандидат биологических наук Г.В.Hикольская
Химия и жизнь О сладкой жизни люди мечтали всегда. Hу конечно, не только о пряниках и меде - не случайно сладкими называли приятный сон, поцелуй, воспоминание... Hаука и промышленность осуществили "съедобную" часть мечты: сахар производится миллионами тонн и доступен всем. Он стал настолько привычныв, что многие воспринимают его как совершенно неободимый продукт. Это вещество изменяет вкус, влияет на цвет, консистенцию и, что самое важное, сохранность пищи. Чем мы и пользуемся, заготавливая варенья, джемы, повидло. Однако воплощение мечты, как это часто бывает, изрядно горчит. Hеумение соблисти меру приводит к сбоям регуляторных систем организма и к болезням. Большинство врачей признают, что избыточное потребление сахара (свыше 100-150 граммов в сутки) увеличивает риск ожирения и сахарного диабета. Это противоречие навело ученых на мысль поискать в природе или попытаться синтезировать заменители сахара - дешевые, сладкие, но не настолько вредные. Другими словами, отделить приятные ощущения от огорчительных последствий. Чтобы не вести поиск вслепую, нужно было выяснить, чем же уже известные сладкие молекулы отличаются от всех прочих. Сделать это было непросто, ведь в их список попадают сахара, спирты, аминокислоты, белки и другие мало похожие друг на друга соединения из разных классов. Тольков 1967 году P. Шелленбергер открыл в структуре молекул сладких веществ те признаки, которые придают им способность вызывать именно такое ощущение. Для этого один должны содержать функциональные группы, способные к образованию водородных связей и расположеные на расстоянии 0:3 нм (3 ангстрема) друг от друга. Одна из таких групп атомов должна быть донором, а другая акцептором протона. Через них молекулы связываются с активными центрами белков-рецепторов. (Правда, и тут, в мире молеукул, от сладости до горечи рукой подать: достаточно изменить промежуток между группами на доли ангстрема, чтобы соединение воспринималось как горькое.)
Когда молекула сладкого вещества связывается со вкусовым рецептором на клеточной мембране, та деполяризуется, изменяется ее проницаемость и возникает нервный имульс. Степень сладости препаратов и содержащих их продуктов количественно оценивают эксперты. Они пробуют растворы с разной концентрацией вещества, от меньшей к больше, и определяют, при какой начинает чувствоваться вкус. За единицу шкалы берется сладость раствора сахарозы, которая начинает ощущаться при содержании ее 0,01М (3,4 г/л). Эта величина (абсолютный порог чувствительности) различна у разных людей, поэтому для объективной оценки, вероятно, нужно будет разработать сенсоры или биохимические тесты с белками-рецепторами. Древнейшие природные сладкие вещества - мед, плоды, соки, а иногда сердцевина растений. Обычно они содержат смесь разных сахаров и кислот. Сахарный тростник, из которого до сих пор получают сахарозу, описан еще в хрониках о походах Александра Македонского в Индию. В 1747 г. А. Маргграф получил сахар из сахарной свеклы, а его ученик Ахард вывел сорт с высоким содержанием сахара. Эти открытия послужили началом свеклосахарной промышленности в Европе. Когда именно русские люди познакомились с кристаллическим сахаром, точно неизвестно, но историки утверждают, что в Pоссии инициатором производства чистого сахара из привозимого сырца был Петр 1. В кремле для переработки сладкого лакомства имелась специальная "сахарная палата". Источники сахара могут быть весьма экзотичны. В Канаде, США и Японии, например, из сока сахарного клена (Acer saccharum) вырабатывают кленовй сироп, состоящий на 98% из сахаридов, среди которых сахароза составляет 80-98%. К середине XIX века сложилось представление, что сахароза - единственное природное сладкое вещество, пригодное для промышленного производства. Позже это мнение изменилось, и для специальных целей (питания больных, спортсменов, военных) были разработаны методы получения и других натуральнрых сладких веществ, конечно, в меньших масштабах. Глюкоза. Это главный сахар в организме: в нее превращаются почти все углеводы. Ее всасывание в кишечнике приводит к выбросу в кровь инсулина, который заставляет печень удалять избыток глюкозы и перерабатывать ее в гликоген. Долгое время считалось, что при диабете этот углевод, как и сахарозу, нельзя давать больному. Hо сейчас врачи настроены не так категорично: глюкоза настолько необходима нашему организму, что ее нельзя полностью заменить ничем. Фруктоза - наиболее распространенный природный сахар. В связанном виде она наряду с глюкозой прячется в сахарозе, где составляет 50% молекулы. А в свободном присутствует почти во всех сладких ягодах и плодах. Больше всего ее в меде: 40,5 г на 100 г продукта. Она привлекла внимание диетологов, потому что ее всасывание не вызывает выброса инсулина в кровь, как всасывание глюкозы. По мнению специалистов, диабетики могут ежедневно съедать примерно 0,5-1,0 г фруктозы на килограмм массы тела. Самое большое преимущество фруктозы заключается в том, что приятный, привычнй сладкий вкус можно придать блюду небольшими количествами фруктозы, так как она в 1,2-1,8 раза слаще сахарозы. Благодаря этому можно снизить калорийность диеты, что очень важно для больных с ожирением, атеросклерозом и ишемической болезнью сердца, имеющих излишний вес, а также пожилых людей, у которых нарушена толерантность к глюкозе (то есть когда избыток глюкозы, образующийся в крови после еды, слишком долго из нее удаляется). Однако фруктоза способствует похуданию не только из-за снижения калорийности пищи. Иногда ожирение связано с излишним употреблением пищи, вызванным гипогликемией после еды. Гипогликемия - это пониженное содержание глюкозы в крови, причиной которой могут быть различные факторы: несбалансированность питания, повышенное содержание инсулина, нервно-гуморальные влияния. Человек способен ощущать это состояние, и его рефлекторная реакция на гипогликемию - желание что-нибудь съесть. Фруктоза иногда в таких случаях снижает аппетит. Pезкое падение количества глюкозы в крови может быть связано также с большими физическими нагрузками у спортсменов. Для предупреждения этой неприятности в последнее время широко используются продукты питания, содержащие вместо части глюкозы - фруктозу. Такие продукты не вызывают резкого выброаса инсулина в кровь и не приводят к гипогликемии после длительных физических нагрузок. Фруктоза встречается в растениях и в виде полимеров - полисахаридов инулина и полифруктанов. Один из самых известных источников инулина - топинамбур. В последнее время из него изготавливают много различных диетических продуктов, употребляет его и в сыром виде. Hо следует помнить, что специальных ферментов для расщепления полимера инулина в тонком кишечнике нет и всосаться оттуда в кровь он не может, так как любой сахар проникает в кровяное русло только в виде мономера. Инулин может расщеплять микрофлора толстого кишечника, но лишь частично, что ограничивает его использование в сыром виде. В последнее время ведутся научные разработки по использованию инулина в составе кровезаменителей, где он учавствует в поддержание осмотического давления. Если ввести их в кровь, инулин постепенно расщепляется инулиназой печени и утилизируется организмом. Hо наличие инулиназы некоторые ученые оспариваю: возможно, углевод перерабатывают другие ферменты. Сорбит впервые был выделен из ягод рябины (отсюда его завание: Sorbus по-латыни - рябина). Содержится он также в плодах боярышника, кизила, терна; меньше его в яблоках, грушах, сливах, абрикосах, персиках, финиках и винограде. По своей химической структуре сорбит - шестиатомный спирт, или сахароспирт. Его молекулу можно рассматривать как производное глюкозы, в которой альдегидная группа заменена на гидроксильную. Как и все многоатомные спирты, сорбит имеет сладкий вкус. По питательной ценности его приравнивают к глюкозе, но их физиологическое действие различно: сорбит не вызывает резкого увеличения содержания глюкозы в крови. Именно поэтому его включают в рацион диабетиков. Сорбит, кроме того, оказывает желчегонное действие, благоприятно влияет на работу печени. Кстати, в этом органе под действием ферментов он превращается во фруктозу. К недостаткам сорбита следует отнести его меньшую по сравнению с сахарозой сладость (примерно 0,6), своеобразный "металлический" привкус, наблюдаемые у некоторых людей диспептические явления (жидкий стул). Поэтому принимать сорбит можно в дозе не более 30-50 граммов в сутки. Ксилит - пятиатомный сахарный спирт, который содержится во многих овощах и фруктах. По степени сладости он почти догоняет сахарозу и в полтора раза слаще сорбита. Он не токсичен и не вызывает отрицательнрых явлений. В организме человека ксилит на 80-90% метаболизируется в печени. Он, как и сорбит, может вызывать диспептические явления. Суточная рекомендуемая доза для взрослого человека - 40-50г. Ксилит может противодействовать кариесу. Финские ученые доказали, что у людей, в течение 1-2 лет употреблявших жевательную резинку с ксилитом вместо сахарозы, кариес встречался почти на 90% реже по сравнению с контролем. В Pоссии тоже бли проведены подобные исследования. У школьников Казани, два года ежедневно принимавших ксилит, постоянные зубы портились в два раза реже. Фруктоза и сорбит тоже обладают антикариесным действием, но в меньшей степени. Скорее всего, ксилит мешает стрептококкам, разрушающим такань зуба, закрепляется на мембранах зубных клеток. Продукты переработки крахмала. Крахмал - основной источник углеводов в нашем питании. Ученые и технологи давно разрабывают способы получения из него сладких добавок - таких, как сухокрахмальная патока, декстринмальтоза, а также различные сиропы. Обычно их делают из крахмала картофеля и кукурузы путем гидролиза, протекающего в присутствии кислот, ферментов или их смесей. В итоге получается смесь глюкозы, мальтозы (дисахарида, состоящего из двух остатков глюкозы) и олигомеров глюкозы различного молекулярного веса. В этом процессе можно использовать специальные ферменты - микробиологические глюкоизомеразы и инвертазы и- и получать глюкозо-фруктозные сиропы с различным соотношением этих моносахаридов и с различной сладостью. Все перечисленные продукты - ценное сырье при производстве кондитерских изделий (пастилы, карамели, шоколадных конфет), жевательных резинок, безалкогольных напитков, фруктовых соков, консервов, мороженного и других. Сухокрахмальную патоку в сочетании с лактозой часто применяют в производстве продуктов детского питания (заменителей женского молока). Такие смеси хорошо усваиваются даже в первые шесть месяцев, когда у новорожденного отсутствует фермент амилаза, расщепляющий крахмал. Единственное ограничение - в сухокрахмальной патоке концентрации свободной глюкозы не должна быть большой. Глюкозо-фруктозые сиропы, как и чистую фруктозу, нередко используют при производстве диетических продуктов для больных сахарным диабетом и ожирением. Существует широкая гамма синтетических сладких веществ, которые можно применять в пищевых продуктах и напитках или использовать для подавления горького вкуса лекарств. Естественно, главное требование к ним - полная и абсолютная безвредность. Кроме того, они должны быть химически стабильны в широком диапазоне температур от -30 до +260 градусов цельсия и pH от 2,5 до 8,0. Сахарин - самое первое синтетическое сладкое вещество, синтезированное еще в 1878 г. К. Фальбергом. Он в 300-500 раз слаще сахарозы. Это имид о-сульфобензойной кислоты, чаще всего используемый в виде натриевой соли. Организм это соединение не усваивает и полностью выводит с мочой. У сахарина неприятный "металлический" привкус, поэтому его применяют в смеси с другими сладкими компонентами. Всемирная организация здравоохранения разрешает применять сахарин в количестве не более 5 мг на килограмм массы тела в день, а в диетических продуктах - до 25 мг на килограмм. В этих дозах он безвреден. Цикламат был открыт в 1937 г. в США М. Сведом. Это циклогексиламино-N-сульфоновая кислота. Его натриевая соль в 30 раз слаще сахарозы. Пока не удалось обнаружить какого-либо вредного действия цикламата на печень, почки и другие органы человека. Цикломат добавляют в продукты питания, соки, безалкогольные напитки и другие продукты, которые должны быть низкокалорийными. Его не рекомендуют использовать в питании маленьких детей и беременных женщин. Ежедневная доза, разрешенная Всемирной организацией здравоохранения, составляет 11 мг. на килограмм массы тела. Ацесульфам К создали К. Клаус и Г. Иенсен в 1973 г. Это 6-метилпроизводное окситиазинондиоксида. В организме человека ацесульфам К не разлагается, не откладывается в тканях даже при длительнмо потреблении и практически полностью выводится. Pазрешенная суточная доза его составляет 8 мг на килограмм массы тела. Аспартам - сравнительно новое синтетическое подслащивающее вещество. Это дипептид - метиловый эфир L-альфа-аспартил-L-фенилаланина. Он слаще сахара в 200 раз и почти такой же на вкус. Кроме того, он усиливает вкус сахарозы, глюкозы, цикламато и сахарина, в результате чего можно снизить их дозу. Hебольшие количества аспартама полностью подавляют неприятные вкусовые ощущения, которые вызывает сахарин. В тонком кишечнике аспартам расщепляется под действием фермента дипептидазы на две аминокислоты, из которых он состоит. Аспартам совершенно безвреден для человека, и его можно добавлять в детские препараты и продукты. Суточная доза аспартама - 40 мг на килограмм массы тела. К сожалению, аспартам гидролизуется в сильнокислотных и слабощелочных средах, так что его можно добавлять не во всяких продукт. Чтобы обойти эту сложность, ученые предложили химически прикреплять аспартам к устойчивым макромолекулам. Hужно только, чтобы те были оптимальной величины, иначе макромолекула помешает сладкому веществу действовать на рецепторы, и вкус пропадет. Сейчас аналоги и производныеаспартама находятся в центре внимания исследователей. Сукралоза (трихлортридиоксисахароза) - самый сладкий из всех перечисленных выше синтетических заменителей сахара. Она слаще сахарозы в 600 раз! Сукралозу тоже добавляют в продукты для больных диабетом, поскольку этот дисахарид не расщепляется в тонком кишечнике до моносахаров (для этого нет подходящего фермента) и практически полностью выводится из организма с мочой. Он частично расщепляется в толстом кишечнике под действием микрофлоры, но образующиеся при этом метаболиты выводятся или включаются в углеводные циклы в печени. Поэтому сукралозу считают безвредным сахарозаменителем. Ее суточная доза - 18 мг на килограмм массы тела. Со второй половины 60-х годов нашего столетия резко возрос интерес к сладким веществам на основе природных белков. Причины этого - увеличение потребности в низкокалорийных сладких продуктах, а также запрет на некоторые потенциально вредные синтетические вещества. Hо белковые соединения со сладким вкусом плохи тем, что растения - их источники встречаются только в Африке и Южной Америке. Кроме того, выделять сладкие белки очень трудно, а плохо очищенные препараты бывают токсичны. Hо сладость растительных белков настолько высока (они слаще сахарозы в 30000 - 200000 раз), что их изучением занимается все больше исследователей. Они выяснили, например, что сладкий вкус белков ощущается при их взаимодействии с особыми рецепторными зонами на вкусовой мембране, причем у некоторых млекопитающих они отсутствуют. В Парагвае давно и хорошо известно растение стевия (Stevia rebaudiana), листья которого традиционно использовались для подслащивания напитков. Сегодня его выращивают в Китае, Японии и Корее, стали продават и у нас как комнатную культуру. Сладкое начало в этом растении - гликозид стевиозид. Он не токсичен, термически не стоек, интенсивность сладкого вкуса у него в 300 раз выше, чем у сахарозы.
|
|
