Понятие и сущность углеводов

МОУ «Хвастовичская средняя общеобразовательная школа»

Автор. Галушкина Оксана 11 «Б» класс

Руководитель. Демидкова Нина Егоровна

учитель химии

Оглавление:

Введение

Глава I

1.1. Понятие и сущность углеводов

1.2. Классификация углеводов.

1.3. Химические и биологические особенности углеводов. Функции. Углеводы - компонент пищи.

1.4. Роль углеводов в жизни человека.

Глава II

4.1. Опыты с углеводами

4.2. Применение углеводов в различных областях деятельности.

Заключение

Библиография

Введение

Углеводы, как показывают научные факты, стали известны человеку достаточно давно. В XII веке его стали возделывать на Сицилии, а только в XVI веке он был завезен на Кубу и многие другие острова Карибского моря. А вскоре сахар стал известен и Европе. Затем на основе этого был выведен виноградный сахар – фруктоза, плодовый сахар – фруктоза, молочный сахар – лактоза. А позднее все эти вещества стали называться – УГЛЕВОДАМИ.

Источниками углеводов в питании служат главным образом продукты растительного происхождения - хлеб, крупы, картофель, овощи, фрукты, ягоды. Из продуктов животного происхождения углеводы содержаться в молоке (молочный сахар).

Если углеводы поступают с пищей в достаточном количестве, они откладываются главным образом в печени и мышцах в виде особого животного крахмала - гликогена. При избыточном же питании углеводы переходят в организме в жир.

В ходе данной научно-практической работы мы должны чётко представлять, что же такое углеводы, какую роль они играют в организме и жизни человека.

Поэтому в качестве объекта исследования мы выбрали класс химических соединений – углеводы.

Значимость нашей темы без сомненья велика, доказывая это, в качестве гипотезы мы берем тот факт, что углеводы губительно действуют на организм; или все же углеводы – неотъемлемый копанет пищи, и недостаток его в организме может привести к серьезным последствиям.

Основная цель нашей работы заключается в том, чтобы выяснить, кто же прав те люди, которые всячески избегают употребления углеводов или напротив, те, что смело, употребляют их, а также систематизация, накопление и закрепление знаний о применении углеводов в медицине.

Из всего вышесказанного вытекают задачи данного исследования:

1. Уяснить четкое предназначение углеводов.

2. Рассмотреть классификацию углеводов

3. Как действуют углеводы на организм человека.

4. Провести практическую часть, для более углубленного изучение вопроса.

5. Подвести итог данной научно-исследовательской работы.

Глава I

1.1 Понятие и сущность углеводов.

Углеводы как эссенциальные компоненты пищевого рациона не только определяют основной энергетический гомеостат организма, но необходимы также для биосинтеза многих углеродсодержащих полимеров. На протяжении жизни человек в среднем потребляет около 14 тонн углеводов, и том числе более 2,5 тонн простых углеводов. Углеводы являются основной составной частью пищевого рациона человека, так как их потребляют примерно в 4 раза больше, чем белков и жиров. При обычном смешанном питании за счет углеводов обеспечивается около 60 % суточной энергоценности, тогда как за счет белков и жиров вместе взятых - только 40 %. Углеводы в организме используются преимущественно как источник энергии для мышечной работы. Чем интенсивнее физическая нагрузка, тем больше требуется углеводов. При малоподвижном образе жизни, напротив, потребность в углеводах уменьшается.

Около 52-66 % углеводов потребляется с зерновыми продуктами, 14-26 % - с сахаром и сахаропродуктами, около 8-10- с клубне- и корнеплодами, 5—7 % с овощами, фруктами.

Углеводы - довольно сильный раздражитель внешней секреции поджелудочной железы, в том числе наиболее активный стимулятор синтеза инсулина, которому принадлежит важная роль в регуляции углеводного обмена, в поддержании оптимального для организма гомеостаза глюкозы. Алиментарная многолетняя перегрузка легкоусвояемыми углеводами первоначально вызывает гиперплазию β-клеток, затем может привести к ослаблению инсулярного аппарата вследствие перенапряжения и созданию предпосылок для развития сахарного диабета.

Углеводы служат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть - за счет белков и жиров.

В зависимости от сложности строения, растворимости, быстроты усвоения углеводы пищевых продуктов подразделяются на простые углеводы: моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза) и сложные углеводы, или полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка).

Простые углеводы легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Они обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам.

1.2 Классификация углеводов.

УГЛЕВОДЫ – это обширная группа природных органических соединений, химическая структура которых часто отвечает общей формуле Cm(H2O)n.

РАЗЛИЧАЮТ:

Простые углеводы:

- Моносахариды

- Олигосахариды

- Дисахариды

Сложные углеводы:

- Полисахариды

- Гликопротеиды

- Гликолипиды

- Гликозиды

1.3 Химические и биологические особенности углеводов. Функции. Углеводы - компонент пищи.

Функции углеводов:

Энергетическая - главный вид клеточного топлива, основной источник энергии для организма. Углеводы служат основным источником энергии для организма, обеспечивая его на 60%. Для деятельности мозга - единственным поставщиком энергии является глюкоза. При полном распаде 1 г углеводов выделяется 4,1 ккал.

Пластическая - входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований, содержатся во всех органах и тканях.

Функция запаса питательных веществ. Углеводы обладают способностью накапливаться в организме в виде крахмала у растений и гликогена (печень, мышцы) у животных.

Защитная функция - вязкие секреты, выделяемые различными железами предохраняют стенки полых органов от механических повреждений и проникновения патогенных бактерий.

Регуляторная функция - такой углевод как клетчатка участвует в перистальтике кишечника .

Специфическая функция - проведение нервных импульсов, образование антител.

Углеводы - компонент пищи.

Углеводы, одна из основных и важнейших групп пищевых веществ. Основное их значение в питании человека - энергетическое снабжение организма: они обеспечивают более половины суточной калорийности пищевого рациона. По своей энергетической ценности углеводы равноценны белкам (1 г углеводов при сгорании в организме освобождает 4 ккал) Они используются в качестве энергетического материала для любой деятельности человека, связанной с физической работой, поэтому при всех видах физического труда отмечается повышенная потребность в них. Доля углеводов при смешанном питании человека в среднем в 4 раза превышает долю белков и жиров, поэтому питание имеет выраженную углеводную ориентацию.

Обмен углеводов связан с обменом жиров. Если энергозатраты высоки и не компенсируются углеводами пищи, в организме начинается образование сахара из жира. В то же время ограниченная способность углеводов запасаться в организме влечет за собой относительно легкое превращение их избыточного количества в жир, который накапливается в жировых депо. В современных условиях в связи с повсеместным сокращением объема мышечной работы снизились энергозатраты, соответственно снизилась и средняя потребность в углеводах. Наиболее низкую потребность в углеводах испытывают люди умственного труда, ведущие малоподвижный образ жизни.

Норма потребления углеводов, считавшаяся ранее вполне нормальной, сегодня становится избыточной, что, естественно, приводит к повышенному жирообразованию, то есть к избыточной массе тела. Весьма важным обстоятельством является и то, что обмен углеводов тесно связан с обменом белка: достаточное поступление углеводов с пищей и их легкая усвояемость обеспечивают минимальное расходование белка, а малое поступление углеводов в организм приводит к его усиленному расходу и возможному развитию белково-энергетической недостаточности.

Источниками углеводов в питании человека служат зерновые продукты, содержание углеводов в которых составляет не менее 75% сухого вещества. Значение животных продуктов как источника углеводов несущественно: гликоген в незначительных количествах содержат печень и мясо; лактоза (молочный сахар) содержится только в молоке в количестве около 5%.

Углеводы пищевых продуктов в зависимости от химической структуры, скорости усвоения и использования делятся на простые (моносахариды и дисахариды) и сложные (полисахариды). Простые углеводы при поступлении в организм быстро поступают в кровь и при необходимости окисляются с выделением энергии. Сложные сахара используются медленнее. Кроме того, углеводы можно разделить на рафинированные и нерафинированные (защищенные). Рафинированные углеводы - это сахара, освобожденные от сопутствующих примесей в процессе очистки. Продукты на основе рафинированных углеводов очень легко усваиваются в организме, что в большей степени способствует формированию избыточного веса, нарушению холестеринового и жирового обмена. Источники рафинированных углеводов - свекловичный и тростниковый сахар, все виды кондитерских изделий, изделий из высших сортов пшеничной муки, концентраты, смеси и изделия из зерновых. К источникам защищенных углеводов относятся растительные продукты, в которых углеводы представлены преимущественно крахмалом с сопутствующей клетчаткой (не менее 0,4%), что защищает крахмал от быстрого воздействия пищеварительных ферментов и создает тем самым условия для их медленного переваривания и меньшего использования для жирообразования. Источники защищенных углеводов - хлебные изделия из муки, приготовленной из цельного зерна, крахмал картофеля, большинство овощей, фруктов и ягод. Суточное потребление углеводов составляет примерно 350-500 г.

1.4 Роль углеводов в жизни человека

Углеводы служат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть - за счет белков и жиров.

Глюкоза наиболее быстро и легко используется в организме для образования гликогена, для питания тканей мозга, работающих мышц (в том числе и сердечной мышцы), для поддержания необходимого уровня сахара в крови и создания запасов гликогена печени. Во всех случаях при большом физическом напряжении глюкоза может использоваться как источник энергии.

Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, и может рассматриваться как ценный, легкоусвояемый сахар. Фруктоза в значительном количестве (до 70 - 80%) задерживается в печени и не вызывает перенасыщение крови сахаром. В печени фруктоза более легко превращается в гликоген по сравнению с глюкозой. Фруктоза усваивается лучше сахарозы и отличается большей сладостью. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать меньшие ее количества для достижения необходимого уровня сладости продуктов и таким образом снизить общее потребление сахаров, что имеет значение при построении пищевых рационов ограниченной калорийности.

Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Установлено, что при избыточном поступлении сахара усиливается превращение в жир всех пищевых веществ (крахмала, жира, пищи, частично и белка). Таким образом, количество поступающего сахара может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных микроорганизмов, усиливается интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм. Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы. Основными источниками фруктозы являются фрукты и ягоды. Глюкоза и фруктоза широко представлены в меде: содержание глюкозы достигает 36.2%, фруктозы - 37.1%. В арбузах весь сахар представлен фруктозой, количество которой составляет 8%. Третий моносахарид - галактоза - в свободном виде в пищевых продуктах не встречается. Галактоза является продуктом расщепления основного углевода молока - лактозы.

Из дисахаридов в питании человека основное значение имеет сахароза, которая при гидролизе распадается на глюкозу и фруктозу. Источниками сахарозы в питании человека являются, главным образом, тростниковый и свекловичный сахар. Содержание сахарозы в сахаре-песке составляет 99.75%. Натуральными источниками сахарозы являются бахчевые, некоторые овощи и фрукты.

Содержание углеводов на 100 г. продуктов

Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, пектиновые вещества и клетчатка.

Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обуславливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре.

Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его его ресинтеза за счет глюкозы.

Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимися в организме. Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта.

Клетчатка по химической структуре весьма близка к полисахаридам. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Однако помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Клетчатка способствует выведению из организма холестерина.

Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 - 500 г. в сутки.

Глава II

2.1. Опыты с углеводами

Опыт №1

Мы налили в пробирку примерно 1 мл воды и бросили несколько крупинок сахарного песка (сахарозы). Теперь добавили 2-3 капли спиртового раствора резорцина или тимола. Наклонили пробирку и осторожно налили по стенке 1-2 мл концентрированной серной кислоты.

Закрепили пробирку в вертикальном положении. Тяжелая кислота опустилась на дно, а на границе ее с водой появилось яркое красивое кольцо – красное.

Опыт №2

Мы взяли смесь клейстера с кислотой, поставили кипятиться в кастрюле, понемногу доливая воду по мере ее испарения. Время от времени брали ложкой пробы жидкости и, слегка охладив, капнули на них разбавленным йодным раствором. Крахмал дает синее окрашивание, а вот декстрины - красно-бурое. Что касается мальтозы и глюкозы, то они вовсе не окрашиваются. По мере гидролиза цвет проб будет меняться.

После кипячения жидкость надо немного охладили и постепенно добавляли в нее при перемешивании около 10 г порошка мела, чтобы полностью нейтрализовать серную кислоту. Смесь при этом вспенивалась, потому что во время реакции кислоты с мелом выделяется углекислый газ. После прекращения вспенивания, мы поставили полученную желтоватую жидкость на слабый огонь, чтобы она упарилась примерно на две трети, затем еще горячей профильтровали ее через несколько слоев марли, после чего упарили жидкость еще раз, но теперь более аккуратно, уже не на открытом огне, а на водяной бане. У нас получилась густая сладкая патока, основу которой составляет глюкоза. Примерно так же патоку получают в больших количествах на крахмалопаточных заводах.

Опыт №3

Мы вымоли свежий огурец, натерли его на терке и выжали сок.

Приготовили в пробирке гидроксид меди Сu(ОН)₂. Для этого добавили 2-3 капли раствора медного купороса к 0,5-1 мл раствора едкого натра. К полученному осадку прибавили равный объем огуречного сока и встряхнули пробирку. Осадок растворился, получился синий раствор. Такая реакция характерна для многоатомных спиртов, т. е. для спиртов, которые содержат несколько гидроксильных групп.

Теперь нагрели до кипения пробирку с полученным синим раствором. Он сначала пожелтел, затем стал оранжевым, а после охлаждения выпал красный осадок оксида меди Cu₂O. Эта реакция характерна для другого класса органических соединений - для альдегидов. Значит, в огуречном соке есть вещество, представляющее собой альдегид и спирт одновременно. Это вещество и есть глюкоза, которая по строению представляет собой альдегидоспирт. Благодаря ней у огурца сладковатый вкус.

2.2. Применение углеводов в различных областях

деятельности.

Углеводы применяют в различных областях деятельности, например:

· Глюкоза, аскорбиновая кислота, сердечные гликозиды, углеводсодержащие антибиотики, гепарин широко применяются в медицине

· Углеводы лежат в основе процессов брожения.

· Углеводы используют при обработке древесины, изготовления бумаги и тканей из растительного волокна.

· Составляют большую (часто основную) часть пищевого рациона человека

· Широко используются в пищевой и кондитерской промышленности (крахмал, сахароза, пектиновые вещества, агар)

· Превращения при спиртовом брожении лежат в основе процессов получения этилового спирта, пивоварения, хлебопечения, глицерин, молочную, лимонную, глюконовую кислоты

Заключение

Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50 - 60 г. Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов.

Избыточное потребление углеводов ведет к ожирению.

При поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани.

Проделав данную работу, мы изучили углеводы, а также уяснили:

· Понятие и сущность углеводов

· Химические и биологические особенности углеводов. Функции. Углеводы – компонент пищи.

· Роль углеводов в жизни человека

А также мы:

· Проделали опыты с углеводами

· Узнали, в каких областях деятельности применяют углеводы.

Безусловно, человек не может прожить без углеводов, но необходимо не преувеличивать их потребление, чтобы избежать серьезные последствия.

Углеводы – важный компонент пищи.

Библиография

· Книга: «Общая химия»

· Справочник по химии

· Энциклопедия Кирилла и Мефодия

· Большая Советская Энциклопедия

· Сотник Ж.Г., Заричанская Л.А. Белки, жиры и углеводы. – М., Приор, 2000

· Википедия

· Интернет