Сложные углеводы: строение и роль

Сложные углеводы (полисахариды) — это высокомолекулярные органические соединения, состоящие из множества остатков простых сахаров (моносахаридов), соединённых гликозидными связями. В отличие от простых углеводов, они медленнее расщепляются в пищеварительном тракте, обеспечивают длительное чувство насыщения и являются основным источником энергии для организма человека.

Химическое строение и классификация

Сложные углеводы образуются в результате поликонденсации моносахаридов. Число мономерных звеньев может варьироваться от нескольких десятков до сотен тысяч, что определяет молекулярную массу (от 10 000 до нескольких миллионов дальтон). В зависимости от состава выделяют две основные группы: гомополисахариды, состоящие из одинаковых моносахаридов (крахмал, целлюлоза, гликоген), и гетерополисахариды, включающие разные типы сахаров (пектины, гемицеллюлозы, камеди).

По способности усваиваться организмом человека сложные углеводы делят на перевариваемые и неперевариваемые. К перевариваемым относятся крахмал и гликоген, которые расщепляются ферментами до глюкозы. Неперевариваемые (пищевые волокна) — целлюлоза, пектин, лигнин — не разрушаются ферментами пищеварительного тракта, но играют важную роль в пищеварении.

Основные виды

Крахмал

Крахмал — главный резервный полисахарид растений, откладывающийся в клубнях, корневищах и зёрнах. Состоит из двух фракций: линейной амилозы (15–25 %) и разветвлённого амилопектина (75–85 %). В пищевой промышленности крахмал получают из картофеля, кукурузы, риса, пшеницы и тапиоки. При нагревании в воде крахмал клейстеризуется, образуя вязкий раствор, что используется при приготовлении соусов, киселей и кондитерских изделий.

Гликоген

Гликоген — животный аналог крахмала, запасаемый в печени (до 6 % массы органа) и мышцах (около 1–2 %). Молекула гликогена имеет более плотную и разветвлённую структуру, чем амилопектин, что обеспечивает быструю мобилизацию глюкозы при необходимости. Запасы гликогена в печени поддерживают уровень сахара в крови между приёмами пищи, тогда как мышечный гликоген используется непосредственно при физической нагрузке.

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) — основной структурный компонент клеточных стенок растений. Это линейный полимер глюкозы с β-1,4-гликозидными связями, которые не расщепляются ферментами человека. Целлюлоза обеспечивает механическую прочность тканей растений и является самым распространённым органическим соединением на Земле. В питании человека выполняет функцию балластного вещества, стимулируя перистальтику кишечника.

Пектиновые вещества

Пектины — гетерополисахариды, содержащиеся в кожуре и мякоти фруктов и ягод. Обладают желирующими свойствами, применяются в производстве мармелада, джемов и зефира. В желудочно-кишечном тракте пектины связывают и выводят ионы тяжёлых металлов, холестерин и желчные кислоты.

Физиологические свойства

Гликемический индекс (ГИ) — показатель скорости повышения уровня глюкозы в крови после употребления продукта. Сложные углеводы, как правило, имеют низкий или средний ГИ (от 10 до 70) по сравнению с простыми сахарами (ГИ выше 70). Медленное переваривание полисахаридов обеспечивает плавное поступление глюкозы в кровь без резких скачков инсулина.

Пищевые волокна (клетчатка, пектин, лигнин) увеличивают объём пищевого комка, нормализуют моторику кишечника, служат субстратом для полезной микрофлоры толстой кишки. Продукты ферментации волокон — короткоцепочечные жирные кислоты (масляная, пропионовая) — являются источником энергии для колоноцитов и участвуют в регуляции липидного обмена.

Источники в питании

Основные пищевые источники сложных углеводов — продукты растительного происхождения:

• зерновые и крупы (овсянка, гречка, перловка, булгур, цельнозерновой хлеб, макароны из твёрдых сортов пшеницы);
• бобовые (фасоль, чечевица, нут, горох);
• овощи (картофель, кукуруза, морковь, свёкла);
• фрукты и ягоды (яблоки, груши, бананы, цитрусовые);
• орехи и семена.

Средняя норма потребления сложных углеводов для взрослого человека составляет 300–400 г в сутки, что соответствует 50–60 % от общей калорийности рациона. Доля пищевых волокон должна составлять не менее 20–30 г в день.

Значение для здоровья

Регулярное употребление сложных углеводов связано со снижением риска развития сахарного диабета второго типа, сердечно-сосудистых заболеваний и ожирения. Пищевые волокна способствуют снижению уровня «плохого» холестерина (ЛПНП), нормализации артериального давления и улучшению чувствительности тканей к инсулину.

В спортивном питании сложные углеводы используются для создания запасов гликогена перед длительными нагрузками и восстановления после тренировок. Углеводная загрузка (карбогидратная нагрузка) за 3–4 дня до соревнований позволяет увеличить мышечные запасы гликогена на 20–40 %.

Особенности обработки

Степень переработки продукта существенно влияет на свойства содержащихся в нём углеводов. Рафинированные крупы (белый рис, манная), мука высшего сорта и продукты из них лишены оболочек зерна и зародыша, что снижает содержание пищевых волокон и витаминов группы B. Цельнозерновые продукты сохраняют все части зерна и имеют более низкий гликемический индекс.

Термическая обработка изменяет структуру крахмала: варёный и запечённый картофель усваивается быстрее сырого, однако охлаждение варёного крахмала приводит к образованию резистентного крахмала, который действует подобно пищевым волокнам.

Источники

1. Углеводы в питании человека / под ред. В. А. Тутельяна. — М.: Наука, 2019.
2. Пищевая химия / А. П. Нечаев, С. Е. Траубенберг, А. А. Кочеткова и др. — СПб.: ГИОРД, 2015.
3. Медицинская физиология / А. Г. Камкин, И. С. Киселева. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2021.
4. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения РФ: методические рекомендации МР 2.3.1.0253-21.