Материал: Казаков Е.Д., Карпиленко Г.П. - Биохимия зерна и хлебопродуктов

Глава 5

ВИТАМИНЫ

§ 1. ВИТАМИНЫ

Витамины составляют группу низкомолекулярных органи- ческих веществ разнообразного происхождения, обладающих различными физико-химическими свойствами, абсолютно необходимыми для жизнедеятельности любого организма.

Витамины имеют общие характерные особенности:

—выполняют каталитические функции, являются кофер- ментами, составными частями ферментов;

—биологически активны в небольших количествах (общим количеством 0,1—0,2 г) на всех этапах совокупности биологи ческих процессов — биологического обмена веществ (метабо лизма) живого организма;

—вместе с другими антиоксидантами, вырабатываемыми в организме, защищают наше здоровье от разрушительного дей ствия оксидантов;

—витамины необходимы не только для гетеротрофных организмов (человек, животные), но также и для автотрофов (растений) для выполнения аналогичных каталитических функций;

—биосинтез витаминов происходит в растениях, человек и животные получают их с пищей;

—витамины не являются материалом для биосинтеза или источником энергии;

—недостаток или нарушение ассимиляции витаминов при водит к развитию патологических процессов в виде гиповита- минозов (болезни в результате длительного недостатка) и ави таминозов (болезни в результате отсутствия витаминов).

Наибольшее распространение имеют гиповитаминозы — систематическая недостаточность витаминов. Это приводит к

ВИТАМИНЫ

тому, что человек испытывает плохое настроение, быструю утомляемость, вялость, раздражительность, головные боли, го- ловокружения, простудные заболевания, болезни зубов, обо- стрения хронических заболеваний и другие недуги. Резкое ухуд- шение экологических условий, нарастающие отрицательные техногенные воздействия, загрязненность воздушной среды и воды, насыщенность сельскохозяйственной продукции ток- синами, увеличение объема информации, стойкие социальные конфликты, ограничение двигательной активности и другие

неблагоприятные факторы вызвали к жизни необходимость значительного увеличения систематического употребления витаминов. Органами здравоохранения в США рекомендова- но количество витаминов в пище в 1,2—4 раза больше по срав- нению с ранее установленными нормами.

Увеличенное количество витаминов требуется при большом употреблении алкогольных напитков, если вы курите, если вы женщина и применяете оральные контрацептивы, если пьете кофе, чай, кока-колу, если в пище высокое содержание пище- вых волокон. Однако нельзя допускать огульного бесконтроль- ного увеличения витаминов. Необходима обязательная диф- ференцированная рекомендация врача.

Описаны более 50 витаминов и витаминоподобных веществ. Из этого количества 20 витаминов и витаминоподобных ве- ществ человек должен получать систематически. За группами витаминов близкой структуры и сходной биологической ак- тивности закрепились условные обозначения буквами латин- ского алфавита: A, D, Е, В6 и т. д.

Все витамины условно делят на четыре группы: водораст- воримые, жирорастворимые, витаминоподобные, антивита- мины.

§ 2. ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

Большинство водорастворимых витаминов объединены в гак называемую группу В. Общий их признак — наличие в со- ставе атома азота. Кроме того, у этих витаминов хорошо изу- чены коферментные свойства. Установлено с какими фермен- тами они в паре, и в каких биохимических процессах каждый

ГЛАВА 5 ____________________________________________________________

из них принимает участие. Современные названия витами- нов сложились не сразу, поэтому многие ученые считают при-

меняемое объединение части водорастворимых витаминов в группу В историческим артефактом. Одни в группу В вклю- чают 4 витамина, другие — 5 и третьи — 8. Будем придержи- ваться пяти витаминов: В1 В2, В3, В6, В12. Из десяти водора-

створимых витаминов необходимых человеку и животным (кроме В12) девять содержатся в том или ином виде в зерне и хлебопродуктах.

Тиамин (В1) — бромистоводородное производное:

Тиамин входит в состав фермента пируватдекарбоксилазы и играет важную роль в процессах превращения углеводов в организме животных, растений и микроорганизмов.

Этот фермент расщепляет пировиноградную кислоту — промежуточный продукт преобразования глюкозы в клетке. Без тиамина расщепление пировиноградной кислоты затор- маживается.

Тиамин обладает стойкостью к воздействию многих фак- торов внешней среды. Под влиянием света и кислорода воз- духа не разрушается и не окисляется, мало разрушается при термической обработке пищи и выпечке хлеба (в кислой сре- де). При нагревании в нейтральной и особенно щелочной среде легко разрушается, например, при выпечке кондитер- ских мучных изделий, изготовляемых с применением соды или углекислого аммония (щелочные разрыхлители). Суточ- ная потребность человека в тиамине 2—3 мг. Основной ис- точник тиамина — пшеничный и особенно ржаной хлеб. Зер-

но и продукты его переработки содержат тиамин в следующих количествах (мкг/г): зерно пшеницы — 5,7—6,6; пшеничные зародыши — 14,2—20,5; мука пшеничная обойная — 5,2; мука ржаная обойная — 3,5—4,7; зерно кукурузы — 4,5—6,2; зерно

ВИТАМИНЫ

ячменя — 4—5; зерно овса— 6—8, зерно риса— 2,2—2,9; от- руби рисовые— 22; мука соевая— 7,7; горох—1,5—3,8; фа-

соль- 0,6-1,0.

Рибофлавин (витамин В2). В нем азотистое основание связа- но с остатком многоатомного спирта D-рибита

Всоединении с фосфорной кислотой рибофлавин входит

исостав ферментов, отнимающих водород от пиридиновых дегидрогеназ. Участвует в процессах роста и развития орга- низма, тканевого дыхания, в белковом, углеводном и жиро- вом обмене.

Если в рационе питания недостаточно белка и витамина С (аскорбиновой кислоты), то даже при достаточном поступле- нии рибофлавина он будет плохо усваиваться. Рибофлавин ус- тойчив к высокой температуре, но легко разрушается на свету. Суточная потребность человека в рибофлавине 2 мг.

Содержание рибофлавина (мкг/г): пшеница 1,5—1,9; рожь 1,2—1,8; пшеничные отруби 2,3; кукуруза 1,2; ячмень 1,7—2,2;

овес 1,7—2,0.

Ниацин (В3, никотиновая кислота, никотинамид). Название

"ниацин" используют как общее обозначение пиридин-3-кар- боновой кислоты и ее производного— никотинамида.

ГЛАВА 5

Никотинамид входит в состав ферментов — пиридиновых (первичных) дегидрогеназ, участвующих в переносе водоро- да. Он обладает высокой устойчивостью к воздействию фак- торов внешней среды — не разрушается при термическом приготовлении пищи, под воздействием солнечного света, воздуха и щелочных растворов. Некоторое количество ниа- цина может синтезироваться в живом организме из трипто- фана. Суточная потребность в ниацине 15—20 мг. Содержа- ние ниацина (мкг/г): пшеница 45—70; пшеничные отруби 120—325; пшеничные зародыши 27—90; кукуруза 15; ячмень

94-104; овес 15,6-17,2.

Существенна роль ниацина в белковом обмене, он влияет на накопление азота в растениях, фракционный состав белков листьев и зерна.

Витамин В6. Имеет три активные формы: пиридоксин, пи- ридоксаль, пиридоксамин. Структурная формула пиридок- сина:

Пиридоксин входит в состав ряда ферментов, катализи- рующих реакции превращения аминокислот, способству- ет переходу аминокислоты триптофана в ниацин. Отвеча- ет за синтез глютаминовой кислоты, необходимой для нормальной деятельности центральной нервной системы. Суточная потребность человека в пиридоксине 1,5—2 мг. Пиридоксин устойчив к теплу, щелочам и кислотам, разру- шается на свету, особенно при действии ультрафиолето- вых лучей. Содержание пиридоксина (мкг/г): зерно пше- ницы 3,5—4,3; пшеничные отруби 8,9—16,2; зерно ячменя

1,1—4,9; зерно овса 0,9—3,1; зерно кукурузы 3,47—9,5; зер- но проса 2,6—5,2.

Витамин В7 (биотин, витамин Н) имеет следующее строе- ние:

___________________________________________________ВИТАМИНЫ

Выполняет разнообразные функции, входит в состав фер- ментов, катализирующих реакции карбоксилирования, т. е. присоединения СО2. Занимает ключевые позиции в обмене уг- леводов и жиров, в частности холестерина, участвует в обмене различных аминокислот, белков. Биотин поступает в организм с пищей, но также синтезируется непатогенными микроорга- низмами кишечника. Биотин устойчив к высокой температу- ре, щелочам и кислотам, к кислороду воздуха. Суточная по- требность человека в биотине около 10 мкг. Зерновые продукты содержат биотин в следующих количествах (мкг на 1 г продук- та): хлеб пшеничный 4,8; крупа овсяная 20,0; овсяные хлопья Геркулес 20,0; кукуруза (початки) 21,0; крупа кукурузная 6,6; горох (сухой) 19,5; рис 12,0; соя 60,0; ячмень 6—12; горох 18,0;

сорго 10-25,0.

Витамин В12 (кобаламин). Это — группа водорастворимых со- единений, производных коррина. Синтезируется микроорга- низмами. Не содержится в растительных продуктах и дрож- жах. Главным его источником в пище человека являются животные продукты, особенно печень и почки. Кроветворный фактор. Кобаломин в сочетании с фолиевой кислотой высоко эффективен при лечении различных форм анемии. В обмене

веществ участвует в синтезе метионина и диссимиляции ряда аминокислот и пиримидинов.

Витамин В3 (пантотеновая кислота).

Имеет структурную формулу:

ГЛАВА 5

Входит в состав ряда коферментов, в том числе кофермента (КоА), при участии которого происходит синтез жирных кис- лот, стеринов и многих других соединений. Установлено, что в живых тканях и клетках бактерий большая часть пантотено- вой кислоты содержится в виде КоА.

Суточная потребность человека в пантотеновой кислоте 10—12 мг. Высокая температура, щелочи и кислоты разруша- ют этот витамин. Пантотеновая кислота содержится во всех пищевых продуктах и, кроме того, синтезируется микробной флорой кишечника. Различные культуры содержат следую- щее количество пантотеновой кислоты (мкг/г): зерно ржи — 10; зерно кукурузы — 5; соя — 18; горох — 20; отруби пше- ничные — 25.

Аскорбиновая кислота (витамин С). Ее участие в окислитель- но-восстановительных процессах, происходящих в живой клет- ке, связано с ее окислительно-восстановительными свойства-

ми и со способностью взаимного превращения аскорбиновой кислоты и дегидроаскорбиновой кислоты:

Витамин С является антиоксидантом, помогает предотвра- щать урон, наносимый свободными радикалами.

Аскорбиновая кислота обеспечивает высокий уровень за- щитных сил против болезнетворных микробов. Повышает со- противляемость организма к нервно-психическим нагрузкам, при простудах. Препятствует образованию нитрозаминов (сильных канцерогенов) из нитратов и нитритов, накапливае -

_______________________________________________ ВИТАМИНЫ

мых в растительных продуктах при нарушениях использова- ния химических веществ во время их выращивания. В услови-

ях большого дефицита или полного отсутствия витамина С в продуктах питания развивается авитаминоз (цинга).

Суточная потребность в аскорбиновой кислоте составляет 50-100 мг в зависимости от возраста, пола, состояния здоро- вья и трудовой деятельности.

Аскорбиновая кислота хорошо сохраняется в кислой среде, и щелочной быстро разрушается. В водных растворах легко разрушается, особенно в присутствии воздуха, света и следов меди или железа. В зрелых зернах злаковых культур аскорби- новой кислоты нет. Она появляется при прорастании зерна и содержится в больших количествах в проростках и в солоде. В эндосперме и щитке прорастающего зерна пшеницы аскор- биновая кислота отсутствует. При прорастании зерна пшени- цы в нем обнаружено следующее количество аскорбиновой ки- слоты (мкг/г) через: 1 сут. — нет; 3 сут. — 91; 4 сут. — 166.

Семядоли прорастающих семян гороха и фасоли способны синтезировать аскорбиновую кислоту.

Витамин В9 (фолат, фолацин, фолиевая кислота, фактор кро- ветворения). Фолиевая кислота входит коферментом во мно- гие ферменты, которые переносят, участвуют в образовании ДНК и всех видов РНК. Фолиевая кислота наиболее интен- сивно действует вместе с витамином В12 (кобаламином), со- вместно они эффективно лечат анемию. Этот витамин содер- жится в зеленых овощах и в пшенице. Основным источником фолиевой кислоты в питании является хлеб (0,2—0,3 мг/кг).

Суточная потребность в ней взрослого человека составляет около 0,2 мг.

Витамин Р (рутин) представляет семейство веществ, близ- ких по химической структуре. В основе всех их лежит скелет флавона.

Их называют биофлавоноидами. Витамин Р обладает ка- пилляроукрепляющим действием, снижает проницаемость сосудистой стенки, усиливает желче- и мочеотделение. Диета без рутина у человека и животных вызывает подкожные кро- воизлияния. У человека появляются боли в ногах, слабость, быстрая утомляемость.

ГЛАВА 5

Витамин Р предохраняет аскорбиновую кислоту от разруше- ния в тканях организма. Действие того и другого витамина взаи- мосвязано. Каждый из них в присутствии другого проявляет более высокий эффект, чем в одиночку. Этот витамин содер- жится во всех растительных продуктах. Наибольшим количе- ством рутина отличается черноплодная рябина. Повышенным содержанием рутина выделяется гречиха. Взрослому человеку в сутки необходимо около 25—35 мг биофлавоноидов.

§3. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

Кним относятся витамины A, D, Е и К.

Витамин А (ретинол). Существует в виде двух витаминов: А, и А2. Витамин А, представляет собой циклический непредель- ный одноатомный спирт из 20 атомов. В него входят шести- членное кольцо б-ионон), два остатка изопрена и первичная спиртовая группа.

Витамин А2 отличается от А, добавочной двойной связью между 3-м и 4-м углеродными атомами шестичленного коль- ца. Обе формы существуют в виде стереоизомеров, несколько, отличающихся по биологической активности. Ретинол уча- ствует в окислительно-восстановительных реакциях.

Входит в состав светочувствительного белка глаз (сетчат- ки) — родопсина. Оказывает влияние на барьерную функцию эпителия и проницаемость клеточных мембран. При недоста-

точности ретинола нарушается сумеречное и ночное зрение («куриная слепота»). Появляется ороговение кожи, сухость слизистых оболочек глаз, ротовой полости и дыхательных пу- тей. Наблюдаются похудение и общее истощение организма, воспалительные процессы выделительных половых органов.

Ретинол содержится только в продуктах животного происхождения. В растениях он не встречается, но многие растения содержат провитамины ретинола — каротиноиды; они в организме человека и животных ферментативно пре- вращаются в витамин А. Известны три типа каротиноидов: а-, б- и у-каротины, различающиеся по химическому строе- нию и биологической активностью. Наибольшей биологи- ческой активностью обладает (3-каротин, содержащий в сво-

ВИТАМИНЫ

см составе два б-иононовых кольца и при гидролитическом распаде под действием фермента каротин-диоксигеназы об- разующий две молекулы ретинола. Каротиноиды содержат - ся в зерне пшеницы и ржи.

Всеменах ржи содержание каротиноидов снижается по мере созревания, в семенах пшеницы в наибольшем количестве они сосредоточены при восковой спелости, а затем резко умень- шаются. В семенах зерновых культур преобладает содержание б-каротина, на долю а-каротина приходится около 10%. В зер- новке пшеницы (3-каротин распределен неравномерно: в це- лом в зерновке его содержится 0,02 мг на 100 г, в зародыше и алейроновом слое соответственно 0,60 и 0,33 мг на 100г.

Впшеничной муке остаются только следы (3-каротина. Каротиноиды найдены в зерне кукурузы, больше всего в жел- тыx зерновках (6,5 мг на 1 кг).

Ретинол и каротин устойчивы при высокой температуре к парке, но чувствительны к свету и кислороду воздуха. В обмен- ные процессы они включаются только в присутствии жира. I |родукты с большим содержанием ретинола необходимо го- товить с растительным маслом.

Рекомендуемые нормы для взрослого человека составляют от 1 до 2,5 мг ретинола, или б-каротина — от 2 до 5 мг.

Витамин D (кальциферол) — группа витаминов отличающих- ся по строению и биологической активности.

Для человека и животных наибольшее значение имеют два

витамина: D2 — эргокальциферол и D3 — холекальциферол. Растения содержат провитамины группы D — фитостери-

ны —одноатомные ненасыщенные циклические спирты, в структуру которых входит кольцо фенантрена. Фитостерины

под действием ультрафиолетовых лучей в организме человека превращаются в витамины группы D. Эти витамины образу- ются в коже человека под действием света. Основная функция витамина D — регулирование в организме обмена кальция и фосфора. При недостатке этого витамина кальций мало или совсем не усваивается. При отсутствии в рационе витамина D у детей развивается широко известное заболевание — рахит.

Потребность в витамине D для детей составляет от 12 до 25 мкг (1мкг = 0,001 мг) в зависимости от возраста, соотноше-