Питание человека немыслимо без достаточного обеспечения его организма водой, которая потребляется как в свободном состоянии, так и в составе пищевых продуктов.

Постоянная необходимость в воде определяется ее высоким содержанием в организме человека (63-68%) и разносторонней биологической значимостью. Вода в дивом организме нужна как растворитель для неорганических и водорастворимых органических веществ, поддержания постоянной концентрации этих веществ и осмотического давления в организме; вода является также обязательным звеном целого ряда биохимических реакций и важнейшим фактором теплорегуляции тела человека.

Кроме вышеупомянутых составных компонентов пищи важную биологическую роль в питании людей играют различные антибиотики – вещества животного происхождения, а также фитонциды – растительные антибиотики, которых много содержится в чесноке, луке, редьке.

Содержание воды в некоторых пищевых продуктах (в %)

  Таблица 1

Установлено, что в питании человека соотношение белков, жиров и углеводов должно быть равно 1:1:4. Исходя из того, что при полном окислении белки и углеводы (1 г) дают 4,1 ккал, а жиры – 9,3 ккал, а также из соотношения этих веществ в пище (1:1:4), белки должны обеспечивать 14%, жиры – 31%, углеводы – 55% суточной калорийности рациона.

2. Влияние свободной Н2О на хранение и количество продуктов

Вода - важнейшая составная часть живого организма. Ее физиологическое значение заключается в том, что все процессы в организме (ассимиляция, диссимиляция, диффузия, осмос, резорбция, гидролиз, окислительное дезаминирование) протекают в водных растворах или при ее участии.

Вода оказывает большое влияние на хранение и количество продуктов.

Гигиеническое значение воды для человека невозможно переоценить, оно определяется ее многоцелевым назначением, использованием в интересах сохранения и укрепления здоровья, а также поддержания его высокой работоспособности. Общеизвестно, что вода нужна не только для удовлетворения ежедневных потребностей человека (питье, приготовление пищи, соблюдение личной гигиены), технология современного промышленного производства невозможна без использования чистой воды. Вода расходуется на поддержание в чистоте одежды, личных вещей, для мытья посуды, жилища, общественных зданий и помещений. Большое значение имеет вода в обеспечении благоприятного санитарного состояния лечебно-профилактических учреждений, предприятий пищевой промышленности и общественного питания. Широко используются водоемы для проведения массово-оздоровительных и физкультурных мероприятий. Удаление нечистот и отбросов из домов, с территории населенных пунктов тесно связано с применением воды (сплавная канализация). Кроме того, значительное количество воды расходуется на потребности транспорта и сельского хозяйства.

Централизованное водоснабжение позволяет резко поднять уровень санитарной культуры населения, способствует уменьшению заболеваемости лишь при бесперебойной подаче достаточного количества воды определенного качества. Нарушение тех или иных санитарных правил как при организации водоснабжения, так и в процессе эксплуатации водопровода влечет за собой санитарное неблагополучие вплоть до настоящих катастроф.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно в мире из-за низкого качества питьевой воды умирает около 5 млн. человек. Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжение, достигает 500 млн. случаев в год. Это дало основание назвать проблему гигиены водоснабжения, т.е. снабжения доброкачественной водой в достаточном количестве, проблемой № 1.

Анализ естественных биологических процессов подтвердил, что аэробная и факультативно аэробная микрофлора использует для своей жизнедеятельности в первую очередь более простые, легкоокисляющиеся соединения, тогда как соединения сложного состава, трудноокисляемые, с очищенной сточной водой поступают в водоем.

Гигиена водоснабжения

Таблица 2

Микробиологические и паразитологические показатели качества питьевой воды

Таблица 3

Органолептические показатели качества воды

Таблица 4

По согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы допускается увеличение цветности воды до 35°, мутности (в паводковый период) - до 2 мг/дм³.[1]

3. Жирокислотный состав триглециридов пищевой продукции

В отличие от животных у растительных АСВР известна единственная специфическая функция - изоляция и адресный транспорт ацил-КоА эфиров жирных кислот от места их синтеза к местам их потребления в клетке. Впервые о выделении и клонировании растительного АСВР, из Arabidopsis thaliana было сообщено в декабре 1992 г. в Мичиганском государственном университете (Ист Лансинг, США). Позднее, в этой лаборатории Р.С.Паковским проведено первое масштабное исследование растительного АСВР. Вместе с тем, в настоящее время сведения о растительных АСВР носят фрагментативный характер. Одним из ключевых моментов в изучении функций АСВР является вопрос о наличии и свойствах изоформ у данного белка. В геноме Brassica napus, посредством саузерн-блоттинга, показано наличие шести генов (или псевдогенов), кодирующих АСВР. В то же время, Brown et al. изолировали из растений рапса только две изоформы АСВР, с разницей в массе 131 Да. На основе выделенного из кДНК Arabidopsis thaliana гена acb, Р.С. Паковским получен рекомбинант белка АСВР и проведено изучение термодинамических характеристик связывания ацил-КоА эфиров жирных кислот с различной длиной углеродной цепи. Было установлено наличие узкого энергетического оптимума связывания для жирных кислот с длиной углеродной цепи 16-20 атомов. Вместе с тем, известно, что в состав триглицеридов клеток растений входит более широкий спектр жирных кислот. Так например, у рапса в состав жиров в большом количестве может входить эруковая кислота (С22). Кроме того, жирные кислоты с очень большой длиной цепи (С24 -С 26) необходимы для синтеза восков. На основании выше изложенного, нами выдвинута гипотеза о наличии в клетках растений специализированных изоформ АСВР, связывающих ацил-КоА эфиры с различной длиной углеродной цепи. В интактном растении соотношение между изоформами фиксировано и определяется его генотипом. Можно предполагать, что введение в геном растения дополнительной дозы гена acb, кодирующего белок с определенными характеристиками связывания, приведет к изменениям во всей метаболической цепи биосинтеза жирных кислот и их состава.

Кодирующие АСВР кДНК, изолированные из различных объектов, в том числе, относящиеся к различным царствам живых организмов, имеют высокую степень гомологии. Это позволяет считать, что АСВР выполняют сходные функции во всех организмах. У растений же близкородственных видов Arabidopsis thaliana и Brassica napus степень гомологии может быть очень высокой. Данные виды имеют и сходный жирокислотный состав триглицеридов. Этот факт позволяет считать, что регуляция размеров пулов различных изоформ АСВР осуществляется по единому механизму. Указанные обстоятельства позволили нам определить пути проверки нашей гипотезы. С этой целью нами были получены трансгенные растения рапса высокоэрукового сорта Tantal, модифицированные различными конструкциями гена acb. Проведен анализ жирокислотного состава триглицеридов семян.

Ген acb выделен из кДНК Arabidopsis thaliana Р.С.Паковским. Созданы генетические конструкции под управлением двойного 35S промотора, которые помещены в обезоруженные Ti плазмиды pBL121 сцеплено с маркерным геном npt ll. Данными конструкциями трансформировали исходный штамм Agrobacterium tumefaciens C-58, не имеющий бинарного вектора. Сенсовую ориентацию создавали, помещая промотор перед 5` - концом гена acb, антисенсовую получали, лигируя 3` - конец гена с промотором. Каждый штамм обозначен тремя цифрами. Сенсовые конструкции обозначены серией 300, антисенсовые - 400. Третья цифра кода обозначает ориентацию относительно левой или правой границ ТДНК. 1 - ген acb расположен около левой границы, дистально от направляемой правой границы. 2 - ген acb помещен проксимально к правой границе ТДНК. 3 - двойная доза гена acb. 4 - два гена acb в зеркальном отражении друг к другу. Для трансформации использовали штаммы E. coli XL1 Blue c клонируемым геном ugt, кодирующим УДФГ-трансферазу из эндосперма кукурузы, E. coli К 802 с pRT 104, несущей 35S промотор и маркерный ген gus. Трансформацию растений осуществляли по методу, описанному ранее [10]. Для удобства трансформированные растения обозначали по штамму агробактерии. В качестве дополнительного контроля использовали растения, инфицированные обезоруженным штаммом Agrobacterium tumefaciens 699. Эффективность трансформации оценивали по экспрессии маркерных генов gus и npt ll. Анализ метиловых эфиров жирных кислот проводили на газожидкостном хроматографе ЛХМ-80 с детектором ионизации в пламени. Стальная колонка 3000,4 см. Сорбент - Chromaton N-AW 0,200-0,250 мм, пропитанный 5 % silicone ХЕ-60 (Chemapol, Чехословакия). Условия разделения - изотермия 2000 С, газ-носитель азот 60 мл/мин. Соотношение водород:воздух:азот 1:10:2. Пики жирных кислот идентифицировали с помощью стандартов.

Если предложенная нами гипотеза верна, можно ожидать, что дополнительная доза гена в сенсовой ориентации приведет к увеличению пула изоформы связывающей С16-С18 кислоты (изоформа 1), как наиболее близкой по характеристикам связывания к рекомбинанту АСВР, полученному на основе гена, выделенного из Arabidopsis thaliana. Как следствие, может иметь место перераспределение потоков синтеза жирных кислот с различной длиной углеродной цепи, которое выражается в уменьшении потока олеиновой кислоты, направляемой на биосинтез эруковой кислоты, и уменьшению ее доли в составе триглицеридов семян. Напротив, введение антисенсовых конструкций приведет к супрессии гена.

4. Значение минеральных веществ для жизнедеятельности организма

Большое биологическое значение в питании человека имеют минеральные вещества, которые входят в состав отдельных частей тела (костях), органических соединений (белки, некоторые липиды), а также находятся в свободном состоянии. В состав организма входят почти все нам известные макро и микроэлементы.

Минеральные вещества (кроме пластической функции) в организме человека нужны как активаторы ряда  биохимических реакций и физиологических процессов. Они поддерживают постоянную концентрацию водородных ионов, обеспечивают осмотические процессы, а также избирательную проницаемость биологических мембран.

Человек в процессе питания потребляет минеральные вещества вместе с пищевыми продуктами, водой и в виде поваренной соли.

Содержание некоторых минеральных элементов в         скелетных мышцах человека (в мг % на сырую массу)

 Таблица 6

5. Биологические процессы, протекающие при хранении и переработке пищевого сырья

Квашение – наиболее щадящий метод консервирования плодов и овощей. Аскорбиновая кислота содержится в свежей капусте в различных формах. Витаминной активностью обладают не все из них. Химические реакции, происходящие при квашении, способствуют переходу этих веществ в витаминно-активную форму. Таким образом, в квашенной капусте может содержаться большее количества витамина С. Так как витамин С хорошо растворим в воде, то наибольшее количество его обнаруживается в рассоле, а промывание квашенной капусты водой при подаче к столу сокращает содержание этого витамина в 6-8 раз.

Процесс квашения основан на том, что при высокой концентрации сахара и поваренной соли увеличивается асматическое давление и не могут развиваться микроорганизмы. При высокой концентрации сахара или соли протоплазма микробов обезвоживается за счет разности парциального давления и плазмолиза.

Также квашение основано на консервирующем действии молочной кислоты или спирта, которые образуются в продуктах при молочнокислом и спиртовом брожении. При квашении вносят 2-5% соли для усиления для усиления плазмолиза клеток, что способствует переходу сока (сахара) в рассол.

В кислой среде гнилостные бактерии не развиваются. Этиловый спирт накапливается в виноградных и плодово-ягодных винах в результате дрожжевой деятельности. Замечено, что накопление в вине спирта более 20% приводит к гибели микроорганизмов (дрожжей, плесеней)[2].

Брожение - это сугубо микробиологический термин. Он характеризует энергетическую сторону способа существования нескольких групп эубактерий, при котором они осуществляют в анаэробных условиях окислительно-восстановительные превращения органических соединений, сопровождающиеся выходом энергии, которую эти организмы используют. Поскольку брожение протекает без участия молекулярного кислорода, все окислительно-восстановительные превращения субстрата происходят за счет его «внутренних» возможностей. Процесс брожения связан с такими перестройками органических молекул субстрата, в результате которых на окислительных этапах процесса высвобождается часть свободной энергии, заключенной в молекуле субстрата, и происходит ее запасание в молекулах АТФ. В процессе брожения, как правило, происходит расщепление углеродного скелета молекулы субстрата[3].

Круг органических соединений, которые могут сбраживаться, довольно широк. Это углеводы, спирты, органические кислоты, аминокислоты, пурины, пиримидины. Химическое вещество может быть подвергнуто сбраживанию, если оно содержит неполностью окисленные (или восстановленные) углеродные атомы. В этом случае есть возможность для окислительно-восстановительных преобразований между молекулами (или внутри одного вида молекул), возникающими из субстрата. В результате одна часть продуктов брожения будет более восстановленной, другая — более окисленной по сравнению с субстратом. Продуктами брожений являются различные органические кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (этиловый, бутиловый, пропиловый), ацетон, а также CO2 и H2. Обычно в процессе брожения образуется несколько продуктов. В зависимости от того, какой основной продукт накапливается в среде, различают молочнокислое, спиртовое, маслянокислое, пропионовокислое и другие виды брожений.

6. Процессы, протекающие в толстом кишечнике

В толстый кишечник входит:

Слепая кишка с аппендицитом

Ободочная кишка

Прямая кишка

Как и стенка желудка, стека кишечника состоит из слизистой оболочки, мышечной стенки и брюшины.

Главная часть пищеварительного процесса происходит в тонком кишечнике.

Для расщепления пищи на составляющие, которые может обработать организм, существуют ферменты, которые производит стенка кишечника. Желчь из печени и поджелудочный сок поджелудочной железы тоже играют очень важную роль в этом процессе. Углеводы расщепляются за несколько этапов и превращаются в простой сахар, вроде глюкозы.

Белки раскладываются на аминокислоты. При разложении жиров на жировые кислоты, желчь раскладывает жиры на более мелкие составляющие жиров, таким образом обеспечивая ферментам расщепляющим жиры большую рабочую поверхность. 

Как и стенка желудка, стека кишечника состоит из слизистой оболочки, мышечной стенки и брюшины.

Главная часть пищеварительного процесса происходит в тонком кишечнике.

Для расщепления пищи на составляющие, которые может обработать организм, существуют ферменты, которые производит стенка кишечника. Желчь из печени и поджелудочный сок поджелудочной железы тоже играют очень важную роль в этом процессе. Углеводы расщепляются за несколько этапов и превращаются в простой сахар, вроде глюкозы.

Белки раскладываются на аминокислоты. При разложении жиров на жировые кислоты, желчь раскладывает жиры на более мелкие составляющие жиров, таким образом обеспечивая ферментам расщепляющим жиры большую рабочую поверхность.

Вещества, приготовленные пищеварительной системой для усвоения организмом, всасываются в кровь (сахар, аминокислоты, соли, витамины) и в лимфу. Затем с током крови эти вещества доставляются клеткам, которые их немедленно обрабатывают или сохраняют.

В толстом кишечнике заканчивается пищеварительный процесс. В отличии от тонкого кишечника, толстый кишечник содержит большое количество бактерий.

Они питаются частью перевариваемой пищи, в основном целлюлозой, которую превращают в сахар. Кишечный сок содержит большое количество воды, которую толстый кишечник частично извлекает из пищевой кашицы и направляет в кровь.

Вещества, которые не могут быть переварены организмом, толстый кишечник превращает в фекалии, которые собираются в прямой кишке и в последствии выводятся наружу.

Те компоненты пищи, которые не могут быть расщеплены пищеварительными ферментами относят к грубой пище. Грубая пища играет важную роль для образования пищевой кашицы.

Улучшение качества кашицы, заполнение ей пищеварительного тракта и стимуляция его активности препятствуют возникновению запоров.

Поверхность слизистой оболочки кишечника, или слизистая мембрана, сильно увеличивается за счет пальцевидных отростков, называемых ворсинками, которые опутаны множеством мелких сосудов. Ворсинки всасывают переваренные вещества, которые потом с током крови попадают в лимфатическую систему.

Ворсинки имеют маленькие мышцы, которые служат как помпа для ускорения прохождения пищеварительных веществ. В глубине ворсинок, слизистая оболочка кишечника имеет впадины, называемые кишечными следами, которые содержат железистые клетки. Они вырабатывают слизь и пищеварительные соки.

В пищеварительной слизи мы находим четыре типа клеток. Клетки лимбуса в основном принимают участие в всасывании питательных веществ в кровь. Как и ворсинки, они имеют форму маленьких выступов, микро ворсинки длинной 1мм. Эти ворсинки расположены плотно одна возле другой создавая край в виде щетки.

Кубковые клетки выделяют слизь, железистые - ферменты.

Клетки, производящие гормоны, являются частью эндокринной системы. Они выделяют гормоны которые либо регулируют активность кишечника или определенных желез и процессов обмена веществ. Наиболее важными гормонами являются:

Энтерон-гастрон замедляет процесс выделения желудочного сока и задерживает испражнение желудка.

Секретрин замедляет процесс выделения соляной кислоты в желудке и стимулирует выделение желчи.

Панкреозимин-чолекистокинин стимулирует процесс выделения поджелудочных пищеварительных ферментов и желчи

Энтерокиназа стимулирует выделение желудочного сока. Двенадцатиперстная кишка является первой секцией тонкого кишечника, соседствует с нижним отверстием желудка.

Имеет длину примерно 30 см (11.7 дюймов) ("Ширина 12 пальцев") и форму буквы C, которая открыта налево. В вогнутости расположена голова поджелудочной железы. Главный канал желчного пузыря и главный канал поджелудочной железы обычно объединены. Устье объединенного канала расположено в двенадцатиперстной кишке.

Данные секции тонкого кишечника отличаются своей длинной. Длина 120 см (46.8 дюймов) для тощей кишки и 180 см (70.2 дюймов) для подвздошной кишки считается стандартной длинной. Тощая кишка и подвздошная кишка соединены друг с другом без какой либо видимой границы и снаружи ничем не отличаются. Морфологически существует разница между тремя секциями тонкого кишечника.

Подвздошная кишка соединена с первой секцией толстого кишечника, которая известна как секум. Здесь, пища проходит через клапан Баухина, или илиосекальный клапан, и попадает в секум. Назад, в тонкий кишечник, пища, благодаря клапану, вернуться уже не может.

Секумимеет в среднем длину 7 см (2.7 дюйма) и заканчивается слепым аппендиксом в правой части брюшной полости. Червеобразный отросток достигает длинны до 10 см (3.9 дюйма), богат на лимфатические ткани. Он играет роль в иммунной системе человека. Благодаря своему расположению и недостатку пространства, накопление продуктов распада может привести к воспалению аппендикса. Такое воспаление называется аппендицит.

Ободочная кишка окружает тощую кишку, подвздошную кишку, восходящую часть(colon ascendens), поперечную часть (colon transversum) и S-образную часть (colon sigmoideum). Она изгибается в левой и правой областях надчревной области.

Прямая кишка также имеет S-образную форму, она расположена рядом с сигмовидной кишкой и заканчивается анусом. Прямая кишка является последней секцией толстого кишечника. Ее кишечная стенка схожа по строению с другими секциями кишечника, ее отличает особая эластичность. Эта способность важна для накопления фекалий.

Слизистая оболочка прямой кишки содержит железы, которые выделяют слизь. Слизь добавляется до фекалий и играет роль смазочного материала. При напряжении мышечной стенки прямой кишки и расслаблении ануса фекалии выходят наружу.

Применяя так называемый брюшной пресс, напрягая мышечные стенки брюшной полости, можно повысить давление.

Фекалии, также называют стул, состоят из не переваренных частей пищи плюс 75% воды. Желчный пигмент придает экскрементам коричневый цвет. Активность бактерий в толстом кишечнике придает стулу специфический запах[4].

7. Оптимальная потребность в углеводах

Углеводы (сахара) - органические вещества, состав которых выражается формулой Cx(H2O)y, где x и y > 3.