Глава 3. Дисахариды

3.1. Пищевой сахар – его вред и польза

Сахар в Европе известен с IV в. до н. э., когда воины Александра Македонского пришли в Индию и увидели белое сладкое вещество, которое местные жители называли «саккара». Это слово сохранилось во многих языках, конечно, трансформировавшись. В Индии сахар производили из сахарного тростника, который отсюда и вывезли в Африку, Европу и Америку. С давних времен жители Азии умели не только культивировать сахарный тростник, но очищать и отбеливать извлеченный из тростника продукт. Сахарный тростник относится к крупным злаковым растениям, близким к бамбуку и камышу. Его суставчатые стебли с обхватывающими листьями могут достигать от 2 до 4 м в высоту; они содержат сердцевину белого цвета, заполненную сахарным сиропом, который выжимается из тростника. Сбор урожая тростника производится через три месяца после цветения.

Арабам рафинированный сахар был известен задолго до средневековой Европы, куда он попал в эпоху крестовых походов. Этот сладкий продукт следовал из Индии через Александрию, а затем транспортировался венецианцами и португальцами, которым принадлежала монополия, отвоеванная позже благодаря открытию морского пути в Восточную Индию. Сахар долгие годы оставался редким и дорогим продуктом. В конце ХIII в. культура сахарного тростника распространилась из Индии в Аравию, а оттуда – в Египет; в ХIV в. она достигла Сицилии; в XV в. португальцы начали выращивать сахарный тростник в принадлежавшей им Мадере, а испанцы стали культивировать его не только на Канарских островах, но и на юге собственной страны, что дало прекрасные результаты. В Провансе, напротив, попытки акклиматизации не удались.

Новый этап был преодолен, когда наследники Христофора Колумба в 1506 г. ввезли сахарный тростник в Сан-Доминго, откуда он распространился на Кубу, в Мексику и Бразилию.

В 1596 г. Андреа Чезальпино впервые описал кристаллизацию сахара, что укрепило представление о нем как об опреде-ленном веществе, а не смеси. Большой вклад в очистку сахаров внес А. Сала (1576–1637), автор «Сахарологии» – первого трактата, полностью посвященного тростниковому сахару, его производству, очистке и применению. Первую попытку получить свекловичный сахар предпринял Оливье де Серр в 1590 г., однако он получил неочищенный продукт. В 1747 г. Андрес Сигизмунд Маргроф также выделил сахар из свеклы, а в 1786 г. немецкий физик-химик Франц Карл Ахард изобрел метод, дающий возможность извлекать сахар из отличавшихся сахаристостью сортов свеклы. С начала ХIХ в. стало постепенно развиваться свекловодство. Открытие производства сахара из свеклы явилось важнейшим средством решения проблемы импорта сахарного тростника, приобретя особую актуальность в период правления Наполеона. Во время континентальной блокады и прекращения торговли морским путем французская Империя неожиданно оказалась лишенной американского сахара. Наполеон принудил химиков усовершенствовать методы выделения сахара из сахарной свеклы, которую к тому времени начали уже серьезно культивировать.

Первый в России сахарный завод был построен в начале XVIII в. по приказу Петра I в Петербурге. «Сахарную палату» открыли и в Московском Кремле. Но сахар вырабатывался из сырья, привозимого из-за границы. С конца XVIII в. соперницей сахарного тростника в России стала сахарная свекла, оказавшаяся менее прихотливым растением. В 1802 г. в селе Алябьево под Тулой было впервые налажено производство сахара из отечественного сырья. С этого времени в центральной России, в Украине и других регионах начинается строительство сахарных заводов.

В настоящее время сахар производится из сахарной свеклы (содержит 16–20 % сахарозы) или сахарного тростника (содержит 14–26 % сахарозы). В процессе их переработки образуются кристаллы сахарозы, имеющие температуру плавления 184–185 ⁰С. По химическому составу сахароза классифицируется как углеводдисахарид, состоящий из глюкозы и фруктозы. Она легко растворима в воде (при 20 ⁰С – 67 %) и легко дает перенасыщенные растворы (сиропы). При нагревании выше температуры плавления сахароза буреет, разлагается (с выделением воды) и превращается в карамель – сложную смесь продуктов разложения.

В 1818 г. Жаном Био было открыто явление оптического вращения тростникового и свекловичного сахаров в водных растворах. Он же определил величину этого вращения. В «Приложении» к своему «мемуару» Био говорил и об инверсии тростникового сахара под действием кислот. Дюбранфо принадлежит факт открытия самих индивидуальных сахаров, образующихся при гидролизе. При этом правовращающий сахар оказался виноградным сахаром, а вновь открытый сахар (левулоза) впоследствии был назван плодовым сахаром, или фруктозой.

Кроме сахарного тростника и свеклы сахароза также содержится в сахарном клене (Acer saccharum Marsh), который растет в лесах на востоке Канады и главным образом в США. Пробуравливая весной стволы сахарного клена, добывают сок, содержащий 3–5% сахарозы, который используют для получения сахара и сахарного сиропа. Его продают в виде «кленового сиропа» или в высушенном виде. Одно дерево дает в год от 2 до 15 кг сахара. Годны к засечке только 25-40-летние деревья.

В южных странах используется сладкий продукт, который получают из «винной пальмы». Автору этих строк довелось увидеть, как его продают торговцы в бутылках на дорогах Цейлона. Он имеет темно-коричневый цвет и густую консистенцию. Местные жители называют его медом (хани), в отличие от пчелиного меда (бихани).

Сегодня всемирное производство сахара распределяется приблизительно в равных долях между сахарным тростникоми сахарной свеклой с незначительным преимуществом в пользу сахарного тростника, который ценится, как правило, несколько выше.

Несомненно, что открытие свекольного сахара значительно ухудшило привычки питания нашего общества. В истории человечества еще не было такого радикального изменения привычек за столь короткий период времени. Хотя белый сахар и занимает немногим больше трети в общем объеме потребляемых углеводов, но именно он служит причиной различных заболеваний.

R. Atkins (1972) считал, что ничто в истории не вызывало больше болезней, чем открытие способа очищать сок сахарного тростника до белого сахара.

Научно доказано, что организму достаточно малого количества сахара для удовлетворения насущной потребности в нем, в то же время сегодня многие люди едят сахара больше, чем это необходимо для их энергетических затрат. Интересный статистический анализ провела ВОЗ, изучавшая потребление сахара на душу населения в 10 странах с самой низкой смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний и в 10 странах с самой высокой смертностью от них. В первых потребление рафинированного сахара колебалось от 25 до 81 г. в день (в среднем 56 г), во вторых – от 87 до 136 г. (в среднем 118 г. в день). В то же время потребление нерафинированного сахара (сахарозы, входящей в состав овощей и фруктов) в странах с самой низкой смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний составило в среднем 31 г. в день, а в странах с высокой смертностью было минимальным. Жизнь поставила на большей части человечества продолжительный эксперимент с белым сахаром, который настолько вошел в быт, что противодействовать ему весьма трудно. Уменьшить потребление белого сахара, видимо, далеко не просто: велика сила привычки и неуклонно растут объемы промышленного производства кондитерских изделий, безалкогольных напитков и множества других сахаросодержащих продуктов. Все зависит, конечно, от самого человека. Справедливо считают, что ни один из пищевых продуктов не далек от натурального так, как белый сахар. Но, несмотря на столь нелестные суждения о белом сахаре, его продолжают употреблять все новые поколения людей.

Конфеты, пирожные, мороженое и другие лакомства доставляют удовольствие и детям и взрослым. Вот почему во многих странах стало традицией заканчивать трапезу сладким. Мужчины от 20 до 70 лет съедают в среднем 65–70 г. рафинированного сахара в день, а женщины того же возраста – 75 г. Отмечено, что люди в возрасте 30–39 лет едят наибольшее количество сахара – 90 г. в сутки. После 40 лет мужчины и женщины сокращают употребление сахара (на 24–29 и 17–37 % соответственно). В это количество входит не только сахар в чистом виде, но и тот, который добавляют в сладкие продукты и блюда.

Согласно подсчетам J. Yudkin (1974), общее количество сахара в продуктах промышленного производства составляет: в Австрии – 55 %, во Франции – 40 %, в Южной Африке – 20 %. Более трети (35 %) всего количества потребляемых углеводов находится в сахаре, около 50 % приходится на крахмал, 7 % – на лактозу, 8 % – на смесь сахаров (главным образом глюкозы, фруктозы и сахарозы) во фруктах и овощах.

Сахароза – наиболее известный и широко применяемый сахар, используемый в питании и кондитерской промышленности. При консервировании продуктов растворы с 60 % содержанием сахара защищают среду от действия бактерий. Однако известно, что и на кристаллическом сахаре размножаются термофильные бактерии и существуют дрожжи, вызывающие брожение сиропов с содержанием сахара более 70 %. В медицине тростниковый сахар под названием Saccharum album применя-ется для приготовления порошков, а также сиропов, микстур (для детей) и т. д. В древние и средневековые времена сахар использовали не только для подслащивания лекарств, но и с прямыми лечебными целями.

Многие столетия сахара производили мало, он был дорог, и в качестве пищевого продукта его употребляли в небольших количествах. Однако за последние полтора столетия положение существенно изменилось в направлении его чистоты и потребления людьми. В США среднее годовое потребление сахара на одного человека с 1900 г. по 2000 г. увеличилось с 2,5 кг до 63 кг (G. Vettorazzi, J. Macdonald, 1988).

Статистика потребления сахара на душу населения в год во Франции следующая:

1800 г. – 0,6 кг;

1880 г. – 8 кг;

1900 г. – 17 кг;

1930 г. – 30 кг;

1965 г. – 40 кг;

1990 г. – 35 кг.

Однако во Франции наиболее низкое потребление сахара, чем в других странах. Англичане, например, употребляют 49 кг на душу населения в год, немцы – 52 кг, а мировой рекорд принадлежит американцам – 63 кг на душу населения в год (Х. Стюард и соавт., 1999).

В нашей стране сахарозу получают из сахарной свеклы, которая содержит приблизительно 75 % воды и 25 % сухого остатка: 15–17 % его – сахароза, а остальное – неорганические и органические вещества, которые при переработке необходимо удалить. Из измельченной свеклы сахарозу извлекают водой (при температуре 80 ⁰С) в диффузорах; раствор сахарозы, загрязненный примесями, очищают, осаждая известью, а затем фильтрат обрабатывают СО₂, осаждающей избыток извести и разлагающей образовавшиеся кальциевые сахараты; после повторной обработки Са(ОН)₂ и СО₂ раствор сахарозы сгущают в вакууме и кристаллизуют. Дальнейшая очистка (рафинирование) производится перекристаллизацией растворов после обработки их углем. Быстрорастворимый сахар получают при действии на порошок водяного пара. Затем образующиеся час-тицы сушат и измельчают. Такой сахар хорошо растворяется и не гигроскопичен.

В процессе производства сахара из свеклы как отходы образуется «кормовая патока», которую называют «меласса» (или «мелясса») от латинского слова mel – мед. Это сиропообразная жидкость темно-бурого цвета, представляющая собой сгущенный свекловичный сок после выделения из него кристаллов сахара. В умеренных количествах она служит хорошим кормом для сельскохозяйственных животных. В зависимости от степени очистки различают белую (29 % не сахаров), зеленую (33 %), бурую (47 %) и кормовую (55 %) патоку. Эти данные получены при исследовании различных видов патоки, образующихся при переработке тростникового сахара-сырца. Органические вещества мелассы распределяются следующим образом: смолистые вещества – 2,7 %, азотистые вещества – 1,06 %, органические кислоты – 3,2 %, карамели и другие вторичные продукты, образующиеся в процессе сахарного производства – 6,24 %. Кроме сахарозы, в мелассе содержатся моно-, дии олигосахариды, гетероциклические основания, аминои карбоновые кислоты, органические пигменты сложной природы и другие химические соединения. Большинство из них природного происхождения. Они сохранились в патоке в таком же виде, как и в сырье – сахарной свекле или сахарном тростнике. Кроме того, в патоке могут быть разнообразные примеси, внесенные на разных стадиях переработки сырья (И. И. Брехман, И. Ф. Нестеренко, 1988).

Технические патоки различного происхождения содержат примерно одинаковое количество глюкозы и фруктозы, а также переменные количества других моносахаридов: глицеринового альдегида, рамнозы, рибозы, фукозы, ксилозы, арабинозы и галактозы. Обе патоки имеют в своем составе дисахарид (раффинозу) и трисахарид (кетозу). Обнаружены также олигосахариды типа декстринов и пектиновые вещества. Сапонинов в патоке около 0,04 %. Меньше их в сахаре-сырце и в желтом сахаре. Имеются также фенольные гликозиды типа лигноуглеводных комплексов. Углеводная их часть имеет гемицеллюлозный характер и включает альдобиуроновые кислоты (P. E. Norris, 1960). Из свободных аминокислот преобладают аспаргиновая, лейцин, изолейцин, валин, аланин и глицин. В свекловичной патоке довольно много γ-аминомасляной кислоты (до 0,3 %). Выявлены небольшие количества полиэтиленполиаминов. В числе мономерных гетероциклов найдены пурины и пиримидины. В сухом веществе патоки содержание аденозина составляет 0,2–0,3 %. Среди веществ, обусловливающих запах патоки, обнаружен ацетилпиррол (Е. Черных, А. Семенов, 1980; Л. Остроухова и соавт., 1981).

Коричневая окраска мелассы и желтого сахара определяется тремя группами веществ: карамелями, меланоидинами и комплексами фенольных соединений с железом. Химически все эти типы веществ охарактеризованы плохо, что объясняется сложностью и вариабельностью их состава. Под карамелью понимают смесь высокомолекулярных химических соединений продуктов термического превращения сахарозы. Меланоидины – азотсодержащие соединения, продукты реакции углеводов с аминокислотами и пептидами. Это сложная смесь веществ с молекулярной массой от 700 до 50 000 и более. У молекул полимерных меланоидинов линейное строение, они аморфны. Входящие в их состав азотные и фурановые гетероциклические ядра снабжены боковыми цепями из остатков углеводов и аминокислот. Окрашенные вещества мелассы имеют технологическое происхождение, т. е. их нет в исходном растительном сырье, а образуются они в процессе переработки сырья. Поэтому состав этих веществ зависит не только от качества и происхождения сырья, но и от характеристик технологического режима (И. И. Брехман, И. Ф. Нестеренко, 1988).

Если в настоящее время производится белый очищенный сахар, то многие годы употреблялся недоочищенный желтый сахар – сахар-сырец. Во многих развивающихся странах Азии и Африки такой сахар до настоящего времени употребляет большинство населения. В Индии производится gur (гур) или jaggery (сахар-сырец), получаемый из сока сахарного тростника или некоторых видов пальм. Его высоко ценят, считая пищей и лекарством, и широко используют для изготовления сладостей, кондитерских изделий и некоторых напитков. В настоящее время желтый сахар, учитывая его полезные свойства, присутствует на столах наряду с белым сахаром во многих ресторанах Европы.

По сравнению с другими углеводами, которые содержатся в муке, овощах и фруктах, сахар отличается исключительной быстротой усвоения. Под действием ферментов пищеварительного тракта сахароза сразу же расщепляется на глюкозу и фруктозу, которые и поступают в кровь. Повышение концентрации глюкозы в крови служит сигналом для выделения из поджелудочной железы гормона инсулина, который, стимулируя активность фермента глюкокиназы в клетках печени, способствует присоединению фосфора к молекуле глюкозы. В таком виде она расщепляется в организме до воды и углекислого газа, выделяя энергию. В процессе обмена 100 г. сахара выделяют в организме 374 калории. При избыточном поступлении сахара в организм может повыситься содержание жира в крови (гиперлипидемия), он в большей степени откладывается в жировых депо, и развивается ожирение. Особенно быстро нарастает масса тела у злоупотребляющих продуктами, содержащими сахар, крахмал и жир: тортами, пирожными с кремом, шоколадом, сладкими сдобными пирогами. Калорийность сахарозы составляет от 16,54 до 16,75 кДж/г. Сахар является носителем «пустых» калорий, не содержит ни витаминов, ни минеральных солей, ни каких-либо иных биологически активных веществ, имеющихся практически во всех других продуктах питания растительного и животного происхождения.

В. А. Оленева (1970), проанализировав алиментарные нарушения у 643 больных ожирением, у подавляющего большинства (556 человек) отнесла их к обменно-алиментарной форме. Заслуживают внимания выявленные ею вредные привычки, приводящие к ожирению (табл. 2).

Таблица 2. Распространненость вредных алиментарных привычек, приводящих к ожирению

Известно, что ожирение способствует развитию сахарного диабета. Так, у полных он встречается в 5-10 раз чаще, чем у людей с нормальной массой тела. Избыток в пище сахара в определенной мере обусловливает и гиперхолестеринемию, которая играет значительную роль в развитии сердечно-сосудистых заболеваний. Замечено, что злоупотребление сладким является существенным фактором риска развития атеросклероза, инфаркта миокарда и гипертонической болезни. J. Yudkin (1974) отстаивал концепцию, согласно которой избыток сахарозы приводит к нарушению гормонального статуса и последующему изменению обмена липидов, выступающему как патогенетическое звено в развитии этих заболеваний. По данным его наблюдений, у больных с коронарной болезнью сердца и другими сосудистыми заболеваниями среднесуточное потребление сахара было выше (113 и 128 г. соответственно), чем у здоровых людей в контрольной группе (58 г). A. Keys и другие противники этой концепции указывали на то, что частота этих заболеваний коррелирует с потреблением углеводов меньше, чем с потреблением насыщенных жиров, и среди алиментарных факторов в патогенезе атеросклероза и ишемической болезни сердца решающую роль отводили жирам. H. C. Trowell считал, что эти заболевания связаны с дефицитом в рационах населения промышленно развитых стран балластных веществ, нормализующих, по его мнению, обмен холестерина. Необходимо отметить, что в полости рта сахар является благоприятной средой для жизнедеятельности бактерий, разрушающих эмаль зубов и вызывающих кариес. Установлено, что потребление сахара более 30 г. в сутки вызывает повышение заболеваемости кариесом, в связи с чем эту дозу считают «критической» (T. Grenby, J. Hutchinson, 1969; Т. Л. Родионова, В. К. Леонтьев, 1993).

С избыточным потреблением белого сахара и других очищенных углеводов связывают кишечные расстройства и хронические запоры, которые приводят к заболеваниям вен нижних конечностей, желчных путей, диспепсии, язвенным поражениям и даже к раку толстой кишки (M. M. Robinson, 1977).

Установлено, что сахар оказывает отрицательное влияние на половую функцию, плодовитость и течение беременности. А. П. Дыбан (1962) обнаружил, что при содержании крыс на са-харе и воде дробление и миграция зиготы по яйцеводам осуществляются нормально, но затем бластоциты не имплантируются и на 14-15-е сутки все погибают. В других исследованиях у крыс, получавших только одну сахарозу, беременность наступала в те же сроки, что и в контроле (нормальный рацион), но число мест имплантации было снижено, как у овариоэктомированных самок. Сахарозная диета приводила к снижению среднего количества живых плодов на одну самку (R. L Hays и соавт., 1965), их средней массы и резко увеличивала количество плодов с кровоизменениями (И. И. Брехман, Н. Ф. Нестеренко, 1988).