Белки являются важными питательными веществами для человеческого организма . [1] Они являются одним из строительных блоков тканей организма, а также могут служить источником топлива. В качестве топлива белки обеспечивают такую же плотность энергии , как и углеводы : 4 ккал (17 кДж ) на грамм; напротив, липиды обеспечивают 9 ккал (37 кДж) на грамм. Наиболее важным аспектом и определяющей характеристикой белка с точки зрения питания является его аминокислотный состав. [2]
Белки представляют собой полимерные цепи, состоящие из аминокислот, связанных между собой пептидными связями . Во время пищеварения у человека белки расщепляются в желудке на более мелкие полипептидные цепи под действием соляной кислоты и протеазы . Это имеет решающее значение для усвоения незаменимых аминокислот , которые не могут быть биосинтезированы организмом. [3]
Существует девять незаменимых аминокислот, которые люди должны получать из своего рациона, чтобы предотвратить белково-энергетическую недостаточность и, как следствие, смерть. Это фенилаланин , валин , треонин , триптофан , метионин , лейцин , изолейцин , лизин и гистидин . [2] [4] Были споры о том, существует ли 8 или 9 незаменимых аминокислот. [5] Судя по всему, консенсус склоняется к цифре 9, поскольку гистидин не синтезируется у взрослых. [6] Существует пять аминокислот, которые человек способен синтезировать в организме. Эти пять - аланин , аспарагиновая кислота , аспарагин , глутаминовая кислота и серин . Существует шесть условно незаменимых аминокислот, синтез которых может быть ограничен при особых патофизиологических условиях, таких как недоношенность у младенцев или люди с тяжелым катаболическим дистрессом. Эти шесть - аргинин , цистеин , глицин , глутамин , пролин и тирозин . [2] Диетические источники белка включают зерновые , бобовые , [7] орехи , [8] семена, [7] мясо, молочные продукты, рыбу, яйца, съедобных насекомых и морские водоросли. [9]
Белок – это питательное вещество, необходимое человеческому организму для роста и поддержания жизнедеятельности. Помимо воды, белки являются наиболее распространенным типом молекул в организме. Белок можно найти во всех клетках организма, и он является основным структурным компонентом всех клеток организма, особенно мышечных . Сюда также входят органы тела, волосы и кожа. Белки также используются в мембранах, например гликопротеины . При расщеплении на аминокислоты они используются в качестве предшественников нуклеиновых кислот , коферментов, гормонов, иммунного ответа, восстановления клеток и других молекул, необходимых для жизни. Кроме того, белок необходим для образования клеток крови. [1] [2]
Белок содержится в самых разных продуктах питания. [11] [12] Во всем мире растительные белковые продукты составляют более 60% потребности в белке на душу населения. [9] В Северной Америке продукты животного происхождения составляют около 70% источников белка. [12] Насекомые являются источником белка во многих частях мира. [13] В некоторых частях Африки до 50% пищевого белка поступает из насекомых. [13] По оценкам, более 2 миллиардов человек ежедневно едят насекомых . [14]
Мясо, молочные продукты, яйца, соя , рыба, цельнозерновые и крупы являются источниками белка. [11] Примерами основных продуктов питания и зерновых источников белка, каждый из которых имеет концентрацию более 7%, являются (в произвольном порядке) гречка, овес, рожь, просо, кукуруза (кукуруза), рис, пшеница, сорго, амарант, и киноа. [12] Некоторые исследования подчеркивают, что мясо дичи является источником белка. [15]
Растительные источники белков включают бобовые, орехи, семена, зерновые, а также некоторые овощи и фрукты. Растительные продукты с концентрацией белка более 7% включают (но не ограничиваются ими) соевые бобы, чечевицу, фасоль, белую фасоль, маш, нут, вигну, лимскую фасоль, голубиный горох, люпин, крыльевую фасоль, миндаль, бразильские орехи, кешью, орехи пекан, грецкие орехи, семена хлопка, семена тыквы, семена конопли, кунжут и семена подсолнечника. [12]
Производство микробного белка с помощью фотоэлектрической энергии использует электричество от солнечных батарей и углекислый газ из воздуха для создания топлива для микробов, которые выращиваются в чанах биореакторов, а затем перерабатываются в сухие белковые порошки. Этот процесс обеспечивает высокоэффективное использование земли, воды и удобрений. [16] [17]
Люди, придерживающиеся сбалансированной диеты, не нуждаются в белковых добавках . [8] [12] [18]
В таблице ниже представлены группы продуктов питания как источники белка.
Цветовой ключ:
Протеиновые порошки , такие как казеин , сыворотка , яйца , рис , соя и мука из сверчков , являются обработанными и изготовленными источниками белка. [19]
Классическими методами определения концентрации белка в пищевых продуктах являются метод Кьельдаля и метод Дюма . Эти тесты определяют общее количество азота в образце. Единственным основным компонентом большинства продуктов питания, содержащим азот, является белок (жиры, углеводы и пищевые волокна не содержат азота). Если количество азота умножить на коэффициент, зависящий от видов белка, ожидаемых в пище, можно определить общее количество белка. Это значение известно как содержание « сырого белка ». Использование правильных коэффициентов пересчета активно обсуждается, особенно с появлением большего количества белковых продуктов растительного происхождения. [20] Однако на этикетках продуктов питания количество белка рассчитывается как азот, умноженный на 6,25, поскольку среднее содержание азота в белках составляет около 16%. Обычно используется тест Кьельдаля, поскольку этот метод принят AOAC International и поэтому используется многими агентствами по стандартизации пищевых продуктов по всему миру, хотя метод Дюма также одобрен некоторыми организациями по стандартизации. [21]
Случайное загрязнение и преднамеренная фальсификация белковых продуктов небелковыми источниками азота, которые приводят к завышению показателей содержания сырого белка, известны в пищевой промышленности на протяжении десятилетий. Чтобы обеспечить качество продуктов питания , покупатели белковых блюд регулярно проводят тесты по контролю качества , предназначенные для выявления наиболее распространенных небелковых примесей азота, таких как мочевина и нитрат аммония . [22]
По крайней мере, в одном сегменте пищевой промышленности, молочной промышленности, некоторые страны (по крайней мере, США, Австралия, Франция и Венгрия) приняли измерение « настоящего белка », в отличие от измерения сырого белка, в качестве стандарта для оплаты и тестирования. : «Истинный белок является мерой только белков в молоке, тогда как сырой белок является мерой всех источников азота и включает небелковый азот, такой как мочевина, которая не имеет пищевой ценности для человека. ... Современное оборудование для тестирования молока измеряет пептидные связи, что является прямым показателем истинного белка». [23] Измерение пептидных связей в зернах также применяется на практике в нескольких странах, включая Канаду, Великобританию, Австралию, Россию и Аргентину, где используется технология отражения ближнего инфракрасного диапазона (NIR), тип инфракрасной спектроскопии . [24] Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) рекомендует использовать только аминокислотный анализ для определения белка, среди прочего , в пищевых продуктах, используемых в качестве единственного источника питания, таких как детские смеси, но также предусматривает: « Когда данные по аминокислотному анализу недоступны, определение белка на основе общего содержания N по Кьельдалю (AOAC, 2000) или аналогичному методу... считается приемлемым». [25]
Метод тестирования белка в кормах для мясного скота в послевоенные годы превратился в науку. Стандартный текст в Соединенных Штатах « Потребности мясного скота в питательных веществах » выдержал восемь изданий в течение как минимум семидесяти лет. [26] Шестое издание 1996 года заменило сырой белок пятого издания концепцией « метаболизируемого белка », который был определен примерно в 2000 году как « настоящий белок , всасываемый кишечником, поставляемый микробным белком и неразложившимся белком, поступающим с пищей». [27]
Ограничения метода Кьельдаля лежали в основе загрязнения экспорта китайского белка в 2007 году и китайского молочного скандала 2008 года , когда в молоко или глютен добавляли промышленный химикат меламин для увеличения измеряемого «белка». [28] [29]
Наиболее важным аспектом и определяющей характеристикой белка с точки зрения питания является его аминокислотный состав. [2] Существует множество систем, которые оценивают белки по их полезности для организма на основе относительного процентного содержания аминокислот, а в некоторых системах - усвояемости источника белка. Они включают биологическую ценность , чистое использование белка и PDCAAS (показатель аминокислот с коррекцией усвояемости белка), который был разработан FDA как модификация метода коэффициента эффективности белка (PER). Рейтинг PDCAAS был принят Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) и Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций/ Всемирной организацией здравоохранения (ФАО/ВОЗ) в 1993 году как «предпочтительный «лучший»» метод определения качества белка. Эти организации предположили, что другие методы оценки качества белка уступают. [30] В 2013 году ФАО предложила перейти на оценку усвояемых незаменимых аминокислот .
Большинство белков разлагаются до отдельных аминокислот при переваривании в желудочно-кишечном тракте. [31]
Пищеварение обычно начинается в желудке, когда пепсиноген превращается в пепсин под действием соляной кислоты , и продолжается трипсином и химотрипсином в тонком кишечнике. [31] Перед всасыванием в тонком кишечнике большинство белков уже расщепляются до одной аминокислоты или пептидов из нескольких аминокислот. Большинство пептидов длиной более четырех аминокислот не всасываются. Всасывание в поглощающие клетки кишечника – это еще не конец. Там большая часть пептидов расщепляется на отдельные аминокислоты.
Всасывание аминокислот и их производных , на которые расщепляется пищевой белок, осуществляется желудочно-кишечным трактом . Скорость усвоения отдельных аминокислот сильно зависит от источника белка; например, усвояемость многих аминокислот у человека, разница между соевыми и молочными белками [32] , а также между отдельными молочными белками, бета-лактоглобулином и казеином. [33] Что касается молочных белков, около 50% принятого белка всасывается между желудком и тощей кишкой , а 90% всасывается к тому времени, когда переваренная пища достигает подвздошной кишки . [34] Биологическая ценность (БЦ) – это мера доли поглощенного белка из пищи, который включается в белки организма.
Новорожденные млекопитающих обладают исключительными показателями переваривания и ассимиляции белков , поскольку они могут усваивать интактные белки в тонком кишечнике. Это обеспечивает пассивный иммунитет , т. е. передачу иммуноглобулинов от матери новорожденному через молоко. [35]
Значительные дебаты развернулись по вопросам, касающимся требований к потреблению белка. [36] [37] Количество белка, необходимое в рационе человека, во многом определяется общим потреблением энергии, потребностью организма в азоте и незаменимых аминокислотах, массой и составом тела, скоростью роста человека, уровнем физической активности. , потребление энергии и углеводов человеком, а также наличие заболеваний или травм. [3] [19] Физическая активность и физические нагрузки, а также увеличение мышечной массы увеличивают потребность в белке. Потребности также возрастают в детстве для роста и развития, во время беременности или при грудном вскармливании для питания ребенка, или когда организму необходимо восстановиться после недоедания, травмы или после операции. [38]
Согласно руководящим принципам диетического питания США и Канады , женщинам в возрасте 19–70 лет необходимо потреблять 46 граммов белка в день, а мужчинам в возрасте 19–70 лет необходимо потреблять 56 граммов белка в день, чтобы минимизировать риск дефицита. Эти рекомендуемые диетические нормы (RDA) были рассчитаны на основе 0,8 грамма белка на килограмм массы тела и средней массы тела 57 кг (126 фунтов) и 70 кг (154 фунта) соответственно. [2] Однако эта рекомендация основана на структурных требованиях, но не учитывает использование белка для энергетического метаболизма . [36] Это требование для обычного человека, ведущего малоподвижный образ жизни. [39] В США среднее потребление белка выше рекомендуемой суточной нормы. Согласно результатам Национального исследования здоровья и питания (NHANES 2013–2014), среднее потребление белка женщинами в возрасте 20 лет и старше составляло 69,8 грамма, а мужчинами 98,3 грамма в день. [40]
Несколько исследований пришли к выводу, что активным людям и спортсменам может потребоваться повышенное потребление белка (по сравнению с 0,8 г/кг) из-за увеличения мышечной массы и потери пота, а также потребности в восстановлении тела и источнике энергии. [36] [37] Рекомендуемые дозы варьируются от 1,2–1,4 г/кг для тех, кто занимается упражнениями на выносливость, до 1,6–1,8 г/кг для силовых упражнений [37] [39] и до 2,0 г/кг/день для пожилым людям, [41] , в то время как предлагаемое максимальное ежедневное потребление белка будет составлять примерно 25% от энергетических потребностей, т.е. примерно от 2 до 2,5 г/кг. [36] Однако многие вопросы еще предстоит решить. [37]
Кроме того, некоторые полагают, что спортсменам, использующим диеты с ограничением калорий для снижения веса, следует дополнительно увеличить потребление белка, возможно, до 1,8–2,0 г/кг, чтобы избежать потери мышечной массы. [42]
Спортсмены, тренирующиеся на выносливость, отличаются от спортсменов, тренирующих силу, тем, что спортсмены, занимающиеся выносливостью, не наращивают столько мышечной массы в результате тренировок, как спортсмены, тренирующиеся на силу. [ нужна цитата ] Исследования показывают, что людям, выполняющим упражнения на выносливость, требуется больше белка, чем людям, ведущим малоподвижный образ жизни, чтобы можно было восстановить мышцы, поврежденные во время тренировок на выносливость. [43] Хотя потребность спортсменов в белке все еще остается спорной (например, см. Lamont, Nutrition Research Reviews, стр. 142–149, 2012), исследования показывают, что спортсмены, занимающиеся выносливостью, могут получить пользу от увеличения потребления белка, поскольку спортсмены, тренирующиеся на выносливость, участвуют в упражнениях на выносливость. по-прежнему изменяет путь белкового обмена. Общая потребность в белке увеличивается из-за окисления аминокислот у спортсменов, тренирующихся на выносливость. [43] Спортсмены, занимающиеся выносливостью, которые тренируются в течение длительного периода времени (2–5 часов на тренировку), используют белок как источник 5–10% от общей затраченной энергии. Таким образом, небольшое увеличение потребления белка может быть полезным для спортсменов, занимающихся выносливостью, поскольку оно заменяет белок, потерянный при расходе энергии, и белок, потерянный при восстановлении мышц. В одном обзоре сделан вывод, что спортсмены, занимающиеся выносливостью, могут увеличить ежедневное потребление белка максимум до 1,2–1,4 г на кг массы тела. [19]
Исследования также показывают, что людям, занимающимся силовыми тренировками, требуется больше белка, чем людям, ведущим малоподвижный образ жизни. Спортсмены, занимающиеся силовыми тренировками, могут увеличить ежедневное потребление белка максимум до 1,4–1,8 г на кг массы тела, чтобы улучшить синтез мышечного белка или компенсировать потерю окисления аминокислот во время тренировки. Многие спортсмены придерживаются диеты с высоким содержанием белка в рамках своих тренировок. Фактически, некоторые спортсмены, специализирующиеся в анаэробных видах спорта (например, тяжелая атлетика), считают, что необходим очень высокий уровень потребления белка, и поэтому потребляют пищу с высоким содержанием белка, а также белковые добавки. [3] [19] [43] [44]
Пищевая аллергия – это аномальный иммунный ответ на белки в пище. Признаки и симптомы могут варьироваться от легких до тяжелых. Они могут включать зуд , отек языка, рвоту, диарею, крапивницу, проблемы с дыханием или низкое кровяное давление. Эти симптомы обычно возникают в течение нескольких минут или одного часа после воздействия. Когда симптомы тяжелые, это называется анафилаксией . Следующие восемь продуктов ответственны за около 90% аллергических реакций: коровье молоко , яйца , пшеница , моллюски , рыба , арахис , лесные орехи и соя . [45]
Хотя нет убедительных доказательств того, что диета с высоким содержанием белка может вызвать хроническое заболевание почек , существует мнение, что людям с этим заболеванием следует снизить потребление белка. Согласно одному обзору 2009 года, обновленному в 2018 году, люди с хроническим заболеванием почек, которые сокращают потребление белка, имеют меньшую вероятность развития терминальной стадии заболевания почек. [46] [47] Более того, у людей с этим заболеванием при соблюдении низкобелковой диеты (0,6 г/кг/сутки – 0,8 г/кг/сутки) могут развиваться метаболические компенсации , сохраняющие функцию почек, хотя у некоторых людей может наблюдаться недостаточность питания. . [47]
Людям с фенилкетонурией (ФКУ) необходимо ограничить потребление фенилаланина – незаменимой аминокислоты – на крайне низком уровне, чтобы предотвратить умственную отсталость и другие метаболические осложнения. Фенилаланин является компонентом искусственного подсластителя аспартама, поэтому людям с фенилкетонурией необходимо избегать низкокалорийных напитков и продуктов, содержащих этот ингредиент. [48]
Обзор рекомендуемого потребления белка в США и Канаде пришел к выводу, что не было достаточных доказательств для установления верхнего допустимого уровня потребления , то есть верхнего предела того, сколько белка можно безопасно потреблять. [2]
Когда аминокислоты превышают потребности, печень поглощает аминокислоты и дезаминирует их. Этот процесс превращает азот из аминокислот в аммиак , который далее перерабатывается в печени в мочевину посредством цикла мочевины . Выведение мочевины происходит через почки. Другие части молекул аминокислот могут быть преобразованы в глюкозу и использованы в качестве топлива. [39] [49] [50] Когда потребление белка с пищей периодически бывает высоким или низким, организм пытается поддерживать уровень белка на равновесном уровне, используя «лабильный резерв белка», чтобы компенсировать ежедневные колебания в потреблении белка. Однако, в отличие от жировых отложений как резерва для будущих потребностей в калориях, в организме нет запаса белка для будущих потребностей. [2]
Чрезмерное потребление белка может увеличить выведение кальция с мочой, что происходит для компенсации дисбаланса pH из-за окисления серосодержащих аминокислот. Это может привести к более высокому риску образования камней в почках из-за кальция в почечной системе кровообращения. [2] В одном метаанализе не сообщалось о неблагоприятном влиянии более высокого потребления белка на плотность костей. [51] Другой метаанализ сообщил о небольшом снижении систолического и диастолического артериального давления при диете с высоким содержанием белка, без различий между животным и растительным белком. [52]
В метаанализе было показано, что диеты с высоким содержанием белка приводят к дополнительной потере веса на 1,21 кг в течение 3 месяцев по сравнению с базовой белковой диетой. [53] Преимущества снижения индекса массы тела, а также уровня холестерина ЛПВП были более заметны в исследованиях с лишь небольшим увеличением потребления белка, а не там, где высокое потребление белка классифицировалось как 45% от общего потребления энергии. [53] Вредного воздействия на сердечно-сосудистую деятельность не наблюдалось при краткосрочных диетах длительностью 6 месяцев и менее. Существует мало единого мнения относительно потенциально вредных последствий для здоровых людей долгосрочной диеты с высоким содержанием белка, что приводит к рекомендациям с осторожностью использовать высокое потребление белка в качестве формы потери веса . [53] [47] [54]
В «Руководстве по питанию для американцев» (DGA) на 2015–2020 годы мужчинам и мальчикам-подросткам рекомендуется увеличить потребление фруктов, овощей и других недостаточно потребляемых продуктов, а средством достижения этой цели будет сокращение общего потребления белковой пищи. [55] В отчете DGA за 2015–2020 годы не установлен рекомендуемый предел потребления красного и переработанного мяса. Хотя в отчете признаются исследования, показывающие, что меньшее потребление красного и обработанного мяса коррелирует со снижением риска сердечно-сосудистых заболеваний у взрослых, в нем также отмечается ценность питательных веществ, содержащихся в этом мясе. Рекомендуется не ограничивать потребление мяса или белка, а следить за содержанием натрия (< 2300 мг), насыщенных жиров (менее 10% от общего количества калорий в день) и добавленных сахаров (менее 10% от общего количества калорий в день) и поддерживать их в пределах дневных норм. % от общего количества калорий в день), которое может увеличиться в результате потребления определенных видов мяса и белков. В то время как отчет DGA за 2015 год рекомендует снизить уровень потребления красного и переработанного мяса, ключевые рекомендации DGA за 2015-2020 годы рекомендуют употреблять разнообразные белковые продукты, включая как вегетарианские, так и невегетарианские источники белка. [56]
Дефицит белка и недоедание (ПЭМ) могут привести к различным заболеваниям, включая умственную отсталость и квашиоркор . [58] Симптомы квашиоркора включают апатию, диарею, малоподвижность, задержку роста, шелушение кожи, ожирение печени и отеки живота и ног. Этот отек объясняется действием липоксигеназы на арахидоновую кислоту с образованием лейкотриенов и нормальным функционированием белков в водном балансе и транспорте липопротеинов. [59]
ПЭМ довольно распространен во всем мире как у детей, так и у взрослых и ежегодно приводит к 6 миллионам смертей. В промышленно развитых странах БЭМ преимущественно наблюдается в больницах, связан с заболеваниями или часто встречается у пожилых людей. [2]
Некоторым людям, особенно мальчикам-подросткам и взрослым мужчинам, также необходимо сократить общее потребление белковой пищи за счет уменьшения потребления мяса, птицы и яиц и увеличения количества овощей или других недостаточно потребляемых групп продуктов питания.