Zywnosc, zywienie, zdrowie : bromatologiczna ocena jakosci zywnosci i wybrane elementy z zywienia człowieka

277 Pages·2008·6.12 MB·Polish

by  Lebiedzińska Anna, Szefer Piotr

AKADEMIA MEDYCZNA W GDAŃSKU

ŻYWNOŚĆ – ŻYWIENIE – ZDROWIE

Bromatologiczna ocena jakości żywności
i wybrane elementy z żywienia człowieka

Pod redakcją
Anny Lebiedzińskiej i Piotra Szefera

GDAŃSK 2008
Wydano za zgodą
Senackiej Komisji Wydawnictw Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego

Recenzent
prof. dr hab. Wojciech Czarnowski

Redaktorzy naukowi:
dr hab. n. farm. Anna Lebiedzińska
prof. dr hab. n. farm. Piotr Szefer

Współautorzy:
mgr farm. Jakub Czaja
dr n. farm. inż. Małgorzata Grembecka
mgr Małgorzata Misztal-Szkudlińska

© Copyright by Medical University of Gdańsk

ISBN 978-83-602535-2-6

Wydawca:
Gdański Uniwersytet Medyczny

Zlecenie KW/121/09
SPIS TREŚCI

1. Wstęp ....................................................................................................................5
2. Żywieniowe potrzeby człowieka......................................................................................7
2.1. Metody oceny wydatków energetycznych człowieka..............................................8
2.1.1. Ocena wydatku energetycznego...................................................................14
2.2. Zapotrzebowanie energetyczne organizmu człowieka..........................................15
2.3. Ocena wartości energetycznej pożywienia.............................................................18
3. Bromatologiczna ocena wartości odżywczej żywności – badania zawartości
składników odżywczych w produktach spożywczych i suplementach diety..............23
3.1. Białka .......................................................................................................................23
3.1.1. Oznaczanie zawartości białka w środkach spożywczych
metodą Kjeldahla...........................................................................................32
3.2. Tłuszcze....................................................................................................................36
3.2.1. Oznaczenie zawartości tłuszczu w mleku metodą Gerbera........................37
3.2.2. Oznaczanie zawartości tłuszczu w produktach spożywczych
metodą Soxhleta............................................................................................38
3.3. Węglowodany...........................................................................................................40
3.3.1. Metody oznaczania węglowodanów w produktach spożywczych.............44
3.3.2. Oznaczanie zawartości cukrów redukujących w mleku
metodą Bertranda..........................................................................................47
3.3.3. Oznaczanie zawartości skrobi w produktach spożywczych
metodą polarymetryczną...............................................................................51
3.3.4. Ocena produktów i pokarmów bogatowęglowodanowych
w aspekcie glikemii poposiłkowej – indeks glikemiczny (GI)
i ładunek glikemiczny (GL).........................................................................53
3.4. Witaminy...................................................................................................................55
3.4.1. Oznaczanie zawartości witaminy A (retinolu) w środkach
spożywczych i suplementach diety metodą kolorymetryczną...................55
3.4.2. Oznaczanie zawartości tiaminy w produktach zbożowych
i w preparatach farmaceutycznych metodą wysokosprawnej
chromatografii cieczowej (HPLC)................................................................59
3.4.3. Oznaczanie zawartości ryboflawiny w wybranych preparatach
farmaceutycznych z wykorzystaniem HPLC...............................................61
3.4.4. Oznaczanie zawartości ryboflawiny w wybranych preparatach
farmaceutycznych z wykorzystaniem techniki wysokosprawnej
chromatografii cieczowej (HPLC)................................................................63
3.4.5. Oznaczanie zawartości witaminy C w produktach spożywczych
i w suplementach diety metodą Tillmansa...................................................67
3.5. Biopierwiastki...........................................................................................................73
3.5.1. Oznaczanie składu mineralnego produktów spożywczych,
suplementów diety i kosmeceutyków...........................................................74
3.5.2. Oznaczanie zawartości fosforu w produktach spożywczych
metodą spektrofotometryczną.......................................................................75
3.5.3. Oznaczanie zawartości wapnia w produktach spożywczych
i suplementach diety metodą miareczkową z EDTA..................................76
3.5.4. Oznaczanie żelaza w produktach spożywczych metodą
spektrometryczną z 1,10 - fenantroliną........................................................77
3.5.5. Oznaczanie miedzi w produktach spożywczych i kosmeceutykach
metodą AAS (płomieniowej absorpcji atomowej)......................................79
3.6. Woda .......................................................................................................................86
3.6.1. Ocena jakości wody pitnej............................................................................88
4. Bromatologiczna ocena jakości zdrowotnej żywności - wymagania
prawne dotyczące jakości produktów..........................................................................101
4.1. Ocena organoleptyczna jakości wybranych produktów spożywczych...............101
4.2. Ocena jakości tłuszczów jadalnych.......................................................................111
4.3. Wykrywanie i oznaczanie zawartości wybranych substancji dodatkowych......120
4.4. Środowiskowe zanieczyszczenia żywności..........................................................135
4.5. Zanieczyszczenia produkcyjne (technologiczne).................................................137
4.6. Biologiczne zanieczyszczenia żywności...............................................................152
4.7. Pozostałości leków w produktach spożywczych..................................................158
5. Podstawy racjonalnego żywienia.................................................................................162
5.1. Normy żywienia człowieka...................................................................................164
6. Żywność nowej generacji w realizacji norm żywienia...............................................169
6.1. Żywność funkcjonalna – dodatki funkcjonalne....................................................169
6.2. Suplementy diety....................................................................................................171
6.3. Nowa żywność - źródło składników o działaniu fizjologicznym........................173
7. Rekomendacje żywieniowe..........................................................................................179
8. Ocena sposobu żywienia...............................................................................................182
8.1. Jakościowe metody oceny żywienia.....................................................................183
8.2. Ilościowe metody oceny żywienia........................................................................185
9. Ocena stanu odżywienia...............................................................................................190
9.1. Badania antropometryczne, lekarskie i biochemiczne.........................................192
10. Podstawy dietetyki w profilaktyce niezakaźnych chorób metabolicznych..............201
10.1. Żywieniowe uwarunkowania rozwoju chorób niezakaźnych
dietoprofilaktyka i dietoterapia..........................................................................202
10.1.1. Rola żywienia w prewencji i w leczeniu otyłości.....................................202
10.1.2. Żywienie w cukrzycy.................................................................................210
10.1.3. Żywienie w chorobie niedokrwiennej serca.............................................211
11. Specyficzne sposoby odżywiania się różnych grup ludności....................................219
11.1. Żywienie w sporcie.............................................................................................219
11.2. Wegetarianizm....................................................................................................221
11.3. Dieta śródziemnomorska....................................................................................224
12. Zaburzenia odżywiania................................................................................................229
12.1. Niedożywienie....................................................................................................229
12.2. Anoreksja – Bulimia...........................................................................................230
12.3. Nadkonsumpcja...................................................................................................232
13. Nadwrażliwość pokarmowa........................................................................................234
13.1. Diety stosowane w diagnostyce i leczeniu alergii
i nietolerancji pokarmowych...............................................................................241
14. Interakcje żywności i suplementów diety z lekami...................................................244
14.1. Ocena ryzyka interakcji pomiędzy lekami a składnikami diety.......................259
15. Nutrigenomika – indywidualizacja diety....................................................................260
16. Kosmeceutyki – produkty kosmetyczne o działaniu leczniczym..............................264
16.1. Składniki bioaktywne kosmeceutyków...........................................................266
5
1. WSTĘP

Od początku XX wieku najważniejszym podmiotem w naukach medycznych jest
człowiek w ujęciu holistycznym, czyli uwzględniającym jego harmonijny rozwój fizycz-
ny, umysłowy i społeczny. Pierwsza definicja zdrowia przyjęta w 1948 r. przez Świato-
wą Organizację Zdrowia (WHO) jest definicją obowiązującą do czasów współczesnych,
choć postęp wiedzy w zakresie nauk medycznych i biologicznych spowodował jej kolej-
ne modyfikacje – „Zdrowie to pełen dobrostan fizyczny, psychiczny i społeczny, a nie
wyłącznie brak choroby, bądź niedomagania”. Współcześnie definicja zdrowia podkre-
śla wpływ czynników środowiskowych i genetycznych uwarunkowań w etiologii wielu
schorzeń. Prawidłowy rozwój człowieka i zachowanie zdrowia zależy od:
• środowiska naturalnego (powietrze, woda, gleba i żywność);
• stylu życia (sposobu żywienia, aktywność fizyczna i warunki bytowania);
• czynników genetycznych;
• opieki medycznej.

Rozwój cywilizacji, który przyniósł wiele pozytywnych skutków zdrowotnych, ta-
kich jak wzrost średniej długości życia ludzi, spowodował jednocześnie nasilenie wielu
czynników ryzyka, jak zanieczyszczenie środowiska, osiadły tryb życia, otyłość, rozpad
więzi społecznych, rozpowszechnienie się toksykomani, i in. Redukowanie tych czynni-
ków jest ważnym elementem programów promocji zdrowia.
Tradycyjnymi czynnikami środowiskowymi, które podejrzewa się o wpływ na po-
wstawanie wrodzonych wad rozwojowych i wzrostu zachorowalności na tzw. choroby
cywilizacyjne są: promieniowanie radioaktywne, skażenie środowiska, infekcje, podawanie
leków oraz czynniki społeczno - ekonomiczne. Obecnie, za najlepiej udokumentowany i
poznany środowiskowy czynnik ryzyka zachorowań uważa się niepełnowartościowe
żywienie. Bezpieczeństwo produktu i jego aspekty zdrowotne stanowią ważne cechy
jakościowe, odnoszą się do składu żywności oraz diety, natomiast bezpieczeństwo okre-
śla wymagania, według których produkt musi być „wolny” od zagrożeń z dopuszczal-
nym ryzykiem.
Bromatologia (grec. broma – pokarm, logos – nauka), to nauka stosowana zajmująca
się jakością zdrowotną żywności. Przedmiotem oceny bromatologicznej produktów
spożywczych i pokarmu są badania składu chemicznego, strawności, przyswajalności,
wartości odżywczej, higieny produkcji, przetwórstwa i przechowalnictwa oraz oddzia-
ływania prozdrowotnego żywności, czyli oceny wpływu żywności i sposobu odżywiania
na zdrowie człowieka.
Różnorodność wytwarzanej żywności jest istotna z żywieniowego i pro-
zdrowotnego punktu widzenia, pozwala na stosowanie diety urozmaiconej i zbilansowa-
nej. Stosowane obecnie nowe technologie wytwarzania żywności, pojawienie się na
rynku zupełnie nowych produktów spożywczych tj. suplementów diety, żywności wzbo-
gacanej witaminami i biopierwiastkami - to główne czynniki generujące rozwój nowo-
czesnych metod instrumentalnych stosowanych w analizie żywności.
Badania analityczne żywności, w tym wprowadzanie nowych metod umożliwiają-
cych określenie zawartości składników odżywczych, substancji celowo dodawanych
oraz zanieczyszczeń środowiskowych i produkcyjnych mają szczególne znaczenie nie
tylko w naukach o żywności i żywieniu człowieka, lecz również w praktyce, zarówno
klinicznej jak i w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym.
6 A. Lebiedzińska
Bromatologia odznacza się wśród uniwersyteckich placówek badawczo-
dydaktycznych zajmujących się żywnością i żywieniem ludzi zdrowych i chorych zakre-
sem realizowanych zagadnień. Oprócz badań dotyczących składu żywności i wpływu
żywienia na zdrowie człowieka wyszła naprzeciw potrzebom realizacji zadań związa-
nych z problematyką interakcji pomiędzy składnikami żywności i suplementami diety, a
lekami. Ranga nauk żywieniowych jest tak duża, że są wykładane na wielu uczelniach
wyższych takich, jak uniwersytety medyczne (wydziały farmaceutyczne, lekarskie i
zdrowia publicznego), ekonomiczne oraz w akademiach rolniczych i wychowania fi-
zycznego.
Skrypt do ćwiczeń i zajęć fakultatywnych został opracowany dla studentów
Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego.

Anna Lebiedzińska
7
2. ŻYWIENIOWE POTRZEBY CZŁOWIEKA

Jakub Czaja, Anna Lebiedzińska

Prawidłowy rozwój, sprawność fizyczna i umysłowa oraz stan zdrowia człowieka w
znacznej mierze zależy od stylu życia, tzn. od sposobu żywienia i jakości zdrowotnej
diety. Fizjologia żywienia wciąż dostarcza nam nowych, ciekawych informacji na temat
roli różnych składników pokarmowych w procesie przemian metabolicznych, ich wza-
jemnego oddziaływania, oraz wpływu na kształtowanie wydolności organizmu, stanu
naszego zdrowia, witalności i ogólnego samopoczucia.
We współczesnej nauce o żywieniu wymienia się kilkadziesiąt składników odżyw-
czych, które wraz z pożywieniem powinny być dostarczone w odpowiednich ilościach i
proporcjach. Od nich zależy przebieg i ukierunkowanie procesów metabolicznych. Po-
karm człowieka to substancje chemiczne produktów pochodzenia roślinnego, zwierzęce-
go, jak również grzyby, pierwotniaki i bakterie, które oprócz wartości odżywczej od-
grywają pewną rolę w procesach trawienia, przyswajania i przygotowywania pokarmu.
Prawidłowe żywienie to regularne spożywanie takich pokarmów, które dostarczają orga-
nizmowi optymalnych ilości energii i zalecanych składników odżywczych we właści-
wych proporcjach i z odpowiednią częstotliwością.
Pożywienie powinno być dostosowane do rzeczywistych potrzeb organizmu, z
uwzględnieniem wieku, płci, stanów fizjologicznych, takich jak ciąża i laktacja oraz
rodzaju wykonywanej pracy. Aby spożyta energia została właściwie wykorzystana,
człowiek powinien wykazywać się określoną aktywnością fizyczną, która zapobiega
nadwadze i otyłości, a także pozwala lepiej przystosować organizm do różnorodnych
warunków środowiskowych, które na nas ciągle oddziaływują.

SKŁADNIKI ODŻYWCZE POKARMU

Wartość odżywcza żywności - to przydatność produktów spożywczych i całodzien-
nych racji pokarmowych do pokrycia potrzeb organizmu związanych z jego przemiana-
mi metabolicznymi. W celu zachowania prawidłowych procesów życiowych organizm
człowieka potrzebuje stałego dostarczania mu związków organicznych i nieorganicz-
nych. Składniki odżywcze pokarmu ze względu na swoją budowę chemiczną możemy
podzielić na: białka, tłuszcze, węglowodany, witaminy, składniki mineralne i wodę.
Uwzględniając pełnione funkcje w organizmie człowieka rozróżniamy następujące
składniki pokarmowe:
• dostarczające energię – węglowodany, tłuszcze i białka
• budulcowe – białka, składniki mineralne i tłuszcze
• regulacyjne – witaminy, składniki mineralne, białka, błonnik pokarmowy i inne
związki biologicznie czynne (np. polifenole)

Pobierane z pożywieniem składniki odżywcze uwalniane są w przewodzie pokar-
mowym podczas procesów trawienia i wchłaniania, a następnie przechodzą do krwi,
gdzie przyswajane są przez komórki ustrojowe. Aby organizm ludzki mógł prawidłowo
funkcjonować, należy mu dostarczyć związki odżywcze w odpowiednich ilościach i
proporcjach. Od nich zależy przebieg i ukierunkowanie procesów metabolicznych.
8 J. Czaja, A. Lebiedzińska
W celu utrzymania prawidłowych procesów przemiany materii należy przyjmować z
pożywieniem określoną ilość wody, która ułatwia transport składników pokarmowych
do wszystkich komórek organizmu oraz pomaga wydalać niepotrzebne produkty prze-
miany materii.

METODY OCENY WYDATKÓW ENERGETYCZNYCH CZŁOWIEKA

Funkcjonowanie organizmu ludzkiego jest nierozerwalnie związane z energią. W
przeciwieństwie do roślin, zwierzęta nie są zdolne asymilacji energii słonecznej, dlatego
też muszą spożywać pokarm stanowiący źródło substratów energetycznych, które w
wyniku procesów spalania dostarczają energii niezbędnej do ich istnienia.
Energia jako wielkość fizyczna opisuje zdolność do wykonywania pracy i/lub zdol-
ność do spowodowania przepływu ciepła. Z fizjologicznego punktu widzenia energia (E)
oznacza zdolność organizmu do wykonywania pracy i jest wyrażona jako iloczyn siły (F)
i drogi (d):

E = F ⋅ d

Energię wyraża się w dżulach (J) lub kaloriach (cal).

Kaloria to ilość energii (ciepła), która jest potrzebna do ogrzania 1 g czystej che-
micznie wody pod ciśnieniem 1 atmosfery o jeden stopień Celsjusza (od 14,5ºC do
15,5ºC).
Dżul to ilość energii, która musi być przyłożona, aby przesunąć ciało o masie 1 g z
prędkością 1 m/s. Dżul jest jednostką SI stosowaną w międzynarodowym systemie me-
trycznym. Kaloria jest jednostką ciepła. Obie jednostki mogą być stosowane zamiennie:

1 J = 0,2388 cal

1 cal = 4,1868 J

Jeden dżul oraz jedna kaloria są jednostkami charakteryzującymi procesy niskoener-
getyczne, stąd powszechnie używa się jednostek takich jak kilodżule lub kilokalorie. W
języku potocznym niepoprawnie operuje się terminem „kaloria” w rozumieniu kilokalo-
rii.
Określenie wydatku energetycznego człowieka umożliwia zachowanie właściwego
bilansu energetycznego. Metody pomiaru wydatku energetycznego pozwalają określić
natężenie podstawowej przemiany materii (PPM), jak również wydatek energetyczny
towarzyszący wykonywaniu różnorodnych czynności.

Wyróżniamy trzy główne grupy metod umożliwiające wyznaczenie wydatku energe-
tycznego:
• Kalorymetria bezpośrednia,
• Kalorymetria pośrednia,
• Metody niekalorymetryczne.
2. Żywieniowe potrzeby człowieka 9
Metody kalorymetrii bezpośredniej oparte są na założeniu, iż wszystkie procesy
biochemiczne przebiegają z wytwarzaniem ciepła. Założenie to dotyczy zarówno proce-
sów potrzebnych do utrzymania funkcji podstawowych narządów, jak również procesów
energetycznych umożliwiających wykonanie pracy mięśniowej. Pomiaru wydatku ener-
getycznego dokonuje się w specjalnych komorach o pojemności do 10 m3 wyposażo-
nych w system wężownic, przez które przepływa woda o znanej objętości i temperaturze
(rycina 1). Woda absorbuje ciepło wypromieniowywane przez osobę znajdującą się w
komorze zmieniając swoją temperaturę proporcjonalnie do ilości wydatkowanej energii
cieplnej. Ponadto, w komorze zainstalowany jest system recyrkulacji powietrza, w któ-
rym zestaw filtrów absorbuje wydalany dwutlenek węgla. Następnie oczyszczone po-
wietrze wraca z powrotem do pomieszczenia po uprzednim dotlenieniu, co zapobiega
utracie ciepła wraz z wydalanymi gazami.
Komory mogą również być wyposażone w przedmioty użytku codziennego, przy-
rządy do ćwiczeń, itp., ale wówczas w obliczeniach należy uwzględnić ciepło wypro-
mieniowane przez same urządzenia.

Rycina 1. Schemat komory kalorymetrycznej [11]

Do zalet kalorymetrii bezpośredniej należy zaliczyć dobrą dokładność, precyzję i
czułość metody, jak również fakt, iż w sposób bezpośredni mierzy wydatek energetycz-
ny. Wadą metody jest konieczność przeprowadzania dość skomplikowanych obliczeń,
kosztochłonność oraz fakt, iż nie oddaje ona warunków naturalnych. Nie dostarcza rów-
nież informacji o substratach energetycznych.

Metody kolorymetrii pośredniej polegają na założeniu, iż energia uzyskiwana jest
na skutek utleniania substancji odżywczych, w wyniku czego powstają cząsteczki dwu-
tlenku węgla i wody w ilości proporcjonalnej do wydatkowanej energii.

SUBSTRAT + O → CO + H O + CIEPŁO
2 2 2

1 kJ energii → 50 mL O2
1 kcal energii → 207 mL O2
22,2 kJ (4,82 kcal) → 1000 mL O2
10 J. Czaja, A. Lebiedzińska
Stosunek objętości wydzielonego CO do zużytej objętości O określa się mianem
2 2
współczynnika oddechowego WO (RQ – ang. respiratory quotient) przyjmującego różne
wartości w zależności od rodzaju spalanego substratu, np.: dla cukrów wynosi on ok.
0,99: dla tłuszczów 0,71, a dla białek 0,80.
W warunkach standardowych (0 °C, 760 mmHg, niska wilgotność) można obliczyć
wydatek energetyczny na minutę wg wzoru:

WE (kJ/min) = 20,2⋅VO
2

Podczas badania przebiegającego przez dłuższy okres czasu, na podstawie zmierzo-
nych parametrów poboru tlenu i wydalania dwutlenku węgla oraz ilości azotu wydalane-
go wraz z moczem, ilość wydatkowanej energii oblicza się wykorzystując m.in. wzór
Elie i Libseya:
WE (kJ/min) = 15,91 ⋅ VO (L/min) + 52,07 ⋅ VCO (L/min) – 4,646 ⋅ N wydalony (g/min)
2 2 2
gdzie:
VO – objętość pobranego tlenu
2
VCO – objętość wydalonego dwutlenku węgla
2

Pomiary z zastosowaniem kalorymetrii pośredniej dokonuje się wykorzystując spe-
cjalne systemy zamknięte różnej wielkości dokonujące pomiarów parametrów oddecho-
wych. Do systemów zamkniętych zalicza się m.in. komory respiracyjne (rycina 2) spi-
rometrię w zamkniętym obiegu (rycina 3), worki Douglasa (rycina 4) oraz systemy „bre-
ath by breath”. Wszystkie wymienione techniki dokonują pomiarów objętości zużywa-
nego tlenu oraz objętości produkowanego dwutlenku węgla.

Rycina 2. Komora oddechowa [11]