Хорошо известно, что неспелые ябло­ки, груши, сливы и другие плоды жёст­кие и кислые на вкус. Созревая, они постепенно становятся мягче и слаще. Отчего же это происходит?

Кислый вкус плода объясняется тем, что в его состав входят органиче­ские кислоты — яблочная, винная и ли­монная. По мере созревания концен­трация этих веществ понижается: они расходуются в процессе дыхания рас­тения, окисляясь до углекислого газа и выделяя энергию, необходимую для жизнедеятельности плода. Фрукты ста­новятся слаще и за счёт того, что в них увеличивается содержание глюкозы, образующейся при распаде (гидролизе) крахмала.

В клетках плодов много пектиновых веществ — высокомолекулярных со­единений, построенных из остатков галактуроновой кислоты (производного галактозы) или её эфиров.

По мере созревания (а также при хранении) под действием ферментов связи между отдельными молекулами галактуроновой кислоты разрываются, пектиновые вещества переходят в водорастворимую форму — и плод становится более рыхлым и мягким. Сход­ные процессы протекают и при варке овощей и фруктов.

Пектиновые вещества легко образу­ют студенистые растворы (гели), особен­но при нагревании в присутствии угле­водов, например, когда варят варенье, готовят джем и мармелад. При этом пектиновые вещества из фруктов пере­ходят в раствор, который постепенно загустевает. В получившемся геле моле­кулы пектина образуют пространствен­ную трёхмерную сетку. Её пустоты за­полняет вода с растворёнными в ней веществами (сахарами, минеральными солями). В кондитерской промышленно­сти для производства джемов использу­ют пектины, специально выделенные из лимонных корок или яблок.

У спелого плода и окраска ярче, чем у незрелого. Это связано с тем, что в процессе созревания активность не­которых ферментов, ответственных за синтез красителей (каротинов, антоцианов), повышается.

Из сладких веществ, несомненно, са­мое известное — обыкновенный пище­вой сахар (сахароза). В наши дни две трети его мирового производства (бо­лее 60 млн. тонн) — это тростниковый сахар, тогда как на долю продукта из сахарной свёклы приходится пример­но 35 млн. тонн. Рафинированная (99,9-процентная) сахароза — одно из самых многотоннажных чистых орга­нических соединений, выпускаемых промышленностью. А головой урожай сахарного тростника — около 1 млрд. тонн (!) — значительно превышает объём заготовок любой другой сель­скохозяйственной культуры.

Сахарозу используют как стандарт при сравнении различных сладких веществ, которых известно великое множество. Обычно поступают так: го­товят сладкий раствор известной кон­центрации, а затем разбавляют его во­дой до тех пор, пока не перестанет чувствоваться сладковатый привкус. Одного человека для таких испытаний недостаточно — ведь вкусовая чувствительность у разных людей неодина­кова, поэтому определяют усреднён­ные данные, обобщая показатели чле­нов специальной комиссии экспертов. Опытный дегустатор чувствует присут­ствие сахарозы в воде при очень малой концентрации — около 10 ммоль/л, или примерно 0,35 г/л. Интересно, что та­кие сластёны, как пчёлы, в тысячи раз менее чувствительны к сахару, чем че­ловек: они не считают сладким даже раствор, в литре которого 20 г сахара (т. е. двухпроцентный). Этот странный на первый взгляд факт, становится понятным, если учесть, что в цветоч­ном нектаре сахаров куда больше — от 40 до 70 %. И пчела просто не отвле­кается на малопитательные продукты. Фруктоза — самый сладкий из при­родных сахаров, она в 1,7 раза слаще сахарозы, а вот глюкоза, как оказалось, вопреки распространённому мнению, в 1,3 раза менее сладкая, чем обычный сахар. Если же химическим путём за­менить в молекуле сахарозы три гидроксильные группы на атомы хлора, по­лучится вещество, которое слаще сахарозы в 2000 раз!

Другой широко распространённый дисахарид — молочный сахар, или лактоза, содержится в молоке (4—5 %). Лактоза в 3 раза уступает сахарозе в сладости. В диетическом питании широ­кое распространение получили сорбит НОСН₂(СНОН)₄СН₂ОН (от лат. Sorbus aucuparia — «рябина») и ксилит НОСН₂(СНОН)₃СН₂ОН (от греч. «ксилон» — «дерево»). Восстановление глю­козы в сорбит осуществляется в про­мышленных масштабах при синтезе витамина С. Сладость сорбита в «саха­розных единицах» равна 0,5, тогда как у ксилита она в 4 раза выше. Ощущение сладкого вкуса от этих веществ сохра­няется дольше, чем от сахарозы, одно­временно они немного «холодят» язык. С химической точки зрения это, собст­венно, и не сахара' вовсе, а многоатом­ные спирты вроде глицерина. Вот почему для усвоения сорбита и ксили­та не требуется инсулин и их могут упо­треблять больные сахарным диабетом, организм которых не способен усваи­вать глюкозу. Применяют их в качестве подсластителей пиши и желающие похудеть: эти вещества малокалорийны.

Когда сахар нагревают выше температуры плавления (до 190 °С), он час­тично разлагается. При этом выделяется вода и образуется карамель. Это аморфная жёлто-бурая вязкая масса, застывающая при охлаждении. В про­цессе карамелизации часть молекул сахарозы распадается на глюкозу и фруктозу, которые в дальнейшем разлагаются:

Другая часть молекул вступает в реакции конденсации с образованием окрашенных продуктов (например, карамелена С₃₆Н₅₀О₂₅ярко-коричневого цвета). Иногда эти вещества добавляют в некоторые сорта сахара.

Сахароза (тростниковый сахар) была хорошо известна на Древнем Востоке. Её выделяли из сока сахар­ного тростника, который сгущали и с помощью молока осветляли, а за­тем промывали известковой водой или раствором золы. Примеси отде­лялись вместе с образующейся пе­ной. Сахарный сироп заливали в формы, он медленно кристаллизо­вался в них, превращаясь в большие куски сахара — сахарные головы. Родиной сахарного тростника считается Индия (слово «сахар» то­же «родом» из Индии: «сакхара» на языке одного из древних народов полуострова означало сначала про­сто «песок», а затем — «сахарный песок»). Из Индии это растение было вывезено в Египет и Персию; оттуда через Венецию сахар посту­пал в европейские страны. Долгое время он стоил очень дорого и считался роскошью. Поисками бо­лее доступных природных источни­ков сахара занимался немецкий хи­мик Андреас Сигизмунд Маргграф. В трактате, изданном в 1747 г., он описал свои опыты по получению сахара из свёклы. К концу XVIII в. в Германии вывели сорт свёклы с по­вышенным содержанием сахара — сахарную свёклу. В 1796—1802 гг.

ученик Маргграфа Франц Карл Ахард (1753—1821) разработал способ выделения сахара из свёклы, положивший начало производству сахара не из привозного тростника, а из местного сырья. Постепенно из дорогого лакомства сахар превра­тился в дешёвый и доступный каж­дому продукт питания.

Фруктоза была впервые выделе­на из «медовой воды» в 1792 г. рус­ским химиком Товием Егоровичем Ловицем, а глюкоза открыта в 1802 г. Химия полисахаридов полу­чила развитие после того, как в 1811 г. русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф впервые осуществил гидролиз крахмала.

Приготовление сахара в XVI в. Старинная гравюра.

В бескрайнем мире органических веществ есть соединения, о которых можно сказать, что они состоят из углерода и воды, т. е. имеют форму­лу С_n(Н₂О)_m. Они так и называются — углеводы.

Простейшие углеводы (моносаха­риды) с химической точки зрения представляют собой органические соединения, содержащие гидроксильные и карбонильные группы (альдегидоспирты, кетоспирты).

Из этих групп, как из отдельных звеньев, построены более сложные молекулы: дисахариды (с двумя моносахаридными фрагментами) и поли­сахариды (в их молекулах таких фрагментов больше двух). Состав дисахаридов и полисахаридов уже нель­зя выразить формулой C_n(Н₂О)_m, одна­ко по традиции их тоже относят к углеводам. Поскольку многие из них на вкус сладкие, этот класс веществ на­зывают ещё и сахарами.

Главная составная часть шоколада — масло, которое выделяют из какао-бобов. Плоды этого диковинного де­рева были завезены в Европу из Америки Христофором Колумбом. Ацтеки использовали их для приготовления особого напитка «чокоатль» («горькой воды»), отсюда и название «шоколад». Его употребляли в пишу с пер­цем. Испанские кондитеры уже в XVII в. научились го­товить и какао, и шоколад.

Сегодня плантации какао можно встретить не толь­ко в Америке, но также в Африке и Азии. Технология переработки плодов достаточно трудоёмка. Сначала высушенные на солнце какао-бобы очищают — поли­руют специальными машинами или ступнями ног (у на­родов островов Атлантического океана эта процедура получила название «танец какао»). В мельницах бобы истирают в порошок и прессуют его — так выделяют какао-масло. В среднем какао-бобы содержат 53—57% масла. Остаток от прессования, содержащий около 20 % масла, перерабатывают в какао-порошок. Полу­ченное какао-масло очищают и используют для произ­водства шоколада.

Роль жиров в питании часто пред­ставляют однобоко, считая их только поставщиками энергии. Однако они выполняют и другие функции. Жиры служат теплоизолятором, входят в состав клеточных компонентов, в том числе мембран, используются для синтеза очень важных для организма соединений — простагландинов, ко­торые принимают участие чуть ли ни во всех биологических процессах. Употребление пищи без жира ведёт к нарушениям деятельности централь­ной нервной системы, ослаблению иммунитета.

Жиры содержатся практически в любом продукте питания. В неболь­шом количестве они есть даже в кар­тофеле (0,4%) и хлебе (1—2%). В мо­локе обычно 2—3% жира, если оно специально не обезжирено, а вот в постном мясе — до 33%. Всё это так называемый скрытый жир, присутст­вующий в продукте в виде отдельных мельчайших частиц. К жирам же поч­ти в «чистом виде» относятся сало, сливочное и растительное масло, маргарин.

При длительном хранении жиры портятся — прогоркают: под действи­ем воздуха, света, микроорганизмов образуются свободные жирные кис­лоты и продукты их превращения, обычно с очень неприятным запахом и вкусом. Срок годности увеличивает­ся при низкой температуре и в при­сутствии консервантов — чаще всего это поваренная соль.

Физиологи установили, что при физической нагрузке, которая в 10 раз пре­вышает привычную, человек, соблюдающий жировую диету, лишается сил уже через полтора часа. А вот углеводная диета позволяет выдержать та­кую же нагрузку в течение четырёх часов. Оказывается, получение орга­низмом энергии из жиров — процесс длительный. Это объясняется малой реакционной способностью жиров, особенно их углеводородных цепей. Углеводы же, хотя и дают меньше энергии, чем жиры, однако выделяют её намного быстрее. Поэтому, если предстоит основательная физическая на­грузка, предпочтительнее подкрепиться сладким, а не жирным.

Известно, что верблюд в состоянии прожить без питья до полу­тора месяцев. Воду в это время он «добывает» за счёт постепен­ного окисления содержащихся в горбах запасов жира, которые могут достигать 120 кг. Если считать, что жир состоит из эфи­ра глицерина и самой распространённой жирной кислоты — сте­ариновой, то при полном его окислении выделится 133 кг воды: 2С₅₇Н₁₁₀О₆+163О₂=114СО₂+110Н₂О! При этом верблюды получают много энергии, вот почему они очень выносливы. Кста­ти, и для человека ограничение в питье (конечно, в разумных пре­делах) — один из эффективных способов избавиться от излиш­него жира, который будет окисляться, стремясь восполнить недостаток воды в организме.

Учёные долго не могли понять, как же усваиваются организмом жиры. В 60-х гг. XX в. сотрудники американ­ской фирмы Procter & Gamble Фред Матсон и Роберт Волпенхейм устано­вили, что жиры в пищеварительном тракте гидролизуются, но не до кон­ца. Две крайние эфирные связи в мо­лекуле триглицерида расщепляются под действием воды, а центральная остаётся неизменной. Гидролиз начи­нается уже в желудке под влиянием содержащегося в слюне фермента ли­пазы (от греч. «липос» — «жир»), кото­рого особенно много у маленьких де­тей. Затем в дело вступает липаза, вырабатываемая поджелудочной же­лезой. Из желудка жир периодически выбрасывается в тонкий кишечник. Этот процесс регулируется продукта­ми гидролиза — моноглицеридами и жирными кислотами, которые из ки­шечника «сигнализируют» желудку, что пора пропустить очередную пор­цию жира или же, наоборот, задер­жать её в желудке, чтобы облегчить переваривание в кишечнике. Как по­даются эти сигналы, пока неясно. Длительное чувство сытости («полно­го желудка») после жирной пищи как раз и связано с замедленным перехо­дом жиров из желудка в кишечник.

Жиры наряду с белками и углеводами составляют основу питания человека. Они — самый эффективный источ­ник энергии: 1 г жиров при полном окислении в клетках организма даёт 9,5 ккал (40 кДж) энергии. Это вдвое больше, чем можно получить из бел­ков или углеводов. Для сравнения: сгорание 1 г бензина даёт 42 кДж, 1 г каменного угля — 31 кДж, 1 г сухой древесины — 15 кДж. Так что жир по праву следует считать высококало­рийным «топливом». Оно расходует­ся преимущественно для поддержания нормальной температуры нашего те­ла, а также на работу различных мышц. Даже когда человек спит, ему на покрытие энергетических расхо­дов (так называемый основной об­мен) каждый час требуется около

350 кДж энергии; примерно такова же мощность электрической 100-ваттной лампочки.

Жирная пища с незапамятных вре­мён ассоциировалась с богатством и благополучием. В Библии она упоми­нается под названием «тук», причём нередко в иносказательном смысле — для обозначения отборных продук­тов. «...Я дам вам лучшее в земле Еги­петской, — говорит фараон Иоси­фу, — и вы будете есть тук земли» (Быт. 45.18). На средневековых пирах основным блюдом было жирное мя­со. Согласно словарю В. И. Даля, на Руси тучными называли упитанных, здоровых людей, а также обильные, плодоносные поля и луга. На кар­тинах Рубенса можно видеть мно­жество тучных фигур, в XVII в. оли­цетворявших красоту, богатство и благополучие. Прошло время, и вку­сы изменились: на пороге XXI столе­тия эталоном красоты и здоровья служат не тучные, как сотни лет на­зад, а стройные спортивные фигуры.

Знакомый каждому из нас маргарин получил своё название от греческого слова «маргарон» — жемчуг. Приду­мал его химик Мишель Эжен Шеврёль, а произошло это более чем за 50 лет до получения маргарина. Работая с са­мыми разнообразными жирами — от козьего сала до тюленьего жира, учёный смог выделить новые химиче­ские соединения — монокарбоновые (жирные) кислоты, которым сразу же давал названия. Иные из них не при­жились, но некоторые — например, олеиновая, стеариновая — стали общепризнанными.

В самом начале работы над жирами Шеврёль выделил из свиного сала кис­лоту, которую назвал маргариновой (вероятно, вещество в виде шариков на­помнило ему о жемчуге). Авторитет учёного был настолько велик, что поч­ти полвека никто не ставил под сомне­ние результаты его исследований. Мар­гариновую кислоту рассматривали как одну из самых распространённых в природе жирных кислот. При этом считалось, что её формула С₁₆Н₃₃СООН. Но когда в 1857 г. кислоту с таким со­ставом синтезировали в лаборатории, то обнаружилось, что она отличается от «маргариновой кислоты» Шеврёля. К ней на десятки лет потеряли интерес: кому нужна искусственно полученная в малых количествах кислота, когда по­добные ей можно извлекать тысячами тонн из природных жиров.