Введение

Вещества, потребляемые для питания, – пища для всех организмов.

Пища – это любое вещество, потребляемое организмом для обеспечения питательной поддержки. Пища обычно имеет растительное, животное или грибное происхождение и содержит необходимые питательные вещества, такие как углеводы, жиры, белки, витамины или минералы. Это вещество поглощается организмом и усваивается его клетками для обеспечения энергией, поддержания жизни или стимуляции роста. Различные виды животных демонстрируют различные модели питания, удовлетворяющие потребности их метаболизма и эволюционировавшие для занятия определенной экологической ниши в конкретных географических условиях. Всеядные люди обладают высокой адаптивностью и приспособились к добыче пищи в различных экосистемах. Как правило, люди используют приготовление пищи для подготовки еды к употреблению. Большая часть необходимой пищевой энергии обеспечивается промышленной пищевой промышленностью, которая производит продукты питания посредством интенсивного сельского хозяйства и распространяет их через сложные системы переработки и распределения продуктов питания. Эта система традиционного сельского хозяйства сильно зависит от ископаемого топлива, что делает продовольственные и сельскохозяйственные системы одним из основных факторов изменения климата, на долю которых приходится до 37% от общего объема выбросов парниковых газов. Продовольственная система оказывает значительное влияние на широкий спектр социальных и политических вопросов, включая устойчивое развитие, биологическое разнообразие, экономику, рост населения, водоснабжение и продовольственную безопасность. Безопасность пищевых продуктов и продовольственная безопасность контролируются международными организациями, такими как Международная ассоциация по защите пищевых продуктов, Институт мировых ресурсов, Всемирная продовольственная программа, Продовольственная и сельскохозяйственная организация и Международный совет по продовольственной информации.

Определение и классификация

Пища — это любое вещество, потребляемое для обеспечения питательной поддержки и энергии организма. Растения, водоросли и некоторые микроорганизмы используют фотосинтез для создания части собственных питательных веществ. Вода содержится во многих продуктах питания и сама по себе может рассматриваться как пища. Вода и клетчатка имеют низкую энергетическую ценность, или калорийность, в то время как жир является наиболее энергетически плотным компонентом. Некоторые неорганические (непищевые) элементы также необходимы для функционирования растений и животных. Пищу для человека можно классифицировать различными способами, в зависимости от состава или способа обработки. Количество и состав групп продуктов питания могут варьироваться. Большинство систем включает четыре основные группы, описывающие их происхождение и относительную питательную функцию: овощи и фрукты, злаки и хлеб, молочные продукты и мясо. Исследования качества питания группируют продукты в цельнозерновые/злаки, рафинированные зерна/злаки, овощи, фрукты, орехи, бобовые, яйца, молочные продукты, рыбу, красное мясо, переработанное мясо и напитки, подслащенные сахаром. Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) используют систему с девятнадцатью классификациями продуктов питания: злаки, корнеплоды, бобовые и орехи, молоко, яйца, рыба и морепродукты, мясо, насекомые, овощи, фрукты, жиры и масла, сладости и сахар, специи и приправы, напитки, продукты для диетического питания, пищевые добавки, сложные блюда и соленые закуски.

Источники пищи

В данной экосистеме пища образует сеть взаимосвязанных цепей с первичными продуцентами в основании и высшими хищниками на вершине. Другие элементы этой сети включают детритофагов (питающихся детритом) и декомпозеров (разлагающих мертвые организмы). Первичными консументами являются травоядные, потребляющие растения, а вторичными консументами – хищники, питающиеся этими травоядными. Рацион некоторых организмов, включая большинство млекопитающих и птиц, состоит как из животных, так и из растений, и они считаются всеядными. Цепь завершается высшими хищниками – животными, не имеющими известных хищников в данной экосистеме. Люди считаются высшими хищниками. Люди – всеядны и питаются овощами, фруктами, приготовленным мясом, молоком, яйцами, грибами и морскими водорослями. На кукурузу (маис), пшеницу и рис приходится 87% всего мирового производства зерновых. Немного более половины мирового урожая используется для питания людей (55%), 36% выращивается в качестве корма для животных, а 9% – для производства биотоплива. Грибы и бактерии также используются в приготовлении ферментированных продуктов, таких как хлеб, вино, сыр и йогурт.

Фотосинтез

Во время фотосинтеза энергия солнца поглощается и используется для превращения воды и углекислого газа из воздуха или почвы в кислород и глюкозу. Затем кислород высвобождается, а глюкоза запасается в качестве энергетического резерва. Фотосинтезирующие растения, водоросли и некоторые бактерии часто представляют собой основу пищевых цепей, что делает фотосинтез основным источником энергии и пищи для почти всей жизни на Земле. Растения также поглощают важные питательные вещества и минералы из воздуха, природных вод и почвы. Углерод, кислород и водород поглощаются из воздуха или воды и являются основными питательными веществами, необходимыми для выживания растений. Три основных питательных вещества, поглощаемых из почвы для роста растений, – это азот, фосфор и калий, а также другие важные питательные вещества, включая кальций, серу, магний, железо, бор, хлор, марганец, цинк, медь, молибден и никель. Бактерии служат источником пищи для простейших, которые, в свою очередь, служат пищей для других организмов, таких как мелкие беспозвоночные. Другие организмы, питающиеся бактериями, включают нематод, трубчатых червей, моллюсков и некоторые виды улиток. В морской среде планктон (включающий бактерии, археи, водоросли, простейшие и микроскопические грибы) является важнейшим источником пищи для многих мелких и крупных водных организмов. Без бактерий жизнь едва ли могла бы существовать, поскольку они преобразуют атмосферный азот в питательный аммиак. Аммиак является предшественником белков, нуклеиновых кислот и большинства витаминов. С момента появления промышленного процесса фиксации азота, процесса Габера-Боша, большая часть аммиака в мире производится искусственно.

Растения

Растения как источник пищи делятся на семена, фрукты, овощи, бобовые, зерновые и орехи. К каким категориям относятся те или иные растения, может варьироваться: ботанически фрукты, такие как помидоры, кабачки, перец и баклажаны, или семена, например, горох, часто рассматриваются как овощи. Пища считается фруктом, если съедобная часть происходит из репродуктивных тканей, поэтому семена, орехи и зерновые технически являются фруктами. С кулинарной точки зрения, фрукты обычно определяются как остатки ботанически определенных фруктов после удаления зерновых, орехов, семян и фруктов, используемых в качестве овощей, а также бобовых, принадлежащих к семейству Fabaceae (бобовые). Цельнозерновые продукты содержат все компоненты исходного зерна (отруби, зародыш и эндосперм). Орехи – это сухие фрукты, отличающиеся наличием древесной скорлупы. Мясистые фрукты (в отличие от сухих, таких как зерно, семена и орехи) подразделяются на косточковые (вишня, персик), яблочные (яблоки, груши), ягоды (ежевика, клубника), цитрусовые (апельсины, лимон), дыни (арбуз, дыня), средиземноморские (виноград, инжир) и тропические (банан, ананас). Также выделяют корнеплоды (картофель, морковь), луковичные (семейство луковых), цветковые (цветная капуста, брокколи), листовые (шпинат, салат) и стеблевые овощи (сельдерей, спаржа). Они богаты калием, пищевыми волокнами, фолиевой кислотой и витаминами, при этом содержат мало жиров и калорий. Зерновые в основном состоят из крахмала. Сложные химические взаимодействия могут усиливать или ослаблять биодоступность определенных питательных веществ. Фитаты могут препятствовать высвобождению некоторых сахаров и витаминов. Существуют поедатели листьев, а также поедатели побегов – фоливары (панда) и ксилофаги (термиты), питающиеся древесиной. Фругиворами являются разнообразные виды, от кольчатых червей до слонов, шимпанзе и многих птиц. Около 182 видов рыб потребляют семена или плоды. Животные (домашние и дикие) используют множество видов трав, адаптированных к различным условиям, в качестве основного источника питательных веществ. Люди употребляют в пищу тысячи видов растений; возможно, существует до 75 000 съедобных видов цветковых растений, из которых около 7000 часто употребляются в пищу. Из растений получают хлеб, макаронные изделия, крупы, соки и варенье, а также извлекают сырые ингредиенты, такие как сахар, травы, специи и масла. Многие растения и животные соэволюционировали таким образом, что плоды служат хорошим источником питания для животных, которые затем распространяют семена, способствуя их расселению. Даже поедание семян может быть взаимовыгодным, поскольку некоторые семена способны выживать в процессе пищеварения. Насекомые являются основными поедателями семян, а муравьи – главными распространителями. Птицы, хотя и являются важными распространителями, редко питаются семенами, и их можно узнать по мощному клюву, предназначенному для раскалывания семенной оболочки. Млекопитающие употребляют в пищу более широкий спектр семян, поскольку способны раздавливать более твердые и крупные семена зубами.

Животные

Животные используются в пищу как напрямую, так и косвенно. Это включает в себя мясо, яйца, морепродукты и молочные продукты, такие как молоко и сыр. Они являются важным источником белка и считаются полноценными белками для человека, поскольку содержат все незаменимые аминокислоты, необходимые организму. Один стейк, куриная грудка или свиная отбивная содержат примерно 30 граммов белка. В одном большом яйце содержится 7 граммов белка. В порции сыра содержится около 15 граммов белка. А в одном стакане молока – около 8 граммов белка.

Вкус

У животных, особенно у людей, обычно выделяют пять различных типов вкусов: сладкий, кислый, солёный, горький и умами. Различные вкусы важны для различения продуктов, полезных с точки зрения питания, и тех, которые могут содержать вредные токсины. В процессе эволюции вкусы, обеспечивающие наибольшее количество энергии, стали наиболее приятными, в то время как другие – менее, хотя люди, в частности, могут выработать предпочтение к некоторым веществам, которые изначально кажутся неприятными. Сладость почти всегда вызвана простыми сахарами, такими как глюкоза или фруктоза, или дисахаридами, например, сахарозой – молекулой, состоящей из глюкозы и фруктозы. Кислый вкус обусловлен кислотами, такими как уксус в алкогольных напитках. К кислым продуктам относятся цитрусовые, в частности, лимоны и лаймы. Кислый вкус имеет эволюционное значение, поскольку может сигнализировать о том, что продукт испортился из-за бактерий. Солёность – это вкус ионов щелочных металлов, таких как натрий и калий. Он присутствует почти во всех продуктах в небольших или умеренных количествах, усиливая вкус. Горький вкус – это ощущение, которое считается неприятным и характеризуется резким, жгучим привкусом. Известно, что несладкий тёмный шоколад, кофеин, лимонная цедра и некоторые фрукты имеют горький вкус. Умами, обычно описываемый как пикантный, является индикатором наличия белков и характерен для бульонов и приготовленного мяса. К продуктам с выраженным вкусом умами относятся сыр, мясо и грибы. В то время как вкусовые сосочки у большинства животных расположены во рту, у некоторых насекомых вкусовые рецепторы находятся на ногах, а у некоторых рыб – по всему телу. У собак, кошек и птиц относительно мало вкусовых сосочков (у куриц около 30), у взрослых людей их от 2000 до 4000, а у сомов может быть более миллиона.

Пищеварение

Пища расщепляется на питательные вещества в процессе пищеварения. Правильное пищеварение включает в себя механические процессы (жевание, перистальтика) и химические процессы (пищеварительные ферменты и микроорганизмы). Пищеварительные системы травоядных и плотоядных значительно различаются, поскольку растительная пища труднее переваривается. Пасть хищников приспособлена для разрывания и укусов, в отличие от измельчающего действия, характерного для травоядных. Однако у травоядных относительно более длинные пищеварительные тракты и большие желудки, что способствует перевариванию целлюлозы, содержащейся в растениях.

Безопасность пищевых продуктов

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), около 600 миллионов человек во всем мире ежегодно заболевают, а 420 000 умирают в результате употребления зараженной пищи. Диарея – наиболее часто встречающееся заболевание, вызванное употреблением загрязненной пищи, с примерно 550 миллионами случаев и 230 000 смертей от диареи каждый год. На детей в возрасте до пяти лет приходится 40% бремени заболеваний, связанных с пищевыми продуктами, и ежегодно от них умирают 125 000 человек. В отчете Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) за 2003 год было заключено, что около 30% зарегистрированных вспышек пищевого отравления в Европейском регионе ВОЗ происходят в частных домах. По данным ВОЗ и CDC, только в США ежегодно регистрируется 76 миллионов случаев заболеваний, передающихся через пищу, приводящих к 325 000 госпитализаций и 5 000 смертей. В период с 2011 по 2016 год в среднем ежегодно регистрировалось 668 673 случая заболеваний, связанных с пищевыми продуктами, и 21 смертельный исход. Кроме того, за этот период было зарегистрировано 1007 вспышек пищевого отравления, включающих 30 395 случаев отравления.