6 Минеральные вещества

Минеральные вещества составляют 0,7- 1,5 % съедобной части пищевых продуктов. Они не обладают энергетической ценностью, как белки, жиры и углеводы. Однако, без них жизнь человека невозможна. Опыты на животных показали, что исключение минеральных веществ из корма приводит к более быстрой гибели, чем полное голодание. Минеральные вещества выполняют разносторонние функции в организме:

1. как структурный компонент, они обеспечивают построение опорных тканей скелета (Ca, P, Mg);

2. обеспечивают поддержание необходимой осмотической среды клеток в крови, в которых протекают все обменные процессы ( Na, К);

3. участвуют в образовании пищеварительных соков ( Cl );

4. принимают участие в образовании гормонов ( I, Zn, Cu, );

5. в образовании переносчиков кислорода в организме (Fe, Cu);

6. входят в состав важных витаминов и ферментов ( Co ).

В зависимости от количества минеральных веществ в организме человека и пищевых продуктах их подразделяют на макро- и микроэлементы. Если массовая доля элемента в организме превышает 10 ^–2 %, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10^-3 –10 ^–5%. Если содержание элемента ниже 10 ^–5, его считают ультрамикроэлементом. К макроэлементам относят калий, натрий, кальций, магний, фосфор, хлор и серу. Они содержатся в количествах измеряемых сотнями и десятками миллиграммов на 100г тканей или пищевого продукта.

Микроэлементы входят в состав тканей организма в концентрациях, выражаемых десятками, сотыми и тысячными долями миллиграмма и являются необходимыми для его нормальной деятельности.

Микроэлементы условно делят на две группы: абсолютно или жизненно необходимые (кобальт, железо, медь, цинк, марганец, йод, бром, фтор) и, так называемые, вероятно необходимые (алюминий, стронций, молибден, селен, никель, ванадий и некоторые другие). Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если, при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма.

К наиболее дефицитным минеральным веществам в питании современного человека относятся кальций и железо, к избыточным – натрий и фосфор.

Недостаток или избыток в питании каких-либо минеральных веществ, вызывает нарушение обмена белков, жиров, углеводов, витаминов, что приводит к развитию заболеваний.

Макроэлементы.

Кальций это основной, структурный компонент костей и зубов, входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей; активирует деятельность ряда ферментов; участвует в поддержании ионного равновесия в организме; влияет на процессы происходящие в нервно-мышечной и сердечно- сосудистой системах.

Суточная потребность в кальции взрослого человека – 800 мг, детей и подростков – 1000 мг и более.

Кальций относится к трудноусваеваемым элементам. Поступающие в организм человека с пищей соединения кальция практически не растворимы в воде. Щелочная среда тонкого кишечника способствует образованию трудноусваеваемых соединений кальция, и лишь воздействие желчных кислот обеспечивает его всасывание. Усвоение кальция снижается при избытке в пище жиров, фосфора, магния. При избытке жиров возникает конкуренция за желчные кислоты, и значительная часть кальция выводится из организма. На всасывании кальция отрицательно сказывается избыток магния, рекомендуемое соотношение Са : Mg составляет 1 : 0,5.

При избытке фосфора образуются растворимые соли, которые извлекаются кровью из костной ткани, что может способствовать почечно-каменной болезни и ломкости стенок кровеносных сосудов. Соотношение кальция и фосфора в пище должно составлять 1:1,5.

Отрицательное влияние на усвоение кальция оказывает фитин и щавелевая кислота, образующие с кальцием нерастворимые соли.

При недостаточном потреблении кальция или при нарушении всасывания его в организме (при недостатке витамина D) у взрослых развивается остеопороз – деминерализация костной ткани, у детей развивается рахит.

Лучшими источниками кальция являются молоко и молочные продукты, сыры, творог, зеленый лук, петрушка.

Магний. Этот элемент необходим для активности ряда ферментов, обеспечивающих метаболизм организма участвует в регуляции функций нервной системы и мышцы сердца, участвует в формировании костей. Ежедневная потребность в магнии точно не определена; считают, что доза 200-300 мг/сут предотвращает появление недостаточности (предполагается, что всасывается около 30%).

Усвоению магния мешают наличие фитина и избыток жиров и кальция в пище.

При недостатке магния нарушается усвоение пищи, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций. У человека недостаток ионов магния, обусловленный характером питания, крайне маловероятен.

Магнием богаты в основном растительные продукты. Много его в пшеничных отрубях, крупах, бобовых, кураге, черносливе.

Калий. Около 90% калия находится внутри клеток. Он обеспечивает осмотическое давление; регулирует кислотно-щелочное равновесие; участвует в передаче нервных импульсов; в регуляции водно-солевого обмена; активирует работу ряда ферментов.

Суточная потребность в калии составляет 2000-4000 мг (2-4г).

Калий хорошо всасывается из кишечника, а избыток удаляется из организма с мочой. Он не является дефицитным нутриентом, и при разнообразном питании недостаточность калия не возникает.

Дефицит калия в организме появляется при нарушении функций нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем. В таких случаях назначается калиевая диета.

Большая часть калия поступает в организм с растительными продуктами. Богатыми источниками его являются курага, чернослив, изюм, картофель, бобовые.

Натрий. Натрий содержится в основном во внеклеточных жидкостях организма. Участвует в создании необходимой буферности крови, регуляции кровяного давления, водного обмена, активации пищеварительных ферментов.

Суточная потребность в натрии составляет приблизительно 1000 мг (1г). В основном ионы натрия поступают в организм за счет поваренной соли – NaCl. Этот нутриент легко всасывается из кишечника. Ионы натрия вызывают набухание коллоидов тканей, что обуславливает задержку воды в организме. При избыточном потреблении хлористого натрия ухудшается удаление растворимых в воде конечных продуктов обмена веществ через почки, кожу и другие выделительные органы. Задержка воды в организме осложняет деятельность сердечно-сосудистой системы, способствует повышению кровяного давления. Вместе с тем при работе в горячих цехах или жарком климате необходимо увеличивать количество натрия (в виде поваренной соли), чтобы компенсировать его потерю с потом и уменьшить потоотделение, отягощающее функцию сердца.

Натрий естественно присутствует во всех пищевых продуктах. Человек ежедневно потребляет до 15 г поваренной соли и столько же выделяет ее из организма. Это количество значительно превышает физиологически необходимое.

Содержание поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5 г в сутки. На выделение хлористого натрия из организма, влияет количество солей калия. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и усиливает выделение хлористого натрия, а, следовательно, и повышает потребность в нем.

Фосфор. Входит в состав всех тканей организма; принимает участие во всех процессах жизнедеятельности организма; синтезе и расщеплении веществ в клетках; входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов; необходим для образования АТФ.

Суточная потребность в фосфоре составляет – 1200 мг (1,2г). Она возрастает при больших физических и умственных нагрузках. При длительном дефиците фосфора в питании, организм использует собственный фосфор из костной ткани. Это приводит к деминерализации костей и нарушению их структуры – разрежению. При обеднении организма фосфором снижается умственная и физическая работоспособность, отмечается потеря аппетита, апатия.

Большое количество фосфора содержится в продуктах животного происхождения, особенно в печени, икре, рыбе, а также в зерновых и бобовых. Однако из растительных продуктов соединения фосфора усваиваются хуже.

Сера. Значение этого элемента в питании определяется, тем , что он входит в состав белков в виде серосодержащих аминокислот (метионина и цистина), а также является составной частью некоторых гормонов и витаминов. Серосодержащие аминокислоты, особенно в сочетании с витаминами С и Е, оказывают антиоксидантное действие. Наряду с цинком и кремнием сера определяет функциональное состояние волос и кожи.

Потребность в сере 400-600 мг в сутки удовлетворяется обычным суточным рационом.

Содержание серы обычно пропорционально содержанию белков в пищевых продуктах, поэтому ее больше в животных продуктах, чем в растительных.

Хлор. Этот элемент участвует в образовании желудочного сока, формировании плазмы, активизирует ряд ферментов.

Суточная потребность в хлоре составляет примерно 5000 мг (5 г). Основное количество его человек получает с поваренной солью.

Нарушения в обмене хлора ведут к развитию отеков, недостаточной секреции желудочного сока. Повышение его концентрации в крови наступает при обезвоживании организма и при нарушении выделительной функции почек.

Микроэлементы.

Железо. Этот элемент необходим для синтеза соединений, обеспечивающих дыхание, кроветворение; участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях; входит в состав клеток и ферментов.

Потребность человека в железе составляет 14 мг/сут и удовлетворяется обычным рационом. Однако при использовании в пище хлеба только их муки высшего сорта, содержащего мало железа, у городских жителей часто наблюдается дефицит железа.

Недостаток железа может привести к развитию анемии, нарушаются газообмен и клеточное дыхание.

Железо – широко распространенный элемент. Однако в легкоусваеваемой форме железо содержится только в мясных продуктах , печени, яичном желтке. Зерновые продукты, богатые фосфором и фитином, образуют с железом труднорастворимые соединения, и железо усваивается из них всего лишь на 10% . Для усвоения железа необходим витамин В₁₂, его усвоению способствует также аскорбиновая и фолиевая кислоты.

Медь. Медь необходима для кроветворения; развития скелета, центральной нервной системы, соединительной ткани; входит в состав ряда ферментов.

Суточная потребность в меди составляет около 2 мг. Она широко распространена в пищевых продуктах и потребность в ней удовлетворяется обычным суточным рационом.

Источниками меди являются печень, яичный желток, зеленые овощи.

Йод. Йод является необходимым элементом, участвующим в образовании гормона тироксина. При недостаточности йода развивается зобная болезнь – заболевание щитовидной железы.

Потребность в йоде колеблется в пределах 100-150 мкг в день. Содержание йода в пищевых продуктах обычно невелико. Наиболее богаты йодом продукты моря - морская рыба, морская капуста.

При длительном хранении и тепловой обработке пищи значительная часть йода (от20 до 60%) теряется . В районах, где йода в почве мало рекомендуется употреблять в пищу специальную йодированную соль содержащую йод в виде йодата калия.

Фтор. При недостатке этого элемента развивается кариес зубов (разрушение зубной эмали). Избыток фтора вызывает изменение цвета (крапчатость) и формы зубов, остеохандроз, костные наросты. Разница между полезной и вредной дозами фтора очень мала. Суточная потребность в нем – 3мг. Основное количество фтора поступает с водой, т.к. осуществляют фторирование воды. Практически все пищевые продукты содержат хотя бы микроколличества этого элемента. Больше всего в рыбе, некоторых овощах, чае. Для профилактики и лечения кариеса зубов используются зубные пасты, эликсиры, жевательные резинки, которые содержат фтор в основном в неорганической форме.

Хром. Этот элемент необходим для глюкозного и липидного обмена; имеет важное значение для профилактики диабета и атеросклероза. Трехвалентный хром является эссенциальной формой для человека, шестивалентный – токсичен.

Норма потребления хрома 150мг в сутки. Особенно он полезен пожилым людям, организм которых плохо усваивает углеводы. Богатыми источниками хрома являются дрожжи, печень, в меньших количествах он содержится в картофеле, говядине, овощах.

Марганец. Марганец необходим как кофактор в ряде ферментных систем, участвует в процессах метаболизма. Вследствие малой растворимости марганца всасывается только 3-4 %. Потребность в нем составляет 5-10мг в сутки. Больше всего марганца содержится в чае, крупе, овощах, фруктах.

Цинк. Данный элемент, в качестве кофермента, участвует в реакции биосинтеза белка, нуклеиновых кислот, обеспечивающих рост и половое созревания организма; вместе с серой участвует в процессах роста и обновления кожи, и волос; наряду с марганцем и медью обеспечивает восприятие вкусовых и обонятельных ощущений; очень важен для процессов пищеварения, усвоения питательных веществ, превращений витаминов.

В случае дефицита цинка развивается энтеропатический дерматит, характеризующийся нарушением роста, сухостью и ранимостью кожи, выпадением волос, иммунодефицитным состоянием. Суточная потребность в цинке 15-20 мг. Наиболее богаты цинком мясные и молочные продукты, хотя важным источником его являются также крупы и орехи.

Кобальт. Кобальт способен избирательно угнетать дыхание клеток злокачественных опухолей и их размножение. Участвует в метаболизме и синтезе гемоглобина. При его недостатке в питании нарушаются функции центральной нервной системы. Потребность в кобальте 100-300 мкг в сутки. Много его в говядине, морепродуктах, винограде, зелени.

Селен. Еще недавно селен считался токсичным элементом с канцерогенными свойствами. В 70-е гг свойства селена были всесторонне изучены и оказалось, что он необходим для активации антиоксидантных систем организма; для синтеза гормонов щитовидной железы; способствует замедлению процесса старения и долголетию. Существенные количества селена содержатся в мясе (особенно субпродуктах), рыбе, зерновых. Потребность в нем составляет 150-200 мкг в сутки.

При переработке пищевого сырья, как правило, происходит снижение содержания минеральных веществ (кроме добавления пищевой соли). В растительных продуктах они теряются с отходами . Так, содержание ряда макро- и особенно микроэлементов при получении крупы и муки после обработки зерна снижается, т.к. в удаляемых оболочках и зародышах эти компоненты в основном и сосредоточены. В зерне пшеницы и ржи зольных элементов содержится около 1,7 %, в муке высшего сорта 0,5 %. При очистке овощей и картофеля теряется от 10 до 30% минеральных веществ, при их тепловой кулинарной обработке теряется еще от 5 до 30 %.

Мясные рыбные продукты и птица в основном теряют такие макроэлементы, как кальций и фосфор при отделении мякоти от костей. При тепловой кулинарной обработке мясо теряет от 5 до 50% минеральных веществ. Однако, если обработку вести в присутствии костей, то возможно увеличение содержания кальция в кулинарнообработанных мясных продуктах до 20%. В технологическом процессе за счет недостаточно качественного оборудования может переходить в конечный продукт некоторое количество микроэлементов, в том числе токсичных. Следует учесть, что ряд металлов, таких так железо, медь, даже в небольших концентрациях могут вызывать нежелательное окисление продуктов, особенно жиров. При хранении напитков в присутствии железа и меди может наблюдаться помутнение.

Для анализа минеральных веществ в основном используются физико-химические методы – оптические и электрохимические. Практически все эти методы требуют минерализации объекта исследований.

Содержание минеральных веществ в продовольственных товарах учитывается стандартами в виде различных показателей:

массовая доля общей золы;

зола (песок), нерастворимая в 10%-ой соляной кислоте;

металлопримеси;

соли тяжелых металлов.

Контрольные вопросы

1. Какие функции выполняют минеральные вещества в организме человека?

2. Какие химические элементы относятся к макроэлементам?

3. Какова роль отдельных макроэлементов в организме человека, в каких пищевых продуктах они содержатся?

4. Какие химические элементы относятся к микроэлементам, на какие две группы они делятся?

5. Какова роль отдельных микроэлементов в организме человека, в каких пищевых продуктах они содержатся?

6. Как технологическая обработка влияет на минеральный состав пищевых продуктов?