1.7. Витамины

В организмах наряду с ферментами, содержится еще одна группа биологических катализаторов, без которых невозможно нормальное течение биохимических процессов. Эту группу катализаторов с относительно низким молекулярным весом называют витаминами. Они тесно связаны с ферментами, так как входят в активные группы двухкомпонентных ферментов. К настоящему времени описано свыше 200 различных ферментов, в составе активных групп которых находятся витамины. При отсутствии или недостаточном количестве витаминов в пище у человека и животных ослабляются биохимические процессы и наступают глубокие нарушения обмена веществ, приводящие к тяжелым заболеваниям, а иногда и к гибели живых организмов. Заболевания, связанные с резким недостатком или отсутствием витаминов, называют авитаминозами. При резком избытке витаминов в пище также могут наблюдаться нарушения в процессах обмена веществ, в результате которых возникают заболевания – гипервитаминозы.

Болезни человека, вызываемые недостатком витаминов, известны очень давно, причем часто они принимали характер массовых эпидемических заболеваний. Население северных стран в зимние месяцы и мореплаватели, длительное время находящиеся в море болели цингой; в странах Юго-Восточной Азии и Южной Америки люди умирали от полиневрита, в ряде районов Северной Америки народ страдал от пеллагры, в Центральных и Северных районах Европы был широко распространен рахит. Болезнь, названная куриной слепотой, была известна и описана медиками ещё в ХV веке. Как оказалось впоследствии, все эти тяжелые заболевания, нередко приводящие к смерти, являлись следствием недостатка или отсутствия в пище определенных витаминов.

Изучение витаминов началось после 1880г., когда известный русский ученый Н.И. Лунин для выяснения значения различных веществ в питании провел ряд опытов на мышах, выращивая одну группу на натуральном молоке, а другую - на искусственной питательной диете, которая по количеству белков, углеводов, жиров и минеральных солей отвечала по составу натуральному молоку и содержала, казалось бы, все необходимые для жизни мышей питательные вещества. Лунин наблюдал, что мыши, получавшие искусственную диету, не росли, теряли в весе и погибали, а мыши, получавшие натуральное молоко, развивались нормально. На основании таких опытов Лунин пришел к заключению, что кроме белков, жиров, углеводов и минеральных солей, в пище должны находиться еще и другие вещества, необходимые для нормального развития организмов. Впоследствии эти выводы были подтверждены и другими учеными.

Таким образом, по меткому выражению В.А. Энгельгардта, исторически витамины “…обнаружили свое существование не проявлением своего присутствия, а проявлением своего отсутствия”.

Важное значение для развития науки о витаминах имели исследования, проведенные для установления причины болезни «бери-бери», или полиневрита, которая была широко распространена среди населения стран Восточной и Юго-Восточной Азии, питавшегося очищенным или полированным рисом. Причину полиневрита выяснил врач Эйкман в 1890-1899г.г., работавший в одном из госпиталей на острове Ява. Проводя систематические наблюдения, Эйкман установил, что при питании очищенным рисом заболевания полиневритом происходят очень часто и нередко заканчиваются смертельным исходом, а при питании полуочищенным рисом болезнь проявлялась лишь в редких случаях. Эйкман установил, что в оболочке риса (рисовых отрубях) содержится какое-то вещество, которое предохраняет от заболевания полиневритом. Позднее, в I9II-I9I2 г.г. польский ученый Функ достиг больших успехов при лечении полиневрита ничтожно малыми количествами препарата Эйкмана. Функ получил это вещество в чистом виде и установил, что оно принадлежит к низкомолекулярным органическим соединениям и содержит аминогруппу. Так как данное вещество относилось к группе жизненно необходимых соединений (vita - жизнь) и включало аминогруппу, то его и другие аналогичные соединения Функ предложил называть витаминами (vitamin). И хотя открытые позднее вещества этого класса уже не содержали аминогрупп, этот термин все же укрепился в науке.

Открытие витаминов и последующее изучение их свойств - одно из самых крупных достижений биохимии в ХХ веке.

В настоящее время известно свыше 50 витаминов и накопилось достаточное количество материалов, позволяющих сделать ряд общих выводов относительно их химической природы и биологического значения.

Витамины представляют собой органические вещества, не относящиеся к пластическим материалам (белкам, жирам, углеводам, минеральным веществам). Они имеют тесную связь с ферментами и гормонами, однако в отличие от них не вырабатываются организмом человека. По этой причине витамины - это низкомолекулярные, биологически активные органические вещества разнообразной химической природы, строго необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов.

Витамины вырабатываются, главным образом, растениями и некоторыми бактериями, находящимися в кишечнике животных и человека или в почве. Некоторые животные также способны вырабатывать отдельные витамины.

Относительно роли и функции витаминов впервые высказался Н.Д. Зелинский, отмечавший, что «связь между ферментами и витаминами, возможно, и выражается в том, что последние необходимы как строительный материал для первых», и, далее «эти дополнительные вещества вызывают в клетках организма деятельность, подобную той, какая обусловливается ферментами и продуктами внутренней секреции. Весьма вероятно, что эти три важных фактора находятся в тесном взаимоотношении между собой».

В организме человека витамины принимают участие как в окислительно-восстановительных, так и синтетических процессах. Таким образом, следствием авитаминоза могут быть нарушение ферментной системы в организме и расстройство нормальной функциональной деятельности отдельных органов и всего организма.

Вследствие тесной связи между обменом белков, жиров, углеводов и витаминов на потребность последних влияет и соотношение отдельных пищевых веществ в рационе питания. Например, повышенное содержание углеводов в пище необходимо сопровождать увеличением количества витамина В₁ (тиамина). То же самое можно сказать и относительно белков, повышенное потребление которых увеличивает потребность в витаминах В₂ (рибофлавина), РР (никотиновой кислоты), B₆ (пиридоксина) и С (аскорбиновой кислоты).

Источником витаминов для человека являются не только растительные продукты, но и продукты животного происхождения.

Наблюдается специфичность распределения отдельных витаминов не только в различных семействах растений, но и в их отдельных органах. Характерно, что в органах размножения растений (цветки, семена, плоды) накапливается значительное количество витаминов. Так, например, в зародышах зерновых вместе с жирами в значительных количествах накапливается витамин Е. Витамин Е сосредоточен также в органах размножения животных (птичье яйцо и икра рыб).

Печень теплокровных животных выполняет роль универсального витаминного депо. В то же время, печень некоторых морских животных (морских млекопитающих и рыб) отличается депонированием только более узкой группы витаминов (А и Д) и в значительных количествах.

Различные растения накапливают отдельные витамины. Например, шиповник и черная смородина откладывают в своих плодах и ягодах значительное количество витамина С, а некоторые овощи (капуста, шпинат и др.) откладывают витамин С в листьях. Как правило, в стареющих органах и организмах (животных и растений) содержание витаминов резко уменьшается.

При рассмотрении витаминов необходимо учесть, что многие из них являются нестойкими к действию высокой температуры, кислорода воздуха и света. Поскольку большинство пищевых продуктов употребляется после термической обработки, то при их приготовлении необходимо учесть эту особенность витаминов.

При хранении ряда пищевых продуктов (плоды, овощи, картофель), а также при некоторых методах консервирования значительная часть витаминов разрушается.

Буквенные обозначения витаминов являются сугубо условными и не отражают ни биологической, ни химической их специфики, но все же они удобны для употребления. Буквенные обозначения, являясь «кодами» для витаминов, облегчают быстрое понимание специфики того или иного витаминного источника, в том числе и пищевых продуктов.

Классификация витаминов представляет большой интерес с точки зрения товароведения пищевых продуктов.

Еще при первых исследованиях наметился принцип классификации витаминов на основании их физических свойств, т.е. в зависимости от их растворимости в жирах или воде. Таким образом, с самого начала витамины стали делить на две большие группы: жирорастворимые и водорастворимые. Эта классификация витаминов оказалась настолько жизнеспособной, что она до сих пор находит практическое применение.

Возможна классификация витаминов и по их отношению к различным внешним воздействиям: нагреванию, окислению, реакции среды и действию света.

Как правило, почти все жирорастворимые витамины являются светолабильными (светочувствительными) и более или менее термостойкими при изоляции от воздействия кислорода. Вообще термостойкость витаминов возрастает по мере уменьшения содержания влаги в продукте и изоляции его от воздействия кислорода. Как правило, в щелочной среде витамины легко разрушаются, а в кислой среде являются более устойчивыми даже при нагревании.

По признаку термостойкости витамины можно разделить на три группы:

1. Термостабильные витамины. К ним относятся следующие группы витаминов: Д, Е, К, В₁ (в присутствии редуцирующих сахаров разрушаются) B₂, PP, B₆, B₁₂, B₁₅ и др.

2. Полустабильные (малостойкие) витамины: витамины группы А, В₄ и витамин F (сравнительно легко разрушаются в присутствии кислорода воздуха).

3. Термолабильные (легкоразрушающиеся) витамины: В₅, В₉.