Зооспорами; семенами при неблагоприятных условиях; - стр.4. Лекции - Теоретические основы товароведения - файл Минеральные элементы.doc
Кукушкин лен размножается: зооспорами;
семенами при неблагоприятных условиях;
спорами; +
апланоспорами.
- Листья земляники:
непарноперистосложные;
тройчатосложные; +
тройчатосложные, однолисточковые;
сложные однолисточковые. Рабочие пчелы это:
бесполые особи;
самки с недоразвитыми органами размножения; +
самцы с недоразвитыми органами размножения;
самцы и самки с нормально развитыми половыми органами, но временно не размножающиеся. Пищеварение у коралловых полипов:
только полостное;
только внутриклеточное;
полостное и внутриклеточное; +
полостное, внутриклеточное и наружное. Крылоногие моллюски, обладающие способностью светиться в темноте, могут входить в состав:
бентоса;
нейстона;
фитопланктона;
зоопланктона. + Цикл развития мясной мухи впервые описал:
Антон Левенгук;
Франческо Реди; +
Анри Фабр;
Луи Пастер. У гусениц бабочек имеется:
три пары грудных ножек;
три пары грудных ножек и пять пар брюшных ложных ножек; +
восемь пар ложных ножек;
конечности отсутствуют. Кровеносная система у ланцетника:
незамкнутая;
замкнутая, имеется один круг кровообращения; +
замкнутая, имеется два круга кровообращения;
отсутствует. Выберите правильные суждения:
- Выберите правильные суждения:
- У круглоротых пищеварительный тракт имеет:
форму прямой трубки;
печеночный вырост;
пилорические выросты;
спиральный клапан. + Из рыб отряда Осетровых не является проходным видом:
белуга;
севрюга;
стерлядь; +
осетр. Слюнные железы в ходе эволюции позвоночных впервые появляются у:
двоякодышащих рыб;
земноводных; +
пресмыкающихся;
млекопитающих. Из рыб отряда Тресковых живет и нерестится только в пресных водоемах:
треска;
пикша;
налим; +
минтай. Происхождение крыла птицы от свободной передней конечности свойственной четвероногим позвоночным наглядно иллюстрируется на примере птенцов:
страуса;
киви;
гоацина; +
пингвина. На аэродинамические свойства птицы в полете не влияют перья:
маховые;
пуховые; +
рулевые;
контурные. Среди птиц стереоскопическое зрение в наибольшей степени развито у видов:
насекомоядных;
зерноядных;
плотоядных; +
планктоноядных.
Гликокаликс животных клеток образуют:
белки и липиды;
белки и нуклеотиды;
белки и углеводы; +
углеводы и нуклеотиды.
Процесс, с помощью которого дизентерийная амеба поглощает эритроциты:
осмос;
пиноцитоз;
фагоцитоз; +
облегченная диффузия.
Останки питекантропа впервые были обнаружены в:
Южной Африке;
Австралии;
Центральной Азии;
Юго-Восточной Азии. +
Наиболее древним, из названных ископаемых предков человека, является:
неандерталец;
питекантроп;
австралопитек; +
кроманьонец.
Органоиды, имеющиеся в клетках и прокариот и эукариот:
эндоплазматическая сеть;
митохондрии;
лизосомы;
рибосомы. +
Основными компонентами хроматина ядра эукариот являются:
ДНК и РНК;
РНК и белки;
ДНК и белки; +
ДНК и липиды. Микротрубочки не обеспечивают
:
поддержание формы клетки;
изменение формы клетки; +
перемещение органелл;
движение хромосом при делении клетки. Клеточные белки, предназначенные для секреции, сортируются и упаковываются в:
лизосомах;
эндосомах;
эндоплазматическом ретикулуме;
транс-сети Гольджи. +
Местом расположения фермента АТФ-синтетазы в митохондриях является:
матрикс;
межмембранное пространство;
наружная мембрана;
внутренняя мембрана. +
Окисление органических соединений до СО 2 в митохондриях происходит:
в матриксе; +
в межмембранном пространстве;
на наружной мембране;
на внутренней мембране.
В состав антикодона входит:
один нуклеотид;
два нуклеотид;
три нуклеотида; +
четыре нуклеотида.
Конечным акцептором электронов в процессе клеточного дыхания является:
НАДН;
вода;
кислород; +
АТФ.
Свойство генетического кода, повышающее надежность хранения и передачи генетической информации:
триплетность;
универсальность;
избыточность; +
отсутствие «знаков препинания».
Ионы магния входят в состав:
гемоглобина;
инсулина;
хлорофилла; +
тироксина. Молекулы РНК, способные проявлять каталитическую активность, называются:
рибонуклеазами;
рибосомами;
рибозимами; +
рибонуклеотидами. Макроэргическими называют соединения,:
характеризующиеся наличием ковалентных связей с большой энергией;
при разрушении определенных связей в которых освобождается большое количество свободной энергии; +
синтез которых происходит с затратой большого количества энергии;
которые при сжигании дают много тепла.
В процессе фотосинтеза источником кислорода – побочного продукта является:
рибулозобисфосфат;
глюкоза;
вода; +
углекислый газ.
Развитие нитрифицирующих бактерий приводит к:
подкислению среды; +
подщелочению среды;
нейтрализации среды;
не влияет на рН среды.
Ацидофилин образуется в результате сбраживания молока:
молочнокислыми бактериями; +
дрожжами;
смешанной культурой молочнокислых бактерий и дрожжей;
смешанной культурой молочнокислых и пропионовокислых бактерий.
Из названных заболеваний вызывается вирусом:
холера;
оспа; +
чума;
малярия.
Из компонентов растительной клетки вирус табачной мозаики поражает:
митохондрии;
хлоропласты; +
ядро;
вакуоли.
Роль в жизни растений
Содержание магния в растениях составляет в среднем 0,07% (по массе). Он участвует в грандиозной работе – аккумуляции солнечной энергии в процессе фотосинтеза, являясь центральным атомом в молекуле хлорофилла. Хлорофилл поглощает солнечную энергию и с ее помощью превращает углекислый газ и воду в сложные органические вещества: сахара, крахмал и др. Магний является обязательным компонентом рибосом: при его участии (вместе с АТФ) происходит связывание аминокислот с тРНК в процессе биосинтеза белка. Ионы магния Mg 2+ «сшивают» молекулы белка в клубочки, обеспечивая поддержание структуры белковых молекул. Магний катализирует синтез АТФ из нуклеозиддифосфатов, активирует ферментные системы превращения яблочной кислоты в лимонную, щавелевой – в муравьиную кислоту и углекислый газ.
При дефиците магния снижается урожайность культурных растений, нарушается образование хлоропластов и хлорофилла: листья (прежде всего нижние) становятся «мраморными»: бледнеют между жилками, а вдоль жилок остаются зелеными. Ткани между жилками могут приобретать различную окраску – желтую, оранжевую, красную, фиолетовую, затем происходит их отмирание, начиная с краев листьев: листья скручиваются и постепенно опадают. У сосны наблюдается пожелтение кончиков хвоинок.
Растением-индикатором повышенного содержания магния является костенец.
В организме животного содержится примерно 0,03–0,07% магния (по массе), он входит в состав костей и зубов, содержится в печени, крови, нервной ткани и мозге, участвует в белковом и углеводном обмене. При весе человека 70 кг в организме содержится 19–20 г магния. Он оказывает антисептическое и сосудорасширяющее действие, понижает артериальное давление и содержание холестерина в крови, усиливает процессы торможения в коре головного мозга, успокаивающе (седативно) действует на нервную систему, играет важную роль в активизации защитных сил организма в борьбе против рака. Магний укрепляет иммунную систему, обладает антиаритмическим действием, способствует восстановлению сил после физических нагрузок.
При недостатке Мg повышается предрасположенность к инфарктам. Это показали опыты венгерских ученых, проведенные в XX в. на животных (у животных такая болезнь называется травяной тетанией). Одним собакам давали пищу, богатую солями магния, другим – бедную. К концу эксперимента те собаки, в рационе которых было мало магния, «заработали» инфаркт миокарда.
Выводится магний из организма с мочой, калом и потом.
Продукты растительного происхождения: фрукты, орехи (миндаль, арахис, грецкий орех), овощи (помидоры, картофель, тыква, фасоль, салат-латук), мята, цикорий, оливки, петрушка, цельное зерно пшеницы, овса, гречихи; ржаной хлеб, пшено, отруби. Продукты животного происхождения: печень, яичный желток.
МgSО 4 – сульфат магния, горькая, или английская, соль.
МgСО 3 – карбонат магния, магнезит.
МgО – оксид магния, жженая магнезия.
Силикаты магния: тальк 3 МgО х 4 SiО 2 х Н 2 О и асбест СаО х 3 МgО х 4 SiО 2 .
Хлорофилл.
Знаете ли вы, что…
Магний был впервые получен в 1808 г. английским химиком Г.Дэви из влажного оксида MgO. Название происходит от лат. магнесия альба (белая магнезия), по минералу гидромагнезит, содержащему этот металл и найденному древними греками около города Магнесия.
Число атомов магния в теле человека составляет 8,7 х 10 23 , а в одной клетке – 8,7 х 10 9 .
Общее количество магния в хлорофилле всех растений Земли составляет около 100 млрд т.
Суточное поступление магния с продуктами питания в организм должно составлять 240–720 мг.
Сульфат магния МgSО 4 (горькая, или английская, соль) используется в медицине как слабительное, желчегонное и болеутоляющее средства.
Ионы магния не только придают морской воде солоноватый вкус, но и делают ее непригодной для питья, вызывая жесточайший понос и рвоту.
Существует несколько типов хлорофилла (хлорофилл a, b, c, d ), которые отличаются по своему строению и спектрам поглощения. Высшие растения и водоросли содержат в качестве основного пигмента хлорофилл a , а в качестве дополнительного – хлорофилл b , диатомовые и бурые водоросли – только хлорофилл c , а красные водоросли – хлорофилл d .
Железо
Роль в жизни растений и микроорганизмов
При его недостатке замедляется образование хлорофилла. Возможно появление хлороза (желтой окраски) в первую очередь молодых листьев, потеря ими окраски. При длительном недостатке железа у травянистых растений отмирает ткань по краям листовой пластинки, у деревьев отмирают побеги, снижается общая продуктивность и устойчивость растений к болезням.
Полынь и некоторые другие растения являются индикаторами повышенного содержания железа в почве. При этом листья полыни горькой становятся ярко-желтыми, а цветки некоторых растений, например гортензии, приобретают несвойственную им голубую окраску.
В природе существуют так называемые железобактерии. В процессе хемосинтеза они окисляют двухвалентное железо в трехвалентное, которое откладывается на поверхности клетки. Образованный гидроксид железа (III) оседает и образует так называемую болотную руду:
4FeCO 3 + O 2 + 6H 2 O ––> 4Fe(OH) 3 + 4CO 2 + энергия
Хемосинтезирущие бактерии, окисляющие соединения железа и марганца, открыл академик С.Н. Виноградский. Они чрезвычайно широко распространены как в пресных, так и в морских водоемах. Благодаря их жизнедеятельности на дне болот и морей образуется огромное количество отложений железных и марганцевых руд. В.И. Вернадский, основатель биогеохимии, говорил о залежах таких руд как о результате жизнедеятельности бактерий в древние геологические периоды.
Роль в жизни животных и человека
В организме животного содержится примерно 0,01% железа (по массе). Железо незаменимо в процессах кроветворения и внутриклеточного обмена. Примерно 55% железа входит в состав гемоглобина эритроцитов, около 24% участвует в формировании красящего вещества мышц (миоглобина), примерно 21% откладывается «про запас» в печени и селезенке.
Именно железо определяет цвет крови, а также ее способность связывать и отдавать кислород. Эритроциты переносят кислород из легких по всему организму и выводят углекислый газ. Кислород – сильный окислитель, но гемоглобин, именно благодаря содержащемуся в нем железу, способен переносить кислород. В организме человека есть железосодержащие ферменты. Есть также белковый комплекс ферритин, из которого образуются все другие необходимые организму железосодержащие вещества. Ионы трехвалентного железа в организме переносятся с помощью сложного белка трансферрина (обнаружен в плазме крови, молоке, яичном белке). Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментативных реакциях, в обеспечении иммунных функций, в обмене холестерина.
При весе человека 70 кг в организме содержится 4,2–5 г железа. Суточная потребность взрослого здорового человека в железе составляет 10–20 мг и восполняется обычным сбалансированным питанием.
При уменьшении количества железа в крови возникает анемия. Наиболее распространенной является железодефицитная анемия, или, как ее издавна называют, малокровие.
Выводится железо из организма с мочой, калом и потом.
Основные источники поступления в организм
Зеленые овощи: лук, ботва молодой репы, редиса, горчицы, моркови, кресс-салат, щавель, горошек зеленый, томаты (только сырые), капуста, чеснок, чечевица, хрен, огурцы. Фрукты и ягоды: яблоки, гранат, малина, земляника, вишня, груша, виноград, арбуз, любые сухофрукты. Продукты животного происхождения: печень, почки, яичный желток.
Наиболее распространенные соединения
Гемоглобин.
Схема связи гема с глобином в молекуле гемоглобина
Знаете ли вы, что…
О знакомстве древнего человека с железом космического происхождения говорят факты наличия у жителей Гренландии, не имевших представления о железной руде, изделий из железа. Многие метеориты состоят из самородного железа с примесью никеля до 5,5%. Алхимики обозначали железо в виде копья и щита – характерные атрибуты бога войны Марса. Отсюда и его название от лат. ферро – меч.
Число атомов железа в теле человека составляет 4,5 х 10 22 , а в одной клетке – 4,5 х 10 8 .
В 100 мл крови человека содержится 13–16 г гемоглобина.
На «сборку» молекулы гемоглобина в организме человека уходит около 90 с, причем ежесекундно образуется 650 х 10 12 молекул гемоглобина.
Многим живым объектам свойственно явление биомагнетизма. Их ориентация в магнитном поле Земли осуществляется с помощью оксида железа, который располагается в особых образованиях – магнетосомах, сформированных в виде цепочек по 10–25 кристаллов общей длиной около 50 нм.
Соли двух- и трехвалентного железа применяют для восполнения дефицита железа, при лечении анемии.
Установлена корреляция между повышенным содержанием железа в организме и ранним развитием атеросклероза, ишемической болезни, опухолей.
Железный купорос FeSO 4 х 7Н 2 О (кристаллогидрат железа (II)) применяют для борьбы с вредителями растений и для приготовления минеральных красок. Хлорид железа (III) FeCl 3 используют в качестве протравы при крашении тканей.
Цинк
Роль в жизни растений, грибов
Цинк – важный микроэлемент, его содержание в растениях составляет в среднем 0,003 % (по массе). Он активизирует 30 ферментных систем в клетке. Богаты цинком грибы (особенно ядовитые), лишайники, хвойные растения. В растениях, наряду с участием в дыхании, белковом и нуклеиновом обменах, цинк регулирует рост, влияет на образование аминокислоты триптофана, повышает содержание гиббереллинов. Цинк необходим для развития яйцеклетки и зародыша. Он повышает засухо-, жаро- и холодостойкость растений.
Недостаток его ведет к нарушению деления клеток (пятнистость листьев у цитрусовых), на растениях образуются узкие, закрученные в спираль листья. Ткань между жилками обесцвечивается, и они выделяются четкой зеленой сеткой.
Избыток цинка для растений вреден, т.к. может вызвать деформацию органов: у мака цветки становятся махровыми, а у ярутки полевой лепестки становятся очень крупными. У других растений возможен хлороз листьев, распространяющийся от верхушки к основанию листа. Растениями-индикаторами повышенного содержания цинка в почве являются фиалка трехцветная, хвощ полевой, анютины глазки.
Роль в жизни животных и человека
Содержание цинка в животном организме составляет примерно 0,01 % (по массе). Некоторые беспозвоночные морские животные, например устрицы, содержат 0,4 % цинка (по массе). Довольно много цинка в яде змей (для защиты от действия собственного яда). У животных Zn, помимо участия в дыхании и нуклеиновом обмене, повышает деятельность половых желез, влияет на формирование скелета плода. При недостатке цинка уменьшается содержание РНК и снижается синтез белка в мозге, замедляется развитие мозга.
При весе человека 70 кг в организме содержится до 3 г цинка. Он входит в состав важнейших ферментов: карбоангидразы (ускоряет выделение углекислого газа в легких), различных дегидрогиназ, фосфатаз (связанных с дыханием и другими физиологическими процессами), протеаз и пептидаз, участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена (РНК- и ДНК-полимераз). Цинк играет существенную роль в синтезе молекул иРНК на соответствующих участках ДНК (транскрипция), в стабилизации структур рибосом и биополимеров (РНК, ДНК, некоторые белки). Цинк – обязательная часть ферментов крови. Он необходим для поддержания кожи в нормальном состоянии, роста волос и ногтей, а также при заживлении ран, поскольку участвует в синтезе белков. Цинк входит в состав инсулина – гормона поджелудочной железы, регулирующей уровень сахара в крови, и гормона вилочковой железы (тимуса). Немаловажную роль цинк играет в переработке организмом алкоголя, поэтому недостаток цинка может повышать предрасположенность к алкоголизму (особенно у детей и подростков). Для лучшего усвоения цинка организмом необходимы витамины А и В 6 .
Дефицит Zn ведет к карликовости, задержке полового развития.
Избыток цинка оказывает отрицательное действие на функции сердца и крови. Не случайно содержание цинка в пищевых продуктах регламентируется по ПДК: продукты детского и диетического питания – 5,0 мг/кг; растительное масло – 10,0 мг/кг; соевый белок – 60,0 мг/кг.
В клетках и отдельных органах при их злокачественном перерождении растет содержание ионов некоторых металлов. Концентрация цинка увеличивается в несколько раз. Причины пока неизвестны, но предполагают, что это может послужить для ранней диагностики рака.
Выводится цинк из организма с мочой, калом, потом.
Основные источники поступления в организм
Продукты растительного происхождения: овощи, кукуруза, орехи, хлебопродукты. Грибы. Продукты животного происхождения: говядина, печень, мясо, молоко; морепродукты (устрицы, моллюски, сельдь).
Наиболее распространенные соединения
ZnS – сульфид цинка, цинковая обманка.
ZnSО 4 х 7Н 2 О – гидросульфат цинка, цинковый купорос.
ZnCl 2 – хлорид цинка.
Знаете ли вы, что...
Полагают, что цинковые руды были известны людям с глубокой древности. Во II веке до н.э. греки уже умели выплавлять латунь – сплав цинка и меди. В Индии еще в XII в. существовало производство металлического цинка, но в Европе оно появилось намного позже. Саксонский металлург И.Генкель составил описание цинка как металла, а в 1746 г. немецкий химик А.Маргграф разработал способы получения цинка из минералов каламина и сфалерита ZnS (цинковой обманки). Название происходит от нем. цинк – белый металл.
Число атомов цинка в теле человека составляет 2,2 х 10 22 , а в одной клетке – 2,2 х 10 8 .
Суточное поступление цинка в организм с продуктам питания составляет 13 мг.
Ферментов, содержащих цинк, насчитывается более 200.
Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка, – эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин.
В современной медицине соединения цинка применяют при лечении различных иммунодефицитов, бесплодия, болезней кожи, волос, ногтей и печени. В виде раствора хлорид цинка ZnCl 2 применяют как прижигающее средство, цинковая мазь ZnО как подсушивающее, вяжущее и дезинфицирующее средство при кожных заболеваниях, цинковый купорос ZnSО 4 х 7Н 2 О входит в состав глазных капель.
Соединения цинка способствуют профилактике простудных заболеваний у детей, улучшают аппетит, рост, развитие, повышают концентрацию внимания.
Продолжение следует
Все началось с фотосинтеза. Любопытно отметить, что оценивать значение магния для нашего организма и последствия его дефицита начали тогда же, когда были открыты секреты фотосинтеза растений,- всего лишь несколько десятков лет назад.
Процесс постоянного образования органической материи начался миллиарды лет назад, когда на Земле появились пигменты, вызывающие химические реакции путем абсорбции солнечных лучей. Решающую роль в этом сыграли «фоточувствительные» вещества из группы , образовавшиеся из простых соединений - и глицерина. Однако только с появлением магниевой производной порфирина в виде хлорофилла началась естественная история высших форм органической жизни. Хлорофилл обладает способностью проводить необратимую фотохимическую реакцию, энергия которой кумулируется в устойчивых биохимических соединениях.
Процесс фотосинтеза оформился, вероятно, в конце докембрийского периода (около 1000 млн. лет назад). Структура хлорофилла очень близка структуре гема - основной составной части пигмента крови. Разница состоит в том, что в состав хлорофилла входит магний (ион магния), а в состав гема, гемоглобина - (ион железа). Это открытие профессора Ягеллонского университета Леона Марклевского подтвердило связь эволюции растительного и животного мира.
Можно сказать, что с человеком происходит то же самое, хотя... все куда сложнее. Человек не может быть здоровым, если в пище недостаточно магния. К этому выводу пришли участники первого конгресса по болезням, вызванным дефицитом магния. Конгресс проходил в мае 1971 г. в Виттеле. Иону магния отводится особая роль почти во всех происходящих в организме процессах. Так, в иммунных процессах он выступает как фактор противострессовый, противотоксичный, противоаллергический, противоанафилактический (вид чувствительности), противовоспалительный, защищающий от ионизирующего излучения, регулирующий температуру, стимулирующий и принимающий участие в создании антител. Магний действует расслабляюще и снижает чувствительность организма. Именно тогда, на конгрессе в Виттеле профессор Дюрлах сказал: «Знамением современного цивилизованного мира является постоянно снижающийся уровень иона магния».
Похоже, что болезни цивилизации в значительной мере вызваны дефицитом магния в организме человека. Так что стоит приглядеться к магнию повнимательнее.
Мы получаем магний из почвы - через продукты питания растительного происхождения и продукты, полученные от животных, питающихся растительностью. Так что в наш организм попадает столько магния, сколько находится его в почве.
Между тем в почве магния мало. В 40 % польских земель отмечен дефицит магния, в 34 % земель - среднее содержание, а менее чем в 26 % - достаточное или высокое. Искусственные удобрения или совсем не обогащают почву магнием или она получает его слишком мало. Например, в 1971-1975 гг. среднее количество добавленного в польские земли магния составило 10-12 кг окиси магния (MgO) на 1 га возделываемых земель. Много это или мало? Пшеница при урожае 40 ц/га должна получить из почвы около 17 кг с 1 га MgO, а сахарная свекла при урожае всего лишь 350 ц/га - около 66 кг.
Конечно, количество необходимых магниевых удобрений зависит от содержания магния в почве и вида выращиваемых растений. Обычно это от 130 до 260 кг/га. Из такого количества кизерита (магниевого удобрения) в почву переходит 30-60 кг окиси магния и, кроме того, 15-31 кг окиси калия. Навоз содержит 0,18 % магния, а это значит, что если мы вносим на 1 га 300 кг навоза, то получает около 54 кг Mg. Этого определенно мало.
В состав хлорофилла входит 2,7 % магния. Ионы магния регулируют степень гидратации клетки. При недостатке магния в растениях ограничивается процесс испарения воды, а при избытке - растение интенсивно всасывает воду, так что почва пересыхает в пределах корневой системы.
Для интересующихся приводим таблицу.
Минеральные элементы.doc
Минеральные вещества1. Роль минеральных элементов в организме человека 1
2. Макроэлементы, их характеристика
3. Микроэлементы, их характеристика
4. Влияние технологической обработки
На минеральный состав пищевых продуктов
5. Методы определения минеральных веществ
1. Роль минеральных элементов в организме человека
Многие элементы в виде минеральных солей, ионов, комплексных соединений и органических веществ входят в состав живой материи и являются незаменимыми нутриентами, которые должны ежедневно потребляться с пищей. Содержание минеральных веществ в основных продуктах питания приведено в табл. 5.1.
В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне (табл. 5.2). Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержание в нем находится в относительном постоянстве.
Роль минеральных веществ в организме человека чрезвычайно разнообразна, несмотря на то, что они не являются обязательным компонентом питания. Минеральные вещества содержатся в протоплазме и биологических жидкостях, играют основную роль в обеспечении постоянства осмотического давления, что является необходимым условием для нормальной жизнедеятельности клеток и тканей. Они входят в состав сложных органических соединений (например, гемоглобина, гормонов, ферментов), являются пластическим материалом для построения костной и зубной ткани. В виде ионов минеральные вещества участвуют в передаче нервных импульсов, обеспечивают свертывание крови и другие физиологические процессы организма.
 |
В зависимости от количества минеральных веществ в организме человека и пищевых продуктах их подразделяют на макро - и микроэлементы. Так, 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 100 г тканей или пищевого продукта. Микроэлементы входят в состав тканей организма в концентрациях, выражаемых десятыми, сотыми и тысячными долями миллиграмма и являются необходимыми для его нормальной жизнедеятельности. Микроэлементы условно делят на две группы: абсолютно или жизненно необходимые (кобальт, железо, медь, цинк, марганец, иод, 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.
Распределение микроэлементов в организме зависит от их химических свойств и очень разнообразно. Железо, например, является составной частью гемоглобина, миоглобина и других дыхательных пигментов, то есть веществ, участвующих в поглощении и транспорте кислорода во все ткани организма; атомы меди входят в активный центр ряда ферментов и т.д.
Действие микроэлементов может быть и опосредованным - через влияние на интенсивность или характер обмена веществ. Так, некоторые микроэлементы (например, марганец, цинк, иод) влияют на рост, и их недостаточное поступление в организм с пищей тормозит нормальное физическое развитие ребенка. Другие микроэлементы (например, молибден, медь, марганец) принимают участие в репродуктивной функции, и их недостаток в организме отрицательно влияет на эту сторону жизнедеятельности человека.
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 ряда заболеваний. Ниже приведены характерные (типичные) симптомы при дефиците различных химических элементов в организме человека: Наиболее распространенным следствием несоответствия в рационе количества кальция и фосфора является кариес зубов, разрежение костной ткани. При недостатке фтора в питьевой воде разрушается зубная эмаль, дефицит йода в пище и воде приводит к заболеваниям щитовидной железы. Таким образом, минеральные вещества очень важны для устранения и профилактики ряда заболеваний.
Перечислим причины нарушения обмена минеральных веществ, которые могут иметь место даже при их достаточном количестве в пище:
А) несбалансированное питание (недостаточное или избыточное количество белков, жиров, углеводов, витаминов и др.);
Б) применение методов кулинарной обработки пищевых продуктов, обуславливающих потери минеральных веществ, например, при размораживании (в горячей воде) мяса, рыбы, или при удалении отваров овощей и фруктов, куда переходят растворимые соли;
В) отсутствие своевременной коррекции состава рационов при изменении потребности организма в минеральных веществах, связанной с физиологическими причинами. Так, например, у людей, работающих в условиях повышенной температуры внешней среды, увеличивается потребность в калии, натрии, хлоре и других минеральных веществах в связи стем, что большая их часть выводится из организма с потом;
Г) нарушение процесса всасывания минеральных веществ в желудочно-кишечном тракте или повышение потерь жидкости (например, кровопотери).
^
2. Макроэлементы, их характеристика
Кальций.
Это основной структурный компонент костей и зубов; входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей, необходим для свертывания крови. Кальций образует соединения с белками, фосфолипидами, органическими кислотами; участвует в регуляции проницаемости клеточных мембран, в процессах передачи нервных импульсов, в молекулярном механизме мышечных сокращений, контролирует активность ряда ферментов. Таким образом, кальций
выполняет не только пластические функции, но и влияет на многие биохимические и физиологические процессы в организме.
Кальций относится к трудноусвояемым элементам. Поступающие в организм человека с пищей соединения кальция практически не растворимы в воде. Щелочная среда тонкого кишечника способствует образованию трудноусвояемых соединений кальция, и лишь воздействие желчных кислот обеспечивает его всасывание.
Ассимиляция кальция тканями зависит не только от содержания его в продуктах, но и от соотношения его с другими компонентами пищи и, в первую очередь, с жирами, магнием, фосфором, белками. При избытке жиров возникает конкуренция за желчные кислоты и значительная часть кальция выводится из организма через толстый кишечник. На всасывание кальция отрицательно сказывается избыток магния; рекомендуемое соотношение этих элементов составляет 1: 0,5. Если количество фосфора превышает уровень кальция в пище более чем в 2 раза, то образуются растворимые соли, которые извлекаются кровью из костной ткани. Кальций поступает в стенки кровеносных сосудов, что обуславливает их ломкость, а также в ткани почек, что может способствовать возникновению почечно-каменной болезни. Для взрослых рекомендовано соотношение кальция и фосфора в пище 1:1,5. Трудность соблюдения такого соотношения обусловлена тем, что большинство широко потребляемых продуктов значительно богаче фосфором, чем кальцием. Отрицательное влияние на усвоение кальция оказывает фитин и щавелевая кислота, содержащиеся в ряде растительных продуктов. Эти соединения образуют с кальцием нерастворимые соли.
Суточная потребность в кальции взрослого человека составляет 800 мг, а у детей и подростков - 1000 мг и более.
При недостаточном потреблении кальция или при нарушении всасывания его в организме (при недостатке витамина D) развивается состояние кальциевого дефицита. Наблюдается повышенное выведение его из костей и зубов. У взрослых развивается остеопороз - деминерализация костной ткани, у детей нарушается становление скелета, развивается рахит.
Лучшими источниками кальция являются молоко и молочные продукты, различные сыры и творог (100-1000 мг/100 г продукта), зеленый лук, петрушка, фасоль. Значительно меньше кальция содержится в яйцах, мясе, рыбе, овощах, фруктах, ягодах (20-40 мг/100 г продукта).
Магний. Этот элемент необходим для активности ряда ключевых ферментов, обеспечивающих метаболизм организма. Магний участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца; оказывает сосудорасширяющее действие; стимулирует желчеотделение; повышает двигательную активность кишечника, что способствует выведению шлаков из организма (в том числе холестерина).
Усвоению магния мешают наличие фитина и избыток жиров и кальция в пище. Ежедневная потребность в магнии точно не определена; считают, однако, что доза 200-300 мг/сут предотвращает проявление недостаточности (предполагается, что всасывается около 30% магния).
При недостатке магния нарушается усвоение пищи, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций, развивается ряд других патологических явлений. У человека недостаток ионов магния, обусловленный характером питания, крайне маловероятен. Однако большие потери этого элемента могут происходить при диарее; последствия их сказываются, если в организм вводятся жидкости, не содержащие магний. Когда концентрация магния в сыворотке снижается примерно до 0,1 ммоль/л, может возникать синдром, напоминающий белую горячку: у человека наступает полукоматозное состояние, наблюдается мышечная дрожь, спазмы мышц в области запястья и стопы, повышение нервно-мышечной возбудимости в ответ на звуковые, механические и зрительные раздражители. Введение магния вызывает быстрое улучшение состояния.
Магнием богаты в основном растительные продукты. Большое количество его содержат пшеничные отруби, различные крупы (40 - 200 мг/100 г продукта), бобовые, урюк, курага, чернослив. Мало магния в молочных продуктах, мясе, рыбе, макаронных изделиях, большинстве овощей и фруктов (20 - 40 мг/100 г).
Калий . Около 90% калия находится внутри клеток. Он вместе с другими солями обеспечивает осмотическое давление; участвует в передаче нервных импульсов; регуляции водно-солевого обмена; способствует выведению воды, а, следовательно, и шлаков из организма; поддерживает кислотно-щелочное равновесие внутренней среды организма; участвует в регуляции деятельности сердца и других органов; необходим для функционирования ряда ферментов.
Калий хорошо всасывается из кишечника, а его избыток быстро удаляется из организма с мочой. Суточная потребность в калии взрослого человека составляет 2000-4000 мг. Она увеличивается при обильном потоотделении, при употреблении мочегонных средств, заболеваниях сердца и печени. Калий не является дефицитным нутриентом в питании, и при разнообразном питании недостаточность калия не возникает. Дефицит калия в организме появляется при нарушении функции нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем, сонливости, снижении артериального давления, нарушении ритма сердечной деятельности. В таких случаях назначается калиевая диета.
Большая часть калия поступает в организм с растительными продуктами. Богатыми источниками его являются урюк, чернослив, изюм, шпинат, морская капуста, фасоль, горох, картофель, другие овощи и плоды (100 - 600 мг/100 г продукта). Меньше калия содержится в сметане, рисе, хлебе из муки высшего сорта (100 - 200 мг/100 г).
Натрий. Натрий содержится во всех тканях и биологических жидкостях организма. Он участвует в поддержании осмотического давления в тканевых жидкостях и крови; в передаче нервных импульсов; регуляции кислотно-щелочного равновесия, водно-солевого обмена; повышает активность пищеварительных ферментов.
Метаболизм натрия всесторонне изучен благодаря его физиологическим свойствам и важности для организма. Этот нутриент легко всасывается из кишечника. Ионы натрия вызывают набухание коллоидов тканей, что обуславливает задержку воды в организме и противодействует ее выделению. Общее количество натрия во внеклеточной жидкости, таким образом, определяет объем этих жидкостей. Возрастание концентрации натрия в плазме приводит к ощущению жажды. В жарком климате и при тяжелой физической работе происходит существенная потеря натрия с потом и необходимо введение в организм соли для восполнения утраченного количества.
В основном ионы натрия поступают в организм за счет поваренной соли - NaCl. 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 . Поэтому потребление соли при соответствующих заболеваниях в пищевом рационе ограничивают. Вместе с тем при работе в горячих цехах или жарком климате увеличивают количество натрия (в виде поваренной соли), вводимого извне, чтобы компенсировать его потерю с потом и уменьшить потоотделение, отягощающее функцию сердца.
Натрий естественно присутствует во всех пищевых продуктах. Способ получения пищевых продуктов в значительной мере определяет конечное содержание в нем натрия. Например, замороженный зеленый горошек содержит гораздо больше натрия, чем свежий. Свежие овощи и фрукты содержат его от менее чем 10 мг/кг до 1 г/кг, в отличие от круп и сыра, которые могут содержать натрий в количестве 10 - 20 г/кг.
Оценка среднесуточного поступления натрия с пищей затруднена, поскольку его концентрация в пище широко варьируется и, кроме того, люди привыкли подсаливать пищу. Взрослый человек ежедневно потребляет до 15 г поваренной соли и столько же выделяет ее из организма. Это количество значительно превышает физиологически необходимое и определяется, прежде всего, вкусовыми качествами хлористого натрия, привычкой к соленой пище. Содержание поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5 г в сутки. На выделение хлористого натрия из организма, а, следовательно, и на потребность в нем, влияет количество солей калия, получаемое организмом. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и усиливает выделение с мочой хлористого натрия, а, следовательно, и повышает потребность в нем.
Фосфор. Фосфор входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга. Этот элемент принимает участие во всех процессах жизнедеятельности организма: синтезе и расщеплении веществ в клетках; регуляции обмена веществ; входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов; необходим для образования АТФ.
В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и ее органических соединений (фосфатов). Основная его масса находится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция, остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей. В мышцах происходит наиболее интенсивный обмен соединений фосфора. Фосфорная кислота участвует в построении молекул многих ферментов, нуклеиновых кислот и т. д.
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.
Суточная потребность в фосфоре для взрослых составляет 1200 мг. Она возрастает при больших физических или умственных нагрузках, при некоторых заболеваниях.
Большое количество фосфора содержится в продуктах животного происхождения, особенно в печени, икре, а также в зерновых и бобовых. Его содержание в этих продуктах составляет от 100 до 500 мг в 100 г продукта. Богатым источником фосфора являются крупы (овсяная, перловая), в них содержится 300-350 мг фосфора/100 г. Однако из растительных продуктов соединения фосфора усваиваются хуже, чем при потреблении пищи животного происхождения.
Сера. Значение этого элемента в питании определяется, в первую очередь, тем, что он входит в состав белков в виде серосодержащих аминокислот (метионина и цистина), а также является составной частью некоторых гормонов и витаминов.
Как компонент серосодержащих аминокислот сера участвует в процессах белкового обмена, причем потребность в ней резко возрастает в период беременности и роста организма, сопровождающихся активным включением белков в образующиеся ткани, а также при воспалительных процессах. Серосодержащие аминокислоты, особенно в сочетании с витаминами С и Е, оказывают выраженное антиоксидантное действие. Наряду с цинком и кремнием сера определяет функциональное состояние волос и кожи.
Хлор. Этот элемент участвует в образовании желудочного сока, формировании плазмы, активирует ряд ферментов. Этот нутриент легко всасывается из кишечника в кровь. Интересна способность хлора отлагаться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении, выделяться с потом в значительных количествах. Выделение хлора из организма происходит главным образом с мочой (90%) и потом.
Нарушения в обмене хлора ведут к развитию отеков, недостаточной секреции желудочного сока и др. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Повышение его концентрации в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении выделительной функции почек.
Суточная потребность в хлоре составляет примерно 5000 мг. Хлор поступает в организм человека в основном в виде хлористого натрия при добавлении его в пищу.
^
3. Микроэлементы, их характеристика
Железо.
Этот элемент необходим для биосинтеза соединений, обеспечивающих дыхание, кроветворение; он участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях; входит в состав цитоплазмы, клеточных ядер и ряда ферментов.
Ассимиляции железа препятствует щавелевая кислота и фитин. Для усвоения этого нутриента необходим витамин В 12 . Усвоению железа способствует также аскорбиновая кислота, поскольку железо всасывается в виде двухвалентного иона.
^ Недостаток железа в организме может привести к развитию анемии, нарушаются газообмен, клеточное дыхание, то есть фундаментальные процессы обеспечивающие жизнь. Развитию железодефицитных состояний способствуют: недостаточное поступление в организм железа в усвояемой форме, понижение секреторной активности желудка, дефицит витаминов (особенно В 12 , фолиевой и аскорбиновой кислот) и ряд заболеваний, вызывающих кровопотери.
Потребность взрослого человека в железе (14 мг/сут) с избытком удовлетворяется обычным рационом. Однако при использовании в пище хлеба из муки тонкого помола, содержащего мало железа, у городских жителей весьма часто наблюдается дефицит железа. При этом следует учесть, что зерновые продукты, богатые фосфатами и фитином, образуют с железом труднорастворимые соединения и снижают его ассимиляцию организмом.
Железо - широко распространенный элемент. Он содержится в субпродуктах, мясе, яйцах, фасоли, овощах, ягодах. Однако в легкоусвояемой форме железо содержится только в мясных продуктах, печени (до 2000 мг/100 г продукта), яичном желтке.
Медь . Медь является необходимым элементом в метаболизме человека, играя роль в образовании эритроцитов, высвобождении тканевого железа и развитии скелета, центральной нервной системы и соединительной ткани.
Поскольку медь широко распространена в пищевых продуктах, маловероятно, чтобы у людей, за исключением, возможно, грудных детей, получающих исключительно молочный рацион, когда-либо развилась форма недостаточности питания, связанная с медью.
Потребление избыточно больших доз меди человеком ведет к раздражению и разъеданию слизистых, распространенному поражению капил ляров, поражению печени и почек, раздражению центральной нервной системы. Суточная потребность в этом элементе составляет около 2 мг. Источниками меди являются такие пищевые продукты, как печень, яичный желток, зеленые овощи.
Йод. Иод является необходимым элементом, участвующим в образовании гормона тироксина. При недостаточности иода развивается зобная болезнь - заболевание щитовидной железы.
Потребность в йоде колеблется в пределах 100-150 мкг в день. Содержание йода в пищевых продуктах обычно невелико (4-15 мкг%). Наиболее богаты йодом продукты моря. Так, в морской рыбе его содержится около 50 мкг/100 г, в печени трески до 800, в морской капусте в зависимости от вида и сроков сбора - от 50 мкг до 70 000 мкг/100 г продукта. Но надо учесть, что при длительном хранении и тепловой обработке пищи значительная часть йода (от 20 до 60%) теряется.
Содержание йода в наземных растительных и животных продуктах сильно зависит от его количества в почве. В районах, где йода в почве мало, содержание его в пищевых продуктах может быть в 10 - 100 раз меньше среднего. Поэтому в этих районах для предупреждения зобной болезни добавляют в поваренную соль небольшое количество иодата калия (25 мг на 1 кг соли). Срок хранения такой йодированной соли - не более 6 месяцев, так как при хранении соли йод постепенно улетучивается.
Фтор. При недостатке этого элемента развивается кариес зубов (разрушение зубной эмали). Избыток фтора также оказывает негативное влияние на организм, поскольку соли фтора, накапливаясь в костях, вызывают изменение цвета и формы зубов, остеохондроз, а вслед за этим огрубление суставов и их неподвижность, костные наросты. Разница между полезной и вредной дозами фтора так мала, что многие исследователи выступают против фторирования воды.
Фтор, потребляемый с водой, почти полностью всасывается, содержащийся в пище фтор всасывается в меньшей степени. Поглощенный фтор равномерно распределяется по всему организму. Он удерживается, главным образом, в скелете, и небольшое его количество отлагается в зубной ткани. В высоких дозах фтор может вызывать нарушение углеводного, липидного, белкового обмена, а также метаболизма витаминов, ферментов и минеральных солей.
В различных странах были проведены оценки суточного поступления фтора с пищей; для взрослых эта величина варьируется от 0,2 до 3,1 мг, для детей возрастной группы от 1 до 3 лет поступление фтора было оценено на уровне 0,5 мг/сут.
Практически все пищевые продукты содержат хотя бы микроколичества этого элемента. Все виды растительности содержат некоторое количество фтора, которое они получают из почвы и воды. В отдельных продуктах, в частности, в рыбе, некоторых овощах и чае обнаруживаются высокие уровни содержания фтора. Применение фторированной воды на предприятиях пищевой промышленности может нередко удваивать уровень содержания фтора в готовых продуктах.
Для профилактики и лечения кариеса зубов используют различные зубные пасты, порошки, эликсиры, жевательные резинки и т.п., которые содержат добавляемый к ним фтор, главным образом в неорганической форме. Эти соединения обычно вносятся в средства для чистки зубов, как правило, в концентрациях около 1 г/кг.
Хром . Этот элемент, по-видимому, необходим для глюкозного и липидного обмена и для утилизации аминокислот некоторыми системами. Он также имеет важное значение для профилактики легких форм диабета и атеросклероза у человека.
Хром всасывается как из желудочно-кишечного тракта, так и из дыхательных путей. Поглощаемое количество его неодинаково для каждой из этих систем и зависит от формы хрома. Трехвалентный хром является эссенциальной формой элемента для человека, шестивалентный хром - токсичен. Хром распределяется по тканям человеческого организма в неодинаковых, но обычно низких концентрациях. Уровни содержания хрома во всех тканях, помимо легких, снижаются с возрастом. Наибольшие количества хрома у человека накапливаются в коже, мышцах и жировой ткани. Гомеостатические механизмы, включая механизмы транспорта в печени и кишечнике, препятствуют избыточному накоплению трехвалентного хрома. Хром медленно выводится из организма, главным образом с мочой.
Сегодня принято считать нормой потребления около 150 мг хрома в сутки. Особенно он полезен пожилым людям, организм которых плохо усваивает углеводы, а хром усиливает процессы обмена именно этих соединений. Неорганический хром усваивается плохо, гораздо легче - в органических соединениях, т. е. в той форме, в которой он находится в живых организмах.
Продукты питания значительно варьируются по уровням содержания хрома, которые лежат в диапазоне от 20 до 550 мкг/кг. Богатыми источниками хрома являются пивные дрожжи, печень (10-80 мкг/100 г). В меньших количествах этот элемент содержится в картофеле с кожурой, говядине, свежих овощах, хлебе из муки грубого помола, сыре.
Марганец. Марганец необходим как кофактор в ряде ферментных систем; он играет роль в правильном функционировании флавопротеинов, в синтезе сульфированных мукополисахаридов, холестерина, гемоглобина и во многих других процессах метаболизма . Из поступившего внутрь марганца всасывается лишь около 3%.
Всасывание марганца тесно связано с усвоением железа. Потребность в марганце составляет 0,2 -0,3 мг на 1 кг веса человека в день. Больше всего марганца содержится в клюкве и чае, немного меньше в каштанах, какао, овощах, фруктах (100-200 мкг/100 г).
^ Никель. Никель признан незаменимым микроэлементом относительно недавно. В настоящее время установлена его роль в качестве кофермента в процессах метаболизма железа. При этом увеличение поступления в организм железа сопровождается увеличением потребности в пищевом никеле. Кроме того, никель способствует усвоению меди - еще одного незаменимого для кроветворения элемента. Важность пищевого или выделенного из натуральных продуктов никеля подчеркивается тем, что синтетические соединения данного элемента относятся к канцерогенным веществам.
Никель присутствует в большинстве пищевых продуктов, однако в концентрациях ниже (и часто намного ниже) 1 мг/кг. Поступление никеля с пищей, по имеющимся данным, варьируется от менее чем 200 до 900 мкг/сут. С обычной диетой поступает около 400 мкг/сут. Было показано, что в винах и в пиве содержание никеля равно, соответственно, 100 и 50 мкг/л.
Цинк. Данный микроэлемент в качестве кофермента участвует в широком спектре реакций биосинтеза белка (более 70) и метаболизма нуклеиновых кислот (включая процессы репликации ДНК и транскрипции), обеспечивающих, в первую очередь, рост и половое созревание организма. При этом цинк, наряду с марганцем, является специфическим микроэлементом, влияющим на состояние половой функции, а именно на активность некоторых половых гормонов, сперматогенез, развитие мужских половых желез и вторичных половых признаков. Кроме того, в последнее время рассматривается роль цинка в предотвращении гипертрофических процессов в предстательной железе.
Цинк вместе с серой участвует в процессах роста и обновления кожи и волос. Наряду с марганцем и медью цинк в значительной степени обеспечивает восприятие вкусовых и обонятельных ощущений. Цинк в качестве незаменимого компонента входит в состав молекулы инсулина, причем уровень его оказывается сниженным у больных сахарным диабетом. Очень важно, что данный микроэлемент является коферментом алкоголь-дегидрогеназы, обеспечивающей метаболизм этилового спирта. При этом уровень всасываемости цинка при хроническом алкоголизме резко снижен. Так называемая «куриная слепота» (т. е. нарушение ночного видения) может развиваться не только в отсутствии витамина А, но и цинка. Цинк вместе с витамином В 6 обеспечивает метаболизм ненасыщенных жирных кислот и синтез простагландинов.
Цинк очень важен для процессов пищеварения и усвоения питательных веществ. Так, цинк обеспечивает синтез важнейших пищеварительных ферментов в поджелудочной железе, а также участвует в образовании хиломикронов - транспортных частиц, в составе которых пищевые жиры могут всасываться в кровь. Цинк наряду с витаминами группы В является важным регулятором функций нервной системы. В условиях дефицита цинка могут возникать эмоциональные расстройства, эмоциональная неустойчивость, раздражительность, а в очень тяжелых случаях - нарушения функций мозжечка. Наконец, все больше данных накапливается в пользу участия цинка в процессах созревания лимфоцитов и реакциях клеточного иммунитета.
Суточная потребность в цинке 8000-22000 мкг%. Она вполне удовлетворяется обычным рационом. Среднесуточное поступление цинка только с питьевой водой составляет порядка 400 мкг. Содержание цинка в пищевых продуктах обычно колеблется в пределах 150-25000 мкг%. Однако в печени, мясе и бобовых оно достигает 3000 - 5000 мкг%. Иногда, дефицит цинка может испытывать организм детей и подростков, которые недостаточно употребляют животные продукты.
^ Селен. Еще в середине XX в. селен не только не рассматривался наукой о питании, но даже считался очень токсичным элементом с канцерогенными свойствами. Однако уже в 60-х гг. было установлено, что при недостатке селена страдает сердечно-сосудистая система, что проявляется прогрессирующим атеросклерозом и слабостью сердечной мышцы, а в условиях хронического дефицита селена может развиваться практически неизлечимая кардиомиопатия. В последнее время на уровне современных исследований находит подтверждение одно из важных наблюдений древнекитайской медицины, указывающее на то, что адекватное обеспечение организма селеном способствует замедлению процесса старения и ведет к долголетию. Интересно заметить, что знаменитые лечебные сорта зеленого чая, поставлявшиеся с целью достижения здоровья и долголетия в императорские дворцы в Древнем Китае, выращивались в тех горных провинциях, в почвах которых уже в настоящее время с помощью современных аналитических методов определяется высокое содержание селена.
После открытия селена было установлено, что витамин Е и селен действуют на разные звенья одного процесса и являются строго взаимодополняющими друг друга, то есть их антиокислительная активность при совместном применении резко возрастает. Синергизм обоих антиоксидантов особенно интересен в контексте противораковой активности. Так, было показано, что назначение препаратов селена одновременно с витамином Е значительно усиливало антиканцерогенный эффект в отношении экспериментальных опухолей.
Поступление селена с пищей зависит от условий и характера потребления пищи и уровня содержания селена в пищевых продуктах. Овощи и фрукты являются, в основном, бедным источником поступления селена в отличие от зерна, зерновых продуктов, мяса (особенно субпродуктов), продуктов моря, которые содержат существенные количества селена, обычно намного превышающие 0,2 мг/кг в пересчете на сырую массу . Химический состав почвы и содержание в ней селена существенно влияют на количество селена в зерне, варьирующее в пределах от 0,04 мг/кг до 21 мг/кг.
Молибден. Общее количество молибдена в организме взрослого человека составляет порядка 7 мг. Содержание молибдена в крови составляет около 0,5 мкг на 100 мл. Более высокие концентрации этого элемента были обнаружены у людей, проживающих в регионах, где почва наиболее богата соединениями этого металла. Так, в некоторых районах Армении отмечены частые случаи заболевания подагрой у жителей, которые питаются в основном местными продуктами, в которых были обнаружены чрезвычайно высокие уровни молибдена. Содержание его в рационе питания жителей этого района составляло 10 -15 мг. В других районах, где случаи подагры встречались реже, люди с пищей получали всего 1-2 мг молибдена в день.
Молибден является составной частью ряда ферментов, таких как ксантиноксидоза, альдегидоксидаза, сульфатоксидаза. Известно, что молибден тормозит развитие кариеса.
Предполагаемая дневная потребность в молибдене составляет 2 мкг на 1 кг массы тела. В России суточное потребление молибдена составляет 0,27 мг.
Наиболее богаты молибденом различные виды овощей (например бобовые) и внутренние органы животных.
Кобальт. Биологическое действие кобальта известно с 1948 г., когда учеными Рикесом и Смитом было установлено, что атом кобальта является центральным в молекуле витамина В 12. Максимальная концентрация кобальта в тканях равна около 100 мкг/кг. Общее содержание кобальта в организме взрослого человека составляет 5 мг. Человек с пищей ежедневно получает 5,63 -7,94 мкг кобальта, из которых 73 - 97% усваивается.
Средняя суточная потребность в кобальте составляет 60 мкг на 1 кг массы тела. Считают, что человек нуждается в кобальте только в виде цианокобаламина (витамин В 12). В некоторых странах соединения кобальта применяли в качестве пищевой добавки к пиву для стабилизации пены. Однако выяснилось, что такая добавка явилась причиной сердечных заболеваний у потребителей пива. Поэтому в настоящее время от использования соединений кобальта в виде пищевой добавки отказались.
^
4 Влияние технологической обработки на минеральный состав пищевых продуктов
При переработке пищевого сырья, как правило, происходит снижение содержания минеральных веществ (кроме Na, добавляемого в виде 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, так как в удаляемых оболочках и зародышах этих компонентов находится больше, чем в целом зерне. Сравнительный анализ минерального состава в пшеничной муке высшего сорта и муки из цельносмолотого зерна приведен ниже (содержание элементов указано в мг/100 г продукта):
Например, в среднем, в зерне пшеницы и ржи зольных элементов содержится около 1,7%, в муке же в зависимости от сорта от 0,5 (в высшем сорте) до 1,5% (в обойной). При очистке овощей и картофеля теряется от 10 до 30% минеральных веществ. Если их подвергают тепловой кулинарной обработке, то в зависимости от технологии (варки, обжаривании, тушении) 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 (варке, жарении, тушении) мясо теряет от 5 до 50% минеральных веществ. Однако если обработку вести в присутствии костей, содержащих много кальция, то возможно увеличение содержания кальция в кулинарно обработанных мясных продуктах на 20%.
В технологическом процессе за счет недостаточно качественного оборудования может переходить в конечный продукт некоторое количество микроэлементов. Так, при изготовлении хлеба при тестоприготовлении в результате контакта теста с оборудованием содержание железа может увеличиваться на 30%. Этот процесс нежелательный, поскольку вместе с железом в продукт могут переходить и токсичные элементы, содержащиеся в виде примесей в металле. При хранении консервов в жестяных сборных (то есть спаянных) банках с некачественно выполненным припоем или при нарушении защитного лакового слоя в продукт могут переходить такие высокотоксичные элементы как свинец, кадмий, а также олово.
Следует учесть, что ряд металлов, таких как железо и медь, даже в небольших концентрациях могут вызвать нежелательное окисление продуктов. Их каталитические окислительные способности особенно ярко проявляются в отношении жиров и жировых продуктов. Так, например при концентрации железа выше 1,5 мг/кг и меди 0,4 мг/кг при длительном хранении сливочного масла и маргаринов эти металлы вызывают прогоркание продуктов. При хранении напитков в присутствии железа выше 5 мг/л и меди 1 мг/л при определенных условиях часто может наблюдаться помутнение напитков.
^
5. Методы определения минеральных веществ
Для анализа минеральных веществ в основном используются физико-химические методы - оптические и электрохимические.
Практически все эти методы требуют особой подготовки проб для анализа, которая заключается в предварительной минерализации объекта исследования. Минерализацию можно проводить двумя способами: «сухим» и «мокрым». «Сухая» минерализация предполагает проведение при определенных условиях обугливания, сжигания и прокаливания исследуемого образца. «Мокрая» минерализация предусматривает еще и обработку объекта исследования концентрированными кислотами (чаще всего HNO 3 и H 2 SO 4).
^ Спектральные методы анализа.
Фотоэлектроколориметрия - анализ, основанный на измерении поглощения окрашенными растворами монохроматического излучения видимой области спектра. Измерения проводят с помощью фотоэлектроколориметров, снабженных узкополосыми светофильтрами. Если исследуемое вещество не окрашено, его необходимо перевести в окрашенное соединение, проведя химическую реакцию с определенными реагентами (фотометрическую аналитическую реакцию).
Спектрофотометрия - метод анализа, основанный на измерении поглощения монохроматического излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Такие измерения проводят с помощью спектрофотометров, где в качестве монохроматизаторов используются диспергирующие призмы и дифракционные решетки.
Количественный анализ исследуемого иона обычно проводят методом градуировочного графика.
Эмиссионный спектральный анализ. Методы эмиссионного спектрального анализа основаны на измерении длины волны, интенсивности и других характеристик света, излучаемого атомами и ионами вещества в газообразном состоянии. Эмиссионный спектральный анализ позволяет определить элементарный состав неорганических и органических веществ.
Интенсивность спектральной линии определяется количеством возбужденных атомов в источнике возбуждения, которое зависит не только от концентрации элемента в пробе, но и от условий возбуждения. При стабильной работе источника возбуждения связь между интенсивностью спектральной линии и концентрацией элемента (если она достаточно мала) имеет линейный характер, т. е. в данном случае количественный анализ можно также проводить методом градуировочного графика.
Наибольшее применение в качестве источника возбуждения получили электрическая дуга, искра, пламя. Температура дуги достигает 5000 - 6000°С. В дуге удается получить спектр почти всех элементов. При искровом разряде развивается температура 7000 - 10000°С и происходит возбуждение всех элементов. Пламя дает достаточно яркий и стабильный спектр испускания. Метод анализа с использованием в качестве источника возбуждения пламени называют пламенно-эмиссионным анализом. Этим методом определяют свыше сорока элементов (щелочные и щелочноземельные, Сu 2 ,Мn 2 и др.).
^ Атомно-абсорбционная спектроскопия . Метод основан на способности свободных атомов элементов в газах пламени поглощать световую энергию при характерных для каждого элемента длинах волн.
В атомно-абсорбционной спектроскопии практически полностью исключена возможность наложения спектральных линий различных элементов, т. к. их число в спектре значительно меньше, чем в эмиссионной спектроскопии.
Уменьшение интенсивности резонансного излучения в условиях атомно-абсорбционной спектроскопии подчиняется экспоненциальному закону убывания интенсивности в зависимости от толщины слоя и концентрации вещества, аналогичному закону Бугера-Ламберта-Бера
Постоянство толщины светопоглощающего слоя (пламени) достигается с помощью горелок специальной конструкции. Методы атомно-абсорбционного спектрального анализа находят широкое применение для анализа практически любого технического или природного объекта, особенно в тех случаях, когда необходимо определить небольшие количества элементов.
Методики атомно-абсорбционного определения разработаны более чем для 70 элементов.
^ 2. Электрохимические методы анализа.
Ионометрия. Метод служит для определения ионов К , Na , Ca 2 , Mn 2 , F - , I - , Сl - и т. д.
Метод основан на использовании ионоселективных электродов, мембрана которых проницаема для определенного типа ионов (отсюда, как правило, высокая селективность метода).
Количественное содержание определяемого иона проводится либо с помощью градуировочного графика, который строится в координатах Е - рС, либо методом добавок. Метод стандартных добавок рекомендуется использовать для определения ионов в сложных системах, содержащих высокие концентрации посторонних веществ.
Полярография. Метод переменно-токовой полярографии используют для определения токсичных элементов (ртуть, кадмий, свинец, медь, железо).
Метод основан на изучении вольтамперных кривых, полученных при электролизе электроокисляющегося или электровосстанавливающегося вещества. В качестве индикаторного электрода в полярографии чаще всего применяют ртутный капельный электрод, иногда твердые микроэлектроды - платиновый, графитовый. В качестве электрода сравнения используют либо ртуть, налитую на дно электролизера, либо насыщенный каломельный полуэлемент.
По мере увеличения напряжения наступает момент, когда все ионы, поступающие к электроду за счет диффузии, немедленно разряжаются и концентрация их в приэлектродном слое становится постоянной и практически равной нулю. Ток, протекающий в это время в цепи, называют предельным диффузионным током.
Количественный полярографический анализ основан на использовании прямой пропорциональной зависимости величины диффузионного тока от концентрации определяемого элемента.
^ МИНЕРАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Минеральные (зольные) элементы находятся в пищевых продуктах в виде органических и неорганических соединений. Они входят в состав многих органических
веществ различных классов - белков, жиров, гликозидов, ферментов и др. Обычно минеральные элементы определяют в золе после сжигания пищевых продуктов, так как точно определить, в состав каких веществ и в каком количестве входят эти элементы, довольно трудно.
Роль минеральных элементов в жизни человека, животных и растений огромна: все физиологические процессы в живых организмах протекают при участии этих элементов. Так, в организме человека и животных минеральные элементы участвуют в пластических процессах, формировании и построении тканей, в водном обмене, в поддержании осмотического давления крови и других жидкостей организма, в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме, входят в комплекс веществ, составляющих живую протоплазму клеток, в состав некоторых эндокринных желез и т. д.
Минеральный состав организмов с возрастом меняется; при старении наблюдается минерализация организмов. Так, новорожденные дети содержат около 34 г минеральных веществ на 1 кг массы тела, у взрослого человека содержание этих веществ повышается до 43 г и более.
В теле человека и животных обнаружено свыше 70 минеральных элементов. Многие ферментативные процессы, протекающие в различных тканях организма, требуют участия ряда минеральных элементов. Так, для превращения пировиноградной кислоты в уксусную или глюкозы во фруктозу либо фосфо глицерина в глюкозо-6-маннозо-6- и фруктозе-6-фосфат обязательно участие ионов магния. Ионы кальция тормозят развитие указанного процесса.
Минеральные вещества неравномерно распределены в тканях организма человека. В твердых тканях преобладают двухвалентные элементы: кальций (Са) и магний (Mg), а в мягких тканях - одновалентные: калий (К) и натрий (Na). В твердых тканях к тому же накапливается много фосфора (Р), главным образом в виде фосфорнокислых солей. При недостатке в пище минеральных веществ эти соединения выводятся из организма и нарушается нормальный обмен веществ.
Минеральные вещества, растворенные в плазме крови, межклеточной и других жидкостях организма, создают определенное осмотическое давление, которое зависит от молярной концентрации растворенных в жидкости веществ. Соли повышают осмотическое давление в большей
степени, чем неэлектролиты при той же молярной кон-цеятрации, так как соли диссоциируют с образованием ионов. Осмотическое давление зависит от суммарного количества недиссоциированных молекул и ионов. Осмотическое давление крови, лимфы и межклеточной жидкости организма человека и животных зависит главным образом от растворенной в них поваренной соли (NaCl).
Осмотическое давление в жидкостях организмов влияет на распределение в тканях воды и растворенных веществ. У высших животных осмотическое давление постоянно и составляет 7,5 - 9,0 атм. Поддержание постоянного осмотического давления обеспечивается деятельностью выделительных органов, главным образом почек и потовых желез.
Поступление в кровь минеральных солей приводит к поступлению в кровь межклеточной воды, и поэтому концентрация соли в крови снижается. Затем избыток воды и соли удаляется почками. Снижение в тканях воды, рефлекторно действуя на нервные центры, вызывает жажду.
Нормальная жизнедеятельность организма человека может протекать только при определенных свойствах межклеточной и межтканевой жидкостей. В этом постоянстве среды важную роль играет кислотно-щелочное равновесие, при котором реакция крови, лимфы и других жидкостей организма близка к нейтральной. Кислотно-щелочное равновесие поддерживается благодаря сложной системе регуляторов, объединяемых в единое целое центральной нервной системой. Такими регуляторами являются буферные системы крови, обмен кислорода и углекислоты, углекислых и хлористых солей, выделительные функции почек, легких, потовых желез и др.
В процессе сложного превращения в организме человека продуктов, богатых кальцием, магнием, натрием или калием, могут образовываться щелочные соединения. К источникам щелочеобразующих элементов следует отнести плоды, овощи, бобовые культуры, молоко и кисломолочные продукты.
Другие продукты, такие, как мясо, рыба, яйца, сыр, хлеб, крупа, макароны, в процессе превращения в организме человека дают кислые соединения.
Характер питания может оказывать влияние на сдвиги кислотно-щелочного равновесия в тканях организма человека. Кислотно-щелочное равновесие чаще сдвигается > сторону кислотности. В результате резкого сдвига
допускаемые максимальные нормы содержания золы, и при оценке таких продуктов в них определяют ее количество.
Обычно различают два понятия - «общая (сырая) зола» и «чистая зола». Под понятием «общая зола» подразумевают сумму минеральных элементов или их окислов, входящих в химическую структуру пищевых продуктов, а также внесенных в продукт при его производстве или "попавших случайно в качестве примесей. «Чистая зола» означает сумму минеральных элементов или их окислов без примесей.
Зольность продукта определяют сжиганием. Для этого навеску сначала осторожно сжигают, а затем прокаливают до постоянной массы. Повышенное против нормы количество золы указывает на загрязнение продукта песком, металлическими частицами, землей.
Для определения «чистой золы» полученную золу обрабатывают 10 % -ной соляной кислотой. При этом «чистая зола» растворяется в соляной кислоте, а остаток будет свидетельствовать о наличии в продукте посторонних неорганических примесей. Так, в том ато продукт ах при плохой промывке томатов перед переработкой или в картофельном крахмале при недостаточной промывке клубней содержится повышенное количество золы за счет посторонних минеральных примесей.
Кальций в организме человека находится в составе костной ткани и зубов - около 99 %. Остальная часть кальция входит в состав крови в форме ионов и в связанном с белками и другими соединениями состоянии.
Суточная потребность взрослого человека в кальции составляет 0,8-1,0 г. В повышенных количествах кальция нуждаются беременные и кормящие женщины, до 1,5-2 г в сутки, а также дети, в организме которых кальций усиленно используется на образование костей. Недостаток кальция вызывает в организме деформацию скелета, ломкость костей и атрофию мышц. Кальций характеризуется той особенностью, что даже при его недостатке в пище он продолжает выделяться из организма в значительных количествах.
В пищевых продуктах кальций встречается в форме хлористых фосфорнокислых, щавелевокислых солей, а также в соединении с жирными кислотами, белками и др.
Все соединения кальция, за исключением СаС!а трудно растворимы в воде, а поэтому плохо усваиваются
организмом человека. Нерастворимые соединения кальция частично переходят из продуктов в раствор в желудке под действием соляной кислоты желудочного сока. Усвояемость кальция пищевых продуктов организмом человека зависит в значительной степени от наличия в пище фосфатов, жиров, соединений магния и др. Так, усвояемость кальция наиболее высокая при соотношении в пище кальция и фосфора I ; 1,5 или 1: 2. Повышенное против указанных соотношений количество фосфора в пище приводит к резкому снижению усвояемости кальция. Неблагоприятное влияние на усвоение организмом человека кальция также оказывает избыток магния. Резко отрицательное влияние на усвояемость кальция оказывают соединения кальция с инозитфосфорной кислотой, которая содержится в значительных количествах в зерне злаковых и продуктах его переработки.
Очень важную роль в усвоении кальция играет витамин D, который содействует переходу солей кальция и фосфора из кишечника в кровь и отложению в костях в виде фосфорнокислого кальция.
Содержание кальция в некоторых пищевых продуктах следующее (мг%): в мясе тощем - 7; в яйцах - 54; в молоке - 118; в сыре - 930; в твороге - 140; в крупе овсяной - 65; в муке пшеничной - 15; в рисе - 9; в яблоках - 7; в апельсинах - 45; в орехах грецких -89; в свекле - 29; в капусте цветной - 89; в капусте белокочанной - 45; в моркови - 56; в картофеле - 14. Из приведенных данных видно, что наиболее важным источником кальция для человека являются молочные продукты. Кальций молочных продуктов, а также овощей и фруктов относится к легкоусвояемым соединениям.
Магния в теле человека в 30-35 раз меньше, чем кальция, но он имеет очень важное значение. Большая часть магния находится в костной ткани. Особая роль принадлежит магнию в хлорофиллоносных растениях, где он входит в состав молекулы хлорофилла. Как и кальций, магний образует труднорастворимые соединения. Особенно трудно усваивается магний в присутствии иона ЬО$.
Содержание магния в некоторых пищевых продуктах следующее (мг%): в фасоли - 139; в крупе овсяной - 133; в горохе - 107; в пшене - 87; в хлебе пшеничном - 30; в картофеле - 28; в моркови - 21; в капусте белоко-!анной - 12; в яблоках - 8; в лимонах - 7; в говядине - 15; в яйцах - 11; в молоке - 12. Следовательно, 2* 35магний содержится в наибольших количествах в зерно- , бобовых продуктах.
Потребность взрослого человека в магнии составляет 400 мг в сутки.
Натрий широко встречается в пищевых продуктах, особенно животного происхождения. Основным источником натрия для организма человека является NaCt (поваренная соль). Натрий играет важную роль в процессах внутриклеточного и межтканевого обменов. Около 90 % осмотического давления плазмы крови зависит от содержания в ней NaCI. Обычно в литре плазмы крови человека растворено 3,3 г натрия. NaC! играет также важную роль в регулировании водного обмена организма. Ионы натрия вызывают набухание коллоидов тканей и тем самым способствуют задержке в организме связанной воды. Из организма NaC! выделяется главным образом с мочой и потом. При усиленной работе и потреблении жидкостей человек теряет до 3-5 л пота, который на 99,5 % состоит из воды. В сухом веществе пота главную часть составляет NaGI.
Поваренная соль, поступающая в организм человека с пищей, пополняет расход NaCI в крови и используется для образования соляной кислоты желудочного сока, а также для синтеза панкреатической железой NaHCO3. Присутствием NaHCO3 объясняется щелочная реакция поджелудочного сока, что является необходимым для расщепления белков пищи ферментом трипсином.
Суточная потребность взрослого человека в натрии составляет 4-6 г, что соответствует 10-15 г поваренной соли. Обычные пищевые рационы населения содержат достаточные количества натрия, так как в пищу добавляется поваренная соль.
Калий постоянно и в значительных количествах присутствует в пищевых продуктах, особенно растительного происхождения, В золе растений содержание калия иногда более 50 % ее массы.
В организме человека калий участвует в ферментативных реакциях, образовании буферных систем, предотвращающих сдвиги реакции среды. Калий уменьшает
водоудерживающую способность белков, снижая их гидро-(Ьильность, и тем самым способствует выведению из организма воды, а также натрия. Поэтому калий может рассматриваться как некоторый физиологический антагонист натрия.
Суточная потребность взрослого человека в калии составляет 3-5 г.
Железо широко распространено в природе. Обычно почти все естественные пищевые продукты содержат железо, но в малых количествах.
В организмах человека и животных железо входит в состав важнейших органических соединений - гемоглобина крови, миоглобина, некоторых ферментов - ка-талазы, пероксидазы, цитохромоксидазы и др. В состав гемоглобина крови входит 2А, железа организма. Заметное количество железа находится в селезенке и печени. Железо обладает способностью накапливаться в организме. Гемоглобин в крови в процессе жизнедеятельности разрушается, а освобожденное при этом железо может вновь использоваться организмом для образования гемоглобина.
Железо, входящее в состав плодов и овощей, хорошо усваивается организмом человека, тогда как большая часть железа зерновых продуктов находится в неусвояемой для организма форме.
Суточная потребность взрослого человека з железе составляет 15 мг.
л л о р входит в состав естественных пищевых продуктов в небольших количествах. Продукты растительного происхождения содержат мало хлора, а животного происхождения - несколько больше. Так, содержание хлора в говядине составляет 76 мг%, в молоке- 106, в яйцах -
37106, в сыре - 880, в пшене - 19, в картофеле - 54, в яблоках - 5 мг%.
Содержание хлора значительно в крови и других жидкостях организма, а также в коже, легких, почках. Хлор в организме находится в ионизированном состоянии в виде анионов солей натрия, калия, кальция, магния, марганца. Соединения хлора пищевых продуктов хорошо растворимы и легко всасываются в кишечнике человека. Анионы хлора вместе с катионами натрия играют важную роль в создании и регулировании осмотического давления крови и других жидкостей организма. Соли хлора обеспечивают образование соляной кислоты слизистой оболочкой желудка.
Основную потребность в хлоре человек удовлетворяет за счет хлористого натрия, который добавляется в пищу в виде соли.
Общее количество хлористого натрия в теле человека обычно составляет 10-15 г, но при употреблении пищи, богатой солями хлора, содержание хлора в организме человека может достигать большего количества. Суточная потребность человека в хлоре составляет 5-7 г.
Сера в наибольших количествах содержится в продуктах из хлебных злаков, бобовых, молочных продуктах, мясе, рыбе и особенно в яйцах. Она входит в состав почти всех белков тела человека и особенно ее много в аминокислотах - цистине, метионине. Обмен серы в организме в основном представляет собой ее превращения в указанных аминокислотах. Она участвует также в образовании витамина Вг (тиамина), инсулина и некоторых других соединений. Много серы в протеиноидах опорных тканей, например в кератине волос, ногтях и т. д.
При окислении в организме соединений значительная часть серы выделяется с мочой в виде солей серной кислоты.
Суточная потребность взрослого человека в сере при умеренной работе составляет около 1 г.
Йод содержится в теле здорового человека массой 70 кг в количестве примерно 25 мг. Половина этого количества находится в щитовидной железе, а остальная часть - в мышечной и костной тканях и в крови. Йод неорганических соединений в щитовидной железе заменяется органическими соединениями - тироксином, ди-йодтироксином, трийодтироксином. Йод быстро усваивается щитовидной железой и через несколько часов после поступления в нее превращается в органические
соединения. Эти соединения стимулируют обменные процессы в организме. При поступлении в организм с пищей недостаточного количества йода нарушается деятельность щитовидной железы и развивается тяжелое заболевание, называемое эндемическим зобом.
Наибольшее количество йода содержится в растительных и животных продуктах приморских районов, где он сосредоточен в морской воде, воздухе и почве приморских районов. В растениях и организмах животных горных или отдаленных от морского побережья районов йода накапливается мало.
Содержание йода в зерновых продуктах, овощах, пресноводной рыбе не превышает 5-8 мкг на 100 г сырого продукта. Более высоким содержанием йода отличаются говядина, яйца, масло, фрукты. Морская капуста, морские рыбы и рыбий жир содержат наибольшее количество йода. В плодах фейхоа, произрастающих на Черноморском побережье Грузии, накапливается до 390 мкг йода на 100 г плодовой массы, что намного превышает содержание этого элемента в других плодах и овощах.
В районах, где в пищевых продуктах содержится недостаточное количество йода, к пищевой поваренной соли добавляют йодистый калий из расчета 25 г К1 на тонну поваренной соли. При нормальном питании человек потребляет с йодированной солью в сутки 200 мкг йода. Однако при хранении йодированной соли йод постепенно улетучивается, поэтому через 6 месяцев йодированную соль реализуют как обычную поваренную.
Суточная потребность человека в йоде составляет 100-260 мкг.
Фтор играет важную роль в пластических процессах при образовании костной ткани и зубной эмали. Наибольшее количество фтора сосредоточено в костях - 200- 490 мг/кг и зубах - 240-560 мг/кг.
Вода, по-видимому, является основным источником поступления фтора в организм человека, причем фтор Доды усваивается лучше, чем фтор пищевых продуктов. Содержание фтора в питьевой воде колеблется от 1 до 1.5- мг/л. Недостаток фтора в воде часто оказывает влия-
39нне на развитие заболевания зубов, известного под названием кариеса. Избыток же фтора в воде вызывает заболевание флюорозом, при котором нарушается нормальнее строение зубов, на эмали появляются пятна и увеличивается хрупкость зубов. От недостатка или избытка фтора особенно страдают дети.
Суточная потребность человека во фторе пока не установлена. Полагают, что оптимальное для здоровья количество фтора в питьевой воде должно быть 0,5- 1,2 мг/л.
Медь в животном организме наряду с железом играет важную роль в процессах кроветворения, стимулирует окислительные процессы и тем самым связана с обменом железа. Она входит в состав ферментов (лактазы, аскорбинатоксидазы, цитохромоксидазы и др.) в качестве металлокомпонента.
В растениях медь усиливает окислительные процессы, ускоряет рост и повышает урожайность многих сельскохозяйственных культур.
В тех небольших количествах, в которых медь содержится в естественных продуктах, она не приносит организму человека вреда. Но повышенные количества меди могут вызвать отравление. Так, одновременный прием 77-120 мг меди может вызвать тошноту, рвоту, а иногда и понос. Поэтому содержание меди в пищевых продуктах регламентируется действующими положениями Министерства здравоохранения СССР. На 1 кг продукта в зависимости от содержания в нем сухих веществ допускается от 5 до 30 мг меди. Так, в концентрированной томате-пасте содержание меди не должно превышать 30 мг/кг, в томате-пюре - 15-20, в овощных консервах - 10, в варенье и повидле - 10, во фруктовых компотах - 5 мг/кг.
Медь может попадать в пищевые продукты при их изготовлении - с медных частей аппаратуры, при обработке виноградников ядохимикатами, содержащими медь, и т. д.
Суточная потребность взрослого человека в меди составляет 2 мг.
Цинк содержится во всех тканях животных и растений. При недостатке цинка в организмах молодых жй-
вотных задерживается их рост, а при его недостатке в почве возникают заболевания многих растений, что нередко приводит к их гибели.
Цинк входит в состав ряда ферментов, и особенно важна его роль в молекуле фермента карбоангидразы, участвующей в связывании и выведении из животного организма углекислоты. Цинк необходим для нормальной функции гормонов гипофиза, надпочечников и поджелудочной железы. Он оказывает также влияние на жировой обмен, усиливая расщепление жиров и предупреждая ожирение печени.
Цинк в пищевых продуктах в повышенных количествах может служить причиной отравлений. Кислые и жировые продукты растворяют металлический цинк, и поэтому приготовление или хранение пищевых продуктов в цинковой аппаратуре или посуде недопустимо. Отравление цинком подобно отравлению медью, но более выражено и сопровождается жжением и болью во рту и желудке, рвотой, поносом и сердечной слабостью. Цинковая посуда допускается только для хранения холодной питьевой воды, так как в этом случае растворимость цинка ничтожно мала.
Суточная потребность взрослого человека в цинке составляет 10-15 мг. Повышенная потребность в цинке наблюдается в период роста и полового созревания. При нормальном питании человек получает достаточное количество цинка с пищевыми продуктами.
Свинец встречается в животных и растительных продуктах в очень малых количествах. Так, в яблоках, грушах, винограде, землянике содержание свинца составляет около 0,1 мг на 1 кг продукта, в молоке - 0,8, в мясе - 0,05, в осетрине - 0,06 мг на 1 кг.
Свинец является ядовитым для человека металлом, обладает способностью аккумулироваться в организме, главным образом в печени, и вызывать тяжелые хронические отравления.
При ежедневном употреблении с пищей 2-4 мг свинца через несколько месяцев могут обнаружиться признак:» свинцового отравления.
41Загрязнение пищи свинцом может быть от посуды, припоев, глазури, оборудования, а также от инсектицидов, содержащих свинец. Чаще всего свинцовые отравления возникают при хранении пищевых продуктов в кустарной глиняной посуде, недостаточно хорошо покрытой свинцовой глазурью.
Ввиду большой ядовитости содержание свинца в пищевых продуктах не допускается.
Олово в пищевых продуктах обнаруживается в незначительных количествах. Так, в печени быка и барана найдено 0,14 мг/кг олова, в почках - 0,003, в легких - 0,63, в мозгу - 0,019 мг/кг.
Олово не является таким ядовитым металлом, как свинец, цинк или медь, поэтому допускается в ограниченных количествах в аппаратуре пищевых предприятий, а также для лужения поверхности жести, из которой готовят консервные банки, предохраняя ее от коррозии. Однако нередко при длительном хранении консервов в жестяных банках происходит взаимодействие массы продукта с оловянным покрытием жести, вследствие чего образуются оловянные соли органических кислот. Этот процесс происходит особенно активно, когда в жестяной банке находятся продукты с повышенной кислотностью - плоды, рыбные и овощные консервы в томатном соусе и др. При длительном хранении содержание олова в консервах может значительно возрастать. Особенно быстро увеличивается содержание олова в продуктах, находящихся в открытых металлических банках, покрытых оловом.
Для усиления защиты жестяной консервной банки от коррозии на поверхность олова дополнительно наносят специальные кислотоустойчивые лаки или эмаль либо создают на поверхности жести тонкую пленку устойчивых окислов олова.
Марганец широко распространен в продуктах животного и растительного происхождения. Он принимает активное участие в образовании многих ферментов, формировании костей, процессах кроветворения и стимул и-* рует рост. В растениях марганец усиливает процесс фотосинтеза и образования аскорбиновой кислоты.
Растительные продукты в большинстве случаев богаче марганцем, чем животные. Так, содержание марганца в злаковых продуктах достигает 1-15 мг на 1 кг, в листо-
вых овощах - 10-20, в плодах - 0,5-1, в молоке - 0,02-0,03, в яйцах -0,1-0,2, в печени животных - 2,65-2,98 мг на 1 кг.
При недостатке в почве марганца растения заболевают и плохо развиваются, снижается урожай плодов, овощей и других культур. Добавка в почву микроудобрений, содержащих марганец, способствует повышению урожая.
Суточная потребность взрослого человека в марганце составляет 5-10 мг в сутки.
Радиоактивные изотопы присутствуют в организме человека, они непрерывно поступают и выводятся из организма. Существует равновесие между поступлением в организм радиоактивных соединений и выведением их из организма. Во всех пищевых продуктах содержатся радиоактивные изотопы калия (К40), углерода (С14), водорода (Н3), д также радия с продуктами его распада.
Наибольшая концентрация приходится на калий (К40). Изотопы участвуют в обмене веществ наряду с нерадиоактивными.
Полагают, что в течение ближайшего в геологическом отношении времени в интенсивности радиации на Земле не было больших изменений, поэтому в животном и растительном мире выработалась своего рода невосприимчивость к этим уровням радиации. Но к повышенным концентрациям живые организмы весьма чувствительны. Небольшие концентрации повышают рост живых организмов, большие - вызывают появление активных радикалов, вследствие чего происходит нарушение жизнедеятельности отдельных органов и тканей, а также всего организма в целом.
При атомных взрывах на поверхность Земли выпадают радиоактивные изотопы, которые загрязняют атмосферу, воду, почву и растения. Через пищу, атмосферу и воду радиоактивные изотопы попадают в организм человека.
Установлено, что при обработке излучениями радиоактивных изотопов пищевых продуктов увеличивается срок их хранения, задерживается прорастание картофеля. Но обычно у подвергшейся облучению пищи может появиться специфический запах и вкус и не исключено, что могут образоваться токсические вещества. Для определения безвредности таких продуктов требуются длительные опыты.
Контрольные вопросы
Какие химические элементы относятся к макроэлементам?
Какие функции выполняют минеральные вещества в организме человека?
Какова роль кальция в организме человека?
Какие химические элементы относят к микроэлементам и каковы их функции в организме человека?
Какую роль играет железо в организме человека и в каких пищевых продуктах оно содержится?
Какие последствия могут наблюдаться при дефиците иода в организме и какэтого можно избежать?
Какие виды технологической обработки сырья и пищевых продуктов способствуют потере минеральных веществ?
Приведите примеры взаимодействия некоторых микроэлементов и витаминов.
Какие методы определения содержания макро- и микроэлементов вы знаете?
Минеральные соли придают костной ткани прочность, жесткость. Как повышенное, так и пониженное содержание минеральных солей в костной ткани снижает ее прочностные характеристики. У детей недостаточная минерализация костной ткани затрудняет рост трубчатых костей, приводит к их искривлению. Недостаточная минерализация оказывает отрицательное влияние на прочность костной ткани и в зрелом возрасте.
При избыточном содержании минеральных солей костная ткань становится хрупкой, значительно снижается ее прочность.
Растворимые в воде кислоты и соли находятся в организме в ионизированном виде. Из катионов наиболее высоко содержание ионов Nа + , К + , Са 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ , Fе 3+ , Fe 2+ . В значительно меньших количествах содержатся ионы Zn 2+ , Ni 2+ , Cr 3+ , Mn 2+ , Cd 2+ , Ba 2+ , Cu 2+ , Co 2+ , Mo 2+ и некоторых других металлов. Из-за невысокого содержания в организме эти ионы называют микроэлементами.
Из анионов наиболее широко представлены кислотные остатки угольной, соляной и фосфорной кислот. В значительно меньших количествах содержится анион серной кислоты.
Ионы могут находиться как в свободном, так и в связанном состоянии в составе различных соединений организма. Функции свободных и связанных ионов различны. Ионы определяют осмотическое давление биологических жидкостей, создают электрический потенциал клеточных мембран, обеспечивают формирование и передачу нервных импульсов, выступают в роли активаторов, кофакторов или составных частей ферментов и других биологически активных соединений.
Остановимся более подробно на содержании и роли в организме отдельных ионов.
Ионы кальция. Ионы кальция содержатся как в крови, так и в клетках организма. Содержание Са 2+ в крови составляет приблизительно 5,7 мг% (5,7 мг на 100 мл крови). Он неравномерно распределен между плазмой и форменными элементами. Эритроциты содержат его приблизительно 1,0 мг%, лейкоциты – около 4,0-5,0 мг%. В плазме крови концентрация кальция заметно выше.
В клетках организма кальций локализован главным образом в митохондриях, саркоплазматическом ретикулуме и рибосомах.
Ионы кальция активируют фагоцитарную функцию лейкоцитов, повышают сопротивляемость организма к инфекциям и интоксикациям, снижают проницаемость капилляров и тем самым оказывают противовоспалительное и противоаллергическое действие. Они нормализует возбудимость периферической нервной системы, стимулируют деятельность симпатической нервной системы. Очень важную роль ионы кальция играют в сопряжении возбуждения с сокращением в сердечной и скелетной мышцах.
Указанным не ограничивается роль ионов кальция в организме. Они входят в состав клеточных мембран, обеспечивая их стабилизацию, участвуют в синаптической передаче нервных импульсов, являются регуляторами активности многих ферментов. Ионы кальция необходимы для осуществления деятельности ряда эндокринных желез (гипофиза, надпочечников), желез пищеварительной системы. Они принимают активное участие в процессах свертывания крови.
Ионы Nа + и К + . Значение ионов натрия в организме чрезвычайно велико. Ионы Nа + являются основными ионами плазмы крови и внеклеточной жидкости. Они играет важную роль в поддержании водного баланса организма человека. Содержание ионов натрия в организме определяет объем жидкости (воды) и всякое нарушение в его обмене немедленно приводит к перераспределению, задержке или потере воды.
Концентрация ионов натрия в жидких средах организма, является фактором, влияющим на активность некорых ферментов, в частности, ферментов анаэробных превращений углеводов, а также ферментов, обеспечивающих накопление энергии в макроэргических фосфатных соединениях.
Недостаток натрия приводит к ряду нарушений в организме: обезвоживаются ткани, нарушается кровообращение, теряется аппетит, понижаются умственные способности. Все эти нарушения в большинстве случаев обусловлены не нехваткой поваренной соли (главного источника натрия и хлора для организма) в пище, а большими ее потерями при некоторых состояниях и заболеваниях: рвоте, поносах, чрезмерном потоотделении.
Ионы натрия выполняют важные функции по поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме. Это их действие проявляется, в частности, в почках. В почечных канальцах происходит реабсорбция ионов натрия в обмен на секретируемый ион водорода. Таким образом, обеспечивается сохранение постоянства рН при образовании кислых метаболитов и сбережение ионов натрия в организме. Эта способность у почек столь высока, что соотношение концентраций ионов водорода в моче и крови может доходить до 800:1.
Поскольку главным источником натрия для организма является поваренная соль, обычно говорят о потребности в поваренной соли, а не в натрии. У взрослого человека потребность в поваренной соли составляет 4-5 г в сутки. Повышение потребности в поваренной соли может быть связано с некоторыми заболеваниями, а также усиленным потоотделением, при котором теряется много ионов натрия. Это обуславливает повышенную потребность в поваренной соли у спортсменов. Особенно высока потребность в поваренной соли у лиц, занимающихся видами спорта, в которых тренировочная и соревновательная деятельность связана с обильным потоотделением.
В противоположность натрию, ионы калия содержатся в основном в клетках органов и тканей. Общее количество калия в организме человека массой 70 кг составляет около 140 г. Из этого количества только около 25 г находится во внеклеточном пространстве. Наиболее высоко содержание ионов калия в эритроцитах, мышечных волокнах, клетках печени.
Большая часть внутриклеточного калия связана с белками, углеводами, фосфатами, креатинфосфатом. Многие протекающие в организме процессы синтеза требуют присутствия ионов калия. Так, калий принимает участие в синтезе гликогена. При усилении гликонеогенеза в печени и мышцах наблюдается снижение концентрации свободных ионов калия. Напротив, при интенсивном распаде гликогена, например, при напряженной мышечной работе, концентрация свободных ионов калия заметно возрастает.
Связывание ионов калия наблюдается при синтезе белка, АТФ, креатинфосфата. Так, при синтезе каждых 2г белка связывается приблизительно 1 мэкв ионов калия. При дефиците калия в организме нарушается синтез этих соединений.
Калий принимает активное участие в передаче нервного импульса в синаптических образованиях, он участвует в синтезе ацетилхолина – медиатора нервного возбуждения. Наряду с ионами натрия калий принимает участие в поляризации клеточной мембраны и возбуждении клетки, в обеспечении мышечного сокращения.
Ионы калия принимают участие в регуляции сердечной деятельности. Сердце очень чувствительно к колебаниям концентрации калия в крови. Он обладает также сосудорасширяющим действием.
Ионы магния. Общее количество магния в теле человека массой 70 кг составляет около 14,4 г. Наиболее высоко содержание магния в костной ткани, где он находится в виде фосфорнокислых, углекислых и фтористых солей. Зола костей содержит до 1,5% магния. В костной ткани содержится некоторое количество растворимых в воде солей магния, благодаря чему создается его своеобразное организменное депо. Дефицит солей магния в костной ткани вызывает задержку их роста в длину и толщину.
Магний входит в состав крови, мышц, печени, почек, и других органов и тканей, выполняя там разнообразные и важные функции. Он является активатором целого ряда ферментов: холинэстеразы, фосфоглюкомутазы, пирофосфатазы, аргиназы, карбоксилазы, кишечной дипептидазы. Магний необходим при синтезе ацетилхолина, для протекания гликолиза, при синтезе белков, образовании и расщеплении АТФ. Он принимает участие в мышечном сокращении, регуляции сердечной деятельности. Многочисленными исследованиями показана обратная зависимость между смертностью от сердечных заболеваний и содержанием ионизированного магния в организме, а также в питьевой воде как основном источнике магния для организма.
Кроме уже указанных, магний выполняет в организме человека и другие функции, а его дефицит или избыток может быть причиной серьезных расстройств. Так, магний необходим для всасывания продуктов пищеварения в желудочно-кишечном тракте. Однако, избыток магния снижает скорость всасывания некоторых из них, в частности жирных кислот из-за образования нерастворимых комплексов с ними.
Недостаток магния приводит к значительному изменению минерального состава клеток, к увеличению концентрации триглицеридов в крови, жировой инфильтрации печени, кальцификации кровеносных сосудов и снижению в них содержания эластина. Недостаток магния вызывает некрозы и очаги кальцификации в миокарде, гиперемию слизистой глаз, носа, ротовой полости, выпадение волос, судороги и в конечном итоге может привести к гибели организма.
Ионы хлора. Содержание хлора в организме человека массой 70 кг составляет около 88,7 г. Ионы хлора являются основными анионами плазмы крови, на их долю приходится около 75% от общего количества анионов в крови. Как и ионы натрия, ионы хлора участвуют в поддержании осмотического давления плазмы крови и других биологических жидкостей. В связи с этим содержание воды в организме и отдельных органах и тканях в значительной мере определяется концентрацией ионов хлора. Избыток ионов хлора сопровождается повышенным содержанием воды, дефицит – приводит к потере воды.
Ионы хлора принимают участие в дезинтоксикации организма, связывая токсичные продукты обмена. В частности, они участвуют в удалении из организма через почки аммиака и ионов водорода. Часть аммиака, образующегося в клетках организма в процессе дезаминирования аминокислот и других азотосодержащих соединений, доставляется в почки глютаминовой или аспарагиновой кислотами. Там он отщепляется от указанных аминокислот и соединяется с ионами хлора и водорода с образованием хлористого аммония (NH 4 Cl), который устраняется из организма с мочой. Одновременно происходит связывание и вывод из организма ионов водорода, что обеспечивает поддержание кислотно-щелочного баланса организма. Реакция протекает по уравнению:
NН 3 + Н + + Сl¯ → NH 4 Cl
Хлор поступает в организм преимущественно в соединении с натрием (в составе поваренной соли). Указанная ранее потребность в поваренной соли удовлетворяет потребность организма человека как в натрии, так и в хлоре.
Микроэлементы. Кроме указанных выше, в организме человека в небольших концентрациях (не превышающих 0,001%) содержится еще ряд ионов. К их числу относятся: Fe 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Mo 2+ , Co 2+ , J‾ и некоторые другие. Из-за невысокого содержания в организме их принято называть микроэлементами. Функции микроэлементов в организме человека разнообразны, хотя роль некоторых из них еще недостаточно изучена. Остановимся на роли некоторых микроэлементов.
Ионы железа входят в состав гемоглобина крови и миоглобина, содержащегося в мышечной ткани, других тканях и органах. Ионы Fе 2+ принимают участие в доставке кислорода к тканям, обеспечении его перехода из крови в ткани и депонировании в них. Кроме того, ион железа входит в состав ферментов аэробного окисления (цитохромов), а также каталазы, фермента, расщепляющего образующуюся в процессах биологического окисления перекись водорода.
Напряженная мышечная деятельность сопровождается значительным усилением энергетического обмена и, следовательно, усилением распада участвующих в его обеспечении железосодержащих соединений, усилением обмена железа в целом. В тоже время степень усвоения железа из продуктов питания очень низкая. В результате в период напряженных тренировок могут возникнуть железодефицитные состояния организма и необходимость использования в качестве дополнительных факторов питания препаратов, содержащих соединения железа.
Ионы цинка входят в состав ряда ферментов, участвующих как в реакциях синтеза, так и в катаболических процессах. Они необходимы для процессов передачи генетической информации в клетке, для синтеза гемоглобина. Ионы цинка участвуют в стабилизации структуры некоторых макромолекул, процессах роста организма, деятельности иммунной системы, процессах заживления ран, развития мозга у плода, стимулируют гормональную функцию поджелудочной железы.
Ионы марганца принимают участие в обмене глюкозаминогликанов, входящих в состав соединительной ткани, глюкозы, гликогена, липидов. Особенно важную роль они играют в обмене веществ в головном мозге. При недостатке марганца нарушается обмен веществ в соединительной ткани, головном мозге, снижается скорость синтеза гликогена.
Механизм действия ионов марганца во многом еще не ясен, пока четко показана только его роль в качестве кофактора ряда ферментов, в частности, гликозилтрансфераз.
Кобальт принимает участие в эритропоэзе (синтезе гемоглобина) и регуляции обмена железа в организме. Немаловажную роль он играет в регуляции содержания липидов в крови и некоторых реакций обмена веществ, протекающих в сердце, нервной ткани, стенках желудочно-кишечного тракта.
Важные функции выполняют в организме ионы меди, никеля, хрома и других микроэлементов. Так, медь принимает участие в образовании флавопротеидов и цитохромоксидазы – ферментов энергетического обмена, оказывает активирующее влияние на гликолиз. Некоторые микроэлементы являются неотъемлемой частью не только ферментов, но и гормонов. Так, иод является структурным компонентом гормонов щитовидной железы: тироксина и трииодтиронина.
