Как и витамины, не обладают энергетической ценностью, но играют важную роль в различных обменных процессах организма: выполняют пластическую функцию, участвуют в построении костной ткани, регуляции водно-солевого и кислотно-щелочного равновесия, входят в состав ферментных систем. Попадая в организм в больших количествах, могут проявлять токсические свойства, поэтому содержание некоторых неорганических соединений в пищевых продуктах регламентируется медико-биологическими требованиями и санитарными нормами качества (см. раздел 3.5). Обычное содержание минеральных веществ в пищевых продуктах находится на уровне 0,5-0,7 % съедобной части. Подразделяются на макроэлементы (кальций, фосфор, магний, натрий, калий, хлор, сера и др.) и микроэлементы (железо, цинк, медь, йод, фтор и др.).

Макроэлементы

Кальций – типичный щелочноземельный металл, широко распространенный в природе. Элементный кальций и его соединения находят применение в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве. Основной источник кальция в питании человека – молоко и молочные продукты, мг/100 г: молоко –

90-180, кисломолочные продукты (кефир, сметана, творог и др.) – 85-150, твердые сыры – 850-1100, плавленые сыры – 430-760, сливочное масло – 13-18.

При попадании в организм человека с пищей всасывается около 10-40 % кальция. Усвоение кальция уменьшается при содержании в рационе большого количества жиров, фитиновых кислот (злаковые культуры), фосфатов, щавелевой кислоты (щавель, шпинат), что необходимо учитывать при составлении рационов для людей, нуждающихся в повышенном потреблении кальция.

Кальций выполняет в организме разнообразные функции:

• пластические и структурные, входя в состав основного минерального
• компонента костной ткани – оксиапатита, микрокристаллы которого образуют жесткую структуру костной ткани;
• придает стабильность клеточным мембранам, образуя связи между отрицательно заряженными группами фосфолипидов, структурных белков и гликопротеидов;
• принимает участие в осуществлении межклеточных связей, обеспечивающих слипание клеток при тканеобразовании (процесс адгезии);
• необходим для нормальной возбудимости нервной ткани и сократимости
• мышечных волокон;
• является активатором ряда ферментов и гормонов, важнейшим компонентом системы свертывания крови.

В организме взрослого человека содержится 1000–1200 г кальция, причем 99 % – в костях. За одни сутки из костей выводится до 700 мг кальция и столько же откладывается в них вновь. Такая функция депо обеспечивает довольно гибкую систему адаптации к различным уровням потребления кальция с пищей. Рекомендуемая норма потребления кальция составляет, мг/сут.: для взрослых – 800, лиц престарелого и старческого возраста – 1000, беременных женщин – 300 дополнительно к норме, кормящих – 400 дополнительно к норме, поскольку кормящая женщина теряет с молоком 150-300 мг кальция в день. Суточная потребность кальция для детей и подростков, мг: до 3 мес – 400, 4-6 мес. – 500, 7-12 мес. – 600, 1-3 года – 800, 4-6 лет – 900, 6 лет (школьники) – 1000,

7-10 лет – 1100, 11-13 и 14-17 лет – 1200.

Фосфор – неметалл, биологический спутник кальция. В организме человека содержится 600-900 г фосфора, из них 90 % в костях, где он входит в состав оксиапатита в виде аниона фосфорной кислоты. Наиболее богаты фосфором молоко и молочные продукты, где отмечается оптимальное соотношение кальция и фосфора. Достаточное количество фосфора содержится в мясе, рыбе, зернобобовых. Отмечено, что из растительных продуктов фосфор всасывается хуже, чем из животных, – соответственно 40 и 70 %.

Значение фосфора и его роль в обменных процессах организма определяется соединениями, в состав которых он входит. Неорганический фосфор вместе с кальцием выполняет структурные функции. Наряду с оксиапатитом важно

отметить фосфолипиды – основные строительные блоки мембран клеток, субклеточных органелл и мембрановых структур. Фосфат является компонентом буферной системы крови, других биологических жидкостей, обеспечивает поддержание кислотно-щелочного равновесия. Исключительно важны многообразные метаболические функции фосфата и его органических соединений:

• фосфат входит в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот, принимая
• участие в процессах роста и деления клеток, кодирования, хранения и использования генетической информации;
• органические соединения фосфора являются центральным звеном энергетического обмена, учитывая этерификацию неорганического фосфата, связывание его в виде богатой энергией пирофосфатной связи АТФ. Кроме того, все превращения углеводов в ходе гликолиза, гликонеогенеза и пентозного цикла осуществляются в фосфорилированной форме;
• соединения фосфорной кислоты участвуют в ферментативных процес-
• сах, механизме ферментативного катализа, обеспечивая проявление биохимических функций ряда витаминов, регуляцию обменных процессов (через ЦАМФ), проведение нервного импульса и мышечное сокращение, целый ряд других функций.

Норма физиологической потребности фосфора составляет, мг/сут.: для взрослых – 1200, беременных и кормящих женщин – дополнительно к норме 450 и 600 соответственно, детей и подростков: до 3 мес. – 300, 4-6 мес. – 400,

7-12 мес. – 500, 1-3 года – 800, 4-6 лет – 1350, 6 лет (школьники) – 1500,

7-10 лет – 1650, 11-13 и 14-17 лет – 1800. Из представленных данных видно, что растущий молодой организм нуждается в дополнительном количестве фосфора, как и женщины в период лактации, у которых выделяется с молоком до 160 мг фосфора в день.

Недостаточность фосфора, обусловленная его нехваткой в пище, практически не встречается. Важным является предупреждение излишнего поступления фосфора и соблюдение оптимального его соотношения с кальцием (1 : 1). Избыточный фосфор представляет особую опасность для детей в первые месяцы жизни, которых вскармливают коровьим молоком, где содержание фосфора в 5-7 раз выше, чем в женском. Возникают нарушения обмена веществ и соответствующие заболевания, так как почки не справляются с фосфорной нагрузкой. При искусственном вскармливании неадаптированное коровье молоко не может заменить женское, а при изготовлении различных продуктов детского питания целесообразно приближать их состав к женскому молоку.

 Магний. Относится к числу наиболее распространенных щелочноземельных металлов. Магний и его соединения широко используются в различных отраслях народного хозяйства. В организме взрослого человека содержится около 25 г магния – главным образом в костях, в виде фосфатов и бикарбоната. Физиологическая функция магния обусловлена его участием в качестве кофактора в ряде важнейших ферментативных процессов.

Суточная потребность в магнии составляет, мг: для взрослого человека – 400, беременных и кормящих женщин – 50 дополнительно к норме, для детей и подростков: до 3 мес. – 55, 4-6 мес. – 60, 7-12 мес. – 70, 1-3 года – 150,

4-6 лет – 200, 6 (школьники) и 7-10 лет – 250, 11-13 и 14-17 лет – 300.

Алиментарная недостаточность магния встречается редко. С обычным рационом, главным образом с продуктами растительного происхождения, в организм поступает 200–500 мг магния в день. При определенных заболеваниях или особенностях питания может развиться дефицит магния, что является одной из причин сердечно-сосудистой патологии. Недостаток магния у детей первых лет жизни приводит к развитию рахита, резистентного к витамину D.

Микроэлементы

Как и макроэлементы, делятся на незаменимые компоненты пищи (медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, хром, никель, олово, ванадий, йод, фтор, селен), токсические микроэлементы (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк), нейтральные – не оказывающие выраженных физиологических или токсических воздействий на организм (бор, литий, алюминий, серебро, рубидий, барий). Такая классификация может изменяться и развиваться в зависимости от появления новых данных в этой области науки. Кроме того, как уже указывалось выше, избыточное потребление эссенциальных минеральных веществ оказывает на организм выраженное токсическое действие. В табл. 10 дан безопасный уровень потребления некоторых микроэлементов для отдельных групп населения.

 Йод. В организме взрослого человека содержится 20–50 мг йода, третья часть которого сконцентрирована в щитовидной железе. Йод – единственный из известных микроэлементов, который участвует в образовании гормонов, в частности гормона щитовидной железы – тироксина. Являясь активным компонентом гормона, йод взаимодействует с другими железами внутренней секреции, оказывает выраженное влияние на обмен белков, жиров, углеводов, водно-солевое равновесие. Молекулярный механизм участия йода в обмене веществ связан с процессами биологического окисления и окислительного фосфорилирования.

Таблица 10

Безопасные уровни потребления микроэлементов (в сутки)

Недостаточность йода в организме приводит к нарушению биосинтеза тироксина, угнетению функции щитовидной железы, что характеризуется развитием заболевания – эндемического зоба. Наиболее широкое распространение указанное заболевание имеет в тех местах, где содержание йода в питьевой воде и продуктах питания находится на низком уровне. Длительный дефицит йода является фактором риска для возникновения рака щитовидной и молочной желез.

Физиологическая потребность в йоде составляет, мг/сут.: у взрослого человека – 0,15, беременных и кормящих женщин соответственно – 0,03 и 0,05 дополнительно к норме, детей и подростков: до 6 мес. – 0,04; 7-12 мес. – 0,05; 1-3 года – 0,06; 4-6 лет – 0,07; 6 лет (школьники) – 0,08; 7-13 лет – 0,10; 14-17 лет – 0,13. Основные природные источники йода – морская рыба, водоросли, другие продукты моря. Содержание йода в сухой ламинарии составляет до 800 мг/100 г, сухой морской капусте – до 220 мг/100 г. К сожалению, названные продукты не являются продуктами ежедневного потребления и не могут служить надежным способом профилактики йодной недостаточности, поэтому важное значение имеет разработка пищевых продуктов массового потребления, обогащенных йодом. На кафедре биотехнологии, товароведения и управления качеством КемТИПП совместно с Институтом питания РАМН созданы новые молочные продукты с высоким содержанием йода. При проведении клинических испытаний они показали высокую эффективность в лечении больных эндемическим зобом, а также в профилактике этого заболевания.

 Фтор. Типичный неметалл. Основное количество фтора находится в зубах (250-560 мг/кг) и костях (200-490 мг/кг). Отсюда определяется биологическая роль этого микроэлемента – участие в костеобразовании, процессе формирования дентина и зубной эмали. Положительный баланс фтора в организме имеет важное значение для предотвращения кариеса зубов и остеопороза.

Суточный рацион взрослого человека – 0,25-0,35 мг фтора. Основным источником является питьевая вода, содержание фтора в которой составляет обычно 1 мг на литр. Достаточно много фтора содержится в рыбе, орехах, печени, баранине, телятине, овсяной крупе, в сухом чае (до 100 мг/кг). Суточная потребность точно не установлена. Отмечена прямая корреляция между низким содержанием фтора в рационе (в частности в питьевой воде) и частотой возникновения кариеса зубов. Избыточное поступление фтора в организм вызывает флюороз – эндемическое заболевание, характеризующееся крапчатостью зубной эмали. В последнем случае проводят очистку питьевой воды от фтора с помощью специальных технологий.

 Марганец. Организм взрослого человека содержит 12-20 мг этого элемента. Марганец необходим для функционирования ферментов, участвующих в формировании костной и соединительной тканей, регуляции гликонеогенеза. Активно влияет на биосинтез холестерина, метаболизм инсулина, другие виды обмена веществ. В большинстве случаев не является структурным компонентом ферментов, воздействуя на их каталитическую активность.

Таблица 11

Примерное содержание минеральных веществ в основных продуктах питания

* С добавкой пищевой соли.

** Без добавки пищевой соли.

Источник: Скурихин И. М., Нечаев А. П. Все о пище с точки зрения химика. М.: Высш. шк., 1999.

Основной источник марганца в питании человека – злаковые, бобовые и орехи. Богаты марганцем кофе и чай – одна чашка чая содержит до 1,3 мг этого элемента. Усвояемость марганца составляет 37-63 % от его содержания в рационе. Рекомендуемый уровень потребления – 5 мг/сут., минимальная суточная потребность – 2-3 мг. Марганец наименее токсичный из необходимых организму металлов, однако для него также определены безопасные уровни потребления (см. табл. 10).

 Хром. Характеризуется самым низким содержанием в организме – 6-12 мг. В пищевых продуктах находится в форме неорганических солей, а также комплексного соединения с органическими лигандами. Это соединение получило название фактора толерантности глюкозы (ФТГ), оно оказывает активное влияние на усвояемость глюкозы и уровень сахара в крови. В желудочно-кишечном тракте всасывается до 25 % ФТГ, тогда как усвояемость неорганических солей хрома составляет всего 0,5-0,7 % от общего их количества, поступающего с пищей.

Установлено, что введение хрома в рацион восстанавливает нормальную толерантность к глюкозе у детей с белково-калорийной недостаточностью, аналогично – у лиц среднего и пожилого возраста со сниженной толерантностью к углеводам, а также вызывает снижение уровня холестерина в крови.

Особенно высок риск развития дефицита хрома у беременных и кормящих женщин, поскольку развивающийся плод усиленно аккумулирует хром, значительное его количество экскретируется с молоком при лактации. Другой причиной, приводящей к недостаточности хрома, может быть потребление большого количества легкоусвояемых углеводов, введение (при сахарном диабете) инсулина, что вызывает усиленную экскрецию хрома с мочой и его «вымывание» из организма.

Предполагаемая потребность в хроме для взрослого человека составляет около 200 мкг в сутки. Наибольшее количество биологически активного хрома содержится в пекарских дрожжах, печени, пшеничной муке грубого помола. Высок уровень этого микроэлемента в мясе, птице, зернобобовых культурах, перловой крупе. Установлен безопасный уровень потребления хрома для отдельных групп населения (см. табл. 10).

Характеристика ряда других минеральных веществ будет рассмотрена в разделе 3.4. Примерное содержание минеральных веществ в основных продуктах питания дано в табл. 11.