Т.В. Корсак,. Л.А. Цибина. И.С. Полянская. e-mail: poljanska69@mail.ru. ОБОГАЩЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ. КАЛЬЦИЕМ

Т. В. Корсак,

Л. А. Цибина

студенты1 курса

технологического фак-та

Вологодская ГМХА

И. С. Полянская

e-mail: poljanska69@mail. ru

доц, к. т. н..,

Вологодская ГМХА,

г. Вологда

ОБОГАЩЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

КАЛЬЦИЕМ

Аннотация: Универсальный строительный материал – так может быть сформулирована главная нутрициологическая функция кальция. Кажется, как пополнить свой организм этим элементом каждый знает предостаточно (молочные продукты, минеральные воды или минеральные добавки, в конце концов, кусочек белого школьного мела и яичная скорлупа). И все-таки, будем считать, что это не так, до тех пор, пока человечество не в состоянии справиться с остеопорозом своих костей в возрасте мудрости. Какова необходимость обогащения пищевых продуктов кальцием – нутрициологические и технологические аспекты этого вопроса рассмотрены в данной публикации.

Ключевые слова: технологическая нутрициология, функциональные пищевые продукты (ФПП), кальций

Обеспеченность кальцием в детстве является определяющим фактором снижения риска потери плотности костной ткани и развития остеопороза в зрелом возрасте [1]. Актуальность решения проблемы выражается следующими цифрами: недостаточное потребление кальция в детском возрасте может приводить к уменьшению пиковой массы костей на 5-10%, что в свою очередь увеличивает частоту переломов шейки бедра в зрелом возрасте на 50% [2]. Недостаточное поступление кальция с пищей в детском возрасте, снижение его отложения в костной ткани, служит в дальнейшем одним из главных факторов риска возникновения остеопороза.

Особенно высока потребность в кальции у подростков в 14–17 лет, беременных и кормящих женщин [3]. Повышенный расход кальция (на 30–50% выше физиологической нормы) наблюдается при отравлениях тяжелыми металлами и другими химическими веществами (ксенобиотиками).

Кроме главной структурной функции кальций влияет на:

- проницаемость клеточных мембран, обеспечивая оптимальную передачу нервных импульсов, сокращение скелетной и гладкой мускулатур, деятельности сердечной мышцы (нейромышечная функция);

- функцию эндокринных желез (гормональная). Из всех элементов лишь кальций регулирует гормональный баланс, влияет на гормон паращитовидной железы и тирокальцитонин. Первый переводит в кровь кальций, содержащийся в костях, если в крови есть его недостаток, а второй – контролирует обратный процесс, если он идет слишком интенсивно;

- свертывание крови, через зависимые от кальция ферменты (при кровотечении необходимо повышенное количество кальция);

- уровень образования молока у кормящих женщин;

- поддерживает тонус сосудов за счет влияния на гладкие мышцы, расположенные в стенках сосудов.

- являясь антагонистом натрия, который задерживает воду в организме, кальций способствует выведению (вместе с водой) солей тяжелых металлов и радионуклидов, оказывает противовоспалительное, противоаллергическое и противотоксическое действия (противоядие). Выводя из организма шлаки и токсичные вещества в виде нейтральных солей, кальций содействует снижению утомляемости, снимает усталость, создает бодрое настроение [3].

Известно, что процессы абсорбции в кишечнике зависят от множества алиментарных факторов, таких как, например, присутствие белка, витамина D, фосфора, пищевых волокон [4].

Лучшими пищевыми источниками биодоступного кальция считаются (в мг/100 г): сыр и творог (120–1000), обогащенные кальцием молочные продукты (≈ 300); молоко и молочные продукты (≈ 120), минеральные воды со средней минерализацией (≈ 100), рыба, а особенно кости консервированной рыбы (≈ 100–700), овощи с низким содержанием щавелевой кислоты, например, капуста, репа, сельдерей, салат, лук-порей, петрушка (30–245).

Кальций из щавеля, шпината усваивается плохо из-за большого содержания в них щавелевой кислоты; из моркови, свеклы – из-за клетчатки; из зерновых – из-за фитина.

Кости нашего организма на 40% состоят из кальция, причем до 98, 9% кальция содержится в костях и суставах организма. 0, 51% кальция из общего кальция присутствующего в организме находится в зубах и 0, 51% – в мягких тканях.

В качестве функциональной добавки к пище чаще используют один из препаратов: кальция глюконат, кальция лактат или кальция хлорид, кальция карбонат или фосфатов кальция.

Наиболее легко кальций усваивается организмом из молочных продуктов (за исключением сливочного масла), при этом наиболее функционально активный кальций содержится в козьем и кобыльем молоке.

Тем не менее, чтобы получить необходимые 800 или тем более 1200 мг кальция за счет молочных продуктов, надо выпивать 0, 65–1 л молока или съедать 650–800 г творога ежедневно.

Содержание кальция в хлебе, крупах, мясе, рыбе и овощах невелико и не может удовлетворить потребность организма в этом элементе при обычных уровнях потребления.

Низкая жесткость воды, характерная для поверхностных водоисточников Мурманской, Архангельской, Псковской, Новгородской, Вологодской и других областей, Республики Коми, Карелии делает лучшие минеральные или минерализованные воды (5–7 ммоль/л солей) малодоступными для жителей этих регионов [5].

Обогащать продукты и воду можно хорошо растворимыми солями кальция: хлоридом Е507, глицерофосфатом Е383, лактатом Е327, глутаматом Е623, глюконатом Е778, аскорбатом Е303, изоаскорбатом Е318, цитратом Е333, рибонуклеотидом Е634, пропионатом Е282, тартратом Е354, карбонатами Е170, формиатом Е238, цитратом Е333, кальциевой солью цикламомой кислоты Е952 (≈ в 40 раз слаще сахарозы) и др.

В отдельных случаях предпочтительно обогащение ФПП средне (мало) растворимыми солями, например: сульфатом Е516, лактилатом Е482, гидроксидом кальция Е526, смесью фосфатов Е542 и Е341 или плохо (не) растворимыми в воде: алюмосиликатом Е556, ацетатом Е263, фумаратом Е367. Из указанных солей всех хуже усваивается хлорид кальция. Имеются сведения, что лучше всех (из более неполного списка) усваивается цитрат кальция. Специально подобранные под конкретные случаи композиции солей должны быть проверены на отсутствие примесей тяжелых металлов [6, 7].

99% кальция в организме находится в костях и зубах, ногтях и волосах преимущественно в виде гидроксилапатита (гидроксифосфат кальция Са₅(РО₄)₃ОН), его произведение растворимости ПР = 1, 6 ∙ 10^–58. В поверхностных слоях костей содержится более растворимый фосфат кальция (ПР = 1, 0 ∙ 10^–25) [99]. С возрастом содержание фосфата кальция уменьшается.

Образование костной соли можно отразить общим уравнением [3]:

_{минерализация}

5Са^{2 +} + 3НРО₄^{2 –} + 4ОН ^– ↔ Са₅(РО₄)₃ОН.

_{деминерализация}

У взрослого человека весь кальций кости обновляется каждые 5–10 лет, у растущих детей за 1–2 года.

Роль депо (когда при неблагоприятных условиях кальций выходит во внеклеточное пространство и участвует практически во всех биологических процессах) играет, прежде всего, более растворимый по сравнению с гидроксилапатитом, фосфат кальция:

Са₃(РО₄)₂ + Н₂О ↔ Са^{2 +} + НРО₄^{2 –} + ОН ^–,

НРО₄^{2 –} + Н₂О ↔ Са^{2 +} + Н₂РО₄ ^– + ОН ^–,

Н₂РО₄ ^– + Н₂О ↔ Са^{2 +} + Н₃РО₄ + ОН ^–,

При недостатке фосфата кальция начинает растворяться гидроксилапатит, чему способствует повышение кислотности среды, концентрации лактатов, цитратов и белков, которые связывают ионы кальция в результате комплексообразования:

Са₅(РО₄)₃ОН + 2Н ⁺ ↔ Са^{2 +} + Са₄Н(РО₄)₃+ Н₂О,

а при большей кислотности среды:

Са₅(РО₄)₃ОН + 7Н ⁺ ↔ 5Са^{2 +} + 3Н₂РО₄ ^– + Н₂О.

Эти же процессы могут протекать с зубами, ведь в полости рта в результате жизнедеятельности микробов образуются пировиноградная, молочная, янтарная кислоты, не только повышающие кислотность среды, но и связывающие катионы кальция в устойчивые комплексные соединения [3].

Таким образом, уровень кальция сыворотки крови тщательно регулируется организмом (примерно 2, 5 ммоль/л), чтобы сохранить внеклеточную концентрацию кальция и, таким образом, обеспечить нормальную нейромышечную и гормональную функцию.

Хотя токсичность кальция низкая, и его избыток автоматически удаляется фильтрующей системой организма, высокое поступление витамина D может привести к гиперкальциумии: отложению солей кальция под кожей, в мышцах, железах, сосудах, почках, уменьшая их эластичность. Желчные и мочевые камни – это практически на 90% оксалаты кальция. Верхним допустимым уровнем потребления считается 2500 мг/сут.

Из 100-–1200 мг кальция, которые ежедневно должен потреблять взрослый человек, усваивается лишь 25–50%. Процент усвоения кальция напрямую зависит в первую очередь от трех факторов: секреции желудка, количества доступных желчных кислот и уровня почечной реабсорбции.

Несмотря на то, что растворимость солей кальция увеличивается в кислой среде желудка, растворенные ионы могут повторно связываться в желудочно-кишечном тракте (особенно в тощей и подвздошной кишке, где рН близок к нейтральному) глюкозой, жирными кислотами, фосфатами, фитатами и оксалатами, образуя соли и комплексы.

Самым растворимым, и, следовательно, наиболее усвояемым соединениями кальция является глюконат, цитрат кальция и комплексы с аминокислотами белков. Фитин, входящий в состав зерновых продуктов; фосфаты, которых особенно много в мясе и рыбе; щавелевая кислота, содержащаяся в больших количествах в щавеле, шпинате, какао и шоколаде – существенно снижают усвоение кальция.

Лактоза, подвергаясь сбраживанию, поддерживает в кишечнике низкий уровень рН, что препятствует образованию нерастворимых солей фосфорной килоты [9]. Избыток жира способствует возникновению конкуренции за желчные кислоты и образованию нерастворимых кальциевых мыл.

Инозитфосфорная кислота, содержащаяся в значительном количестве в продуктах переработки зерна, влияет отрицательно на усвоение кальция. [9]. Пищевая клетчатка снижает усвоение кальция настолько, что замена белой муки (22 г пищевых волокон в день) мукой из цельной пшеницы (53 г пищевых волокон в день) при обычном рационе служит причиной отрицательного баланса кальция даже при употреблении его выше нормы. Необходимо распределение по разным приемам пищи продуктов с высоким содержанием кальция и пищевых волокон.

Всасывание кальция улучшается, если они принимаются вместе с пищей, т. к. пища стимулирует желудочную секрецию и моторику, и источники кальция становятся более измельченными и растворимыми, а также при наличии в пище небольшого количества жира, витаминов D, гр. В, фосфора и магния. Сбалансированным, оптимальным для усвоения считается отношение (Са: Р: Мg близкое к: 1, 00: 0, 50: 0, 20 – для детей до 29 дней; 1, 00: 0, 80: 0, 12 – первого полугодия жизни; 1, 00: 0, 83: 0, 12 – второго полугодия; 1, 00: 1, 00: 0, 19 – с одного до 3 лет; 1, 00: 1, 21: 0, 25 – с 4 до 6 лет; 1, 00: 1, 50: 0, 25 – с 7 до 17 лет; 1, 00: 1, 50: 0, 50 – для взрослых; 1, 00: 1, 50: 0, 45 – для беременных и кормящих женщин.

Большинство продуктов питания далеки от идеального для усвоения соотношения Са: Р в сторону избытка фосфора: свинина 1: 21; греча 1: 5, 5; картофель 1: 6; яйца куриные 1: 4, хлеб 1: 4. Поэтому избыток фосфора в рационе встречается гораздо чаще, чем недостаток. Неблагоприятное соотношение кальция к фосфору в рационе еще более сдвигается в сторону форфора в связи с широким использованием фосфатсодержащих пищевых добавок, в частности полифосфатов, добавляемых в колбасные изделия в качестве влагоудерживающего средства.

Поэтому, вместо названного необходимого организму соотношения Са: Р в рекомендациях диетологов рекомендуемое соотношение 1: 0, 8 и даже 1: 0, 6(6) [8]. Уточненная физиологическая потребность для взрослых - 800 мг/сут.
Уточненная физиологическая потребность в кальции для взрослых - 1000 мг/сут, для лиц старше 60 лет - 1200 мг/сут.

Однако если фосфора недостаточно, наряду с фосфатом кальция в костях откладываются еще более растворимые, следовательно, быстро вымываемые кровотоком из них гидрофосфат (произведение растворимости 2, 7∙ 10 ^–7 ) и дигидрофосфат (произведение растворимости 1, 0∙ 10 ^–3 ).

Кроме того кальций находится в биологическом антагонизме с ионами алюминия, цинка, свинца, избытком фосфора (Са: Р свыше 1: 2), ионами натрия и калия [3].

Между потреблением с пищей избытка фосфора и выведением кальция с мочой установлена обратная связь. Фосфор увеличивает синтез паратгормона (уменьшающего уровень кальция в моче) и оказывает непосредственное влияние на почечный транспорт кальция. Пациенты, получающие полное паренатальное питание из растворов глюкозы и аминокислот имеют большую потерю кальция с мочой и отрицательный баланс кальция, который восстанавливается, назначением оптимального фосфора в растворах.

Самый высокий процент усвояемости кальция 58 – младенцами из женского молока. При этом содержание кальция в женском молоке (26–30 мг/100 мл) в 2–4 раза ниже, чем его уровень в коровьем молоке (110–120 мг/100 мл). Соотношение кальция и фосфора в женском молоке равно 1: 0, 5 (коровьем 1: 0, 8). Низкое содержание кальция в женском молоке не нарушает всасывание железа (имеющее место при избытке кальция в рационе) и ограничивает выведение из организма жирных кислот в виде нерастворимых кальциевых мыл [3]. Из заменителей женского молока усвояемость кальция ниже – примерно 38%.

Кофеин, алкоголь, избыток сахара увеличивает потерю кальция с мочой. Алюминий, особенно из препаратов, в которых его много (альмагель и др. ) не только отрицательно влияет на всасываемость, но и способствует вымыванию кальция из костей.

Усвоению кальция мешает, как уже указывалось, избыток магния, цинка и железа, особенно на фоне дефицита витамина С [3].

Таким образом, для эффективного усвоения организмом человека (или животного) кальция пища должна иметь определенный биоэлементный баланс фосфора, магния, натрия, калия, белков, жиров, углеводов, витаминов D, С, гр. В, др. нутриентов и минимальное содержание щавелевой кислоты (оксалатов), фосфатов, фитатов и клетчатки. Указанные выше лучшие источники нутрициологического кальция, для повышения уровня усвояемости:

- могут быть подвержены лишь небольшой коррекции в составе функциональных продуктов;

- потребляться нативными;

- подвержены технологической обработке способами, минимизирующими снижение этого уровня.

Недостаточное потребление усвояемого кальция, характерное для питания 30–40% людей России в современных социально-экономических условиях связано с избыточным содержанием фосфора, фитатов и др. антагонистов кальция в рационах и недостаточным потреблением молока и молочных продуктов.

В среднем, необходимо употреблять 1 литр молока в той или другой форме (кисломолочные продукты, супы, какао) или 100 г твёрдого сыра [1].

Большинство методов исследования кальция в продуктах питания предусматривает гомогенизирование, разрушение органического пищевого матрикса продукта сухим озолением или нагреванием в присутствии кислот (мокрое озоление).

В процедурах минерализации вместо традиционного нагревания всё чаще применяется микроволновый нагрев, при этом продолжительность минерализации меньше. Атомно-абсорбционная спекторометрия (рис. 1) является одним из традиционных методик, которая до сих пор занимает ведущее место при определении биоэлементов в пищевых продуктах [11].

Для количественного определения кальция в воде стандартным является титриметрический комплексонометрический анализ по ГОСТ 31954-2012, в том числе с использованием оборудования для автоматического титрования (рис. 2).

Существенный вклад в улучшение ситуации обеспечения населения биоэлементом кальцием могли бы внести технологическая нутрициология: расширение рынка функциональных минерализованных вод и продуктов питания, переход на производство мясных продуктов без фосфатов, на технологии производства хлебобулочных изделий с пониженным содержанием фитатов и т. п. и развитие науки о здоровом питании с повышением грамотности населения.


Рис. 1. Спектрометр атомно-абсорбционный с пламенной атомизацией Квант-2А [11]	Рис. 2. Оборудование для автоматического титрования [12]

Литература и примечания:

[1] Мартинчик А. Н., Кешабянц Э. Э., Камбаров А. О. Кальций в рационе детей дошкольного и школьного возраста: основные пищевые источники и факторы, влияющие на потребление // Вопр. питания. 2018. Т. 87, № 2. С. 24-33.

[2] Matkovic V., Fontana D., Tominac C. et al. Factors that influence peak bone mass formation: a study of calcium balance and the inheritance of bone mass in adolescent females // Am. J. Clin. Nutr. 1990. Vol. 52, N 5. P. 878-888.

[3] Полянская И. С. Нутрициологическая химия s-элементов. - М-во сельского хоз-ва РФ. – Вологда. - 2011. – 139 с.

[4] Beto J. A. The Role of calcium in human aging // Clin. Nutr. Res. 2015. Vol. 4, N 1. P. 1-8.

[5] Попова Т. А. Минеральные воды Кавказа как функциональный пищевой продукт // Проблемы и перспективы развития современной науки. - Кишенёв. – 2017. - С. 18-22. http: //science-peace. ru/files/PPRSN_2017. pdf

[6] Способ обогащения минеральными веществами пищевого продукта. 2006 г. Россия RU № 2287302 С2, кл. А23L1/30, Полянская Ирина Сергеевна, Топал Ольга Ивановна и др.

[7] Способ приготовления минерализованных и витаминно-минерализованных вод со сбалансированным составом Полянская И. С., Топал О. И., Лавриков И. В., Голденшлач О. Н., Новокшанова А. Л. RUS 2004105584 24. 02. 2004

[8] МР 2. 3. 1. 2432-08 Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации.

[9] Тырсин Ю. А., Королевец А. А. Чижик А. С. Микро- и макроэлементы в питании. – М.: ДеЛи плюс. -2012. – С. 224 с.

[10]Якуничева Ю. В., Полянская И. С. Исследование

элементного состава пищи // Актуальные подходы и направления научных исследований. - Кишенёв. – 2018. - С. 44-47. http: //science-peace. ru/files/APNNI_2018. pdf

[11] Атомно-абсорбционная спектрометрия. История возникновения и развитие. https: //www. nv-lab. ru/issues. php? ID=9

[12] Титриметрический анализ // Википедия https: //ru. wikipedia. org/wiki/%D0%A2%D0%B8%D1%82%D1%8

@ Т. В. Корсак, Л. А. Цибина, И. С. Полянская, 18. 02. 2019