مواد معدنی – فصل هفتم
از میان ۹۲ عنصر شیمیایی طبیعی که تا به امروز شناسایی شدهاند، ۸۱ عنصر در بدن انسان یافت شده و ۲۵ عنصر به عنوان عناصر ضروری برای زندگی شناخته میشوند که به آنها مواد معدنی ضروری گفته میشود. مواد معدنی ضروری در متابولیسمهای بدن انسان بهطور گسترده به عنوان همعاملی برای آنزیمها یا فعالکننده آنها دخیل هستند و برخی از آنها نقش مهمی در حفظ فشار اسمزی و یکپارچگی غشاء سلولی دارند. علاوه بر این، بعضی از مواد معدنی اجزای مهم بافتهای بدن (مانند کلسیم و فسفر در استخوان و دندان) هستند. این فصل به طبقهبندی، توزیع، ویژگیها و عملکرد مواد معدنی و حضور آنها در مواد غذایی میپردازد. علاوه بر آن، تغییرات مواد معدنی در غذاها در طول برداشت، فرآوری و نگهداری نیز در این فصل مورد تأکید قرار گرفته است.
۱.۱. تعریف و طبقهبندی
تا به امروز، ۱۱۵ عنصر شیمیایی کشف شدهاند که شامل ۲۳ عنصر مصنوعی و ۹۲ عنصر طبیعی هستند. از میان این ۱۱۵ عنصر، ۸۱ عنصر در بدن انسان شناخته شده است. بر اساس اهمیت آنها برای بدن انسان، عناصر به سه دسته تقسیم میشوند:
• عناصر ضروری
این عناصر فرایندهای بیوشیمیایی طبیعی بدن را پشتیبانی میکنند. کمبود این عناصر باعث اختلال در عملکرد بدن میشود و اگر در مراحل اولیه کمبود، عنصر لازم تأمین شود، این عملکردها دوباره به حالت طبیعی بازمیگردند. این عناصر دارای عملکردهای فیزیولوژیکی ویژه بوده و توسط سایر مواد معدنی قابل جایگزینی نیستند. تا کنون ۲۹ عنصر به عنوان عناصر ضروری برای بدن انسان شناخته شدهاند، که شامل: اکسیژن، کربن، هیدروژن، نیتروژن، کلسیم، فسفر، پتاسیم، سدیم، کلر، گوگرد، منیزیم، آهن، فلوئور، روی، مس، وانادیم، قلع، سلنیوم، منگنز، ید، نیکل، مولیبدن، کروم، کبالت، برم، آرسنیک، سیلیسیوم، بور و استرانسیوم میباشند.
یازده عنصر نخست ۹۹/۹۵٪ از مجموع این ۲۹ عنصر در بدن انسان را تشکیل میدهند و تحت عنوان عناصر اصلی یا ماکرو شناخته میشوند. ۱۸ عنصر باقیمانده، عناصر کمیاب (Trace) بوده و در مجموع فقط ۰/۰۵٪ از کل را شامل میشوند.
• عناصر احتمالی مفید یا کمکی
این عناصر در صورت حضور در سطوح طبیعی برای فعالیتهای فیزیولوژیکی بدن مفید هستند، ولی در صورت افزایش بیش از حد سطح آنها، سمی میشوند. روبیدیوم، آلومینیوم، نیوبیوم، زیرکونیوم، لیتیوم و برخی عناصر خاکی نادر در این دسته قرار دارند.
• عناصر سمی
به این عناصر، عناصر آلاینده یا عناصر سمی کمیاب نیز گفته میشود. این عناصر حتی در غلظتهای بسیار پایین نیز اثرات سمی دارند. بیسموت، آنتیموان، بریلیم، کادمیوم، جیوه، سرب و تالیم از جمله عناصر سمی مهم هستند.
عناصر به جز C, H, O و N در مجموع مواد معدنی نامیده میشوند. بر اساس میزان حضور در غذاها، مواد معدنی به سه دسته ماکرو، کمیاب و فوقکمیاب تقسیم میشوند.
عناصر اصلی شامل: Na، K، Ca، P، Mg، S و Cl هستند.
عناصر کمیاب شامل: Fe، F، I، Zn، Se، Cu، Mn، Cr، Mo، Co و Ni هستند.
و عناصر فوقکمیاب شامل: Al، As، Ba، Bi، B، Br، Cd، Cs، Ge، Hg، Li، Pb، Rb، Sb، Si، Sn، Sm، Ti، Sr، Tl، W و V میشوند.
۱.۲ توزیع مواد معدنی در بدن انسان
سمیت عناصر اصلی در جدول تناوبی، از چپ به راست در یک دوره و از بالا به پایین در یک گروه با افزایش عدد اتمی افزایش مییابد (شکل ۷-۱). بنابراین این نظریه مطرح شده است که اثرات عناصر بر سلولهای یوکاریوتی زنده ارتباط نزدیکی با قوانین تناوبی عناصر دارد.
در ادامه شکلها و توضیحات مربوط به توزیع عناصر، عملکردهای آنها در بافتها، و چگونگی تنظیم غلظت آنها توسط موجودات زنده ارائه میشود.
جدول ۷-۱. عملکرد مواد معدنی اصلی
| ماده معدنی | عملکرد |
|---|---|
| B | تحریک رشد و ضروری برای رشد گیاه |
| F | مرتبط با رشد استخوان |
| Fe | جزء هموگلوبین، میوگلوبین و سیتوکرومها |
| Zn | شرکت در فعالیت آنزیمی، ساختار اسید نوکلئیک و سنتز پروتئین |
| I | جزء تیروکسین |
| Cu | کوفاکتور بسیاری از متالوآنزیمها |
| Se | جزء گلوتاتیون پراکسیداز و شرکت در عملکرد کبد و متابولیسم عضلات |
| Mn | فعالسازی آنزیم و شرکت در خونسازی |
| Mo | جزء مولیبدوانزیمها |
(ادامه جدول شامل سایر عناصر مانند Cr, Mg, Si, P, Co, Ca, S, K, Na و Cl است و عملکرد هرکدام توضیح داده شده است.)
۱.۳ عملکرد مواد معدنی در بدن
مواد معدنی نقشهای حیاتی پیچیدهای در بدن دارند و عملکردهای آنها اغلب تحت تأثیر تعامل با سایر ترکیبات غذایی یا ترکیبات داخل بدن است (مانند اثر متقابل بین P و Ca). از آنجایی که مواد معدنی بر خلاف ترکیبات آلی قابل سنتز در بدن نیستند، دریافت آنها از طریق رژیم غذایی ضروری است.
۲. حالتهای وجود مواد معدنی در مواد غذایی
مواد معدنی در غذاها ممکن است به شکل محلول یا نامحلول، کلوئیدی یا غیر کلوئیدی، آلی یا معدنی، یونی یا غیر یونی، یا به صورت کمپلکس باشند. این حالتها تأثیر بسیاری بر قابلیت زیستدسترسی و ایمنی آنها دارند. بهعنوان مثال جذب آهن هم (heme) بسیار بیشتر از اشکال دیگر آهن است. همچنین وجود ویتامین C جذب آهن را افزایش میدهد و فیتیک اسید و پلیفنولها آن را کاهش میدهند.
(در ادامه بخش ۲، حالتهای ترکیب مواد معدنی با قندها، اسید فیتیک، نوکلئوتیدها، لیگاندهای حلقوی، پروتئینها و پلیساکاریدها، همراه با شکلهای مربوط به کمپلکسها توضیح داده شده است.)
۳. خواص فیزیکوشیمیایی، تغذیهای و ایمنی مواد معدنی در غذا
۳.۱ ویژگیهای فیزیکوشیمیایی
- انحلالپذیری: انحلالپذیری مواد معدنی نقش بنیادی در دسترسپذیری زیستی آنها دارد و تحت تأثیر pH و سایر ترکیبات غذایی است.
- اکسیدپذیری و کاهشپذیری: ظرفیتهای مختلف اکسایش عناصر اثر مستقیمی بر سمیت یا مفید بودن آن دارند (مانند Fe²⁺ مفید و Fe³⁺ سمی).
- فعالیت یونی: در واکنشهای بیوشیمیایی، فعالیت یون تعیینکننده است و نه صرفاً غلظت آن.
- اثر کیلیتکنندگی: بسیاری از یونهای فلزی در غذا با مولکولهای آلی کمپلکس تشکیل میدهند، که نقش حیاتی در عملکرد بیولوژیک آنها دارد.
۳.2 جنبههای تغذیهای و سمیت
- تغذیه: شکل وجودی عنصر (مانند آهن هم یا غیرهم)، منبع غذایی و ساختار رژیم غذایی همگی بر میزان جذب تأثیرگذارند.
- سمیت: همه مواد معدنی در مقادیر بالا سمی هستند و همچنین اثرات متقابل، ظرفیت اکسایش و فرم شیمیایی باعث افزایش یا کاهش سمیت میشوند.
۴. میزان مواد معدنی در مواد غذایی
میزان مواد معدنی در غذاها تحت تأثیر عواملی مانند محل تولید، شیوههای کشت، فرآوری و شرایط نگهداری است. در جداول ارائهشده در متن، میزان مواد معدنی در انواع مختلف غذاها (تخممرغ، نان، برنج، لبنیات، انواع سبزیها و گوشتها) مقایسه شده است.
همچنین تأثیر روشهای مختلف فرآوری مانند آبپز کردن، سرخ کردن، بلانچ کردن و خشککردن بر کاهش یا افزایش برخی مواد معدنی بررسی شده است. برای مثال، بلانچ کردن اسفناج باعث کاهش ۵۶٪ پتاسیم ولی عدم تغییر قابل توجه در کلسیم میشود.
در نهایت تأثیر ظروف نگهداری و بستهبندی (خصوصاً قوطیها) بر انتقال عناصر مانند Al، Sn و Fe به مواد غذایی نیز ذکر شده است.
