Водорастворимые витамины, их свойства

Тема 7. Витамины

 

Классификация витаминов.

Водорастворимые витамины, их свойства.

Жирорастворимые витамины, их свойства.

Витаминоподобные вещества.

Витаминизация продуктов питания.

Классификация витаминов

 

Людям еще в глубокой древности было известно, что отсутствие некоторых продуктов в пищевом рационе может быть причиной заболеваний (бери-бери, «куриной слепоты», цинги, рахита), но только в 1880 г. русским ученым Н. И. Луниным была экспериментально доказана необходимость неизвестных в то время компонентов пищи для нормального функционирования организма. Свое название они получили, по предложению польского биохимика К. Функа (от лат. vita — жизнь), выделившего необходимый для жизнедеятельности человека фактор из рисовых отрубей (витамин B₁), который оказался амином. Сейчас известно свыше тринадцати соединений, относящихся к витаминам. Различают собственно витамины и витаминоподобные соединения (полная незаменимость которых не всегда доказана). К ним относятся биофлавоноиды (витамин Р), пангамовая кислота (витамин В₁₅), парааминобензойная кислота (витамин H₁), оротовая кислота (витамин В₁₃), холин (витамин В₄), инозит (витамин Н), метилметионинсульфоний (витамин U), липоевая кислота, карнитин. Витаминоподобные соединения могут быть отнесены к важным биологически активным соединениям пищи, выполняющим разнообразные функции.

Витамины - низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, биорегуляторы процессов, протекающих в живом организме. Это важнейший класс незаменимых пищевых веществ. Для нормальной жизнедеятельности человека витамины необходимы в небольших количествах, но так как организм не может удовлетворить свои потребности в них за счет биосинтеза (он не синтезирует витамины или синтезирует их в недостаточном количестве), они должны поступать с пищей в качестве ее обязательного компонента. Из витаминов образуются коферменты или простетические группы ферментов, некоторые из них участвуют в транспортных процессах через клеточные барьеры, в защите компонентов биологических мембран и т. д.

В отдельных продуктах содержатся провитамины - соединения, способные превращаться в организме человека в витамины, например β-каротин, превращающийся в витамин А; эргостеролы, под действием ультрафиолетовых лучей они превращаются в витамин D.

Отсутствие или недостаток в организме витаминов вызывает болезни недостаточности: гиповитаминозы (болезни в результате длительного недостатка) и авитаминозы (болезни в результате отсутствия или резко выраженного глубокого дефицита витаминов). Недостаток одного витамина относят к моногиповитаминозам, нескольких - полигиповитаминозам. При гиповитаминозах наблюдается утомляемость, потеря аппетита, раздражительность, нестойкость к заболеваниям, кровоточивость десен. При авитаминозах проявляются болезни, вызванные значительным дефицитом витаминов (бери-бери, цинга, пеллагра и др.). По мнению некоторых специалистов, существуют пограничные состояния, при которых в определенных условиях может развиться дефицит витаминов.

Основная причина нехватки витаминов в организме человека — недостаточное их поступление с пищей (первичные, экзогенные авитаминозы), однако в отдельных случаях наблюдается эндогенные или вторичные авитаминозы, связанные с нарушением процессов усвоения витаминов в организме.

По данным института питания РАМН (В. Б. Спиричев) наиболее важными причинами гипо- и авитаминоза (в обобщенном виде) являются следующие:

Недостаточное поступление витаминов с пищей, связанное с их низким содержанием в рационе, снижением общего количества потребляемой пищи, потерями витаминов в ходе технологического потока.

Угнетение кишечной микрофлоры, продуцирующей некоторые витамины.

Нарушение ассимиляции витаминов.

Повышенная потребность в витаминах, связанная с особенностями физиологического состояния организма или интенсивной физической нагрузкой, особыми климатическими условиями.

Врожденные генетически обусловленные нарушения обмена и функций витаминов.

При приеме витаминов в количестве, значительно превышающем физиологические нормы, могут развиться гипервитаминозы. Это особенно характерно для жирорастворимых витаминов.

Так как химическая природа витаминов была открыта после установления их биологической роли, их условно обозначили буквами латинского алфавита (А, В, С, D и т. д.); они сохранились и до настоящего времени для обозначения групп соединений, родственных по структуре, с общими биохимическими функциями (витамеры).

По растворимости витамины могут быть разделены на две группы (см. табл.1): водорастворимые (В₁, В₂, В ₆, РР, С и др.) и жирорастворимые (A, D, Е, К).

В качестве единицы измерения пользуются миллиграммами (1мг= 10^-3 г), микрограммами (1 мкг = 0,01 мг= 10^-6) на 1 г продукта или мг% (миллиграммы витаминов на 100 г продукта) и мкг% (микрограммы витаминов на 100 г продукта). Потребность человека в витаминах зависит от его возраста, состояния здоровья, условий жизни, характера деятельности, содержания в пище основных компонентов питания. Сведения о потребности взрослого человека в витаминах приведены в табл. 2.

В то же время имеется группа соединений, близких к витаминам по строению, которые, конкурируя с витаминами, могут занять их место в ферментных системах, но не в состоянии выполнить их функции. Они получили название антивитаминов.

 

Водорастворимые витамины, их свойства

Витамин С (L-аскорбиновая кислота). Впервые выделен из лимона. В химическом отношении представляет собой γ-лактон 2,3-дегидро-4-гулоновой кислоты, легко переходит в окисленную форму - L-дегидроаскорбиновую кислоту.

Необходим для нормальной жизнедеятельности человека: противоцинготный фактор, участвует во многих видах окислительно-восстановительных процессов, положительно действует на центральную нервную систему, повышает сопротивляемость человека к экстремальным воздействиям, участвует в обеспечении нормальной проницаемости стенок капиллярных сосудов, повышает их прочность и эластичность, способствует лучшему усвоению железа, нормальному кроветворению. При нехватке витамина С наблюдается сонливость, утомляемость, снижается сопротивляемость организма человека к простудным заболеваниям, при авитаминозе развивается цинга. Важнейшая физиологическая функция витамина - способность обратно окисляться в дегидроаскорбиновую кислоту под действием аскарбатоксидазы, с образованием окислительно-восстановительной системы и переносом протонов и электронов.

Установлена важная роль витамина С в синтезе ряда гормонов и нейротрансмиттеров, метаболизме фолиевой кислоты и аминокислот, его антиоксидативные функции, которые усиливаются в присутствии антиоксидантов: витамина Е и -каротина. Широкое применение в пищевой промышленности нашли аскорбат кальция и аскорбилпальмитат.

Все необходимое количество витамина С человек получает с пищей. Основные его источники - овощи, фрукты, ягоды: в свежем шиповнике 300-20 000 мг%, черной смородине 200-500 мг%, капусте 50-70 мг%, молодом картофеле 20-30 мг%. Витамин С крайне нестоек, легко разрушается кислородом воздуха в присутствии следов железа и меди, более устойчив в кислой среде, чем в щелочной, мало чувствителен к свету. В силу нестойкости его содержание в овощах и плодах при их хранении быстро снижается. Исключение - свежая и квашеная капуста. При тепловой обработке пищи разрушается на 25-60%.

Витамин С используется для обогащения соков, водорастворимых напитков, сухих завтраков, молока, в качестве хлебопекарного улучшителя, для сохранения цвета мясных продуктов совместно с нитратами и нитритами.

Витамин B₁ (тиамин). Тиамин участвует в регулировании углеводного обмена, а также в реакциях энергетического обмена. Недостаток его вызывает нарушение в работе нервной, сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, полиневрит (бери-бери). Действующей в организме формой витамина B₁ является его тиаминдифосфат (ТДФ, кокарбоксилаза).

Кокарбоксилаза -простетическая группа ряда ферментов, биологическая функция которой - декарбоксилирование пировиноградной кислоты (СН₃СОСООН) и расщепление С-С-связей α-кетокислот и α-кето-

Спиртов.

Основные источники витамина - продукты из зерна: пшеничный и ржаной хлеб, хлеб из муки грубого помола, некоторые крупы (в овсяной - 0,5 мг%, ядрице - 0,4 мг%), бобовые (в горохе - 0,8 мг%, фасоли 0,5 мг%), свинина - 0,5-0,6 мг%, шрот соевый - 2,2 мг%. Витамин B₁ содержится в периферийных частях зерна, и при помоле переходит в отруби. Для увеличения содержания тиамина на мельзаводах проводят обогащение муки высшего и I сорта синтетическим тиамином.

Витамин B₁ используют для обогащения продуктов из риса, детского питания, молока и молочных продуктов, зерновых продуктов быстрого приготовления. Витамин B₁ стоек к действию кислорода, кислот, редуцирующих веществ, чувствителен к действию света, температуры. В щелочной среде легко разрушается, например, при добавлении в тесто щелочных разрыхлителей: соды, углекислого аммония. Расщепляется и под влиянием фермента тиаминазы, который содержится в сырой рыбе, но разрушается при ее варке.

Витамин В₂ (рибофлавин). Участвует в качестве кофермента флавинмонуклеотида в ферментных системах, катализирующих транспорт электронов и протонов в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в живом организме. Участвует в синтезе ФАД, обмене белка, жира, нормализует функцию нервной, пищеварительных систем. Коферментам витамина В₂ принадлежит важная роль при превращениях В₆ и фолиевой кислоты в их активные коферментные формы, триптофана в ниацин. При недостатке рибофлавина возникают заболевания кожи (себорея, псориаз), воспаление слизистой оболочки ротовой полости, появляются трещины в углах рта, развиваются заболевания кровеносной системы и желудочно-кишечного тракта.

Источники (содержание, мг%) витамина В₂ в молочных продуктах: молоке - 0,15, твороге - 0,3, сыре - 0,4; в яйцах - 0,4; в хлебе - 0,1; в ядрице - 0,2; в мясе - 0,1-0,2; в печени - 2,2; в бобовых - 0,15; в овощах и фруктах - 0,01-0,06.

Некоторое количество витамина В₂ поступает в организм человека в результате деятельности кишечной микрофлоры. Витамин В₂ устойчив к повышенным температурам, окислению, не разрушается в кислой среде, нестоек к действию восстановителей в щелочной среде, разрушается под действием света.

Витамин В₃ (пантотеновая кислота) (по греч. - «вездесущий») Входит в качестве кофермента А (коэнзим А, КоА) в состав ферментов биологического ацилирования, участвует в биосинтезе и окислении жирных кислот, липидов, синтезе холестерина, стероидных гормонов.

Отсутствие пантотеновой кислоты в организме вызывает вялость, дерматит, выпадение волос, онемение пальцев ног. Признаки гиповитаминоза у человека наблюдаются редко, т. к. кишечная палочка синтезирует В₃. Пантотеновая кислота широко распространена в природе. Основные источники (мг%): печень и почки - 2,5-9; гречиха - 2,6; рис - 1,7-2,1; овес - 2,5; яйца - 1,4-2,7. Кулинарная обработка не приводит к значительному разрушению пантотеновой кислоты, но до 30% ее может переходить в воду при варке. Чувствительна к действию кислот, оснований.

Витамин РР (никотиновая кислота, ниацин). Под этим названием имеют в виду два вещества, обладающих практически одинаковой витаминной активностью: никотиновая кислота и ее амид (никотинамид).

Ниацин является коферментом никотинамидаде-ниндинуклеотид (НАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) большой группы НАД- и НАДФ-зависимых ферментов дегидрогеназы, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в клетках. Никотинамидные коферменты играют важную роль в тканевом дыхании. При недостатке витамина РР в организме наблюдается вялость, быстрая утомляемость, бессонница, сердцебиение, пониженная сопротивляемость к инфекционным заболеваниям. Ниацин способствует усвоению растительного белка, поэтому он важен для лиц, не употребляющих животные белки. Он участвует в углеводном обмене, способствует деятельности желудочно-кишечного тракта.

При значительном недостатке развивается пеллагра (от итал. pella - шершавая кожа) - тяжелое заболевание, приводящее к расстройству слизистой полости рта и желудка, появляются пятна на коже, нарушаются функции нервной и сердечно-сосудистой систем, психики. Потребность в ниацине покрывается за счет его поступления с пищей и образования из триптофана (из 60 мг триптофана, поступающего с пищей, образуется 1 мг ниацина). Это необходимо учитывать при оценке пищевых продуктов, как источников витамина PP. Например, в районах, в которых важным источником питания являются бедные триптофаном кукуруза и сорго, наблюдается РР-витаминная недостаточность и заболевание пеллагрой.

Источники витамина РР - мясные продукты (особенно печень и почки): говядина содержит его - 4,7; свинина - 2,6; баранина - 3,8; субпродукты - 3,0-12,0 мг%. Богата ниацином и рыба: 0,7-4,0 мг%. Молоко и молочные продукты, яйца бедны витамином РР, но с учетом содержания триптофана они - удовлетворительные его источники. В ряде злаковых и получаемых из них продуктов витамин РР находится в связанной форме и практически не усваивается организмом. Содержание ниацина в овощах и бобовых невелико. При размоле зерна теряется до 80% ниацина. Ниацин используют для обогащения кукурузных и овсяных хлопьев, муки.

Витамин РР хорошо сохраняется в продуктах питания, не разрушается под действием света, кислорода воздуха, в щелочных и кислых растворах. Кулинарная обработка не приводит к значительным потерям ниацина, однако часть его (до 25%) может переходить при варке мяса и овощей в воду.

Витамин В₆ (пиридоксин). Существует в различных химических формах: пиридоксин, пиридоксоль, пиридоксаль, пиридоксамин. Участвует в синтезе и превращениях амино- и жирных кислот в качестве кофермента пиридоксальфосфата (ПАЛФ) в пиридоксальных ферментах азотистого обмена. Необходим для нормальной деятельности нервной системы, органов кроветворения, печени. Недостаток вызывает дермиты.

Витамин В₆ широко распространен в природе. Основные его источники для человека (мг%): мясные продукты - 0,3-0,4; рыба - 0,1-0,2; соя и фасоль - 0,9; крупы (ядрица) - 0,4; пшено - 0,52; картофель - 0,30.

Витамин В₆ устойчив к повышенным температурам, кислотам, разрушается на свету и в щелочных средах. Некоторое количество витамина В₆ поступает в организм в результате деятельности кишечной микрофлоры. Витамин В6 в виде пиридоксин гидрохлорида используется для обогащения муки, изделий из зерна, молочных продуктов, продуктов лечебно-профилактического и детского питания.

Витамин В₉ (фолиевая кислота, фолацин). Под названием фолацин выступают два витамина: собственно фолиевая кислота и тетрагидрофолиевая кислота. Название произошло от лат. folium - лист. Участвует в процессах кроветворения, переносе одноуглеродных радикалов, синтезе амино- и нуклеиновых кислот, холина, пуриновых и пиримидиновых оснований в качестве кофермента тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК) соответствующих ферментов. Фолиевая кислота необходима для деления клеток, роста органов, нормального развития зародыша и плода, функционирования нервной системы. Недостаток фолиевой кислоты проявляется в нарушениях кроветворения (анемия, лейкомия), работе пищеварительной системы, снижении сопротивляемости организма к заболеваниям. Применяется для борьбы с болезнями кроветворной системы (злокачественные анемии, лучевые заболевания, лейкозы, гастроэнтероколиты).

Фолиевая кислота широко распространена в природе. Много ее (мкг%) в зелени и овощах (петрушка - 110, салат - 48, фасоль - 3, шпинат - 80), в печени - 240, почках - 56, хлебе – 16-27, твороге – 35-40; мало в молоке - 5 мкг%. В значительных количествах она вырабатывается микрофлорой кишечника.

Фолиевая кислота разрушается при термообработке, действии света. При пастеризации молока теряется 75% фолиевой кислоты. Легко разрушается в овощах при их переработке (до 90%). Однако в мясопродуктах и яйцах она устойчива. При кулинарной обработке мяса ее потери невелики.

Витамин В₁₂ (цианокобаламин). Является наиболее сложным химическим соединением среди витаминов. При замене группы —C≡N на группу —ОН в молекуле цианокобаламина образуется гидроксикобаламин, который в последнее время считается истинным витамином В12. В организме человека кобаламины превращаются в кобаламид — кофермент В₁₂. Участвует в процессах кроветворения, превращениях аминокислот, биосинтезе (совместно с фолиевой кислотой) нуклеиновых кислот. При недостатке витамина В₁₂ наступает слабость, падает аппетит, развивается злокачественное малокровие, нарушается деятельность нервной системы. Для эффективного усвоения этого витамина организмом человека необходим внутренний фактор гликопротеид (с молекулярной массой около 9300) слизистой желудка (внутренний фактор Костла), недостаток которого препятствует его всасыванию. Витамин В₁₂ содержится в продуктах животного происхождения; им богаты (мкг%) печень (50-100), дрожжи (50-60), почки (20-30); в рыбе содержится - 10, говядине – 2-6, сыре – 1-2, молоке - 0,4 мкг%. Витамин В₁₂ применяется при лечении анемий, для нормализации функций кроветворения, в неврологии (полиневрит, радикулит). Разрушается при длительном действии световых лучей, в кислой и щелочной среде; термостабилен.

Витамин Н (биотин). Входит в состав ферментов, катализирующих обратимые реакции карбоксилирования - декарбоксилирования, участвуя в биосинтезе липидов, аминокислот, углеводов, нуклеиновых кислот. Биотин необходим для нейтрализации авидина - белка сырого яичного белка, вытесняющего биотин из ферментных систем, образующих с ним нерастворимый комплекс (авидин-биотин), который не проходит через стенки кишечника.

При недостатке возникает депигментация и дерматит кожи, нервные расстройства. Потребность в биотине удовлетворяется за счет продуктов питания и его биосинтеза микрофлорой кишечника. Биотин содержится в большинстве пищевых продуктов. Основные источники биотина (мкг%): печень и почки – 80-140, яйца - 28. В молоке, мясе - до 3 мкг%. Из растительных продуктов богаты биотином продукты переработки зерна (мкг%): пшеничный хлеб - 4,8; овсяная крупа - 20; соя - 60; горох - 20. В процессе кулинарной обработки продуктов питания биотин практически не разрушается. Используется в качестве стимулятора при росте хлебопекарных дрожжей.