Роль натрия в пище

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Натрий является макроэлементом, установлено, что в организме  человека массой 70 кг содержание натрия составляет 70 г. Это жизненно необходимый  элемент, его дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека.

Типичный металл, входящий в I группу периодической системы химических элементов. Является одним из главных компонентов химического состава природных вод.

Основным источником поступления натрия в поверхностные воды суши являются изверженные и осадочные породы и самородные растворимые хлористые, сернокислые и углекислые соли натрия. Большое значение имеют также биологические процессы, протекающие на водосборе, в результате которых образуются растворимые соединения натрия. Кроме того, натрий поступает в природные воды с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами и с водами, сбрасываемыми с орошаемых полей. В поверхностных водах натрий мигрирует преимущественно в растворенном состоянии. Концентрация его в речных водах колеблется от 0,6 до 300 мг/дм³ в зависимости от физико-географических условий и геологических особенностей бассейнов водных объектов.

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.

 

 

ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ НАТРИЯ

 

Функции натрия в организме тесно связаны со свойствами этого металла. Среди элементов щелочной и щелочноземельной группы натрий самый легкий, наиболее активный и обладающий сильными восстановительными свойствами. Соответственно он в меньшей степени, чем калий и тем более магний и кальций, способен к образованию устойчивых комплексов с макромолекулами и в этой роли не в состоянии с ними конкурировать. Иными словами, натрий не может играть сколько-нибудь существенной роли в стабилизации полимеров, например клеточных мембран. В итоге энергично конкурирующий, но неспособный к структурообразованию натрий выступает как универсальный разрушитель по отношению к макромолекулярным полимерам, возможности которого усилены его огромной сравнительно с другими катионами собственной концентрацией во внеклеточной жидкости. Его влияние возрастает многократно при освобождении в околоклеточную среду других дестабилизирующих мембраны веществ. Это конкурентное действие натрия за связь с элементами мембран используется, например, в токсикологии для защиты их от стойкого связывания с тяжелыми металлами.

В естественных условиях свойства натрия используются организмом для обратимых изменений формы белковых молекул с изменением их ферментативной активности. В клеточной мембране он конкурирует со стабилизирующими ее двухвалентными кальцием и магнием, выступая как соучастник в провоцировании клеточного возбуждения (наряду с одновалентным калием, протоном, ацетилхолином). Внутри клетки в актомиозиновом комплексе он конкурирует с этими же кальцием и магнием, в большей степени содействуя реализации клеточного ответа на раздражение. В гликогене и в функционально-ферментативных белках он, конкурируя с анаболическими катионами — калием и магнием, провоцирует катаболическую направленность обмена веществ.

Низкая способность  натрия к комплексообразованию исключает его прямое участие в молекулярных механизмах синтеза, одновременно обусловливая большую его свободу, т. е. подвижность, растворимость и гидрофильность. Поэтому и распределен он преимущественно в несвязанной (неструктурированной, неориентированной, подвижной) воде.

Уместно подчеркнуть, что  транспорт питательных веществ (аминокислот, углеводов, полиаминов, аденозина) в клетку прямо пропорционален натриевому концентрационному градиенту,  а выраженность и продолжительность – доле кальция в общей массе ионов, проникших в клетку.

Помимо участия в  клеточных процессах возбуждения, транспорта питательных веществ, переориентации метаболизма натрий выполняет и пассивную осмотическую функцию, обусловленную исключительно его высокой концентрацией. Во внеклеточной жидкости его концентрация равна 142 мэкв / л, т. е. в десятки раз выше любых других катионов 9в клетке в состоянии функционального покоя она колеблется в зависимости от специфики тканевого метаболизма от 0 до 20 мэкв / л). Вместе с ассоциированным ионом хлора, концентрация которого во внеклеточной жидкости равна 104 мэкв/л, этими двумя элементами обеспечивается 80% осмотического давления во внеклеточной жидкости.

Содержание натрия в  организме человека массой 70 кг составляет 60 г (2610 ммоль) – 0,08%. Из этого количества 44% натрия находится во внеклеточной жидкости и 9% – во внутриклеточной. Остальное количество натрия находится в костной ткани, являющейся местом депонирования иона натрия в организме. Около 40% натрия, содержащегося в костной ткани, участвует в обменных процессах и благодаря этому скелет является либо донором, либо акцептором ионов натрия, что способствует поддержанию постоянства концентрации ионов натрия во внеклеточной жидкости.

Натрий является основным внеклеточным ионом. В организме  человека находится натрий в виде его растворимых солей, главным  образом хлорида, фосфата и водородкарбоната. Натрий распределен по всему' организму: в сыворотке крови, спинномозговой жидкости, глазной жидкости, пищеварительных соках, желчи, почках, коже, костной ткани, легких, мозге.

Ионы натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, участвуют в поддержании постоянного осмотического давления биожидкости (осмотического гомеостаза). В виде противоионов в соединениях с фосфорной кислотой (фосфатная буферная система Na₂HPО₄ + NaH₂PO₄) и органическими кислотами натрий обеспечивает кислотно-основное равновесие организма. Ионы натрия участвуют в регуляции водного обмена и влияют на работу ферментов. Вместе с ионами калия, магния, кальция, хлора ион натрия участвует в передаче нервных импульсов и поддерживает нормальную возбудимость мышечных клеток. При изменении содержания натрия в организме происходят нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой и других систем, гладких и скелетных мышц. Натрий хлорид NaCl служит основным источником соляной кислоты для желудочного сока.

Натрий-калиевый градиент      обусловливает возникновение разности потенциалов на клеточной мембране. За счет энергии  гидролиза  одной молекулы АТФ три иона    Na    выводятся из клетки, а два  иона К⁺   поступают   внутрь клетки.  Такой дисбаланс электрических зарядов  и  служит   причиной   возникновения   разности   потенциалов  на  плазматической мембране,  в  частности   нервных волокон.   При   этом   внутренняя   сторона   мембраны   заряжена отрицательно по отношению к внешней поверхности мембраны.

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема действия Na⁺, K⁺ – АТФазы и возникновение разности потенциалов на клеточноых мембранах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НАТРИЙ В  ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ

 

Обычно соли натрия не обладают острой токсичностью, поскольку полностью развитые почки эффективно выводят натрий из организма. 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.

 

 

 

 

ОБНАРУЖЕНИЕ ИОНОВ НАТРИЯ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ

 

Для обнаружения ионов  натрия используют следующие аналитические  реакции.

1. Октаацетат-триуранилат цинка (никеля) (микрокристаллоскопическая реакция).

При взаимодействии с ионами натрия при рН 7 образуются тетраэдрические или октаэдрические кристаллы NaM(UO₂)₃ (СН₃СОО)₉ 9Н₂O, где M = Zn(II), Ni(II).

Предел обнаружения натрия — 0,1 мкг. Обнаружению натрия мешают ионы Li(I), Hg(I), Ag(I), Sb(III), дающие осадки с реагентом. Анионы Р0₄^3- и AsO₄^3- образуют малорастворимые фосфаты или арсенаты цинка и никеля и поэтому разрушают реагент. Ионы Са(П), Ва(П), Sr(II), Pb(H), Zn(II), Мп(П), Co(II), Ni(II), Hg(II), Al(III), Fe(III), Bi(III) мешают проведению реакции при содержании более 5 г/л. Их можно  удалить  действием  К₂СO₃, предварительно проверенного на отсутствие в нем иона натрия.

Выполнение реакции. На предметное стекло помещают каплю раствора, содержащего ионы натрия, рядом помещают каплю раствора реагента и стеклянной палочкой соединяют капли. Дают постоять и рассматривают образовавшиеся кристаллы под микроскопом.

2. Октаацетат-триуранилат цинка (люминесцентная реакция). 
Нонаацетат-триуранилат-цинкат (II) натрия обладает яркой флуоресценцией зеленого цвета. При содержании натрия более 10 мкг свечение наблюдается сразу же после прибавления реагента, при меньших содержаниях натрия свечение становится заметным лишь через 1 — 4 мин. Флуоресценция обусловлена наличием иона уранила (UO₂²⁺), а интенсивность свечения зависит от агрегатного состояния его соединений. Так, октаацетат-триуранилат цинка в водном растворе очень слабо флуоресцирует, а в твердом состоянии обладает яркой желто-зеленой флуоресценцией. Поэтому реакцию на натрий лучше проводить капельным методом на предметном стекле, а не на фильтровальной бумаге. Адсорбируясь на ней, октаацетат-триуранилат цинка начинает флуоресцировать, что мешает обнаружению натрия.

Предел обнаружения натрия — 0,03 мкг. Реакция довольно селективна. Аналогичную реакцию дает лишь литий. Ионы NH₄⁺, K(I), Са(П), Sr(II), Ba(II), Mg(П), Со(П), Ni(H), Мn(П), Cu(II), Cd(II), Hg(I), A1(III) не мешают обнаружению натрия даже при содержании 5 г/л.

Выполнение реакции. На предметное стекло помещают каплю раствора, содержащего ионы натрия, и каплю уксуснокислого раствора октаацетат-триуранилата цинка. При облучении ультрафиолетовым светом наблюдают зеленое свечение.

3. Окрашивание пламени. Летучие соли натрия (NaCl) окрашивают пламя газовой горелки в желтый цвет. В спектроскопе прямого зрения наблюдают линию при 590 нм.

 

Количественные  методики определения натрия в пищевых  продуктах

 

1. Определение активности ионов натрия

Для определения ионов Na используют стеклянные электроды различных марок, а также электроды с поливинилхлоридными пластифицированными мембранами на основе нейтральных переносчиков, в частности при родных антибиотиков (валиномицина, лазалоцида, нонактина и др.) либо синтетических макроциклических соединений.

Электроды из натрий-селективных  сортов стекла имеют высокую избирательность  по отношению к другим однозарядным ионам, за исключением ионов Н⁺ и Ag⁺.

Для измерения активности указанных ионов в водных растворах стеклянные и пластифицированные ИСЭ выдерживают не менее суток в 0,1 М растворах хлоридов соответствующих элементов.

Реагенты и  аппаратура

Хлорид натрия, 1,0000 М  стандартный раствор.

Буферный раствор, содержащий трис(гидроксиметил)аминометан (ТРИС), 1 ∙ 10^-3 М раствор, рН 8,5 — 9,0.

Хлорид калия, 0,1 М раствор.

рН-метр, иономер.

Индикаторный электрод, ИСЭ со стеклянной или пластифицированной мембраной, чувствительной к ионам натрия.

Электрод сравнения, хлоридсеребряный.

Выполнение  определения. Включают прибор в сеть и прогревают 20 мин. В колбах вместимостью 50,0 мл готовят растворы с концентрациями от 1,0 ∙ 10^-1 до 1,0 ∙ 10^-5 М NaCl последовательным разбавлением исходного  раствора трис-буферным раствором того, чтобы значение рН исследуемых растворов оставалось постоянным. Наливают растворы в стаканы и измеряют потенциал, переход от разбавленных растворов к более концентрированным. Электроды промывают водой, осторожно подсушивают мембрану фильтровальной бумагой и измеряют потенциал в исследуемом растворе. Результаты измерения оформляют в виде табл.:

 

Таблица. Результаты измерения потенциала в зависимости от pNa для построения градуировочного графика

 

Номер раствора	с, М	I	γ	pNa	Е, мВ