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二、微量元素

最近更新:2023-03-31

上面已经讲过,人体一定必需的微量元素共8种,包括碘、锌、铁、硒、铜、钼、铬、钴; 人体可能必需的微量元素共5种,包括锰、硅、硼、钒和镍;具有潜在的毒性,但在极低剂量时可能具有人体必需功能的微量元素,如氟、镉、铝和锡。下面有选择地介绍几种。 1.铁(iron) (1)铁的存在 化合态的铁以两种离子状态存在,即亚铁(Fe2+)形式和铁离子(Fe3+)形式,二者之间可以相互转化。

上式中,e代表电子,“-”表示失去电子,“+”表示得到电子。 人体内铁可以分为功能性和储存性两种。大多数功能性铁是以血红素蛋白质的形式存在的,最著名的是血红蛋白,肌肉的血红素化合物是肌红蛋白,许多酶也含有铁。储存铁有两种基本形式,即铁蛋白和血铁黄素,主要存在于肝脏、网状内皮细胞和骨髓。 (2)铁的代谢 铁的吸收过程受许多因素的影响,其中重要的是铁在食物中的存在状态。主要以配合物的形式存在于植物性食物中的铁,必须先与有机部分分开,并且还原成Fe2+后才能被吸收。谷物中含铁虽多,但可利用性差,所以以谷物为主的地区常多发生“营养性贫血症” ,其主要原因可能就是谷物中含有较多的植酸盐或者磷酸盐,与铁形成不溶性盐而降低了吸收率。蔬菜中生物可利用态的铁较丰富,故多食蔬菜可以弥补谷物中铁来源的不足。抗坏血酸、半胱氨酸有助于离子铁的吸收,这是因为它们不仅能还原Fe3+为Fe2+,而且可以和Fe2+形成可溶性配合物。肉类食物可以提高植物性食物中铁的吸收率,可能就是这个原因。动物性食物中铁的存在状态主要是血色素型铁,此种类型的铁不受植酸以及磷酸的影响,直接被肠黏膜上皮细胞吸收,其吸收率比离子铁高。这也是来源于动物性食物中的铁比来源于植物性食物中的铁容易被吸收的原因之一。其次,黏膜因素也会影响铁的吸收。小肠黏膜细胞中有与铁结合的受体,可以根据机体需要铁的情况调节铁的吸收。 从小肠进入血液中的Fe2+,在催化下氧化成Fe3+,然后分两个方向继续进行代谢: 一是与运铁蛋白结合而在血液中运输。运铁蛋白将大部分铁运输到骨髓,用于血红蛋白合成,小部分运输到各组织细胞用于合成含铁蛋白质。二是在肝脏、骨髓、网状内皮组织中与脱铁蛋白结合,以铁蛋白的形式存在于组织中。铁在体内含量过多时,铁蛋白含量增加,互相聚集形成小颗粒,称为含铁血黄素。 正常成年男子每日排泄铁约为0.5~1.0mg,大部分铁在从消化道脱落的上皮细胞中随粪便一起排出,一部分铁从泌尿生殖道脱落细胞和皮肤脱屑中排出。 铁的代谢过程如图1-7所示。

图1-7 铁的代谢过程示意

2.碘(iodine) 碘的性质活泼,以-1、+3、+5、+7价与多种元素化合,因此,自然界中的碘以化合物的形式存在。由于碘的化合物大多溶于水而随水的流动转移,最终汇入大海,因此海水中含碘最为丰富和稳定。由于蒸发作用,海水中的部分碘进入大气且以雨雪形式降至陆地,构成碘在自然界的大循环。 人主要通过进食吸收碘,其次是饮水。呼吸也能吸收很少量的碘。成人体内含碘20~50mg,其中约20%集中于甲状腺。甲状腺的聚碘能力很强,碘浓度可比血浆高25倍。当甲状腺功能亢进时,甚至可高数百倍。 在甲状腺中,碘以甲状腺素和三碘甲腺原氨酸的形式存在。血浆中的碘则与蛋白质结合在一起。 消化道、皮肤、呼吸道、黏膜均可以吸收碘。无机碘在胃和小肠几乎100%被吸收;有机碘在消化道被吸收,脱碘后以无机碘形式被吸收。很少量的小分子有机碘可以被直接吸收入血液,然而绝大多数在肝脏脱碘。但是,同脂肪酸相结合的有机碘可不经过肝脏而由乳糜管直接吸收进入体液; 与氨基酸结合的有机碘也可以被直接吸收。胃肠道内的钙、氟、镁阻碍碘的吸收,人体内蛋白质与能量不足时会妨碍胃肠内的碘吸收。 肾脏是代谢后的碘排出的主要渠道,肺及皮肤也排出少量碘,女性哺乳期分泌的乳汁也含有碘。 3.锌(zinc) 锌在体内广泛分布(血液中含量最少),人和动物体内很多重要的酶都含有锌。 锌的吸收主要在十二指肠和近侧小肠处。锌的吸收与铁相似,可受多种因素的影响,尤其植酸严重妨碍锌的吸收。但面粉经发酵可破坏植酸,有利于锌的吸收。当食物中有大量钙存在时,因可形成不溶性的锌钙-植酸盐复合物,对锌的吸收干扰极大。维生素D可促进钙的吸收。 小肠内被吸收的锌在门静脉血浆中与白蛋白结合,被带到肝脏中。进入肝静脉血中的锌约有30%被肝脏摄取。循环血中的锌以不同速度进入到各种肝外组织中。 留存于胰、肝、肾、脾中的锌储集速度最快,周转率也最高; 红细胞和肌肉摄入和交换锌的速度则较低; 中枢神经系统和骨骼摄入和周转锌的速度也较低,这部分锌在长时间内被牢固地结合着,所以骨骼锌在通常情况下不易被机体代谢利用。进入毛发的锌也不能被机体组织利用,并且随着毛发的脱落而丢失。 粪便是锌排泄的主要途径,其次尿、汗、毛发也排泄少量锌。经粪便排出的锌除了摄入代谢后的锌以外,还包括没有被吸收的锌和少量代谢出的内源锌。内源锌的排泄量随肠道吸收和代谢需要之间的平衡关系而变化,这种变化也是保持体内锌平衡的主要机制之一。 4.硒(selenium) 硒是地壳中含量微少,分布又很分散的稀有元素。由于在周期表中的位置,决定了它和氧、硫性质有所类似。它可以多种化合价构成各种无机和有机硒化合物。 成人体内含硒约14 ~ 21mg,分布于肾脏、肝脏、指甲、头发,肌肉和血液中含硒甚少。 硒在体内的吸收、转运、分布、储存和排泄受许多外界因素的影响。其中主要是膳食中硒的化学形式和量,另外性别、年龄、健康状况以及食物中是否存在硫、重金属、维生素等化合物也有影响。 5.铜 (copper) 铜在溶液和活的生物体中,以+2和+3价态存在,且以前者为主。 正常成人体内含铜总量约50~120mg,存在于各种组织中,以骨骼和肌肉中含量较高,20%存在于肝,5%~10%存在于血液中。血浆铜的90%与蛋白质结合成铜蓝蛋白,是一种氧化酶。 铜主要在小肠吸收,胃几乎不吸收铜。新吸收的铜在血浆中很快消失,大部分被肝吸收,小部分被肾吸收。 一旦铜进入到肝脏,几小时内就渗入到铜蓝蛋白,并递送给表面有铜蓝蛋白受体的细胞。 一般不认为铜是储存金属,它通常很容易从体内排泄,然而多数或所有组织的细胞都能以金属硫蛋白的配合物的形式将过多的铜储存起来。 体内对铜的平衡调节,胆汁起着重要作用。铜的主要排泄途径是通过胆汁 到胃肠道,再与随唾液、胃液、肠液进入胃肠道的铜以及少量来自小肠细菌的铜一起由粪便排出(少部分可被重吸收)。 6.氟(fluorine) 氟总是以负一价离子的形式存在,不论是在酸性还是在碱性介质中,氟几乎与所有正价元素结合形成化合物,所以迁移能力很强。因此,氟以少量且不同浓度存在于所有土壤、水以及动植物中,所有食物均含有氟。 目前已知的与氟化物相关联的组织为骨与牙釉质。 膳食和饮水中的氟摄入后,主要在胃部吸收,其吸收速度很快,吸收率也很高。 氟一旦被吸收,随即进入血液,分布到全身,并有部分排出体外。 从血浆来的氟与钙化的组织具有高度亲和力,形成配合物。但是这种结合是可逆的,可以通过骨骼组织间隙中的离子交换和骨骼再建把结合的氟释放出来。年轻人的骨骼再建过程比较活跃,所以年轻人比老年人骨骼中氟的沉积量少。 肾脏是无机氟排泄的主要途径。肾对氟的清除率与尿液pH大小有直接关系,某些情况下也与尿的流速有关。 应当注意: 氟是人体所必需,但稍微过量又可引起中毒。 7.铬(chromium) 铬有三价和六价两种形态,六价铬有毒,机体不能利用。在生物体中,三价铬不会氧化变为六价铬,所以在讨论营养功能时,只考虑三价铬。 成人体内三价铬总量约5~10mg,分布很广,但在各种组织中的浓度都很低,仅在核蛋白中浓度较高。另外,铬是葡萄糖耐量因子的组成成分。 三价铬的吸收率较低。不同的膳食成分对三价铬的吸收也有影响。例如,锌对铬的吸收有抵消作用,抗坏血酸则能促进铬的吸收。 人体内各部分都能储存铬,但随年龄增加储存能力减小。 铬主要自粪便中排出,应急状态下(如大量吸收铬、剧烈运动等)会使铬的排泄量增加。

【思考与讨论】 六价铬化合物均能溶于水,而且可被还原为三价铬; 沉淀于水底的三价铬在碱性条件下可氧化为六价铬。请同学们根据本课程的学习并通过查找资料说明这种转化对于生物界的重要意义。