Глава 1. Обогащение пищевых продуктов железом и кобальтом

Понятие биоэлементы (см. Глоссарий), в отличие от понятия минеральные вещества подчёркивает проявление ими биологических свойств.

Железо (Fe) и кобальт (Co) как биоэлементы важны, прежде всего, как антианемичные. Так как получать необходимое количество хорошо усвояемых биоэлементов железа и кобальта с обычным рационом, в некоторых случаях, невозможно, остаётся актуальным практическое решение некоторых вопросов технологической нутрициологии, касающихся того, какие продукты и какой формой биоэлементов эффективно обогащать, а также в сочетании с какими другими функциональными ингредиентами [1-4].

Являясь составной частью гемоглобина железо принимает участие в процессах кроветворения и переносе кислорода из лёгких в ткани. Выполняя также другие важнейшие биологические функции, железо относится к одному из биоэлементов, гипоэлементоз с тяжёлыми последствиями для здоровья для которого регистрируется у большого процента населения [5].

Применительно к биоэлементу железо фактические данные диагностики метаболических расстройств подтверждают, что железодефицитная анемия (ЖДА) - широко распространенное во всем мире заболевание, которому подвержены люди обоего пола в любом возрасте, но особенно часто дети, молодые девушки и беременные женщины [6].

В России истощенные запасы железа имеются у 40-60% женщин репродуктивного возраста [6], следовательно, беременность у них наступает на фоне дефицита железа или уже резвившейся анемии, что в дальнейшем способствует нарушению биосинтеза белков в плаценте акушерским осложнениям, в частности плацентарной недостаточности, гипоксии и гипотрофии плода. Недостаток железа во внутриутробном периоде (при плохой обеспеченности им организма матери) и в первые годы жизни ребёнка – одна из частых причин задержки роста и развития, в том числе умственных, познавательных способностей, т.к. дефицит железа в этом возрасте наиболее отрицательно сказывается на формировании развивающегося детского мозга [1].

При назначении диеты беременным, страдающим ЖДА, необходимо помнить о том, что в большом количестве железо содержат печень свиная или говяжья, язык говяжий, мясо (говядина или баранина), мясо кролика и индейки, куры, куриные яйца, крупы (гречневая, пшено, овсяная, ячневая). Овощи и фрукты содержат небольшое количество железа, но из-за присутствия в них аскорбиновой и лимонной кислот существенно повышают его всасывание из пищи [6].

Cпециализированные продукты питания, обогащённые железом, – часть решения на пути к устранению предпосылок и последствий возникновения ЖДА (табл. 1.1.).

Таблица 1.1. – Основной состав некоторых специализированных продуктов

Специализированный продукт, обогащённый железом	Биоэлементы	Витамины	Основа продукта
Фемилак, «Нутритек», РФ	Fe, Ca, К, Zn, Mn, I	А, каротин, D, Е, С, В1, В2, В5, В6, В12, биотин, таурин	Коровье молоко
МDМиЛ Мама, «Лактри де Краон», Франция	Fe, Ca, К, Zn, Mn, P, Cu, Se	А, каротин, D, С, В1, В2, В5, В6, В9, В12, биотин, таурин, холин	Коровье молоко
АГУ МАМА, «Вимм-Билль-Данн», РФ	Fe, Ca, К, Zn, Mn, P, Cu, Se	А, D, Е, С, В1, В2, В3,   В5, В6, В9, В12, К, биотин, таурин	Коровье молоко
АННАМАРИЯ, «Москва златоглавая», РФ	Fe, Ca, Mg, К, Zn, Mn, P, Cu, I, Se	А, D, Е, С, В1, В2, В3, В5, В6, В9, В12, К биотин, таурин, холин, инозит	Коровье молоко
Дамил Мимам, «НТИ», Дания	Fe, Mg, К, Zn, Mn, P, Cu, I, Se	А, D, Е, С, В1, В2, В3. В5, В6, В9, В12, К биотин, докозагексаеновая, линолевая кислоты, холин, таурин	Коровье молоко
Мадонна, «Валитек Продимпэкс», РФ	Fe, Ca, Mg,, Zn, Mn,, Cu, I, Se, Cr, Mo	А, D, Е, С, В1, В2, В3 В5, В6, В12, К биотин	Изолят соевого белка
Амалтея, «CBMBV», Голландия	Fe, Mg, К, Zn, Mn, I, Se	А, D, Е, С, В1, В2, В3, В9, В12, холин	Козье молоко

 

К сожалению, в настоящее время потребителю не всегда открыта важнейшая информация о том, какой формой нутриента обогащен продукт, и до настоящего времени продолжается дискуссия о преимуществах и недостатках Fe²⁺ и Fe³⁺ как обогащаемых продуты нутриентах, так и составляющих противоанемических препаратов [7].

Соединения Fe²⁺ сравнительно легче всасываются, чем железо из препаратов Fe³⁺ [7]. Поступая в ЖКТ, Fe²⁺ проникает в мукозные клетки слизистой оболочки кишечника, затем посредством механизма пассивной диффузии - в кровяное русло. В крови происходит восстановление Fe²⁺ в Fe³⁺, которое связывается с трансферрином и ферритином, образуя пул депонированного железа.

При своем восстановлении в Fe³⁺ в слизистой оболочке ЖКТ соли Fe²⁺ образуют свободные радикалы, обладающие повреждающим эффектом, что может привести к развитию оксидативного стресса и, в частности, к развитию побочных реакций со стороны органов пищеварения, которые наблюдаются более чем у 20% людей [6]. Именно поэтому высокое содержание Fe²⁺ в питьевой воде – явление отрицательное.

Неионные соединения железа представлены гидроксид-полимальтозным комплексом Fe³⁺, который имеет большую молекулярную массу, что затрудняет его диффузию через мембрану слизистой оболочки кишечника. Химическая структура комплекса максимально приближена к структуре естественных соединений железа с ферритином, что обеспечивает поступление Fe³⁺ из кишечника в кровь путем активного всасывания. Этим объясняется невозможность передозировки препаратов в отличие от солевых соединений железа, всасывание которых происходит по градиенту концентрации. Помимо этого, неионные соединения железа не взаимодействуют с компонентами пищи, что позволяет не нарушать режим питания.

Таким образом, несмотря на рекомендации ВОЗ по применению для лечения ЖДА препаратов Fe²⁺ как наиболее эффективных, препараты с низкой биодоступностью на основе Fe³⁺ активно применяются благодаря их лучшей переносимости [7].

Растворимые соединения железа (сульфат, глюконат, лактат, цитрат) при обогащении ими могут отрицательно сказаться на органолептических свойствах продукта. Нерастворимые и малорастворимые соединения (глицерофосфат, сахарат, фумарат, сукцинат, цитрат, фосфаты, редуцированное элементарное железо) не вызывают изменений органолептических свойств продукта, но требуют дополнительных стабилизаторов для предотвращения расслоения продуктов или рекомендации: перед употреблением перемешивать [1].

Гемовое железо, получаемое из крови животных, как наиболее хорошо усваивается организмом, так и технологически оптимально для большинства видов обогащаемых продуктов. Одной из перспективных обогащаемых форм является нано-порошок элементарного железа с размером частиц менее 44 нм, полученный электролитическим способом, как наиболее биодоступный и безопасный.

 Адекватный уровень потребления для взрослых (физиологическая потребность) - 10 мг/сут. (для мужчин) и 18 мг/сут. (для женщин) установлен учётом средней усвояемости. Однако важно учитывать не только содержание железа в том или ином пищевом продукте, но и степень его адсорбции. Наибольшее количество железа в виде гема содержится в мясных продуктах (говядина, печень, почки), уровень всасывания этого микроэлемента из них составляет 25-30% [8].

Адсорбция железа из других продуктов животного происхождения (яичный желток, икра) составляет 10-15%, а из растительных (бобы, орехи, сушеные фрукты, зелень) всего 3-5% [18]. В связи с этим не оправданны рекомендации по употреблению в повышенных количествах дополнительно не обогащённых фруктовых соков, яблок или продуктов их переработки, гранатов и т.п. для восполнения железа.

При выборе наиболее оптимальной сырьевой основы для получения обогащенных железом пищевых продуктов, с одной стороны, учитываются факторы, влияющие на адсорбцию негемового железа (табл. 2) и не допускается обогащать один продукт нутриентами в высоких концентрациях, если они являются антагонистами. С другой стороны, высокая частота встречаемости среди населения именно полигипоэлементозных состояний, служит основанием для применения комбинированных форм обогащения.

Одновременное поступление витаминов и биоэлементов более физиологично, их сочетание более эффективно по сравнению с раздельным или изолированным обогащением каждым [6].

Мясные, рыбные продукты и фруктовые пюре и соки – наиболее оптимальная основа для производства обогащенных железом продуктов. Многие современные препараты (премиксы для обогащения продукции), кроме железа, содержат дополнительные компоненты, которые способствуют лучшему всасыванию (витамин С, серин, медь, марганец) или решают проблемы сочетанного дефицита (витамин В₁₂, фолиевая кислота, медь) [7]. Однако результаты клинико-фармакологических испытаний препаратов и биологически активных добавок к пище, содержащих железо и цинк в одной фармацевтической форме, указывают на то, что железо уменьшает положительные эффекты цинка и наоборот [8]. Это взаимодействие является антагонистическим.

Необходимо также учитывать ингибирующее действие кальция на всасывание железа как при совместном потреблении продуктов, содержащих кальций и железо, как и при выборе витаминно-минеральных комплексов, отдавая предпочтение тем, в которых эти минералы находятся в разных комплексах [9].

В целом молоко-сырьё для обогащения железом может быть более действенным в случае производства из него кисломолочных продуктов, в результате которых образуются органические кислоты и глюкоза [1].

Марганец понижает усвоение железа на 40%, хотя его эффект может варьировать в зависимости от наличия других нутриентов и формы железа. Предполагается минимальное влияние марганца на усвоение гемового железа из мясных продуктов [8].

Для усвоения железа необходим рибофлавин, дефицит В₂ и некоторых других нутриентов (таблица 1.2.) затрудняет этот процесс [8]. Витамин А влияет непосредственно на транспорт железа и образование эритроцитов. Считается, что при дефиците витамина А мобилизация железа из депо крови затруднена.

 

Таблица 1.2. – Факторы, влияющие на адсорбцию негемового железа

Повышают усвояемость	Понижают усвояемость
Органические кислоты: аскорбиновая, янтарная, молочная, лимонная, метионин, глюкоза, рибофлавин В2, витамин А	Тетрациклины, антациды, карбонаты, фосфаты, кальций, магний
Мясо, птица, рыба, фруктовые соки, материнское молоко	Фитаты злаковых, коровье молоко, сыр, творог, куриные яйца, отруби и др. волокнистые структуры (клетчатка), орехи, чай, кофе

 

Кобальт занимает особое место среди микроэлементов, поскольку физиологически активен в организме человека только в форме витамина В₁₂. Его иначе называют кобаламин, антианемический витамин. В природе он синтезируется только одноклеточными микроорганизмами. Например, микрофлора рубца жвачных животных способна включать кобальт в структуру витамина В₁₂. При наличии в пище кобальта симбиотическая микрофлора кишечника человека также способна синтезировать небольшие количества этого витамина [10].

Дефицита свободного кобальта не бывает, и он не заменяет готовый витамин В₁₂. Таким образом, проблема кобальта в питании человека - это прежде всего вопрос источников и снабжения витамином В₁₂ и всасывания этого витамина, а не самого кобальта. Любой обычный рацион содержит гораздо больше кобальта, чем доля этого элемента в виде витамина В₁₂, и никакого обязательного соответствия между содержанием в рационе кобальта и витамина В₁₂ не существует. Дефицит витамина В₁₂ может быть не связан с нехваткой кобальта в продуктах, а обусловлен другими причинами. К ним относят серьезные нарушения питания (строгое вегетарианство), заболевания системы пищеварения (нарушение синтеза белков, связывающих и транспортирующих витамин В₁₂), введение в организм веществ (например, антибиотиков), блокирующих развитие нормальной микрофлоры толстой кишки.

Железо и кобальт, при их гипоэлементозе у сельскохозяйственных животных, дополнительно включаемые в рацион в физиологичных дозах, способствуют повышению прироста живой массы у молодняка, увеличению продуктивности животных [11, 12]. Но, железом КРС, например, в Вологодской области обеспечен на 100% из-за его высокого содержания в воде, то обеспеченность кобальтом составляет 16,9-28,3% [13].

При его недостатке у животных извращается аппетит (они поедают шерсть, грызут деревянные предметы). В рубце уменьшается численность бактерий и инфузорий, снижается переваримость корма, развивается апатия, прогрессируют истощение, анемия. Молочная и мясная продуктивность уменьшается. У коров задерживаются течка, отделение последа, снижается оплодотворяемость, наблюдаются самопроизвольные аборты, недоразвитие плода и рождение нежизнеспособного приплода.

Жвачные животные, в противоположность другим животным и человеку, обладающим однокамерным желудком, утилизируют кобальт per se (в чистом виде) [9]. Неорганический кобальт превращается микрофлорой рубца в витамин В₁₂. Образованный, таким образом, витамин всасывается из рубца и поступает в ткани, где он необходим в метаболизме пропионовой кислоты - основного источника энергии у жвачных. Недостаток кобальта в кормах восполняют подкормками в виде неорганических солей серной и соляной кислот.

При балансировании рационов по кобальту учитывают наличие его в местных кормах, а также отрицательное влияние повышенных концентраций кальция, фосфора, железа, цинка, калия и протеина. Минимальная потребность животных в кобальте — 0,25 мг в расчете на 1 кг сухого вещества корма. Оптимальные нормы для крупного рогатого скота 0,4–0,7 мг/кг (для высокопродуктивных коров — до 1 мг/кг) [11, 12].

Недостаток пропионовой кислоты, меди и кобальта – одна из ведущих причин развития кетоза у жвачных животных. Надёжным способом предотвращения кетоза и снижения концентрации ацетона в молоке у высокопродуктивных молочных коров является скармливание им 200-400 г (на голову в сутки) пропионата, 130 мг сульфата меди, 10 мг сульфата кобальта. Однако более существенный эффект наблюдается при одновременном приёме простых углеводов (глюкозы, фруктозы), поэтому биоэлементом целесообразнее обогащать кормовой сахар [13].

Применение обогащенных железом и витамином В₁₂ (для жвачных животных - кобальтом) продуктов питания (кормления) должно быть адресным, т.е. ограниченным группами риска с доказанной недостаточностью или повышенной потребностью в них [1].

Литература по ГЛАВЕ 1

1. Спиричев В.В., Шатнюк А.Н., Позняковский В.М. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минералами. Наука и технология. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, – 2004 - 548 с.

2. Коденцова В. М., Погожева А. В., Громова О. А. Ших Е. В.