Витамин А (ретинол, аксерофтол) впервые выделен из неомыляемой фракции жиров в 1912 году, а его химическое строение было установлено П. Каррером в 1931 году. Жирорастворимый витамин А относится к семейству ретиноидов, по структуре представляет собой b- иононовое кольцо, имеющее в боковой цепи сопряженную полиеновую систему, с различными заместителями на конце этой цепи. В зависимости от природы заместителя витамин А существует в трех основных формах – спиртовая (ретинол), альдегидная (ретиналь) и кислотная (ретиноевая кислота). Основная природная форма витамина А – спиртовая.
R= CH2OH – ретинол
R= CHO – ретиналь;
R= COOH – ретиноевая кислота;
R= Н – ангидровитамин
Источником витамина А являются продукты животного происхождения, в которых он встречается в виде витамеров А1 и А2. В тканях животных и рыб присутствует витамин А1. Из шестнадцати возможных стереоизомеров ретинола А1 наиболее известны шесть (табл. 2.1.1), практическое значение имеют два – полный трансретинол, 13-цисретинол. Среди них наибольшей биологической активностью обладает полный трансретинол.
Таблица 2.1.1. Стереоизомеры
|
Структурная формула |
Наименование стереоизомера |
|
|
Трансретинол А1 |
|
|
13 цисретинол А1 |
|
|
11 цисретинол А1 |
|
|
9-цисретинол А1 |
|
|
9, 13-дицисретинол А1 |
|
|
11, 13-дицисретинол А1 |
Природный витамин А, полученный из жира печени морских рыб, на 65% состоит из полного трансизомера и на 35% из 13 цис-изомера (неоретинол). Доля неоретинола в природных источниках составляет примерно треть, в препаратах, полученных промышленным путем, – значительно меньше. В печеночном жире рыб и некоторых других естественных источниках в небольших количествах содержится ангидровитамин А1, в промышленности его получают из витамина А1 в присутствии кислот (небольших количеств соляной кислоты).
Витамин А2 в отличие от А1 характеризуется наличием дополнительной кратной связи между С5 и С6 в шестичленном цикле. Природный витамин А2 имеет полную трансконфигурацию (all-trans-3-дегидро-ретинол), и его биологическая активность составляет 40% от активности витамина А1. Естественным источником витамина А2 являются неомыляемые фракции жира печени пресноводных рыб, в которых он содержится наряду с витамином А1, в спиртовой и альдегидной формах (дегидроретинол и дегидроретиналь).
R = – CH2OH – дегидроретинол
R = – CHO – дегидроретиналь
R = H – ангидровитамин
Витамин А является ростовым фактором, его дефицит в молодом возрасте приводит к остановке роста, особенно костей, эпителиальных клеток, повреждению тканей центральной нервной системы, гипервитаминоз витамина приводит к ломкости костей. В организме человека ретинол легко окисляется обратимо до ретиналя, а затем необратимо до трансретиноевой кислоты:
В роли ростового фактора в организме человека выступает продукт метаболизма ретинола – ретиноевая кислота, которая является гормональной формой витамина А. Под действием внутриклеточных изомераз некоторое количество полностью трансретиноевой кислоты превращается в 9-цис-, 11-цис-, 13-цисретиноевую кислоту витамина А.
Наиболее подробно изучена биохимическая роль витамина А, а именно его альдегидной формы, в зрительных процессах. Ретиналь входит в зрительный пигмент родопсин («зрительный пурпур»), находящийся в клетках глаза животных, в том числе и человека. Поэтому при дефиците витамина А страдает прежде всего зрение, наблюдается сухость роговой оболочки глаз, нарушение темновой адаптации и развивается ксерофтальмия («куриная» слепота).
Молекула родопсина содержит одну хромофорную группу, две олигосахаридные цепочки и водонерастворимый мембранный белок – опсин. В качестве хромофорной группы родопсина выступает 11-цис- изомерная форма ретиналя. Хромофор расположен в центре молекулы родопсина и связан через остаток лизина с белковой молекулой.
В роли кофермента 11-цисретиналь выполняет несколько функций. Одна из них – в темновом состоянии удерживать молекулу родопсина, чтобы она не запустила ложный зрительный акт. Следовательно, в темноте 11-цисретиналь является мощным лиганд-антагонистом родопсина. Зрительный акт должен быть запущен квантом света, но не быть ложным. Другая физиологическая функция 11-цисретиналя – это его сверхбыстрая цис-транс-фотоизомеризация, вызванная поглощением кванта света.
Процесс цис-транс-фотоизомеризации хромофора, приводящий к выпрямлению полиеновой цепочки, протекает с высокой скоростью, порядка 200 фемтосекунд (1фс=10–15с), и является «спусковым» – запускает сложнейшие процессы зрительного акта, освобождая родопсин для дальнейших превращений. В процессе фотопревращения родопсина происходит высвобождение его хромофорной группы – полностью трансретиналь выходит из белковой части молекулы и переходит в цитоплазму. В дальнейшем он восстанавливается до ретинола и обратно конвертируется в 11-цисретиналь.
Пищевыми источниками витамина А являются продукты животного происхождения и рыба, где он встречается главным образом в виде сложных эфиров (табл. 2.1.2). В растительной пище, особенно в свежих овощах (морковь, тыква, шпинат и другие) и фруктах (шиповник, апельсин, абрикос) присутствуют провитамины А – каротины, которые в организме подвергаются окислительному расщеплению в печени и слизистой оболочке кишечника до ретинола. При этом β-каротин образует две молекулы ретинола, а α- и γ-каротины – по одной молекуле. Наибольшей А-витаминной активностью обладает β-каротин, активность α-каротина – вдвое ниже, γ-каротина – составляет 27% активности β-каротина.
Таблица 2.1.2. Cодержание витамина А в пищевых продуктах
|
Наименование продукта |
Массовая доля, мкг% |
|
Печень говяжья жареная |
9500 |
|
Печень говяжья |
8200 |
|
Консервы «Печень Трески» |
4400 |
|
Масло топленое |
600 |
|
Масло сливочное Вологодское |
590 |
|
Масло сливочное Любительское |
450 |
|
Икра кеты зернистая |
450 |
|
Масло сливочное |
400 |
|
Сыр Российский |
260 |
|
Яйцо куриное |
250 |
|
Почки говяжьи |
230 |
|
Брынза |
180 |
|
Почки говяжьи тушеные |
150 |
|
Творог жирный, 18% |
100 |
|
Мороженое пломбир |
86 |
|
Курица 1-й категории |
70 |
|
Сливки 10%-й жирн. |
60 |
|
Курица отварная |
40 |
|
Свежая кета |
40 |
|
Сухари сливочные |
38 |
|
Кефир, 3,2%-й жирн. |
30 |
|
Сельдь жирная |
30 |
|
Сердце говяжье |
20 |
|
Пастеризованное молоко 3,2%-й жирн. |
20 |
|
Стерилизованное молоко 3,2%-й жирн. |
15 |
|
Судак |
10 |
|
Творог 4%-й жирн. |
10 |
|
Мясо говядины |
10 |
Природные α-, b-, g-изомеры каротина обладают способностью изомеризоваться. Процесс изомеризации заключается в перемещении кратной связи не только в цикле, но и цис-, транспревращениях в алифатической цепи молекулы, что обусловливает изменения в спектральных характеристиках и провитаминной активности каротинов. Изомеризация наблюдается при растворении каротинов, она обратима при воздействии света, тепла, йода, кислот и катализаторов. Наибольшей А-витаминной активностью в основном обладают полностью трансизомеры.
В растительных материалах изомерам каротина сопутствуют родственные им изопреноидные полиены, которые имеют общее название каротиноиды, они являются пищевыми красителями и обладают провитаминной активностью. Среди них наиболее известными являются ликопин, биксин, ксантофиллы и др. Каротиноиды в небольшом количестве присутствуют и в продуктах питания животного происхождения (табл. 2.1.3).
Таблица 2.1.3. Соотношение между ретинолом и каротиноидами в пищевых продуктах
|
Наименование |
Вещества, обладающие А-витаминной активностью, % |
||
|
ретинол |
b-каротин |
др. каротиноиды |
|
|
Мясо красное |
90 |
10 |
|
|
Мясо птицы |
90 |
10 |
|
|
Мясо рыбы |
90 |
10 |
|
|
Яйца |
90 |
10 |
|
|
Молочные продукты |
70 |
30 |
|
|
Животные жиры |
90 |
10 |
|
|
Кукуруза |
40 |
60 |
|
|
Семена |
50 |
50 |
|
|
Зеленые растения |
75 |
25 |
|
|
Желтые овощи |
85 |
15 |
|
|
Желтые фрукты |
85 |
15 |
|
Известно, что витамин А стимулирует иммунитет, повышает устойчивость к инфекциям, используется для лечения кожных расстройств. Рекомендуемые суточные нормы витамина А являются предметом дискуссии, они колеблются в разных странах от 600 до 1000 мкг (табл. 2.1.4).
Таблица 2.1.4. Рекомендуемая суточная потребность в витамине А
в зависимости от возраста в разных странах, мкг/сут
|
Категория |
Возраст, года |
Россия |
Великобритания |
США |
|
Грудные дети |
0½ |
400 |
350 |
375 |
|
½–1 |
400 |
350 |
375 |
|
|
Дети |
1–3 |
450 |
400 |
400 |
|
4–6 |
500 |
400 |
500 |
|
|
7–10 |
700 |
500 |
700 |
|
|
Мужчины |
11–14 |
1000 |
600 |
1000 |
|
15–18 |
1000 |
700 |
1000 |
|
|
19–59 |
1000 |
700 |
1000 |
|
|
60–74 |
1000 |
700 |
1000 |
|
|
>75 |
1000 |
700 |
1000 |
|
|
Женщины |
11–14 |
800 |
600 |
800 |
|
15–18 |
800 |
600 |
800 |
|
|
19–59 |
800 |
600 |
800 |
|
|
60–74 |
800 |
600 |
800 |
|
|
>75 |
800 |
600 |
800 |
|
|
Беременные |
200 |
700 |
800 |
|
|
Кормящие матери |
400 |
950 |
1200 |
Применение высоких доз витамина А (3000 мкг и более) представляет опасность, избыток витамина А токсичен. Общепризнанной безопасной суточной дозой считается доза до 1500 мкг. В литературе достаточно сведений о побочных эффектах витамина А, признаками его хронической передозировки являются сухость кожи, растрескивание губ, конъюнктивит, выпадение волос, уменьшение плотности кости, боль в суставах, хроническая головная боль, внутричерепная гипертензия и поражение печени. Перечисленные симптомы связывают с длительным приемом взрослыми препаратов, содержащих более 7500–15000 мкг этого витамина. Определение конкретной безопасной пороговой дозы для проявления хронической токсичности витамина А осложняется при наличии хронических болезней, злоупотреблении алкоголем, приеме лекарств.
Для измерения витаминной активности ретинола и каротинов используют две системы: ретиноловый эквивалент (РЭ) и международные единицы (МЕ):
- 1 РЭ = 1 мкг полностью трансретинол = 2 мкг полностью транс-b-каротин = 12 мкг полностью транскаротиноиды = 24 мкг другие провитамины (каротиноиды)
- 1МЕ = 0,3 мкг полностью трансретинол = 0,344 мг мкг полностью трансретинол ацетат = 0,55 мг мкг полностью трансретинол пальмитат
Промышленностью выпускаются синтетические препараты витамина А в виде уксуснокислого эфира (ретинолацетат) или в виде эфира пальмитиновой кислоты (ретинолпальмитат), как более устойчивые к окислению.
Препараты из естественного сырья – концентраты витамина А получают путем молекулярной дистилляции печеночных жиров рыб и морских зверей. Их выпускают в виде растворов, драже и таблеток. Широкое распространение получили воднодисперсные препараты витамина А, усвоение которых организмом превосходит жирорастворимые препараты. Кроме того, водорастворимые препараты устойчивы при хранении.
Витамин А широко используют для витаминизации многих жиросодержащих продуктов, в том числе и кондитерских изделий. Каротиноиды как вещества с А-витаминной активностью (табл. 2.1.5) применяют в пищевой промышленности в качестве красящих веществ. Благодаря своей растворимости в жирах они пригодны для окрашивания жиров и сыров, в диспергированном виде – сухих смесей для пудингов и жидкостей (лимонадов, сиропов, фруктовых соков, супов, соусов). В цифровой кодификации пищевых добавок в разделе «красители» b-каротин имеет номер Е-160а, ликопин – Е-160d, криптоксантин – Е-161c, рубиксантин – Е-161d.
Таблица 2.1.5. Биологическая активность различных соединений с А-витаминной активностью
|
Наименование соединения |
Относительная биологическая активность, % |
|
Трансретинол |
100 |
|
Трансретиналь |
100 |
|
Цисизомеры ретинола |
23–75 |
|
Эфиры ретинола |
10–100 |
|
3-Дегидровитамин А (А2) |
30 |
|
b-Каротин |
50 |
|
a-Каротин |
26 |
|
g-Каротин |
21 |
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИТАМИНА А
|
Показатель |
Ретиноевая кислота |
Ретинолацетат |
|
Брутто-формула |
С20 Н28 О |
С22 Н32 О2 |
|
Молекулярный масса |
300,4 |
328,48 |
|
Температура плавления, оС |
178 –180 |
57–58 |
|
Растворимость |
Растворим в большинстве органических растворителей, |
|
|
Биологическая активность |
1 мкг – 3,33 МЕ, |
1 мкг – 2,9 МЕ, |
|
Максимум поглощения, |
350 (4,66) |
326 |
|
Удельный показатель поглощения, , мл/мкг×см |
1550 |
|
Ретинол и ретинолацетат представляют собой желтые кристаллы, ретинолпальмитат – желтое масло. Витамин А быстро разрушается под действием кислорода воздуха,окислительных агентов и ультрафиолетового света. Кислород воздуха при температуре 120 oС полностью разрушает витамин в течение четырех часов, в отсутствие кислорода витамин А термоустойчив и не разрушается при нагревании до температуры 120 oС. Разрушают витамин перекись водорода и пероксиды, образующиеся в маслах при прогоркании. Второй по разрушающей способности фактор, влияющий на устойчивость концентратов витамина А, является кислый рН среды, поэтому минеральные кислоты легко инактивируют витамин. Для повышения устойчивости в масляные растворы витамина А добавляют антиоксиданты: гидрохинон, лецитин, токоферол, масла, богатые токоферолом (соевое масло), сложные эфиры галловой кислоты и фенолы.
Определение содержания витамина А в пищевых продуктах ведут с использованием физико-химических (электронной спектроскопии, флуорометрии, полярографии, изотопного разведения) и биологических методов. Выбор метода зависит от цели исследования, свойств анализируемого материала, содержания витамина А и каротина и характера сопутствующих примесей. Анализ осложнен тем, что витамин присутствует в пищевых продуктах в различных формах, в свободном и этерифицированном состояниях, в форме цис- и трансизомеров.
Витамины группы А как полиненасыщенные соединения поглощают свет в видимой и УФ-областях, фактически все они имеют окраску от желтой до оранжевой. Поэтому количественный анализ чистых препаратов витамина А основан на измерении поглощения в УФ-области спектра, при условии отсутствия других веществ, поглощающих в этой области. Такой подход мало пригоден в технологии продуктов питания, где чаще используют химические методы анализа, отличающиеся высокой чувствительностью. Витамин А дает цветные реакции с растворами треххлористой сурьмы (голубое окрашивание), треххлористого мышьяка, с дихлоргидрином глицерина (фиолетовое окрашивание). Аналогичное окрашивание дают и другие часто сопутствующие вещества, например b-каротин. Цис-, трансизомеры не различимы при использовании химических методов.
В случае анализа сложных смесей, какими являются продукты питания, для устранения сопутствующих веществ, мешающих определению А-витаминной активности, необходимо провести следующие подготовительные стадии: щелочной гидролиз (омыление), экстракцию неомыляемой части хлороформом и последующее определение оптической плотности растворов либо по цветной реакции, либо путем прямого измерения поглощения света в ультрафиолетовой области. Оба эти способа дают совпадающие между собой результаты при условии применения соответствующего коэффициента перевода экстинкции на биологическую активность в международных единицах активности витамина А в виде ретинола.
Витамин D (кальциферол – несущий кальций) представляет собой группу витаминов, обладающих антирахитическим действием. Поиск антирахитического фактора проводился начиная с конца XVIII века. Однако оказалось, что витамин встречается во многих формах, поэтому открытие его, выделение отдельных форм и установление структуры происходило с начала 30-х до конца 50-х годов XX века.
Кальциферолы можно рассматривать как производные стеринов, вследствие этого углеродный скелет циклической части молекулы имеет следующую своеобразную нумерацию атомов:
В составе кальциферолов присутствует два циклогексановых кольца, связанных между собой этиленовым мостиком с двумя экзоциклическими двойными связями (=СН–СН=) с вытянутой S-транс-диеновой1 конфигурацией, а не стерически затрудненной S-цис-диеновой, и циклопентановое кольцо, которое содержит при С17 боковую алифатическую цепь. В положении С3 циклогексанового кольца располагается гидроксильная группа, а С10 – метиленовая группа, входящая в систему из трех сопряженных кратных связей: С5–С6, С7 –С8, С10–С19. По взаиморасположению последних относительно С5–С6-связи витамин D относят к цисизомерам, соответствующий ему трансизомер обладает очень низкой антирахитической активностью.
В литературе описаны шесть форм витамина D (D2–D7) природного и синтетического происхождения, различающиеся строением боковой алифатической цепи при С17. К природным витаминам относятся витамин D2 (эргокальциферол), витамин D3 (холекальциферол) и витамин D4 (дигидроэргокальциферол). Наиболее важными из них являются витамины D2 и D3.
Растительные продукты содержат незначительное количество витамина D2. Он практически отсутствует в зеленых растениях, но обнаружен в водорослях, сене, плодах какао и дрожжах, что обусловлено присутствием в них провитамина D2 – эргостерола. Последний под действием солнечного света превращается в превитамин D2, который спонтанно изомеризуется в витамин D2. Поэтому при облучении ультрафиолетом некоторые растительные масла, например льняное, хлопковое, приобретают антирахитические свойства. Богатыми растительными источниками эргостерола являются петрушка и крапива.
Другой природной формой витамина D, встречающейся только в животном мире, считается витамин D3. Он содержится в жирной рыбе, особенно им богат жир печени тунца, трески, палтуса, меч-рыбы. В продуктах животного происхождения содержание D3 значительно ниже, умеренное количество присутствует в говяжьей печени, в яичном желтке, сливочном масле, сыре.
Холекальциферол синтезируется в кожных покровах людей из провитамина – 7-дегидрохолестерол, который является промежуточным метаболитом при синтезе холестерола из ланостерина. Для превращения провитамина в холекальциферол достаточно солнечного облучения в строго определенном диапазоне (295–297 нм).
Трансизомер витамина D3, образующийся при облучении светом и действии йода, используется в терапевтической практике как препарат, стимулирующий транспорт кальция в кишечнике, но он обладает очень низкой антирахитической активностью.
Витамина D1 не является индивидуальным веществом, под этой формой подразумевают смесь люмистерола (стереоизомер эргостерола) и витамина D2 в соотношении 1:1. Этот комплекс достаточно прочный, возгоняется в вакууме и имеет температуру плавления более высокую, чем другие витамины D.
В результате фотоизомерии соответствующих стеринов получены витамеры D4–D6, обладающие более низкой D-витаминной активностью, чем у D2 и D3. Витамин D4 содержится в природных продуктах в очень малых количествах и образуется из предшественника – дигидроэргостерола, но методы его выделения не имеют практического значения.
Витамины D5–D7 получены только фотосинтетическим путем. Из b-ситостерина, содержащегося в хлопковом масле, масле ростков пшеницы, кукурузы, синтезирован предшественник витамина D5 – 7-дегидроситостерол, при облучении последнего образуется витамин D5 (этилхолекальциферол или ситокальциферол).
Из стигмастерола, присутствующего в соевых бобах, был получен 7-дегидростигмастерол – провитамин D6, при облучении которого выделен витамин D6 – дигидроэтилкальциферол (стигмакальциферол).
Сам витамин D проявляет весьма низкую биологическую активность, реализация его биологической эффективности происходит в почках и печени с образованием активных метаболитов. Биологически активная форма витаминов D в виде окисленных метаболитов гидроксипроизводных – 25-гидроксикальциферола и 1, 25-дигидроксихолекальци- ферола – обладает значительно более высокой биологической активностью, чем исходный витамин. Витамин D2 гидроксилируется с образованием следующих метаболитов:
|
Х |
Y |
Z |
|
|
25 – Гидроксиэргокальциферол |
H |
H |
ОH |
|
1, 25 – Дигидроксиэргокальциферол |
OH |
H |
OH |
|
24, 25 – Дигидроксиэргокальциферол |
H |
ОH |
OH |
|
1, 24, 25 – Тригидроксиэргокальциферол |
OH |
OH |
OH |
Холекальциферол (D3) в организме человека гидроксилируется аналогичным путем с образованием эквивалентных по биологической активности гидроксипроизводных витамина D3. Среди них наибольшее физиологическое значение имеют два метаболита – 1a, 25-диоксикаль-циферол (кальцитриол) и 24, 25-диоксикальциферол (секальцифедиол).
|
Х |
Y |
Z |
|
|
1a – Гидроксихолекальциферол |
OH |
H |
H |
|
25 – Гидроксихолекальциферол |
Н |
Н |
ОН |
|
1a, 25 – Дигидроксихолекальциферол |
OH |
H |
OH |
|
24, 25 – Дигидроксихолекальциферол |
H |
OH |
OH |
|
1a, 24, 25 – Тригидроксихолекальциферол |
OH |
OH |
OH |
Витамин D регулирует всасывание кальция в кишечнике и гомеостаз кальция и фосфора в организме. Известно, что соли кальция хорошо растворяются и образуют комплексы со спиртами, поэтому гидроксилированные производные витаминов D, имеющие два или три гидроксила, способны связывать ионы кальция. При этом последние, оказываясь окруженными липофильной оболочкой, становятся растворимыми в липидах и приобретают способность проходить сквозь липидные слои и липидные мембраны.
На современном этапе метаболиты витамина D, отличающиеся по биологической активности (табл. 2.1.8), рассматривают как стероидные гормоны, а сам витамин как прогормон, который регулирует три группы процессов:
- процессы роста и дифференциации клеток всех органов и тканей;
- белковый, липидный, минеральный обмены, в том числе синтез рецепторных белков, ферментов и гормонов, регулирующих обмен кальция;
- функционирование сердечно-сосудистой системы, желудочно- кишечного тракта, печени, поджелудочной железы и т. д.
Таблица 2.1.8. Биологическая активность соединений, обладающих
D-витаминной активностью (для млекопитающих)
|
Наименование соединения |
Биологическая активность, % |
|
Эргокальциферол |
100 |
|
Холекальциферол |
100 |
|
25-Гидроксихолекальциферол |
200–500 |
|
1a, 25-Дигидроксихолекальциферол |
500–1000 |
|
1a-Гидроксихолекальциферол |
500–1000 |
Витамином D называют два витамера – D2 и D3, проявляющие одинаковую биологическую активность в организме человека (табл. 2.1.8). В то же время витамер D2 проявляет большую антирахитическую активность для крыс и не активен для птиц. Биологическая активность различных форм витамина D измеряется в международных единицах (МЕ): 1 МЕ = 0,025 мкг
Литературные данные о содержании витамина D в продуктах питания очень противоречивы. Это связано не только с тем, что методы анализа витамина сложны в исполнении, но и с тем, что многие продукты питания обогащают витамином, например, рыбий жир, пивные дрожжи, маргарин и некоторые молочные продукты (табл. 2.1.9).
Таблица 2.1.9. Содержание витамина D в пищевых продуктах
|
Наименование продукта |
Массовая доля, МЕ/100 г |
|
Масло печени сельди |
140 000 |
|
Жир печени трески |
10 000 |
|
Рыбий жир |
5000 |
|
Печень трески |
4000 |
|
Кожа птицы |
900 |
|
Лосось |
220–440 |
|
Сельдь атлантическая |
330 |
|
Икра осетровая |
320 |
|
Яичный желток |
320 |
|
Напиток какао |
268 |
|
Креветки |
150 |
|
Макрель |
120 |
|
Треска |
85 |
|
Свинина |
84 |
|
Мясо птицы |
80 |
|
Печень домашней птицы |
50–65 |
|
Говяжья печень |
8– 40 |
|
Молоко коровье |
0,3–54 |
|
Масло сливочное |
35 |
|
Яйцо куриное |
28 |
|
Говядина |
13 |
|
Сыр |
12 |
|
Кукурузное масло |
9 |
|
Капуста |
0,2 |
Дефицит витамина D для взрослых людей приводит к остеомаляции («размягчение» костей), у детей – к рахиту. Суточная доза витамина D3 для детей составляет 10 мкг, взрослых – 2,5–10 мкг (табл. 2.1.10). При гиповитаминозе необходимо поступление витамина D с жиром печени рыб, где его содержится больше всего, или со сливочным маслом, молоком, яйцами. Для профилактики D-гиповитаминоза проводят витаминизацию таких пищевых продуктов, как молоко, хлеб. Витамин D не выделяется с мочой, поэтому избыток в организме оказывает токсическое действие.
Таблица 2.1.10. Рекомендуемая суточная потребность в витамине D
в зависимости от возраста в разных странах, мкг/сут
|
Категория |
Возраст, годы |
Россия |
Великобритания |
США |
|
Грудные дети |
0–½ |
10 |
8,5 (от 6 мес.) |
7,5 |
|
½–1 |
10 |
7 (от 7 мес.) |
10 |
|
|
Дети |
1–3 |
2,5 |
7 |
10 |
|
4–6 |
2,5 |
7 |
10 |
|
|
7–10 |
2,5 |
7 |
10 |
|
|
Мужчины |
11–14 |
2,5 |
7 |
10 |
|
15–18 |
2,5 |
7 |
10 |
|
|
19–24 |
2,5 |
10 |
10 |
|
|
25–50 |
2,5 |
10 |
5 |
|
|
> 51 |
2,5 |
10 |
5 |
|
|
Женщины |
11–14 |
2,5 |
7 |
10 |
|
15–18 |
2,5 |
7 |
10 |
|
|
19–24 |
2,5 |
10 |
10 |
|
|
25–50 |
2,5 |
10 |
5 |
|
|
> 51 |
2,5 |
10 |
5 |
|
|
Беременные и кормящие матери |
10 |
10 |
10 |
В промышленности витамин D получают путем УФ-облучения при длине волны 265 нм из соответствующих провитаминов. Витамин D3 образуется в процессе фотоизомерии 7-дегидрохолестерола, выделяемого из моллюсков. Основным промышленным источником витамина D2 является эргостерол, получаемый из пекарских или пивных дрожжей. Содержание эргостерола в дрожжевых клетках колеблется в пределах 0,2–11%. Кроме дрожжей, продуцентами эргостерола выступают мицелиальные грибы – аспергиллы и пенициллы, в которых содержится 1,2–2,2% эргостерола, а отходы пенициллинового производства являются важным промышленным источником для получения витамина.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИТАМИНА D
|
Наименование показателя |
Витамин D2 |
Витамин D3 |
|
Брутто-формула |
С28Н44О |
С27Н44О |
|
Молекулярная масса |
396,7 |
384,6 |
|
Температура плавления, оС |
121 |
84–85 |
|
Растворимость |
В воде нерастворим, растворим в органических растворителях |
|
|
Биологическая активность |
1 МЕ = 0,025 мкг, 1 мкг = 40 МЕ |
|
|
Максимум поглощения, lmax, нм (lgε) (в этаноле) |
264 нм (lge 4,29) |
265 нм (lge 4,26) |
|
Удельный показатель поглощения, , мл/мкг×см |
459 |
452 |
В нейтральной и щелочной среде витамин D устойчив к нагреванию. При нагревании в кислой среде витамин переходит в 5, 6-трансформу, которая неактивна, при омылении жиров витамин не разрушается. Чистые препараты витаминов D2 и D3 относительно быстро разрушаются под влиянием кислорода воздуха, влаги и света. Кристаллическая форма витамина D3 более стабильна на воздухе, чем D2.
Аналитические методы исследования витамина D очень разнообразны. В настоящее время длительные и трудоемкие биологические методы определения заменены на физико-химические, более быстрые и точные. Для этой цели используют цветные реакции, различные методы хроматографии, УФ-, ИК-, ЯМР-спектроскопии.
Витамин Е (токоферолы). Эта группа жирорастворимых природных соединений, синтезируемых злаковыми и масличными культурами. Витамин Е впервые был выделен в 1922 году Г. Эвансоном и К. Бишоп из масла проростков пшеницы как жирорастворимый фактор, необходимый для размножения крыс. В чистом виде α-, β-токоферолы были получены в 1936 году, а в 1938 году Э. Фернгольц установил химическую структуру α-токоферола.
По химическому строению токоферолы относят к природным производным хромана (бензо-g-дигидропирана), которые содержат боковую фитильную цепь из шестнадцати углеродных атомов. Токоферолы (α-, β-, γ-, δ-) различают между собой по количеству и расположению метильных групп в бензольном кольце.
Токоферолы имеют три асимметрических атома углерода, один из них в цикле (С2) и два других в боковой цепи (С4’, С8’), что определяет возможность существования восьми оптических изомеров и четырех рацематов для каждого токоферола.
Позднее были выделены витамеры с одним асимметрическим атомом при С2 и ненасыщенной боковой цепью (изопреноидной), которые получили название токотриенолы (соответственно α-, β-, γ-, δ-).
И наконец, были обнаружены два α-токоферола с мононенасыщенной боковой цепью: из пальмового масла – α-токомоноенол, а из икры кеты – морской токоферол.
Таким образом, в настоящее время известно десять природных витамеров витамина Е. Если токоферолы содержатся во многих растительных маслах, то растительных источников токотриенолов немного. Токотриенолы содержатся в зернах таких культур, как рис, ячмень, рожь, пшеница, особенно богаты токотриенолами зародыши. Соответственно, токотриенолы присутствуют в пальмовом масле, масле из отрубей риса, зародышей пшеницы. Данные о содержании различных форм токоферолов и токотриенолов в некоторых растениях приведены в табл. 2.1.12.
Таблица 2.1.12. Сравнительное содержание токоферолов и токотриенолов
|
Наименование источника |
Массовая доля, мг % |
||||
|
Токотриенолы |
Токоферолы |
||||
|
a-форма |
b-форма |
l-форма |
d-форма |
a-форма |
|
|
Пальмовое масло |
14,6 |
3,2 |
29,7 |
8,0 |
15,0 |
|
Рисовые отруби |
23,6 |
* |
34,9 |
- |
32,4 |
|
Зародыш пшеницы |
2,6 |
18,1 |
* |
* |
33,0 |
|
Кокос |
0,5 |
0,1 |
– |
– |
0,5 |
|
Соя |
0,2 |
0,1 |
0 |
0 |
7,5 |
* – данные не приведены.
Среди природных токоферолов наибольшую витаминную активность проявляют α-токоферолы, уменьшение числа метильных групп в бензольном кольце сопровождается снижением витаминной активности (табл. 2.1.12). Биологическая активность α-токоферола сильно зависит и от конфигурации асимметрических центров, особенно при С2 (в цикле). Все природные токоферолы имеют R-конфигурацию всех асимметрических атомов углерода и правовращающие, в то время, как синтетический витамин Е представляют собой рацемическую смесь из R, S-стереоизомеров и называется полный рацемат (all-rac). В отличие от старого названия, когда рацемическую смесь только по С2 (C* 2SR, 4’R, 8’R) называли D, L-α-токоферол, рацемическую по всем трем асимметрическим атомам (C* 2SR, 4’SR, 8’SR) – L-α-токоферол, а природный (C* 2R, 4’R, 8’R) – D-α-токоферол. Сравнительная оценка биологической активности S и R-изомеров приведена в таблице 2.1.13.
Таблица 2.1.13. Относительная биологическая активность природных и синтетических токоферолов (тест на рассасывание плода у крыс)
|
Природные токоферолы (ТФ) |
Синтетические производные α-токоферолов (ТФ) |
||
|
Наименование токоферола |
Биологическая активность, % |
Наименование токоферол ацетата |
Биологическая активность, % |
|
R,R,R-a-ТФ |
100 |
R,R,R-a-ТФ ацетат |
100 |
|
R,R, R-b-ТФ |
57 |
R,R,S-a-ТФ ацетат |
90 |
|
R, R, R-g-ТФ |
37 |
R,S,S-a-ТФ ацетат |
73 |
|
R, R, R-d-ТФ |
1,4 |
S,S,S-a-ТФ ацетат |
60 |
|
R-a-токотриенол |
30 |
R,S,R-a-ТФ ацетат |
57 |
|
R-b-токотриенол |
5 |
S,R,S-a-ТФ ацетат |
37 |
|
S,R,R-a-ТФ ацетат |
31 |
||
|
S,S,R-a-ТФ ацетат |
21 |
||
Другим необходимым условием проявления витаминной активности является наличие свободной гидроксильной группы в бензольном кольце хромана. Поэтому стабильные эфиры токоферолов (ацетаты, пальмитаты), используемые в качестве коммерческих витаминных препаратов, приобретают витаминную активность только после гидролиза в кишечнике.
Важным пищевым источником токоферолов являются нерафинированные растительные масла, получаемые методом холодного прессования, в которых они присутствуют главным образом в свободной форме. В зависимости от вида рафинации содержание токоферолов снижается, наибольшее падение уровня токоферолов наблюдается на стадии дезодорации масел. В маслах линолевой группы (подсолнечное, кукурузное) преобладают α-токоферолы, а маслах линоленовой группы – сумма (β+γ+δ)-токоферолов (табл. 2.1.14). Поскольку наивысшей витаминной активностью обладает α-токоферолы, то в настоящее время ведется селекционная работа по повышению их уровня в масличных культурах.
Таблица 2.1.14. Содержание токоферолов в растительных маслах
|
Наименование масла |
Массовая доля токоферолов, мг% |
Изомеры токоферолов, % к сумме |
||
|
a |
b+g |
d |
||
|
Оливковое |
13 |
92 |
8 |
|
|
Подсолнечное |
41–80 |
90–96 |
4–8 |
сл.–2 |
|
Кедровое |
44–112 |
41–50 |
50–67 |
0–1 |
|
Хлопковое |
99 |
50 |
47 |
2 |
|
Льняное |
65–75 |
30 |
65 |
5 |
|
Рапсовое |
44–72 |
26 |
65 |
9 |
|
Кукурузное |
60–113 |
16–24 |
57–81 |
6–7 |
|
Горчичное |
62–112 |
21 |
67 |
12 |
|
Томатное |
95 |
10 |
70 |
20 |
|
Соевое |
100–195 |
8–15 |
62–72 |
19–31 |
|
Конопляное |
106–111 |
– |
82 |
5 |
|
Рыжиковое |
60–90 |
следы |
90–92 |
– |
Рекордсменом по содержанию токоферолов является масло из зародыша пшеницы, которое применяют для обогащения жиросодержащих продуктов витамином Е (табл. 2.1.15). Богаты витамином Е зерновые и бобовые культуры, орехи, проростки пшеницы, ржи и гороха. α-Токоферолы сосредоточены в основном в хлоропластах, поэтому ими богаты все зеленые части растений, особенно одуванчик, люцерна, крапива, овес.
В продуктах животного происхождения витамин Е, кроме рыбьего жира, содержится в незначительных количествах в виде α-изомера и в основном в жировой ткани. Из продуктов животного происхождения наибольшее количество токоферолов в сливочном масле, свином сале, мясе, яичном желтке, молоке и некоторых субпродуктах.
Таблица 2.1.15. Содержание токоферолов в пищевых продуктах
|
Наименование продукта |
Массовая доля токоферолов, мг% |
Массовая доля a-токоферола, мг% |
|
Масло из зародыша пшеницы |
100,00–400,00 |
84,80–209,30 |
|
Масло сливочное |
1,00 |
1,00 |
|
Печень говяжья |
1,62 |
0,63 |
|
Горох свежий |
1,73 |
0,55 |
|
Сало свиное |
0,59 |
0,53 |
|
Фасоль сухая |
1,68 |
0,47 |
|
Говядина |
0,63 |
0,37 |
|
Яблоки свежие |
0,51 |
0,31 |
|
Хлеб белый |
0,23 |
0,10 |
|
Молоко цельное |
0,09 |
0,04 |
Биологическую роль токоферолов преимущественно связывают с их антиоксидантными свойствами. Предполагается, что молекулы токоферолов передают атом водорода гидроксильной группы на перокисильный радикал (ROО·) с образованием малоактивных токофероксил-радикалов, которые вступают в реакции с другими активными радикалами, прерывая, таким образом, цепь свободнорадикальных реакций и предотвращая перекисное окисление липидов:
Поскольку липиды являются важнейшими компонентами биологических мембран, эта функция токоферолов имеет большое значение для поддержания структурной целостности и функциональной активности липопротеиновых мембран клеток и субклеточных органелл.
Наиболее сильным антиокислителем является α-токоферол, он способен восстанавливать b-, g-, d-токофероксил-радикалы. α-Токоферол окисляется с образованием устойчивого токофероксил-радикала, который может в дальнейшем реагировать (рекомбинировать) с другим перекисным радикалом с образованием нерадикального токсичного соединения – п-токоферилхинона. Вследствие высокой реакционноспособности, α-токоферол способен участвовать в побочных реакциях, в которых выступает уже как прооксидант. Таким образом, наибольшими антирадикальными свойствами обладает α-токоферол, а антиоксидантными – d-токоферол. Для масел и жиров наиболее эффективными антиоксидантами являются витамеры β и γ.
Функция токоферолов как биологических антиокислителей в организме тесно связана с функциями других компонентов антиоксидантной системы организма, в том числе селена, который входит в состав глутатионпероксидазы, восстанавливающей гидроперекиси ненасыщенных жирных кислот и других органических соединений. Роль витамина Е в организме проявляется в различных патологиях. Он защищает организм от свободных радикалов и таким образом замедляет его старение, укрепляет иммунную систему, повышает устойчивость к различным токсинам, тормозит возрастные изменения. Липофильность углеводородного заместителя определяет способность витамина Е как специфического регулятора клеточной проницаемости.
Токоферолы предотвращают повышенную свертываемость крови, благоприятно влияют на периферическое кровообращение, участвуют в биосинтезе гемма и белков. Дефицит витамина Е приводит к неврологическим проблемам, к поражению миокарда и других мышечных тканей, сосудистой системы, появлению анемии. Тем не менее многие эффекты токоферолов не зависят от их антиоксидантных свойств. Например, влияние на репродуктивность животных. Возможны и другие механизмы действия, которые в настоящее время активно изучаются.
Биологическая активность различных форм витамина Е с 1965 года измеряется в Международных единицах (МЕ). За одну МЕ принята активность одного миллиграмма D, L-α-токоферолацетата (2SR, 4’SR, 8’SR-ТФ ацетатат) в тесте на предотвращение рассасывания плода у крыс в отсутствие витамина Е (авитаминозе).
|
1 МЕ |
= мг D, L α-токоферол ацетат |
1 =0,67 мг D, L-α-токоферол |
Тест разработан в 1943 году М. Иоффе и Ф.Л. Харрисом и используется до настоящего времени. Сравнительное соотношение биологической активности соединений с различной Е-витаминной активностью приведено в таблице 2.1.16.
Таблица 2.1.16. Соотношение биологической активности соединений с Е-витаминной активностью
|
Тривиальное название |
Систематическое название |
Биологическая активность, МЕ/мг |
|
R, R, R-a-ТФ |
2R, 4'R, 8R'- 5, 7, 8-триметилтокол |
1,49 |
|
R, R, R-a-ТФ ацетат |
2R, 4' R, 8'R'-5, 7, 8-триметилтоцилацетат |
1,36 |
|
all-rac-a-ТФ |
2RS, 4'RS, 8'RS-5, 7, 8-триметилтокол |
1,1 |
|
all-rac-a-ТФ ацетат |
2RS,4'RS, 8'RS -5, 7, 8-триметилтоцилацетат |
1,0 |
|
R, R, R-b-ТФ |
2R, 4'R, 8R'- 5, 8-диметилтокол |
0,12 |
|
R, R, R-g-ТФ |
2R, 4'R, 8R'- 5, 7-диметилтокол |
0,05 |
|
R-a-токотриенол |
trans- 2R- 5, 7, 8-триметилтокотриенол |
0,32 |
|
R-b-токотриенол |
trans- 2R- 5, 8-диметилтокотриенол |
0,05 |
|
R-g-токотриенол |
trans- 2R- 5, 7-триметилтокотриенол |
– |
Для обозначения профилактических доз витамина часто используют такой показатель, как токоферолэквивалент (ТЭ):
|
1 мг ТЭ |
= 1 мг α-токоферола |
|
= 2 мг b-токоферола |
|
|
= 10 γ-токоферола |
|
|
= 3,33 d-токоферола |
Содержание витамина Е в пищевых продуктах в единицах ТЭ приведено в таблице 2.1.17.
Таблица 2.1.17. Содержание витамина Е в пищевых продуктах (ТЭ)
|
Наименование продукта |
ТЭ, мг% |
|
Масло миндальное |
37,0 |
|
Масло пальмовое |
33,1 |
|
Семена подсолнечника |
31,2 |
|
Орехи фундук |
20,4 |
|
Пшеничные проростки |
14,0 |
|
Масло арахисовое |
11,0 |
|
Отруби пшеничные |
10,4 |
|
Арахис |
10,1 |
|
Горох лущеный |
9,1 |
|
Орехи кешью |
5,7 |
|
Масло абрикосовое |
4,0 |
|
Фисташки |
3,0 |
|
Шпинат |
2,5 |
|
Масло какао |
2,4 |
|
Кунжут |
2,3 |
|
Ржаная мука обдирная |
1,9 |
|
Севрюга |
1,9 |
|
Масло топленое |
1,5 |
|
Пшеничная мука в/с |
1,5 |
|
Сельдь атлантическая |
1,2 |
|
Лук зеленый (перо) |
1,0 |
|
Грибы белые |
0,9 |
|
Треска |
0,9 |
|
Томаты |
0,7 |
|
Морковь (сырая) |
0,4 |
|
Яблоки |
0,2 |
|
Лук репка |
0,2 |
|
Капуста белокочанная |
0,1 |
Суточная потребность в витамине Е у детей до года составляет 0,5 мг/кг, для взрослых – 0,3 мг/кг (табл. 2.1.18). Однако токоферол быстро расходуется в организме при многих заболеваниях, стимулирующих перекисное окисление липидов, а окислительной деструкции витамина Е препятствует витамин С. В качестве оздоравливающей нормы принимают 250–500 мг/сут., а лицам с повышенным риском заболеваний сердца и некоторыми формами рака рекомендуется до 800 мг/сут. Эффективность витамина Е повышается в присутствии других питательных веществ-антиоксидантов, его комбинируют с витамином С и убихиноном. Витамин Е защищает витамин А от разрушения кислородом воздуха, способствует его усвоению.
Таблица 2.1.18. Рекомендуемая суточная потребность витамина Е, мг/сут
|
Категория |
Возраст, года |
США |
Россия |
Европа |
|
Грудные дети |
0–½ |
4 |
3 |
3 |
|
½–1 |
5 |
4 |
4 |
|
|
Дети |
1–3 |
6 |
6 |
6 |
|
4–8 |
7 |
7 |
7 |
|
|
Мужчины |
9–13 |
11 |
10 |
10 |
|
14–18 |
15 |
10 |
10 |
|
|
> 19 |
15 |
10 |
10 |
|
|
Женщины |
9–13 |
11 |
8 |
10 |
|
14–18 |
15 |
8 |
10 |
|
|
> 19 |
15 |
8 |
10 |
|
|
Беременные |
15 |
10 |
10 |
|
|
Кормящие |
19 |
12 |
10 |
Витамин Е не отличается устойчивостью при технологической обработке пищи. Он не разрушается при действии пищевых кислот, при варке, сушке, консервировании, выдерживает кратковременный нагрев до 200 оС в отсутствие кислорода, но разлагается при тепловой обработке в хлорированной воде.
В пищевой промышленности D, L-a-токоферол используют для обогащения витамином Е жиросодержащих продуктов: диетических сортов маргарина (до 500 МЕ /кг), соусов, рафинированных масел и продуктов, не содержащих жировой фазы. D, L-a-токоферолацетат применяют в качестве антиоксиданта для защиты масел и кулинарных жиров, витамина А, жиросодержащих продуктов, богатых ненасыщенными жирными кислотами. Рекомендуемая доза витамина Е составляет 0,5–1 МЕ/г линоленовой кислоты. Его антиоксидантная активность усиливается в комбинации с витамином С и b-каротином. Токоферолы зарегистрированы в качестве пищевых добавок: Е306 (смесь токоферолов), Е307 (a-токоферол), Е308 (g-токоферол), Е309 (d-токоферол).
Получают витамин Е, а именно D-α-токоферол, в промышленном масштабе из природных источников методом экстракции и молекулярной дистилляции (концентрат зародыша пшеницы и другие богатые токоферолом масла), а также путем химического синтеза в виде смеси – D, L-α-токоферола. Поэтому биологическая активность синтетического α-токоферола примерно на 40% ниже природной. Витамин выпускается главным образом в виде α-токоферолацетата, как более стабильного, чем свободный α-токоферол, который даже в темноте быстро окисляется кислородом воздуха. В качестве водорастворимой формы α-токоферола применяют кристаллические высокоактивные эфиры, такие как кислый эфир с янтарной кислотой (тем. пл. 76–77 оС), его натриевая и кальциевая соли, и фосфорный эфир в виде диэтаноламиновой соли или полиэтиленгликолевого производного и водорастворимый аналог витамина Е – тролокс.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИТАМИНА Е
|
Показатель |
Токоферолы |
|||
|
a |
b |
g |
d |
|
|
Брутто-формула |
С29Н50О2 |
С28Н48О2 |
С29Н50О2 |
С27Н46О2 |
|
Молекулярная масса |
430,7 |
416,7 |
416,7 |
402,7 |
|
Растворимость |
Растворяется в органических растворителях и жире. В воде нерастворим. |
|||
|
Биологическая активность, ТЭ |
1ТЭ = 1 мг |
1ТЭ =2 мг |
1ТЭ = 10 мг |
1ТЭ =100 мг |
|
Максимум поглощения, |
292 (3265) |
296 (3725) |
298 (3809) |
298 |
|
Удельный показатель |
75,8 |
89,4 |
91,4 |
91–92 |
|
Флуоресценция, нм |
295; 320 |
297; 322 |
297; 322 |
297; 322 |
Токоферолы неустойчивы к окислителям: в особенности легко окисляется d- и g-токоферолы. В отсутствии кислорода токоферолы весьма стабильны при температуре до 200 оС и к действию минеральных кислот до 100 оС. Со щелочами реагируют медленно и при омылении растительного сырья не разрушаются.
Ведущее место в анализе токоферолов занимают хроматографические методы, кроме того, используют титриметрические, электрохимические, масс-спектрометрические методы, методы ПМР и активного кислорода и др. Наиболее доступными, достаточно чувствительными и широко применяемыми в лабораторной практике остаются оптические методы.
При колориметрическом определении витамина Е используют его способность к окислению с образованием окрашенных продуктов различной химической структуры и разнообразной окраски в зависимости от характера окисления. В мягких условиях токоферолы количественно окисляются до токоферилхинона с раскрытием пиранового цикла.
В качестве окислителя применяют азотную кислоту, нитрат серебра, хлорид железа (III), сульфат церия (IV).
Витамин К (филлохиноны и менахиноны) открыт в 1929 году Х. Дамом как антигеморрагический фактор у цыплят, химическое строение установлено в 1939 году. Это большая группа витаминов – коагулянтов – производных 1,4 – нафтохинона. Различают две группы витамина К: филлохиноны, обозначающиеся К-n (или К1), и менахиноны – КM-n (или К2).
Филлохиноны содержат в боковой цепи асимметрические атомы в положениях С7, С11 и т. д., которые имеют R-конфигурацию, и одну двойную связь трансконфигурации. Для филлохинона К-2 возможны два оптических антипода и один рацемат, т. к. асимметрические атомы углерода в положениях С7′ и С11′ по знаку удельного вращения, как правило, однозначны.
Богатым природным источником филлохинонов является мука люцерны, они присутствуют в зеленых растениях (крапиве, укропе, шпинате, зеленых листьях каштана). Овощи и фрукты бедны филлохинонами, исключение составляют земляника и шиповник (табл. 2.1.21).
Менахиноны оптической активностью не обладают, но содержат изопреноидную боковую цепь, которая имеет полную транс-конфигурацию. Присутствуют менахиноны в животных тканях и продуцируются микроорганизмами.
Таблица 2.1.21. Содержание витамина К в пищевых продуктах
|
Наименование продукта |
Массовая доля, мкг% |
|
Морские водоросли |
1700 |
|
Рапсовое масло |
830 |
|
Масло соевое |
542 |
|
Капуста листовая |
275 |
|
Шпинат |
266 |
|
Чечевица |
221 |
|
Бобы соевые |
189 |
|
Капуста белокочанная |
148 |
|
Яичный желток |
149 |
|
Листовой салат |
129 |
|
Печень говяжья |
104 |
|
Масло кукурузное |
57 |
|
Яйцо |
50 |
|
Печень куриная |
50 |
|
Помидоры зеленые |
47 |
|
Кукуруза |
46 |
|
Кофе в зернах |
39 |
|
Проростки пшеницы |
35 |
|
Зеленый горошек (отварной) |
32 |
|
Пшеничная мука (грубого помола) |
30 |
|
Зеленый горошек сырой |
28 |
|
Мед |
25 |
|
Помидоры красные |
22 |
|
Клубника |
14 |
|
Морковь |
12 |
|
Грибы сырые |
8 |
|
Овсяные хлопья (сырые) |
6 |
|
Апельсины |
5 |
|
Молоко 3%-й жирности |
4 |
|
Картофель печеный |
3,8 |
|
Яблоко с кожурой |
2,9 |
|
Творог 5%-й жирности |
1 |
В терапевтической практике широко используются синтетические аналоги 1,4-нафтохинона – менадионы, которые не содержат боковой цепи, но проявляют К-витаминную активность, так как способны алкилироваться в организме животных с образованием МК-4. Наибольшее применение находит водорастворимая форма – викасол.
Известны и другие производные – гидрохинон (витамин К4), аминонафтолы (витамины К5 и К6), и диамин (витамин К7), которые обладают антигеморрагическим действием и различаются по витаминной активности.
|
|
R1 |
R2 |
|
|
ОН |
ОН |
Витамин К4 |
|
|
NH2 |
ОН |
Витамин К5 |
|
|
OH |
NH2 |
Витамин К6 |
|
|
NH2 |
NH2 |
Витамин К7 |
Биологическая активность витамеров К зависит от природы и длины изопреноидной боковой цепи. В целом витаминная активность менахинонов выше, чем соответствующих филлохинонов, приблизительно одинаковую высокую активность проявляют витамеры, содержащие четыре или пять изопреноидных фрагментов. Существуют данные о том, что биологически активной формой в организме животных являются витамины МК–4 (табл. 2.1.22). Биологическая активность менадионов колеблется в широких пределах, что связано с их стабильностью и зависит от сопутствующих веществ, присутствующих в пище.
Таблица 2.1.22. Сравнительные данные по биологической активности различных форм витамина К
|
Филлохиноны |
К-витаминная активность, % |
Менахиноны |
К-витаминная активность, % |
|
К-1 |
5 |
МК-2 |
15 |
|
К-2 |
10 |
МК-3 |
40 |
|
К-3 |
30 |
МК-4 |
100 |
|
К-4 |
100 |
МК-5 |
120 |
|
К-5 |
80 |
МК-6 |
100 |
|
К-6 |
50 |
МК-7 |
70 |
|
Синтетические производные (К3) |
|||
|
Менадион |
40–150 |
Викасол |
50–150 |
Витамин К необходим человеку для функционирования системы свертывания крови, он участвует не в самом акте свертывания и образования тромба, а в построении протромбина и других факторов этой сложной системы. Свою основную биологическую функцию витамин К выполняет как кофермент реакции γ-карбоксилирования остатка глутаминовой кислоты с образованием γ-карбоксизвеньев, необходимых для связывания ионов кальция (II), являющихся важными кофакторами на различных стадиях свертывания крови.
Витамин К играет важную роль в формировании и восстановлении костей, обеспечивает синтез остеокальцина – белка костной ткани, на котором кристаллизуется кальций, и способствует предупреждению остеопороза. Витамин К выполняет и другие биохимические функции. Так, считается, что менахиноны являются переносчиками электронов в окислительно-восстановительных процессах, в частности, в окислительном фосфорилировании и фотосинтезе.
При некоторых заболеваниях, связанных с повышением свертываемости крови, применяют антивитамины К. Наиболее известные из них фенилин и дикумарол, которые обладают геморрагическим действием.
Суточная потребность в витамине К составляет 1 мкг/ кг (табл. 2.1.23). А обычный рацион содержит 300–500 мкг/сут. витамина К, поэтому дефицит витамина К – явление редкое. Кроме того, даже в отсутствие пищевых источников витамина К нормально функционирующая популяция бактерий кишечника может обеспечить его достаточное поступление в организм. В организме взрослого человека в сутки синтезируется до 1,5 мг витамина К2 в верхних отделах кишечника в основном бактериями E. coli.
Недостаток витамина К возможен у новорожденных и взрослых с заболеваниями печени или кишечника, нарушающими процесс всасывания жиров из-за недостаточной выработки желчи. Дефицит витамина К может привести к нарушению процесса свертывания крови, и появление любой раны может сопровождаться длительным кровотечением. Кроме того, известно, что витамин К помогает организму использовать кальций и снижает риск переломов костей. Особенно важен витамин К для поддержания прочности костей у пожилых женщин. И по последним данным, витамин К может препятствовать образованию бляшек в артериях и снижать уровень липопротеинов низкой плотности. Прием витамина свыше 1 мг/сут считается токсичным. За исключением специальных продуктов для новорожденных витамин К не используют для витаминизации продуктов массового потребления.
Таблица 2.1.23. Рекомендуемая суточная потребность в витамине К в зависимости от возраста
|
Категория |
Возраст, годы |
Суточная потребность мкг/сут |
|
Грудные дети |
0–½ |
5 |
|
½–1 |
10 |
|
|
Дети |
1–3 |
15 |
|
4–6 |
20 |
|
|
7–10 |
30 |
|
|
Мужчины |
11–14 |
45 |
|
15–18 |
65 |
|
|
19–24 |
70 |
|
|
25–50 |
80 |
|
|
> 50 |
80 |
|
|
Женщины |
11–14 |
45 |
|
15–18 |
55 |
|
|
19–24 |
60 |
|
|
25–50 |
65 |
|
|
> 50 |
65 |
|
|
Беременные и кормящие матери |
65 |
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИТАМИНА К
|
Показатель |
Витамин К-3 |
Витамин МК-5 |
Витамин К3 |
|
Брутто-формула |
С31Н46О2 |
С41Н56О2 |
С11Н8О2 |
|
Молекулярная масса |
450,7 |
649,0 |
172,2 |
|
Температура плавления, оС |
Масло |
53,5–54,5 |
105–107 |
|
Растворимость |
Не растворим в воде, |
Растворим в бензоле, эфире, слабо |
|
|
Максимум поглощения, λmax, нм (lgε) (в гексане) |
243–244 (4,26) 248–249 (4,28) 261–263 (4,24) 270 (4,24) 325–328 (3,55) |
243 (4,20) 249 (4,24) 260 (4,18) 270 (4,18) 325 (3,45) |
244 (4,30) 253 (4,30) 263–264 (4,22) 334 (3,45) |
|
Удельный показатель, поглощения, |
419 (248 нм) |
278 (243 нм) |
|
Витамины К1, К2 не растворяются в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях. Они устойчивы в разбавленных кислотах, но быстро разрушаются в щелочных растворах при нагревании, устойчивы к действию кислорода и влаги, но не выдерживает СВЧ-обработки. Витамин К3 чувствителен к нагреванию, щелочи и кислоты его легко разрушают, под действием света он превращается в бесцветный димер.
Для количественного определения витамина К применяют физические, химические и биологические методы. Спектральный метод в УФ-диапазоне используют только для анализа чистых препаратов, так как витамин К чувствителен к УФ-облучению и максимумы поглощения быстро исчезают. Идентификацию витаминов К1 и К2 проводят с помощью ИК-спектроскопии.
Колориметрические методы основаны на цветных реакциях с 2, 4-динитрофенилгидразином, 2, 6-дихлорфенолиндофенолятом натрия и диэтилмалоновым эфиром. Хорошие результаты дает сочетание спектрофотометрических и хроматографических методов. В основе биологического метода лежит определение количества исследуемого материала, который устраняет авитаминоз у цыплят.
1 S – обозначает вид цис- транс-изомерии относительно одинарной (simpol bond) связи, располо-женной между двумя двойными.