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

Значение ионной силы рассчитывают для каждого раствора, величины коэффициентов активности для соответствующей ионной силы выписывают из справочных таблиц. Значение pNa вычисляют как отрицательный логарифм активности иона атрия:

pNa= -lgа_Na.

Строят градуировочный график в координатах Е — pNa и по ему определяют крутизну S (в мВ) и предел обнаружения.

Далее получают анализируемый  раствор и по градуировочному  графику определяют в нем содержание натрия.

2. Определение хлорида натрия с применением ионного обмена

Сущность метода заключается  в том, что определяют общую солевую  концентрацию пропусканием порции раствора через катионообменник. При этом происходит обмен между катионами раствора и ионами водорода сильнокислотного катионообменника:

RH+M⁺=RM+H⁺

Кислоту, выделившуюся в  количестве, эквивалентном взятой соли, титруют раствором гидроксида натрия в присутствии фенолфталеина или метилового оранжевого.

Реагенты

Гидроксид натрия, NaOH, 0,1000 М стандартный раствор.

Формальдегид, СН20, 20%-ный  раствор.

Индикаторы: фильтровальная бумага, пропитанная универсальным индикатором; фенолфталеин, 0,1%-ный раствор в 60%-ном этаноле.

Выполнение определения, а) Помещают катионообменник в Н-форме  в колонку (высота столба катионообменника должна составлять 20 — 25 см), промывают  колонку дистиллированной водой до рН 5 по универсальному индикатору. После этого опускают уровень воды в колонке до верхнего уровня катионообменника. Отбирают пипеткой 10,00 мл исследуемого раствора, вносят его в колонку, пропускают раствор через колонку со скоростью не выше 1,5 – 2 мл/мин. Раствор, вытекающий из колонки, собирают в колбу для титрования вместимостью 100 мл. Затем добавляют в колонку по 2 — 3 мл воды (каждый раз опуская уровень воды до уровня катионообменника) и пропускают через колонку с той же скоростью (всего 20 — 25 мл), собирая раствор в ту же колбу. В последней порции проверяют рН по универсальному индикатору. Раствор должен иметь рН~5. Если он ниже, то продолжают промывать колонку водой. К полученному раствору добавляют 2 — 3 капли фенолфталеина и титруют раствором гидроксида натрия до бледно-розовой окраски, устойчивой в течение 30 с. Определение проводят 2 — 3 раза, пользуясь одной колонкой.

Содержание соли вычисляют по формуле

m(NaCl)=(V₃-V₁)V_x ∙ c ∙ M₂ / (V₂ ∙ 1000),

где V_x — объем колбы с анализируемым растворов с — концентрация раствора гидроксида натрия; V₂ — объем пипетки; V₃ — объем раствора NaOH; М₂ — молярная масса NaCl.

ПРИМЕНЕНИЕ  СОЕДИНЕНИЙ НАТРИЯ

Изотонический раствор NaCl   (0,9 %)  для инъекций вводят подкожно, внутривенно и в клизмах при обезвоживании  организма и при нтоксикациях, а также применяют для промывания ран, глаз, слизистой оболочки носа, а также для растворения различных лекарственных препаратов.

Гипертонические растворы NaCl (3—5—10 %) применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечении гнойных ран.. Применение таких компрессов способствует по законам осмоса отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антимикробное действие). 2—5 %-ный раствор NaCl назначают внутрь для промывания желудка при отравлении AgNО₃, который при этом превращается в малорастворимый и нетоксичный серебра хлорид:

Ag⁺(p) +С1^- (р) = AgCl (т)

Натрий водородкарбонат (натрий гидрокарбонат, сода двууглекислая, сода питьевая) (ГОСТ 4201-79) NaHCО₃ используют при различных заболеваниях, сопровождающихся повышенной кислотностью — ацидозом (диабет и др.). Механизм снижения кислотности заключается во взаимодействии NaHCO₃ с кислыми продуктами. При этом образуются натриевые соли органических кислот, которые в значительной мере выводятся с мочой, и углерод диоксид,  покидающий  организм  с  выдыхаемым  воздухом:

NаНСО₃ (p) + RCOOH (p) = RCOONa ) (p) + Н₂O (ж) + + CO₂ (r)

Используют NаНСОз и при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. При приеме NаНСОз протекает реакция нейтрализации избыточной соляной кислоты:

NаНСО₃ (р) + НС1 (р) = NaCl (р) + Н₂O (ж) + СO₂ (г)

Следует иметь в виду, что применение NаНСО₃ вызывает ряд побочных эффектов. Выделяющийся при реакции углерод диоксид раздражает рецепторы слизистой оболочки желудка и вызывает вторичное усиление секреции, кроме того, он может способствовать перфорации стенки желудка при язвенной болезни.

Слишком большая доза NaHCO₃ в результате гидролиза приводит к алкалозу, что не менее вредно, чем ацидоз.

Растворы натрия водородкарбоната применяют в виде полосканий, промываний при воспалительных заболеваниях * глаз, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. Действие NаНСО₃ в качестве антисептического средства основано на том, что в результате гидролиза, протекающего в очень незначительной степени, водный раствор NаНСО₃ проявляет слабощелочные свойства:

NаНСО₃ + Н₂O = NaOH + Н₂СО₃

При воздействии щелочей  на микробные клетки происходит осаждение  клеточных белков и вследствие этого  гибель микроорганизмов.

Натрий сульфат (глауберова соль) Na₂SO₄-10H₂O (ГОСТ 4171-76) применяют в качестве слабительного средства. Эта соль медленно всасывается из кишечника, что приводит к поддержанию повышенного осмотического давления в полости кишечника в течение длительного времени. В результате осмоса происходит накопление воды в кишечнике, содержимое его разжижается, сокращения кишечника усиливаются и каловые массы быстрее выводятся.

Натрий тетраборат Nа₂В₄О₇∙10H₂O (ГОСТ 4199-76) применяют наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний смазываний. Антисептическое действие Nа₂В₄O₇∙10H₂O аналогично NаНСОз и связано с щелочной реакцией среды водного раствора этой соли вследствие ее гидролиза, а также с образованием противомикробного лекарственного средства борной кислоты: Nа₂В₄O₇ + 7Н₂0 = 4Н₃ВО₃ + 2NаОН

Натрий гидроксид в виде 10 %-ного раствора входит в состав силамина, применяемого в ортопедической практике для отливки огнеупорных моделей при изготовлении цельнолитых протезов из кобальтохромового сплава.

Радиоактивный изотоп ²⁴Nа в качестве метки применяют для определения скорости кровотока, кроме того, он используется для лечения некоторых форм лейкемии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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. Этот нутриент легко всасывается из кишечника. Ионы натрия вызывают набухание коллоидов тканей, что обуславливает задержку воды в организме и противодействует ее выделению. Уровень натрия во внеклеточной жидкости тщательно поддерживается почками под влиянием эндокринных, сердечно-сосудистых и автономных регуляторных механизмов. Общее количество натрия во внеклеточной жидкости, таким образом, определяет объем этих жидкостей. Контроль за балансом натрия осуществляется посредством сложной взаимосвязанной системы, включающей нервную и гормональную системы. Возрастание концентрации натрия в плазме стимулирует осморецепторы в центре гипоталамуса независимо от объема жидкости, что приводит к ощущению жажды. В жарком климате и при тяжелой физической работе происходит существенная потеря натрия с потом и необходимо введение в организм соли для восполнения утраченного количества.

Таким образом натрий необходим в достаточном количестве человеку для осуществления нормальной процесса функционирования всех органов.

Содержание натрия (масс. доля, %)