Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.3.1: Продукти харчування - елементарні дієти

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22934

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Атомна теорія в харчових продуктах

    Вступ: Мінерали, елементи та сполуки

    Книги про харчування часто збивають з пантелику, коли обговорюють потреби людини в поживних речовині. Наприклад, один, обговорюючи необхідні мінерали в спортивному харчуванні [1] говорить «Мінерали - це елементи». Але тільки один загальний необхідний мінерал, залізо (символізує Fe для латинського «Ferrum») зазвичай потрапляє в організм як елемент. Залізо є елементом, оскільки воно складається з одного виду атома, позначеного символом Fe. Інші символи наведені в таблиці нижче. Частинки металу заліза насправді містяться в сухих сніданках [2], і найпростіший спосіб довести це - спливати пластівці злаку на воді і тягнути її магнітом. Ви також можете побачити його витягнутий у кількох відео YouTube, подібних до цього. Іноді залізо додають у вигляді з'єднання, як «сульфат заліза», FeSO 4. З'єднання має атоми декількох елементів, пов'язаних між собою, є специфічними співвідношеннями. Співвідношення задаються індексами в формулі; в цьому випадку сульфат заліза виготовляється з 1 атома заліза, 1 елемента сірки і 4 атомів елемента кисню.

    Ще один незамінний мінерал, який часто неідентифікований - це «йод». Поживна речовина, яку ми насправді вживаємо, - це не елемент йод, а сполука йоду, як йодид калію, KI (K - символ калію, після німецького калію).

    У той час як мінерал КІ виглядає і на смак нагадує кухонну сіль, елемент йод являє собою темно-фіолетову (майже чорну) тверду речовину, іноді розчинену в спирті для отримання коричневого розчину, який використовується для дезінфекції дрібних ран. Це токсичний елемент з формулою I 2 <, показуючи, що елемент може складатися з молекул, які містять два або більше атомів, пов'язаних між собою, доки атоми однакові.

    Шматок кристалічної структури з глибоким темно-зеленуватим відтінком.
    Білий порошок на чашці Петрі.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): (зліва) Елемент йод (I 2) і (праворуч) Йодид калію (КІ)

    Коли кристали йоду нагріваються, вони «піднесені» (перетворюються безпосередньо на газ), щоб дати фіолетові пари, що складаються з двоатомних молекул. Рідка фаза, яка також містить двоатомні молекули, утворюється лише під тиском вище атмосферного. Всі фази є елементом йод, тому що в них містяться тільки I атоми. (Див. Бром як приклад)

    Інші необхідні мінерали називаються «елементами», але насправді або токсичні, або марні для нашого організму як елементи. Продукти харчування повинні містити поживні речовини в хімічних сполуках, які легко засвоюються і засвоюються в нашому організмі, щоб вони були поживними. Наприклад, елемент фосфор може мати кілька форм. Один, P 4, дуже токсичний і насправді горить під впливом повітря, створюючи світіння, яке відповідає за його назву.

    Чотири зображення пліч-о-пліч. Спочатку показаний блок білого твердого тіла. Другий показує ємність зі скляного посуду з червоним порошком в ньому. Далі йде шматок цегли, пофарбованого суцільним. Кінцева форма являє собою шматок металевого твердого тіла.
    Р подвійно пов'язаний з 1 O і одинарно пов'язаний з трьома негативними іонами O. Ця структура укладена в квадратну дужку з індексом 2. Кальцій верхній індекс 2 позитивний також укладений в квадратну дужку з індексом 3.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): (зліва) Форми елементарного фосфору: білий фосфор (Р4) знаходиться зліва і (праворуч) Атомна структура мінерального трикальційфосфату; це білий порошок, як KI (вище)

    Поживна форма фосфору ілюструється мінеральними фосфатами, такими як Ca 3 (PO 4) 2, який містить 3 атоми кальцію (ми побачимо пізніше, вони у вигляді «іонів» кожен із зарядом 2+, Ca 2 +) та 2 «фосфатні іони», кожен виготовлений 1 атома фосфору, зв'язаного з 4 атомами кисню, і має загальний 3- заряд. Фосфор також поставляється в біомолекулах, що містяться в м'ясі та овочах.

    «Стихійні дієти»

    «Елементарна дієта» - це розчин поживних речовин, який можна вводити внутрішньовенно (або за допомогою зонда для годування шлунка) людям з порушеннями травлення, такими як хвороба Крона або коліт. У елементарному раціоні немає елементів, але найпростіші хімічні сполуки, здатні забезпечити повноцінне (або майже повноцінне) харчування. Типова елементарна дієта показує нам, що потрібно для підтримки нашого тіла. [3] Ми вимагаємо від унцій до фунтів макроелементів щодня, але зазвичай менше 5 г (.2 унції) мікроелементів.

    • Макроелементи (необхідні для енергетики та побудови частин тіла)
      • Вуглеводи: Сухі речовини кукурудзяного сиропу, моно і дигліцериди, ефіри моно і дигліцеридів
      • Ефірні ліпіди: Фракціонована кокосове масло, олія каноли, високоолеїнова сафлорова олія,
      • Амінокислоти: (L-глютамін), L-ізолейцин, L-лейцин, L-лізин-L-аспартат, N-ацетил-L-метіонін, L-фенілаланін, L-треонін, (L-пролін), L-триптофан, (гліцин), L-гістидин, L-аргінін, L-валін, (L-аланін), (L-серин), (L-тирозин), (L-цистин), (Таурин, сульфонова кислота).
    • Мікроелементи (використовуються в основному в регуляторах процесів в організмі)
      • Мінерали: трикалій цитрат, трикальцій фосфат, дикальцій фосфат, хлорид натрію, ацетат магнію, сульфат заліза, сульфат цинку, сульфат марганцю, сульфат міді, йодид калію, хлорид хрому, молібдат натрію, селеніт натрію, (відсутній: F, V, B, Sn, Ni).
      • Вітаміни: холіну бітартрат (B), (M-інозитол), ніацинамід (B3), кальцій D-пантотенат (B6), хлорид тіаміну (B1), піридоксину гідрохлорид (B6), рибофлавін (В2), фолієва кислота (B9), ціанокобаламін (B12), D-біотин (D7), вітамін D3, L-аскорбінова кислота (С), DL-альфа-токоферолу ацетат (Е), вітамін А Ацетат, філлохінон (К1).
    • Інше
      • Харчова добавка: L-карнітин (зазвичай синтезується з амінокислот).
      • Емульгатор, загусники: діацетил винна кислота, пропіленгліколь альгінат.

    Співвідношення хімічних елементів в наших тілах іноді представляється як «формула для людини», яка не представляє жодної фактичної хімічної сполуки, а просто говорить нам відносні числа атомів:

    \[\ce{H_{375,000,000}O_{132,000,000}C_{85,700,000}N_{6,430,000}Ca_{1,500,000}P_{1,020,000}S_{206,000}Na_{183,000}K_{177,000}Cl_{127,000}Mg_{40,000}Si_{38, 600}Fe_{2,680}Zn_{2,110}Cu_{76}I_{14}Mn_{13}F_{13}Cr_{7}Se_{4}Mo_{3}Co_{1}} \nonumber \]

    Отже, для всього 1 атома кобальту (Co) нам потрібно 2680 атомів заліза, 1 500 000 атомів кальцію (Ca) тощо Зрозуміло, що хімія може сказати нам про харчування. Але як ми знаємо, що таке «елемент» і що таке «з'єднання», і які сполуки забезпечують елементи, необхідні нам для підтримки нашого тіла?

    Як ми знаємо, які речовини містять необхідні елементи?

    Ранні грецькі філософи (Емпедокл, Лукрецій і Демокріт) запропонували, щоб все було зроблено з атомів, але не мали можливості надати докази для претензії. Докази того, що кожен хімічний елемент складається з одного виду атома (тобто незмінного під час хімічних реакцій) остаточно розвинулися між 1750 і 1850 роками. Дивлячись на фотографії йодиду калію (КІ) і йоду (I 2) вище, допоможе уявити, наскільки неправдоподібним, мабуть, здавалося, що вони поділяють загальний атом йоду.

    Докази незмінних атомів як компонентів елементів надходили з вимірювань ваги. Джозеф Прістлі та Антуан Лавуазьє нарешті правильно інтерпретували втрату ваги при згорянні деяких речовин (деревина або цукор) та збільшення ваги інших, визнаючи той факт, що масою атомів в газах було знехтовано. Лавуазьє показав, що ртуть (Hg) набирає вагу, оскільки вона поєднується з молекулами кисню з повітря, утворюючи твердий оксид ртуті:

    \[\ce{2 Hg + O2 → 2 HgO.} \nonumber \]

    Але деревина втрачає вагу, оскільки перетворюється в газоподібні молекули вуглекислого газу і води однакової маси. Реакція горіння схожа на згоряння цукру, глюкози, які є основою обміну вуглеводів в нашому організмі для забезпечення енергією:

    \[\ce{C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O} \nonumber \]

    Раніше ван Гельмонт [5] не зміг визнати, що включення вуглекислого газу найбільше сприяло збільшенню ваги дерев; він вважав, що це вода, оскільки ґрунт практично не змінював маси. Тим не менш, він проявив прихильність ідеї конкревації маси, що ніяка маса не повинна бути втрачена або отримана під час хімічної зміни. Рівняння для фотосинтезу є лише зворотним рівнянням горіння вище,

    \ [\ begin {align*}\ ce {6 CO2} +\ ce {6 H2O} &\ праворуч\ ce {C6H12O6} +\ ce {6 O2}\\ [4pt]
    \ текст {вуглекислий газ} +\ текст {вода} +\ текст {світлова енергія} &\ праворуч\ текст {вуглевод} +\ текст {кисень}\ кінець {align*}\ номер\]

    тож можна сказати, що дерева здебільшого вуглеводні, і що коли вони згоряють, вони виділяють енергію, яку вони поглинули від сонця під час росту:

    Оскільки Лавуазьє продовжував свої експерименти з киснем, він помітив щось інше. Хоча кисень поєднувався з багатьма іншими речовинами, він ніколи не поводився так, ніби сам по собі був комбінацією інших речовин. Лавуазьє зміг розкласти червону телятину на ртуть і кисень, але він не міг знайти способу розщепити кисень на два і більше нових речовин. Через це він припустив, що кисень повинен бути елементом - в кінцевому рахунку простою речовиною, яка не може бути розкладена хімічними змінами.

    Це було фундаментальне відкриття, яке дозволяє ідентифікувати трикальцийфосфат як хороше джерело «фосфору» або йодиду калію як хорошого джерела «йоду».

    Джон Далтон [1] (1766 по 1844) був поколінням молодшим за Лавуазьє і відрізнявся від нього майже у всіх відношеннях. Далтон походив з родини робітничого класу і відвідував лише початкову школу. Крім цього, він був цілком самоучкою. Навіть після того, як він прославився, він ніколи не прагнув за межі скромного існування бакалавра, в якому підтримував себе, навчаючи математику приватним учням. Далтон зробив багато внесків у науку, і він, здається, не зрозумів, що його атомна теорія була найважливішою з них. У його «Новій системі хімічної філософії», опублікованій у 1808 році, їй присвячені лише останні сім сторінок із загальної кількості 168!

    Посилання

    1. Дріскелл, JA «Спортивне харчування», CRC Press, Бока-Ратон, FL, 2000, стор. 85
    2. Хіміст [www.chymist.com]
    3. www.neocate.com/ааа_неокати/6... gredients.html
    4. Стернер, Р.В. та Дж. Елсер, «Екологічна стехіометрія: біологія елементів від молекул до біосфери», Princeton University Press, Прінстон, Нью-Джерсі, 2002, стор. 3
    5. uk.wikipedia.org/wiki/Ван-Гельмонт