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再论生活饮用水溶解性总固体与钙镁离子(二)

--饮水食物中钙镁吸收与水垢

发布时间:2019-12-04          来源:饮水卫生

       水是人类赖以生存和发展的物质基础,是维持生命必不可少的物质,是仅次于氧气的重要物质,它参与人体内溶解消化、代谢、载体运输、调节抑制、润滑滋润、稀释和排毒等功能。正如“民以食为天,食以水为先”、“ 药补不如食补,食补不如水补”、“一方水土养一方人”的名言。

       《再论生活饮用水溶解性总固体与钙镁离子(一)》详细介绍了一、饮用水卫生标准中溶解性总固体和钙镁标准值,二、饮水中溶解性总固体和钙镁对健康的影响。现介绍有关钙分子结构与水垢,饮水和食物中钙吸收。

       三、饮水中钙的分子结构与水垢

       1、饮水中钙的存在形式与分子结构

       水的总硬度是指水中钙、镁离子的总浓度,其中包括永久硬度和暂时硬度。永久硬度由加热后不能沉淀下来的钙、镁离子(主要是钙、镁的硫酸盐、氯化物及硝酸盐等)所形成。暂时硬度则由加热后以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子(主要是钙、镁的碳酸氢盐)所形成。

       饮用水钙含量是以总硬度来表示而非钙离子,总硬度指溶解于水中钙、镁盐类的总量,这与单独测量钙离子浓度有一定差别。

       饮用水水中的钙大都以碳酸氢钙的形式存在,常温下碳酸氢钙的溶解能力较高。我们在烧水过程中,加热易分解碳酸氢钙,分解后成二氧化碳、碳酸根和钙离子结合,生成碳酸钙,沉淀或附着在加热容器内壁或周围成为水垢,而加热和二氧化碳气体的浮动,可使沉淀在溶液中不稳定,水质显得浑浊。

       这些碳酸钙(水垢)不能被人体直接摄入,只有溶解于水的钙离子或碳酸钙被胃酸溶解成钙离子,才能被人体摄入。

       (1)碳酸氢钙加热生成碳酸钙分子式:

       2Ca(HCO₃)₂≜CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O

       (2)、碳酸氢钙到碳酸钙 

       Ca(HCO3)2 + 2NaOH = CaCO3↓ + NaCO3 +H2O

       (3)、碳酸钙到碳酸氢钙

       CaCO3 + H2O +CO2 = Ca(HCO3)2。

       2、水垢形成

       水的状态发生变化时比如加热,水中溶解的钙离子和镁离子,即碳酸氢钙和碳酸氢镁等,产生碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁等难溶物沉淀下来形成水垢,而水垢的主要成分就是碳酸钙、碳酸镁,水垢通常以晶体形态存在,质地坚硬。水垢形成并一定需要高硬度的水质才能形成,只有一定酸碱和温度,就可以形成碳酸钙、碳酸镁。碳酸氢钙很不稳定,只能在溶液中存在,将碳酸氢钙溶液蒸发则得到碳酸钙固体。

       总硬度一般在60mg/L以上就会结垢。结垢不仅总硬度绝对值有关,还跟总硬度的成分有关。暂时性硬度高的水,就是含有碳酸氢根的水,因为烧开过程中会由于二氧化碳的挥发而导致产生碳酸钙、碳酸镁沉淀,所以更加容易结垢。而永久性硬度的水,就是含有硫酸钙和硫酸镁的水,并不因为煮沸加热而产生沉淀,所以不会、或者说很少水垢。

       3、水垢的危害

       饮用水中形成水垢,会令用户感觉不适,但水垢并不一定是有毒有害重金属或有机物。水垢通常胶结于容器或管道表面,水垢导热性很差,会影响受热面的传热,从而浪费燃料或电力。家庭用水时,如果水壶已结垢则会影响烧水功率约30%左右,即会更费电,包括电热水器也是一样。其次,水垢如果胶结于热水器或锅炉内壁,还会由于热胀冷缩和受力不均,极大的增加热水器和锅炉爆裂甚至爆炸的危险性。

       水中的钙、镁离子被医学家称为人体的保护性元素,它能抵御损害健康的有关元素的侵袭。如高氟水源地区氟中毒的形成就与钙、镁离子有关,含钙、镁离子少的地区的人群容易发生氟中毒,而含钙、镁离子多的地区则不发生氟中毒。克山病、大骨节病等病因很复杂,但水中缺少钙、镁离子也是重要原因之一,预防这些疾病的措施之一就是提高水质的硬度。

       我国《生活饮用水卫生标准》中明确规定了饮用水总硬度的限制为450mg/L。这一标准是指每人每天饮用2升硬度450mg/L的水,饮用70年,这水对人体依然是安全的。

       四、饮用水钙与食物中钙的吸收

       1、钙离子在体内吸收和排泄

       人体钙离子主要在十二指肠和空肠吸收,以十二指肠的吸收率最高,空肠的吸收量最大。肠钙的吸收方式主要有:依赖活性维生素D的主动转运和不依赖维生素D的被动转运。在 一般饮食的情况下,以主动转运为主。体内钙的排出主要有三种途径。粪便中排出70%-80%, 由食物中未吸收的钙和肠道分泌的钙两部分组成。尿液中排出占摄人钙量的20%-30%,正常人每日尿钙量约为100-250毫克。汗液中的排钙量较少,约15毫克左右。妇女妊娠时约有23-30克的钙由母体传输给胎儿。哺乳时每天经乳汁排钙约250毫克左右。

       .    肠道的酸度对钙离子状态有明显影响, 肠道pH值越低, 钙的解离度越大, 则吸收率越高。肠道中的氨基酸、乳酸可促进钙的吸收。钙摄入量:一般来讲, 机体为了生理需要对水或食物中钙的吸收是有适应性的。水或食物中钙摄入量多时, 主动转运过程达饱和, 被动扩散过程占主要地位, 其钙的吸收率降低;相反, 钙摄入量少时, 主动转运过程占主要地位, 钙的吸收率增高。这些都是通过机体的调解机制实现的。

       2、饮水中钙(无机钙)的生物利用度和人体的吸收率

       水中的钙离子是离子态的物质,易吸收。钙离子在体内发挥许多生物功能,其中最为重要的就是骨骼矿化。尽管乳制品是最受认可的人体钙获取途径,但富含钙的饮水也是潜在的重要来源。

       虽然牛奶在食物中含钙量不是最高的,却是最利于人体吸收的,成年人对牛奶中钙的吸收率在14-42%之间,这是牛奶被视为优质钙源的原因。利用同位素示踪技术直接测量钙生物利用度或用血钙和尿钙浓度或者血清甲状旁腺素水平间接反映钙的利用效率表明,水钙吸收率与乳钙吸收率是相当的,当水钙浓度较低的时候,水钙吸收率还略高于乳钙,有报道称饮用水钙浓度小于100mg/L时,钙吸收率大于47.5%,钙浓度467mg/L时,钙吸收率23.8 ±4.8%。因此,有理由认为含钙饮用水同样是良好的补钙来源。

       3、食物中钙(有机钙)如何吸收

       食物中的钙多数同膳食中的其它成分(如有机酸等)形成络合物, 而通常只有解离状态的钙才能被吸收。动物性食物中的钙较易吸收,正是因为其所含的蛋白质在肠道水解成氨基酸, 促进了钙的解离。

       食物中有机钙,如葡萄糖酸钙,它进入肠胃之后,不需要胃酸参与溶解,就会主动分解为钙离子与葡萄糖酸根,钙离子会直接被吸收,而葡萄糖酸根也会主动寻找酶,“变身”为能量(葡萄糖)。

       抑制钙吸收的因素包括食物中含有的草酸、植酸、脂肪酸和钠(盐)等,草酸可与食物中钙形成不溶性钙盐,抑制钙吸。如植物性食物中的菠菜中的草酸、谷类食物中的植酸可与钙结合成不溶性的钙盐, 妨碍钙的吸收。.

       4、富钙饮水能让中老年人骨骼受益

       欧洲学者已经开展了多项矿泉水对绝经后妇女骨质疏松人群干预研究,结果表明饮用富含钙的矿泉水对骨重建生物标志物和骨密度参数均有积极影响。

       Guillemant等在健康年轻男性人群研究发现,每天饮用0.5升钙含量为344毫克/升的水,对骨代谢具有急性影响,可暂时性降低血清甲状旁腺素(可反映破骨细胞活性)浓度,并逐渐降低骨吸收标志物浓度。Meunier等对日常摄钙量较低(低于700毫克/天)的健康绝经女性的研究显示,饮用富含硫酸钙的高钙矿泉水(596毫克/升)可减少血中甲状旁腺素和骨重建标志物。Cepollaro等对绝经女性的研究也表明,与饮用富钙矿泉水的女性相比,饮用低钙矿泉水的女性手腕的骨矿物质密度明显减少。Costi等也发现,定期摄入富钙矿泉水有助于维持脊椎骨矿物质密度,法国一项研究显示75岁以上女性每天饮水中每增加100毫克钙,股骨颈矿物质密度就可增加0.5%。