Wapń: Wapń w mleku

Niedostateczna podaż wapnia w diecie współczesnych ludzi, spowodowana praktykowanym stylem życia i modnymi modelami żywienia, wpływa niekorzystnie na sytuację zdrowotną i powoduje, że od wielu już lat obserwuje się wzrost liczby zachorowań na schorzenia związane z jego niedoborem, a w szczególności na osteoporozę. Mleko i produkty mleczne są z reguły uznawane za bardzo dobre źródła wapnia w racjonalnym żywieniu, co wynika zarówno z dużej zawartości wapnia w tych produktach, jak i jego wysokiej biodostępności (czyli przyswajalności). Zbyt niskie spożycie tego pierwiastka wynika przede wszystkim z małego udziału mleka i jego przetworów w dziennych racjach pokarmowych.

Mleko i produkty mleczne jako źródła wapnia

W świeżym mleku ok. 70% wapnia występuje w postaci koloidalnej (głównie w postaci koloidalnych dwu- i trójfosforanów wapniowych wchodzących w skład miceli kazeinowych), zaś pozostała część wapnia (ok. 20%) występuje w formie niezdysocjowanych związków rozpuszczalnych (cytrynianów, wodorofosforanów, wodorowęglanów) i jako wapń jonowy (ok. 10%). Stosunek wapnia jonowego do koloidalnego w mleku zależy od temperatury i pH mleka. Obróbka termiczna mleka (np. pasteryzacja) powoduje zaś nieznaczne ubytki wapnia jonowego, w wyniku powstania nierozpuszczalnego fosforanu wapnia Ca3(PO4)2. Natomiast przy zmniejszaniu wartości pH (np. na skutek fermentacji) mleka zwiększa się ilość wapnia jonowego.

Zawartość wapnia w mleku zależy m.in. od pochodzenia mleka – mleko krowie zawiera ok. 120 mg wapnia w 100 g, zaś kozie 130 mg/100 g, dla porównania mleko owcze zawiera ok. 190 mg wapnia w 100 g. Przetwory mleczarskie charakteryzują się zróżnicowaną zawartością wapnia, co wynika z rodzaju zastosowanego procesu technologicznego. Produkty, w których podstawowym składnikiem jest mleko, niepoddawane zagęszczaniu lub gdy w czasie przetwarzania mleka nie są wydzielane lub dodane żadne istotne składniki, zawierają podobne ilości wapnia: mleko krowie spożywcze pasteryzowane ok. 120 mg/100 g, mleko krowie spożywcze UHT ok. 110-115 mg/100 g. Śmietana zawiera nieco mniej wapnia, co wynika ze zwiększonej zawartości tłuszczu – 85-110 mg wapnia w 100 g. Nieco więcej wapnia jest stwierdzane w jogurtach (mniej w smakowych, więcej w naturalnych), bo 130-170 mg/100 g, co jest rezultatem zwiększania zawartości suchej masy beztłuszczowej w mleku przerobowym, poprzez dodatek odtłuszczonego mleka w proszku lub zagęszczania mleka w wyparkach próżniowych. Inne mleczne napoje fermentowane charakteryzują się zawartością wapnia porównywalną z poziomem tego pierwiastka w świeżym mleku, czyli w przedziale 105-110 mg/100 g. Znacznie więcej wapnia zawierają produkty mleczne zagęszczone: mleko zagęszczone słodzone (ok. 295 mg wapnia w 100 g) lub mleko zagęszczone niesłodzone (ok. 260 mg/100 g), czy mleko w proszku (zawartość wapnia w 100 g mleka w proszku pełnotłustego wynosi 1100 mg, zaś odtłuszczonego aż 1400 mg).

Sery podpuszczkowe dojrzewające zawierają 390-950 mg wapnia w 100 g (wyjątkiem są sery typu parmezan aż 1380 mg wapnia w 100 g), zależnie od zawartości wody i tłuszczu. Dla porównania, zawartość wapnia w serach topionych wynosi średnio 370 mg/100 g, a w serach twarogowych jest jeszcze mniejsza, co zależy od rodzaju sera i zastosowanej technologii produkcji (m.in. metody koagulacji i separacji białek mleka, obróbki termicznej, kwasowości) oraz zawartości innych składników (głównie wody i tłuszczu). Przeciętna zawartość wapnia w 100 g twarogu mieści się w zakresie 80-148 mg, wyjątkiem są serki typu fromage (zawierające zaledwie 55 mg wapnia w 100 g) oraz desery twarogowe (80-90 mg wapnia/100 g). Twarogi kwasowo-podpuszczkowe, z uwagi na dominację kwasowego charakteru skrzepu (końcowe pH skrzepu wynosi 4,7-4,8) charakteryzują się równie niską zawartością wapnia jak sery twarogowe.

Szacuje się, że w przeciętnej polskiej diecie mleko i produkty mleczne wnoszą najwięcej wapnia, bo ok. 45-70% całkowitej ilości tego pierwiastka w racjach pokarmowych, czyli tyle samo, ile wynosi średnie dzienne pobranie wapnia z mleka i produktów mlecznych szacowane dla krajów europejskich (w USA jest to ok. 77% ilości zalecanej). Od lat wiadomo, że prawidłowa dieta powinna być maksymalnie zróżnicowana i nie może opierać się na jednym źródle określonego składnika pokarmowego. Produkty, które zawierają wapń koloidalny w postaci fosforanów i kazeinianu, są lepszym źródłem wapnia niż zawierające tylko wapń jonowy. Jak już wspomniano, mleko i jego przetwory są cennym źródłem wapnia w racjonalnym żywieniu, należy jednak podkreślić, że zawartość wapnia nie jest jedyną cechą, jaką bierze się pod uwagę przy ocenie wartości odżywczej. Biologiczna wartość wapnia zależy od formy, w jakiej występuje on w produktach mlecznych, a która wpływa na dobrą przyswajalność tego pierwiastka. Dużą biodostępność wapnia z produktów mlecznych warunkuje m.in. optymalny stosunek wapnia do fosforu (wyjątkiem są sery topione, w których stosunek Ca:P jest mniej korzystny i wynosi ok. 1:2,5). Ponadto wchłanianie wapnia w jelicie jest zwiększone dzięki zawartości w mleku laktozy, witaminy D i białka.

Rola wapnia w organizmie człowieka

Wiele badań przekrojowych wykazało, jak ważna jest rola wapnia zawartego w pożywieniu dla ludzkich organizmów. Organizm dorosłego człowieka zawiera ok. 1,2-1,3 kg wapnia, z czego 99% stanowi element budulcowy kości oraz zębów i wpływa na metabolizm oraz na mechaniczne właściwości tkanki kostnej. Pozostałe ilości tego pierwiastka (1%) rozmieszczone są w tkankach i płynach ustrojowych oraz pełnią funkcje inne niż budulcowa. Wapń bierze udział w metabolizmie ogólnoustrojowym człowieka. Wpływa na prawidłową pracę układu mięśniowo-nerwowego, serca i sekrecję hormonalną, uczestniczy w krzepnięciu krwi, jest także aktywatorem wielu enzymów. Jony wapnia regulują przepuszczalność błon komórkowych (działając przeciwzapalnie i przeciwalergicznie), zapewniają zachowanie prawidłowej kurczliwości mięśni gładkich i poprzecznie prążkowanych. Wapń wpływa na prawidłowe funkcjonowanie nerek.

Właściwa podaż wapnia w okresie wzrostu organizmu pozwala na osiągnięcie szczytowej masy kostnej i ograniczenie strat materiału kostnego postępujących wraz z wiekiem. Konsekwencją niedoboru wapnia u dzieci jest krzywica, polegająca głównie na nieprawidłowym uwapnieniu rosnących kości i przyrostu chrząstek nasadowych, zaś u dorosłych osteomalacja, czyli demineralizacja kości, prowadząca do rozmiękania i deformacji kości. Osteomalacja prowadzi do osteoporozy, nazywanej też zrzeszotnieniem kości – choroby charakteryzującej się niską masą kości, upośledzoną mikroarchitekturą tkanki kostnej i w konsekwencji zwiększoną jej łamliwością i podatnością na złamania. Osteoporoza dotyka głównie osoby starsze, ok. 25% kobiet oraz ok. 10% mężczyzn powyżej 60. roku życia. Jest to bardzo groźna choroba związana z niedoborem wapnia w diecie, jego słabym przyswajaniem, a także nadmierną utratą tego pierwiastka z organizmu. Do ważniejszych czynników sprzyjających powstawaniu osteoporozy należy również zaliczyć małą aktywność ruchową oraz palenie tytoniu. Osteoporoza jest poważnym i stale rosnącym problemem zdrowotnym świata.

Zawartość wapnia w organizmie człowieka nie jest wartością stałą i ulega zmianie wraz z wiekiem, na co wpływ mają m.in. czynniki hormonalne i żywieniowe. Wapń jest codziennie tracony z organizmu, w wyniku naturalnych procesów fizjologicznych, z tego względu każdego dnia musi być dostarczany w odpowiedniej ilości wraz z pożywieniem. Normy żywienia dla populacji Polski opublikowane na lata 2016-2020 zalecają, aby dzienne spożycie wapnia przez dzieci w wieku 4-9 lat wynosiło 1000 mg, dla dzieci w wieku 10-18 lat rekomendowany poziom wynosi już 1300 mg, zaś dla ludzi dorosłych z przedziału wiekowego 19-51 wynosi 1000 mg, a dla osób starszych do 1200 mg.

Jak wskazuje znacząca liczba publikacji naukowych, podstawą do zmniejszenia ryzyka wielu chorób i zapobiegania osteoporozie jest zapewnienie dostatecznej podaży wapnia w pożywieniu osób dorosłych oraz w podeszłym wieku. Tymczasem w Polsce, jak również w wielu innych krajach europejskich, średnie spożycie wapnia z dietą u ludzi dorosłych nie jest wystarczające. Dane szacunkowe dla Polski mówią o spożyciu wapnia z dietą średnio 598 mg/dobę (przez dziewczęta i kobiety – średnio 539 mg/dobę, dla populacji męskiej – średnio 666 mg/dobę).

Wchłanianie wapnia z przewodu pokarmowego zależy od zapotrzebowania organizmu na ten pierwiastek. Z przeciętnej racji pokarmowej przyswaja się ok. 25% tego pierwiastka; waha się od 10% do 40%, zależnie od składu diety, a zwiększa nawet do 75% podczas okresu zwiększonego zapotrzebowania organizmu. Zależy to od składu diety, zawartości w niej włókna pokarmowego, pH w jelicie cienkim, obecności związków chemicznych wiążących wapń (m.in. kwas szczawiowy, fityniany) lub ułatwiających jego wchłanianie (m.in. laktoza, witamina D, aminokwasy, fosfopeptydy z mleka), stosunku Ca:P w treści pokarmowej (optymalny stosunek Ca:P w pożywieniu powinien wynosić 1:1) oraz aktywności hormonów przytarczycznych. Wchłanianie wapnia z diety pokarmowej ułatwiają: witamina D (jest odpowiedzialna za gospodarkę wapniowo-fosforanową i metabolizm tkanki kostnej), witamina K (spożycie witaminy K jest skorelowane ze zmianami równowagi wapniowej w organizmie i może przyczyniać się do zwiększenia zawartości wapnia w kościach) oraz witamina C (wpływa na wchłanianie wapnia), laktoza, białko, a także aminokwasy zasadowe, kwasy organiczne i sole żółciowe. Zmniejszone wchłanianie ma miejsce natomiast przy wyższych wartościach pH, w obecności nierozpuszczalnych frakcji błonnika pokarmowego (nadmiar włókna pokarmowego, zwłaszcza lignin, może obniżać wykorzystanie wapnia, poprzez tworzenie trwałych związków z jego jonami), tłuszczu, szczawianów, fitynianów, a także przy dużej zawartości fosforu w racji pokarmowej.

Rzadziej spotykanym zjawiskiem jest nadmierne spożycie wapnia tzw. hiperkalcemia. Hiperkalcemia (nadmiar wapnia, czyli zespół zasadowicy) przy normalnym sposobie żywienia nie występuje, ale może być skutkiem przedawkowania witaminy D, spożywania dużych ilości białka w diecie lub przyjmowania nadmiernych ilości wapnia (powyżej 3-4 g/dziennie) w postaci preparatów farmaceutycznych. Dłużej trwająca hiperkalcemia prowadzi m.in. do uszkodzenia nerek poprzez tworzenie kamieni nerkowych zbudowanych ze szczawianu wapnia.

Wzbogacanie mleka i jego przetworów w wapń

Niskie spożycie wapnia wynika przede wszystkim ze zbyt małego udziału mleka w racjach pokarmowych. Z tego powodu wydaje się uzasadnione wzbogacanie mleka i jego przetworów w wapń, co zapewni większą podaż wapnia przy mniejszym spożyciu tych produktów z codzienną dietą. Może to mieć duże znaczenie dla osób prowadzących nieuregulowany tryb życia, niemających czasu na zadbanie o prawidłowe zbilansowanie codziennej diety.

Zgodnie z zaleceniami Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego I Rady (UE) nr 1169/2011 z dnia 25 października 2011 r. w sprawie przekazywania konsumentom informacji na temat żywności, zmiany rozporządzeń Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1924/2006 i (WE) nr 1925/2006 oraz uchylenia dyrektywy Komisji 87/250/EWG, dyrektywy Rady 90/496/EWG, dyrektywy Komisji 1999/10/WE, dyrektywy 2000/13/WE Parlamentu Europejskiego i Rady, dyrektyw Komisji 2002/67/WE i 2008/5/WE oraz rozporządzenia Komisji (WE) nr 608/2004, do obliczania poziomu wzbogacania środków spożywczych w składniki mineralne, w tym w wapń, a także przy określaniu znaczących ilości tych składników w żywności, przyjmuje się referencyjne wartości spożycia. Dla wapnia referencyjna wartość spożycia wynosi 800 mg. Oznacza to, że produkty mleczarskie zawierające w 100 g, 100 ml lub w jednej porcji więcej niż 15% referencyjnych wartości spożycia tego pierwiastka, można uznać za znaczące źródło wapnia, co upoważnia do zamieszczenia na opakowaniu produktu jednego z dopuszczonych oświadczeń żywieniowych, np.: „wapń przyczynia się do prawidłowego krzepnięcia krwi”, „wapń przyczynia się do utrzymania prawidłowego metabolizmu energetycznego”, „wapń pomaga w prawidłowym funkcjonowaniu mięśni”, „wapń pomaga w utrzymaniu prawidłowego przekaźnictwa nerwowego”, „wapń pomaga w prawidłowym funkcjonowaniu enzymów trawiennych”, „wapń bierze udział w procesie podziału i specjalizacji komórek”, „wapń jest potrzebny do utrzymania zdrowych kości” lub „wapń jest potrzebny do utrzymania zdrowych zębów” (wg Rozporządzenia Komisji (UE) nr 432/2012).

Do wzbogacania produktów spożywczych w wapń dopuszczone są różne sole wapniowe. Reguluje to Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1170/2009 z dnia 30 listopada 2009 r. zmieniające dyrektywę 2002/46/WE Parlamentu Europejskiego i Rady oraz rozporządzenie (WE) nr 1925/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wykazów witamin i składników mineralnych oraz ich form chemicznych, które można dodawać do żywności, w tym do suplementów żywnościowych. Zgodnie z powyższym rozporządzeniem do żywności mogą być stosowane: węglan wapnia, chlorek wapnia, cytrynian i jabłczan wapnia, sole wapniowe kwasu cytrynowego, glukonian wapnia, glicerofosforan wapnia, mleczan wapnia, sole wapniowe kwasu ortofosforowego, wodorotlenek wapnia, tlenek wapnia oraz siarczan wapnia. Dla porównania, w USA Departament ds. Żywności i Leków (FDA) dopuszcza stosowanie soli wapniowych takich jak: węglan wapnia, chlorek wapnia, cytrynian wapnia, glukonian wapnia, glukofosforan wapnia, mleczan wapnia, fosforan wapnia, wodorotlenek wapnia, tlenek wapnia, octan wapnia, askorbinian wapnia, kazeinian wapnia, jodek wapnia, pantotenian wapnia, nadtlenek wapnia, propionian wapnia, sole wapniowe kwasów tłuszczowych, stearynian wapnia, siarczan wapnia, mleczan 2-stearynowy wapnia.

Wiele badań wskazuje, że występują pewne różnice w przyswajalności wapnia pochodzącego z różnych soli. Początkowo sądzono, że decydującym czynnikiem wpływającym na stopień absorpcji jest rozpuszczalność i stopień zjonizowania soli wapniowej. Jednakże teza ta została odrzucona, gdyż wykazano słabą korelację pomiędzy rozpuszczalnością w wodzie danej soli i jej stopniem absorpcji z przewodu pokarmowego. Udowodniono natomiast, że wapń związany z białkami jest lepiej przyswajany niż wapń jonowy. Fakt, że biodostępność wapnia z jego soli nie jest wprost proporcjonalna do ich rozpuszczalności potwierdziły także inne badania, w których dodatkowo stwierdzono, że absorpcja tego pierwiastka z węglanu i fosforanu wapnia jest lepsza gdy preparaty są podawane wraz z posiłkiem. Co ciekawsze, badania porównujące przyswajalność wapnia z mleka i produktów mlecznych oraz soli wapniowych nie wykazały większych różnic w tej przyswajalności.