Витамините са органични съединения, които се намират в много малки количества в храната и са необходими за нормалното функциониране - наистина за оцеляването. Хората са способни до известна степен да синтезират определени витамини. Например, витамин D се произвежда, когато кожата е изложена на слънчева светлина; ниацин може да се синтезира от аминокиселината триптофан; а витамин К и биотин се синтезират от бактерии, живеещи в червата. Като цяло обаче хората зависят от диетата си, за да доставят витамини. Когато витамин е в недостиг или не може да се използва правилно, се получава специфичен синдром на дефицит. Когато недостигът на витамин се възстанови, преди да настъпи необратимо увреждане, признаците и симптомите се обръщат. Количествата витамини в храните и необходимите количества ежедневно се измерват в милиграми и микрограми.

За разлика от макронутриентите, витамините не служат като енергиен източник за организма или осигуряват суровини за изграждане на тъкани. По-скоро те подпомагат енергийните реакции и улесняват метаболитните и физиологичните процеси в тялото. Витамин А например е необходим за ембрионално развитие, растеж, размножаване, правилна имунна функция и целостта на епителните клетки, в допълнение към ролята му за зрението. Витамините от група В функционират като коензими, които подпомагат енергийния метаболизъм; фолиевата киселина (фолиева киселина), един от витамините от група В, помага за предпазване от вродени дефекти в ранните етапи на бременността. Витамин С играе роля в изграждането на съединителната тъкан, както и като антиоксидант, който помага да се предпази от увреждане от реактивни молекули (свободни радикали). Сега считан за хормон, витамин D участва в хомеостазата на калция и фосфора и метаболизма на костите. Витамин Е, друг антиоксидант, предпазва от увреждане на свободните радикали в липидните системи, а витамин К играе ключова роля в съсирването на кръвта. Въпреки че витамините често се обсъждат индивидуално, много от техните функции са взаимосвързани и дефицитът на един може да повлияе на функцията на друг.

Витаминната номенклатура е донякъде сложна, като химичните наименования постепенно заменят оригиналните буквени обозначения, създадени в ерата на откриването на витамини през първата половина на 20 век. Номенклатурата се усложнява допълнително от признанието, че витамините са части от семейства с, в някои случаи, множество активни форми. Някои витамини се намират в храни в прекурсорни форми, които трябва да се активират в организма, преди да могат да изпълнят правилно своята функция. Например, бета (β) - каротинът, намиращ се в растенията, се превръща във витамин А в организма.

13-те витамина, за които е известно, че са необходими на хората, са категоризирани в две групи според тяхната разтворимост. Четирите мастноразтворими витамини (разтворими в неполярни разтворители) са витамини А, D, Е и К. Въпреки че сега е известно, че се държи като хормон, активираната форма на витамин D, витамин D хормон (калцитриол), все още се групира с витамините също. Деветте водоразтворими витамини (разтворими в полярни разтворители) са витамин С и осемте витамини от B-комплекс: тиамин, рибофлавин, ниацин, витамин В6, фолиева киселина, витамин В12, пантотенова киселина и биотин. Холинът е витаминоподобен диетичен компонент, който е явно необходим за нормалния метаболизъм, но който може да се синтезира от организма. Въпреки че холинът може да е необходим в диетата на недоносени бебета и евентуално на такива с определени медицински състояния, той не е установен като основен в човешката диета през целия живот.

Различните витамини са повече или по-малко податливи на унищожаване от условията на околната среда и химически агенти. Например, тиаминът е особено уязвим на продължително нагряване, рибофлавинът на ултравиолетова или флуоресцентна светлина, а витамин С на окисляване (както когато парче плод се отреже и витаминът е изложен на въздух). По принцип водоразтворимите витамини се унищожават по-лесно по време на готвене, отколкото мастноразтворимите витамини.

Разтворимостта на витамин влияе върху начина, по който той се абсорбира, транспортира, съхранява и екскретира от тялото, както и къде се намира в храните. С изключение на витамин В12, който се доставя само от храни от животински произход, водоразтворимите витамини се синтезират от растенията и се намират както в растителни, така и в животински храни. Поради това строгите вегетарианци (вегани), които не ядат храни от животински произход, са изложени на риск от дефицит на витамин В12. От друга страна, мастноразтворимите витамини се намират заедно с мазнини и масла в храните и в тялото и обикновено изискват протеинови носители за транспортиране през пълните с вода отделения на тялото.

Водоразтворимите витамини не се съхраняват значително в тялото (с изключение на витамин В12) и поради това трябва да се консумират редовно в диетата. Ако се приемат в излишък, те лесно се екскретират с урината, въпреки че съществува потенциална токсичност дори с водоразтворими витамини; особено забележителен в това отношение е витамин В6. Тъй като мастноразтворимите витамини се съхраняват в черния дроб и мастната тъкан, не е задължително те да се приемат ежедневно, стига средният прием през времето - седмици, месеци или дори години - да отговаря на нуждите на организма. Фактът обаче, че тези витамини могат да се съхраняват, увеличава възможността за токсичност, ако се приемат много големи дози. Това е особено загрижено за витамините А и D, които могат да бъдат токсични, ако се приемат в излишък. При определени обстоятелства фармакологичните („мегадозни“) нива на някои витамини - многократно по-високи от количеството, което обикновено се намира в храната - са приели медицинска употреба. Ниацинът например се използва за понижаване на нивата на холестерола в кръвта; витамин D се използва за лечение на псориазис; и фармакологичните производни на витамин А се използват за лечение на акне и други кожни заболявания, както и за намаляване на бръчките по кожата. Въпреки това, консумацията на витамини или други хранителни добавки в количества, значително надвишаващи препоръчаните нива, не се препоръчва без лекарско наблюдение.

човека

Витамините, синтезирани в лабораторията, са същите молекули като тези, извлечени от храната, и те не могат да бъдат разграничени от тялото. Различните форми на витамин обаче не са непременно еквивалентни. В конкретния случай на витамин Е добавките с етикет d-α-токоферол (или „естествен“) обикновено съдържат повече активност на витамин Е от тези с етикет dl-α-токоферол. Витамините в храната имат ясно предимство пред витамините под формата на добавки, тъй като те се свързват с други вещества, които могат да бъдат полезни, а също така има по-малък потенциал за токсичност. Хранителните добавки не могат да заменят здравословната диета.

Минерали

За разлика от сложните органични съединения (въглехидрати, липиди, протеини, витамини), разгледани в предишните раздели, минералите са прости неорганични елементи - често под формата на соли в тялото - които сами по себе си не се метаболизират, нито са източник на енергия. Минералите съставляват около 4 до 6 процента от телесното тегло - около половината като калций и една четвърт от фосфора (фосфатите), като останалата част се състои от другите основни минерали, които трябва да бъдат получени от диетата. Минералите не само придават твърдост на костите и зъбите, но също така функционират широко в метаболизма - например като електролити, контролиращи движението на водата в и извън клетките, като компоненти на ензимните системи и като съставни части на много органични молекули.

Като хранителни вещества, минералите традиционно се разделят на две групи според количествата, присъстващи и необходими на организма. Основните минерали (макроминерали) - необходими в количества от 100 милиграма или повече на ден - са калций, фосфор (фосфати), магнезий, сяра, натрий, хлорид и калий. Микроелементите (микроминерали или микроелементи), необходими в много по-малки количества от около 15 милиграма на ден или по-малко, включват желязо, цинк, мед, манган, йод (йодид), селен, флуорид, молибден, хром и кобалт (като част от молекулата на витамин В12). Флуоридът се счита за полезно хранително вещество поради ролята му в защита срещу зъбен кариес, въпреки че съществена функция в строгия смисъл не е установена в човешкото хранене.

Терминът ултратрас елементи понякога се използва за описание на минерали, които се намират в диетата в изключително малки количества (микрограми всеки ден) и присъстват и в човешката тъкан; те включват арсен, бор, никел, силиций и ванадий. Въпреки демонстрираните роли на експериментални животни, точната функция на тези и други ултратрас елементи (напр. Калай, литий, алуминий) в човешките тъкани и наистина тяхното значение за човешкото здраве са несигурни.

Минералите имат разнообразни функции, включително свиване на мускулите, предаване на нерви, съсирване на кръвта, имунитет, поддържане на кръвното налягане и растеж и развитие. Основните минерали, с изключение на сярата, обикновено се срещат в тялото в йонна (заредена) форма: натрий, калий, магнезий и калций като положителни йони (катиони) и хлориди и фосфати като отрицателни йони (аниони). Минералните соли, разтворени в телесните течности, помагат за регулиране на баланса на течностите, осмотичното налягане и киселинно-алкалния баланс.

Сярата също има важни функции в йонни форми (като сулфат), но голяма част от телесната сяра е неионна, служеща като неразделна част от някои органични молекули, като витамините от група В тиамин, биотин и пантотенова киселина и амино киселини метионин, цистеин и цистин. Други минерални елементи, които са съставни части на органичните съединения, включват желязото, което е част от хемоглобина (кислород-носещият протеин в червените кръвни клетки), и йодът, компонент на хормоните на щитовидната жлеза, които помагат за регулирането на метаболизма в тялото. Освен това фосфатни групи се намират в много органични молекули, като фосфолипиди в клетъчните мембрани, генетичен материал (ДНК и РНК) и високоенергийната молекула аденозин трифосфат (АТФ).

Нивата на различни минерали в храните се влияят от условията на отглеждане (напр. Състав на почвата и водата), както и от начина на обработка на храната. По време на приготвянето на храната минералите не се унищожават; всъщност една храна може да бъде изгорена напълно и минералите (пепелта) ще останат непроменени. Минералите обаче могат да бъдат загубени чрез излугване във вода за готвене, която впоследствие се изхвърля.

Много фактори влияят върху усвояването на минералите и по този начин достъпността им в организма. По принцип минералите се усвояват по-добре от животинските храни, отколкото от растителните. Последните съдържат фибри и други вещества, които пречат на абсорбцията. Фитиновата киселина, открита главно в зърнените култури и бобовите растения, може да образува комплекси с някои минерали и да ги прави неразтворими и по този начин несмилаеми. Само малък процент от калция в спанака се абсорбира, тъй като спанакът съдържа и големи количества оксалова киселина, която свързва калция. Някои минерали, особено тези с подобен размер и заряд, се конкурират помежду си за усвояване. Например добавките с желязо могат да намалят абсорбцията на цинк, докато прекомерният прием на цинк може да попречи на абсорбцията на мед. От друга страна, усвояването на желязо от растенията (нехемово желязо) се засилва, когато витамин С присъства едновременно в диетата, а усвояването на калций се подобрява чрез адекватни количества витамин D. Друг ключов фактор, който влияе върху усвояването на минералите, е физиологичната нужда за минерала по това време.

За разлика от много витамини, които имат по-широк обхват на безопасност, минералите могат да бъдат токсични, ако се приемат в дози, далеч над препоръчаните нива. Това важи особено за микроелементите, като желязо и мед. Случайното поглъщане на железни добавки е основна причина за фатално отравяне при малки деца.

Вода

Въпреки че често се пренебрегва като хранително вещество, водата (H2O) всъщност е най-важното хранително вещество от всички. Хората могат да оцелеят седмици без храна, но само няколко дни без вода.

Водата осигурява средата, в която хранителните вещества и отпадъчните продукти се транспортират в тялото и възникват безбройните биохимични реакции на метаболизма. Водата позволява регулиране на температурата, поддържане на кръвното налягане и обема на кръвта, структурата на големите молекули и твърдостта на телесните тъкани. Той също така действа като разтворител, лубрикант (както в ставите) и защитна възглавница (както в очите, така и в гръбначната течност и околоплодните води). Потокът на вода в и извън клетките се контролира прецизно чрез промяна на концентрациите на електролити от двете страни на клетъчната мембрана. Калият, магнезият, фосфатът и сулфатът са предимно вътреклетъчни електролити; натрий и хлорид са основните извънклетъчни.

Водата съставлява около 50 до 70 процента от телесното тегло, приблизително 60 процента при здрави възрастни и още по-висок процент при децата. Тъй като постната тъкан е около три четвърти вода, а мастната тъкан е само около една пета вода, съставът на тялото - по-специално количеството мазнини - определя процента на телесната вода. Като цяло мъжете имат по-постна тъкан от жените и следователно по-висок процент от телесното им тегло е водата.

Водата се консумира не само като самата вода и като съставна част на други напитки, но и като основен компонент на много храни, особено плодове и зеленчуци, които могат да съдържат от 85 до 95 процента вода. Водата също се произвежда в тялото като краен продукт на метаболизма. Около 2,5 литра (около 2,6 литра) вода се обръщат ежедневно, като отделянето на вода (главно с урина, водни пари от белите дробове, загуба на пот от кожата и изпражненията) балансира приема от всички източници. Тъй като нуждите от вода варират в зависимост от климата, нивото на активност, диетичния състав и други фактори, няма една препоръка за дневен прием на вода. Въпреки това, възрастните обикновено се нуждаят от поне 2 литра (8 чаши) вода на ден от всички източници. Жаждата не е надеждна като регистър за дехидратация, която обикновено се появява преди тялото да бъде подканено да замести течността. Ето защо се препоръчва прием на вода през целия ден, особено при повишена загуба на пот в горещ климат или по време на енергична физическа активност, по време на заболяване или в ситуация на дехидратация, като полет на самолет.