Основным источником витаминов и минеральных веществ для человека является пища. Содержание витаминов в рационе может меняться и зависит от разных факторов: сорта, вида, условий произрастания сырья пищевых продуктов и блюд, способов и сроков их хранения, характера технологической обработки, выбора блюд и национальных предпочтений в питании.
Источники витаминов растительного и животного происхождения
Большее или меньшее содержание витаминов зависит не только от видовых особенностей и возрастных изменений у растений, но и от условий их выращивания. Еще в 30-х годах было установлено, что на Севере растения богаче витамином C. Так, в плодах шиповника, произрастающих на европейском севере, было примерно 500 мг витамина на килограмм сухого веса, а в более южных районах — только 300 мг/кг. Повышенное содержание этого витамина наблюдается и у растений, обитающих в горах. Это подтверждается специально поставленными опытами. В проростках гороха и пшеницы, культивируемых при температуре +6°, накапливается этого витамина значительно больше, чем в таких же проростках, выращиваемых при +25°. Можно думать, что низкие температуры способствуют образованию витамина C. Очевидно, накопление аскорбиновой кислоты каким-то образом связано с устойчивостью растения к холоду.
От климатических условий зависит содержание в растениях и других витаминов. Так, в зерне озимой пшеницы, произрастающей на Крайнем Севере, было 2,6 мг/кг сухого веса, в Днепропетровской области 5,8 мг/кг. Содержание каротина во втором случае тоже было повышено.
Очевидно, что при районировании сельскохозяйственных культур важно учитывать влияние климатических условий на их витаминные качества. Но ведь климат — понятие собирательное; в конкретных почвенно-климатических условиях на растение действует комплекс условий, и иногда трудно понять, какой из факторов решающий. Отсюда возникает необходимость понять роль отдельных факторов внешней среды в витаминонакоплении.
Мы уже говорили, что при относительно низких температурах витамин C образуется более энергично. Чем выше температура, тем меньше интенсивность его синтеза. При сравнительно высоких температурах идет и более энергичное разрушение этого витамина. Так, листовая и кочанная капуста при температуре 0° теряет 40% аскорбиновой кислоты за 3 недели хранения; при 10° это же количество витамина теряется за 4 дня, а при 21° — за один день.
Однако в некоторых плодах, хранящихся при пониженной температуре, наблюдается не разрушение, а даже накопление аскорбиновой кислоты. По данным А. А. Калесника, в условиях холодного хранения плодов содержание витамина С повысилось: в мандаринах — с 455 до 517 мг/кг, в апельсинах — с 633 до 697, в лимонах — с 501 до 626 мг/кг. Значит, в этих снятых с деревьев плодах при низкой температуре продолжается синтез аскорбиновой кислоты. Повышение содержания аскорбиновой кислоты в растениях, произрастающих при пониженных температурах, имеет огромное биологическое значение, так как позволяет организму противостоять вредному действию низких температур.
В отличие от аскорбиновой кислоты содержание других витаминов в растениях при пониженной температуре уменьшается. Например, для наибольшего накопления каротина в корнях моркови и свеклы необходима температура 15—20°. Достаточно высокие температуры нужны и для биосинтеза витамина B2 у растений и у микроорганизмов.
Обеспеченность растений водой — не менее важный фактор, влияющий на синтез витаминов. В засушливых условиях, когда новообразование веществ в растениях замедлено, содержание в них витаминов также снижается. Если выращиваемый в Средней Азии перец в период созревания плодов многократно поливается, содержание витаминов в нем достигает 2160 мг/кг, тогда как при недостатке влаги оно составляет всего 496 мг/кг.
То же происходит и при высушивании растений. Например, при сушке травы на сено в ней значительно падает содержание каротина, иногда до 80—90% от его первоначального количества. Полагают, что при этом происходит окисление каротина ферментами, а свет активирует их деятельность. При силосовании кормов происходит значительно меньшая потеря каротина.
Свет оказывает очень сильное влияние на жизненные процессы, в том числе на образование в растениях многих веществ. Наиболее полно изучено действие солнечной радиации на образование каротина. Это и понятно, так как каротин почти всегда сопутствует хлорофиллу и принимает участие в фотосинтезе. Роль этого пигмента в фотохимических реакциях известна давно. В связи с этим считалось, что, как и для хлорофилла, для образования каротина необходим свет. Однако позже выяснилось, что каротин может синтезироваться и в лишенных света частях «растений. Правда, его оказывается значительно меньше, чем при освещении. Каротин образуется также в дрожжах, грибах и бактериях, выросших в темноте. Однако и у этих организмов свет стимулирует образование провитамина A и близких к нему соединений: на свету их образуется значительно больше.
Свет оказывает влияние и на синтез витамина C. Как и каротин, аскорбиновая кислота может образоваться при недостатке света и даже в темноте, но при хорошем освещении растений ее накапливается в тканях значительно больше.
Давно было установлено, что в годы с небольшим количеством солнечных дней содержание витамина C в плодах уменьшается. Еще ярче это проявляется в овощах, выращенных в условиях закрытого грунта. Интересно, что содержание витамина C в растениях закономерно меняется и в течение суток: ночью аскорбиновой кислоты в листьях оказывается мало, на рассвете ее концентрация увеличивается, а в дневные часы достигает максимума. Подобная закономерность найдена и в ягодах черной смородины. Несомненно, она стоит в связи с действием света.
Положительное действие света на образование витамина C состоит в первую очередь в том, что образуется больше сахаров, необходимых для его биосинтеза. Возможно также, что свет активирует ферменты, принимающие участие в синтезе аскорбиновой кислоты. Это подтверждает, например, такой факт: если культивировать изолированные, лишенные хлорофилла корни на искусственной среде в темноте и параллельно такие же на свету, то содержание витамина C на свету оказывается много больше. Понятно, что в корнях фотосинтез отсутствует и сахара здесь вновь не образуются. Значит, влияние света осуществляется через активирование ферментов.
Биосинтез других витаминов также находится в большой зависимости от света. Например, при проращивании семян в темноте в них оказывается меньше витаминов B1, B2, PP, E и др.
Итак, температура, влага и свет — факторы, которыми можно влиять на витаминонакопление в растениях. В той мере, в какой эти факторы поддаются регулированию, мы можем регулировать и синтез витаминов.
Есть и другие методы воздействия, которыми тоже можно стимулировать образование витаминов в растениях. Это в первую очередь, конечно, воздействие через минеральное питание. Совершенно естественно, что достаточная обеспеченность минеральными веществами составляет непременное условие нормального синтеза всех веществ, в том числе и витаминов.
При этом корни растения являются не только поставщиками минеральных элементов из почвы, но и сами, как мы говорили выше, участвуют в синтезе витаминов. Наиболее полно изучено влияние минеральных удобрений на накопление опять-таки каротина. Выяснено, что азотные удобрения заметно увеличивают содержание каротина в зеленой массе и в корнях. Особенно же хороший результат получается при сочетании этого удобрения с внесением калия, фосфора и некоторых микроэлементов.
Но повышенные дозы азотных удобрений приводят к уменьшению в растениях витамина C. Наибольшее накопление этого витамина получается при внесении полного удобрения (азот, фосфор, калий). Так, например, урожай ягод черной смородины при внесении полного удобрения составлял 5185 кг/га, при содержании в них 182,7 мг% аскорбиновой кислоты, т. е. 947 г витамина с 1 га. Без удобрения получен урожай 3199 кг с га, с содержанием в ягодах 159,9 мг% витамина, т. е. 510 г витамина с 1 га.
От своевременного и полного удовлетворения потребностей растений в минеральном питании зависят благоприятные условия и для образования других витаминов. Так, например, при недостатке азота в питательной среде нередко снижается содержание в растениях биотина и пантотеновой кислоты. В листьях лука и салата при этом снижается содержание витаминов B1 и B6. Недостаток фосфора и серы приводит к уменьшению в растении витамина РР, биотина и фолиевой кислоты.
Большую роль в биосинтезе витаминов играют микроэлементы. Многие опыты показывают, что подкормка растений бором, марганцем и другими микроэлементами стимулирует накопление витамина C1 в листьях и плодах. Марганец при этом активирует фермент, который принимает участие в образовании аскорбиновой кислоты. Соединения меди нужны для нормального образования витаминов C1 и РР. Цинк необходим для образования витаминов B1 и B6. Это доказывается тем, что если в питательную смесь вводить эти витамины и не давать растениям цинк, то томаты растут почти так же, как с этим микроэлементом (М. Я. Школьник, 1961). Кобальт необходим для образования витамина B12, так как он входит в состав этого витамина. Естественно, что обеспечение организма кобальтом заметно усиливает образование витамина B12.
На «витаминный баланс» растения могут влиять и различные факторы искусственного вмешательства в процессы обмена веществ. В последние годы все больше и больше исследований проводится по влиянию ионизирующих излучений на обмен веществ, рост и развитие растений. Уже получены положительные результаты, указывающие на возможность усиливать и тормозить с их помощью ростовые процессы. Делаются, например, попытки применить небольшие дозы ионизирующих излучений для повышения урожаев, а более высокие — для стерилизации некоторых пищевых продуктов.
В этой связи ведутся исследования по действию радиации на содержание в растительных продуктах витаминов. Выяснено, например, что под воздействием рентгеновских лучей молекула витамина B1 распадается на люмифлавин и люмихром. Удалось найти и вещества, защищающие витамины от вредного действия излучений. Было, например, обнаружено, что находящиеся в тканях глютатион и витамин PP защищают аскорбиновую кислоту от действия лучей Рентгена.
При высоких дозах облучения содержание витаминов в продуктах снижается; это связано с торможением их образования и разрушением. При низких дозах облучения идет заметное накопление витаминов, т. е. усиливается их синтез. Особенно интересно проследить влияние ионизирующих излучений на синтез витамина D2. Широко известно, что этот витамин образуется в животном организме из своего провитамина — эргостерина. Эргостерин же вырабатывают некоторые микробы, например, дрожжи.
Как известно молекула эргостерина поглощает коротковолновые лучи (длина волны 250—300 мм), превращаясь при этом в витамин D2. Оказалось, что при облучении дрожжей лучами Рентгена можно заставить их «выдавать» повышенные дозы эргостерина. Эти факты могут быть использованы и для получения дрожжей, обогащенных витаминами.
Не безразличны для витаминного состава растений стимулирующие и тормозящие рост препараты, которые все шире применяются в растениеводстве. Все они сильно влияют на образование и превращение веществ, в том числе и на витаминный обмен: в зависимости от состава препарата и его дозы содержание витаминов может увеличиваться или резко уменьшаться.
Так, под влиянием стимулирующих доз препарата 2, 4,5-Т, применяемого для усиления образования плодов у помидоров, содержание витамина C в плодах возрастает почти на 50%. Заметно увеличивается содержание этого витамина и при обработке фасоли стимулирующей дозой парахлорфеноксиуксусной кислоты. Когда же красная фасоль опрыскивалась стимулятором 2,4-динитрофенолом, то на 88% повысилось содержание витамина B1 на 60% витамина B2, на 77% витамина PP и на 154% пантотеновой кислоты. Опрыскивание надземной части моркови задерживающим рост раствором 2, 4, 5Т привело к заметному повышению содержания в корне каротина. Обработка клубней картофеля препаратом М-1 проводится для того, чтобы предотвратить их прорастание. Оказалось, что при этом лучше сохраняется аскорбиновая кислота.
Изучение витаминного обмена при химических воздействиях может предупредить практиков от получения урожаев с низким содержанием витаминов. Как известно, при оценке кормов для сельскохозяйственных животных большое значение придается содержанию в них каротина, жизненно необходимого для животных. И вот оказалось, что дифенилаланин — вещество, применяющееся для задержки роста (ингибитор), — даже в слабых дозах почти полностью подавляет биосинтез каротина. Понятно, что использование этого препарата приведет к получению кормов, лишенных каротина.
Большее или меньшее содержание витаминов зависит не только от видовых особенностей и возрастных изменений у растений, но и от условий их выращивания. Еще в 30-х годах было установлено, что на Севере растения богаче витамином C. Так, в плодах шиповника, произрастающих на европейском севере, было примерно 500 мг витамина на килограмм сухого веса, а в более южных районах — только 300 мг/кг. Повышенное содержание этого витамина наблюдается и у растений, обитающих в горах. Это подтверждается специально поставленными опытами. В проростках гороха и пшеницы, культивируемых при температуре +6°, накапливается этого витамина значительно больше, чем в таких же проростках, выращиваемых при +25°. Можно думать, что низкие температуры способствуют образованию витамина C. Очевидно, накопление аскорбиновой кислоты каким-то образом связано с устойчивостью растения к холоду.