Mineralstoffe

Mineralstoffe lassen sich in Mengen- und Spurenelemente unterteilen. Diese Unterteilung erfolgt nach ihrem mengenmäßigen Anteil im Körper:

• Mengenelemente haben dabei eine Konzentration von >50 mg/kg Körpergewicht (KG). Damit gehören Natrium, Chlor, Kalium, Magnesium, Calcium, Phosphor und Schwefel zu den Mengenelementen.
• Ist der Anteil <50 mg/kg Körpergewicht handelt es sich um Spurenelemente. Hierzu gehören Arsen, Chrom, Cobalt, Fluor, Jod, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Selen, Silicium, Vanadium, Zink und Zinn. Eisen, mit einer Konzentration von ca. 60 mg/kg KG wird trotzdem zu den Spurenelementen gezählt.

Diese Grenze zwischen Mengen- und Spurenelementen bei 50 mg/kg Körpergewicht ist in den meisten Lehrbüchern beschrieben (Hahn/Ströhle/Wolters 2017; Elmadfa/Leitzmann 2015; Schek 2017). es folgt eine kurze Definition der wichtigsten Mineralstoffe:

Natrium

Im menschlichen Organismus liegt Natrium als einfach positiv geladenes Ion (Na⁺) vor und ist Bestandteil der Körperflüssigkeiten und der Knochenmineralkristalle.

Absorption

Natrium wird vorwiegend über ein aktives, energieabhängiges Transportsystem im Jejunum absorbiert und ist an die Absorption von Glucose, Galaktose und Aminosäuren gekoppelt (Elmadfa/Leitzmann 2015, S. 269).

Vorkommen

In unverarbeiteten Lebensmitteln ist relativ wenig Natrium enthalten. Hohe Natriumgehalte finden sich vorwiegend in verarbeiteten Lebensmitteln. So ist besonders viel Natrium in gesalzenen und geräucherten Lebensmitteln (Wurstwaren, Schinken, Speck, Hartkäse, Konservengemüse, Fertiggerichte und -Saucen, Brot) enthalten. Dabei ist dies meist auf den Zusatz von Natriumchlorid (NaCl) zurückzuführen. Mittlere Gehalte sind in Fleisch, Fisch, Weichkäse, Eiern und Milch zu finden. Natriumarme Lebensmittel sind z. B. frisches Obst, Gemüse (außer, Wurzelgemüse), Reis, Weizen und Nüsse.

In den westlichen Industrieländern liegt die Natriumzufuhr weit über dem Bedarf, was für die Genese der Volkskrankheit Hypertonie von Bedeutung ist.

Chlorid

Chlor kommt ebenfalls nur in ionisierter Form vor (Cl^–). Im menschlichen Körper und in der Nahrung ist es stets an Natrium (NaCl = Kochsalz) oder Kalium gebunden. Chlorid ist Bestandteil des Knochens.

Absorption

Die Absorption von Chlorid erfolgt zu 100 % und läuft mit einer hohen Geschwindigkeit ab. Dabei ist sie an die Natriumabsorption gekoppelt.

Vorkommen

Chlorid kommt vorwiegend in tierischen Lebensmitteln vor. Größere Mengen sind in gesalzenen, geräucherten Lebensmitteln zu finden, da Chlorid meist mit Natrium als Kochsalz vorkommt.

Kalium

Kalium kommt in chemisch gebundener Form in Mineralien, Organismen und Meerwasser vor. Es liegt im Organismus als positiv geladenes Ion (K⁺) vor und nimmt eine wichtige Rolle im Zellstoffwechsel ein. V. a. beim Aufbau energiereicher Phosphatverbindungen sowie bei den für die Erregung der Muskel- und Nervenzellen benötigten biochemischen Vorgängen spielt Kalium eine wichtige Rolle.

Absorption

Kalium wird zu 90 % im Jejunum(mittlere Abschnitt des Dünndarms) über einen aktiven Transportmechanismus (H⁺/K⁺-ATPase) oder über passive Diffusion absorbiert.

Vorkommen

Das Alkalimetall Kalium ist ein essenzielles Element für alle Lebensformen und weit verbreitet in unverarbeiteten tierischen und pflanzlichen Lebensmitteln. Kalium kommt daher vorwiegend in Fleisch, aber auch in vielen Gemüse- und Obstarten vor. Insbesondere Spinat, Mangold, Feldsalat, Tomaten, Bananen, Zitrusfrüchte, Trockenobst, Bierhefe, Kakaopulver und Hülsenfrüchte weisen einen hohen Kaliumgehalt auf. Niedrige Gehalte haben bzw. frei von Kalium sind Fette, Öle, Stärkemehl, Zucker und Marmeladen.

Calcium

Calcium ist das Hauptmineral des Knochens. Etwa 99 % des Calciums liegen im Knochen in Form von Hydroxylapatitkristallen gebunden vor. Ca. 0,1 % sind im Blut lokalisiert. Dennoch ist die Blut Calciumkonzentration der Regulator des Calciumstoffwechsels.

Absorption

Die Calciumabsorption erfolgt im Duodenum und proximalen Jejunum. Dort wird Calcium mit Hilfe eines Carrierproteins (Vitamin-D-abhängig) zu 20–40 % absorbiert. Zudem ist die Absorption im gesamten Dünndarm auch passiv möglich. Dabei ist die Absorption abhängig von der Menge und Art der Calciumsalze, dem pH-Wert sowie der Anwesenheit von Vitamin D. Mit zunehmendem Alter sinkt die Absorptionsrate.

Vorkommen

Calcium ist vor allem in Milch und Milchprodukten zu finden. Calcium aus der Muttermilch ist dabei besonders gut absorbierbar. Mittlere Gehalte sind in Nüssen, Hülsenfrüchten, und einigen Gemüsesorten (z. B. Broccoli, Grünkohl, Lauch). Einige Mineralwässer mit einem Calciumgehalt von > 150 mg Calcium pro Liter können zur Bedarfsdeckung beitragen.

Vitamin D und einige Aminosäuren (z. B. Lysin und Arginin) haben einen positiven Einfluss auf die Bioverfügbarkeit von Calcium. Phytat, Oxalat, Ballaststoffe wie Lignin und Uronsäure, Eisen, Zink, große Mengen an Phosphat sowie an gesättigten Fettsäuren, niedrige Proteinzufuhr sowie Eiweiße mit geringer biologischer Wertigkeit haben einen negativen Einfluss auf die Bioverfügbarkeit.

Da einige Milchprodukte durch den Entzug von Wasser nährstoffreicher sind, stellen diese eine gute Calciumquelle dar. Hierzu gehört z. B. Hartkäse. So hat Parmesan einen Calciumgehalt von 1200mg/100g (Biesalski/Grimm/Nowitzki-Grimm 2017).

Phospor

Phosphor ist im Organismus in Form von Phosphat (PO₄^3-) zu finden. Im Körper liegt Phosphat im Skelett gebunden vor (als Hydroxylapatit), in den Körperzellen ist es Bestandteil organischer Verbindungen.

Absorption

Freies, anorganisches Phosphat wird unter Regulation von Parathormon, Calcitonin und Vitamin D in einem aktiven und natriumabhängigen Prozess in die

Mukosazelle des Duodenums bzw. des Jejunums transportiert. Dort wird es nach Spaltung durch die Phosphatase im Dünndarm absorbiert. Phosphat kann, abhängig von der Phosphatkonzentration im Dünndarm, durch aktiven Transport (bei niedrigen Konzentrationen) oder durch passive Diffusion (bei hohen Konzentrationen) absorbiert werden. Die Absorptionsrate des erwachsenen Menschen beträgt bei üblicher Mischkost 50–70 %, während die Absorptionsrate beim Säugling bei 85–90 % liegt.

Vorkommen

Phosphor ist ein Nichtmetall, das in gelöster Form als Phosphat (PO₄^3-) praktisch in allen Lebensmitteln vorkommt. Proteinreiche Lebensmittel sind meist auch phosphatreiche Lebensmittel (Fleisch, Wurst, Fisch, Eier, Milch und Milchprodukte).

Dabei ist Phosphat aus tierischen Lebensmitteln besser verwertbar als Phosphat aus pflanzlichen Lebensmitteln. In der Lebensmittelproduktion werden Phosphate als Zusatzmittel zugesetzt. So z. B. als Säuerungsmittel in der Cola, als Schmelzsalz im Schmelzkäse oder als Antioxidans bei der Fleisch- und Wurstverarbeitung.

Im Getreide liegt Phosphat als Phytinsäure vor. Die Phytinsäure (Inosit-Hexaphosphat) wird aufgrund des zur Spaltung fehlenden Enzyms Phytase nicht aufgespalten. Das nicht absorbierte Phytat bildet mit Calcium unlösliche Calciumsalze, die die Calciumabsorption herabsetzen. Vitamin D und hohe pH-Werte steigern die Phosphatabsorption, Phosphorsäure fällende Mineralstoffe (Calcium, Eisen und Aluminium) vermindern sie.

Schwefel

Schwefel liegt im Körper in drei Formen vor. In gebundener Form als Schwefelatom, als Baustein von Aminosäuren und Vitaminen, intrazellulär als Sulfat (SO₄^2-) und in geringen (da toxischen) Konzentrationen als Sulfit (SO₃^2-).

Absorption

Schwefel wird in Form der schwefelhaltigen Aminosäuren (Methionin und Cystein) durch die entsprechenden Aminosäurentransporter aufgenommen. Daher entspricht der Resorptionsmechanismus dem der Aminosäuren.

Vorkommen

Schwefel ist in allen proteinhaltigen Lebensmitteln enthalten. So besitzen Fleisch, Eier, Milch und Milchprodukte, Hülsenfrüchte sowie Nüsse einen hohen Schwefelgehalt. In Senf, Meerrettich, Kresse, Kohl, Zwiebeln und Lauch liegt Schwefel in Form von Senfölglycosiden vor. Sulfide sind Schwefelverbindungen, die z. B. in Zwiebelgewächsen vorkommen. Hier ist v. a. das Allicin des Knoblauchs zu nennen. Sulfide wirken gesundheitsfördernd (antikanzerogen, immunomodulatorisch und verdauungsfördernd).

Eisen

Für fast alle lebenden Organismen ist Eisen ein essenzieller Nährstoff. Mehr als zwei Drittel des Eisens sind im Hämoglobin und Myoglobin gebunden.

Absorption

Voraussetzung für die Absorption ist die Freisetzung in eine lösliche Form. Bei Pflanzenkost liegt das Eisen als Nicht-Häm-Eisen (Fe³⁺ = dreiwertiges Eisen) vor. Dabei ist die Absorptionsrate niedriger als bei tierischen Produkten. In tierischen Produkten liegt das Eisen an Hämoglobin und Myoglobin gebunden als Fe²⁺ (zweiwertiges Eisen) vor. Der Hämeisen-Komplex bindet als Ganzes an einen Rezeptor und wird in dieser Form absorbiert (Hahn/Ströhle/Wolters 2015).

Vorkommen

Eisen ist, wenn auch meist in geringen Mengen, in fast allen Lebensmitteln vertreten. Einige Gemüsesorten (Spinat, Erbsen, Bohnen, Champignons) und Vollkorngetreideprodukte (z. B. Haferflocken) sowie Leber und Blutwurst haben einen hohen Gehalt. Bei den Getreideprodukten sinkt der Gehalt mit dem Ausmahlungsgrad.

Die Bioverfügbarkeit aus tierischen Lebensmitteln liegt bei 20–30 %, die aus pflanzlichen Lebensmitteln bei 1–10 %. Vitamin C, sulfhydrylhaltige Aminosäuren wie Cystein und organische Säuren (z. B. Laktat, Citrat) beeinflussen die Bioverfügbarkeit von Nicht-Häm-Eisen aus pflanzlichen Produkten durch Reduktion des Nicht-Häm-Eisens positiv.

Negativ beeinflusst wird die Bioverfügbarkeit durch Komplexbildner wie Phytat (das vorwiegend in der Randschicht des Getreides vorkommt) und Oxalat (z. B. in grünem Gemüse vorkommend) sowie durch eine hohe Zufuhr an zweiwertigen Kationen wie Calcium, Zink, Kupfer oder Mangan (Schek 2017, S. 177). Ebenso setzen einige Ballaststoffe, Polyphenole und Gerbsäuren aus Kaffee, Tee und Wein, Sojaproteine und einige Arzneimittel (Paracetamol, Salicylate, Tetracycline) die Bioverfügbarkeit herunter.

Fluor

Fluor kommt ausschließlich chemisch gebunden als Fluorid vor. 95 % sind im Knochen und in den Zähnen in Apatit eingebaut, wo es der Stabilität des Gewebes dient.

Absorption

Fluorid wird in wässriger Lösung fast quantitativ resorbiert. Gehemmt wird die Absorption durch Aluminium, Calcium, Magnesium, Eisen und andere Kationen.

Vorkommen

Die Fluoridgehalte sind aufgrund der schlechten Löslichkeit des Fluorids aus dem Boden und Gestein sehr gering. Quellen sind Garnelen und andere Krustentiere sowie Fleisch und Milchprodukte. Auch Schwarztee sowie einige Mineral- und Trinkwässer haben einen hohen Fluoridgehalt.

Jod

Jod ist im Organismus meist an die Schilddrüsenhormone gebunden. In freier Form liegt es als Jodid vor (I^–).

Absorption

Die Absorption von Jod im Dünndarm ist von der chemischen Bindungsform in den Lebensmitteln abhängig. In Lebensmitteln liegt es meistens als Jodid vor. Liegt es als Jodat vor, so erfolgt im Magen-Darm-Trakt zunächst eine Reduktion von Jodat zu Jodid. Jodid wird aktiv über einen Natrium-Jodid-Symporter in die Enterozyten aufgenommen. Die Resorption erfolgt zu 95–100 % (Schek 2017, S. 181).

Vorkommen

Das Jodvorkommen in Wasser und im Boden unterliegt starken Schwankungen. Damit ist auch der Jodgehalt in den entsprechenden pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln regional sehr unterschiedlich. Lediglich Meerestiere und Seefisch haben einen hohen Jodgehalt. Weitere Quellen für die Jodzufuhr sind Milch und Eier (wenn die Tiere jodreich gefüttert wurden) sowie mit Jod angereichertes Speisesalz.

Die Bioverfügbarkeit wird durch nitratreiche Nahrung, Glucosinolate in Kohlgemüse und Thiocyanate im Zigarettenrauch vermindert. So ist auch die Verfügbarkeit des Jods aus Trinkwasser bei höherem Härtegrad und höherem Nitratgehalt reduziert.

Zinc

Zink liegt im Organismus überwiegend als zweifach positiv geladenes Ion (Zn²⁺) an Protein gebunden vor.

Absorption

Zink wird im Jejunum ( mittlere Abschnitt des Dünndarms) und Ileum ( der letzte Abschnitt des Dünndarms) absorbiert. Die Absorptionsrate liegt bei 20–30 % (Hahn/Ströhle/Wolters 2015, S. 180).

Vorkommen

Quellen für die Zinkaufnahme sind Fleisch, Milchprodukte, Eier sowie manche Ölsaaten wie Kürbiskerne, Mohn- und Leinsamen (Elmadfa/Leitzmann 2015, S. 315). Vollkornprodukte enthalten viermal mehr Zink als ausgemahlenes Mehl, da Zink v. a. in den Randschichten des Getreides angereichert ist.

Die Bioverfügbarkeit aus Fleischprodukten ist höher als die aus pflanzlicher Kost, da der Phytinsäuregehalt der Pflanzen zum einen die Bioverfügbarkeit des Zinks herabsetzt, zum anderen endogenes Zink der Rückresorption entzieht. Einige Ballaststoffe (z. B. Lignin, Cellulose) sowie Eisen, Kupfer und Alkohol haben einen absorptionshemmenden Effekt, während komplexbildende Aminosäuren (z. B. Histidin, Cystein) und organische Säuren (z. B. Zitronensäure, Weinsäure) einen absorptionsfördernden Effekt haben. Zudem reduzieren hohe Calciumgehalte durch Komplexbildung die Verfügbarkeit.