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杂说生活中的钙 精选

已有 5793 次阅读 2021-11-18 08:25 |个人分类:科学与生活|系统分类:科普集锦

杂说生活中的钙

提起生活中的钙,我想大多数人立刻会想到“补钙”,也就是在食品中多增加一些含钙比较多的食物品种,以增加身体中的钙元素。这个过程从“娘胎”里便要开始,直到人老得不行了为止。大家都知道这样做是为了“强筋骨”,因为骨头需要钙。

这样的认识大致是不错的,钙元素在人体中排名按质量大小计算是第五位,占人体总质量的1.5%~2%。排在它前面的是氧65%、碳18%、氢10%、氮3%。氧和氢组成水,这是人体的主要部分,所以氢和氧自然要占大头。氧、碳、氢、氮是蛋白质的最主要元素,我们身上的肌肉、皮肤、内脏主要的成分都是蛋白质,所以,这四个元素排在前四位是可以理解的。钙元素则主要在人的骨头和牙齿中,那是人体中最硬的部分。

我们的骨头为什么这样硬?当然跟它的宏观结构有关,但是,更重要的还是其微观性质所决定的。在骨头中,钙以羟磷灰石的形式存在。在羟磷灰石的晶体中,主要成分为磷酸钙,即由钙正离子和磷酸根负离子组成的晶体。

这里,钙离子与磷酸根离子结合得很牢固,很难把它们解离开来。这与我们前两篇涉及到的钠离子、钾离子的化合物如氯化钠、氯化钾等有很大的不同。虽然它们都是离子化合物,离子键的强度决定于正负离子的静电作用。根据库伦定律,正负电荷作用力的大小与电荷的电量成正比,与电荷中心间距离的平方成反比。钙离子带2个正电荷,磷酸根带3个负电荷,这就使得它们之间的吸引力比只带一个正电荷或负电荷的氯化钠或氯化钾大得多。

由于这个原因,使得骨头非常坚硬。也由于这个原因,使得骨头不溶解在水里,即使是有很强极性的水也很难把钙离子从磷酸钙的晶体中“拉扯”出来。这样,我们知道了,在骨头汤里,钙离子其实极少,如果我们喝很多骨头汤,喝进去的钙离子不会多,而汤里面的脂肪颗粒和盐(钠离子和氯离子)却不会少。

所以,人们喝骨头汤的“补钙”效率远远不如猪和鸡去啃食或啄食墙皮上的石灰。

当然,当骨头遇到酸的时候,那就是另外一码事情了。氢离子极小,这样它能够与带负电荷的磷酸根靠得很近,电荷之间的引力会很大,形成磷酸氢根、磷酸二氢根甚至磷酸。这样就使得磷酸钙溶解掉。我们吃食物后,残存在牙根边上的糖类(包括淀粉和简单糖)发酵变酸,就会腐蚀坚硬的牙齿,形成龋齿最后都腐蚀掉。我们现在的寿命很长,牙齿要用一辈子的,所以一定要好好地保护好牙齿,要正确地漱口和刷牙。

动物对钙的摄入也是很重要的,上面说过的散养的鸡啄食墙皮中间的石灰,就是一个例子。对于圈养的动物,需要在饲料中加入骨粉等含钙的物质。在它们的胃里有强大的胃酸(盐酸),能够把骨头溶解,吸收其中的钙。这与我们喝骨头汤是不同的。如果我们也吃骨粉,也会有些用处的。当然,吃钙的问题比较复杂,还有钙的吸收问题。

如果没有吸收的问题,从原则上说,摄入钙离子是很容易的事情。钙在地壳中的丰度很高,到处都有钙元素的存在,碳酸钙(石灰石)是最常见的岩石之一。无论是各种传统的办法,还是如今很时髦的补钙制剂,都相差不多。

传统的办法,从焙烤的骨粉、鸡蛋壳或各种各样稀奇古怪的软体动物的贝壳,到昂贵的珍珠,成分几乎都差不多,焙烤的温度高一点就是氧化钙。各种各样的钙片,几十年前就流行的葡萄糖酸钙、柠檬酸钙(即枸橼酸钙)、进口的多重维生素片中含有的碳酸钙等等,也都是在消化道内放出钙离子。它们的作用都相差不大。用这些方法得到钙离子很容易,关键问题是摄入后的吸收问题。

吸收钙离子需要维生素D的帮助,一般认为,维生素D需要经过皮肤的阳光照射后,在体内经过“二次羟化”变成双羟维生素D3才能帮助钙的正确吸收。所以,适当补充维生素D和在室外阳光下运动是正确补钙的重要方面。

奶类中含有丰富的维生素D,对钙有促进吸收的作用。奶类消化中产生的酪蛋白磷肽,也能很好地促进钙的吸收。所以奶类是最好的钙元素的来源。

很多媒体上都说蔬菜中含有丰富的钙元素,说多吃这些蔬菜也能够很好的补钙,实际上这里有很大的误解。从食物营养表中可以查到,很多绿叶蔬菜中钙元素的含量很高,但是这些绿叶蔬菜中同时含有很高的草酸。这些草酸对于“草类”蔬菜的成长是必不可少的。但是,草酸与钙会形成不溶于水的草酸钙。虽然从原则上说,胃酸可以溶解这些草酸钙,但是一旦进入碱性的肠道,这些草酸根仍然会与钙、铁等金属离子相结合形成不溶于水的草酸盐。所以,企图以绿叶蔬菜来补充钙是不可能的,这些绿叶蔬菜反而会夺取其他食物中的钙等金属元素,或者说,大多数绿叶蔬菜的补钙效率是负的。

但是,我们仍然必须多吃绿叶蔬菜,这些绿叶蔬菜富含维生素C、B和其他维生素,也有对于身体很重要的胡萝卜素以及钾等元素,还富有粗纤维,对于我们的健康起到重要的作用。对于含有很高草酸的蔬菜,应当在沸水在汆烫,以去除一部分草酸。(参见《食用蔬菜的学问(3)趋利避害、取长补短》2018-4-2 http://blog.sciencenet.cn/blog-612874-1110232.html

人体99%的钙存在于骨骼和牙齿中,只有1%在血液中,但是这1%的血钙,起到非常紧要的作用。钙离子是重要的信使。它激活某些蛋白质,从而控制一些酶的作用。这样就钙离子就是神经传递所必需的成分。它控制着肌肉的收缩(我们的各种动作就都是由肌肉收缩所完成的)。它也是体内各种元素如钠钾平衡的协调着。这些作用对于我们的生命都非常紧要,当血钙缺少的时候,所谓破骨细胞就会拆掉一些骨骼细胞释放一些钙离子到血液中。

总之,我们需要在食品中摄取足够的钙元素,而过去,我们中国人由于营养不够,特别是动物性食品的不够,引起的缺钙还是比较严重的。

生石灰(氧化钙)很容易吸水,很久以来便作为干燥剂。南方很潮湿,很多食品例如饼干刚做好是很脆的,口感很好,但是很快就吸水变软了。油炸的食品变软以后口感也差得厉害。过去又没有什么去湿的设备,也没有如今塑料这样的可以基本上隔绝空气的包装材料。于是,人们就把这些食品储存在小口的瓮里,在瓮底下放置生石灰,这样就能够保持脆的口感。所以吴方言中把生石灰称为“梗灰”。

现在有的小包装食品里面还放一小包干燥剂,有的里面仍然是氧化钙。这样的干燥剂成本低,效果好,但是不知道的人例如小孩子容易出危险。这是很糟糕的事情。

上面只说了吃,其实我们的衣食住行用各方面都与钙元素有关。

说起住和行,造房子和修马路,都离不开钙元素,最重要的原料就是石灰和水泥。

从古代直到近代,我们都把石灰作为造建房屋砌墙时粘合剂的最主要成分。房屋地基和马路也用含有石灰的“三合土”。生石灰氧化钙,与水结合成熟石灰氢氧化钙,时间一长,与空气中的二氧化碳反应生成了坚硬的碳酸钙。当然,现代更多的是用上了水泥。

在烧制水泥的原料中,主要有黏土和石灰石。在粉碎并锻烧后得到的水泥,其主要成分是硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)和铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)。它们在加水后会发生复杂的水化和硬化反应,能够与沙、石、钢铁很好地结合并且能够承受很大的应力。当然,由于钢筋混凝土中以钢铁为骨架,大大地增强了材料的抗拉强度,这是复合材料的好处了。实际上过去三合土变硬过程中的化学反应,也与水泥相类似,只是没有现代水泥这样反应得更好。

许多天然的碳酸钙岩石是上好的建材。例如汉白玉,古代宫殿建筑前的栏杆多为汉白玉制件。天安门广场上的汉白玉华表以及金水桥的汉白玉栏杆,在很大程度上成了中华民族的代表。李煜词句“雕栏玉砌应犹在”,其中雕栏玉砌已经成了古代豪华建筑的代名词。

又如,原产于云南的大理石,其剖面往往形成一幅天然的水墨山水画,人们常选取具有这种美丽花纹的大理石作为室内装饰品,制作画屏或者镶嵌在桌面和椅子靠背上。

又如,太湖石是中国式园林不可或缺的重要建筑材料。它由石灰石经水或酸性土壤极其缓慢的侵蚀而形成,其形状各异,姿态万千,通灵剔透,古人说好的太湖石具有“皱、漏、瘦、透”之美。苏州留园的冠云峰以及在原织造府西花园现苏州第十中学内的瑞云峰等,就是最漂亮的太湖石的代表。

至于衣,也可以有很多含钙元素的美丽装饰品。我想绝大多数中国人都有过由贝壳制造的纽扣,在塑料纽扣和有机玻璃纽扣出现之前,大多数衬衣上的白色小纽扣都由贝壳做成,其主要成分还是碳酸钙。现在很多女士喜爱的饰物,如项链、别针等,都由珍珠做成,其成分也还是碳酸钙。

我们的生活,衣食住行用,都离不开钙元素。






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