Side 44

n FØDEVAREKEMI Citrat i calcium biomineralisering På bunden af det iskolde hav nær Antarktis blev i 1936 mineralet calciumcitrat tetrahydrat fundet og senere navngivet Earlandit for at ære den engelske havforsker Arthur Earland (1866-1958). Dette usædvanlige organiske mineral er senere blevet vigtigt for at forstå calciums biotilgængelighed i den menneskelige krop. Af Leif Skibsted, Institut for Fødevarevidenskab, Københavns Universitet Calcium er livsvigtigt, og det nødven - dige daglige indtag er omkring 1 gram afhængigt af køn og alder, og anbefa- lingerne er lidt forskellige fra land til land. Calcium er dermed metallet med det højeste indhold i den menneskelige krop. Gennem 2. hovedgruppe varierer de fysiologiske effekter af grundstof - fernes di-kationer. Den helt lille Be 2+ og den meget store Ba 2+ er begge yderst giftige. Mg 2+ og Ca 2+ af mellemstørrelse er livsvigtige, mens det stadig diskute- res, om Sr 2+ , der er lidt større end Mg 2+ og Ca 2+ , har fysiologiske funktioner. Biomineralisering afhænger af calcium Calciumphosphater har gennem evo - lutionen fået vigtige roller som basis for pattedyrs knogler og tænder, mens calciumcarbonat danner struktur for mange lavere rangerende organismer i evolutionens hierarki. Calcium optages i pattedyrene, især i tarmen, og biotilgængeligheden bliver ofte lav på grund af calciumsaltes lave Figur 1. Struktur af calciumcitrat hexahydrat og de to polymorfe former af calciumcitrat tetrahydrat [7]. Omdannelse mellem Tetra(2,2) med to vandmolekyler, der ikke er bundet direkte til Ca 2+ (grøn) gennem oxygen (rød), og hexahydrat Hexa(4,2) har en lav energibarriere. Omdannelse mellem Tetra(4) med alle vand bundet direkte til Ca 2+ og Hexa(4,2) eller Tetra(2,2) har en høj aktiveringsbarriere. opløselighed ved tarmens pH. Biotil- gængeligheden af calcium afhænger dog af, hvilke calciumsalte kosten indehol- der, og af fordøjelsesprocesserne i mave og tarm. Calciumcitrat Hastigheden af knoglernes omsætning er for nylig i humane studier fundet at korrelere positivt med niveauet af cirkulerende citrat i blodet [1]. Calci - umcitrat fremmer også regenerering af dyreknogler under eksperimentel kirurgi på trods af calciumcitrats lave opløselighed [2]. Citrat spiller en vigtig rolle for styrken af pattedyrs knogler, og citrat dannes da også i knoglevæv. Citrat påvirker også optagelsen af cal - cium i tarmen. Allerede for mange år siden blev det i humane interventions- forsøg påvist, at biotilgængeligheden af calcium er større for calciumcitrat sam- men med overskud af ionisk citrat [3]. Overmætning Calciumcitrat kendes som dihydrat, 44 Dansk Kemi, 104, nr. 4, 2023 - Foto: Wikimedia.

Side 45

FØDEVAREKEMI n tetrahydrat og som hexahydrat. Op - løseligheden af tetrahydratet i vand aftager med stigende temperatur, mens opløseligheden af hexahydratet derimod øges med stigende temperatur. Omdan- nelsestemperaturen mellem de to højere hydrater i vandig opløsning er 52 °C [4] . Hexahydratet er den stabile form for la - vere temperaturer, mens tetrahydratet er den stabile form for højere temperatur, og ved 54°C er de to hydrater i ligevægt med hinanden i den mættede opløsning. Opløses calciumcitrat tetrahydrat i vand, bliver opløsningen hurtigt mættet. Opløses calciumcitrat tetrahydrat deri- mod i en fortyndet vandig opløsning af natriumcitrat, bliver opløsningen spon- tant overmættet med calciumcitrat ved fastholdt temperatur uden opvarmning eller afkøling. Ligevægtsindstillingen med faldende koncentration af opløst calciumcitrat tager mere end et døgn. Denne tidsbegrænsede spontane over- mætning forklarer den positive effekt af overskud af ionisk citrat på biotilgæn- gelighed af calcium fra calciumcitrat, som det blev fundet i de tidlige humane interventionsforsøg [3]. Mekanismen bag den spontane overmætning er dog stadig uforklaret [5]. Tetrahydrat/hexahydrat omdannelse Fra vandige opløsninger mættet med cal- ciumcitrat tetrahydrat udfældes ikke ved fysiologisk eller ved lavere temperatur det mere stabile calciumcitrat hexahy - drat trods den langt lavere opløselighed af det højere stabile hydrat. Det organi- ske mineral calciumcitrat tetrahydrat, fundet på havbunden nær Antarktis og kendt som Earlandit, omdannes heller ikke til det langt mere stabile hexahydrat selv på den geologiske tidsskala [5]. Calciumcitrat hexahydrat har to vand - molekyler, der ikke er bundet til Ca 2+ og bliver ofte formuleret Ca 3 Citr 2 , 4H 2 O, 2H 2 O, forkortet Hexa(4,2). Calciumcitrat tetrahydrat er nu ved røntgenstruktur­ opklaring fundet i to former [6,7]. Den ene struktur kan formuleres som Ca - 3 Citr 2 , 2H 2 O, 2H 2 O forkortet Tetra(2,2) og to vandmolekyler er bundet andet sted i strukturen end til Ca 2+ . Den anden polymorfe form har alle fire vandmole - kyler bundet til Ca 2+ og kan formuleres som Ca 3 Citr 2 4H 2 O forkortet Tetra(4), som det ses i figur 1. Tilsyneladende omdannes Tetra(2,2) let til Hexa(4,2) ved optagelse af to vandmolekyler, der bindes til Ca 2+ , mens Tetra(4) langt vanskeligere binder to ekstra vand for at omdannes til Hexa(4,2). Vand ikke bundet til Ca 2+ udskiftes langt sværere end vand bundet Figur 2. Kinetisk eller termodynamisk kontrol: Omdannelse mellem calciumcitrater i mættet vandig opløsning. An(0) er vandfri calciumcitrat, Di(2) er dihydratet med to vandmolekyler bundet til Ca 2+ . Tetra(2,2) og Tetra(4) er de to polymorfe tetrahydrater og Hexa(4,2) er det stabile hexahydrat med fire vand bundet til Ca 2+ og to vand bundet til citrat. Tetra(4) har en højere barriere end Tetra(2,2) for omdannelse til Hexa(4,2). Modificeret efter [5]. til Ca 2+ i calciumcitraterne. Mineralet Earlandit må derfor være Tetra(4) og ikke Tetra(2,2). I den robuste Tetra(4) er citrat beskyttet mod omdannelse, og Tetra(4) omdannes heller ikke til Tetra(2,2) og videre til det stabile hexa - hydrat Hexa(4,2). Tetra(4) vil heller ikke nemt omdannes direkte til Hexa(4,2), da det involverer binding af to vand- molekyler udenfor calcium-ionernes første koordinations-sfære. Det forklarer calciumcitrat tetrahydrats robusthed som mineral på havbunden. Det forklarer også, at overmættede opløsninger af calciumcitrat tetrahydrat ved fysiologisk temperatur ikke udfælder calciumcitrat hexahydrat og bliver mættede med dette hydrat med lavere opløselighed, se figur 2. Opløseligheden af tetrahydratet er ved disse betingelser næsten dobbelt så stor som for hexahydratet [4]. Biotilgængelighed Forskellen i opløseligheden af calcium- citrat tetrahydrat og hexahydratet har derfor betydning for calciums biotilgæn- gelighed fra calciumcitrat. Calciumsalte som calciumcitrat vil i mavens syre i det væsentlige dissociere til frie calci- um-ioner. Ved tarmens højere pH vil calcium gendanne calciumkomplekser som calciumcitrat i de mere opløselige former. Calciums høje biotilgængelighed fra calciumcitrat kan derfor tilskrives dannelse af calciumcitrat komplekser af høj opløselighed i tarmen [5]. Det organiske mineral fra den kolde havbund har hjulpet os på vej til denne nye forståelse. E-mail: Leif Skibsted: ls@food.ku.dk Litteratur 1. Hartley, A. et al. (2020): Metabolomics analysis in adults with high bone mass identifies a relationship between bone resorption and circulating citrate which replicates in the general population. Clinical Endocrinology, 92, 29-37. 2. Wang, L.M. et al. (2012): Calcium citrate: A new biomaterial that can enhance bone formation in situ. Chinese Journal of Traumatology, 15, 291-296. 3. Pak, C.Y. et al. (1987): Enhanced calcium bioavailability from a solubilized form of calcium citrate. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 65, 801-805. 4. Vavrusova, M. & Skibsted L. H. (2016): Aqueous solubility of calcium citrate and interconversion between the tetrahydrate and the hexahydrate as a balance between endothermic dissolution and exothermic complex formation. International Dairy Journal, 57, 20-28. 5. Liu, X.-C. & Skibsted L. H. (2023): Citrate in calcium transport and biomineralization. International Dairy Journal 139, 105561 6. Herdtweck et al (2011): Crystal structure, synthesis, and properties of tri-calcium di- citrate tetra-hydrate [Ca 3 (C 6 H 5 O 7 ) 2 (H 2 O) 2 ]· 2H 2 O. Zeitschrift Für Anorganische Und Allgemeine Chemie, 637, 655-659. 7. Kaduk, J.A. (2018): Crystal structures of tricalcium citrates. Powder Diffraction, 33, 98-107. - Dansk Kemi, 104, nr. 4, 2023 45

    ...