ในบริบทของโภชนาการแร่ธาตุคือธาตุเคมีแร่ธาตุบางชนิดจำเป็นต่อชีวิต แต่ส่วนใหญ่ไม่จำเป็น^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}แร่ธาตุเป็นหนึ่งในสี่กลุ่มของสารอาหารที่จำเป็น อีกสามกลุ่มได้แก่วิตามินกรดไขมันจำเป็นและกรดอะมิโนจำเป็น^{[ 4 ]} แร่ธาตุหลักห้า ชนิดในร่างกายมนุษย์ ได้แก่แคลเซียมฟอสฟอรัสโพแทสเซียมโซเดียมและแมกนีเซียม^{[ 2} ] แร่ธาตุ ที่เหลือเรียกว่า " ธาตุติดตาม " ธาตุติดตามที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไป ได้แก่เหล็กคลอรีนโคบอลต์ทองแดงสังกะสีแมงกานีสโมลิบเดนัมไอโอดีน^{ซีลีเนียม} [ 5 ^]และโบรมีน [ 6 ] ^{มีหลักฐาน}บาง^{อย่างที่}บ่งชี้ว่าอาจมีมากกว่านี้

องค์ประกอบอินทรีย์ทั้งสี่ ได้แก่คาร์บอนไฮโดรเจนออกซิเจนและไนโตรเจน( CHON )ซึ่งประกอบขึ้นเป็นน้ำหนัก ประมาณ 96% ของ ร่างกายมนุษย์^{[ 7 ]} โดยทั่วไปแล้วจะไม่ถือว่าเป็นแร่ธาตุ (สารอาหาร) ในความเป็นจริง ใน ทางโภชนาการ คำว่า "แร่ธาตุ" หมายถึงองค์ประกอบการทำงานและโครงสร้างอื่นๆ ทั้งหมดที่พบในสิ่งมีชีวิตโดยทั่วไป

พืชได้รับแร่ธาตุจากดิน[ ^{8 ] สัตว์}กินพืช จึงทำให้แร่ธาตุเคลื่อนขึ้นไปตามห่วงโซ่อาหารสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่อาจกินดิน (geophagia) หรือใช้ทรัพยากรแร่ธาตุ เช่นก้อนเกลือเพื่อรับแร่ธาตุ

สุดท้ายนี้ แม้ว่าแร่ธาตุและธาตุจะมีความหมายเหมือนกันในหลายๆ ด้าน แต่แร่ธาตุจะมีประโยชน์ต่อ ร่างกายได้ก็ ต่อเมื่อสามารถดูดซึมได้เท่านั้น ในการที่จะถูกดูดซึมได้ แร่ธาตุจะต้องละลายได้หรือสามารถสกัดได้ง่ายโดยสิ่งมีชีวิตที่บริโภคเข้าไป ตัวอย่างเช่น โมลิบเดนัมเป็นแร่ธาตุที่จำเป็น แต่โมลิบเดนัมในรูปโลหะไม่มีประโยชน์ทางโภชนาการ สารประกอบโมลิบเดตหลายชนิดเป็นแหล่งของโมลิบเดนัม

เป็นที่ทราบกันว่าธาตุเคมี 20 ชนิดมีความจำเป็นต่อกระบวนการทางชีวเคมีของมนุษย์โดยทำหน้าที่เชิงโครงสร้างและเชิงหน้าที่ และยังมีหลักฐานเพิ่มเติมอีกเล็กน้อย^{[ 1 ] [ 9 ]}

ออกซิเจน ไฮโดรเจน คาร์บอน และไนโตรเจน เป็นธาตุที่มีมากที่สุดในร่างกายเมื่อพิจารณาจากน้ำหนัก และคิดเป็นประมาณ 96% ของน้ำหนักตัวของร่างกายมนุษย์ แคลเซียมคิดเป็น 920 ถึง 1200 กรัมของน้ำหนักตัวผู้ใหญ่ โดย 99% ของแคลเซียมจะอยู่ในกระดูกและฟัน ซึ่งคิดเป็นประมาณ 1.5% ของน้ำหนักตัว^{[ 2 ]}ฟอสฟอรัสมีปริมาณประมาณ 2/3 ของแคลเซียม และคิดเป็นประมาณ 1% ของน้ำหนักตัวของคน^{[ 10 ]}แร่ธาตุหลักอื่นๆ (โพแทสเซียม โซเดียม คลอรีนซัลเฟอร์และแมกนีเซียม) คิดเป็นเพียงประมาณ 0.85% ของน้ำหนักตัว ธาตุเคมีทั้ง 11 ชนิดนี้ (H, C, N, O, Ca, P, K, Na, Cl, S, Mg) รวมกันคิดเป็น 99.85% ของร่างกายแร่ธาตุอัลตราเทรซ ที่เหลืออีกประมาณ 18 ชนิด คิดเป็นเพียง 0.15% ของร่างกาย หรือประมาณหนึ่งร้อยกรัมโดยเฉลี่ยสำหรับคนทั่วไป เศษส่วนรวมในย่อหน้านี้คือปริมาณที่ได้จากการรวมเปอร์เซ็นต์จากบทความเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของร่างกายมนุษย์

มีความคิดเห็นที่แตกต่างกันบ้างเกี่ยวกับความจำเป็นของธาตุอัลตราเทรซต่างๆ ในมนุษย์ (และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ) แม้จะอิงตามข้อมูลเดียวกันก็ตาม ตัวอย่างเช่นโครเมียมมีความจำเป็นต่อมนุษย์หรือไม่นั้นยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ ยังไม่มีการทำให้บริสุทธิ์ของสารชีวเคมีที่มี Cr สหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นกำหนดให้โครเมียมเป็นสารอาหารที่จำเป็น^{[ 11 ] [ 12 ]}แต่หน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรป (EFSA) ซึ่งเป็นตัวแทนของสหภาพยุโรป ได้ทบทวนคำถามนี้ในปี 2014 และไม่เห็นด้วย^{[ 13 ]}

แร่ธาตุที่รู้จักและแนะนำส่วนใหญ่มีน้ำหนักอะตอม ค่อนข้างต่ำ และพบได้ทั่วไปบนบก หรือสำหรับโซเดียมและไอโอดีนในมหาสมุทร นอกจากนี้ แร่ธาตุเหล่านี้ยังมีแนวโน้มที่จะมีสารประกอบที่ละลายได้ในช่วง pH ทางสรีรวิทยา: ธาตุที่ไม่มีสารประกอบที่ละลายได้ดังกล่าว มักจะเป็นธาตุที่ไม่จำเป็น (Al) หรืออย่างดีที่สุดก็อาจต้องการในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น (Si) ^{[ 1 ]}

RDA = ปริมาณสารอาหารที่แนะนำให้บริโภคต่อวัน ; AI = ปริมาณสารอาหารที่เพียงพอ ; UL = ระดับปริมาณสารอาหารสูงสุดที่ยอมรับได้ ; ตัวเลขที่แสดงเป็นข้อมูลสำหรับผู้ใหญ่ อายุ 31–50 ปี ชายหรือหญิง ที่ไม่ตั้งครรภ์หรือให้นมบุตร

* สาหร่ายหนึ่งหน่วยบริโภคมีปริมาณเกิน UL ของสหรัฐอเมริกาที่ 1100 μg แต่ไม่เกิน UL 3000 μg ที่กำหนดโดยประเทศญี่ปุ่น^{[ 39 ]}

นักโภชนาการอาจแนะนำว่าควรได้รับแร่ธาตุอย่างเพียงพอโดยการรับประทานอาหารเฉพาะที่มีธาตุเคมีที่ต้องการในปริมาณสูง ธาตุเหล่านั้นอาจมีอยู่ในอาหารตามธรรมชาติ (เช่น แคลเซียมในนม) หรืออาจเติมลงไปในอาหาร (เช่น น้ำส้มที่เสริมแคลเซียมเกลือเสริมไอโอดีน ) ผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร สามารถผลิตขึ้นโดยมีธาตุเคมีหลายชนิด (ในรูปของสารประกอบ) วิตามิน และ/หรือสารประกอบเคมีอื่นๆ ผสมกันหรือมีเพียงธาตุเดียว (ในรูปของสารประกอบหรือส่วนผสมของสารประกอบ) เช่นแคลเซียม ( แคลเซียมคาร์บอเนตแคลเซียมซิเตรต ) หรือแมกนีเซียม ( แมกนีเซียมออกไซด์ ) หรือเหล็ก ( เฟอร์รัสซัลเฟตเหล็กบิสไกลซิเนต)

การมุ่งเน้นด้านธาตุเคมีในอาหารเกิดจากความสนใจในการสนับสนุนปฏิกิริยาทางชีวเคมีของการเผาผลาญด้วยองค์ประกอบธาตุที่จำเป็น^{[ 40 ]}ระดับการบริโภคธาตุเคมีบางชนิดที่เหมาะสมได้รับการพิสูจน์แล้วว่าจำเป็นต่อการรักษาสุขภาพที่ดีที่สุด อาหารสามารถตอบสนองความต้องการธาตุเคมีทั้งหมดของร่างกายได้ แม้ว่าจะสามารถใช้ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารได้เมื่ออาหารไม่สามารถตอบสนองข้อแนะนำบางอย่างได้อย่างเพียงพอ ตัวอย่างเช่น อาหารที่มีผลิตภัณฑ์นมต่ำ จึงไม่ตรงตามข้อแนะนำสำหรับแคลเซียม

รายการแร่ธาตุที่พืชต้องการนั้นคล้ายคลึงกับที่สัตว์ต้องการ ทั้งสองชนิดใช้เอนไซม์ที่คล้ายคลึงกันมาก แม้ว่าจะมีข้อแตกต่างอยู่บ้าง ตัวอย่างเช่น พืชตระกูลถั่วมีไนโตรเจเนสที่มีโมลิบดีนัมเป็นองค์ประกอบแต่สัตว์ไม่มี สัตว์หลายชนิดใช้ฮีโมโกลบิน (เหล็ก) ในการขนส่งออกซิเจน แต่พืชไม่ใช้ ปุ๋ยมักถูกปรับแต่งเพื่อแก้ไขปัญหาการขาดแร่ธาตุในดินแต่ละชนิด ตัวอย่างเช่นการขาดโมลิบดีนัมการขาดแมงกานีสการขาดสังกะสีเป็นต้น

ช่องว่างระหว่างปริมาณที่แนะนำต่อวันและ ปริมาณสูงสุดที่ถือว่าปลอดภัย(UL) อาจมีน้อย ตัวอย่างเช่น สำหรับแคลเซียมองค์การอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาได้กำหนดปริมาณที่แนะนำสำหรับผู้ใหญ่ที่มีอายุมากกว่า 70 ปีไว้ที่ 1,200 มก./วัน และ UL ไว้ที่ 2,000 มก./วัน^{[ 19 ]}สหภาพยุโรปยังกำหนดปริมาณที่แนะนำและปริมาณสูงสุด ซึ่งไม่สอดคล้องกับสหรัฐอเมริกาเสมอไป^{[ 20 ]}เช่นเดียวกับญี่ปุ่น ซึ่งกำหนด UL สำหรับไอโอดีนไว้ที่ 3,000 ไมโครกรัม เทียบกับ 1,100 สำหรับสหรัฐอเมริกาและ 600 สำหรับสหภาพยุโรป^{[ 39 ]}ในตารางข้างต้น แมกนีเซียมดูเหมือนจะเป็นความผิดปกติ เนื่องจากปริมาณที่แนะนำสำหรับผู้ชายวัยผู้ใหญ่คือ 420 มก./วัน (ผู้หญิง 350 มก./วัน) ในขณะที่ UL ต่ำกว่าปริมาณที่แนะนำ คือ 350 มก. เหตุผลก็คือ UL นั้นเฉพาะเจาะจงสำหรับการบริโภคแมกนีเซียมมากกว่า 350 มก. ในคราวเดียว ในรูปแบบของอาหารเสริม เนื่องจากอาจทำให้เกิดอาการท้องเสียได้ อาหารที่มีแมกนีเซียมสูงไม่ก่อให้เกิดปัญหานี้^{[ 42 ]}

ธาตุอัลตราเทรซหลายชนิดได้รับการเสนอแนะว่าเป็นสิ่งจำเป็น แต่ข้อกล่าวอ้างดังกล่าวมักไม่ได้รับการยืนยัน หลักฐานที่ชัดเจนเกี่ยวกับประสิทธิภาพมาจากการจำแนกลักษณะของโมเลกุลชีวภาพที่มีธาตุนั้นอยู่ด้วยฟังก์ชันที่สามารถระบุและทดสอบได้^{[ 5 ]}ปัญหาหนึ่งในการระบุประสิทธิภาพคือธาตุบางชนิดไม่เป็นอันตรายที่ความเข้มข้นต่ำและมีอยู่ทั่วไป (ตัวอย่างเช่นซิลิคอนและนิกเกลในของแข็งและฝุ่น) ดังนั้นจึงขาดหลักฐานยืนยันประสิทธิภาพเนื่องจากความบกพร่องนั้นยากที่จะจำลองได้^{[ 40 ]}ครั้งหนึ่งเคยคิดว่าธาตุบางชนิดมีบทบาทที่มีลักษณะทางชีวเคมีที่ไม่รู้จัก แต่หลักฐานก็ไม่แข็งแกร่งเสมอไป^{[ 5 ]}ตัวอย่างเช่น ครั้งหนึ่งเคยคิดว่าสารหนูอาจเป็นสิ่งจำเป็นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 43 ]}แต่ดูเหมือนว่าจะถูกใช้โดยจุลินทรีย์เท่านั้น^{[ 6 ]}และในขณะที่โครเมียมถูกมองว่าเป็นธาตุติดตามที่จำเป็นมานานแล้วโดยอิงจากแบบจำลองสัตว์ฟันแทะ และมีการเสนอว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญกลูโคสและไขมัน^{[ 44 ] [ 45 ]}การศึกษาล่าสุดได้ตั้งคำถามถึงเรื่องนี้ อาจยังมีบทบาทในการส่งสัญญาณอินซูลิน แต่หลักฐานไม่ชัดเจน และดูเหมือนว่าจะเกิดขึ้นเฉพาะในปริมาณที่ไม่พบในอาหารปกติ^{[ 6 ]}โบรอนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับพืช^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}แต่ไม่จำเป็นสำหรับมนุษย์^{[ 6 ]}แม้ว่าการศึกษาการขาดและการเติมเต็มในมนุษย์จะแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ต่อสุขภาพกระดูกและสมอง^{[ 49 ]}

บางครั้งธาตุที่ไม่จำเป็นอาจปรากฏในร่างกายได้เมื่อมีลักษณะทางเคมีคล้ายกับธาตุที่จำเป็น (เช่น Rb ⁺และ Cs ⁺แทนที่ Na ⁺ ) ดังนั้นความจำเป็นจึงไม่เหมือนกับการดูดซึมโดยระบบชีวภาพ^{[ 1 ]}

สัตว์และ จุลินทรีย์ใช้ไอออนที่หลากหลายในกระบวนการสร้างโครงสร้างแร่ธาตุที่เรียกว่าการสร้างแร่ธาตุทาง ชีวภาพ ซึ่งใช้ในการสร้าง^{กระดูก}เปลือกหอยเปลือกไข่[ 57 ^{] โครง}กระดูกภายนอกและเปลือกหอย^{[ 58 ]}

แร่ธาตุสามารถถูกดัดแปลงทางชีวภาพโดยแบคทีเรียซึ่งทำหน้าที่กับโลหะเพื่อเร่งปฏิกิริยาการละลายและการตกตะกอนของแร่ธาตุ^{[ 59 ]}สารอาหารแร่ธาตุถูกนำกลับมาใช้ใหม่โดยแบคทีเรียที่กระจายอยู่ทั่วดิน มหาสมุทรน้ำจืดน้ำบาดาลและระบบน้ำละลายจากธารน้ำแข็ง ทั่วโลก ^{[ 59 ] [ 60 ]}แบคทีเรียดูดซับสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำซึ่งมีแร่ธาตุอยู่ขณะที่พวกมันกำจัดแพลงก์ตอนพืชที่เจริญเติบโต^{[ 60 ]}สารอาหารแร่ธาตุหมุนเวียนผ่านห่วงโซ่อาหาร ทางทะเลนี้ จากแบคทีเรียและแพลงก์ตอนพืชไปยังแฟล เจลเลต และแพลงก์ตอนสัตว์ซึ่งจากนั้นจะถูกกินโดยสิ่งมีชีวิตในทะเลอื่นๆ[ 59 ^{] [ 60 ]ในระบบ}นิเวศบนบกเชื้อรามีบทบาทคล้ายกับแบคทีเรีย โดยการเคลื่อนย้ายแร่ธาตุจากสสารที่สิ่งมีชีวิตอื่นๆ เข้าไม่ถึง จากนั้นขนส่งสารอาหารที่ได้รับไปยังระบบนิเวศ ในท้องถิ่น ^{[ 61 ] [ 62 ]}

• องค์ประกอบของอาหาร
• โภชนาการของมนุษย์
• ธาตุอาหารรอง
• ภาวะขาดแร่ธาตุ

• ฮัมฟรีย์ โบเวน (1979) เคมีสิ่งแวดล้อมของธาตุต่างๆสำนักพิมพ์ Academic Press, ISBN 0-12-120450-2.
• ฮัมฟรี โบเวน (1966) ธาตุติดตามในชีวเคมีสำนัก พิมพ์ Academic Press

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับแร่ธาตุในอาหาร

• "วิตามินและแร่ธาตุ" . nhs.uk . 23 ตุลาคม 2017.
• แนวคิดเกี่ยวกับอาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการ: มุ่งสู่คะแนนความหนาแน่นของสารอาหาร
• โลหะในโภชนาการ