Prawie do połowy XIX wieku fizjologowie i chemicy mieli tylko mgliste pojęcie o znaczeniu składników mineralnych w fizjologii roślin i zwierząt. Pierwsze badania w tym zakresie prowadził Theodore de Saussure (1767-1845) w Szwajcarii. W 1804 r. ogłosił on wyniki oznaczeń 27 składników mineralnych w różnych roślinach i ich częściach. Wykazał on również, że skład soli w roślinach zależy od gleby. Te doświadczenia zapoczątkowały dalsze prace fizjologów roślin nad składnikami mineralnymi. 38 lat później Liebig wyraził zasadniczą rolę w rozwoju roślin i że czerpią je one z gleby i wody.

Dzięki nieco wcześniejszym badaniom stwierdzono, że kości zawierają fosfor (1784) oraz wapń (1808), ale dopiero po upływie kilkudziesięciu lat Chossat (1842-43) wykazał, że ptaki żywione samą pszenicą traciły składniki mineralne, czemu zapobiegało dodawanie CaCO₃
Mimo, iż chlorek sodu od bardzo dawna był stosowany jako przyprawa, dopiero na początek XIX wieku stwierdzono, że jest on niezbędnym składnikiem pożywienia, zwłaszcza dla zwierząt trawożernych.

Doświadczalnie dowiódł tego Bousingault na wołach. Dalsze badania H. Rosegioi in. rzucały nowe światło na różnice w zawartości sodu i potasu w tkankach i cieczach ustroju. Następnie Foster (1873) żywiąc psy pożywieniem z małą ilością składników mineralnych stwierdził u nich różne zaburzenia w układzie mięśniowym i nerwowym. Dzięki tym badaniom wykazano, że organizm człowieka potrzebuje sodu oraz wapnia i fosforu.

Prace innych badaczy wykazały, że wapń bierze udział w krzepliwości krwi, usuwa objawy tężyczki, że dla organizmu zwierzęcego potrzebny jest odpowiedni stosunek wapnia do fosforu.

Jeśli chodzi o choroby na tle niedoborów składników mineralnych, to w latach trzydziestych wykazano, że przyczyną dużych strat w hodowli bydła w południowej Afryce był niedobór fosforu w glebie (1925), potem stwierdzono, że choroby zwierząt hodowlanych występują na tle niedoborów lub niewłaściwego stosunku w glebie kliku innych składników mineralnych.
Poznawanie roli poszczególnych składników mineralnych w żywieniu ma swoją krótszą lub dłuższą historię. Dotyczy to przede wszystkim żelaza, jodu i in.

Wiadomości ogólne

Zredukowane do najprostszej postaci ludzkie ciało byłoby niewielką kupką proszku. Gdyby węgiel, tlen, wodór, azot obecne w bogatych w białko komórkach  i zasobach węglowodanowo-tłuszczowych organizmu ulotniły się lub wyparowały z wodą, zostawiłyby po sobie jedynie około dwóch kilogramów minerałów. Może nie jest to wiele, ale te minerały odgrywaj kluczową rolę w funkcjonowaniu żywego organizmu.

W organizmie człowieka istnieje stała wymiana materii, a zdrowy dorosły człowiek w 1500 ml moczu wydala przeciętnie około 25 g soli mineralnych o składzie: chlorek sodu- 15 g, chlorek potasu 3,3 g, kwas siarkowy 2,5 g, kwas fosforowy 2,5 g, amoniak 0,70 g, magnez 0,50 g, wapń 0,30 g, żelazo 0,005 g

W zależności od wieku organizm nasz zawiera różne ilości składników mineralnych. U noworodka związki mineralne stanowią tylko około 3% wagi ciała, w późniejszych okresach życia odsetek ten wzrasta. Według Macy`ego wzrost odsetka związków przedstawia się następująco:

W starszym wieku zwiększa się w ustroju ilość wapnia i fosforu, a zmniejsza się zawartość sodu, potasu, magnezu, chlorku i siarki

Minerały biorą udział w licznych procesach, m.in. w budowie kości, skurczach mięśni, produkcji energii. Niektóre, na przykład sód, potas, wapń, mają ładunki elektryczne, które działają podobnie jak magnes, przyłączają inne substancję naładowane elektrycznie, przez co tworzą złożone cząsteczki, przenoszą impulsy elektryczne w komórkach nerwowych lub transportują substancje z komórek do komórek.

We krwi i innych płynach ustrojowych minerały regulują pH i ciśnienie płynów między krwią i innymi komórkami. Ponadto wiążą one białka i inne substancje organiczne; są obecne w czerwonych ciałkach krwi, wszelkich błonach komórkowych, hormonach oraz enzymach: katalizatorach procesów zachodzących w organizmie.

Rola i udział poszczególnych pierwiastków w procesach biochemicznych, zachodzących w organizmach żywych biosfery, są w dużym stopniu determinowane budową atomu danego pierwiastka, którą w układzie okresowym pierwiastków chemicznych określa liczba atomowa (Z). Niezależnie od właściwosci fizykochemicznych, wynikających z położenia w układzie okresowym, czesto pierwiastki klasyfikuje się na podstawie specyficznych właściwosci geochemicznych, wspólnych dla określonych grup pierwiastków. Spośród licznych typów klasyfikacji na uwagę zasługuje podział geochemiczny zaproponowany przez Goldschmita, który nawiązuje do strefowej budowy Ziemi.

Klasyfikacja ta wyróznia pięć grup pierwiastków:

1) Pierwiastki syderofilne: Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Re, Mo, P, Ge, Sn, C, Au, W, As, Pb; główne składniki jądra Ziemi;

2) Pierwiastki chalkofilne- Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, Pb, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Fe, Ge, Sn, Mo, Co, Ni, Ru, Pd, Pt; wystepują głównie w siarczkowo-tlenkowej strefie skorupy ziemskiej;

3) Pierwiastki litofilne- Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, B, Al, Sc, Y, lantanowce, aktynowce, Ga, C, Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, P, Cr, W, O, Mn, F, Cl, Br, I, H a także Zn, Cd, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Fe, Co, Ni; sa podstawowymi skąłdnikami krzemianowej strefy skorupy ziemskiej

4) Pierwiastki atmofilne- H, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Ra, O, N, C, I; charakteryzuja się duża lotnością ; w normalnych warunkach ciśnienia i temperatury występuja w stanie gazowym; gromadzą się w atmosferze i hydrosferze

Istnieją dwadzieścia dwa minerały, których obecność w organizmie jest konieczna do właściwego funkcjonowania. Dzielą się one na dwie kategorie: podstawowe i śladowe. Podstawowe minerały występują w organizmie w ilościach większych niż „jedna łyżeczka” pierwiastków śladowych jest mniej. Terminy „podstawowy” i „śladowy” nie jest odzwierciedleniem statusu danego minerału w organizmie, gdyż niedobór pierwiastka śladowego może być również szkodliwy, jak brak podstawowego.

Tlenu węgla, wodoru i azotu, nie zaliczamy do składników mineralnych, gdyż w związkach nieorganicznych występują one w ustroju człowieka w bardzo małych ilościach i w tej postaci - z wyjątkiem wody i tlenu pochodzącego z powietrza - nie mogłyby być wykorzystane. U ludzi dorosłych  wszystkie składniki mineralne stanowią około 4% ciężaru ciała.

Do minerałów podstawowych należą:
•    Wapń
•    Chlor
•    Magnez
•    Fosfor
•    Potas
•    Sód
•    Siarka

Minerały śladowe to:
•    Bor
•    Chrom
•    Kobalt
•    Miedź
•    Fluor
•    Jod
•    Żelazo
•    Mangan
•    Molibden
•    Nikiel
•    Selen
•    Krzem
•    Cyna
•    Wanad
•    Cynk

W latach 70. wprowadzono pojecie „pierwiastki ultraśladowe” tj. takie, które w racji pokarmowej występują w ilościach mikrogramowych, np. kobalt, molibden, nikiel, wanad. Nie zawsze przy klasyfikacji składniki te są wydzielane jako oddzielna grupa. Często zalicza się je do mikroelementów.

Źródłem składników mineralnych dla organizmu człowieka są przede wszystkim produkty spożywcze, woda oraz sól kuchenna. W celu uzupełnienia niedostatecznego spożycia z dietą wzbogaca się produkty spożywcze niektórymi pierwiastkami (Ca, Fe), ostatnio dość powszechne dla pełnego zaspokojenia potrzeb organizmu staje się uzupełnianie diety preparatami farmaceutycznymi lub suplementami diety dostępnymi w aptekach lub sklepach spożywczych. Preparaty ty występują często w połączeniu z witaminami i innymi składnikami odżywczymi. Ich stosowanie nosi nazwę suplementacji.

Minerały współdziałają lub konkurują ze sobą. Niektóre współzawodniczą w procesie wchłaniania do tego stopnia, że wzmożone wchłanianie jednego pociąga za sobą niedobór drugiego. To zjawisko ma miejsce najczęściej w przypadku pierwiastków śladowych, takich jak miedź, żelazo czy cynk. Kiedy indziej jeden minerał wzmaga wchłanianie innych, jak w przypadku wapnia, magnezu, i fosforu, których właściwe proporcje w pożywieniu regulują wchłanianie innych składników mineralnych.

Do najbardziej znanych interakcji pomiędzy pierwiastkami występującymi w żywności należy anatagonizm Zn-Cu, Ca-Zn lub Mg-Zn, kiedy duże stężenie jednego z kationów hamuje wchłanianie drugiego.

Tabela. Przykłady interakcji pomiędzy różnymi pierwiastkami wg H. Gertiga

Ilości, w jakich organizm wchłania dany pierwiastek, zależą również od indywidualnego zapotrzebowania. Tak więc organizm człowieka, któremu brakuje jakiegoś pierwiastka, wchłania go znacznie więcej niż organizm takiego, którego zapotrzebowanie na ów pierwiastek jest już pokryte.

Jak podaje Anna Brzozowska z Katedry Żywienia Człowieka SGGW w Warszawie, organizm człowieka może funkcjonować nawet przy dość znacznych wahaniach w spożyciu składników mineralnych dzięki mechanizmom regulacji procesów jelitowego, magazynowania i wydalania, które służą utrzymaniu tzw. homeostazy (zachowania przez organizm względnie stałego stanu równowagi procesów życiowych, niezależnie od wpływów otoczenia).

Brzozowska zauważa również, że dłużej utrzymujący się niedobór w diecie, jak i nadmiar, mogą mieć poważne konsekwencje w postaci specyficznych dla danego składnika chorób czy zaburzeń przyczyniających się do powstawania chorób cywilizacyjnych, jak np.: miażdżyca, osteoporoza, nowotwory, cukrzyca; mogą też wykazywać działania toksyczne.

Kiedy potrzeba więcej składników mineralnych?

Czasem zapotrzebowanie na składniki mineralne występujące w pożywieniu jest większe niż zalecane normy:

• Korzystanie ze stołówek- częste podgrzewanie potraw powoduje niedobór magnezu, potasu i wapnia
• Dieta wegetariańska- jeśli ktoś rezygnuje z mleka i jego przetworów może wystąpić niedobór wapnia
• Dieta przede wszystkim mięsna- warzywa i owoce są bogatym źródłem potasu i magnezu. Jeśli spożywamy ich mało, mogą wystąpić niedobory
• Środki nasenne- pozbawiają organizm potasu i magnezu
• Leki moczopędne- zwiększają wydalanie z moczem potasu, magnezu, wapnia i sodu
• Alkohol- wypłukuje z organizmu potas, wapń i magnez
• Antybiotyki- doprowadzają do poważnego deficytu potasu i magnezu

Podczas intensywnych ćwiczeń i treningów wraz z potem wydaleniu ulegają duże ilości składników mineralnych. Podczas normalnej aktywności wydziela się dziennie ponad 1,5 l potu. Przy uprawianiu sportów ekstremalnych ta ilość zwiększa się kilkukrotnie. Pot składa się w 99% z wody oraz w 1% ze składników mineralnych. Ich utrata- jeśli się jej nie wyrówna- może wpłynąć w niekorzystny sposób na układ krążenia.

Źródło: A. Szczygieł-  Podstawy fizjologii żywienia; J. Hasik- Dietetyka; J. Hasik- Podstawy dietetyki; Elizabeth Somer- Encyklopedia witamin i minerałów; J. Gawęcki- Żywienie człowieka. Podstawy nauki o żywności; M. Szczypka, J. Gajewska- ABC witamin i minerałów;Władysław Kierst- Nauka o żywieniu zdrowego i chorego człowieka. PZWL; Leksykon zdrowia. Rośliny lecznicze, minerały, suplementy i witaminy. Wydawnictwo Park; Henryk Gertig (red.) Bromatologia. Zarys nauki o żywności i żywieniu. PZWL. Warszawa .