维生素与矿质元素

第八章 维生素及矿质元素,1,第七章 维生素与矿物质 (Vitamin and Minerals),汪东风 中国海洋大学食品科学与工程学院wangdf,第八章 维生素及矿质元素,2,第一节引言（ Introduction）,一、名词概念,维生素,维生素原,脂溶性维生素,水溶性维生素,二、维生素及矿物质的功能性,1、维生素的功能,辅酶或辅酶前体 抗氧化剂:VE,VC 遗传调节因子:VA,VD 某些特殊功能:VA,VC 对食品质量的影响,2、矿物质的功能,生理功能 对食品质量的影响,第八章 维生素及矿质元素,3,水溶性维生素的功能及来源,第八章 维生素及矿质元素,4,脂溶性维生素的功能及来源,第八章 维生素及矿质元素,5,自然界至今发现的化学元素有115 种,天然存在的有92 种,根据目前的分析水平，在人体中可以检出81 种元素。目前依据生物实验和检测技术水平,将人体中这些元素分类为生命必需元素、有益元素、沾染元素和有毒元素。必需元素主要有H、C、N、O、Na、Mg、P、S、Cl、K、Ca、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Mo、I、Se、Cr、V、Ni、Sn、F、B和Si等。,它们都存在于健康的生物组织中，并和一定的生物和化学功能有关（下表），在各种一属生物中都有一恒定的浓度范围，缺乏时会引起再生性生理症状，症状早期获取后又可恢复。,必需元素的特征,第八章 维生素及矿质元素,6,是指那些不存在时不会引起再生性生理症状，但在极少量存在时有益生命体健康。,有益元素,是指那些在极少量存在时对生命体影响不大，它们在生命体中的浓度变化较大，如果其浓度达成可以觉查到的生理或形态症状时，就为有害元素或污染元素。,沾染元素和有毒元素,必需元素又简称为生命元素,根据它们在人体内的含量有分为常量元素和微量元素,常量必需元素,约占体重的99.95%；必需微量元素所占质量合起来不超过体重的0.05%。,第八章 维生素及矿质元素,7,主要矿质元素的功能,第八章 维生素及矿质元素,8,一些食品中生物素的含量,一、原料中维生素含量及影响因素：品种,第二节 影响食品中维生素含量的因素,第八章 维生素及矿质元素,9,二、原料成熟度对维生素含量的影响,不同成熟时期西红柿中维生素C含量的变化,第八章 维生素及矿质元素,10,三、维生素的稳定性,第八章 维生素及矿质元素,11,四、采后及贮藏过程中维生素的变化,1、内源酶活所引起的变化,2、预处理会导致部分损失,3、贮藏过程中其它反应所引起的损失,不同贮藏方式过程中维生素损失情况,a贮藏前，所有产品均进行了热加工及脱水处理。b蔬菜样品分别是芦笋、利马豆、四季豆、椰菜、花椰菜、青豌豆、马铃薯、菠菜、抱子苷蓝和嫩玉米棒。c蔬菜样品分别是芦笋、利马豆、四季豆、青豌豆、马铃薯、菠菜和嫩玉米棒，马铃薯样品中含热处理水。d平均值。e变化范围。,第八章 维生素及矿质元素,12,、贮藏中维生素损失的影响因素,水分活度,氧气,温度,其他,早餐谷物食品在45贮藏条件下硫胺素的降解速率与体系中水分活度的关系,第八章 维生素及矿质元素,13,五、加工过程中维生素的损失,、谷类食物在研磨过程中维生素的损失,第八章 维生素及矿质元素,14,、浸提和热烫过程中维生素的损失,土豆条在蒸和煮过程中维生素保留率(%)的比较,第八章 维生素及矿质元素,15,豌豆加工中抗坏血酸的保存率,第八章 维生素及矿质元素,16,各类食品经加工处理后硫胺素的保留率,第八章 维生素及矿质元素,17,、化学药剂处理过程中维生素的损失,1、二氧化硫(SO2)及其亚硫酸盐、亚硫酸氢盐和偏亚硫酸盐会破坏硫胺素和维生素B6 。,2、亚硝酸盐能破坏类胡萝卜素、硫胺素及叶酸。,3、碱性发酵粉发酵时pH会增高，在这种碱性条件下，硫胺素、维生素C和泛酸这类维生素的破坏大大增加。食品在弱酸性条件下，维生素的损失较少。,第八章 维生素及矿质元素,18,六、维生素的每日参考摄入量的确定,综合考虑国际上对每日膳食中营养素供给量（Recommended dietary allowance, 简称RDA）和膳食营养素参考摄入量（Dietary Reference Intakes，简称DRIs）,中国营养学会和中国预防医学科学院共同制定出了中国居民的DRIs值（请参考中国营养学会网站）。DRIs是在RDA的基础上发展起来的每日平均膳食营养素摄入量的参考值，它包括：平均需要量（Estimated Average Requirement，简称EAR）、推荐摄入量（Recommended Nutrient Intake，简称 RNI）、适当摄入量（Adequate Intake，简AI）和可耐受最高摄入量（Tolerable upper Intake Lever，简称UL）。,第八章 维生素及矿质元素,19,、不仅考虑原料中原有的含量，因为在加工、贮藏及烹调时维生素的含量要发生变化的。 、食品在消费时维生素的存在状态和特性。 、食品中维生素的生物利用率，会不同的人群及个体的代谢有一定的差异，对维生素的生物利用率也有所不同。 、膳食的组成对维生素的生物利用率也有较大会影响。如，维生素和其他食物成分之间的反应会影响维生素在肠内的吸收；另外，膳食中的其他成分所赋予食品的黏度、乳化特性、pH值及在肠道停留的时间等不同，对维生素的生物利用率也有影响。,在研究维生素的摄入量时，还应考虑以下几点：,第八章 维生素及矿质元素,20,食物为基础的膳食指南（food based dietary guideline, FBDG）（下图）。,第八章 维生素及矿质元素,21,第三节 水溶性维生素（Water-soluble vitamin ）,一、BVit- VB1 (thiamin),1、 VB1的结构,第八章 维生素及矿质元素,22, 具有酸-碱性质：酸性下呈游离碱，碱性下呈假碱。 对热非常敏感, 加热易分解，并呈“肉”的香味。 能被VB1酶降解,同时血红蛋白和肌红蛋白可作为降解的非酶催化剂。 对光不敏感,在酸性条件下稳定,在碱性及中型介质中不稳定。 其降解受AW影响极大,一般在AW为0.5-0.65范围降解最快。 与其他成分：如单宁、亚硫酸氢根等，加速其分解。,2、 VB1的性质,硫胺素和脱羧辅酶降解速率与pH的关系,第八章 维生素及矿质元素,25,Who is at Risk For Deficiency of VB1?,Poor Alcoholics Elderly Processed foods,Beriberi,Food Sources of VB1,Bread, Whole grains,Pork, Raw fish,第八章 维生素及矿质元素,26,二、BVit-VB2 (Riboflavin),1、 VB2的结构,第八章 维生素及矿质元素,27, 对热稳定，对酸和中性也稳定。 在碱性条件下迅速分解。 在光照下转变为光黄素和光色素，并产生自由基，从而破坏其它营养成分，产生异味性成分。如牛奶暴露在强光下2小时，可损失50%的VB2 ，并产生“日光臭味”。,2、 VB2的性质,第八章 维生素及矿质元素,29,Glossitis, dermatitis, eye disorder, throat disorder, nervous system disorder,Who is at Risk For Deficiency of VB2 ?,Low milk/dairy intake Alcoholics Long term phenobarbital use,Food Sources of VB2,Milk/products,Liver, Oyster,Brewers yeast,第八章 维生素及矿质元素,30,1、Vc的结构,三、 VC (Ascorbic Acid),第八章 维生素及矿质元素,31,2、Vc的性质,1、高度的水溶性； 2、具有酸性和强的抗氧化作用,3、抗氧化的机理：提供氢质子使氧化物质还原,L-Vc,L-半脱氢Vc,L-脱氢Vc,DKG,Aa,褐色素,L-脱氢Vc（缩酮形式）,-H2O,+H2O,+H2O,-H+ -e-,+H2O,-H+ -e-,+ H+ +e-,+ H+ +e-,Reducing,Mode Degradation of Vc,AH2,A,第八章 维生素及矿质元素,34,在23贮藏12个月后食品和饮料中抗坏血酸稳定性,第八章 维生素及矿质元素,35,A、催化氧化，其速度正比于氧气的浓度； B、非催化氧化时,降解速度与氧气的浓度无正比关系,当PO2 0.4atm，反应趋于平衡. C、有金属离子催化剂时，氧化速度比自动氧化快2-3个数量级；厌氧时，金属离子对氧化速度无影响. D、无氧氧化机理不详，但与温度和pH有关。,3、影响VC降解的一些因素,、 O2浓度及催化剂,第八章 维生素及矿质元素,36,水分活度与抗坏血酸破坏速率的关系 O橙汁晶体；蔗糖溶液；玉米，大豆乳混合物； 面粉,第八章 维生素及矿质元素,37,糖、糖醇、某些盐、亚硫酸盐、半胱氨酸、多酚、果胶等对其有保护作用，使氧化速度减慢；POD、Cytochrome oxidase等可促进其氧化。,3、影响VC降解的一些因素,VC在酸性溶液(pH4)中较稳定,在中性以上的溶液(pH7.6)中极不稳定.,、pH值, 温度及AW,结晶VC在100不降解，而VC水溶液易氧化，随T，V降解； AW， V降解。,其他成分,第八章 维生素及矿质元素,38,Who is at risk of Vc?,Food Sources of Vitamin C,Fruits Greenstuff Tea,第八章 维生素及矿质元素,39,1、Structure of VB12,四、 VB12,第八章 维生素及矿质元素,40,2、properties and functions of VB12,许多酶的作用需要维生素B12辅酶,pH范围是46，即使高压加热，也仅有少量损失。,较强的酸或碱能使酰胺水解，生成无活性的维生素B12羧酸衍生物。,在无光下，加工及贮藏对维生素B12含量影响不大。,第八章 维生素及矿质元素,41,牛乳在热处理过程中维生素B12的损失,2、properties and functions of VB12,第八章 维生素及矿质元素,42,一、 Vitamin A and Beta-Carotene,第四节 脂溶性维生素（ Fat Soluble Vitamins ）,1、Structures of Vitamin A and Beta-Carotene,第八章 维生素及矿质元素,43,第八章 维生素及矿质元素,44,2、Properties of Vitamin A and Beta-Carotene,无O2，120，保持12h仍很稳定,在有O2时，加热4h即失活,紫外线，金属离子，O2均会加速其氧化,脂肪氧化酶可导致分解,与VE，磷脂共存较稳定,对 碱 稳 定,第八章 维生素及矿质元素,46,3、Functions of Vitamin A and Beta-Carotene,生理作用：维持视觉， 促进生长; 增强生殖力和清除自由基。,食品功能性：颜色、香气、抗氧化等,第八章 维生素及矿质元素,47,4、Deficiency of Vitamin A and Beta-Carotene,热加工时转变为顺式构象，失去了维生素A活性。,光照、酸化、次氯酸或稀碘溶液都可能导致类视黄醇和类胡萝卜素转变为顺式结构,膳食中其他因素：不易消化的酯类、氧化剂,氧化及引起氧化的一些因素,第八章 维生素及矿质元素,48,某些新鲜加工果蔬中的-胡萝卜素异构体分布,第八章 维生素及矿质元素,49,二、Vitamin D,1、Structure of Vitamin D,维生素D是甾醇类衍生物。麦角固醇和7-脱氢胆固醇经紫外辐射可产生维生素D2和D3,第八章 维生素及矿质元素,50,2、 Properties and Functions of Vitamin D,生理功能：促进钙、磷的吸收，维持正常血钙水平和磷酸盐水平；促进骨骼和牙齿的生长发育；维持血液中正常的氨基酸浓度；调节柠檬酸的代谢。 理化性质：脂溶性，对氧和光敏感。一般在加工中不会引起维生素D的损失，但油脂氧化酸败可用起维生素D破坏。,维生素D来源： 奶制品、鱼油、光照等。,第八章 维生素及矿质元素,51,1、Structure,三、Vitamin E,A VE极易受分子氧和自由基氧化，因此可以充当抗氧化剂和自由基清除剂，提高食品脂肪的氧化稳定性。其氧化历程为：,2、 Properties and Functions of Vitamin E,B VE可猝灭单线态氧，其反应式为：,第八章 维生素及矿质元素,54,C、维生素E在无氧和无氧化脂质存在时显示良好的稳定性。分子氧使维生素E降解加速，当有过氧自由基和氢过氧化物存在时维生素E失活更快，金属离子可加速其氧化。 D 、在食品的加工，包装，贮藏过程中，VE会大量损失。,2、 Properties and Functions of Vitamin E,第八章 维生素及矿质元素,55,第五节 矿物质（ Minerals）,一、名词概念,二、矿质元素的性质,三、必需的矿质元素的营养与摄入量,四、影响食品中矿质元素含量的主要因素,五、 食品中矿质元素的存在形态、营养性及功能性,六，食品中矿质元素的主要抗营养因子,七、强化食品及生产途径,第八章 维生素及矿质元素,56,一、矿质元素的性质,2、酸碱性,酸性食品,碱性食品,定义：Lewis酸、 Lewis碱,含有阴离子酸根的非金属元素较多的食品，在体内代谢后的产物大多呈酸性，故在生理上称为酸性食品，如肉、鱼、蛋等。 含有阳离子金属元素较多的食品在生理上称为碱性食品，如果蔬、豆类等。,1、溶解性,第八章 维生素及矿质元素,57,3、氧化还原性,4、食品中金属元素与有机配体的络合作用,与小分子有机物,与生物大分子,第八章 维生素及矿质元素,58,二、必需的矿质元素的营养与摄入量,1、必需的矿质元素与食物的营养,第八章 维生素及矿质元素,59,2、必需的矿质元素的功能与允许摄入量,必需的矿质元素的功能：必需的矿质元素主要有铁、碘、锌、硒、铜、铬、氟、铅、锡、硫、磷、钙、镁、硅、钼、钒、钠、钾、氯等。它们的生理功能详见：王夔主编生命科学中的微量元素（中国计量出版社，1991）,不同的民族、不同的年龄段、不同的性别、不同的饮食习惯，对允许摄入量都有一定的影响。教材及国家营养学会网站上有推荐摄入量（ Recommended Nutrient Intake RNI）和适当摄入量（Adequate Intake，AI ）。,第八章 维生素及矿质元素,60,三、影响食品中矿质元素含量的主要因素,1、影响植物源食品中矿质元素含量,品种,土壤类型,水肥管理,空气状态,绿色食品生产,第八章 维生素及矿质元素,61,2、影响动物源食品中矿质元素含量,品种,饲料,动物健康状况,环境,绿色食品生产,第八章 维生素及矿质元素,62,3、加工与贮藏方式对食品中矿质元素含量的影响,A、矿物质在加工中不会因为光，热，氧等因素而分解，但加工也会使其含量有变化。,热烫对菠菜中矿物质损失的影响,第八章 维生素及矿质元素,63,B、加工的土豆中铜的含量（mg/100g新鲜重量），有增加有减少，如下表,第八章 维生素及矿质元素,64,C、贮藏中蔬菜罐头中微量金属元素的含量（g/Kg）,第八章 维生素及矿质元素,65,1、矿质元素在动、植物源食品中赋存状态,B、与蛋白质结合。如，铁硫蛋白、铜蓝蛋白等,四、 食品中矿质元素的存在形态、营养性及功能性,A、与氨基酸、糖类等结合。如，葡萄糖酸锌、磷酸铁、酒石酸铁等,C、其它配合物。如，血红素、叶绿素、VB12,第八章 维生素及矿质元素,66,Knerr 和Zenk(Knerr,R and Zenk,M.H., Phtochelatins protect plant enzymes from heavy metal poisoning. Phytochemistry,1992,31:2663-2667)应用109Cd示踪技术分析表明，植物细胞在亚水平镉中毒情况下，细胞抽提液中没有游离镉存在。正如图所示，97%的放射性镉都是与PC结合状，3%的放射性镉是与大分子蛋白质结合。,D、与植物螯合肽结合,PC结构示意图,镉与PC结合情况,第八章 维生素及矿质元素,67,F、金属硫蛋白Metallothionein(MT) 与植物体的重金属存在状态相似，动物体内重金属元素则以硫蛋白为配体，形成金属硫蛋白结合态。,整个MT多肽链有20个半胱氨酸残基，其相对位置不变。它们在多肽链中形成5个Cys-X-Cys单位、1个Cys-Cys-X-Cys-Cys单位和1个Cys-X-Cys-Cys单位，其中，X表示除半胱氨酸以外的其它氨基酸残基。这些半胱氨酸残基既不能形成二硫键，也没有游离巯基存在，它们全部都与金属离子配位结合。哺育动物MT一般有两种：MT-1和MT-2。,第八章 维生素及矿质元素,68,MT是一种低分子量、高巯基含量，能大量结合重金属，性能独特蛋白质，含有61个氨基酸，分子量60007000道尔顿，其中21个氨基酸为半胱氨酸，这样每一个MT分子就可以最多结合七个金属原子。 MT化学性质稳定，可在80水中存活30分钟，100水中存活3分钟而不失活；同时抗酶解，而且这类蛋白氨基酸排列有重复性，在氨基酸链断掉一部分后仍会有活性，这一点是一般产品所不具备的优点，并决定了其在应用方面有着广阔前景。,第八章 维生素及矿质元素,69,如，MT的作用,有效地清除人体自由基,解除重金属毒素,参与微量元素储存、运输和代谢,增强机体对各种不良状态适应能力,锌等金属元素贮存库，防止细胞癌变、防癌抗肿瘤，抗辐射剂 X-射线、紫外线及