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2019 12 29 食物中的化学物质 周旭11生工1班 食物中的化学物质 食物中的化学物质主要包括糖类 蛋白质 油脂 维生素 无机盐和水 其中 糖类 蛋白质 油脂 这三种营养物质的作用是最直接的 并都能产生热能 在营养学中称它们为 三大营养成分 下面就让我们一起来接触这些营养物质吧 糖类 人体所需的六大基本营养物质 油脂 蛋白质 维生素 无机盐 水 一 生命的基础能源 糖类 糖类 1 葡萄糖 2 淀粉 3 纤维素 糖类是绿色植物光合作用的产物 对于人类和大多数动物来说是最基本 最廉价的能量来源 我国居民的食物构成中 每天所需能量中来自糖类的约占75 糖类大多符合通式 Cn H2O m糖类又称碳水化合物 一 葡萄糖 1 物理性质 2 葡萄糖的还原性 葡萄糖是一种多羟基醛 分子中含有醛基 能发生银镜反应 也能与新制氢氧化铜反应生成砖红色沉淀 分子中含有醛基的物质都有还原性 醛基的结构简式 CHO 白色晶体 有甜味 能溶于水 3 葡萄糖是人体内最重要的供能物质 氧化 肝糖元 当血糖 0 1 正常值 肝糖元就会分解为葡萄糖 肌糖元 运动时需供能 肌糖元就会转化为葡萄糖供肌肉运动用 脂肪 也是能量储备的方式 过多食用糖类物质易使人发胖 二 淀粉 1 淀粉的存在 植物的种子和块茎中 谷类含淀粉较多 2 淀粉分子式是 C6H10O5 n 是一种重要的多糖 是天然高分子化合物 3 淀粉物理性质 没有甜味的白色粉末 不溶于冷水 5 淀粉在人体内的水解过程 消化过程 4 淀粉的 糊化 淀粉在热水中会膨胀 有一部分淀粉溶解在水里 另一部分悬浮在水里 形成胶状粉糊 这种现象叫 糊化 是淀粉食物加热烹制过程的基本变化 也就是食物由生变熟的过程 三 纤维素 1 纤维素的存在 绿色植物通过光合作用生成的物质 是构成植物细胞的基础物质 一切植物都含有纤维素 棉花含纤维素高达90 以上 木材中含纤维素为50 左右 2 纤维素的分子式 4 纤维素的水解 在浓硫酸的催化作用下发生 最终产物也是葡萄糖 C6H10O5 n 3 物理性质 白色 没有气味和味道的纤维状结构的物质 是天然高分子化合物 是一种多糖 纤维素虽然不能作为人类的营养食物 但其在人体的消化过程中起重要作用 主要是能刺激肠道蠕动并分泌消化液 促进食物的消化和废物的排泄 减少有害物质于肠黏膜的接触时间 有预防便秘 痔疮和直肠癌的作用 还能降低胆固醇 预防和治疗糖尿病等 所以人要注意摄入足够的纤维素来保证身体健康 二 重要的体内能源 油脂 油脂在体内的变化和功能 一 油脂的组成 油脂是高级脂肪酸与甘油所生成的酯 又叫甘油三酯 其结构表示如 在油脂中R1 R2 R3可以是饱和烃基 也可以是不饱和烃基 天然油脂大多为混甘油酯 当R1 R2 R3时 即烃基相同 称为单甘油酯 当R1 R2 R3时 即烃基不相同 称为混甘油酯 分类 油脂中高级脂肪酸的饱和程度对油脂的熔点有重要的影响 当R 是饱和烃基 如硬脂酸 软酯酸 时甘油酯的熔点较高 室温下呈固态 一般是动物油 当R 是不饱和烃基 如油酸 时甘油酯的熔点较低 室温下呈液态 一般是植物油 二 油脂在体的变化和功能 脂肪酸在人体内的功能主要有 1 供给人体热量 2 储存 能量 3 作为合成人体所需的物质 如磷脂 固醇等的原料 4 必需脂肪酸在人体内有多种生理功能 如促进发育 维持健康和参与胆固醇的代谢等 三 生命的基础 蛋白质 一 蛋白质的组成和结构 蛋白质的存在和重要性 肌肉 血清 血红蛋白 毛发 指甲 角 蹄 蚕丝 蛋白激素 酶等都是由不同的蛋白质组成的 蛋白质是生命的基础 没有蛋白质就没有生命 一切重要的生命现象和生理机能都与蛋白质有关 1 蛋白质的组成 蛋白质所含的元素有C H O N及其少量的S 有的还含微量的P Fe Zn Mo等元素 蛋白质是天然有机高分子化合物 2 氨基酸 几种氨基酸 甘氨酸 丙氨酸 谷氨酸 氨基酸分子中的羧基显酸性 可与碱反应 氨基则显碱性可与酸反应 都生成盐 因此氨基酸具有两性 一般氨基酸的通式 氨基酸 3 多肽 氨基酸既能与酸反应 又能与碱反应 氨基酸分子之间也能互相反应 一分子中的氨基与另一分子中的羧基之间消去水分子 经缩合反应而生成的产物叫肽 ROR H2N CH C OH H NH CH COOH 由两分子氨基酸消去水分子而形成含有一个肽键的化合物是二肽 由多分子氨基酸消去水分子而形成含有多个肽键的化合物是多肽 多肽常呈链状 因此也称肽链 多肽与蛋白质之间没有严格的界限 一般把相对分子质量小于1000的叫多肽 ROR H2N CH C NH CH COOH H2O 肽键的结构简式 CO NH 催化剂 蛋白质与氨基酸之间的转化 4 蛋白质的结构 螺旋状 具有三维空间结构 蛋白质分子结构的多样性 决定蛋白质分子具有多种重要功能 研究蛋白质的结构和合成 进一步探索生命现象 这是生命科学研究的重要课题之一 二 蛋白质的性质 1 物理性质 蛋白质有的能溶于水 如鸡蛋白 有的难溶于水 如毛 丝 角 蹄等 2 化学性质 2 盐析 含官能团 NH2 COOH 呈两性 1 水解 向蛋白质溶液中加入某些弄的无机盐溶液 NH4 2SO4或Na2SO4等 可以使蛋白质凝聚而从溶液中析出 蛋白质的盐析是一个可逆过程 因为盐析出来的蛋白质可以重新溶解在水中 而不影响原来蛋白质的性质 采用多次盐析的方法 可以分离和提纯蛋白质 3 变性 蛋白质受热到一定温度就会发生不可逆的凝固 凝固后不能在水中溶解 这种变化叫做变性 除了加热外 在紫外线 X射线 强酸 强碱 铅 铜 汞等重金属的盐类 以及一些有机物 如甲醛 酒精 苯甲酸等的作用下 蛋白质也会变性 蛋白质变性后 不仅失去了原有的可溶性 同时也失去了生理活性 所以蛋白质的变性是不可逆的过程 蛋白质变性这一性质在生活中有许多实际的应用 利用高温 紫外线 酒精等进行消毒 灭菌 制造一些风味独特的食品 如松花蛋 豆腐 奶酪等 铅 铜 汞等重金属的盐类能使蛋白质凝结变性 所以能使人中毒 万一不慎误服了重金属离子 可立即喝大量的牛奶 鸡蛋清等来缓解毒性 以减少人体内蛋白质中毒的程度 4 颜色反应 蛋白质遇浓硝酸会显黄色 这就是蛋白质的颜色反应 5 蛋白质灼烧时有烧焦羽毛的气味 三 人体必需的氨基酸 食物中的蛋白质 植物性蛋白质 动物性蛋白质 蛋白质 必需氨基酸 人体不能合成 共有8种只能从食物中获取 非必需氨基酸 人体能合成有12种 无需食物供给 人体必需氨基酸 四 重要的化学物质 维生素 维生素 维生素 维生素C等一些维生素的性质与作用 一 维生素 1 维生素在人体中的作用 维生素是参与生物生长发育和新陈代谢所必需的一类小分子有机化合物 维生素在人体内有特殊的生理功能或作为酶催化某些特殊的化学反应 维生素能调节各种器官的机能并维持各种细胞的特性 对人体的生长和健康至关重要 2 维生素分类 依据 不同的溶解性 维生素 脂溶性维生素 水溶性维生素 脂溶性维生素难溶于水 易溶于脂肪和有机溶剂 脂溶性维生素不易排泄 易在体内积存 主要积存在肝脏 水溶性维生素易溶于水 容易被人体吸收 多余的会随尿排出体外 一般不易在体内积存 所以容易缺乏 水溶性维生素包括维生素C和维生素B族 B1 B2 烟酸和烟酰胺 B6 生物素 泛酸 叶酸和B12等 脂溶性维生素包括维生素A D E K等 二 维生素C等一些维生素的性质与作用 1 物理性质 维生素C是一种无色晶体 熔点190 192 易溶于水 属于水溶性维生素 2 存在 存在于新鲜水果和绿色蔬菜中 人体不能合成维生素C 必须从食物中获得 3 化学性质 分子式为C6H8O6 结构式如右 A 容易失去电子 是一种较强的还原剂 B 水溶液显酸性 有可口的酸味 在水溶液中或受热时很容易被氧化 在碱溶液中更容易被氧化 4 维生素C在人体中的功能 A 参与体内的氧化还原反应 维持细胞间质的正常结构 B 促进伤口愈合 维持牙齿 骨骼 血管和肌肉的组成 C 帮助无机盐和某些氨基酸的吸收 D 增强对传染病的抵抗力 有解毒作用 维生素C又称抗坏血酸 E 有助于防癌 降低胆固醇 防止坏血病等 缺维生素A 指甲出现深刻明显的白线 头发枯干 皮肤粗糙 记忆力减退 心情烦躁及失眠 缺维生素B1 对外界刺激比较敏感 小腿有间歇性的酸痛 缺维生素B2 嘴角破裂溃烂 出现各种皮肤性疾病 手脚有灼热感觉 对光有过度敏感的反应 缺维生素B3 舌头红肿 口臭 口腔溃疡 情绪低落 缺维生素B6 舌苔厚重 嘴唇浮肿 头皮特多 口腔黏膜干燥 缺少维生素B12 行动易失平衡 身体时有间歇性不定位置痛楚 手指及脚趾酸痛 缺失维生素对的危害 缺少维生素C 伤口不易愈合 虚弱 牙齿出血 舌苔厚重 五 不可忽视的物质 无机盐 无机盐 1 无机盐的概述 3 大量元素 1 微量元素 2 在人体中的作用 一 无机盐的概述 无机盐即无机化合物中的盐类 旧称矿物质 在生物细胞内一般只占鲜重的1 至1 5 目前人体已经发现20余种 其中大量元素有钙Ca 磷P 钾K 硫S 钠Na 氯Cl 镁Mg 微量元素有铁Fe 锌Zn 硒Se 钼Mo 氟F 铬Cr 钴Co 碘I等 虽然无机盐在细胞 人体中的含量很低 但是作用非常大 无机盐在体内的分布极不均匀 例如钙和磷绝大部分在骨和牙等硬组织中 铁集中在红细胞 碘集中在甲状腺 钡集中在脂肪组织 钴集中在造血器官 锌集中在肌肉组织 如果注意饮食多样化 少吃动物脂肪 多吃糙米 玉米等粗粮 不要过多食用精制面粉 就能使体内的无机盐维持正常应有的水平 由于新陈代谢 每天都有一定数量的无机盐从各种途径排出体外 因而必需通过膳食予以补充 无机盐的代谢可以通过分析血液 头发 尿液或组织中的浓度来判断 在人体内无机盐的作用相互关联 在合适的浓度范围有益于人和动植物的健康 缺乏或过多都能致病 而疾病又影响其代谢 往往增加其消耗量 在我国钙 铁和碘的缺乏较常见 硒 氟等随地球化学环境的不同 既有缺乏病如克山病和大骨节病 龊齿等 又有过多症如氟骨症和硒中毒 1 无机盐对组织和细胞的结构很重要 硬组织如骨骼和牙齿 大部分是由钙 磷和镁组成 而软组织含钾较多 有些为无机或有机化合物构成酶的辅基 是激素 维生素 蛋白质和核酸的成分 二 无机盐在人体中的作用 2 是维持细胞内的酸碱平衡 调节渗透压 维持细胞的形态和功能 体液中的无机盐离子调节细胞膜的通透性 控制水分 维持正常渗透压和酸碱平衡 帮助运输普通元素到全身 参与神经活动和肌肉收缩等 如 血液中的钙离子 和钾离子 3 是的维持生物体的生命活动 如 镁离子是ATP酶的激活剂 氯离子是唾液酶的激活剂 1 钠 食盐的主要成分 钠 我国营养学会推荐18岁以上成年人的钠每天适宜摄入量为2 2克 老年人应取淡食 钠普遍存在于各种食物中 人体钠的主要来源为食盐 酱油 腌制食品 烟熏食品 咸味食品等等 三 大量元素 钙是骨骼 牙齿的重要组成部分 缺钙可导致骨软化病 骨质疏松症等 亦可导致抽搐症状 我国营养学推荐18 50岁成年人的钙每天适宜摄入量为800毫克 50岁以后的中老年人为1000毫克 常见含钙丰富的食物有牛奶 酸奶 燕麦片 海参 虾皮 小麦 大豆粉 金针菜 豆制品等 2 钙 3 镁 镁是维持骨细胞结构和功能所必需的元素 缺镁可导致神经紧张 情绪不稳 肌肉震颤等 我国营养学会推荐18岁以上成年人的镁每天适宜摄入量为350毫克 常含镁丰富的食物是新鲜绿叶蔬菜 坚果 粗粮 镁离子亦是叶绿素分子必须的成分 铁是人体内含量最多的微量元素 铁与人体的生命及其健康有密切的关系 缺铁会导致缺铁性贫血 免疫力下降 我国营养学会推荐50岁以上男性或女性铁的每天适宜摄入量为715毫克 常见含铁丰富的食物是动物的肝脏 肾脏 鱼子酱 瘦肉 马铃薯 麦麸 大枣 叶菜类蔬菜 特别是菠菜 四 微量元素 1 铁 2 碘碘是甲状腺激素的组成部分 缺碘会导致呆小症 儿童及成人甲状腺肿等 我国营养学会推荐18岁以上成年人的碘每天适宜摄入量为150毫克 常见含碘丰富的食物是海产品 如海带 紫菜 干贝 海参等 沿海地区居民常吃海产品及内陆地区居民食用碘盐是保证碘代谢平衡最经济方便及有效的方法 3 磷 磷是构成骨骼及牙齿的重要组成部分 严重缺磷可导致厌食 贫血等 我国营养学会推荐18岁以上成年人的磷每天适宜摄入量为700毫克 常见含磷的食物是瘦肉 蛋 奶 动物内脏 海带 花生 坚果 粗粮 4 锌锌具有促进生长发育的作用 儿童缺锌可导致生长发育不良 孕妇缺锌可导致婴儿脑发育不良 智力低下 即使出生后补锌也无济于事 我国营养学会推荐成年男性每天锌的适宜摄入量为15 5毫克 成年女性每天锌的适宜摄入量为11 5毫克 常见含锌丰富的食物是肝 肉类 蛋类 牡蛎 六 生命元素 水 水 1 水的性质 2 水对人体影响 4 饮水健康 3 水在人体中存在形式 水包括天然水 河流 湖泊 大气水 海水 地下水等 人工制水 通过化学反应使氢氧原子结合得到水 水 化学式 H O 是由氢 氧两种元素组成的无机物 在常温常压下为无色无味的透明液体 水是地球上最常见的物质之一 是包括人类在内所有生命生存的重要资源 也是生物体最重要的组成部分 水在生命演化中起到了重要的作用 地球上的生命最初是在水中出现的 人类很早就开始对水产生了认识 东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的组成元素 水是中国古代五行之一 西方古代的四元素说中也有水 一 水的性质 水的化学性质 3 水的氧化性 水跟较活泼金属或碳反应时 表现氧化性 氢被还原成氢气2Na 2H2O 2NaOH H2 5 水的电解 电解水实验装置水在电流作用下 分解生成氢气和氧气 工业上用此法制纯氢和纯氧2H2O 2H2 O2 4 水的还原性 最活泼的非金属氟可将水中负二价氧 氧化成氧气 水表现还原性2F2 2H2O 4HF O2 Mg 2H2OMg OH 2 H2 3Fe 4H2O 水蒸气 Fe3O4 4H2 C H2O CO H2 高温 7 水解反应盐的水解 NaAlO2 HCI H2O AI OH 3 NaCI NaCI少量 氮化物水解 Mg3N2 6H2O 加热 3Mg OH 2 2NH3 6 水化反应 水可跟活泼金属的碱性氧化物 大多数酸性氧化物及某些不饱和烃发生水化反应 Na2O H2O 2NaOHCaO H2O Ca OH 2SO3 H2O H2SO4P2O5 3H2O 2H3PO4CH2 CH2 H2O C2H5OH 9 水在离子中是两性物质 既有氢离子 H 也有氢氧根离子 OH 但纯净蒸馏水是中性的 酯类水解 CH3COOC2H5 H2OCH3COOH C2H5OH多糖水解 C6H10O5 n nH2OnC6H12O6 碳化钙水解 CaC2 电石 2H2O 饱和氯化钠 Ca OH 2 C2H2 卤代烃水解 C2H5Br H2OC2H5OH HBr醇钠水解 C2H5ONa H2O C2H5OH NaOH 3 水的密度 水的密度在3 98 时最大 为1 10m 3 kg 温度高于3 98 时 也可以近似为4 水的密度随温度升高而减小 在0 3 98 时 水热缩冷涨 密度随温度的升高而增加原因 主要由分子排列决定 也可以说由氢键导致 由于水分子有很强的极性 能通过氢键结合成缔合分子 液态水 除含有简单的水分子 H2O 外 同时还含有缔合分子 H2O 2 H2O 3等 当温度在0 水未结冰 水的物理性质 1 水分子的直径数量级为10的负十次方 一般认为水的直径为2 3个此单位 2 在常温常压下为无色无味的透明液体 如果温度再继续升高在3 98 以上 一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了 水温降到0 时 水结成冰 水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子 在冰中水分子的排布是每一个氧原子与两个氢原子 来自不同水分子 形成两个氢键这种排布导致成一种敞开结构 冰的结构中有较大的空隙 所以冰的密度反比同温度的水小 时 大多数水分子是以 H2O 3的缔合分子存在 当温度升高到3 98 101kPa 时水分子多以 H2O 2缔合分子形式存在 分子占据空间相对减小 此时水的密度最大 水对人体的作用水是生命的源泉 人对水的需要仅次于氧气 人如果不摄入某一种维生素或矿物质 也许还能继续活几周或带病活上若干年 但人如果没有水 却只能活几天 人体细胞的重要成分是水 水占成人体重的60 70 占儿童体重的80 以上 水份有什么作用呢 1 人的各种生理活动都需要水 如水可溶解各种营养物质 脂肪和蛋白质等要成为悬浮于水中的胶体状态才能被吸收 水在血管 细胞之间川流不息 把氧气和营养物质运送到组织细胞 再把代谢废物排出体外 总之人的各种代谢和生理活动都离不开水 二 水对人体影响 2 水在体温调节上有一定的作用 当人呼吸和出汗时都会排出一些水分 比如炎热季节 环境温度往往高于体温 人就靠出汗 使水分蒸发带走一部分热量 来降低体温 使人免于中暑 而在天冷时 由于水贮备热量的潜力很大 人体不致因外界温度低而使体温发生明显的波动 3 水还是体内的润滑剂 它能滋润皮肤 皮肤缺水 就会变得干燥失去弹性 显得面容苍老 体内一些关节囊液 浆膜液可使器官之间免于摩擦受损 且能转动灵活 眼泪 唾液也都是相应器官的润滑剂 4 水有利于体内化学反应的进行 在人体内还起到运输物质的作用 5 水是世界上最廉价最有治疗力量的奇药 矿泉水和电解质水的保健和防病作用是众所周知的 主要是因为水中含有对人体有益的成分 当感冒 发热时 多喝开水能帮助发汗 退热 冲淡血液里细菌所产生的毒素 同时 小便增多 有利于加速毒素的排出 大面积烧伤以及发生剧烈呕吐和腹泻等症状 体内大量流失水分时 都需要及时补充液体 以防止严重脱水 加重病情 水摄入不足或水丢失过多 可引起体内失水亦称为脱水 根据水与电解质丧失比例不同 分三种类型 1 高渗性脱水 以水的丢失为主 电解质丢失相对较少 2 低渗性脱水 以电解质丢失为主 水的丢失较少 3 等渗性脱水 水和电解质按比例丢失 体液渗透压不变 临床上较为常见 水在细胞中主要是以游离态存在的 可以自由流动 加压易析出 易蒸发 称为自由水 他是细胞内良好的溶剂 成为各种代谢反应的介质 自由水在细胞中的含量越多 细胞代谢就越旺盛 一部分水和其他物质结合 不能自由流动 称为结合水 结合水含量越多 生物对不良环境的抗性就越强 如 抗旱 抗寒等 三 水在人体中存在形式 人体中水占体重的70 水是维持生命必不可少的物质 人对饮用水还有质量的要求 如果水中缺少人体必需的元素或有某些有害物质 或遭到污染水质 达不到饮用要求 就会影响人体健康 四 饮水健康 健康水的标准 1 不含有害人体健康的物理性 化学性和生物性污染 2 含有适量的有益于人体健康 并呈离子状态的矿物质 钾 镁 钙等含量在100mg L 3 水的分子团小 溶