食品化学矿物质

第7章维生素与矿物质 Minerals 内容 概述食品中矿物质吸收利用的一些基本性质常见的常量元素常见的微量元素矿物质在食品加工储藏过程中的变化 教学目的 了解食品中矿物质的分类及存在形式 矿物质在生物体内的功能 食品中重要矿物质的营养功能 矿物质对食品性状的影响 酸性食品或碱性食品 掌握几种重要的矿物质对食品性状的影响 矿物质的生物有效性及影响生物有效性的因素 概述 1 定义 食品中除去C H O N等四种构成水和有机物质元素外 其他元素统称为矿物质 又称灰分 无机质 2 分类常量元素 KNaCaMgFSP7种体内 0 01 必需元素 FeCuZnISeMoCoCr微量元素 非营养非毒性元素 AlBSn非营养有毒性元素 HgPbAsCdSb 特点 数量 随年龄增长而增加 但元素间比例变动不大 分布 极不均匀 代谢 不能在体内生成 必须通过膳食补充 且除非被排出体外 不可能在体内消失 过量摄入常不仅无益而有害 特别要注意用量不宜过大 矿物质相互之间存在协同或拮抗作用 3 矿物质在生物体内的功能 1 机体的重要组成成分骨骼CaMgP蛋白质组成S酶 Zn酶 体液NaK 2 维持细胞的渗透压及机体的酸碱平衡体内渗透压主要由Na K等维持 体内pH值为7 35 7 45 有机缓冲体系 蛋白质 氨基酸 无机缓冲体系 碳酸盐 磷酸盐等 3 保持神经 肌肉的兴奋性Na K Ca Mg 一定比例 4 对机体具有特殊的生理功能如铁对血红蛋白 细胞色素酶系的重要性 碘对甲状腺素合成的重要性等 参与体内生物化学反应 5 对食品感官质量的作用 如磷酸盐对肉制品的保水性 结着性作用钙离子对凝胶的形成和食品质地的作用等 3 矿物质在生物体内的功能 食品中矿物质吸收利用的一些基本性质 1 溶解性所有的生物系统都含有水 几乎所有的营养元素也都是溶解于水中并在水中为生物所代谢利用所以矿物质的生物利用率和活性在很大程度上取决于它们在水中的溶解性 矿物质在食品中的存在形式很大程度上取决于元素本身的性质 2 矿物质的存在形式以游离态存在 可溶性离子 如Na K Cl 等存在 络合或鳌合态Ca2 Mg2 等以胶体溶液与不溶性多价盐形成动态平衡氨基酸 叶绿素 血红素 VB12等形成螯合物含氧阴离子PO43 SO42 NO3 盐类 矿物质的生物利用率 定义 也称生物有效性 是指食品中矿物质被机体吸收 利用的比例 影响因素 1 可消化性 植酸 草酸等影响消化 2 存在形态 可溶 粒细易被吸收 3 相互作用 竞争 化合 协同 拮抗 Ca与Zn拮抗 4 螯合作用 有的有利于吸收 提高生物有效性如 M 氨基酸 血红素 Zn EDTA 有的干扰 降低生物有效性如 M 植酸 矿物质缺乏的原因 地球环境中各种元素的分布不平衡食物中含有天然存在的矿物质拮抗物食物加工过程中造成矿物质的损失摄入量不足或不良饮食习惯生理上有特殊营养需求的人群 植物性食品水果 K含量高 大部分与有机物结合 或是有机物的组成部分 常以磷酸盐 草酸盐的形式存在 豆类 矿物质含量最丰富 K P Fe Mg Zn Mn等含量均较高 其中P主要以植酸盐形式存在 谷物 矿物质含量相对较少 主要存在于种子外皮 食品中的矿物质元素 植物性食品中的矿物质元素 除极少数以无机盐形式存在外 大部分与植物中的有机物相结合而存在 或者本身就是有机物的组成成分 如粮食中含量较高的矿物质元素磷 就是磷糖 磷脂 核蛋白 辅酶 核苷酸 植酸盐等有机物的组成成分 植酸盐中的磷 不易被动植物利用 人体内60 被排除体外 植物性食物中矿物元素 植酸盐在植酸酶作用下 水解成磷酸和肌醇 把磷酸从植物中分解出来 成为无机磷 所以植酸盐是粮食中磷的作用来源 在小麦 稻谷及其他谷物类粮的糠麸中含有丰富的植酸酶 许多微生物如酵母也含有较多的植酸酶 所以经过发酵的面团 有利于人体对磷的吸收 粮食在贮藏期间 由于植酸酶的作用 无机磷含量增加 植物性食物中矿物元素 植物性食物中矿物元素 粮食中的矿物质元素有30多种 其中含量较多的有P K Mg Ca Fe Si Cl 矿物质在粮食中分布不均匀 例如谷物类粮食 其壳 皮 糊粉层及胚部含量较多 而胚乳含量较少 因此粮食加工制品中 精度越高 灰分越少 大豆中的P K含量很高 其中70 80 的P以植酸 肌醇磷酸 状态存在 植酸会影响蛋白质的溶解度 并能干扰人对膳食中Ca和Zn的吸收 水果中的矿物质含量不如蔬菜的丰富 一般含量都比较低 而且与地产有很大关系 动物性食品肉类 Na K Fe P Mn含量较高 Cu Co Zn 等也有少量 以可溶性氯化物 磷酸盐 碳酸盐形式存在或与蛋白质结合 牛乳 主要含Ca 也含有少量K Na Mg P Cl S等 蛋类 含人体所需的各类矿物质 食品中的矿物质元素 肉中矿物质因素 肉中矿物质含量一般为0 8 1 2 Na K Fe P Mn 因此肉类是饮食中磷和铁的重要来源 肉中矿物质一部分以氯化物 磷酸盐 碳酸盐呈可溶性状态存在 另一部分与蛋白质结合成非溶性状态存在瘦肉中要比脂肪组织中含有较多的矿物质 当肉汁流失后 常量元素损失的主要是钠 钾 而钙 磷损失较少 因为钠 钾几乎全部存在软组织及体液中 在动物活体中钾主要分布与细胞内液 而钠在细胞外液 当动物死后 均匀地分布在细胞内外 肉中还含有锰 铜 钴 锌 聂等微量元素 其中锌对肉的持水性起着较大的作用 乳品中的矿物元素 1 存在形式乳品中矿物质含量一般为0 7 0 75 乳中钾的含量较钙高三倍 钾 钠大部分以氯化物 磷酸盐及柠檬酸盐 呈可溶性状态存在 钙 镁与酪蛋白 磷酸和柠檬酸结合 一部分呈胶体状态 一部分呈溶解状态存在 1 乳中总钙量与离子比例 能影响酪蛋白在乳品中的稳定性 2 乳品在加工过程中 如热处理和蒸发能改变盐的平衡 因而改变蛋白质的稳定性 如乳品热后 钙 磷由可溶性变为胶体状态 3 pH值变化也可使盐的平衡遭到破坏例如 pH降低时 钙 磷由胶体状态变为可溶性状态 当pH5 2时 乳品中所有钙 磷都变成可溶性状态 乳在加热和搅拌过程中 可是二氧化碳损失 因而使pH增加 这些因素都可导致牛乳中酪蛋白的不稳定 2 乳品中矿物元素的作用 1 判断方法采取灰化的方法 再用酸或碱中和来确定 100g食品的灰分 水 用0 1N酸或碱滴定 所消耗的ml数即为食品灰分的酸 碱度 表示碱度 表示酸度 酸性食品与碱性食品 2 酸性食品 含有阴离子 P S Cl 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 大部分的肉 鱼 禽 蛋因为含丰富的含硫蛋白质 米 面粉制品含磷多 所以属酸性食品 猪肉 5 6 稻米 11 7 牛 5 0 面粉 6 5 鸡 7 6面包 0 8 鸡蛋黄 18 8 花生 3 0 虾 1 8 酸性食品与碱性食品 3 碱性食品 金属元素在人体内氧化生成Na2OK2OCaOMgO 含金属阳离子较多的食品生理上称为碱性食品大部分果 蔬 豆类属碱性食品 大豆 2 2 西瓜 9 4 豆腐 0 2 海带 14 6 菜豆 5 2 香蕉 8 4 马铃薯 5 2 梨 8 4 菠菜 12 0 苹果 8 2 胡萝卜 8 3 柿子 6 2黄瓜 4 6 牛乳 0 324 酸性食品与碱性食品 4 生理酸 碱平衡血液pH 7 35 7 45 适当量酸性食品与碱性食品在生理上可以达到酸 碱平衡 一般情况下 易引起酸中毒 主食为酸性食品 血液颜色加深 粘度增加 胃酸过多 胃溃疡 动脉硬化 疲劳等 酸性食品与碱性食品 常见的大 宏 量元素 钙磷镁钾钠氯 钙在人体内的分布 成人体内含钙总量约为1200g 相当于体重的2 99 骨骼 牙齿 羟磷灰石 未定形钙 钙库 0 5 结合状态 与蛋白质 柠檬酸结合 0 5 离子状态血液 细胞外液和软组织 混溶钙池 钙 calcium 的生理功能构成骨骼和牙齿的成分促进体内酶的活动维持神经和肌肉的活动其他功能参与血液凝固激素分泌维持体液体酸碱平衡调节细胞正常生理功能 钙的吸收和代谢 吸收钙的吸收主要在小肠 膳食中钙的吸收率为20 30 膳食中钙含量高 其吸收率相对下降 而且钙吸收率可随年龄增长而降低如婴儿 50 儿童40 成年人20 老年人15 含钙丰富的食物mg 100g 磷 磷在成人体内的总量为600 900克 占体重1 85 的磷与钙一起成为骨骼和牙齿的重要组成部分 其中钙 磷比值为2 1 磷的生理功能 构成骨骼和牙齿的重要成分参与能量代谢 Pi APPATP 构成生命物质成分 磷酸 磷蛋白酶的重要成分调节酸碱平衡 磷的吸收 吸收从膳食摄入的磷70 在小肠吸收 正常膳食中磷吸收率为60 70 维生素D可促进磷的吸收合理的钙磷比例有利于磷的吸收 钙 镁 铁 铝等金属离子及植酸可与磷酸形成难溶性盐类而影响磷的吸收 磷的来源 蛋类 瘦肉 鱼类 干酪及动物肝 肾的磷含量都很丰富 而且易吸收 谷类及大豆中的磷主要以植酸盐形式存在 不易被人体消化 但若能预先通过发酵或将谷粒 豆粒浸泡在热水中 植酸能被酶水解成肌醇与磷酸盐时就可提高磷的吸收率 镁 成人体内含镁20 30克 其中60 65 以磷酸盐和碳酸盐的形式存在于骨骼和牙齿中 27 的镁存在于软组织中 镁的生理功能 镁是多种酶的激活剂 镁是心血管系统的保护因子 镁与神经肌肉活动 内分泌调节作用密切相关 维持骨细胞结构和功能 镁 Mg 镁缺乏的特征可表现为肌肉痉挛 颤抖 抽搐 心率过快 倦怠 恶心等 严重时可导致精神错乱 镁的来源许多食品中含镁 尤其是绿色植物中 小麦中镁的含量丰富 但主要集中在胚及糠麸中 胚乳中含量较少 此外某些海产品如牡蛎中镁的含量也很高 钾 K 钾主要存在于细胞内 它可调节细胞内的渗透压 且激活许多酵解酶和呼吸酶 K由食品供给 并由肾脏 汗 粪排出 肾排K能力相当强 富含K的食品有水果 蔬菜等 面包 油脂 酒 土豆 糖浆 钠 Na 人体内钠的含量约为1 4 kg 钠可能维持人体体液的渗透压摄入的食盐会被胃肠道吸收 钠一般由尿 粪便 汗液排出 肾对钠的调节能力很强 多食多排 少食少排 不食不排 通过此原理可以判断是否缺盐脱水及缺盐程度有帮助 从营养观点上 人们比较关心避免Na的过多摄入导致高血压 但食盐能改善食品的风味 一般选择 低钠盐膳食 1 铁 Fe 铁是血红素和某些酶的成分 食物中的铁元素可分为血红素铁和非血红素铁血红素铁来自于有血的动物食品 吸收率为20 40 直接吸收 不受食物因素影响 非血红素铁的吸收率为3 5 受植酸和草酸的影响非血红素铁在吸收前 必须与结合的有机物分离 如蛋白质 氨基酸和有机酸等 铁盐以二价离子的形式被吸收 并以有机铁盐为最佳吸收 常见的微量元素 影响非血红素铁吸收的因素 一些动物性食品含铁较高且易于吸收 鸡蛋中可吸收的铁少的原因是因为铁与蛋黄磷蛋白中的磷结合所致 铁可作为面粉与其它谷物食品中的强化剂 但两价的铁容易使食品褪色或氧化 而元素铁不但容易吸收 而且不会影响食品质量 所以一般宜用元素铁来强化面粉 一些食物铁的吸收率 2 锌 Zn 存在与骨骼 皮肤 头发和血液中 其中有25 85 在红细胞中 生理功能锌是某些酶 如碳酸酐酶LDH 的辅助因子 锌参与蛋白和核酸的合成 存在于胰岛素分子中 与唾液蛋白和转铁蛋白相结合 缺Zn的表现当缺锌时可表现为食欲低下 厌食 偏食 异食癖 生长发育落后 味觉功能减低以及免疫功能下降 严重时可表现出智力低下 富含Zn的食品 动物性食品中锌含量较高 例如 肉 内脏 蛋类 海产品 3 碘 I 碘是合成甲状腺素的原料 碘缺乏时居民易患甲状腺肿大症 克汀病 侏儒呆小症 碘化食盐 海产品如鱼和贝壳类中碘的含量非常丰富 在食品加工中碘的大量损失可能是由于加工不当 长时间煮 漂洗次数多 作为谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分 防止氧过氧化物在细胞内堆积及保护细胞膜 保护心血管和心肌的健康 机体缺硒可引起以心肌损害为特征的克山病有毒重金属的解毒作用其他促进生长 保护视觉 抗肿瘤等 4 硒 硒缺乏与过量 克山病克山病分布我国14个省 自治区的贫困地区 大多发生在山区和丘陵 主要易感人群为2 6岁的儿童和育龄妇女 是以心肌坏死为特征的地方性心脏病大骨节病该病主要是发生在青少年期的一种骨关节疾病 硒缺乏会使免疫功能 机体抗氧化能力下降 含硒较高的食物 g 100g 海产品和动物内脏是硒的良好食物来源 食物中矿物元素的生物有效性 1 动物食品与植物食品一般 动物食品 植物食品的生物有效性2 Ca人对Ca的吸收很不完全 70 80 排泄 易受食物中植酸 草酸 脂肪酸 磷酸盐 pH影响有利因素 VD 乳糖 可溶 氨基酸3 Fe人对Fe的吸收率极低 1 22 大米1 玉米3 小麦5 蛋3 鱼11 肉 肝脏22 只有Fe2 才被吸收 受植酸盐 草酸盐 磷酸盐 pH 碳酸盐 多酚类的影响 VC VB2 半胱氨酸有利于吸收 利用矿物质元素改变食品状况 1 肉制品中添加三聚磷酸钠或焦磷酸钠可增加肉的持水性 并可防止脂肪酸败 因为肉在pH5 5左右持水性最低 接近肉蛋白质的等电点 当pH向酸性或碱性偏移时 持水性提高 聚磷酸盐水溶液呈碱性 而且它本身具有缓冲作用 它的加入使肉的pH值增加 所以持水性增加 此外 聚磷酸盐可与金属离子螯合 使原来与肌肉蛋白质牢固结合的钙 镁 离子与聚磷酸盐螯合 使蛋白质松弛 可吸收较多的水 聚磷酸盐的使用量一般为0 1 0 4 使用过高则影响肉品的颜色 利用矿物质元素改变食品状况 2 炼乳中 添加磷酸氢二钠 可保持盐平衡 改善炼乳的热稳定性 3 蚕豆罐头中添加磷酸盐可促进豆皮软化 与皮中钙结合 4 磷酸盐还可以稳定色素和防止啤酒混浊 5 钙盐可以提高果蔬的硬度 同时盐对抑制苹果褐变也有一定的作用 一 矿物质在食品及加工中的作用好的方面是 1 用于果蔬的硬化处理 如Ca Al与果胶反应形成果胶酸钙 能在细胞间隙起到使细胞相互粘连的作用 2 对果蔬进行护色 铜 锌 3 有助于肉的持水性 如NaCl 磷酸盐等 4 使肉呈色作用5 肉的腌制6 海藻的凝胶作用坏的方面 1 引起果蔬的变色和褪色 2 导致抗坏血酸的氧化损失 3 含铁的脂氧合酶可能导致食品产生不良风味 矿物质在加工储藏过程中的变化 二 矿物质在加工过程中的损失特点 食品中的矿物质的损失与维生素不同 它常常不是化学反应引起的 而是通过 1 物理作用的除去2 与其它