矿物质和水.doc

第五节 矿物质和水人体具有一定的化学组成，这些元素在体内按严格的规律和方式，有条不紊地进行一系列互相联系的化学反应，其中C、H、O、N 构成有机物质和水（约占体重的96%），其余为人体功能所必需的无机元素，称无机盐。与有机营养素不同，它们既不能在人体内合成，除排泄外，也不能在体内代谢过程中消失，基于在体内的含量和膳食中需要不同，分为两类：一是常量元素，体内含量0.01%,需量100mg/d，体内含较多的有Ca、P、S、Na、K、Cl、Mg 等。二是微量元素，仅含微量或超微量，有Fe、I、Cu、Zn、Se、Mo、Co、Cr、Mn、F、Ni、Si、Sn、V 等。前8 种目前被认为是人体必需的微量元素；后者是人体可能必需的。无机盐的一般生理功能包括：1、参与机体组织的构成：是骨、牙、神经、肌肉、筋键、腺体、血液的重要组成分；头发、皮肤及腺体分泌物中，都含有本身所特有的一种或多种元素。2、调节生理机能，维持人体正常代谢：许多无机盐以离子形式协同作用，为生命活动提供适宜的内在环境，有的构成金属酶和酶系统的活化剂，在调节生理机能、维持正常代谢方面起重要作用。1）维持体液渗透压、保持水平衡：无机盐中正、负离子在血细胞和血浆中分布不同，加上Pro 和重碳酸盐的作用，维持体液渗透压，使组织贮留一定量水分，保持水平衡。2）维持体液中和性，保持酸碱平衡：细胞活动必需在近于中性的环境中进行，人体内环境的酸碱性受到精确调节。体液中主要正负离子的当量总浓度相等，从而维持体液中和性（酸碱食物搭配对体液酸碱平衡有一定意义）。3）维持神经、肌肉应激性、维护心脏正常功能：必需使Na+、K+、Ca2+、Mg2+保持一定比例。而钙镁钾和一些微量元素对维护心脏正常功能、保护心血管健康有重要作用。4）供给消化液中电解质，是消化酶的活化剂，对消化过程有重要意义：消化道的酸碱度取决于消化液中电解质。Cl-活化唾液淀粉酶；HCl 对胃蛋白酶原的活化。5）Mg、P、K 等微量元素一起参与生物氧化，调节能量代谢和物质代谢：无机盐代谢与年龄、摄入量、活动情况、需要量及有无V 均有密切关系。食物中无机盐的吸收与其化学性质、肠内环境、机体需要程度、无机盐在肠内停留时间等因素有关。一、钙：1、人体含量及存在：_第五节 矿物质常量元素：钙、磷、钠、钾、氯、镁、硫等。微量元素：必需微量元素 铜、钴、铬、铁、氟、碘、锰、钼、硒、锌 可能必需微量元素 硅、镍、硼、钒 有潜在毒性，但低剂量可能有功能作用的微 量元素 铅、镉、汞、砷、铝、锡、锂矿物质的特点 矿物质在体内不能合成，必须从食物和饮水中摄取 矿物质在体内分布极不均匀 矿物质相互之间存在协同或拮抗作用 某些微量元素在体内虽需要量很少，但因其生理剂量与中毒剂量范围较窄，摄入过多易产生毒性作用。矿物质的生理功能 构成人体组织的重要成分 调节细胞膜的通透性 维持神经和肌肉的兴奋性 组成激素、维生素、蛋白质和多种酶类的成分 矿物质缺乏的主要因素 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与代谢 钙的吸收主要在小肠上端 主动转运吸收为主 影响肠内钙吸收的主要因素 草酸、植酸、磷酸、膳食纤维、脂肪酸、碱性药物促进肠内钙吸收的因素 维生素D、某些氨基酸、乳糖、一些抗生素钙的排进与储存 蛋白质、磷、高温作业、乳汁、酸中毒、甲状腺素、肾上腺皮质激素等均有影响。钙的代谢钙的供给量 成人适宜摄入量(adequate in take,AI)为1000mg/d，无明显损害水平(non-observed adverse effect level, NOAEL)为1500mg/d。可耐受最高摄入量(tolerable upper intake level,UL)为2000mg/d。表 不同人群钙的适宜摄入量(AI) mg/d年龄钙年龄钙0 0.51471114 300 400 600 800 800 1000 1000 18 50 孕妇 早期 中期 晚期 乳母 800 1000 800 1000 1200 1200含钙丰富的食物 mg/100g食物含量食物含量 食物含量虾皮虾米河虾泥鳅红螺河蚌鲜海参 991555325299539306285 苜蓿荠菜雪里蕻苋菜乌塌菜油菜苔黑芝麻 713294230187186156780 酸枣棘花生仁紫菜海带(湿)黑木耳全脂牛乳粉酸奶 435284264241247676118 磷的生理功能 构成骨骼和牙齿的重要成分 参与能量代谢 构成生命物质成分 酶的重要成分 调节酸碱平衡 磷的供给量 成人磷的AI为700mg/d 钙磷比例维持在1:11.5之间比较好 磷的NOAEL为1500mg/d UL为3500mg/d 磷的食物来源 瘦肉、禽、蛋、鱼、坚果、海带、紫菜、油料种子、豆类等 铁的生理功能 参与体内氧的运送和组织呼吸过程 维持正常的造血功能 参与其他重要功能 铁的缺乏 铁减少期(iron deficiency store,ID) 红细胞生成缺铁期(iron deficiency erythropoiesis, IDE) 缺铁性贫血期（iron deficiency anemia, IDA不同人群铁的适宜摄入量(AI) mg/d 年龄性别铁年龄性别铁00.51471114男女男女0.3101212121618201850孕妇早期中期晚期乳母男女15201515253525成人铁的UL为50mg/d含铁较高的食物 mg/100g 食物 含量食物 含量食物 含量鸭血 30.5鸡血 25.0沙鸡 24.8鸭肝 23.1猪肝 22.6蚌肉 50.0蛏子 33.6蛤蜊 22.0刺蛄 14.5发菜 99.3红蘑 235.1冬菇 10.5藕粉 41.8黑芝麻 22.7鸡蛋黄粉 10.6地衣(水浸) 21.1冬菜 11.4苜蓿 9.7碘的生理功能 (甲状腺素的生理作用) 促进生物氧化，参与磷酸化过程，调节能量转换 促进蛋白质的合成和神经系统发育，这对胚胎发育期和出生后早期生长发育，特别是智力发育尤为重要 促进糖和脂肪代谢 激活体内许多重要的酶 调节组织中的水盐代谢 促进维生素的吸收和利用 碘的UL为1000 g/d 不同人群碘的推荐摄入量(RNI) g/d 年龄碘 年龄碘00.5147111450505090901201501850孕妇早期 中期 晚期乳母150150200200200碘的食物来源 海带、紫菜、蛤干、蚶干、干贝、淡菜、海参、海蜇等。锌的生理功能 金属酶的组成成分或酶的激活剂 促进生长发育 促进机体免疫功能 维持细胞膜结构 合成味觉素 对皮肤和视力有保护作用锌的RNI成人男15mg/d、女性11.5mg/d，NOAEL为30mg/d； UL成人男为45mg/d，女性37mg/。不同人群锌的推荐摄入量(RNI) mg/d 年龄性别锌年龄性别锌00.51471114男女男女 1.5 8.0 9.0 12.0 13.5 18.0 15.0 19.0 15.518 50孕妇 早期 中期晚期乳母男女15.011.511.511.516.516.521.5含锌较高的食物 mg/100g 食物含量食物含量食物含量小麦胚粉花 生 油黑 芝 麻口蘑白菇鸡蛋黄粉23.48.486.139.046.66山羊肉猪 肝海蛎肉蛏 干鲜扇贝10.425.7847.0513.6311.69鲜赤贝红 螺牡 蛎蚌 肉章 鱼11.5810.279.398.505.18硒的生理功能 作为谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)的组成成分 保护心血管和心肌的健康 有毒重金属的解毒作用 其他 促进生长 保护视觉 抗肿瘤等不同人群硒的推荐摄入量(RNI) g/d 年龄硒年龄硒00.5147111415 2020253545501850孕妇 早期 中期 晚期乳母505050505065成年人硒的UL为400g/d。 含硒较高的食物 g/100g 食物含量食物含量食物含量鱼子酱海参牡蛎蛤蜊鲜淡菜鲜赤贝蛏子章鱼203.09150.0086.6477.1057.7757.3555.1441.68青鱼泥鳅黄鳝鳕鱼猪肾猪肝(卤煮)羊肉猪肉37.6935.3034.5624.8111.7728.7032.2011.97瘦牛肉干蘑菇小麦胚粉花豆(紫)白果豌豆扁豆甘肃软梨10.5539.1865.2074.0614.5041.8032.008.43铜的生理功能 维持正常的造血功能 维护中枢神经系统的完整性 促进骨骼、血管和皮肤健康 抗氧化作用 与胆固醇代谢、心脏功能、免疫功能、激素分泌等有关。2000年中国营养学会提出成人铜 AI为2.0mg/d UL为8mg/d 铜食物来源 牡蛎、贝类、动物肝、肾及坚果类、谷类胚芽、豆类等。锰的生理功能 酶的组成成分或激活剂 维持骨骼正常发育 促进糖和脂肪代谢及抗氧化功能 与生殖功能有关 与神经功能有关 中国营养学会制订每日锰的AI成人为3.5mg/d，UL为10mg/d。食物来源 糙米、米糠、麦芽、麦麸、核桃、海参、鱿鱼、茶叶、花生、干豆、莴苣、土豆、甘蓝。 铬的生理功能 铬是体内葡萄糖耐量因子(glucose tolerance facto,GTF)的重要组成成分，能增强胰岛素的作用。 有提高高密度脂蛋白和载脂蛋白A的浓度及降低血清胆固醇的作用。 三价铬与DNA结合，可增加其启动位点的数目，增强RNA和DNA的合成。 成人AI为50g/d，UL为500g/d铬的食物来源 肉类、海产品、谷物、豆类、坚果类、黑木耳、紫菜水分一、水的功能1 水在食品工艺学方面的功能a 从食品理化性质上讲，水在食品中起着溶解、分散蛋白质、淀粉等说溶性成分的作用，使它们形成溶液或凝胶。b 从食品质地方面讲，水对食品的鲜度、硬度、流动性、呈味、耐贮性和加工适应性都具有重要的影响。c 从食品安全性讲，水是微生物繁殖的必需条件。d 从食品工艺的角度讲，水起着膨润、浸透、均匀化等功能。2 水在食品生物学方面的功能a 水是体内化学作用的介质，亦是化学反应的反应物和产物，是组织或细胞所需养分和代谢物质以及排泄物质转运的载体。b 水的比热大，是体温良好的稳定剂。c 水是构成集体的重要成分。d 水可对体内的机械摩擦产生润滑，减少损伤。二、水的状态冰的导热系数在0时近似为同温度下水的导热系数的4 倍，冰的热扩散系数约为水的5 倍，说明在同一环境中，冰比水能更快的改变自身的温度。水和冰的导热系数和热扩散系数上较大的差异，就导致了在相同温度下组织材料冻结的速度比解冻的速度快很多。一般的食物在冻结后解冻往往有大量的汁液流出，其主要原因是冻结后冰的体积比相同质量的水的体积增大9%，因而破坏了组织结构。三、食品中水的组成食品中的水不是单独存在的，它会与食品中的其他成分发生化学或物理作用，因而改变了水的性质。按照食品中的水与其他成分之间相互作用强弱可将食品中的水分成结合水、毛细管水和自由水。结合水：又称为束缚水，是指存在于食品中的与非水成分通过氢键结合的水，是食品中与非水成分结合的最牢固的水。自由水：是指食品中与非水成分有较弱作用或基本没有作用的水。毛细管水：指食品中由于天然形成的毛细管而保留的水分，是存在于生物体细胞间隙的水。毛细管的直径越小，持水能力越强，当毛细管直径小于0.1m 时，毛细管水实际上已经成为结合水，而当毛细管直径大于0.1m 则为自由水，大部分毛细管水为自由水。结合水与自由水的区别：结合水在食品中不能作为溶剂，在-40时不结冰，而自由水可以作为溶剂，在-40会结冰。食品中的结合水的产生除毛细管作用外，大多数结合水是由于食品中的水分与食品中的蛋白质、淀粉、果胶等物质的羧基、羰基、氨基、亚氨基、羟基、巯基等亲水性基团或水中的无机离子的键合或偶极作用产生的。根据与食品中非水组分之间的作用力的强弱可将结合水分成单分子层水和多分子层水。单分子层水：指与食品中非水成分的强极性基团如：羧基-、氨基+、羟基等直接以氢键结合的第一个水分子层。在食品中的水分中它与非水成分之间的结合能力最强，很难蒸发，与纯水相比其蒸发焓大为增加，它不能被微生物所利用。一般说来，食品干燥后安全贮藏的水分含量要求即为该食品的单分子层水。若得到干燥后食品的水分含量就可以计算食品的单分子层水含量：aw/m(1-aw)=1/m1c+(c-1)aw/m1c式中：aw -水分活度，m-水分含量，m1-单分子层水含量，c-常数。(Later)多分子层水：是指单分子层水之外的几个水分子层包含的水。四、食品中水与非水组分之间的相互作用1 水与离子基团之间的相互作用构成水或结合水。离子电荷与水分子的偶极子之间的相互作用，是食品中结合最紧密的水。H2O-Na+ 83.68kJ/moL H2O-H2O 20.9kJ/moL影响这种作用力的因素有：基团的解离程度以及食品的酸度。这种作用对食品体系的影响表现在：a 改变水的结构，b 改变是批哦内的介电常数，c影响食品体系的稳定性和生物活性大分子的稳定性。2 水与氢键型基团的作用结合水3 水与非极性基团的作用疏水相互作用五、水分活度1 水分活度的定义水分活度表示食品中十分可以被微生物所利用的程度，在物理化学上水分活度是指食品的水分蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压的比值，可以用公式aw=P/P0,也可以用相对平衡湿度表示aw=ERH/100。相对平衡湿度：大气水汽分压与相同温度下纯水的饱和蒸汽压之比。食品的平衡相对湿度是指食品中的水分蒸汽压达到平衡后，食品周围的水汽分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比。2 水分活度与温度的关系由于蒸汽压和平衡相对湿度都是温度的函数，所以水分活度也是温度的函数。水分活度与温度的函数可用克劳修斯-克拉伯龙方程来表示。dlnaw/d(1/T)=-H/Rlnaw=-H/RT+c T-绝对温度，R-气体常数。H-样品中水分的等量净吸着热。T 则aw，Logaw-1/T 为一直线。马铃薯淀粉的Logaw-1/T 关系图但是当食品的温度低于0时，直线发生转折，也就是说在计算冻结食物的水分活度时aw=P/P0 中P0 的应该是冰的蒸汽压还是是过冷水的蒸汽压？因为这时样品中水的蒸汽压就是冰的蒸汽压，如果P0 再用冰的蒸汽压，这样水分活度的就算就失去意义，因此，冻结食物的水分活度的就算式为aw=P（纯水）/P0（过冷水）。食品在冻结点上下水分活度的比较：a 冰点以上，食物的水分活度是食物组成和食品温度的函数，并且主要与食品的组成有关；而在冰点以下，水分活度与食物的组成没有关系，而仅与食物的温度有关。b 冰点上下食物的水分活度的大小与食物的理化特性的关系不同。如在-15时，水分活度为0.80，微生物不会生长，化学反应缓慢，在20时，水分活度为0.80 时，化学反应快速进行，且微生物能较快的生长。c 不能用食物冰点以下的水分活度来预测食物在冰点以上的水分活度，同样，也不能用食物冰点以上的水分活度来预测食物冰点以下的水分活度。六、水分活度与食品的安全性虽然在食物冻结后不能用水分活度来预测食物的安全性，但在未冻结时，食物的安全性确实与食物的水分活度有着密切的关系。总的趋势是，水分活度越小的食物越稳定，较少出现腐败变质现象。具体来说水分活度与食物的安全性的关系可从以下按个方面进行阐述：a 从微生物活动与食物水分活度的关系来看：各类微生物生长都需要一定的水分活度，换句话说，只有食物的水分活度大于某一临界值时，特定的微生物才能生长。一般说来，细菌为aw0.9，酵母为aw0.87，霉菌为aw0.8。一些耐渗透压微生物除外。b 从酶促反应与食物水分活度的关系来看：水分活度对酶促反应的影响是两个方面的综合，一方面影响酶促反应的底物的可移动性，另一方面影响酶的构象。食品体系中大多数的酶类物质在水分活度小于0.85 时，活性大幅度降低，如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。但也有一些酶例外，如酯酶在水分活度为0.3 甚至0.1 时也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。c 从水分活度与非酶反应的关系来看：脂质氧化作用：在水分活度较低时食品中的水与氢过氧化物结合而使其不容易产生氧自由基而导致链氧化的结束，当水分活度大于0.4 水分活度的增加增大了食物中氧气的溶解。加速了氧化，而当水分活度大于0.8 反应物被稀释，氧化作用降低。Maillard 反应：水分活度大于0.7 时底物被稀释。水解反应：水分是水解反应的反应物，所以随着水分活度的增大，水解反应的速度不断增大。水分活度与食品安全性的关系总结于图七、食品的等温吸湿线1 等温吸湿线：是指在恒定温度下表示食品水分活度与含水量关系的曲线。在等温吸湿线中低水分含量范围内含水量稍增加就会导致水分活度的大幅度增加，把