维生素和矿物质.ppt

第6章维生素与矿物质 VitaminandMinerals 第一节IntroductionofVitamins 一 维生素的定义与分类1定义人和动物为维持正常的生理功能而必须从食物中获取的一类微量有机物质 2 特点 1 维持人体健康和生长发育所必须的 2 绝大多数不能在体内合成 因此维生素必须由食物供给 3 参加机体的代谢作用 但不能提供能量 二 维生素的功能 辅酶或辅酶前体 如烟酸 叶酸等抗氧化剂 VE VC遗传调节因子 VA VD某些特殊功能 VA 视觉功能 VC 血管脆性 三 ClassificationofVitamins B族 water solubleVit Vit fat solubleVit VB1 VB2 VPPVB5 VB6 VHVB11 VB12 VA VD VE VK VC 第二节维生素与矿物质推荐允许摄入量与食品营养素的添加 第三节食品中维生素损失的原因 1 食品原料本身的影响 1 成熟度 2 不同组织部位 3 采后或宰后的变化 表不同成熟时期西红柿中维生素C含量的变化 一 原料成熟度对维生素含量的影响 二 部位 植物的不同部位维生素含量不同 其中根部最少 其次是果实和茎 含量最高的部位是叶 对果实而言 表皮含维生素最高 并向核心依次递减 表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 三 采后与宰后处理的影响 2 食品加工前预处理 加工前的预处理与维生素的损失程度关系很大 水果和蔬菜的去皮 整理常会造成浓集于表皮或老叶中的维生素的大量流失 据报道 苹果皮中维生素C的含量比果肉高3 10倍 柑橘皮中的维生素C比汁液高 清洗造成水溶性维生素的大量流失 对于化学性质较稳定的水溶性维生素如泛酸 烟酸 叶酸 核黄素等 溶水流失是最主要的损失途径 3 食品加工过程的影响 A 碾磨l碾磨是谷物所特有的加工方式 谷物在磨碎后其中的维生素比完整的谷粒中含量有所降低 并且与种子的胚乳和胚 种皮的分离程度有关 B 热处理 烫漂 烫漂往往造成水溶性维生素大量流失 图5 31 其损失程度pH 烫漂的时间和温度 含水量 切口表面积 烫漂类型及成熟度有关 干燥 维生素C对热不稳定 干燥损失大约为10 15 但冷冻干燥对其影响很小 喷雾干燥和滚筒干燥时乳中硫胺素的损失大为10 和15 而维生素A和维生素D几乎没有损失 加热 热处理会造成维生素不同程度的损失 高温加快维生素的降解 pH 金属离子 反应活性物质 溶氧浓度以及维生素的存在形式影响降解的速度 隔绝氧气 除去某些金属离子可提高维生素C的存留率 热加工的影响 C 冷却或冷冻 热处理后的冷却方式不同对食品中维生素的影响不同 空气冷却比水冷却维生素的损失少 主要是因为水冷却时会造成大量水溶性维生素的流失 冻藏期间维生素损失较多 解冻对维生素的影响主要表现在水溶性维生素 动物性食品损失的主要是B族维生素 总之 冷冻对食品中维生素的影响通常较小 但水溶性维生素由于冻前的烫漂或肉类解冻时汁液的流失大约损失10 14 4 辐照 辐照对维生素有一定的影响 水溶性维生素对辐照的敏感性主要取决于它们是处在水溶液中还是食品中或是否受到其他组分的保护等 维生素C对辐照很敏感 其损失随辐照剂量的增大而增加 这主要是水辐照后产生自由基破坏的结果 B族维生素中B1最易受到辐照的破坏 脂溶性维生素对辐照的敏感程度大小依次为维生素E 胡萝卜素 维生素A 维生素D 维生素K 5 添加剂 维生素A C和E易被氧化剂破坏 SO2或亚硫酸盐等还原剂对维生素C有保护作用 但因其亲核性会导致维生素B1的失活 亚硝酸盐 但它作为氧化剂引起类胡萝卜素 维生素B1和叶酸的损失 果蔬加工中添加的有机酸可减少维生素C和硫胺素的损失 碱性物质会增加维生素C 硫胺素和叶酸等的损失 6 贮藏过程 食品在贮藏期间 维生素的损失与贮藏温度关系密切 罐头食品冷藏保存一年后 维生素B1的损失低于室温保存 包装材料对贮存食品维生素的含量有一定的影响 例如透明包装的乳制品在贮藏期间会发生维生素B2和维生素D的损失 食品中脂类的氧化作用产生的氢过氧化物 过氧化物和环过氧化物会引起胡萝卜素 维生素E和维生素C等的氧化 也能破坏叶酸 生物素 维生素B12和维生素D等 过氧化物与活化的羰基反应导致维生素B1 B6和泛酸等的破坏 碳水化合物非酶褐变产生的高度活化的羰基对维生素同样有破坏作用 第四节维生素的生物利用率 BioavailabilitofVitamins 定义 摄入的维生素经肠部吸收和体内起的代谢功能或利用的程度 所以生物利用率包括了摄入维生素的吸收和利用两个方面 但与在摄入之前维生素的损失无关 影响维生素利用率的因素1 消费者本身的年龄 健康以及生理状况等 2 膳食的组成等 3 同一种维生素构型不同的影响 4 维生素与其他的组分的反应 5 维生素的拮抗物也影响维生素的活性 例如 硫胺素酶可切断硫胺素代谢分子 使其丧失活性 抗生物素蛋白与代谢物结合 使生物素失去活性 6 食品加工和贮存也影响到维生素的生物可利用性 第五节水溶性维生素 表水溶性维生素的功能及来源 OverviewofWater SolubleVitamins DissolveinwaterGenerallyreadilyexcretedSubjecttocookinglossesFunctionasacoenzymeParticipateinenergymetabolism代谢 VC AscorbicAcid 生物活性最高 VC AscorbicAcid D 抗坏血酸 D 脱氢抗坏血酸 维生素C的稳定性维生素C是最不稳定的维生素 对氧化非常敏感 光 Cu2 和Fe2 等加速其氧化 pH 氧浓度和水分活度 Wateractivity Aw 等也影响其稳定性 此外 含有Fe和Cu的酶如抗坏血酸氧化酶 多酚氧化酶 过氧化物酶和细胞色素氧化酶对维生素C也有破坏作用 水果受到机械损伤 成熟或腐烂时 由于其细胞组织被破坏 导致酶促反应的发生 使维生素C降解 某些金属离子螯合物对维生素C有稳定作用 亚硫酸盐对维生素C具有保护作用 ModeofDegradation 食品的褐变反应 2 3 二酮古洛糖酸 木酮糖 3 脱氧戊酮糖 糠醛 2 呋喃甲酸 Cu2 Fe3 催化的氧化反应速度比自发氧化速度快许多倍 抗坏血酸的功能作用 抗坏血酸的作用与其激活羟化酶 促进组织中胶朊的形成密切相关 当维生素 不足时 将影响胶朊的形成 造成创伤愈合延缓 微血管壁脆弱及不同程度的出血 维生素 参与体内氧化还原反应 使双硫键 S S 还原为巯基 SH 与谷胱苷肽一起清除自由基 阻止脂类过氧化以及某些化学物质的危害作用 此外 抗坏血酸还可促使铁的吸收 提高机体的应激能力 一 维生素C 食物来源 FoodSourcesofVitaminC Citrusfruits Potatoes Greenpeppers辣椒 Cauliflower花椰菜 Broccoli球花甘蓝 Strawberries Romainelettuce长叶莴苣 Spinach菠菜 Easilylostthroughcooking Sensitivetoheat Sensitivetoiron copper oxygen VB1 硫胺素 thiamin Containssulfurandnitrogengroup 是取代的嘧啶环和噁唑环并由亚甲基相连的一类化合物 右图 各种结构的硫胺素均具有维生素B1的活性 VB1的稳定性 具有酸 碱性质对热非常敏感 在碱性介质中加热易分解 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 硫胺素和脱羧辅酶降解速率与pH的关系 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 VB1的稳定性 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 食品的加工与贮藏中易损失 降解 两环间亚甲基易与强亲核试剂发生亲核取代反应硫胺素被亚硫酸盐破坏5 羟乙基 4 甲基噻唑 甲基 5 磺甲基嘧啶在碱性条件下所发生的降解反应5 羟乙基 4 甲基噻唑 羟甲基嘧啶 硫胺素的降解 羟甲基嘧啶 甲基 5 磺甲基嘧啶 烹调食品中的 肉香味 硫胺素的功能作用 硫胺素在体内参与糖类的中间代谢 主要以焦磷酸硫胺素的形式参与 酮酸的脱羧 若机体硫胺素不足 则影响糖代谢 从而影响整个机体代谢过程 尤其影响神经组织 其缺乏症状是脚气病 脚气病又可分为三类 干性脚气病 以多发性神经炎症状为主 湿性脚气病 以水肿和心脏症状为主 和婴儿脚气病 谷类 豆类 酵母 干果 动物的内脏 瘦肉及蛋类等均含较多的维生素 1 BVit VB2 Riboflavin核黄素 FMN FAD 维生素B2又称核黄素 是具有糖醇结构的异咯嗪衍生物 自然状态下常常是磷酸化的 核黄素的生物活性形式是黄素单核甘酸和黄素腺嘌呤二核甘酸 二者是细胞色素还原酶 黄素蛋白等的组成部分 VB2稳定性 核黄素在酸性条件下最稳定 中性下稳定性降低 在碱性介质中不稳定 对热稳定 在食品加工 脱水和烹调中损失不大 引起核黄素降解的主要因素是光 光黄素是一种强氧化剂 对其他维生素尤其是抗坏血酸有破坏作用 核黄素的光氧化与食品中多种光敏氧化反应关系密切 例如 牛奶在日光下存放2h后核黄素损失50 以上 放在透明玻璃器皿中也会产生 日光臭味 导致营养价值降低 4 烟酸 烟酸又称维生素B5或维生素PP 包括尼克酸 Niacin 和尼克酰胺 它们的天然形式均有相同的烟酸活性 在生物体内其活性形式是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD 和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 NADP 它们是许多脱氢酶的辅酶 在糖酵解 脂肪合成及呼吸作用中发挥重要的生理功能 烟酸广泛存在于动植物体内 酵母 肝脏 瘦肉 牛乳 花生 黄豆中含量丰富 谷物皮层和胚芽中含量也较高 烟酸具有抗癞皮病的作用 当缺乏时会出现癞皮病 临床表现为 三D症 即皮炎 Dermatitis 腹泻 Diarrhea 和痴呆 Dementia 这种情况常发生在以玉米为主食的地区 因为玉米中的烟酸与糖形成复合物 阻碍了在人体内的吸收和利用 碱处理可以使烟酸游离出来 烟酸是最稳定的维生素 对光和热不敏感 在酸性或碱性条件下加热可使烟酰胺转变为烟酸 其生物活性不受影响 烟酸的损失主要与加工中原料的清洗 烫漂和修整等有关 5 维生素B6 维生素B6是指在性质上紧密相关 具有潜在维生素B6活性的三种天然存在的化合物 包括吡哆醛 Pyridoxal 吡哆醇 Pyridoxol 和吡哆胺 Pyrodoxamine 它们作为辅酶参与体内的氨基酸 碳水化合物 脂类和神经递质的代谢 吡哆醛 R CHO吡哆醇 R CH2OH吡哆胺 R CH2NH2 维生素B6的化学结构 在食品加工中维生素B6可发生热降解和光化学降解 吡哆醛可能与蛋白质中的氨基酸反应生成含硫衍生物 导致维生素B6的损失 吡哆醛与赖氨酸的 氨基反应生成Shiff碱 降低维生素B6的活性 维生素B6可与自由基反应生成无活性的产物 在维生素B6三种形式中 吡哆醇是最稳定的 常被用于营养强化 6 叶酸 叶酸 Folicacid 包括一系列结构相似 生物活性相同的化合物 分子结构中含有蝶呤 对氨基苯甲酸和谷氨酸三部分 其商品形式中含有一个谷氨酸残基称蝶酰谷氨酸 天然存在的蝶酰谷氨酸有3 7个谷氨酸残基 叶酸的蝶呤环可被还原生成二氢叶酸 FH2 或四氢叶酸 FH4 FH2和FH4在空气中容易氧化 硫醇 半胱氨酸或抗坏血酸这类还原剂能使FH2和FH4的氧化减缓 机体内具活性形式的是FH4 是一碳单位转移酶的辅酶 在嘌呤和嘧啶核苷酸合成中起重要作用 特别是参与RNA DNA及蛋白质的合成 所以孕早期缺乏叶酸常可导致巨成红血球性贫血或胎儿畸形 儿童则表现为生长不良 7 维生素B12 维生素B12由几种密切相关的具有相似活性的化合物组成 这些化合物都含有钴 又称钴胺素 Cobalamin 是一种红色的结晶物质 植物性食品中维生素B12很少 其主要来源是菌类食品 发酵食品以及动物性食品如肝脏 瘦肉 肾脏 牛奶 鱼 蛋黄等 人体肠道中的微生物也可合成一部分供人体利用 维生素B12的化学结构 氰钴胺素是一些辅酶的组成 参与体内一碳单位的代谢 它可影响核酸和蛋白质的合成 从而促进红血球的发育和成熟 但维生素 12的吸收需要胃粘膜合成的一种叫做内因子的维生素 12结合性糖蛋白的帮助 缺乏这种内因子则引起恶性贫血 抗坏血酸 亚硫酸盐 Fe2 硫胺素和烟酸可促进维生素B12的降解 辅酶形式的B12可发生光化学降解生成水钴胺素 但生物活性不变 食品加工过程中热处理对维生素B12影响不大 4维生素类似物 1 胆碱胆碱 Choline 又称维生素B4 是 羟基乙酸三甲基胺羟化物 CH3 3N OH CH2CH2OH胆碱分布广 以动物性食品如肝脏 蛋黄 鱼和脑中含量最高 一般以乙酰胆碱和卵磷脂形式存在 绿色植物 酵母 谷物幼芽 豆科籽实 油料作物籽实是丰富的植物性食品来源 2 肉碱 肉碱 Carnitine 又称肉毒碱 有D型和L型两种形式 其中L型具有生物活性 而D型是竞争性抑制剂 L 肉碱的化学名称L 羟基 三甲氨基丁酸 L hydroxy trimethylaminobutyrate 化学结构式见图 膳食中的L 肉碱主要来源于动物性食品 CH3 3NCH2CH OH CH2COO 左旋肉碱的生理活性 可促进脂肪酸的 氧化 调节线粒体内酰基比例 参加支链氨基酸代谢产物的运输 排出体内过量或非理性酰基 消除机体因酰基积累而造成的代谢中毒 促进乙酰乙酸的氧化 在酮体的消除和利用中起作用 防止体内过量氨产生的毒性 作为抗氧化剂清除自由基 保持细胞膜的完整性 提高机体的免疫力和抗病能力 间接参加糖元异生产和调节生酮过程 有效降低运动后血液中乳酸的浓度 参与精子的成熟过程等 1984年FDA确定L 肉碱是一种重要的食品营养强化剂 我国卫生部于1994年将L 肉碱列入食品营养强化剂范畴 3 肌醇 肌醇 Inositol 是有六个羟基的六碳环状物 它有九种立体构型 但只有肌型肌醇具有生物活性 图5 26 肌醇主要来源于心 肝 肾 脑 酵母 柑橘类水果中 谷物中的肌醇一般以植酸或植酸盐的形式存在 影响人体对矿物元素的吸收和利用 肌醇很稳定 一般在食品加工和贮藏中损失很少 肌醇对肝硬化 血管硬化 脂肪肝 胆固醇过高等有明显疗效 还可用于治疗CCl4中毒 脱发症等 此外 肌醇还是磷酸肌醇的前体 肌醇中的三磷酸肌醇 Inositoltriphosphates IP3 具有良好的清除自由基的功能 对心脑血管疾病 糖尿病和关节炎具有良好的预防和治疗效果 其中以肌醇 1 2 6 三磷酸即I 1 2 6 P3最重要 除具有上述功能外 肌醇还是一种新型的非肽类神经肽Y No peptideY NPY 受体拮抗剂 第六节脂溶性维生素 表7 13脂溶性维生素的功能及来源 VA A1 视黄醇 主要是全反式结构 其生物效价最高 A2 脱氢视黄醇 存在于淡水鱼中 其生物效价为维生素A1的40 新维生素A l 3一顺异构体 它的生物效价为维生素A1的75 fat solubleVit 维生素 的功能 维生素 具有维持正常视觉的功能 人和动物感受暗光的物质是视紫红质 它的形成与生理功能的发挥与维生素A有关 长期缺乏能导致夜盲症 维生素 与上皮组织的正常形成也有关 缺乏时会引起干眼病 腺体分泌减少 皮肤干燥 角化及增生 视黄醇广泛存在于高等动物及海产鱼类体中 尤以动物肝脏 鱼卵 眼球及蛋黄中最为丰富 而维生素 原存在于植物性食物 尤其是深色蔬菜中 VA来源 fat solubleVit 动物植物 类胡萝卜素 维生素A原 鱼肝油鱼肉牛肉蛋黄牛乳及乳制品 VA的稳定性 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 fat solubleVit fat solubleVit VD 维生素D是一些具有胆钙化醇生物活性的类固醇的统称 fat solubleVit 维生素D的功能 维生素D主要与钙 磷代谢有关 缺乏时 儿童易患佝偻病 成人可引起骨质疏松症 维生素D可激活钙蛋白酶 使牛肉嫩化 维生素D的生物活性形式为1 25 二羟基胆钙化醇 1 g的维生素D相当于40IU 维生素D3广泛存在于动物性食品中 以鱼肝油中含量最高 鸡蛋 牛乳 黄油 干酪中含量较少 VD来源 植物食品 酵母 fat solubleVit 麦角固醇 维生素D2 麦角钙化醇 维生素D3 胆钙化醇 人和动物皮肤 7一脱氢胆固醇 紫外线 稳定性 对热 碱较稳定 但光照和氧气存在下会迅速破坏 结晶的维生素D对热稳定 VitaminE 维生素 的功能 维生素 是一种很强的抗氧化剂 在体内保护细胞免受自由基损害 也防止维生素 和ATP的氧化 保护它们在体内的功能 维生素E通过保护 SH而保持许多酶系的活性 调节体内某些物质如DNA 辅酶Q 维生素C等的合成 维生素 与生殖能力有关 此外 维生素 在酸性条件下破坏亚硝基离子的反应快 在胃中阻断亚硝胺生成较维生素 更有效 生育酚的抗氧化能力 食品 生物体内 清除生成的自由基 稳定性 有O2 氧化 氧和自由基 猝灭单线态氧无O2 与亚油酸甲酯氢过氧化物反应形成加合物 初始产物为半醌 进一步氧化形成生育酚醌 金属离子可加速其氧化 食品加工 包装 贮藏中 大量损失 氧化历程 猝灭单线态氧 维生素K 功能性质 维生素K1在食物中含量丰富 维生素K2能由肠道中的细菌合成 维生素K参与凝血过程 被称为凝血因子 维生素K具有还原性 在食品体系中可以消灭自由基 维生素K可被空气中的氧缓慢地氧化而分解 遇光 特别是紫外光 则很快被破坏 对热 酸较稳定 但对碱不稳定 第八节矿物质 Definition elementsotherthanC H OandNthatarepresentinfoods大多数相当于食品灰化后剩余的成分 故又称粗灰分 Crudeash CA 主要功能 是构成生物体的组成部分 维持生物体的渗透压 维持机体的酸碱平衡 某些特殊功能例如碘是甲状腺素不可缺少的元素 钴是维生素B12的组成成分等 对食品的感官质量有重要作用例如 Ca2 是豆腐的凝固剂 分类 按在体内含量的多少可分为 常量元素 99 钾 钠 钙 镁 氯 硫 磷和碳酸盐等微量元素 低于50mg kg 按生理作用分类 必需营养元素 Fe Cu I Co Mn和Zn等 非营养非毒性元素 AI B Ni Sn等 非营养有毒性元素 Hg Pb AS Cd和Sb等 来源 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 表部分蔬菜中矿物质含量 mg 100g 蔬菜钙磷铁钾菠菜72531 8502莴笋7312 0318茭白4430 3284苋菜 青 180463 4577苋菜 红 200464 8473芹菜 茎 160618 5163韭菜48461 7290毛豆1002196 4579 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 来源 表牛乳中主要矿物质含量 mg 100g 矿物质范围平均值溶解相分布 胶体相分布 总钙110 9 120 3117