食品化学07第七章、维生素与矿物质

1 第六章维生素与矿物质 2 Introduction 第一节概述 维生素 Vitamin 是人和动物维持正常的生理功能所必需的一类有机化合物 维生素不参与机体内各种组织器官的组成 也不能为机体提供能量 它们主要以辅酶形式参与细胞的物质代谢和能量代谢过程 缺乏时会引起机体代谢紊乱 导致特定的缺乏症或综合症 如缺乏VA时易患夜盲症 Nightblindness 维生素除具有重要的生理作用外 有些维生素还可作为自由基的清除剂 风味物质的前体 还原剂以及参与褐变反应 从而影响食品的某些属性 人体所需的维生素大多数在体内不能合成 或即使能合成但合成的速度很慢 不能满足需要 加之维生素本身也在不断地代谢 所以必须由食物供给 食物中的维生素含量较低 许多维生素稳定性差 在食品加工 贮藏过程中常常损失较大 因此 要尽可能最大限度地保存食品中的维生素 避免其损失或与食品中其他组分间发生反应 3 Introduction 维生素是活细胞为了维持正常生理功能所必需的 但需要极微量的天然有机物质的总称 而大部分维生素不能在人体内合成 必须从外界食物中摄取 定义 第一节概述 4 在维生素发现早期 因对它们了解甚少 一般按其先后顺序命名如A B C D E等 或根据其生理功能特征或化学结构特点等命名 例如维生素C称抗坏血病维生素 维生素B1因分子结构中含有硫和氨基 称为硫胺素 后来人们根据维生素在脂类溶剂或水中溶解性特征将其分为两大类 脂溶性维生素 Fat solublevitamins 和水溶性维生素 Water solublevitamins 前者包括维生素A D E K 后者包括维生素B族和维生素C 分类 维生素 脂溶性维生素 水溶性维生素 VA VD VE和VK B族维生素和VC 5 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 VDVA 视觉功能VC 血管脆性 维生素与矿物质的功能 Introduction 第一节概述 维生素的功能 矿物质的功能 生理功能对食品质量的影响 某些特殊功能 6 食品中的维生素在加工与贮藏中受各种因素的影响 其损失程度取决于各种维生素的稳定性 食品中维生素损失的因素主要有食品原料本身如品种和成熟度 加工前预处理 加工方式 贮藏的时间和温度等 此外 维生素的损失与原料栽培的环境 植物采后或动物宰后的生理也有一定的关系 因此 在食品加工与贮藏过程中应最大限度的减少维生素的损失 并提高产品的安全性 MainFactsofLosingVitaminsinFood 第二节食品中维生素损失的常见原因 7 MainFactsofLosingVitaminsinFood 第二节食品中维生素损失的常见原因 一 维生素含量的内在变化 1成熟度水果和蔬菜中维生素随着成熟度的变化而变化 所以 选择适当的原料品种和成熟度是果蔬加工中十分重要的问题 例如 番茄在成熟前维生素C含量最高 表5 6 而辣椒成熟期时维生素C含量最高 表5 6番茄不同成熟期维生素C的含量 8 MainFactsofLosingVitaminsinFood 第二节食品中维生素损失的常见原因 一 维生素含量的内在变化 2不同组织部位植物不同组织部位维生素含量有一定的差异 一般而言 维生素含量从高到低依次为叶片 果实 茎 根 对于水果则表皮维生素含量最高而核中最低 9 MainFactsofLosingVitaminsinFood 第二节食品中维生素损失的常见原因 一 维生素含量的内在变化 食品中维生素含量的变化是从收获时开始的 动植物食品原料采后或宰后 其体内的变化以分解代谢为主 由于酶的作用使某些维生素的存在形式发生了变化 例如从辅酶状态转变为游离态 脂肪氧合酶和维生素C氧化酶的作用直接导致维生素的损失 例如豌豆从收获 运输到加工厂30min后维生素C含量有所降低 新鲜蔬菜在室温贮存24h后维生素C的含量下降1 3以上 因此 加工时应尽可能选用新鲜原料或将原料及时冷藏处理以减少维生素的损失 二 收获后食品中维生素含量的变化 10 MainFactsofLosingVitaminsinFood 第二节食品中维生素损失的常见原因 一 维生素含量的内在变化 二 收获后食品中维生素含量的变化 三 预加工 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 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 莴苣和菠菜外层叶中维生素B和维生素C比内层叶中高 水果和蔬菜在清洗时 一般维生素的损失很少 但要注意避免挤压和碰撞 也尽量避免切后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 11 四 食品加工过程的影响 MainFactsofLosingVitaminsinFood 第二节食品中维生素损失的常见原因 一 维生素含量的内在变化 二 收获后食品中维生素含量的变化 三 预加工 12 四 食品加工过程的影响 1碾磨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 因此 粉碎对各种谷物种子中维生素的影响不一样 此外 不同的加工方式对维生素损失的影响也有差异 谷物精制程度越高 维生素损失越严重 例如 小麦在碾磨成面粉时 出粉率不同 维生素的存留也不同 图5 30 13 四 食品加工过程的影响 2热处理 1 烫漂烫漂是水果和蔬菜加工中不可缺少的处理方法 通过这种处理可以钝化影响产品品质的酶类 减少微生物污染及除去空气 有利于食品贮存期间保持维生素的稳定 但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 通常 短时间高温烫漂维生素损失较少 烫漂时间越长 维生素损失越大 产品成熟度越高 烫漂时维生素C和维生素B1损失越少 食品切分越细 单位质量表面积越大 维生素损失越多 不同烫漂类型对维生素影响的顺序为沸水 蒸汽 微波 14 2 干燥脱水干燥是保藏食品的主要方法之一 具体方法有日光干燥 烘房干燥 隧道式干燥 滚筒干燥 喷雾干燥和冷冻干燥 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 蔬菜烫漂后空气干燥时硫胺素的损失平均为豆类5 马铃薯25 胡萝卜29 四 食品加工过程的影响 2热处理 1 烫漂 15 3 加热加热是延长食品保藏期最重要的方法 也是食品加工中应用最多的方法之一 热加工有利于改善食品的某些感官性状如色 香 味等 提高营养素在体内的消化和吸收 但热处理会造成维生素不同程度的损失 影响因素 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 为了提高食品的安全性 延长食品的货架期 杀死微生物 食品加工中还常采用灭菌方法 高温短时杀菌不仅能有效杀死有害微生物 而且可以较大程度地减少维生素的损失 表5 8 四 食品加工过程的影响 2热处理 1 烫漂 2 干燥 16 表5 8不同热处理牛奶中维生素的损失 17 四 食品加工过程的影响 1碾磨 2热处理 3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 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 18 表5 10蔬菜冻藏期间维生素C的损失 19 四 食品加工过程的影响 1碾磨 2热处理 3冷却或冷冻 4辐照 辐照 是利用原子能射线对食品原料及其制品进行灭菌 杀虫 抑制发芽和延期后熟等以延长食品的保存期 尽量减少食品中营养的损失 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 其破坏程度与热加工相当 大约为63 辐照对烟酸的破坏较小 经过辐照的面粉烤制面包时烟酸的含量有所增高 这可能是因为面粉经辐照加热后烟酸从结合型转变成游离型造成的 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 20 四 化学物质和其它组分对维生素的影响 MainFactsofLosingVitaminsinFood 第二节食品中维生素损失的常见原因 一 维生素含量的内在变化 二 收获后食品中维生素含量的变化 三 预加工 21 四 化学物质和其它组分对维生素的影响 在食品加工中为防止食品腐败变质及提高其感官性状 通常加入一些添加剂 其中有些对维生素有一定的破坏作用 维生素A C和E易被氧化剂破坏 因此 在面粉中使用漂白剂会降低这些维生素的含量或使它们失去活性 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 亚硝酸盐常用于肉类的发色与保藏 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 不同维生素间也相互影响 例如 辐照时烟酸对活化水分子的竞争 破坏增大 保护了维生素C 此外 维生素C对维生素B2也有保护作用 食品中添加维生素C和维生素E可降低胡萝卜素的损失 22 四 化学物质和其它组分对维生素的影响 MainFactsofLosingVitaminsinFood 第二节食品中维生素损失的常见原因 一 维生素含量的内在变化 二 收获后食品中维生素含量的变化 三 预加工 五 贮藏过程 23 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 五 贮藏过程 24 维生素的生物可利用性 维生素的生物可利用性 Bioavailabilityofvitamin 是指人体摄入的维生素经肠道吸收并在体内被利用的程度 包含两方面含义即吸收与利用 因此 在评价维生素营养完全性时除考虑摄入的食品中维生素的含量和不同化学结构的鉴定外 更重要的应考虑摄入食品中维生素的生物可利用性 25 影响食品中维生素的生物可利用性的因素主要包括以下几方面 1 消费者本身的年龄 健康以及生理状况等 2 膳食的组成影响维生素在肠道内运输的时间 黏度 pH及乳化特性等 3 同一种维生素构型不同对其在体内的吸收速率 吸收程度 能否转变成活性形式以及生理作用的大小产生影响 4 维生素与其他的组分的反应如维生素与蛋白质 淀粉 膳食纤维 脂肪等发生反应均会影响到其在体内的吸收与利用 5 维生素的拮抗物也影响维生素的活性 从而降低维生素的生物可利用性 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 双香豆素具有与维生素K相似的结构 可占据维生素K代谢物的作用位点而降低维生素K的生物可利用性 6 食品加工和贮存也影响到维生素的生物可利用性 维生素的生物可利用性 26 Water SolubleVitamins 第三节水溶性维生素 一 抗坏血酸 VCAscorbicAcid 1 VC的结构 维生素C又名抗坏血酸 Ascorbicacid AA 是一个羟基羧酸的内酯 具烯二醇结构 图5 10 有较强的还原性 维生素C有四种异构体 D 抗坏血酸 D 异抗坏血酸 L 抗坏血酸和L 脱氢抗坏血酸 其中以L 抗坏血酸生物活性最高 27 Water SolubleVitamins 第三节水溶性维生素 一 抗坏血酸 VCAscorbicAcid 维生素C主要存在于水果和蔬菜中 猕猴桃 刺梨和番石榴中含量高 柑橘类 番茄 辣椒及某些浆果中也较丰富 动物性食品中只有牛奶和肝脏中含有少量维生素C 28 2 VC的性质 Water SolubleVitamins 第三节水溶性维生素 一 抗坏血酸 VCAscorbicAcid 高度的水溶性具有酸性和强的抗氧化作用抗氧化机理 提供氢质子使氧化物质还原 29 Water SolubleVitamins 第三节水溶性维生素 一 抗坏血酸 VCAscorbicAcid 3 影响VC降解的因素 O2浓度及催化剂 催化氧化时 降解速度正比与氧气的浓度 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 有催化剂时 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 糖 盐及其它溶液浓度高时可减少溶解氧 使氧化速度减慢 半胱氨酸 多酚 果胶等对其有保护作用 30 pH值 VC在酸性溶液 pH 4 中较稳定 在中性以上的溶液 pH 7 6 中极不稳定 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 Water SolubleVitamins 第三节水溶性维生素 一 抗坏血酸 VCAscorbicAcid 3 影响VC降解的因素 许多酶如多酚氧化酶 VC氧化酶 H2O2酶 细胞色素氧化酶等可加速VC的氧化降解 食品中的其它成分如花青素 黄烷醇 及多羟基酸如苹果酸 柠檬酸 聚磷酸等对VC有保护作用 亚硫酸盐对其也有保护作用 31 Water SolubleVitamins 第三节水溶性维生素 一 抗坏血酸 VCAscorbicAcid 4 VC功能 良好的还原剂 抗氧化剂 吸收金属离子抗癌 免疫功能有助于胶原质的合成 VC的缺乏 牙齿松动 牙龈出血 患坏血病 32 Fat SolubleVitamins 第四节脂溶性维生素 一 维生素A VA