维生素与矿物质

1、第7章 维生素与矿物质7.1 引言7.2 维生素与矿物质推荐允许摄入量与食品中营养素的添加7.3 食品中维生素损失的常见原因7.4 维生素的生物利用率7.5 水溶性维生素7.6 油溶性维生素7.7 类似维生素的物质7.8 矿物质7.1 引言一、定义维生素是机体必需的多种生物小分子营养物质。1894年荷兰人Ejkman用白米养鸡观察到脚气病现象，后来波兰人Funk从米糠中发现含氮化合物对此病颇有疗效，命名为Vitamine，意为生命必须的胺。后来发现并非所有维生素都是胺，所以去掉词尾的e，成为Vitamin。 二、维生素的特点1.是一些结构各异的生物小分子；2.需要量很少；3.体内不能合成或合成

2、量不足，必需直接或间接从食物中摄取；4.主要功能是参与活性物质（酶或激素）的合成，没有供能和结构作用。 水溶性维生素常作为辅酶前体，起载体作用，脂溶性维生素参与一些活性分子的构成，如VA构成视紫红质，VD构成调节钙磷代谢的激素。三、维生素的功能 辅酶或辅酶前体:如烟酸,叶酸等维生素 抗氧化剂:VE,VC的功能 遗传调节因子:VA,VD 某些特殊功能:VA-视觉功能、VC-血 管脆性 VB1,VB2,VPP B族 VB5,VB6,VH water-soluble Vit VB11,VB12Vit VC VA fat-souble Vit VD VE VK四、维生素的分类五、命名 维生素虽然是小分

3、子，但结构较复杂，一般不用化学系统命名。早期按发现顺序及来源用字母和数字命名，如维生素A、维生素B2等。同时还根据其功能命名为“抗维生素”，如抗干眼病维生素(VA)、抗佝偻病维生素(VD)等。后来又根据其结构及功能命名，如视黄醇(VA1)、胆钙化醇(VD3)等。六、人体获取维生素的途径1.主要由食物直接提供维生素在动植物组织中广泛存在，绝大多数维生素直接来源于食物。少量来自以下途径：a.由肠道菌合成: 人体肠道菌能合成某些维生素，如VK、VB12、吡哆醛、泛酸、生物素和叶酸等，可补充机体不足。长期服用抗菌药物，使肠道菌受到抑制，可引起VK等缺乏。 b.维生素原在体内转变: 能在体内直接转变成维

4、生素的物质称为维生素原。植物食品不含维生素A，但含类胡萝卜素，可在小肠壁和肝脏氧化转变成维生素A。所以类胡萝卜素被称为维生素A原。c.体内部分合成: 储存在皮下的7-脱氢胆固醇经紫外线照射，可转变成VD3。因此矿工要补照紫外线。人体还可利用色氨酸合成尼克酰胺，所以长期以玉米为主食的人由于色氨酸不足，容易发生糙皮病等尼克酰胺缺乏症。七、有关疾病 机体对维生素的需要量极少，一般日需要量以毫克或微克计。维生素缺乏会引起代谢障碍，出现维生素缺乏症。过多也会干扰正常代谢，引起维生素过多症。因水溶性维生素容易排出，所以维生素过多症只见于脂溶性维生素，如长期摄入过量维生素A、D会中毒。7.2 维生素与矿物质

5、推荐允许摄入量与食品中营养素的添加许多国家都已在食品中添加维生素和某些微量元素，以改进食品的营养质量和增进人民健康。与添加营养元素有关的术语： 1）补充（Restoration）：加入关键营养元素使其恢复到加工之前的水平。2）强化（Fortification）：加入一定量的各种元素，使食品成为添加营养元素的良好来源，包括加入原先在食品中存在的营养元素或加入营养元素，超过加工前已有的水平。3）添加（Enrichment）：根据美国FDA规定的标准加入一定量的特定营养元。4）营养化（Nutrification）：在食品中添加营养元的总称。推荐每日膳食允许摄入量标准（Recommended Diet

6、ery Allowance, RDA）：定义了能满足所有健康者营养需要的必需营养素的量。RDI：每日参考摄入量。7.3 食品中维生素损失的常见原因一、维生素含量的内在变化植物在不同采收期维生素含量不同，生长地、气候等农业环境条件也影响维生素含量。动物制品中维生素含量与物种和动物的食物结构有关。二、收获后食品中维生素含量的变化 原料中留存的酶导致产后维生素含量的变化。细胞受损后释放出来的酶改变维生素活性和不同构型之间的，进而影响其生物利用率。三、预加工 果蔬的去皮、修整，流水槽输送、清洗、在盐水中烧煮，磨粉时去除麸皮和胚芽等。小麦出粉率与面粉中维生素保留比例之间的关系 四、热烫和热加工造成维生素

7、损失 温度越高，损失越大；加热时间越长，损失越多；加热方式不同，损失不同；脱水干燥方式对其保存率也有较大影响。豌豆加工中抗坏血酸的保存率五、后续加工中维生素的损失水分活度，包装材料及贮藏条件对维生素的保存率都有重要影响。在相当于单分子层水的AW下,Vit很稳定,而在多分子层水范围内,随AW,Vit降解速度 六、加工中化学添加物和食品成分的影响氯气，次氯酸离子，二氧化氯等具有强反应性，可以维生素发生亲核取代，双键加成和氧化反应。二氧化硫和亚硫酸盐有利于VC的保存，但会与硫胺素和比多醛反应。亚硝酸盐可造成VB1的破坏。一般而言，氧化性物质会加速VC，胡萝卜素，叶酸等的氧化，而还原性物质会保护这些维

8、生素，有机酸有利于VC和VB1的保存率，碱性物质则会降低VC，VB1，泛酸等的保存率。7.4 维生素的生物利用率维生素的生物利用率（Bioavailability of Vitamins）：摄入的维生素经肠部吸收和在体内起的代谢功能和利用程度。包括吸收和利用两个方面。影响因素：1）膳食的组成；2）维生素的构型；3）维生素与食物中其它成分的反应。7.5 水溶性维生素 一、 Vit- VB1 Contains sulfur and nitrogen groupDestroyed by alkaline and heatCoenzyme: Thiamin pyrophosphate (TPP) 具有

9、酸-碱性质 对热非常敏感,在碱性介质中加热易分解. 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. 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0.50.65范围降解最快.1 性质及稳定性如VBl在亚硫酸盐破坏和在碱性条件下所发生的降解反应是相似的，两种反应均产生5羟乙基4甲基噻唑和一个相应的取代嘧啶。和亚硫酸盐作用时，后一个化合物为甲基5磺甲基嘧啶，而与碱作用时则为羟甲基嘧啶。噻唑环可进一步开环生成硫、硫化氢、呋喃、噻吩和二氢噻吩，这便是烹调食品中的“肉“香味。所以在含硫胺素多的食品中最好不用二氧化硫添加剂。但当酪蛋白和可溶

10、性淀粉存在时，二氧化硫对硫胺素的破坏作用要减低些，这可能是这些保护剂生成的不相关的连接反应产生了保护效果，如使SH氧化，或由于蛋白质对亚硫酸盐的竞争性氧化等。 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两环间亚甲基易与强亲核试剂反应。与亚硝酸盐反应,使VB1失活。在碱性条件下易降解,其降解机制为:2 降解 3 硫胺素辅酶硫胺素与ATP反应，生成其活性形式：硫胺素焦磷酸(TPP)，即脱羧辅酶。其分子中氮和硫之间的碳原子性质活泼，易脱氢。生成的负碳离子有亲核催化作用。羧化辅酶作为酰基载体，是酮酸脱羧酶的辅基，也是转酮醇酶的辅基，在糖代

11、谢中起重要作用。 4 VB1 的缺乏当精制的米饭是唯一的食物时干性脚气病神经退化 , 易怒,神经传输的失调湿性脚气病水肿,扩大心，心脏麻痹5 硫胺素的食物来源食物的广泛多样性硫胺素在糙米、油菜、猪肝、鱼、瘦肉中含量丰富。但生鱼中含有破坏VB1的酶，咖啡、可可、茶等饮料也含有破坏VB1的因子。6 哪些人群容易缺乏VB1？贫穷的人饮酒过多的人老年人饮食由高度的加工食品所组成的人 1 结构二 、Vit-VB2 对热稳定,对酸和中性pH也稳定,在120加热6h仅少量破坏。 在碱性条件下迅速分解。 在光照下转变为光黄素和光色素,并产生自由基,破坏其它营养成分产生异味,如牛奶的日光臭味即由此产生。2 VB

12、2的性质3 核黄素的缺乏常出现口角炎。缺乏VB2还可引起唇炎、舌炎、贫血等。眼睛模糊，咽喉疼痛,神经系统混乱通常与其他B族维生素一起缺乏VB2缺乏症“花舌头”或地图舌4 哪些人群容易缺乏VB2？很少发生低牛奶/乳酪摄入者饮酒过多长期使用镇静安眠剂5 核黄素的食物来源牛奶/乳酪成熟了的谷粒肝脏牡蛎啤酒酵母也可由肠道细菌合成 6 富含VB2的食品 在食品中核黄素与磷酸和蛋白质结合而形成复合物，动物性食品一般含核黄素较高，尤其以肝、肾和心的含量最为丰富，奶类和蛋类中核黄素含量也较多，绿色蔬菜和豆类也含一定量的核黄素。三、泛酸(VB3)也叫遍多酸，广泛存在，极少缺乏。由一分子丙氨酸与一分子羧酸缩合而成

13、。泛酸可构成辅酶A，是酰基转移酶的辅酶。也可构成酰基载体蛋白(CAP)，是脂肪酸合成酶复合体的成分。四、尼克酰胺(VPP)尼克酰胺和尼克酸分别是吡啶酰胺和吡啶羧酸，都是抗糙皮病因子，又称VPP。其活性形式有两种，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)。在体内先合成去酰胺NAD，再接受谷氨酰胺提供的氨基成为NAD，再磷酸化则成为NADP。 NAD和NADP是脱氢辅酶，分别称为辅酶和辅酶。二者利用吡啶环的N1和N4可逆携带一个电子和一个氢原子，参与氧化还原反应。辅酶在分解代谢中广泛接受还原能力，最终传给呼吸链放出能量。辅酶则只从葡萄糖及葡萄糖酸的磷酸酯获得还原能力

14、，用于还原性合成及羟化反应。需要尼克酰胺的酶多达百余种。 人体能用色氨酸合成尼克酸，但合成率极低（60:1），而且需要VB1、VB2、VB6，所以仍需摄取。抗结核药异烟肼的结构与尼克酰胺类似，两者有拮抗作用，长期服用异烟肼时应注意补充尼克酰胺。花生、豆类、肉类和酵母中含量较高。尼克酸或烟酸肌醇有舒张血管的作用，可用于冠心病等，但可降低cAMP水平，使血糖及尿酸升高，有诱发糖尿病及痛风的风险。长期使用大量尼克酸可能损害肝脏。五、叶酸又称维生素M，由蝶酸与谷氨酸构成。活性形式是四氢叶酸(FH4)，即蝶呤环被部分还原。四氢叶酸是多种一碳单位的载体，分子中的N5,N10可单独结合甲基、甲酰基、亚氨甲基

15、，共同结合甲烯基和甲炔基。因此在嘌呤、嘧啶、胆碱和某些氨基酸（Met、Gly、Ser）的合成中起重要作用。缺乏叶酸则核酸合成障碍，快速分裂的细胞易受影响，可导致巨红细胞贫血（巨大而极易破碎）。 叶酸容易缺乏，特别是孕妇。叶酸分布广泛，肉类中含量丰富。苯巴比妥及口服避孕药等药物干扰叶酸吸收与代谢。六、钴胺素(VB12)是一个抗恶性贫血的维生素，存在于肝脏。分子中含钴和咕啉。咕啉类似卟啉，第六个配位可结合其他集团，产生各种钴胺素，包括与氢结合的氢钴胺素、与甲基结合的甲基钴胺素、与5-脱氧腺苷结合的辅酶B12等。 一些依赖辅酶B12的酶类催化1,2迁移分子重排反应，即相邻碳原子上氢原子与某一基团的易

16、位反应。例如在丙酸代谢中，催化甲基丙二酰辅酶A转变为琥珀酰辅酶A的变位酶就以辅酶B12为辅助因子。 甲基钴胺素可作为甲基载体，接受甲基四氢叶酸提供的甲基，用于合成甲硫氨酸。甲硫氨酸可作为通用甲基供体，参与多种分子的甲基化反应。因为甲基四氢叶酸只能通过这个反应放出甲基，所以缺乏钴胺素时叶酸代谢障碍，积累甲基四氢叶酸。缺乏钴胺素可导致巨红细胞贫血。胃粘膜能分泌一种粘蛋白，可与VB12结合，促进吸收，称为内因子。缺乏内因子时易被肠内细菌及寄生虫夺去，造成缺乏。素食者也易缺乏。1 结构 七、VC开链形式CCCCCCOOOOOCH 2 OHHOCHHCHCHOHO CH 2OHHOCHO+2H-2HL-

17、抗坏血酸脱氢抗坏血酸 2 异构体异构体有D抗坏血酸、L异抗坏血酸，L抗坏血酸的生物活性最高。VC的C2、C3位上的羟基的H能以原子形式释放，成为脱氢抗坏血酸，还原型和氧化型都具有生物活性。L-异抗坏血酸与L-抗坏血酸的差别在于C5上羟基所处的位置，它们是C5位的光学异构体。D-抗坏血酸是L-抗坏血酸在C4位的光学异构体。3 存在与性质抗坏血酸在食品中主要以还原性L-抗坏血酸形式存在。食品中L-脱氢抗坏血酸的天然浓度远远低于L-抗坏血酸。食品中抗坏血酸的实际浓度取决于抗坏血酸的氧化速率和脱氢抗坏血酸水解成2，3二酮古洛糖酸的速率。在某些动物组织中有脱氢抗坏血酸还原酶和抗坏血酸自由基还原酶，使抗坏

18、血酸反复循环作用。抗坏血酸的氧化反应既可以通过二步单电子转移，也可以通过一步双电子反应而实现。 Mode of Degradation 4 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. pH值:VC在酸性溶液(pH4)中较稳定,在中性以上的溶液(pH7.6)中极不稳定. 温度及AW:结晶VC在100不降解，而V

19、C水溶液易氧化，随T，V降解； AW， V降解。水分活度与抗坏血酸破坏速率的关系，O橙汁晶体；蔗糖溶液；玉米，大豆乳混合物； 面粉 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。5 维生素C的功能抗氧化解毒作用促进胆固醇转化为胆汁酸，使胆固醇降低提高免疫功能促进胶原蛋白抗体的形成，有抗癌作用。6 VC的生理功能a.促进细胞间质的合成，防止出血b.参与体内的氧化还原反应（保护SH等）c.参与体内一些代谢反应（叶酸FH4 ）d.解毒作用（Pb2+、

20、As3+ 、苯及细菌毒素等） 维生素C是一种广谱性的抗氧化营养素，它的存在可以保护维生素A、E及其他多种天然抗氧化剂免遭氧化破坏。 维生素C在一定的生理范围内可以有效猝灭活性氧自由基，从而阻止活性氧自由基对细胞和DNA的伤害。 e 抗氧化物 毛细血管脆弱，皮肤上出现小血斑 牙龈发炎出血，牙齿摇动 提示：过度使用维生素 C 补充物，会改变血液酸度，使尿酸沉积，造成痛风和肾结石。7 维生素C的缺乏8 哪些人群容易缺乏Vc？婴儿老年的男人饮酒过多者吸烟者9 维生素 C 的食物来源柑橘类水果青椒花椰菜绿花椰菜草莓莴苣菠菜在烹饪中容易损失对温度敏感对金属离子敏感（铁、铜）容易被氧化10富含VC的食品 维

21、生素C广泛存在于自然界中，主要是植物，如水果蔬菜中存在，柑桔类、绿色蔬菜、番茄，辣椒、马铃薯及桨果中含量较为丰富，而在刺梨、猕猴桃，蔷薇果和番石榴中含量最高。在水果的不同部位中其浓度差别也很大，例如：苹果皮中的浓度要比果肉中高23倍。这种维生素唯一的动物来源为牛乳和肝。7.6 脂溶性维生素 A ， D ， E 和 K一、维生素A 1 结构 全反视黄醛 11-顺视黄醛维生素A (视黄醇) 光敏感蛋白视紫红质视蛋白骨架视蛋白（暗）视蛋白（光）它是由20个碳构成的不饱和碳氢化合物其羟基可被脂肪酸酯化或生成醛或酸，也可以以游离醇的形式存在。通常所说的维生素A1就是视黄醇。由于视黄醇结构中有共轭双键，属

22、于异戊二烯类所以它可有多种顺、反立体异构体。食品中的视黄醇主要是全反式结构生物效价最高，脱氢视黄醇即维生素A2，存在于淡水鱼中。其生物效价为维生素A1的40，而1，3顺异构式即所谓的新维生素A它的生物效价为全反式的75。2 VA的单位和需要量维生素A的含量常常用国际单位(International Unit,IU)来表示，一个国际单位相当于0.344g结晶维生素A醋酸盐或0600g胡萝卜素(或12g其它的类胡萝卜素)。成人每天所需的维生素A为5000IU或1mg。青少年、孕妇或哺乳期妇女需要增加供应量。维生素A主要存在于动物中，而不存在于植物中。如维生素A、在动物和海鱼中存在，维生素A2在淡水

23、鱼中存在而不存在于陆地动物中。蔬菜中所含的胡萝卜素可经动物肠道吸收后而转化成维生素A1，故又称维生素A原。其中转化最有效的为胡萝卜素(图52，它能生成两个等量的维生素A。除鱼的鱼肝油中维生素A的含量比较丰富外，在鱼肉、牛肉、蛋黄、牛乳及乳制品中含量也较丰富，胡萝卜素则在蔬菜中含量较高。如胡萝卜、甘薯、番茄和花椰菜等。3 稳定性 无O2，120，保持12h仍很稳定 在有O2时，加热4h即失活 VA(原） 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 4 作用和功能维持正常的视觉功能促进上皮细胞和黏膜细胞的生长促进精液的生成使胎儿正常生长发育抗氧化，

24、防衰老4 维生素A毒性维生素A过量摄取会引起中毒，可引发骨痛、肝脾肿大、恶心腹泻及鳞状皮炎等症状。大量食用北极熊肝或比目鱼肝可引起中毒。5 维生素A的食物来源颜色鲜艳的蔬果动物肝脏和血液植物中的类胡萝卜素 二、维生素D1 结构2 稳定性对热，碱较稳定，但光照和氧气存在下会迅速破坏。维生素D主要包括维生素D2和D3，二者结构十分相似，D2 只比D3多一个甲基和一个双键。植物性食品、酵母等含有麦角固醇，经紫外线照射后转变成维生素D2，即麦角钙化醇(ergocalciferol)。人和动物皮肤中含有的7一脱氢胆固醇，经紫外线照射后可得维生素D3，即胆钙化醇 (cholecalciferol)。维生素D3广泛存在于动物性食品中，并在鱼肝油中含量较丰富，在鸡蛋、牛乳、黄油和干酪中含有少量的维生素D3。维生素D的活性单位也用国际单位(IU)表示，一个国际单位的维生素D相当于0.25g结晶的维生素D2或D3。也即1g的维生素D相当于40个国际单位。维生素D的强化，一般常用于黄油和牛乳等食品中。 维持钙的血集中，维生素D与动物骨骼钙化有关。 作用于肠粘膜细胞和骨细胞，与受体结合后启动钙结合蛋白的合成，从而促进小肠对钙磷的吸收和骨内钙磷的动员和沉积。3 作用4 维生素 D 的缺乏 食物中维生素D含量少，同时又缺乏紫外线照射的人易发生骨折。肝胆疾病、肾病、或某些药物