食品化学与分析 第七章 维生素与矿物质

第七章维生素与矿物质第一节概述一、维生素的定义维生素是人类为维持正常的生理机能必需从食品中取得的微量有机物质。

从广义上说，凡是活细胞为维持正常的生理机能所必需的，需量极微的天然有机物均可包括在维生素这个概念中。

目前，据不完全统计约有30多种维生素，其中10多种对人体健康和发育的关系较大，在食物中缺乏重要的维生素，都会发生特有的缺乏症状，严重不足时能够威胁生命。

维生素的种类很多，但它们有一些共同的特性：①是维持人体健康和生长发育所需要的一类低分子的有机化合物；②是与疾病有关的物质，缺乏时会出现相应的症状；③大多数在体内不能合成，必须从食品中摄取；④参与机体的代谢作用，但不提供能量。

二、维生素的分类和命名一般是根据溶解性质分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。

（P92表）。

命名采用A，B，C，D，E，…等字母，或按它们的生理功能取名，如抗佝偻病维生素等，有的则赋予化学名称，例如硫胺素、烟酸、泛酸等。

同一类维生素，不同种类的用B1、B2等表示，其中易缺乏的是A，D，B1，B2，B5及C。

维生素的功能有：辅酶或辅酶前体:如烟酸,叶酸、抗氧化剂:V E,V C、遗传调节因子:V A,V D、某些特殊功能:V A-视觉功能、V C-血管脆性三、维生素的摄入量1、维生素缺乏:许多因素可致人体维生素不足或缺乏，常见的原因为：（1）膳食中供给不足:膳食维生素含量取决于食物中原有的含量以及收获、加工、烹调与储藏时丢失或破坏的程度，特别是植物的种属（品种）、成熟程度、转运和储存环境条件、烹调加工中温度与时间、接触氧与紫外线程度、烹调用水量以及酸碱度等因素。

（2）人体吸收利用降低：当消化系统吸收功能障碍如长时间腹泻、胃酸分泌减少或膳食成分改变时（如膳食中脂肪含量低影响脂溶性维生素的吸收）可致吸收降低。

（3）维生素需要相对升高:妊娠与哺乳期的妇女、生长发育期的儿童及特殊环境条件、某些疾病（长期高热、慢性消耗性疾病等），均可使需要量相对增高。

2、维生素射入过多一般说，水溶性维生素在体内有少量贮存，且易排出体外，中毒的可能性不大。

但超过非生理剂量时有不良作用，常发生维生素的不正常代谢，或干扰其他营养素的代谢。

因此，必需注意某些维生素丰富食物的过量摄入，也需要更多注意强化食物以及维生素制剂的大量使用。

四矿物质概述1、概念：存在于食品内的各种元素中，除去以有机化合物的形式出现的碳、氢、氧、氮4种主要元素外，其余各种元素不论含量多少，都称为矿物质。

食物中的矿物质含量通常以灰分的多少来衡量。

2、重要意义：人体所需的矿物质，主要来源于作为食物的动植物组织、饮用水和食盐。

人体不可能合成，必须从食品与环境摄入。

人体内正常的矿质元素分布是维持人体健康必不可少的条件，健康的身体要求每种矿物质都有一个最佳的浓度范围，不足或超量都可能对健康产生不利的影响，因此矿物质在营养学上具有重要意义。

3、生理功能：矿物质的生理功能有：①构成机体组织的重要材料，如钙、磷、镁是骨骼和牙齿的重要成分，磷、硫是构成机体内某种蛋白质的成分。

②维持组织细胞的渗透压，如钠、钾等与蛋白质共同维持各种组织的渗透压，在体液移动和储留过程中起着重要作用。

③维持机体的酸碱平衡，硫、磷、氯等酸性离子与钙、镁、钾、钠等碱性离子的适当配合，以及蛋白质的缓冲作用，调节体内酸碱平衡。

④维持神经和肌肉的兴奋性与细胞膜的通透性，各种无机离子，特别是保持一定比例的钾、钠、钙、镁离子的适当配合，是维持神经、肌肉具有一定兴奋性和细胞具有一定通透性的必要条件。

⑤构成体内生理活性物质，如血红蛋白和细胞色素系统中的铁、甲状腺素中的碘、赖氨酰氧化酶中的铜以及谷胱甘肽过氧物酶中的硒等。

⑥构成酶系统的活化剂，如氯离子对唾液淀粉酶、盐酸对胃蛋白酶具有激活作用，并有许多含金属的酶类。

由于一些矿物质能催化很多非酶反应，激活、抑制酶促反应，因而它们在食品加工中的重要性不容忽视。

4、存在状态：矿物元素可以呈无机金属态或有机金属盐态，或者与有机物质结合，如磷蛋白质中的磷和酶抑制剂中的其他金属。

食物中，尤其是单价的元素，一般以可溶性状态存在，而且大多数为游离态，如阳离子的K+、Na+和阴离子的Cl-和SO42-。

有一些多价离子常处于一种游离的、溶解于非离子化的胶态形式的平衡状态之中，如肉和牛乳中就存在这种平衡。

金属元素还常以一种螯合状态存在于食品中。

常见的配位原子是O、S、P、N等原子，与金属离子形成的螯合物很多具有重要的生理功能。

如Fe 2+为中心离子的血红素、以Cu 2+为中心离子的细胞色素、叶绿素中Mg 2+以及维生素B 12中的Co 2+及葡萄糖耐量因子中的Cr 3+。

第二节 脂溶性维生素维生素A 、维生素D 、维生素E 、维生素K 均不溶于水，而能溶于脂肪及有机溶剂中，称为脂溶性维生素。

在食品中它们常和脂类同时存在，因此它们在肠道被吸收时也与脂类的吸收密切相关。

当脂类吸收不良时，脂溶性维生素的吸收大为减少，甚至会引起缺乏症。

吸收后的脂溶性维生素可以在体内（肝脏内）贮存。

一、维生素A1、维生素Ａ的结构：维生素Ａ是一类具有生物活性的不饱和一元醇，包括视黄醇、视黄醛、视黄醇酯等。

维生素Ａ的结构见下图。

视黄醇的结构 视黄醇及其衍生物的结构 视黄醇及其衍生物的结构 类胡萝卜素是植物中的天然色素，在体内可经过代谢转化为维生素Ａ，故也称之为维生素Ａ原。

能够转化为维生素Ａ的类胡萝卜素包括α-类胡萝卜素、β-类胡萝卜素、γ-类胡萝卜素等，其代表物质为β-类胡萝卜素。

视黄醇是胡萝卜素在动物的肝及肠壁中的转化物，而胡萝卜素是存在于植物中的一种多烯色素，有多种异构体及衍生物，其中以β-胡萝卜素的生物效价最高。

通常所说的维生素A 1就是视黄醇。

由于视黄醇结构有共轭双键，属于异戊二烯类，所以它可以有多种顺、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A 2，主要存在于淡水鱼的肝脏中，其生物效价为维生素A 1的40%。

2、维生素A 的性质：维生素A 是淡黄色的结晶体，天然存在于动物中的维生素A 及维生素A 原及胡萝卜素在一般情况下对热、烫、高温杀菌、碱性、冷冻等处理相当稳定。

在空气中和光照条件下，维生素A 会被氧化而失去效力。

在酸性条件下不稳定。

总之，维生素A 及维生素Ａ原的稳定性和相应的性质：无O 2，120℃，保持12h 仍很稳定；在有O 2时，加热4h 即失活；V A 紫外线，金属离子，O 2均会加速其氧化；脂肪氧化酶可导致分解；与V E ，磷脂共存较稳定；对碱稳定。

维生素Ｄ的结构 ３、来源：视黄醇广泛存在于高等动物、海产鱼类体、牛奶、奶油中，尤以肝、眼球及蛋黄中最多，胡萝卜素广泛存在于绿叶蔬菜、胡萝卜、棕榈油等植物性食物中。

４、功能与缺乏症：缺乏V A 会导致夜盲、干眼、表皮细胞角质化、失明等。

二、维生素D １、维生素Ｄ的结构：维生素Ｄ是类固醇的衍生物，具有抗佝偻病的作用，又称为抗佝偻病维生素。

化学结构见上图。

维生素Ｄ最早从鱼肝油中发现，广泛存在于动物体内。

主要包括维生素Ｄ２和维生素Ｄ３两种。

在植物食品、酵母等中所含的麦角固醇，经紫外线照射后可转化为维生素D 2，即麦角钙化醇。

人和动物皮肤中所含有的７-脱氧胆固醇，经紫外线照射后可转化为维生素D 3，即胆钙化醇。

2、维生素D的性质：维生素D2和维生素D3均为白色晶体，在食品中主要因光照和氧化而被破坏，在避光和无氧的条件下损失不大。

在中性或碱性溶液中能耐高温和耐氧化，在酸性溶液中则会逐渐分解，所以油脂氧化酸败可使维生素D受到破坏，而在一般的食品加工和储藏中损失较少。

3、维生素D的营养功能和缺乏症：维生素D和动物骨骼的钙化有联系，能促进钙、磷在肠道内的吸收，调节钙的代谢，促进骨骼和牙齿的形成。

缺乏时，儿童将引起佝偻病，成人则会引起骨质疏松症。

维生素D过多亦不宜，会引起体内磷、钙的沉积，造成血管硬化和肾结石。

4、维生素D的来源：维生素D通常在食品原料中与维生素A共存，在鱼、蛋黄、奶油中含量丰富，尤其是在鱼肝油中含量最为丰富。

三、维生素E1、维生素E的结构维生素E又称为生育酚，在化学结构上是6-羟基苯并二氢吡喃的衍生物，具有生物活性的生育酚的种类很多，已知自然界共有8种化合物，它们的差异在于环状结构上的甲基数目和位置不同。

包括α-，β-，γ-，δ-几种异构体，其中以α-生育酚的生物活性最大。

结构见下图。

维生素E的结构2、维生素E的性质：生育酚是淡黄色的油状物（液体），无臭、无味。

不溶于水，易溶于脂肪与脂性溶剂。

对热和酸比较稳定，虽加热至200℃也不失去效力，但在碱性下，对加热和UV光照的抗性较弱。

它易被氧化，在油脂中起抗氧剂作用。

3、维生素E的营养功能和缺乏症：维生素E是一种有效的生物抗氧化剂，能够阻止不饱和脂肪酸的氧化。

同时还具有抗不育症，防止肌肉萎缩、肌肉营养障碍等功能。

缺乏维生素E，将不能生育，还会引起肌肉萎缩，肾脏损伤等。

近年来的研究发现维生素E还具有抗衰老、防治肿瘤等作用。

4、维生素E的来源：维生素E广泛地存在于植物油及各种油料种子中，麦胚油、棉籽油、玉米油、花生油及芝麻油是维生素E的良好来源。

莴苣叶和柑橘皮中也富含维生素E。

动物性食物中含量较丰富的是蛋和肝。

四、维生素K1、维生素K的结构：维生素K广泛存在于自然界中，是一类2-甲基-1,4-萘醌的衍生物，这些衍生物的区别在于C3上的取代基不同。

较常见的天然维生素K有维生素K1和维生素K2。

结构见下图。

现在可以合成出与维生素K结构形同的物质来满足人类在医疗上不断增长的需要，包括维生素K3、K4、K5等多种物质。

维生素K的结构维生素K的结构维生素K的结构2、维生素K的性质：维生素K为黄色油状物，溶于油脂及脂溶剂，不溶于水。

对热、酸较稳定，对碱不稳定。

对光较敏感，遇光很快被破坏，所以需要避光保存。

在空气中被氧缓慢地氧化而分解，在正常的食品加工过程中，维生素K的损失很少。

3、维生素K的营养功能和缺乏症：维生素K主要有助于某些血浆凝血因子的产生，即参与凝血作用，又称为凝血维生素。

缺乏维生素K会导致人体的凝血功能障碍。

由于人体肠道内的细菌可以合成维生素K，所以一般条件下人类很少有缺乏维生素K的现象。

4、维生素K的来源：维生素K最好的来源是绿色蔬菜，如菠菜、菜花、洋白菜等，猪肝和鱼肉等食品中的含量也比较丰富。

第三节水溶性维生素水溶性维生素包括B族维生素和C族维生素，它们彼此在化学结构及生理功能方面并无相互联系，但它们的分布和溶解性大致相同，提取时不易分离，所以把它们归在一起。

总之，水溶性维生素具有：能溶于水，不溶于脂肪和有机溶剂；是辅酶的组成部分；易吸收，在体内贮存少的特点。

一、B族维生素1、维生素B1（硫胺素）（1）维生素B1的结构：又称为抗脚气病维生素，抗神经炎维生素，因其分子结构含有硫及氨基，还称为硫胺素。