矿物质和水

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含钙丰富的食物 mg/100g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1:1～1.5之间比较好磷的NOAEL为1500mg/dUL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成人铁的UL为50mg/d含铁较高的食物 mg/100g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 μg/d不同人群碘的推荐摄入量(RNI) μg/d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含锌较高的食物 mg/100g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) μg/d成年人硒的UL为400μg/d。

含硒较高的食物μg/100g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/dUL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50μg/d，UL为500μg/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0.1μm 时，毛细管水实际上已经成为结合水，而当毛细管直径大于0.1μm 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。