食品化学 Chapter 6 Vitamin and Minerals 维生素与矿物质

本章要点 常见维生素的理化性质、稳定性，在食品加工、贮藏中所发生的变化对食品品质的影响 矿物质在食品中的存在形式，及其在食品加工和贮藏过程中发生的变化对人体生物利用率的影响

Contents 6.1 vitamin 6.1.1 Introduction 6.1.2 The Fat Soluble Vitamins 6.1.3 The Water-soluble vitamin 6.1.4 Variation of Vitamin in food processing and storage 6.2 minerals 6.2.1 Introduction of minerals 6.2.2 Variation of Vitamin in food processing and storage

6.1.1 概述 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。 维生素中有一部分可以通过化学反应人工合成，还有部分人工合成比较困难，此外一些有机化合物在人体内可以通过一定途径转活方式转化为某种维生素。 目前对各种维生素最常用的是他们的俗名，例如：视黄醇、抗坏血酸、生物素等

6.1.1 概述 Introduction 脂溶性： 维生素A、维生素D、维生素E等 维生素 水溶性： 维生素B族和维生素C

6.1.1 概述 Introduction 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-血管弹性

6.1.2 脂溶性维生素 （The Fat Soluble Vitamins） A, D, E, and K

1. 维生素A Vitamin A （1）Stucture

(2)稳定性 （ Stability） 无O2，120℃，保持12h仍很稳定 有O2时，加热4h即失活 紫外线，金属离子，O2均会加速其氧化 氧化酶可导致分解 对碱稳定

Stability 维生素A对氧、氧化剂、脂肪氧化酶等因素较敏感，光照可以加速它的氧化。 在加热、碱性条件和弱酸性条件下较稳定，但在无机酸条件下不稳定

(3)功能（Roles of Functions） 维生素A一般是由天然物中分离而得。维 生素A具有促进生长发育与繁殖，延长寿命， 维持人的视力正常，维护上皮组织结构的完整 和健全等生理功能。 Vision Protein synthesis Epithelial cells, mucous membranes Reproduction and growth

(4)VA缺乏症（Deficiency of Vitamin） Infectious Diseases Night Blindness Rough, bumpy, dry skin

(6)食物来源（Food Sources of Vitamin A） Food Colors Carotenoids Chlorophyll

2.维生素D（Vitamin D） （1）Stucture

2.维生素D（Vitamin D） （2）Stability 对热，碱较稳定，但光照和氧气存在下会迅速破坏。 （3）Roles Maintain blood concentration of calcium Bone growth and remodeling Acts of bone, kidney, and small intestine to impact blood calcium levels.

（4）VD缺乏症 Rickets Osteomalacia

（5）食物来源 （Recommendations and Sources） Foods Fortified Milk Fish Oils Sunlight

3.维生素E（Vitamin E） （1）Structure

（2）稳定性（Stability） ①VE极易受分子氧和自由基氧化，因此可以充当抗氧化剂和自由基清除剂 ②VE对氧、氧化剂、强碱均不稳定 ③在食品的加工，包装，贮藏过程中， VE会大量损失。 （机械作用损失，氧化作用损失）

（3）VE的功能（Function of Vitamin E） Powerful antioxidant Body’s primary defense against free radicals May prevent LDL oxidation and slow development of heart disease. Prevent aging, or improve Parkinson’s disease progression

4）VE 缺乏症（Vitamin E Deficiency） Erythrocyte Hemolysis Premature infants, cures hemolytic anemia Prolonged deficiency = neuromuscular dysfunction NOT a cure of Muscular Dystrophy Inconsistantresults Fibrocystic breast disease Intermittent claudication

4. 维生素K 维生素Ｋ分为二大类，一类是脂溶性维生素，即从绿色植物中提取的维生素Ｋ1和从微生物中提取的维生素Ｋ2。另一类是水溶性的维生素，由人工合成即维生素K3最重要的是维生素Ｋ1和Ｋ2。

维生素Ｋ主要生理功能 维生素Ｋ控制血液凝结。维生素Ｋ是四种凝血蛋白（凝血酶原、转变加速因子、抗血友病因子和司徒因子）在肝内合成必不可少的物质。　

　 缺乏维生素Ｋ会延迟血液凝固；引起新生儿出血病。

6.1.3 水溶性维生素 The Water-soluble vitamin

Overview of Water-Soluble Vitamins Dissolve in water Generally readily excreted Subject to cooking losses Function as a coenzyme Participate in energy metabolism 50-90% of B vitamins are absorbed Marginal deficiency more common

1. 维生素VC (Ascorbic Acid) （1）Structure

（2）降解模式（Mode of Degradation）

（3）影响VC降解的因素 ①O2浓度及催化剂 ⅰ催化氧化时,降解速度正比与氧气的浓度 ⅱ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. ⅲ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.

②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. ③pH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. ④温度及AW:结晶VC在100℃不降解，而VC水溶液易氧化，随T↑，Vc降解↑；AW↑，Vc降解↑。

⑤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。

（4）VC的功能（Functions of Vitamin C） Reducing agent (antioxidant) Iron absorption Immune functions Cancer prevention? Collagen synthesis

Collagen Synthesis

(5)缺乏症（Deficiency of Vitamin C） Scurvy– Deficient for 20-40 days –Fatigue, pinpoint hemorrhages –Bleeding gums and joints. Hemorrhages –Associated with poverty􀂾 Who is at risk? –Infants, elderly men –Alcoholics, smokers

(6)食物来源（Food Sources of Vitamin C） Citrus fruits Potatoes Green peppers Cauliflower Strawberries Romaine lettuce Spinach Easily lost through cooking Sensitive to heat Sensitive to iron, copper, oxygen

2.维生素VB1 thiamin •Contains sulfur and nitrogen group •Destroyed by alkaline and heat •Coenzyme: Thiamin pyrophosphate (TPP)

（1）稳定性和特性 Stability and Properties ①具有酸-碱性质 ②对热非常敏感,在碱性介质中加热易分解. ③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. ④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. ⑤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

（2）降解性 Degradation 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:

4）VB1缺乏症 维生素B1在机体内参加糖的代谢，它对维持正常的神经传导，以及心脏、消化系统的正常活动具有重要的作用。

（5）食物来源 Food Sources of Thiamin Wide variety of food White bread, pork, hot dogs, luncheon meat, cold cereal Enriched grains/ whole grains Thiaminasefound in raw fish

（6）易缺人群 Who is at Risk For Deficiency? Poor Alcoholics Elderly Diet consisting of highly processed foods

3.维生素VB2 Riboflavin

（1）VB2的特性（Properties of VB2） ①对热稳定，对酸和中性pH也稳定,在120 ℃加热6h仅少量破坏。 ②在碱性条件下迅速分解。 ③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）缺乏症（Deficiency of Riboflavin） Ariboflavinosis Glossitis, cheilosis, seborrheicdermatitis, stomatitis, eye disorder, throat disorder, nervous system disorder Occurs within 2 months Usually in combination with other deficiencies

GlossitisVB2缺乏症- “花舌头”或“地图舌”

（3）易缺人群 （Who is at Risk For Deficiency?） Rare Low milk/dairy intake Alcoholics Long term phenobarbitaluse

（4）食物来源（Food Sources of Riboflavin） Milk/products Enriched grains Liver Oyster Brewer’s yeast Sensitive to uvradiation (sunlight) Stored in paper, opaque plastic containers

Variation of Vitin food processing and storage 6.1.4 维生素在加工和贮藏中的变化 Variation of Vitin food processing and storage

原料对食品加工中维生素含量的影响 植物在不同采收期维生素含量不同 采收和屠在后，内源性酶会分解维生素。 2. 加工前处理对食品中维生素含量的影响 浸提，切碎，研磨等均会造成维生素的损失。

小麦出粉率与面粉中维生素保留比例之间的关系

3. 热烫和热加工造成维生素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

4. 产品贮藏中维生素的损失 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↑.

5. 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。

Introduction of minerals 6.2 矿物质概述 Introduction of minerals

6.2.1 矿物质概述 Definition： elements other than C,H,O and N that are present in foods Function: 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。 酶的活化剂。 对食品的感官质量有重要作用

Classification: Major: Ca,Mg,P,K,Na,Cl,et al. Essential trace: Fe,Cu,Zn,I,et al. Harmful: Pb,Cd,Hg,et al.

Factors that influence Mineral Bioavailability Chemical form and soluble：e.g Fe3+难溶，不利吸收，而Fe2+易于吸收。 Mineral-mineral interaction： 如铁过多会抑制Zn，Mn的吸收 Redox activity of food compents： 如VC有利于Fe的吸收，VD，Pr促进Ca的吸收。

Variation of Mineral in food processing 6.2.2 矿物质在食品加工和贮藏中的变化 Variation of Mineral in food processing and storage

1. 一般加工对其含量的影响矿物质在接工中不会因为光热，氧等因素而分解，但加工会改变其生物利用性。如，精制，烹调，溶水等会使其含量下降。 2. 加工时因容器带入会使其含量增加如铁锅炒菜等。 3. 加工后生物有效性提高如面粉发酵后生物有效性提高30-35%。

几个概念(several definition) 复原(Restotation)： 添加营养素使其恢复到原有的组成。 强化(Fortification)： 添加一种或多种营养素，使其成为一种优良的营养素来源。 增补(Enrichment)： 指选择性地添加某种适量营养素，以达到规定的标准量。

Acid Food：含有阴离子酸根的非金属元素较多的食品，在体内代谢后的产物大多呈酸呈酸性，故在生理上称为～，如肉鱼，蛋，米等。 Alkaline Food：含有阳离子金属元素较多的食品在生理上称为 ～，如果蔬豆等。

利用矿物质改变食品的性状 在炼乳中加Na2HPO4来保持盐平衡。 Ca可提高腌渍黄瓜的脆性。 磷酸盐可稳定果蔬色泽，使啤酒不混浊。 在肉制品中加入三聚磷酸盐，焦磷酸盐增加肉的持水性，防止脂肪酸败。 原因：①调节pH，使之远离肉的等电点，增加持水力。

②肉Pr中Mg2+，Ca2+被Na+，H+置换出来，使-COOH游离出来，利于吸水。 ③破坏盐桥或增大电荷斥力，使结构膨胀，增加持水力。 ④增加离子强度，使肌球白溶解度增加而使肉持水力增大。