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1、维生素与矿物质,化学系红河学院理学院,红河学院,Honghe University,平台选修课程：食品化学,Food Chemistry,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。如色氨酸可以转化为尼克酸、-胡萝卜素可以转化为维生素A。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 维生素概述,维生素,脂溶性：,水溶性：,维生素A、维生素D
2、、维生素E等,维生素B族和维生素C,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,维生素的功能,（The Fat Soluble Vitamins）A,D,E,and K,6.2 脂溶性维生素概述,由20个碳构成的不饱和碳氢化合物，可以以醇、酯、醛或酸的形式存在。,6.2.1 维生素A,1、结构,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,2、稳定性,维生素A破坏的途径,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
3、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,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。视觉 蛋白质合成 上皮细胞,黏液隔膜 再生和成长,3、功能,Infectious DiseasesNight BlindnessRough,dry skin,4、VA缺乏症（Deficiency of Vitamin）,有颜色的食物类胡萝卜素叶绿素肉类、肝脏,4、食物来源（Food Sources of Vitamin A）,D2只比D3多一个甲基和一个双键。,6.2.2 维生素D,1、结构,对热，碱较
4、稳定，但光照和氧气存在下会迅速破坏。维持血液中钙浓度 骨骼的发育及再生 通过骨骼、肾脏、小肠影响血液中钙离子水平,2、稳定性,3、作用,软骨病、佝偻病骨软化,4、VD缺乏症,FoodsFortified MilkFish OilsSunlight,5、来源,酵母、植物食品中的麦角固醇，紫外线照射后生成D2。人皮肤中的7脱氢胆固醇，紫外线照射后生成D3。,四种生育酚都具有相同的功能，但-生育酚的活性最大。,6.2.3 维生素E,1、结构,VE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,VE对氧、氧化剂、强碱均不稳定,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
5、，氧化作用损失）,2、稳定性,Powerful antioxidantBodys primary defense against free radicalsMay prevent LDL oxidation and slow development of heart disease.Prevent aging,or improve Parkinsons disease progression,3、VE的功能（Function of Vitamin E）,红细胞溶血婴儿早熟长时间缺乏引起肌肉神经功能紊乱肌肉营养失调难以治愈儿童患慢性胆汁淤积性肝胆管病或囊性纤维化脊髓小脑病,4、VE 缺乏症（Vi
6、tamin E Deficiency）,维生素分为二大类，一类是脂溶性维生素，即从绿色植物中提取的维生素1和从微生物中提取的维生素2。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1和2。,6.2.4 维生素K,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。维生素K还具有还原性，在食品体系中可以消灭自由基。维生素K还可减少腌肉中亚硝胺的生成。,4、VK 主要生理功能,The Water-soluble vitamin,6.3水溶性维生素概述,Dissolve
7、 in waterGenerally readily excretedSubject to cooking lossesFunction as a coenzymeParticipate in energy metabolism50-90%of B vitamins are absorbedMarginal deficiency more common,6.3.1 Overview of Water-Soluble Vitamins,L-抗坏血酸的生物活性最高。,6.3.2 维生素VC(Ascorbic Acid),O2浓度及催化剂催化氧化时，降解速度与氧气的浓度成正比。非催化氧化时，降解速度
8、与氧气的浓度无正比关系，当PO20.4atm，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。,1、影响VC降解的因素,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。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
9、，亚硫酸盐对其也有保护作用。,Reducing agent(antioxidant)Iron absorptionImmune functionsCancer prevention?Collagen（胶原质）synthesis,2、VC的功能（Functions of Vitamin C）,Scurvy坏血病Deficient for 20-40 days Fatigue,pinpoint hemorrhagesBleeding gums and joints.HemorrhagesWho is at risk?Infants,elderly men Alcoholics,smokers,3、
10、VC的缺乏症（Deficiency of Vitamin C）,Citrus fruitsPotatoesGreen peppersCauliflowerStrawberriesRomaine lettuceSpinach,Easily lost through cookingSensitive to heatSensitive to iron,copper,oxygen,4、VC的食物来源（Food Sources of Vitamin C）,Contains sulfur and nitrogen groupDestroyed by alkaline and heatCoenzyme:硫胺
11、素焦硫酸盐（Thiamin pyrophosphate(TPP)）,6.3.3 维生素VB1 thiamin,硫胺素是B族维生素中最不稳定的维生素，它的稳定性与pH值、温度、介质和其它反应物有关。在酸性条件下硫胺素是稳定的，所以pH值在3.5以下时，食物在120时硫胺素破坏很少。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为范围降解最快.,1、稳定性和特性 Stability and Properties,两环间亚甲基易与强亲核试剂反应，如硫酸盐、
12、OH-等很容易破坏硫胺素的结构。与亚硝酸盐反应,使VB1失活。加热、氧气、二氧化硫、水浸提、中性及碱性条件下硫胺素都会被破坏，但光、酸性条件不影响硫胺素。在碱性条件下易降解。,2、降解性 Degradation,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。缺乏维生素B1易患脚气病或多发性神经炎，产生肌肉无力、感觉障碍、神经痛、影响心肌和脑组织的结构和功能，并且还会引起消化不良、食欲不振、便秘等病症。,3、VB1缺乏症,Wide variety of foodWhite bread,pork,hot dogs,meat,cold cerea
13、lEnriched grains/whole grainsThiaminasefound（硫胺酶）in raw fish,4、VB1食物来源 Food Sources of Thiamin,Who is at Risk For Deficiency?PoorAlcoholicsElderlyDiet consisting of highly processed foods,5、易缺人群,6.3.3 维生素VB2 Riboflavin,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
14、日光臭味即由此产生。,1、VB2的特性（Properties of VB2）,Ariboflavinosis（核黄素缺乏症）Glossitis（舌炎）,stomatitis（口腔炎）,eye disorder（角膜炎）,nervous system disorderOccurs within 2 monthsUsually in combination with other deficiencies,2、VB2的缺乏症（Deficiency of Riboflavin）,GlossitisVB2缺乏症-“花舌头”或“地图舌”,（Who is at Risk For Deficiency?）Lo
15、w milk/dairy intakeAlcoholicsLong term phenobarbitaluse（安眠药）,3、易缺人群,Milk/productsEnriched grainsLiverOysterBrewers yeast特点Sensitive to uvradiation(sunlight)Stored in paper,opaque plastic containers,4、食物来源（Food Sources of Riboflavin）,包括吡哆醛、吡哆醇、吡哆胺3种化合物，主要在氨基酸代谢中起着辅酶的作用。维生素 B6广泛存在于许多食品中，一般不容易发生维生素 B6缺
16、乏症。加热、食品持续保存会造成维生素 B6损失。,1、尼克酸（维生素B5）,也称烟酸，尼克酰胺在糖酵解、脂肪合成和呼吸作用中起重要作用，也是赖皮病的防止因子。在动物内脏、花生、酵母及谷物中尼克酸的含量较高。是B族维生素中最稳定的。,2、维生素B6,叶酸：包括一系列化学结构相似、生理活性相同的化合物，它们的分子结构中包括3个部分，及喋呤、对氨基苯甲酸和谷氨酸部分。其在体内的活性形式是四氢叶酸。叶酸对于核苷酸、氨基酸的代谢具有重要的作用，缺乏叶酸会造成各种贫血病、口腔炎等症状的发生。叶酸在绿色蔬菜中含量最为丰富，在动物肝脏中也很丰富。,3、叶酸,4、维生素B12,维生素B12：结构最为复杂，且是唯
17、一含金属元素钴的维生素。维生素B12主要存在动物性食品中，在植物性食品中几乎不存在，所以只有素食者才会缺乏维生素B12。,除了以上维生素外，还有一些是人体生理机能维持中不可少的有机物，称之为生物营养强化剂，也称之为维生素类似物，如胆碱、肌醇、肉碱、黄酮、苦杏仁苷等。,5、泛酸,以辅酶A的形式在代谢中起重要作用。泛酸广泛存在于动植物食品中，所以很少有缺乏症产生。,6、生物素,生物素在脂肪合成中起着重要的作用，它广泛存在动植物食品中。人体生物素的供应只是部分依靠膳食，大部分是肠道合成。生物素可因食用生鸡蛋而失活，这是由一种抗生物素的糖蛋白所引起的。,成熟度：不同成熟期维生素含量不同（Vc-番茄，最
18、高含量在未成熟期）不同部位：一般根部果实茎叶 果实：从表层向核芯降低采后（宰后）：酶解,6.4 维生素在食品加工中的变化,1、食品本身的影响,前处理:去皮、浸泡、摘除加工程度：谷物磨粉程度、与种子的胚乳、胚芽、种皮的分离程度有关,2、加工,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；,淋洗、漂烫：水溶性维生素损失，短时间热烫 减少维生素的损失。冷却方法：空气冷却损失较小。微波加热：损失小。蒸汽加热：比热烫小，比微波大。热灭菌处理：高温瞬时灭菌法。,3、热烫和热加工造成维生素的损失,豌豆加工中抗坏血酸的保存率,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
19、当于单分子层水的AW下,维生素很稳定,而在多分子层水范围内,随AW,维生素降解速度。,4、产品贮藏中维生素的损失,氯气，次氯酸离子，二氧化硫等可以与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。,5、加工中化学添加剂和食品成分的影响,主要功能：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,6
20、.5 矿物质在食品加工贮藏中的变化,必需营养元素，Fe，Cu，I，Co，Mn和Zn等；非营养非毒性元素，AI，B，Ni，Sn等；非营养有毒性元素，Hg，Ph，AS，Cd和Sb等。,6.5.1 矿物质的分类,常量元素：（99）钾、钠、钙、镁、氯、硫、磷和碳酸盐等微量元素:（低于 50 mg/kg),植物性食品 水果：K含量高，大部分与有机物结合,或是有机物的组成部分,常以磷酸盐,草酸盐的形式存在.豆类：矿物质含量最丰富,K,P,Fe,Mg,Zn,Mn 等含量均较高，其中P主要以植酸盐形式存 在。谷物:矿物质含量相对较少，主要存在于种子外皮。,6.5.1 矿物质的来源,动物性食品肉类：Na,K,F
21、e,P,Mn 含量较高,Cu,Co,Zn,等也有少量，以可溶性氯化物磷酸盐，碳酸盐形式存在或与蛋白质结合。牛乳：主要含Ca,也含有少量K,Na,Mg,P,Cl,S等。蛋类：含人体所需的各类矿物质。,溶解状态:有些常量元素，尤其是单价的。（K、Na、SO42-）胶态形式：游离的、溶解的、非离子化。（多价离子）螫合状态：金属元素（钴元素）,6.5.2 食物中矿物质的存在状态,1、矿物质在水中的溶解性和化学形式2、螯合效应3、金属离子间的相互作用4、人体生理状体,6.5.3 影响食物中矿物质吸收利用的因素,植物性食品：受土壤组成、植物特性、生长环境等条件影响。动物性食品：受外界因素的影响较小，变化不
22、大。,6.5.4 影响食物中矿物质水平的因素,一般加工对其含量的影响 矿物质在加工中不会因为光，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。加工时因容器带入会使其含量增加 如铁锅炒菜等。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%。,6.5.5 矿物质在食品加工过程中的变化,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，豆类等。,两个概念,作业：1、为何少量的亚硫酸盐可以保护贮藏果汁中的维生素C？2、哪些矿物质是人体必需的？3、维生素在食品加工过程中会出现什么变化？,
