第八章维生素和矿物质 第一节概述 食品中维生素和矿物质的含量是评价食品营养价质的重要指标之一。人类在 长期进化过程中,不断地发展和完善对营养的需要,在摄取的食物中,不但需要 蛋白质、糖类化合物和脂肪,而且需要维生素和矿物质,如果维生素或矿物质供 给量不足,就会出现营养缺乏的症状或某些疾病,摄入过多也会产生中毒。维生 素是多种不同类型的低分子量有机化合物,它们有着不同的化学结构和生理功 能,是动植物食品的组成成分。人体每日需要量很小,但却是机体维持生命所必 需的要素。目前已发现有几十种维生素和类维生素物质,但对人体营养和健康有 直接关系的约为20种。其主要的维生素的分类、功能及来源见表8-1 食品加工(例如烹调)虽然有悠久的历史,但工业化的食品加工仅有几十年历 史。随着科学的进步,加工技术的改进,交通运输的发达及冷冻技术的发展,人 们可以在任何一个地区或一年中的任何季节获得有营养价值的各种食品。因此, 由于营养不均衡所造成的疾病已逐渐减少。本章主要讨论各种维生素的化学性质 以及在食品加工、贮藏过程中导致维生素和矿物质损失的基本原因。 表8-1主要维生素的分类、功能及来源 俗名 理功能 硫胺素,抗神经抗神经类、预防「酵母、谷类、肝 类维生素 脚气病 V 核黄素 预防唇、舌发炎酵母、肝 烟酸、尼克酸、预防癩皮病 酵母、米糠、谷 抗癞皮病维生素成辅酶IⅡ的成类、肝 B族维生素 V 吡咯醇、抗皮炎与氨基酸代谢有酵母、米糠、谷 维生素 类、肝 叶酸 预防恶性贫血肝、植物的叶 氰钴素 预防恶性贫血肝 水 生物素 预防皮肤病,促肝、酵母 溶 进脂类代谢 性 维 对氨基苯甲酸有利于毛发的生肝、酵母 生
- 1 - 第八章 维生素和矿物质 第一节 概 述 食品中维生素和矿物质的含量是评价食品营养价质的重要指标之一。人类在 长期进化过程中，不断地发展和完善对营养的需要，在摄取的食物中，不但需要 蛋白质、糖类化合物和脂肪，而且需要维生素和矿物质，如果维生素或矿物质供 给量不足，就会出现营养缺乏的症状或某些疾病，摄入过多也会产生中毒。维生 素是多种不同类型的低分子量有机化合物，它们有着不同的化学结构和生理功 能，是动植物食品的组成成分。人体每日需要量很小，但却是机体维持生命所必 需的要素。目前已发现有几十种维生素和类维生素物质，但对人体营养和健康有 直接关系的约为 20 种。其主要的维生素的分类、功能及来源见表 8－1。 食品加工(例如烹调)虽然有悠久的历史，但工业化的食品加工仅有几十年历 史。随着科学的进步，加工技术的改进，交通运输的发达及冷冻技术的发展，人 们可以在任何一个地区或一年中的任何季节获得有营养价值的各种食品。因此， 由于营养不均衡所造成的疾病已逐渐减少。本章主要讨论各种维生素的化学性质 以及在食品加工、贮藏过程中导致维生素和矿物质损失的基本原因。 表 8-1 主要维生素的分类、功能及来源 分类 名称 俗名 生理功能 主要来源 水 溶 性 维 生 B 族 维 生 素 VB1 VB2 VPP VB6 VB11 VB12 VH VH1 硫胺素，抗神经 类维生素 核黄素 烟酸、尼克酸、 抗癞皮病维生素 吡咯醇、抗皮炎 维生素 叶酸 氰钴素 生物素 对-氨基苯甲酸 抗神经类、预防 脚气病 预防唇、舌发炎 预防癩皮病、形 成辅酶ⅠⅡ的成 分 与氨基酸代谢有 关 预防恶性贫血 预防恶性贫血 预防皮肤病,促 进脂类代谢 有利于毛发的生 长 酵母、谷类、肝、 胚芽 酵母、肝 酵母、米糠、谷 类、肝 酵母、米糠、谷 类、肝 肝、植物的叶 肝 肝、酵母 肝、酵母
素C V 抗坏血酸、抗干预防及治疗坏血蔬菜、水果 族维生素 眼病维生素 病、促进细胞间 质生长 增加毛细血管抵 芦丁、渗透性维|抗力,维持血管|柠檬、芸香 生素、柠檬素正常透过性 A(A,A2)抗干眼病醇、抗|替代视觉细胞内丨鱼肝油、绿色蔬 干眼病维生素、感光物质、预防菜 性 视黄醇 表皮细胞角化 促进生长,防治 眼病 素 Vυ(D,D3)骨化醇、抗佝偻|调节钙、磷代谢、鱼肝油、奶油 病维生素 预防佝偻病和软 骨病 生育酚、生育维|预防不育症谷类的胚芽及其 生素 中的油 V(K,K2,K3)止血维生素促进血液凝固菠菜、肝 第二节维生素的稳定性 维生素是有机体中极其重要的微量营养素,它的生物活性功能表现在许多方 面,例如辅酶或它们的前体物质(包括烟酸、硫氨素、核黄素、生物素、泛酸 维生素B、维生素B12和叶酸)。维生素还是很好的抗氧化物质,如抗坏血酸、某 些类胡萝卜素和维生素E等。有的维生素如维生素A和维生素D等是遗传调节因子 而有的维生素具有某些特殊功能,例如维生素A与视觉有关,血凝过程中许多凝 血因子的生物合成依赖于维生素K。然而,维生素在食品中的含量非常少,食品 经过收获、贮藏、运输和加工处理后,维生素都会有不同程度的损失。因此食品 在加工过程中除必须保持营养素最小损失和食品安全外,还须考虑加工前的各种 条件对食品中营养素含量的影响,如成熟度、生长环境,土壤情况、肥料的使用、 水的供给、气候变化、光照时间和强度,以及采后或宰杀后的处理等因素。关于 维生素的性质虽然已经知道了很多,但是对于它们在复杂食品体系中的特性却了 解很少。研究维生素的稳定性大多数采用的是模拟体系,这与复杂的食品体系有 很大的差别。但这对于了解食品的性质仍然是有帮助的。表8-2总结了维生素在 不同条件下的稳定性。每一种维生素有各种不同的形式,因此,稳定性也各不相
- 2 - 素 C 族 维 生 素 VC VP 抗坏血酸、抗干 眼病维生素 芦丁、渗透性维 生素、柠檬素 预防及治疗坏血 病、促进细胞间 质生长 增加毛细血管抵 抗力，维持血管 正常透过性 蔬菜、水果 柠檬、芸香 VA（A1，A2） 抗干眼病醇、抗 干眼病维生素、 视黄醇 替代视觉细胞内 感光物质、预防 表皮细胞角化、 促进生长，防治 干眼病 鱼肝油、绿色蔬 菜 VD（D1，D3） 骨化醇、抗佝偻 病维生素 调节钙、磷代谢、 预防佝偻病和软 骨病 鱼肝油、奶油 VE 生育酚、生育维 生素 预防不育症 谷类的胚芽及其 中的油 脂 溶 性 维 生 素 VK（K1，K2，K3） 止血维生素 促进血液凝固 菠菜、肝 第二节 维生素的稳定性 维生素是有机体中极其重要的微量营养素，它的生物活性功能表现在许多方 面，例如辅酶或它们的前体物质（包括烟酸、硫氨素、核黄素、生物素、泛酸、 维生素B6、维生素B12和叶酸）。维生素还是很好的抗氧化物质，如抗坏血酸、某 些类胡萝卜素和维生素E等。有的维生素如维生素A和维生素D等是遗传调节因子。 而有的维生素具有某些特殊功能，例如维生素A与视觉有关，血凝过程中许多凝 血因子的生物合成依赖于维生素K。然而，维生素在食品中的含量非常少，食品 经过收获、贮藏、运输和加工处理后，维生素都会有不同程度的损失。因此食品 在加工过程中除必须保持营养素最小损失和食品安全外，还须考虑加工前的各种 条件对食品中营养素含量的影响，如成熟度、生长环境，土壤情况、肥料的使用、 水的供给、气候变化、光照时间和强度，以及采后或宰杀后的处理等因素。关于 维生素的性质虽然已经知道了很多，但是对于它们在复杂食品体系中的特性却了 解很少。研究维生素的稳定性大多数采用的是模拟体系，这与复杂的食品体系有 很大的差别。但这对于了解食品的性质仍然是有帮助的。表 8-2 总结了维生素在 不同条件下的稳定性。每一种维生素有各种不同的形式，因此，稳定性也各不相 同
表8-2 维生素的稳定性 营养素 一般条件酸碱空气光热烹饪时损失率(%) 维生素A 抗坏血酸 生物素 胡萝卜素 UUUUs 维生素B类 维生素B 维生素D UUsUssUU 叶酸 U 维生素K 尼克酸 泛酸 维生素B6 SUsssssUsssssUs UssUsssUUsUssss SUssssUUUsUsUUs UUsUUUUUsssssUU SsU 核黄素 硫胺素 SUUUUU 维生素E U 55 S:稳定U:不稳定 成熟度的影响 关于成熟度对食品中营养素含量影响的资料不多,目前仅对西红柿有较多 的研究。抗坏血酸含量随成熟期的不同而变化,西红柿中维生素C的含量在其未 成熟的某一个时期最高(表8-3) 不同成熟时期西红柿中抗坏血酸含量的变化 花开后的周数 单个平均重量(g) 颜色 抗坏血酸(mg%) 2 33.4 10.7 3 绿 7.6 102.5 绿-黄 10.9 145.7 红-黄 6 159.9 14.6 167.6 10.1 采后及贮藏过程中的影响 食品从采收或屠宰到加工这段时间,营养价会发生明显的变化。因为许多维 生素的衍生物是酶的辅助因子( cofactor),它易受酶,尤其是动、植物死后释放 出的内源酶所降解。细胞受损后,原来分隔开的氧化酶和水解酶会从完整的细胞 中释放出来,从而改变维生素的化学形式和活性。例如维生素B6、硫胺素或核黄
- 3 - 表 8-2 维生素的稳定性 营养素 一般条件 酸 碱 空气 光 热 烹饪时损失率(%) 维生素 A S U S U U U 40 抗坏血酸 U S U U U U 100 生物素 S S S S S U 60 胡萝卜素 S U S U U U 30 维生素 B 类 S S S U S S 5 维生素B12 S S S U S 10 10 维生素 D S S U U U U 40 叶酸 U U U U U U 100 维生素 K S U U S U S 5 尼克酸 S S S S S S 75 泛酸 S U U S S U 50 维生素B6 S S S S U U 40 核黄素 S S U S U U 75 硫胺素 U S U U S U 80 维生素 E S S S U U U 55 S：稳定 U：不稳定 一、成熟度的影响 关于成熟度对食品中营养素含量影响的资料不多，目前仅对西红柿有较多 的研究。抗坏血酸含量随成熟期的不同而变化，西红柿中维生素 C 的含量在其未 成熟的某一个时期最高(表 8-3)。 表 8—3 不同成熟时期西红柿中抗坏血酸含量的变化 花开后的周数 单个平均重量（g） 颜色 抗坏血酸（mg%） 2 33．4 绿 10．7 3 57.2 绿 7.6 4 102.5 绿-黄 10.9 5 145.7 红-黄 20.7 6 159.9 红 14.6 7 167.6 红 10.1 二、采后及贮藏过程中的影响 食品从采收或屠宰到加工这段时间，营养价会发生明显的变化。因为许多维 生素的衍生物是酶的辅助因子(cofactor)，它易受酶，尤其是动、植物死后释放 出的内源酶所降解。细胞受损后，原来分隔开的氧化酶和水解酶会从完整的细胞 中释放出来，从而改变维生素的化学形式和活性。例如维生素B6、硫胺素或核黄
素辅酶的脱磷酸化反应维生素Bs葡萄糖苷的脱葡萄糖基反应和聚谷氨酰叶酸酯 的去共轭作用都会导致植物或动物采收或屠宰后的维生素的分布和天然存在的 状态发生变化,其变化程度与贮藏加工过程中的温度高低和时间长短有关。一般 而言,维生素的净浓度变化较小,主要是引起生物利用率的变化。相对来说,脂 肪氧合酶的氧化作用可以降低许多维生素的浓度,而抗坏血酸氧化酶则专一性的 引起抗坏血酸含量损失。对豌豆的硏究表明,从采收到运往加工厂贮水槽的一小 时内,所含维生素会发生明显的还原反应。新鲜蔬菜如果处理不当,在常温或较 高温度下存放24小时或更长时间,维生素也会造成严重的损失 植物组织经过修整或细分(如水果除皮)均会导致营养素的部分丢失。据报 道,苹果皮中抗坏血酸的含量比果肉高,凤梨心比食用部分含有更多的维生素C, 胡萝卜表皮层的烟酸含量比其他部位高,土豆、洋葱和甜菜等植物的不同部位也 存在营养素含量的差别。因而在修整这些蔬菜和水果以及摘去菠菜、花椰菜、绿 豆、芦笋等蔬菜的部分茎、梗和梗肉时,会造成部分营养素的损失。在一些食品 去皮过程中由于使用强烈的化学物质,如碱液处理,将使外层果皮的营养素破坏。 食品在加工、贮藏过程中,许多反应不仅会损害食品的感官性状,而且也会 引起营养素的损失。除了前面已提及的酶反应,还要考虑食品在配料时,由于其 他原料的加入而带来酶的污染,例如加入植物性配料会将抗坏血酸氧化酶带入成 品,用海产品作为配料可带入硫胺素酶。当食品中的脂质成分发生氧化时,产生 的过氧化氢、氢过氧化物和环氧化物,能够氧化类胡萝卜素、生育酚、抗坏血酸 等物质,导致维生素活性的损失。对其他易被氧化的维生素,如叶酸、维生素B 维生素H和维生素D等的反应虽然研究不多,但是导致的损失是可以预见的。氢 过氧化物分解产生的含羰基化合物,能造成其他一些维生素如硫胺素、维生素B 和泛酸等的损失。此外糖类化合物中的非酶褐变反应生成的高活性羰基化合物, 它们也能以同样的方式破坏某些维生素 、谷类食物在研磨过程中维生素的损失 谷类在研磨过程中,营养素不同程度会受到损失,其损失程度依种子内的 胚乳与胚芽同种子外皮分离的难易程度而异,难分离的研磨时间长,损失率高, 反之则损失率低。因此研磨对每种种子的影响是不同的,即使同一种子,各种营 养素的损失率亦不尽相同(图8-1)。 人们对谷类在研磨过程中所造成的维生素和矿物质的损失十分重视,早在二 十世纪40年代就提出了在食品加工的最后阶段增补或添加营养素的设想。经过 长期的讨论,许多国家的食品药物管理局规定了富强面包添加营养素的标准,规 定了硫胺素、烟酸、核黄素和铁的需要量,但钙和维生素D的添加量却视情况而
- 4 - 素辅酶的脱磷酸化反应维生素B6葡萄糖苷的脱葡萄糖基反应和聚谷氨酰叶酸酯 的去共轭作用都会导致植物或动物采收或屠宰后的维生素的分布和天然存在的 状态发生变化，其变化程度与贮藏加工过程中的温度高低和时间长短有关。一般 而言，维生素的净浓度变化较小，主要是引起生物利用率的变化。相对来说，脂 肪氧合酶的氧化作用可以降低许多维生素的浓度，而抗坏血酸氧化酶则专一性的 引起抗坏血酸含量损失。对豌豆的研究表明，从采收到运往加工厂贮水槽的一小 时内，所含维生素会发生明显的还原反应。新鲜蔬菜如果处理不当，在常温或较 高温度下存放 24 小时或更长时间，维生素也会造成严重的损失。 植物组织经过修整或细分(如水果除皮)均会导致营养素的部分丢失。据报 道，苹果皮中抗坏血酸的含量比果肉高，凤梨心比食用部分含有更多的维生素 C， 胡萝卜表皮层的烟酸含量比其他部位高，土豆、洋葱和甜菜等植物的不同部位也 存在营养素含量的差别。因而在修整这些蔬菜和水果以及摘去菠菜、花椰菜、绿 豆、芦笋等蔬菜的部分茎、梗和梗肉时，会造成部分营养素的损失。在一些食品 去皮过程中由于使用强烈的化学物质，如碱液处理，将使外层果皮的营养素破坏。 食品在加工、贮藏过程中，许多反应不仅会损害食品的感官性状，而且也会 引起营养素的损失。除了前面已提及的酶反应，还要考虑食品在配料时，由于其 他原料的加入而带来酶的污染，例如加入植物性配料会将抗坏血酸氧化酶带入成 品，用海产品作为配料可带入硫胺素酶。当食品中的脂质成分发生氧化时，产生 的过氧化氢、氢过氧化物和环氧化物，能够氧化类胡萝卜素、生育酚、抗坏血酸 等物质，导致维生素活性的损失。对其他易被氧化的维生素，如叶酸、维生素 B、 维生素 H 和维生素 D 等的反应虽然研究不多，但是导致的损失是可以预见的。氢 过氧化物分解产生的含羰基化合物，能造成其他一些维生素如硫胺素、维生素 B 和泛酸等的损失。此外糖类化合物中的非酶褐变反应生成的高活性羰基化合物， 它们也能以同样的方式破坏某些维生素。 三、谷类食物在研磨过程中维生素的损失 谷类在研磨过程中，营养素不同程度会受到损失，其损失程度依种子内的 胚乳与胚芽同种子外皮分离的难易程度而异，难分离的研磨时间长，损失率高， 反之则损失率低。因此研磨对每种种子的影响是不同的，即使同一种子，各种营 养素的损失率亦不尽相同（图 8－1）。 人们对谷类在研磨过程中所造成的维生素和矿物质的损失十分重视，早在二 十世纪 40 年代就提出了在食品加工的最后阶段增补或添加营养素的设想。经过 长期的讨论，许多国家的食品药物管理局规定了富强面包添加营养素的标准，规 定了硫胺素、烟酸、核黄素和铁的需要量，但钙和维生素 D 的添加量却视情况而
80 准生素E 泛爬 核黄素 烟酸 生物素 维生素B1 9080706050403 出粉率(%) 图8-1小麦出粉率与面粉中维生素保留比例之间的关系 四、浸提和热烫 食品中水溶性维生素损失的一个主要途径是经由切口或易受破损的表面而 流失。此外在加工过程中洗涤、水槽传送、漂烫、冷却和烹调等亦会造成营养素 的损失,其损失特性和程度与pH、温度、水分含量、切口表面积、成熟度以及 其他因素有关。 在食品加工过程中,如食物暴露在空气中,易受空气的氧化或微量元素的污 染,有时在浸渍过程中,亦可增加食品的矿物质含量,如浸渍在硬水中,会增加 食品中钙的含量。在上述加工过程中,漂烫可导致许多重要的营养素损失。热烫 通常采用蒸汽或热水两种方法,其方法的选择则依食品种类和以后的加工操作而 定。一般来说,蒸汽处理引起的营养素损失最小。食品在工厂加工,如果是在良 好的操作条件下进行,其浸提、热烫、烹调造成的营养素损失,一般不会大于家 庭操作的平均损失。罐装食品中维生素含量的有关数据(表8-4)已经证实了这
- 5 - 定。 图 8-1 小麦出粉率与面粉中维生素保留比例之间的关系 四、浸提和热烫 食品中水溶性维生素损失的一个主要途径是经由切口或易受破损的表面而 流失。此外在加工过程中洗涤、水槽传送、漂烫、冷却和烹调等亦会造成营养素 的损失，其损失特性和程度与 pH、温度、水分含量、切口表面积、成熟度以及 其他因素有关。 在食品加工过程中，如食物暴露在空气中，易受空气的氧化或微量元素的污 染，有时在浸渍过程中，亦可增加食品的矿物质含量，如浸渍在硬水中，会增加 食品中钙的含量。在上述加工过程中，漂烫可导致许多重要的营养素损失。热烫 通常采用蒸汽或热水两种方法，其方法的选择则依食品种类和以后的加工操作而 定。一般来说，蒸汽处理引起的营养素损失最小。食品在工厂加工，如果是在良 好的操作条件下进行，其浸提、热烫、烹调造成的营养素损失，一般不会大于家 庭操作的平均损失。罐装食品中维生素含量的有关数据（表 8-4）已经证实了这 一点