第 6章 维生素与矿物质
(Vitamin and Minerals)
contents
第一节 维生素在食品加工贮藏中的变化
第二节 矿物质在食品加工贮藏中的变化重点和难点,
维生素变化的化学机制
Introduction of Vitamins
维生素（ Vitamin）维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物。
这类物质在人和动物体内不能合成，或合成的量不能满足机体的需要，必须从食物中摄取。
维生素不是机体的主要结构材料，也不是体内能源物质，但它们在物质的代谢中起着非常重要的作用。
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-血管脆性
Classification of Vitamins
B族
water-soluble Vit
Vit
fat-soluble Vit
VB1,VB2,VPP
VB5,VB6,VH
VB11,VB12
VA
VD
VE
VK
VC
第一节 维生素在食品加工贮藏中的变化
Overview of Water-Soluble Vitamins
Dissolve in water
Generally readily excreted
Subject to cooking losses
Function as a coenzyme
Participate in energy metabolism
Marginal deficiency more common
VC (Ascorbic Acid)
生物活性最高
VC (Ascorbic Acid)
OH
O
HCOH
HOH 2 C
OH OH
H O H 2 C
H C O H
OH
O
O O
D-抗坏血酸 D-脱氢抗坏血酸
Mode of Degradation
食品的褐变反应？
2,3-二酮古洛糖酸木酮糖
3-脱氧戊酮糖糠醛
2-呋喃甲酸
Cu2+,Fe3+催化的氧化反应速度比自发氧化速度快许多倍 。
影响 VC降解的因素
① O2浓度及催化剂催化氧化时,降解速度正比与氧气的浓度。
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。
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。
影响 VC降解的因素
② 高浓度的糖、盐等溶液,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。
③ pH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↑,V降解 ↑ ； AW↑,V降解 ↑ 。
水分活度与抗坏血酸破坏速率的关系
O橙汁晶体；●蔗糖溶液；△玉米，大豆乳混合物；□ 面粉影响 VC降解的因素
⑤ 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。
⑥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，亚硫酸盐对其也有保护作用。
VB1 (thiamin)
Contains sulfur and nitrogen group
VB1的稳定性具有酸 -碱性质对热非常敏感,在碱性介质中加热易分解,
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 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
VB1的稳定性能被 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。
食品的加工与贮藏中易损失。
降解
两环间亚甲基易与强亲核试剂发生的亲核取代反应。
硫胺素被亚硫酸盐破坏
5-β -羟乙基 -4-甲基噻唑＋ α -甲基 -5-磺甲基嘧啶在碱性条件下所发生的降解反应
5-β -羟乙基 -4-甲基噻唑＋羟甲基嘧啶硫胺素的降解羟甲基嘧啶
α －甲基
－ 5－磺甲基嘧啶 烹调食品中的
,肉香味,
B Vit-VB2 (Riboflavin核黄素 )
FMN FAD
Structure:
VB2稳定性
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,
如牛奶的日光臭味即由此产生,
VA
A1（视黄醇）,主要是全反式结构，其生物效价最高。
A2（脱氢视黄醇）,存在于淡水鱼中，其生物效价为维生素 A1的 40％。
新维生素 A,l,3一顺异构体，它的生物效价为维生素 A1的 75％。
fat-soluble Vit
VA来源,
fat-soluble Vit
动物
植物,类胡萝卜素
(维生素 A 原 )
鱼肝油鱼肉牛肉蛋黄牛乳及乳制品
VA的稳定性无 O2,120℃,保持 12h仍很稳定。
在有 O2时，加热 4h即失活。
VA (元） 紫外线，金属离子,O2均会加速其氧化。
脂肪氧化酶可导致分解。
与 VE，磷脂共存较稳定。
对碱稳定。
fat-soluble Vit
fat-soluble Vit
VD
维生素 D是一些具有胆钙化醇生物活性的类固醇的统称 。
fat-soluble Vit
VD来源植物食品、酵母
fat-soluble Vit
麦角固醇维生素 D2
（ 麦角钙化醇）
维生素 D3
（胆钙化醇）
人和动物皮肤
7一脱氢胆固醇紫外线稳定性
对热，碱较稳定，
但光照和氧气存在下会迅速破坏。
结晶的维生素 D对热稳定。
Vitamin E
生育酚的抗氧化能力
食品
δ＞ γ＞ β＞ α
生物体内
α＞ β＞ γ＞ δ
清除生成的自由基稳定性
有 O2,氧化（氧和自由基）
猝灭单线态氧
无 O2,与亚油酸甲酯氢过氧化物反应形成加合物，初始产物为半醌，进一步氧化形成生育酚醌，金属离子可加速其氧化。
食品加工、包装、贮藏中：大量损失 。
氧化历程：
猝灭单线态氧维生素 K
功能性质
维生素 K1 在食物中含量丰富；维生素 K2能由肠道中的细菌合成。
维生素 K参与凝血过程，被称为凝血因子。
维生素 K具有还原性，在食品体系中可以消灭自由基 。
维生素 K可被空气中的氧缓慢地氧化而分解，
遇光（特别是紫外光）则很快被破坏，对热、酸较稳定，但对碱不稳定。
三、维生素在食品加工中的变化
食品本身的影响
成熟度：不同成熟期维生素含量不同
（ Vc-番茄，最高含量在未成熟期）
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
加工
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；
淋洗、漂烫：水溶性损失,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：高温瞬时够灭菌法。
豌豆加工中抗坏血酸的保存率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,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 ↑ 。
五 加工中化学添加物和食品成分的影响
氯气，次氯酸离子，二氧化硫等具有强反应性，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。
第二节 矿物质在食品加工贮藏中的变化主要功能：
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)
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。
来源
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。
来源动物性食品肉类,Na,K,Fe,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。
食物中矿物质存在状态
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）
二、矿物质在食品加过程中的变化
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%。
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。
(Vitamin and Minerals)
contents
第一节 维生素在食品加工贮藏中的变化
第二节 矿物质在食品加工贮藏中的变化重点和难点,
维生素变化的化学机制
Introduction of Vitamins
维生素（ Vitamin）维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物。
这类物质在人和动物体内不能合成，或合成的量不能满足机体的需要，必须从食物中摄取。
维生素不是机体的主要结构材料，也不是体内能源物质，但它们在物质的代谢中起着非常重要的作用。
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-血管脆性
Classification of Vitamins
B族
water-soluble Vit
Vit
fat-soluble Vit
VB1,VB2,VPP
VB5,VB6,VH
VB11,VB12
VA
VD
VE
VK
VC
第一节 维生素在食品加工贮藏中的变化
Overview of Water-Soluble Vitamins
Dissolve in water
Generally readily excreted
Subject to cooking losses
Function as a coenzyme
Participate in energy metabolism
Marginal deficiency more common
VC (Ascorbic Acid)
生物活性最高
VC (Ascorbic Acid)
OH
O
HCOH
HOH 2 C
OH OH
H O H 2 C
H C O H
OH
O
O O
D-抗坏血酸 D-脱氢抗坏血酸
Mode of Degradation
食品的褐变反应？
2,3-二酮古洛糖酸木酮糖
3-脱氧戊酮糖糠醛
2-呋喃甲酸
Cu2+,Fe3+催化的氧化反应速度比自发氧化速度快许多倍 。
影响 VC降解的因素
① O2浓度及催化剂催化氧化时,降解速度正比与氧气的浓度。
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。
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。
影响 VC降解的因素
② 高浓度的糖、盐等溶液,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。
③ pH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↑,V降解 ↑ ； AW↑,V降解 ↑ 。
水分活度与抗坏血酸破坏速率的关系
O橙汁晶体；●蔗糖溶液；△玉米，大豆乳混合物；□ 面粉影响 VC降解的因素
⑤ 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。
⑥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，亚硫酸盐对其也有保护作用。
VB1 (thiamin)
Contains sulfur and nitrogen group
VB1的稳定性具有酸 -碱性质对热非常敏感,在碱性介质中加热易分解,
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 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
VB1的稳定性能被 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。
食品的加工与贮藏中易损失。
降解
两环间亚甲基易与强亲核试剂发生的亲核取代反应。
硫胺素被亚硫酸盐破坏
5-β -羟乙基 -4-甲基噻唑＋ α -甲基 -5-磺甲基嘧啶在碱性条件下所发生的降解反应
5-β -羟乙基 -4-甲基噻唑＋羟甲基嘧啶硫胺素的降解羟甲基嘧啶
α －甲基
－ 5－磺甲基嘧啶 烹调食品中的
,肉香味,
B Vit-VB2 (Riboflavin核黄素 )
FMN FAD
Structure:
VB2稳定性
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,
如牛奶的日光臭味即由此产生,
VA
A1（视黄醇）,主要是全反式结构，其生物效价最高。
A2（脱氢视黄醇）,存在于淡水鱼中，其生物效价为维生素 A1的 40％。
新维生素 A,l,3一顺异构体，它的生物效价为维生素 A1的 75％。
fat-soluble Vit
VA来源,
fat-soluble Vit
动物
植物,类胡萝卜素
(维生素 A 原 )
鱼肝油鱼肉牛肉蛋黄牛乳及乳制品
VA的稳定性无 O2,120℃,保持 12h仍很稳定。
在有 O2时，加热 4h即失活。
VA (元） 紫外线，金属离子,O2均会加速其氧化。
脂肪氧化酶可导致分解。
与 VE，磷脂共存较稳定。
对碱稳定。
fat-soluble Vit
fat-soluble Vit
VD
维生素 D是一些具有胆钙化醇生物活性的类固醇的统称 。
fat-soluble Vit
VD来源植物食品、酵母
fat-soluble Vit
麦角固醇维生素 D2
（ 麦角钙化醇）
维生素 D3
（胆钙化醇）
人和动物皮肤
7一脱氢胆固醇紫外线稳定性
对热，碱较稳定，
但光照和氧气存在下会迅速破坏。
结晶的维生素 D对热稳定。
Vitamin E
生育酚的抗氧化能力
食品
δ＞ γ＞ β＞ α
生物体内
α＞ β＞ γ＞ δ
清除生成的自由基稳定性
有 O2,氧化（氧和自由基）
猝灭单线态氧
无 O2,与亚油酸甲酯氢过氧化物反应形成加合物，初始产物为半醌，进一步氧化形成生育酚醌，金属离子可加速其氧化。
食品加工、包装、贮藏中：大量损失 。
氧化历程：
猝灭单线态氧维生素 K
功能性质
维生素 K1 在食物中含量丰富；维生素 K2能由肠道中的细菌合成。
维生素 K参与凝血过程，被称为凝血因子。
维生素 K具有还原性，在食品体系中可以消灭自由基 。
维生素 K可被空气中的氧缓慢地氧化而分解，
遇光（特别是紫外光）则很快被破坏，对热、酸较稳定，但对碱不稳定。
三、维生素在食品加工中的变化
食品本身的影响
成熟度：不同成熟期维生素含量不同
（ Vc-番茄，最高含量在未成熟期）
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
加工
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；
淋洗、漂烫：水溶性损失,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：高温瞬时够灭菌法。
豌豆加工中抗坏血酸的保存率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,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 ↑ 。
五 加工中化学添加物和食品成分的影响
氯气，次氯酸离子，二氧化硫等具有强反应性，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。
第二节 矿物质在食品加工贮藏中的变化主要功能：
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)
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。
来源
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。
来源动物性食品肉类,Na,K,Fe,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。
食物中矿物质存在状态
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）
二、矿物质在食品加过程中的变化
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%。
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。
