维生素和矿物质

食品化学中的维生素与矿物质知识，有些结构图不好放上去，可以下载成PDF再自己手绘。所有的知识点都给大家整理出来了，平时背诵、查看很方便。都是根据个人对教材的理解整理所得，大家可以根据自己的复习情况进行增减。希望能帮助大家理清知识脉络、提高学习效率，祝大家考试顺利~

维生素和矿物质

• 维生素
  • 概述
    • 微量的、支配人和动物营养，调节正常生理机能，促进完全代谢的有机化合物。
    • 不能提供能量，其中许多是外源性的必需营养素
    • ·维生素原
      • 能在人及动物体内转化为维生素的前体物质
      • β-胡萝卜素是维生素A原，晒太阳能使皮肤中的醇转化为维生素D
    • ·强化
      • 添加一种或多种营养素，使食品中的营养素高于原有水平或增加没有的营养素
      • 针对特殊人群，比如孕妇加叶酸
    • ·生物可利用率
      • 食品中的某种营养成分经肠道吸收后在体内的利用率
      • 包括吸收率、转化成活性形式的比例、在代谢中发挥的功能
    • 分类
      • 脂溶性维生素
      • 水溶性维生素
      • 类维生素
    • 特点
      • 小分子有机物质
      • 许多是含N或S的杂环类（特别是B族维生素）
      • 需要量很少
      • 必须从食品中摄取
    • 功能
      • • 辅酶或辅酶前体（B族维生素）
        • 抗氧化剂（维生素C、维生素E）（易氧化，不稳定）
        • 遗传调节因子（维生素A、维生素D）
        • 某些特殊功能
    • 稳定性
  • 脂溶性维生素
    • 维生素A
      • 结构：视黄醇及衍生物
        • • 共轭双键必须反式
          • 多不饱和烃类化合物，异戊二烯形成多不饱和结构
      • 维生素A原
      • 维生素A和类胡萝卜素稳定性
        • 氧化
          • 有氧、光照、较低水分活度下易发生
          • 脂氧合酶的作用
          • 脂类氧化（油脂酸败）促进纤维素A和类胡萝卜素损失
          • 金属离子可以促进氧化
          • 维生素A是单线态氧淬灭剂
          • β-胡萝卜素的降解
        • 顺反异构
          • 加热、光照、酸性条件下异构顺式产物，生物活性下降
          • 蔬菜、水果的罐藏加工中，有想当部分的β-胡萝卜素发生9或13顺位异构化
        • 高温讲解
          • 高温下分解为小分子裂解物
      • 维生素A在食品中的存在
        • 动物肝脏，乳制品
    • 维生素D
      • 结构
        • 维生素D3：胆钙化醇
          • 常见于动物性食品
        • 维生素D2：麦角钙化醇
          • 从真菌中提取
      • 稳定性与降解机理
        • 光照分解
          • 直接光化学反应或由光引发的脂肪自动氧化间接设计反应
        • 氧化
          • 分子中含有不饱和键
        • 油脂的氧化酸败可引起维生素D的破坏
        • 维生素D应该保存在不透光、无氧密闭容器中
    • 维生素E
      • 结构
        • • 是一系列具有母育酚类结构的物质
          • 包括多种生育酚和生育三烯酚
          • 生育酚是母育酚的衍生物，苯并二氢吡喃环上有一道多个甲基取代物
      • 稳定性
        • 对热、酸稳定
        • 无氧条件下稳定，对氧、氧化剂特别敏感，易被氧化破坏（能捕获单线态氧，消除自由基）
        • 金属离子促进氧化
        • 油脂酸败加速对维生素E的破坏
        • 对碱、紫外线敏感
      • 食物中维生素E含量（mg/100g）
    • 维生素K
      • 结构
        • • 2-甲基-1,4萘醌衍生物
          • 常见为叶绿醌（维生素K1）
          • 聚异戊烯甲基萘醌（维生素K2，由肠道微生物进行合成）
          • 有双键，不稳定
      • 稳定性
        • 维生素K1是黄色油状物，K2是淡黄色晶体，不溶于水，稍溶于乙醇，能溶于醚、氯仿和油脂中
        • 化学性质稳定，对加热和酸稳定
        • 碱性条件下不稳定
        • 主要降解因素：光、射线，必须避光保存
        • 脂肪氧化引起维生素K损失
        • 维生素K的萘醌结构可被还原为氢醌，但仍保持其活性
      • 食品中含量（μg/100g）
    • 脂溶性维生素在稳定性方面的共性
      • 对油脂氧化酸败易引起脂溶性维生素氧化分解
      • 对光敏感
  • 水溶性维生素
    • 维生素C（抗坏血酸，AA）
      • • 多羟基羧酸的内酯
        • 烯二醇结构有强还原性
        • 可以解离出两个氢离子，显酸性（H2A）
        • 四种旋光异构体（还原性无差异，生物活性不同）
          • L-抗坏血酸
            • 生物活性最高
            • 烯二醇结构，连着两个羟基易失去电子
            • 碱性条件不稳定，酸性稳定
            • L-脱氢抗坏血酸仍具有生理活性
          • D-抗坏血酸
            • 生物活性为L型的10%
          • L-异抗坏血酸
            • 无生物活性
            • 食品添加剂
          • D-异抗坏血酸
            • 无生物活性
            • 食品添加剂
          • 维生素C是所有具有抗坏血病化合物的总称
      • 稳定性及降解机制
        • L-抗坏血酸单电子氧化过程
          • 氧气、光照、金属离子、pH升高都易加速氧化
        • 铜离子催化L-抗坏血酸氧化
          • 在酶当中，尤其氧化酶，多见铜离子为辅基（水果碰破了坏的很快）
          • 二价铁也行，但是铜离子比二价铁厉害
        • 降解
          • 多数情况是有氧降解
          • 生成的呋喃甲酸和糠醛可以做风味物质，如果形成还原酮是木酮糖结构
        • 影响降解的因素
          • 氧浓度及催化剂
            • 降解速率：催化氧化＞非催化氧化＞厌氧途径
            • 催化氧化
              • 氧分压＜20kPa,氧化速率与氧浓度无关
              • 氧分压=40-100kPa，氧化速率正比于氧浓度和金属离子（铜、铁）浓度
            • 非催化氧化
              • 氧化速率与氧压无正比关系，当氧压＜40kPa，反应趋于平衡
            • 厌氧途径，金属离子对氧化速率无影响
          • pH
            • 酸性介质中（pH＜3）较稳定；碱性介质中（pH＞7.6）极不稳定，易开环
            • 偏磷酸和草酸常用作提取维生素C的保护剂
            • 多羟基酸如苹果酸、柠檬酸、聚磷酸等对维生素C也有保护作用（既提供酸性环境，又可以作螯合剂）
          • 温度及水分活度
            • 温度升高，维生素C降解速率增大
            • 水分活度增加，维生素C降解速率增大
          • 射线和酶
            • 光、多酚氧化酶、氧化酶、过氧化氢酶、细胞色素氧化酶（含金属离子：铁或铜）等加速VC的氧化降解
          • 糖、盐及其他成分
            • 糖、盐浓度高时可减少溶解氧，降低VC降解速率
            • 半胱氨酸、多酚（花青素、黄烷醇）、果胶、明胶等降低VC降解速率
            • 二氧化硫处理降低VC降解速率
            • MNO2（氧化剂）增加VC降解速率
        • 有利VC保存条件
          • 酸性
          • 除去氧气（果蔬汁罐藏加工，脱气）
          • 螯合金属离子
          • 低温、避光
          • 热烫灭酶（许多酶中有金属离子）
          • 亚硫酸盐
          • 其他还原剂
          • 添加糖和淀粉等物质
      • 食品中的功能
        • 还原性和氧化性
          • 保护其他食物成分免受氧化
          • 还原邻位醌类有效抑制酶促褐变
          • 除氧剂
        • 氧化态的弱氧化性
          • 烘焙制品中做面团改良剂（增加面团的弹性和韧性）
          • 促进腌肉制品发色，因为VC被亚硝酸迅速氧化，而防止亚硝胺的形成
      • 食品中含量（mg/100g）可食部分
    • 硫胺素（B1）
      • 结构
        • 取代的嘧啶环与一个取代的噻唑环以亚甲基相连的化合物
        • 硫胺素焦磷酸脂在碳水化合物的代谢、α-酮酸的脱羧作用中起重要作用
        • 具有酸碱性，质子化的硫胺素最稳定
        • 与焦磷酸形成硫胺素焦磷酸脂，是辅酶，有活性
        • 与盐酸、硝酸形成硫胺素盐酸盐、硝酸盐，有活性
        • 两环间的亚甲基易与强亲核试剂（亚硫酸盐、OH-）发生亲核取代反应
        • 常见四种硫胺素结构
          • 硫胺素
          • 焦磷酸硫胺素
          • 质子化硫胺素
          • 硫胺素单硝酸盐
        • 硫胺素在不同pH值下的转化
      • 稳定性及影响因素
        • 对酸和光比较稳定
        • 在中性及碱性条件下很不稳定
        • 对热敏感，对氧敏感
        • 降解受水分活度影响较大，一般Aw=0.5~0.65降解最快
        • 贮藏食品中VB1的保留率
          • • 早餐谷物食品在45℃下VB1的降解速率与Aw的关系（↓↑↓）
        • 其他成分影响
          • 促进
            • 亚硫酸盐促进降解，不宜用亚硫酸盐作漂白剂、消毒剂、防腐剂蒸熏谷仓
            • 硫胺素酶（鱼、贝）促进降解
            • 血红蛋白催化降解
            • 单宁与VB1生成无活性的加成产物
            • 胆碱加速溶解
          • 防止
            • 蛋白质、糖对VB1的热降解有保护作用（与硫醇形成二硫化合物）
      • 硫胺素在食品中的存在
        • 标准小麦粉0.46mg/100g，富强小麦粉0.13mg/g→精致加工损失维生素
    • 核黄素
      • 结构
        • 含核糖醇侧链的异咯嗪衍生物
        • 催化氧化还原反应的黄素梅中作为辅酶
        • FMN 黄素单核苷酸
        • FAD 黄素腺嘌呤二核苷酸
      • 稳定性
        • pH：碱性介质中很不稳定，酸性中和稳定
        • 温度：对热稳定，常规热处理、脱水和烹调过程损失不大
        • 光：引起核黄素降解的主要因素（能产自由基）（牛奶日光臭味）
          • pH＞7，变成光黄素
          • pH＜7，变成光色素+光黄素（断链）
      • 在食品中
        • 乳制品、动物内脏、绿叶蔬菜、豆类、啤酒酵母、强化谷物
    • 烟酸（尼克酸，尼克酰胺）
      • 结构：吡啶三羧酸
        • 烟酸
        • 烟酰胺
        • 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
      • 降解因素与机理
        • 各种维生素中，烟酸化学性质最为稳定，光和热处理均不造成损失
        • 在酸性和碱性条件下加热可以使烟酰胺变为烟酸（酰胺基不稳定），但生物活性不受影响
        • 烟酸易溶于水，可能在热烫、蒸煮、去汁等加工环节中溶水流失，但损失率常低于其他水溶性维生素
      • 在食品中的存在
        • 广泛存在于动植物食品中
        • 良好来源为蘑菇、酵母
        • 其次是动物内脏（肝、肾）、瘦肉、全谷、豆类等，绿叶蔬菜也有相当数量
    • 维生素B6
      • 结构
        • 吡哆醇、吡哆醛、吡多胺的统称
        • 作为辅酶参与体内氨基酸、碳水化合物、脂类和神经递质的代谢
        • 2-甲基-3-羟基-5-羟甲基吡啶
      • 稳定性和降解机理
        • 在加工中可发生热降解和光化学降解，也可能与蛋白质发生不可逆结合而丧失活性
        • 各种形式都对光敏感
        • 非光化学降解速度与pH、温度和其他食品成分的存在关系很大
        • 在pH很低时，各种形式均表现出良好稳定性（0.1MHCl）；吡哆醛在pH=5时损失最大，吡多胺在pH=7时损失最大
        • 稳定性：吡哆醇＞吡多胺和吡哆醛（牛奶灭菌，吡哆醛能损失一半以上，所以加吡哆醇比较好）
      • 在食品中的存在
        • 食物来源广泛，动植物均有
        • 在蛋黄、肉、鱼、乳、全谷、水果、蔬菜和豆类中含量丰富
        • 肠道细菌也产B6（之前维生素K2肠道细菌也产）
    • 叶酸
      • 结构
        • 蝶酰-L-谷氨酸，只有谷氨酸为L型，蝶酰6C为S型时才具备活性
        • 一碳单位载体（5号N上有取代基）
        • 一碳单位为嘌呤和嘧啶的合成原料
        • 在食品中以多谷氨酸四氢叶酸存在
      • 稳定性及降解
        • 氧化降解
        • 光可以促进叶酸降解
        • 种类：叶酸最为稳定，四氢叶酸最不稳定
        • pH8-12和1-2之间，叶酸相对稳定，但容易降解；pH4-6，叶酸稳定性最低
        • 降解通常涉及C9-N10键和蝶啶环
        • 在氧化剂或还原剂存在时，叶酸、二氢叶酸、四氢叶酸可发生C9-N10键断裂而失活（例：亚硫酸盐促进降解）
      • 食品中叶酸含量（μg/100g）
    • 生物素
      • 结构与性质
        • • 为羧化和转羧作用的重要辅酶
          • 脲和噻吩组形成的两个五元环
      • 稳定性及降解机理
        • 对光、热、氧气稳定
        • 强酸和强碱条件可降解
        • 在食品加工和贮藏中保存率较高
      • 在食品中的存在
        • 广泛存在于动植物食品
        • 以肉、肝、肾、牛乳、蛋黄、酵母、蔬菜和蘑菇中含量丰富
        • 可由肠道细菌合成
    • 泛酸
      • 结构和性质
        • D-N-（2,4-二羟基-3，3-二甲基-丁酰）-β-丙氨酸
        • 泛酸主要以辅酶A的各种脂肪酸硫酯形式存在
      • 稳定性与降解机理
        • 在食品贮藏较为稳定，特别是低水分活动的食品
        • 食品加工中，损失率随处理温度升高和溶水流失而增大
        • pH5-7最稳定，在较强的酸性和碱性条件下，对热不稳定
      • 在食品中的存在
        • 肉、肝肾、水果蔬菜、牛乳、鸡蛋、酵母、全麦、核果含量丰富
    • B12（钴胺素）
      • • 四吡咯
        • 含有金属离子
        • 食品强化剂：氰钴胺素，红色晶体
      • 降解因素和机理
        • pH4~7最稳定，接近中性条件下长时间加热，可能造成较大损失
        • 碱性条件下，酰胺键发生水解
        • pH＜4时，核苷酸组分水解
        • 抗坏血酸可加速维生素B12的降解，亚硫酸盐、亚铁离子、硫胺素和烟酸在溶液中也能促进维生素B12降解
      • 膳食来源（μg/100g）
        • 菌类食品、发酵食品
  • 维生素在食品加工中的变化
    • 原料的影响
      • 植物在不同采收期维生素含量不同：番茄、辣椒
      • 不同部位维生素含量不同
        • 苹果中：果皮＞果肉
        • 谷物中水溶性维生素：谷糠、麸皮＞谷粒
      • 植物性食品采收和动物食品屠宰后，内源性酶分解维生素
        • 脂肪氧合酶造成多种微生物（ADEC等）损失
        • Vc氧化酶专一性破坏Vc
        • 硫胺素酶（鱼、贝）破坏VB1
      • 低温、气温贮藏可有效延缓维生素的分解损失
      • 谷物制品在贮藏中的主要营养损失是脂肪酸败和维生素损失，与温度、水分活度密切相关
      • 成熟度对番茄（100g）中Vc的影响
    • 加工前处理（去皮、浸泡、切、研磨）
      • 植物修整、去皮导致维生素损失
      • 碱液去皮：破坏表皮附近的维生素，如：维生素C、叶酸（碱不稳定），硫胺素
      • 水浸泡引起水溶性维生素：C、B族维生素损失
      • 对化学稳定性较好的B族维生素：泛酸、烟酸、核黄素等，溶水流失是最主要的损失途径
      • 蔬菜应该先洗后切
      • 食物切得越碎或磨得越细，维生素越易氧化
    • 精制加工
      • 谷物中维生素（维生素E，B族维生素）、矿物质和含Lys较高的Pr，集中在谷粒外部，谷物精制程度越高，损失越严重
      • 小麦粉精制后加入过氧化苯甲酰（禁止使用，会在体内形成苯甲酸）、二氧化氯（偶氮甲酰胺）等漂白剂，造成维生素E、B族维生素损失
      • 油脂精炼会损失部分VE、K、类胡萝卜素
      • 油脂氢化会造成VE、K、类胡萝卜素等脂溶性维生素的损失
      • 牛奶的脱脂处理会部分损失维生素A和D
    • 热烫、热加工
      • 热烫
        • 可以杀菌、钝酶、除氧等
        • 对维生素损失较大：氧化、溶水流失、热降解
      • 热加工
        • 加热时间越长，温度↑，维生素损失越多
        • 微波加热比传统加热维生素损失少
        • 高温瞬时灭菌、辐照灭菌比传统热灭菌损失少
        • 维生素保留：蒸优于煮，煮优于炸
    • 贮藏方式
      • 产品中维生素贮藏率与贮藏温度密切相关，低温优于常温
      • 低水分食品中，维生素稳定性受水分活度强烈影响
      • 长期贮藏：水溶性维生素保留率＞脂溶性维生素
      • 产品包装材料
    • 加工中常用的化学物质
      • 氧化性物质（氧、过氧化甲苯酰等）造成Vc、VE、类胡萝卜素、叶酸等维生素损失
      • 还原性物质保护维生素，但亚硫酸根离子与硫胺素等发生反应
      • 果蔬加工常用的有机酸会增加维生素C和硫胺素的保存率
      • 碱性物质降低维生素C、硫胺素、泛酸等保存率
• 矿物质
  • 定义
    • 也称灰分或无机盐，指动植物体经过灰化后所余成分
    • 食物中矿物质通常指除碳、氢、氧、氮之外的无机元素成分，包括生物体进行正常生理活动所必须的矿物营养，也包括在栽培、收获和加工过程中进入食物的无机成分
  • 分类
    • 必需元素（常量，＞0.01）：Ca、P、K、Na、Cl、S、Mg、Fe、F、Zn、Cu、V、Sn、Se、Mn、I、Ni、Mo、Cr、Co、Br、Si、B、Sr（其中K、Na、Cl溶解性最好，可以调节渗透压）
    • 潜在有益元素：Rb、Al、Ba、Nb、Zr、Li
    • 有害元素：Pb、As、Hg、Cd、Bi、Be、Sb、Tl
  • 功能
    • 构成生物体的组分
    • 维持生物体的渗透压（Cl-、Na+、K+）
    • 维持机体的酸碱平衡
    • 酶的活化剂（Cl-是口腔中淀粉酶活化剂）
    • 对食品感官质量有重要作用（加磷酸盐提高肉的持水性）
  • 食品中矿物质的物化性质
    • 溶解性：K、Na
    • 酸碱性
    • 氧化还原性：Fe、Cr
    • 鳌合效应：叶绿素中的Mg，血红素中的Fe、维生素B12中的Co
  • 影响矿物质生物可利用性的因素
    • 生物可利用性：食物中某种营养素在经过消化吸收过程之后在人体内的利用率，包括吸收率、转化成活性形式的比例以及在代谢中的功能
    • 对矿物质来说，生物可利用性(生物有效性)是指某种矿物质从小肠被吸收进入血液的效率
    • 溶解性和化学形式：是否符合体内需要
    • 鳌合效应：配位体增加溶解性促进吸收
    • 氧化还原状态和pH值：与铁吸收有关
    • 金属离子相互作用：拮抗作用和竞争作用
    • 其他营养素摄入量、人体生理状态
    • 骨头汤中的钙是羟基磷酸钙，不溶于水，还不如吃葡萄糖酸钙补钙
  • 食品中矿物质的存在
    • 一些植物食品中的矿物质含量（mg/100g）
      • 共同特点：富含K、Mg，Na的含量低，多以有机酸盐的形式存在
    • 几种动物肌肉中的矿物质含量（mg/100g）
      • 肉类、水产、蛋类是磷的良好来源，乳类是钙的良好来源
    • 牛乳中矿物质含量（mg/100g）
    • 矿物质在食品中的作用
      • Ca
        • 乳类中稳定酪蛋白
        • 豆制品中做凝固剂
        • 蔬菜中起保脆作用
        • 海藻胶、果胶等带负离子的膳食纤维中起胶凝作用
      • Fe
        • 催化食品中的脂质氧化反应，催化抗坏血酸等物质的氧化降解
        • 在肌红蛋白中的化合状态决定肉制品颜色
        • 与植物性食品中的多酚化合物形成绿、蓝或者黑色复合物
        • 在罐藏食品中生成黑色硫化铁；是脂氧合酶的成分
      • Cu
        • 催化食品中脂质氧化、抗坏血酸等物质的氧化降解、非酶褐变反应；与罐头或腌肉中发生黑色变化有关
        • 多酚氧化酶的成分；作为叶绿素铜钠的成分用于食品着色
      • Na
        • 食品咸味剂和鲜味剂的成分
        • NaCl可以防腐
        • 食品膨发剂的成分
        • 多种其他食品添加剂中的成分
      • Mg
        • 蔬菜烹调中发生叶绿素脱镁现象影响色泽
      • Zn
        • 氧化锌作为罐头内壁涂膜抑制罐藏蛋白质在加热中产生硫化铁黑斑
        • 在绿色鲜豆罐藏中稳定其色泽，在肌肉中与持水性相关
        • 面粉发酵产植酸酶，分解植酸对于矿物质的结合，提高Zn的利用率
      • Al
        • 明矾中含铝，作为食品膨发剂和质地改良剂广泛使用与淀粉类食品
      • Ni
        • 油脂催化加氢时的催化剂
      • P
        • 磷酸是常用的酸味剂；植酸可作为抗氧化剂成分
        • 多聚磷酸盐能提高肉制品的保水性
        • 磷酸盐是复合膨发剂中的成分
        • 磷脂是良好的食品乳化剂
      • S
        • 二氧化硫、亚硫酸盐类--褐变抑制剂、酒类防腐剂
      • Br
        • 溴酸钾是常用的面团改良剂，可提高面包烘焙品质
    • 矿物质在食品加工中的变化
      • 矿物质在食品加工中的变化
        • 小麦及其碾磨产品中的几种矿物质的含量（mg/100g）
        • 菠菜热烫处理对矿物质损失的影响
      • 食品的矿物质营养强化：Ca、Fe、Zn、I