第六章维生素矿物质和色素

A
D
E
K
C
2014年5月7日
食品化学 第六章 食品中的维生素、色素和矿物质
6.1.2 食品中维生素的结构及降解反应
6.1.2.1 VA（视黄醇，retinol） 一、结构：
上面的视黄醇为维生素A1，环3,4位有双键的为维生素A2，VA1存在于 动物和海鱼中，VB2存在于淡水鱼中，蔬菜中没有VA，但有胡罗卜素。 结构特点：多个反式双键，双键构型与活性有密切关系。
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硫胺素与酸、碱、氧化剂、还原剂等物质的分解或转化过程：
图6.5 硫胺素的形式转化和降解途径
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6.1.2.7 VB2(核黄素）
结构特点及存在：咯嗪环较稳定，醇羟基易于氧化，C-N键可断裂。酸 性稳定，pH增大稳定性降低，碱性快速降解；遇光降解。动物内脏及蛋 黄乳类、鱼类含量较高。
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按在人体内存在的量分：
宏量元素：含量超过1%的无机元素，主要有Na、K、Ca Mg、Cl等。 微量元素：含量低于1%的无机元素，主要为一些过渡金属 元素，如Fe、Cu、Zn、Co、Mn等。
无机元素
图6.9 食品中的矿物质按人体存在量分类
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、肌肉的兴奋性有重要的作用；
（4）参与一些功能物质的形成 Fe、Cu等微量元素是许多酶重要的组成部分；I是合成甲状腺素的必 要成分等； （5）影响食品的感官性质 Fe对食品色泽的影响；磷酸盐影响肉制品保水性、结着性等。
二、影响矿物质生物有效性的因素
一、结构及活性形式
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VB6在不同食品或食品原料中存在形式的差异： 在多数水果、蔬菜、谷物中，VB6以糖苷的形式存在，不能被人直接 消化吸收，只能经小肠微生物分解后才能被利用。 在肉奶食品或食品原料中，VB6以游离形式存在，可被直接利用。
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6.1.2.6 VB1(硫胺素） 一、结构
结构特点和存在：其中的杂环均较稳定，但噻吩环稳定性差一些。广泛 存在于动植物组织中，通常的存在形式有游离的硫胺素、焦磷酸硫胺素、 盐酸硫胺素及硝酸硫胺素。 二、稳定性 *VB1在酸性条件下较稳定，对热、光不敏感，与蛋白质结合更稳定。 **可能导致VB1分解或转化的因素包括：碱性（降解）、SO2（降解）、 单宁（加合）、类黄酮、胆碱等。
（1）无机元素的存在形式
可溶性无机盐 无机元素多以离子形式存在，吸收率高。如NaCl
、KI等
无机盐
食品中的 无机元素
难溶性无机盐 碳酸钙、硫酸钡等
无机元素难以解离，吸收率低。如草酸铁，
氧化物 配位 化合物
当无机元素以氧化物形式存在时，一般吸收率较差，特别是那些 难溶或难以被酸分解的氧化物。 与一般有机化合物形成的配合物，有利于无机离子的吸收，但此 配合物的稳定性不能过大，否则也影响吸收。 与生物大分子形成配合物有利于无机元素的吸收，如血红素铁 中铁的吸收率远大于铁的可溶性无机盐。
图6.10 食品中矿物质的存在形式
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（2）无机元素的价态：当无机元素可能存在变价时，一般低价态 的吸收率较好。如铁、铬等。
（3）金属离子之间的相互作用：许多金属在体内的吸收、存在及 发挥功能，相互之间有多方面的相互作用；如Cu、Zn之间的拮抗作 用，Fe对于Zn、Mn吸收的抑制作用等。 （4）配体物质的类型：一般地，当配体物质在水中溶解度大、易 于被人体吸收利用，则可以促进无机元素的吸收，反之会降低吸收。 （5）食品中其它共存成分的影响：还原性物质可以促进变价离子 的吸收，而氧化性物质会降低这些离子的吸收。无机离子特别是同价 无机离子之间会在吸收中产生颉颃作用，影响其它离子的吸收。 （6）有机营养物质的吸收储藏情况、体内无机元素的储藏和代谢 情况也会影响无机元素的吸收。 （7）人体生理状态：人体对于矿物质的吸收具有自动调节的能力， 随着供应情况的改变，人体可以通过调节吸收及排泄能力而维持无机 元素的体内平衡。疾病、年龄乃至于心理因素等也会对无机元素的生 物有效性产生重要的影响。
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6.1.2.12 VB5（泛酸）
一、结构
泛酸中也有手性C，有生物活性的为右旋或D-构型。广泛存在，很少 缺乏。 二、稳定性 泛酸在自然界存在广泛，其稳定性也较高，储藏中损失量很少。但 烹调加工中由于加热可形成30%~80%的损失。 7.1.2.13 VB12（钴胺素） 一、结构
VB12在植物性食品或食品原料中不存在，主要存在于动物食品中。
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二、稳定性 VB12在PH4~7时稳定，碱性条件下酰胺键断裂丧失活性，强酸性条件下 发生降解。抗坏血酸、亚硫酸盐、亚铁离子等可以加速VB12的降解
2014年ຫໍສະໝຸດ Baidu月7日
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**生物有效性：指进入体内的物质通过小肠被吸收进入血液的比率。
二、无机元素的生物学作用 （1）机体重要的组成部分
骨骼、牙齿中的钙、磷、镁等；蛋白质中的硫、磷等；
（2）维持细胞的渗透压及机体的酸碱平衡 可溶性无机离子（Na+、K+、Cl-、磷酸根等）对于维持细胞渗透 压有重要的作用；碳酸盐、磷酸盐缓冲体系对于维持机体酸碱平衡有重 要的作用； （3）保持神经、肌肉的兴奋性 K、Na、Ca、Mg等离子在细胞内外的不平衡分布对于维持神经
6.1.2.8 VPP(烟酸） 一、结构及活性形式
结构特点及存在：缺少反应部位，稳定。广泛存在于动植物食品中， 良好的来源包括蘑菇、酵母、动物内脏等。
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二、稳定性：
VPP是维生素中最稳定的，一般不受光、热、酸、碱的影响，仅可 能由于大量水而流失。 6.1.2.9 VB6（吡哆醇、胺、醛）
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二、稳定性及降解 VA类物质由于分子中有多个共轭双键，容易通过氧化反应发生各种降 解过程。
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图6.1 胡萝卜素降解的途径和产物
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按食品中元素来源分：
原料生物必需元素
食品中的 无机元素
食品原料固有
栽培、收获、储藏中带入的元素 为强化功能而加入的元素
人工加入
为加工、储藏而加入的元素 加工、包装、储藏中带入的元素
图6.10 食品中的矿物质按来源分类
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6.2.2 食品矿物质生物有效性及其影响因素 一、两个基本概念 *生物利用性：指食物中的某种营养成分经过消化吸收后在人体内的利 用率，是综合考虑了吸收率、转化为活性形式的比例及在代谢中发挥功 能大小等因素后得出的指标。
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图6.7 四氢叶酸的氧化降解历程
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6.1.2.11 VH（生物素） 一、结构及活性形式
VH环中有三个手性C，有8个构型异构体，天然的活性生物素为右旋D构型。广泛存在于动植物食品中。 二、稳定性 生物素的结构较为稳定，一般不受光、热、氧气的作用，但对强酸、 强碱、过氧化氢较为敏感，强酸、强碱可使环断裂，过氧化氢可使环 上硫氧化。
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结构特点：分子中有醌式结构及孤立的双键。
来源：肠道微生物合成（30～60％）；食物（绿色蔬菜）。
二、稳定性 对热、酸稳定，但易与还原剂作用，受光、碱作用分解。
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6.1.2.5 VC
6.1.3 食品加工、储藏条件对维生素含量的影响
条件
表6.4 加工贮藏条件对食品中维生素的影响 维生素含量变化趋势 影响因素
水解酶、氧化酶
变化机制 酶使得维生素分解或 氧化降解
食品原料储 随储藏时间延长，V含量 降低。 藏时间
前处理
去皮、修整使维生素丧失，水果、蔬菜、谷物的 水洗使水溶性V流失。 皮壳中往往V含量丰 富 有利于V保存但水溶性V 有损失 V含量降低 有利于V保存 V含量降低但较慢 V含量的变化视所加添加 剂种类而变化 热、水 热（PH、相对湿度、 金属离子等） 高温 储藏温度、水分、光 等因素影响 添加剂的氧化、还原 能力 添加剂与V发生氧化、 还原、加成等反应 热可杀死食品原料中 的酶 V热分解 杀死细菌及酶，而V 不受影响。
6.1.2.2 VD
一、种类、结构与转化 VD3
VD2
图6.2 维生素D的化学结构
VD通常以酯的形式存在于鱼肝油中，鸡蛋/牛乳/干酪中少量存在。
结构特点：含有多个（共轭）双键及醇羟基。
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7-脱氢胆固醇
(动物固醇)
紫外线
维生素D3
体内转化
一、种类与结构：
结构特点及存在：分子中有极不稳定的烯醇式，醇羟基，有类似还 原酮结构。存在于蔬菜和水果。
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二、稳定性：
VC是一种稳定性非常差的维生素，易于与各种氧化剂甚至空气中 的氧所氧化。氧化速度与酸碱度、氧浓度、金属离子水分活度等因 素有密切的关系。其氧化的机理主要为单电子转移过程。
Na、 K、 Cl 、 Mg 、 F e、 Zn、 Cu、 Mn、 Cr、 Mo 、 Co
必需元素 Se、Ni、V、Sn、F、I、Sr
食品中的 无机元素
可能必需元素 Rb、As、Si、B
非必需元素
无害元素 Al、Ba、Ti、Nb、Zr
有害元素
Bi、Sb、Be、Cd、Hg、Pb
图6.8 食品中的矿物质按人体需要的分类
二、稳定性
VB6对光、热敏感，受光或热作用氧化的直接产物是无活性的酸式 结构。VB6也可与蛋白质结合而丧失活性，原因是通过醛基与蛋白质 侧链上的氨基形成Schiff碱。 6.1.2.10 VB11(叶酸） 一、结构及活性形式
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天然叶酸中常含有3-7个谷氨酸聚合链，广泛存在于动植物食品中。 二、稳定性
热烫 热加工 短时高温处 理 食品储藏 加工中使用 的化学添加 剂
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6.2 食品中的矿物质
6.2.1 定义及类型 *定义：指在食品中存在的，除形成有机化合物的C、H、N、O、S、 P几种元素外的其它元素及这些元素不同的存在形式。也叫食品中的 无机物。 **类型： 按对人体的需要性分
1,25-二羟基胆钙化醇
(生物活性形式)
麦角固醇
(植物固醇)
紫外线
维生素D2
二、稳定性：
在避光和无氧条件下稳定，易于发生光降解反应和氧化降解，机理尚 不清楚。
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6.1.2.3 VE
一、结构
图6.3 各种生育酚异构体的结构
自然界分布广泛，主要存在于植物性食品中，豆类/蛋类/坚果中也存 在。 结构特点：有酚羟基或由其生成的酯键，有不稳定的吡喃环，有三 个手性碳。
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二、稳定性 核黄素在酸性条件下比较稳定。体系碱度增大，核黄素稳定性将降低。 光对核黄素稳定性影响最大，在光照条件下，核黄素产生一系列自由基， 这些自由基可与氧反应形成一系列产物。
图6.6 核黄素受光作用的转化
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二、稳定性
*易受分子氧或含氧自由基氧化分解：
图6.4 生育酚的氧化降解历程
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**利用VE易与氧或含氧自由基反应的活性，可用作食品抗氧化剂：
6.1.2.4 VK 一、种类及结构
与VC相似，叶酸也是维生素中很不稳定的种类。
VB11容易发生氧化分解反应，分解的的部位主要是结构中的C9-N10 （下图）。不同结构的VB11其受氧影响的顺序为5-取代FH4> 10-取代FH4 > FH4> FH2> F
VB11也容易受光、次氯酸盐、SO2、亚硝酸离子及Cu2+、Fe3+的作用。
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第六章 食品中的维生素、矿物质和色素
安排内容： 6.1 维生素 (教材第六章） 6.2 矿物质（教材第七章） 6.3 食品中的固有色素（教材第九章）
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6.1 维生素
6.1.1 概述 维生素的概念、分类、结构、生物学作用均已讨论过，主要 介绍维生素在食品中的存在及其变化。