食品生物化学---第1章

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1、会计学1食品生物化学食品生物化学-第第1章章 学习目标学习目标 1.了解水在生物体内的含量和水的生理作用。 2.掌握食品和生物组织中水的状态。 3.理解水分活度的概念，了解水分活度与食品稳定性的关系。 4.掌握成碱食物与成酸食物的概念。 5.掌握影响矿物质生物有效性的因素。第一节水分 一、水在生物体内的含量与作用一、水在生物体内的含量与作用 1.水在生物体内的含量 大多数生物体内的水分含量通常为70%80%，超过任何其它成分的含量。水在动物体内分布是不均匀的。脊椎动物体内各器官组织的水分含量为：肌肉、肝、肾、脑、血液等约为70%80%；皮肤中约为60%70%；骨骼中约为12%15%。水在植物体

2、内的含量与分布也因种类、部位、发育状况而异，变动较大。一般说来，植物营养器官组织（叶、茎、根的薄壁组织）的水含量特别高，占器官总重量的70%90%，而繁殖器官（高等植物的种子、微生物的孢子等）中的水分含量则较低，占总重量的12%15%。 食 品 水分含量（） 食 品 水分含量（） 蔬菜 8597 鱼类 6781 果实 8090 贝类 7286 油性种子 34 蛋类 6777 蘑菇类 8895 牛肉 4676 薯类 6080 乳类 8789 豆类 1216 鸡肉 73 谷类 1216 猪肉 4359 表表1-1常见食品的水分含量常见食品的水分含量 2.水的生理作用 水的溶解力很强，各种无机及有机

3、物质都很容易溶于水中。介电常数大，能促进电解质的电离。是生物体内化学反应的介质，也是生物化学反应的反应物、组织和细胞所需的养分和代谢物在体内运转的载体。比热高、热容量大,又能调节体温。粘度小，可使摩擦面滑润，减少损伤。 二、食品中水分状态与分类二、食品中水分状态与分类 1.食品中水分状态 （1）游离态容易结冰，也能溶解溶质的水称之为游离态的水。游离态的水存在于细胞质、细胞膜、细胞间隙、任何组织的循环液以及制成食品的组织结构中。 （2）水合态水分子和含氧或含氮的活性基（如-NH2、 -COOH、-CONH2、=NH、-OH）以氢键形式相结合而不能自由移动，处于此状态的水称之为水合态的水。食品中与

4、淀粉、蛋白质和其它的有机物结合的水均处于此状态。 （3）凝胶态吸收于细微的纤维与薄膜中，不能自由流动的水称之为凝胶态。凝胶态中的水是分散质，蛋白质等有机物为分散剂（溶胶中水是分散剂）。此状态的水称不可移动水或滞化水。动物皮肤、植物仙人掌中的水大多处于凝胶态。 （4）表面吸附态固体表面暴露于含水蒸气的空气中，此时吸附于固体表面的水处于表面吸附态。固体微粒越细，其微粒的表面积越大，吸附水量也越多。 2.食品中水分的分类 （1）自由水（游离水）是以毛细管凝聚状态存在于细胞间的水分。食品中通常含有动植物体内天然形成的毛细管，因为毛细管是由亲水物质组成，而且毛细管的内径很小，使毛细管具有较强的束缚水的能

5、力，把保留在毛细管中的水称为毛细管水，它属于自由水。与一般水没什么区别，在食品中会因蒸发而散失、因吸潮而增加，容易发生增减变化。游离态的水、凝胶态的水及表面吸附态的水均可归入此类。 （2）结合水（束缚水）结合水是指通过氢键与食品中有机成分结合的水。各种有机成分与水形成氢键的结合能力不同，牢固程度有一定差别，反映在性质上也呈现差异。这类水有些与氨基、羧基等强极性基团形成氢键，氢键键能大，结合牢固，呈单分子层，称为单分子层结合水。有些水与酰氨基，烃基等较弱的极性基团形成氢键，结合较不牢固，且呈多分子层结合，称多层结合水或半结合水。 自由水与结合水之间的界限很难定量地区分。一般认为自由水是以物理吸附

6、力（毛细管力）与食品结合，而结合水是以化学力（氢键）与食品结合。 自由水和结合水在性质上有很大的差别。首先结合水的量与有机大分子的极性基团的数量有比较固定的比例关系。其次，结合水的蒸汽压比自由水低得多，所以在一般温度（100）下结合水不能从食品中分离出来。结合水的沸点高于一般水，而冰点却低于一般水，一般在40以上不能结冰，这个性质具有重要实际意义，它可以使植物种子和微生物孢子在冷冻条件下，仍能保持生命力。而多汁的组织（含有大量自由水的新鲜水果、蔬菜、肉等）在冰冻时细胞结构容易被冰晶破坏，解冻时组织容易崩溃。 由于自由水能为微生物所利用而结合水不能，所以自由水也称为可利用水。在一定条件下，食品是

7、否为微生物所感染，取决于食品中自由水的含量，自由水的含量直接关系着食品的贮存和腐败。 食品中的水分与食品的风味关系密切。尤其是结合水对食品的风味起着重要作用。当强行将结合水与食品分离时，食品的风味、质量会发生改变。干燥的食品吸潮后发生许多物理性质的变化，从而改变风味。所以，食品中的水分对食品的鲜度、硬软性、流动性、呈味性、保藏性、加工性等许多方面有着密切的关系。 三、水分活度三、水分活度 1.水分活度的概念 水分活度(Aw)是指食品的水蒸汽分压（P）和在同一温度下纯水的蒸汽压（P0）之比:0wPAP 对纯水来说，因P和P0相等，故Aw为l，而食品中的水溶解有食品成分，如糖、氨基酸、无机盐以及一

8、些可溶性的高分子化合物等，因而总会有一部分水分是以结合水的形式存在，而结合水的蒸气压远比纯水的蒸气压低，因此食品的Aw 总是小于l。 水分活度也可用平衡相对湿度（ERH）这一概念来表示： 即食品的水分活度在数值上等于平衡相对湿度除以100。平衡相对湿度是指物料吸湿与散湿达到平衡时的大气相对湿度。0100wPERHAP图图1-1 含水量与含水量与Aw的关系的关系 2.水分活度与食品含水量的关系 图图1-2 等温吸湿曲线等温吸湿曲线 把低水分含量区域内的曲线放大，得到的曲线称为等温吸湿曲线（等温吸湿线），图1-2为等温吸湿曲线的模式。吸湿和放湿之间有滞后现象。 等温线上的每一点表示在一定温度下，当

9、食品的水蒸气压与环境水蒸气压达到平衡时，食品水分活度与含水量的对应关系，若食品的水分活度低于环境的相对湿度，食品沿着吸湿等温线吸湿，反之沿着放湿等温线散失水分。对含水量多的食品，如新鲜动植物食品，得到的是放湿曲线；对含水量少的食品如干燥食品，得到的是吸湿曲线。图图1-3 在不同温度下马铃薯的等温吸湿曲线在不同温度下马铃薯的等温吸湿曲线 图图1-4 等温吸湿线的分区等温吸湿线的分区 I区是单分子层结合水区，水分多与食品成分中的羧基和氨基等离子基团结合，且结合力最强，形成单分子层结合水。该区Aw最低，在00.25之间，相当于物料含水量00.07g/g的干物质。 II区是多分子层结合水区，水分多与食

10、品成分中的酰胺基和羟基等极性较弱的基团结合，形成多分子层结合水或称半结合水，Aw在0.250.8之间，相当于物料含水量0.07至0.140.33g/g的干物质。 区是毛细管凝集的自由水区，Aw在0.80.99之间，物料含水量最低为0.140.33g/g的干物质，最高为20 g/g的干物质。 各区域的水不是截然分开的，也不是固定在某一个区域内，而是在区域内和区域间快速的交换着。所以，等温吸湿线中各个区域之间有过渡带。 3水分活度与食品的稳定性 （1）水分活度与微生物的生长繁殖的关系一般来说，细菌对低水分活度最敏感，酵母菌次之，霉菌的敏感性最差。通常水分活度低于0.90时，细菌不能生长；水分活度低

11、于0.87时，大多数酵母菌受到抑制；水分活度低于0.80时，大多数霉菌不能生长；一些耐渗透压微生物除外，水分活度低于0.60时，任何微生物都不生长。 Aww范围 在此范围内的最低 Aw值一般能抑制的微生物 食 品 1.000.95 假单胞菌属、埃希氏杆菌属、变形杆菌属、志贺氏杆菌属、芽孢杆菌属、克雷伯氏菌属、梭菌属、产生荚膜杆菌、一些酵母菌 新鲜食品、水果、蔬菜 、肉、鱼和乳制品、罐头、熟香肠和面包、含约 40%的蔗糖或 7%NaCl 的食品 0.950.91 沙门氏菌属、副溶血弧菌、肉毒杆菌、沙雷氏菌属、乳酸杆菌属、足球菌属、一些霉菌、酵母(红酵母属、毕赤酵母属) 奶酪、咸肉和火腿、某些浓缩

12、 果 汁 、 蔗 糖含 量 为55% 或 含12%NaCl 的食品 0.910.87 许多酵母菌(假丝酵母、汉逊酵母、球拟酵母属)、小球菌 发酵香肠、蛋糕、干奶酪、人造黄油及含 65%蔗糖或 15%NaCl的食品 0.870.80 大多数霉菌(产霉菌毒素的青霉菌)金黄色葡萄球菌、德巴利氏酵母 大多数果汁浓缩物、甜炼乳、巧克力糖浆、枫糖浆、果汁糖浆、面粉、大米、含 15%17%水分的豆类、水果糕点、火腿、软糖 0.800.75 大多数嗜盐杆菌、产霉菌毒素的曲霉菌 果酱、马茉兰、桔子果酱、杏仁软糖、果汁软糖 表表1-2 食品中水活性和微生物生长的关系食品中水活性和微生物生长的关系 Aww范围 在此

13、范围内的最低 Aw值一般能抑制的微生物 食 品 0.750.65 嗜干霉菌、二孢酵母 含 10%水分的燕麦片、 牛轧糖块、软质奶糖、果冻、棉花糖、糖蜜、某些干果、坚果 0.650.60 耐渗透压酵母、少数霉菌(二孢红曲霉、刺孢曲霉) 含水 15%20%的果干，某些太妃糖和焦糖、蜂蜜 0.50 微生物不繁殖 含水分约 12%的酱、 水分含量约 10%的调味品 0.40 微生物不繁殖 水分含量约 5%的全蛋粉 0.30 微生物不繁殖 含水量为 3%5%的曲奇饼、面包硬片 0.20 微生物不繁殖 含 2%3%水分的全脂奶粉、含 5%水分的脱水蔬菜、含水约 5%的玉米片、脆饼干 续续表表1-2 食品中

14、水活性和微生物生长的关系食品中水活性和微生物生长的关系 表1-2所列最低水分活度值不是绝对化的，因为食品的pH、温度、微生物的营养状况以及水中特定溶质的性质，对水分活度也有影响。如金黄色葡萄球菌生长的最低Aw，在乳粉中是0.861，在酒精中则是0.973。因此，在具体的食品配方确定时，必须做细菌学试验，以决定实际水分活度。 （2）水分活度与生化反应的关系图1-5表示在2545温度范围几类重要反应的反应速度与Aw之间的关系，为便于比较，在图1-5f中还加上一条等温吸湿线。图图1-5 食品稳定性和等温吸湿线食品稳定性和等温吸湿线的关系（除的关系（除f外，所有纵坐标代表外，所有纵坐标代表相对速度相对

15、速度） 图1-5表示食品中水分在放湿过程中，水分活度值相当于等温线区间I和区间的边界位置（Aw0.20.3）时，许多化学反应和酶催化反应速度最小。进一步降低水分活度，除图1-5c的氧化反应外，其余所有的反应仍然保持最小的反应速度。脂类氧化反应速度在此区间随水分活度的增加而降低，是因为十分干燥的样品中，最初添加的那部分水（在区间I）能与氢过氧化物结合并阻止其分解，从而阻碍氧化的继续进行。此外，这类水还能与催化氧化反应的金属离子发生水合，使催化效率明显降低。 随水分活度增加，当水的增加量超过区间I和区间的边界时，氧化速度增大，因为等温线的这个区间增加的水可促使氧的溶解度增加和大分子溶胀，并暴露出更

16、多催化位点。当Aw大于0.86时，氧化速度缓慢，这是由于水的增加对体系中的催化剂产生稀释效应。 从图1-5a、d、e可见，在中等至高Aw（Aw0.70.9）时，美拉德褐变反应（详见第九章第一节）、维生素B1降解反应以及微生物生长显示最大反应速度。但有的情况下，中等至高含水量食品，随着水分活度增大，反应速度反而降低。原因可能有二：一是在这些反应中水是一个产物，水含量的增加导致产物抑制作用；二是当样品中水的含量对溶质的溶解度、可接近性（大分子表面）和流动性不再是限速因素时，进一步加水将会对提高反应速度的组分产生稀释效应，其结果是反应速度降低。 图1-5表示中等至高水分活度（Aw0.70.9）的食品

17、中的化学反应速度，对食品的稳定性显然是不利的。要使食品具有最高稳定性所必需的水分含量，最好将水分活度保持在结合水范围内，即最低的水分活度。因为结合水是水分子与食品中的蛋白质、糖类等的活性基团以氢键结合起来的。将水分活度保持在结合水范围内，既能防止氧对活性基团的作用，又能阻止蛋白质、糖类等物质间的相互作用，从而使褐变难于发生，同时又不会使食品丧失吸水性和复原性。 （3）水分活度与食品质构的关系水分活度对干燥和半干燥食品的质构有较大的影响。要保持干燥食品的理想性质，水分活度不能超过0.30.5。而软质构食品保持较高的水分活度可避免不期望的变硬。第二节矿物质 一、食品中矿物质的分类、存在形式及其功能

18、一、食品中矿物质的分类、存在形式及其功能 1.食品中矿物质元素的分类 （1）按矿物质元素在人体内的含量和人体对膳食中矿物质的需要量分分为两大类：常量元素和微量元素。人体含量在0.01%以上，人体的日需要量在100mg以上的元素，称为常量元素或大量元素。钙（Ca）、磷（P）、硫（S）、钾（K）、钠（Na）、氯（Cl）和镁（Mg）七种元素属于常量元素。含量和需要量皆低于上述值的其他元素则称为微量元素或痕量元素。如铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、碘（I）、锰（Mn）等。 （2）按对人体健康的影响分食物中含有的矿物质，按其对人体健康的影响可分为三类：必需元素、非必需元素和作用尚未确定元素以及有毒元

19、素。必需元素是指这类元素正常存在于机体的健康组织中，对机体自身的稳定起着重要作用，缺乏它可使机体的组织或功能出现异常，补充后可恢复正常。必需微量元素有14种，即铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、碘（I）、锰（Mn）、钼（Mo）、钴（Co）、硒（Se）、铬（Cr）、镍（Ni）、锡（Sn）、硅（Si）、氟（F）、钒（V）。 非必需元素和作用尚未确定元素是指对人体代谢无影响，或目前尚未发现影响的元素。如铝、溴、硼、铷、钡等。 有毒元素指在正常情况下，人体只需要极少的数量或人体可以耐受极小的数量，剂量高时，即可呈现毒性作用，妨碍及破坏人体正常代谢功能。在食品中有毒元素以汞（Hg）、镉（Cd）、铅（P

20、b）最常见。正常情况下，它们的分布比较恒定，通常不会对人体构成威胁。若食品受到“三废”污染，或在食品加工过程中受到污染，易使人体中毒。 必需微量元素按其生物学作用分为三类： 人体必需微量元素，共8种，包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴和铁； 人体可能必需的元素，共5种，包括锰、硅、硼、钒和镍； 具有潜在的毒性，但在低剂量时，可能具有人体必需功能的微量元素，共7种，包括氟、铅、镉、汞、砷、铝和锡。 机体对各种矿物元素都有一个耐受剂量。 表表1-3 中国居民膳食常量、微量元素参考摄入量（中国居民膳食常量、微量元素参考摄入量（DRIs） 钙钙 Ca 磷磷 P 钾钾 K 钠钠 Na 镁镁Mg 铁铁 Fe

21、碘碘 I 锌锌 Zn 硒硒 Se 铜铜 Cu 氟氟F 铬铬Cr 锰锰Mn 钼钼Mo AI AI AI AI AI AI RNI RNI RNI AI AI AI AI AI 年年 龄龄 /岁岁 /m g /m g /m g /m g /m g /m g / g /m g / g /m g g / g /m g / g 0 300 150 500 200 30 0.3 50 1.5 15(AI) 0.4 0.1 10 0.5 400 300 700 500 70 10 50 8.0 20(AI) 0.6 0.4 15 1 600 450 1000 650 100 12 50 9.0 20 0.8

22、 0.6 20 15 4 800 500 1500 900 150 12 90 12.0 25 1.0 0.8 30 20 7 800 700 1500 1000 250 12 90 13.5 35 1.2 1.0 30 30 男 女 男 女 11 1000 1000 1500 1200 350 16 18 120 18.0 15.0 45 1.8 1.2 40 50 14 1000 1000 2000 1800 350 20 25 150 19.0 15.5 50 2.0 1.4 40 50 18 800 700 2000 2200 350 15 20 150 15.0 11.5 50 2.

23、0 1.5 50 3.5 60 50 1000 700 2000 2200 350 15 150 11.5 50 2.0 1.5 50 3.5 60 钙钙 Ca 磷磷 P 钾钾 K 钠钠Na 镁镁Mg 铁铁 Fe 碘碘 I 锌锌 Zn 硒硒 Se 铜铜Cu 氟氟F 铬铬Cr 锰锰Mn 钼钼Mo AI AI AI AI AI AI RNI RNI RNI AI AI AI AI AI 年年龄龄/岁岁 /mg /mg /mg /mg /mg /mg / g /mg / g /mg g / g /mg / g 孕妇 早期 800 700 2500 2200 400 15 200 11.5 50 中期

24、 1000 700 2500 2200 400 25 200 16.5 50 晚期 1200 700 2500 2200 400 35 200 16.5 50 乳母 1200 700 2500 2200 400 25 200 21.5 65 （选自中国营养学会（选自中国营养学会2000年年10月制定的中国居民膳食营养素参考摄入量，月制定的中国居民膳食营养素参考摄入量，表中数表中数字空缺处表示未制定该参考值）字空缺处表示未制定该参考值） 续续表表1-3 中国居民膳食常量、微量元素参考摄入量（中国居民膳食常量、微量元素参考摄入量（DRIs） DRIs（Dietary Reference Intak

25、es）包括4项内容：平均需要量（EAR）、推荐摄入量（RNI）、适宜摄入量（AI）和可耐受最高摄入量（UL）。 （3）按代谢后的酸碱性分食品中的矿物质元素，在体内经过氧化后生成氧化物，按其酸碱性可分为酸性矿物质元素（如氯、硫、磷、碘等）和碱性矿物质元素（如钾、钙、钠、镁等）。 2.食品中矿物质的存在形式 矿物质在食品中主要以无机盐形式存在，各种无机盐中，正离子比负离子种类多，且存在状态多样。正离子中一价离子都成为可溶性盐，如K、Na、Cl等。多价离子则以离子、不溶性盐和胶体溶液形成动态平衡体系存在。在肉、乳中的矿物质常以这种形式存在。 金属离子通过配位键与配位体形成络合物，是食品中矿物质存在的

26、另一种重要形态，其中络合成环者，又称为螯合物。由配位体提供至少两个配位原子与中心金属离子形成配位键，配位体与中心金属离子形成环状结。常见的配位原子是O、S、P、N等原子，与金属离子形成的螯合物很多具有重要的生理功能。如以Fe2为中心离子的血红素、以Cu2为中心离子的细胞色素、叶绿素中的Mg 2以及维生素B12中的Co2及葡萄糖耐量因子中的三价Cr3。 3生理功能 （1）构成机体如钙、磷、镁等是骨和牙的重要成分，同时也是构成神经、血液、内分泌腺、肌肉和其他软组织的重要成分。 （2）调节机体生理机能酸性、碱性矿物质元素适当配合，起着体内的缓冲溶液的作用，保持机体的酸碱平衡；矿物质与蛋白质协同维持组

27、织细胞的渗透压，在体液移动和储留过程中起重要的作用；各种矿物质离子，特别是钾、钠、钙、镁离子保持一定的比例是维持神经肌肉兴奋性和细胞膜透性的必要条件；许多矿物质元素如镁等是各种酶的激活剂或组成成分，直接或间接影响新陈代谢的进行。 二、矿物质对食品性质的影响二、矿物质对食品性质的影响 1矿物质对食品酸碱性的影响 根据酸碱性不同可将食物分为成酸食物和成碱食物，指的是食物被消化吸收、进入血液，送往各组织器官，在生理上呈酸性或碱性。 食品所含酸性元素磷、硫、氯等多，在体内氧化后，生成带阴离子的酸根，如PO43、SO42、Cl等，易使体液偏酸性，因此含酸性元素多的食品称为成酸食物（或酸性食物）。 食品所

28、含碱性元素钾、钠、钙、镁等，在体内氧化后，生成带阳离子的碱性氧化物，如Na2O、K2O、CaO、MgO等，易使体液偏碱性，这些含碱性元素多的食品称为成碱食物（或碱性食物）。 食品在生理上呈酸性还是碱性，可以通过食品灰化（通过高温灼烧的手段分解食品中有机物的过程）后，用酸或碱溶液进行中和滴定来确定。食品的酸度或碱度，是指100克食品的灰分溶于水中，用0.1mol/L的碱液或酸液中和时，所消耗碱液或酸液的毫升数。以“+”表示碱度，以“-”表示酸度。 酸性食品 碱度/ml 数 酸性食品 酸度/ml 数 大 豆 910 精 米 35 甘 薯 610 糙 米 914 马铃薯 59 大 麦 10 萝 卜

29、610 面 粉 35 胡萝卜 915 燕麦粥 15 洋 葱 12 玉 米 5 番 茄 35 精米饭 1 苹 果 13 白面包 23 柑桔类 510 干 酪 4 红砂糖 15 鸡 蛋 1020 海 带 40 肉 类 1020 牛 乳 2 鱼类（无骨） 1020 表表1-4常见成碱食物和成酸食物常见成碱食物和成酸食物 人体体液的pH在7.37.4，正常情况下人体自身的缓冲作用可保持体液酸碱平衡，但如果膳食搭配不当，可引起机体酸碱平衡失调。若摄入成酸食物过多（一般情况下，成酸食物容易过量），导致体液偏酸性，则会增加钙、镁等碱性元素的消耗，使血液颜色加深，血压增高，还会引起各种酸中毒症。所以在日常膳食

30、中应注意成酸食物与成碱食物的合理搭配，尤其要控制成酸食物的量，以保持机体的酸碱平衡，利于健康。 2矿物质对食品性状的影响 某些矿物质能显著地改变食品的颜色、质地、风味和稳定性。因此，在食品中加入或除去某些矿物质能产生一些特殊的功能作用。当食品中某些矿物质的浓度不易控制时，使用鳌合剂如EDTA，可改变它们的性质。 很多重要的食品添加剂中含有矿物质，它们可有效地改善食品的性状和营养价值。如磷酸盐，在肉制品中添加可提高肉的持水性，在乳制品中添加可保持盐平衡，提高产品的稳定性；氯化钙、硫酸钙可作豆腐的凝固剂，在果蔬加工中使用可保持新鲜果蔬的脆性，并有护色作用。钙离子也有助于果胶物质凝胶的形成等。 三、

31、食物中矿物质成分的生物有效性三、食物中矿物质成分的生物有效性 生物有效性是指代谢中可被利用的营养素的量与摄入的营养素的量的比值。对于矿物质，生物有效性主要通过从肠道到血液的吸收效率来确定。 影响矿物质生物有效性的因素： 一般来说，食物营养的生物有效性与食物的可消化性成正比关系。动物性食物中矿物质的生物有效性优于植物性食物。 2矿物质的化学与物理形态 矿物质的化学形态对矿物质的生物有效性影响相当大，甚至有的矿物质只有某一化学形态才具有营养功能许多矿物质成分在不同的食物中，由于化学形态的差别，生物有效性相差很大。 矿物质的物理形态对其生物有效性也有相当大的影响，在消化道中，矿物质必须呈溶解状态才能

32、被吸收，溶解度低，则吸收差；颗粒的大小也会影响可消化性和溶解性，因而影响生物有效性。若用难溶物质来补充营养时，应特别注意颗粒大小。 3矿物质与其他营养素的相互作用 矿物质与其他营养素的相互作用对生物有效性的影响应视不同情况而定，有的提高生物有效性，有的降低生物有效性，相互影响极为复杂。膳食中一种矿物质过量就会干扰对另一种必需矿物质的作用。 4食品配位体 金属螯合物的稳定性和溶解度决定了金属元素的生物有效性。 与金属形成可溶螯合物的配位体可促进一些食品中矿物质的吸收。如EDTA能促进铁的吸收。与矿物质形成难溶螯合物的配位体会妨碍矿物质的吸收。如草酸抑制钙的吸收，植酸抑制铁、锌、和钙的吸收。难消化

33、且相对分子质量高的配位体（如膳食纤维和一些蛋白质）会妨碍矿物质的吸收。 5个体生理状态 机体的自我调节作用对矿物质生物有效性有较大影响。矿物质摄入不足时会促进吸收，摄入充分时会减少吸收。吸收功能障碍会影响矿物质的吸收，胃酸分泌少的人对铁和钙的吸收能力下降。个体年龄不同，也影响矿物质的生物有效性，一般随年龄增长吸收功能下降，生物有效性也随之降低。 6加工方法 加工方法也能改变矿物质营养的生物有效性。磨碎的细度可提高难溶矿物质的生物有效性。添加到液体食物中的难溶性铁化合物、钙化合物，经加工并延长贮存期就可变为具有较高生物有效性的形式；发酵后的面团，植酸含量减少了15%20%，锌、铁的有效性可显著提

34、高，其中锌的溶解度增加23倍，锌的可利用率增加30%50%。 四、影响食品中矿物质成分的因素四、影响食品中矿物质成分的因素 1影响植物性食品矿物质成分的因素 植物生长过程中，从土壤中吸取水和必需的矿物质营养素，因此植物可食部分的最终成分受土壤的肥力、植物的遗传学和它们生长环境的影响和控制。同一品种植物的矿物质含量都可能因生长在不同的地区而发生很大的变化。 2影响动物性食品矿物质成分的因素 由于动物体内存在着平衡机制，它能调节组织中必需营养素的浓度。所以动物性食品中矿物质浓度变化较小。一般情况下，动物饲料的变化仅对肉、乳和蛋中矿物质浓度产生很小的影响,。 3加工对食品中矿物质成分的影响 各种加工

35、方法对食物中矿物质的含量和组成均有一定的影响。在加工过程中，富含矿物质的食品组分流失或去除，则造成某些矿物质的含量下降；食品被浓缩或矿物成分从加工器械、包装材料中溶出，则食品中某些矿物质含量会增加；如果在加工过程中产生矿物质盐类的沉淀或溶解，则会影响矿物质的生物有效性。 4矿物质的强化 在食品中补充某些缺少的或特需的营养成分称为食品的强化。 在食品中添加矿物质必须遵循有关的法规，注意矿物元素摄入的安全剂量，同时一些技术上的问题，尤其是被添加的矿物质在食品中的稳定性，以及与食品中其他组分相互作用可能产生的不良后果等问题必须得到妥善的解决。 五、几种重要的矿物质营养素五、几种重要的矿物质营养素 1

36、钙 钙是人体含量最丰富的矿物质元素，其量仅次于氧、碳、氢、氮，居机体元素的第五位。成人体内含钙总量约1200g，占体重的1.5%2.0%，其中99%存在于骨骼和牙齿等硬组织中，主要以羟基磷灰石3Ca3（PO4）2Ca（OH）2形式存在；其余1%以游离或结合状态存在于软组织和体液中，与骨骼钙保持动态平衡，这部分钙统称为混溶钙池。 钙是骨骼和牙齿的重要组成成分，还参与凝血过程，能降低毛细血管及细胞膜的通透性，降低神经、肌肉的兴奋性。若血浆钙下降，则神经肌肉的应激性大增，导致手足抽搐；反之，血浆钙上升，可引起心脏、呼吸衰竭。钙对多种酶（如ATP酶、脂酶和蛋白质水解酶等）有激活作用。 人体对钙的吸收很

37、不完全，通常有70%80%不被吸收而随粪便排出，主要原因是这些钙已与食物中的植酸、草酸、脂肪酸等形成了不溶性的盐。植物含植酸、草酸较多，故植物性食品中钙的吸收率较低。脂肪摄入过多时，可因大量脂肪酸与钙生成不溶性皂化物随粪便排出，该过程尚可引起脂溶性维生素（例如维生素D）的流失。此外，食物纤维也可影响钙的吸收，这可能是食物纤维结构中的糖醛酸残基与钙结合所致。 钙的吸收与年龄、个体机能状态有关。年龄大，钙吸收率低；胃酸缺乏、腹泻等降低钙的吸收；若机体缺钙，则吸收率提高。有多种因素可促进钙的吸收。维生素D可促进钙的吸收，从而使血钙升高，并促进骨骼中钙的沉积。乳糖提高钙吸收的程度与其在食物中的含量成正

38、比。蛋白质也促进钙的吸收，可能是蛋白质消化后释出的氨基酸，与钙形成可溶性络合物或螯合物的结果。 食物中钙的来源以乳及乳制品为最好，不但含量丰富，吸收率也高。小虾、发菜、海带等含钙丰富。蔬菜、豆类和油料种子含钙也较多。谷类、肉类、水果等食物的含钙量较少，且谷类含植酸较多，钙不易吸收。蛋类的钙主要在蛋黄中，因有卵黄磷蛋白之故，吸收不好。为了补充食品中钙的不足，可按规定实行食品的钙营养强化。 2磷 磷在成人体内的总量约600g，约占体重的1%。大约85%的磷与钙一起构成骨骼和牙齿的主要部分，钙与磷的比值约为2:1。磷也是软组织结构的重要组分，很多结构蛋白含磷，细胞膜的脂质含磷，DNA和RNA皆含磷。

39、 磷在机体的能量代谢中具有重要作用。参与酶的组成，是很多酶系统之辅酶或辅基的组成成分。参与物质的活化，以利机体代谢反应的进行。在体液缓冲系统中，多种形式的磷酸盐发挥着重要作用，参与体液酸碱平衡的调节。 磷普遍存在于各种动植物食品中，但谷类种子中的磷，因植酸的缘故难以利用，蔬菜和水果含磷较少，而肉、鱼、禽、蛋、乳及其制品含磷丰富，是磷的良好食物来源。 3铁 铁是人体的必需微量元素，也是体内含量最多的微量元素。成人体内含铁4g5g，主要存在于血红蛋白中，其余铁皆与各种蛋白质结合在一起，没有游离的铁离子存在。在机体中，通过血红蛋白的形式，铁参与氧的转运、交换和组织呼吸过程。作为过氧化氢酶的组成成分，

40、对机体内过氧化物起清除作用。 正常成年人的食物铁吸收率一般在10%左右，其余部分随粪便排出体外。但人体的机能状态对食物铁的吸收利用影响很大。缺铁性贫血患者或缺铁的受试者对食物铁的吸收增加。放射性铁的试验表明，正常成年男女对食物铁的吸收为1%12%，缺铁受试者对铁的吸收率可高达45%64%。妇女的铁吸收比男子多些，小孩随年龄的增长，铁吸收率逐步下降。 食物中铁的含量通常不高，尤其是植物性食物中的铁，因可能与磷酸盐、草酸盐、植酸盐等结合成难溶性盐，溶解度大幅度下降，很难被机体吸收利用。但是动物性食物的铁，机体的利用率则高得多。其中肌肉、肝脏含铁量高，利用率也高。有报告称，猪血的含铁量为44.9mg

41、%，生物有效性也较高。 蛋黄属于动物性食品，铁含量也高（含量约7mg %），但由于卵黄磷蛋白含量高，而显著抑制其铁的吸收，故蛋类铁的吸收率并不高，一般不超过3 %。 4.锌 人体含锌总量1.4g2.3g，是含量仅次于铁的微量元素。人体的各种组织均含痕量的锌，含量约20g/g30g/g，主要集中于肝脏、肌肉、骨骼和皮肤（包括头发）。血液锌的75%85%存在于红血球中，是酶的组成成分。血浆锌则多与蛋白质结合在一起。头发中锌的含量，可反映食物锌的长期供给水平。 有一百多种酶含锌，锌为这些酶活性所必需，如乙醇脱氢酶、碱性磷酸酶、羧肽酶等。锌是胰岛素分子的组成部分，每个胰岛素分子含锌原子二个。锌与蛋白质

42、的合成有关，与DNA、RNA的代谢有关。 锌的吸收与铁相似，可受多种因素的影响。尤其植酸严重妨碍锌的吸收，但面粉经发酵可破坏植酸，有利于锌的吸收。当食物中有大量钙存在时，因可形成不溶性的锌钙植酸盐复合物，对锌的吸收干扰极大。 锌的食物来源很广，普遍存在于动植物的各种组织中。许多植物性食品如豆类、小麦含锌量可达15mg/kg20mg/kg，但因植酸的缘故而不易吸收。蔬菜、水果含锌量低，约2mg/kg。 动物性食品是锌的良好来源，例如猪肉、牛肉、羊肉等，含锌量2060mg /kg，鱼类和其他海产品的含锌量也在15mg/kg以上。通常，若动物蛋白供给充分，人体不会缺锌。素膳食若适当加工，例如豆类发芽

43、、面粉发酵等，也可保证锌的供应。 5.碘 成人体内含碘20mg50mg，其中约20%集中于甲状腺。甲状腺的聚碘能力很强，碘浓度可比血浆高25倍；当甲状腺机能亢进时，甚至可高数百倍。在甲状腺中，碘以甲状腺素和三碘甲腺原氨酸的形式存在。血浆中的碘则与蛋白质结合在一起。 碘的生理功能体现于甲状腺素。甲状腺素是一种激素，可促进幼小动物的生长、发育，调节基础代谢。特别是通过对能量代谢，对蛋白质、脂肪、糖类代谢的影响，促进个体的体力和智力发育，影响神经、肌肉组织的活动。机体缺碘可出现甲状腺肿，幼儿期缺碘可引起先天性心理和生理变化，导致呆小症。 含碘最丰富的食物是海产品，其他食品的碘含量则主要取决于动植物生

44、长地区的地质化学状况。通常，远离海洋的内陆山区，土壤和空气含碘量少，水和食品的含碘量也低，可能成为缺碘的地方性甲状腺肿高发区。 6硒 成人体内含硒约14mg21mg，分布于肾脏、肝脏、指甲、头发，肌肉和血液中含硒甚少。 硒属于剧毒的无机元素之一。硒是动物体的必需微量元素。硒是谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分，谷胱甘肽过氧化物酶有抗氧化作用，能保护细胞膜和血红蛋白免遭过氧化物自由基的氧化破坏。硒还有促进免疫球蛋白生成、保护吞噬细胞完整及降低有毒元素（例如汞）在体内的毒性等多种作用。 硒的食物来源受地球化学因素的影响，沿海地区食物的含硒量较高，其他地区则随土壤和水中硒含量的不同而差异显著。海产品及肉类

45、是硒的良好食物来源，含硒量一般超过0.2mg/kg。肝、肾比肌肉的硒含量高45倍。蔬菜、水果含硒量低，常在0.01mg /kg以下。 在食品加工时，硒可因精制或烧煮而有所损失，越是精制或长时间烧煮过的食品，硒含量就越低。 7铜 成人体内含铜总量约80mg，存在于各种组织中，以骨骼和肌肉中含量较高，浓度最高的是肝和脑，其次是肾、心脏和头发。血浆铜的90%与蛋白质结合成铜蓝蛋白。 铜主要以酶的形式起作用。已知至少有十多种金属酶含铜，它们都属氧化酶。血浆铜蓝蛋白即是一种多功能的氧化酶，其最重要的生理功能是催化二价铁氧化成三价铁，影响机体贮备铁的动用和食物铁的吸收。 铜的食物来源很广，一般动植物食品都

46、含铜，但其含量随产地土壤的地球化学因素而有差别。动物内脏如肝、肾等含铜丰富。甲壳类、坚果类、干豆等含铜较多，牛奶、绿叶蔬菜含铜较少。 8铬 铬有三价和六价两种形态，六价铬有毒，机体不能利用。成人体内三价铬总量约5mg10mg，分布很广，但在各种组织中的浓度都很低，仅在核蛋白中浓度较高，提示铬可能与核蛋白的代谢有关。另外已查明，铬是葡萄糖耐量因子的组成成分，而葡萄糖耐量因子是胰岛素的辅助因子，在机体能量代谢中发挥重要作用。 铬的良好食物来源是啤酒酵母、肉、奶酪和全谷。蔬菜中铬的利用率较低。食品加工和精制可使某些食品的铬含量大幅度下降，例如，红糖的铬含量比砂糖高312倍；精面粉的铬含量较全麦低得多

47、。 2.食品中水分的分类 （1）自由水（游离水）是以毛细管凝聚状态存在于细胞间的水分。食品中通常含有动植物体内天然形成的毛细管，因为毛细管是由亲水物质组成，而且毛细管的内径很小，使毛细管具有较强的束缚水的能力，把保留在毛细管中的水称为毛细管水，它属于自由水。与一般水没什么区别，在食品中会因蒸发而散失、因吸潮而增加，容易发生增减变化。游离态的水、凝胶态的水及表面吸附态的水均可归入此类。 Aww范围 在此范围内的最低 Aw值一般能抑制的微生物 食 品 0.750.65 嗜干霉菌、二孢酵母 含 10%水分的燕麦片、 牛轧糖块、软质奶糖、果冻、棉花糖、糖蜜、某些干果、坚果 0.650.60 耐渗透压酵

48、母、少数霉菌(二孢红曲霉、刺孢曲霉) 含水 15%20%的果干，某些太妃糖和焦糖、蜂蜜 0.50 微生物不繁殖 含水分约 12%的酱、 水分含量约 10%的调味品 0.40 微生物不繁殖 水分含量约 5%的全蛋粉 0.30 微生物不繁殖 含水量为 3%5%的曲奇饼、面包硬片 0.20 微生物不繁殖 含 2%3%水分的全脂奶粉、含 5%水分的脱水蔬菜、含水约 5%的玉米片、脆饼干 续续表表1-2 食品中水活性和微生物生长的关系食品中水活性和微生物生长的关系 从图1-5a、d、e可见，在中等至高Aw（Aw0.70.9）时，美拉德褐变反应（详见第九章第一节）、维生素B1降解反应以及微生物生长显示最大

49、反应速度。但有的情况下，中等至高含水量食品，随着水分活度增大，反应速度反而降低。原因可能有二：一是在这些反应中水是一个产物，水含量的增加导致产物抑制作用；二是当样品中水的含量对溶质的溶解度、可接近性（大分子表面）和流动性不再是限速因素时，进一步加水将会对提高反应速度的组分产生稀释效应，其结果是反应速度降低。 DRIs（Dietary Reference Intakes）包括4项内容：平均需要量（EAR）、推荐摄入量（RNI）、适宜摄入量（AI）和可耐受最高摄入量（UL）。 （3）按代谢后的酸碱性分食品中的矿物质元素，在体内经过氧化后生成氧化物，按其酸碱性可分为酸性矿物质元素（如氯、硫、磷、碘等

50、）和碱性矿物质元素（如钾、钙、钠、镁等）。 2.食品中矿物质的存在形式 矿物质在食品中主要以无机盐形式存在，各种无机盐中，正离子比负离子种类多，且存在状态多样。正离子中一价离子都成为可溶性盐，如K、Na、Cl等。多价离子则以离子、不溶性盐和胶体溶液形成动态平衡体系存在。在肉、乳中的矿物质常以这种形式存在。 食品所含酸性元素磷、硫、氯等多，在体内氧化后，生成带阴离子的酸根，如PO43、SO42、Cl等，易使体液偏酸性，因此含酸性元素多的食品称为成酸食物（或酸性食物）。 食品所含碱性元素钾、钠、钙、镁等，在体内氧化后，生成带阳离子的碱性氧化物，如Na2O、K2O、CaO、MgO等，易使体液偏碱性，

51、这些含碱性元素多的食品称为成碱食物（或碱性食物）。 食品在生理上呈酸性还是碱性，可以通过食品灰化（通过高温灼烧的手段分解食品中有机物的过程）后，用酸或碱溶液进行中和滴定来确定。食品的酸度或碱度，是指100克食品的灰分溶于水中，用0.1mol/L的碱液或酸液中和时，所消耗碱液或酸液的毫升数。以“+”表示碱度，以“-”表示酸度。 3加工对食品中矿物质成分的影响 各种加工方法对食物中矿物质的含量和组成均有一定的影响。在加工过程中，富含矿物质的食品组分流失或去除，则造成某些矿物质的含量下降；食品被浓缩或矿物成分从加工器械、包装材料中溶出，则食品中某些矿物质含量会增加；如果在加工过程中产生矿物质盐类的沉

52、淀或溶解，则会影响矿物质的生物有效性。 4矿物质的强化 在食品中补充某些缺少的或特需的营养成分称为食品的强化。 在食品中添加矿物质必须遵循有关的法规，注意矿物元素摄入的安全剂量，同时一些技术上的问题，尤其是被添加的矿物质在食品中的稳定性，以及与食品中其他组分相互作用可能产生的不良后果等问题必须得到妥善的解决。 含碘最丰富的食物是海产品，其他食品的碘含量则主要取决于动植物生长地区的地质化学状况。通常，远离海洋的内陆山区，土壤和空气含碘量少，水和食品的含碘量也低，可能成为缺碘的地方性甲状腺肿高发区。 6硒 成人体内含硒约14mg21mg，分布于肾脏、肝脏、指甲、头发，肌肉和血液中含硒甚少。 硒属于剧毒的无机元素之一。硒是动物体的必需微量元素。硒是谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分，谷胱甘肽过氧化物酶有抗氧化作用，能保护细胞膜和血红蛋白免遭过氧化物自由基的氧化破坏。硒还有促进免疫球蛋白生成、保护吞噬细胞完整及降低有毒元素（例如汞）在体内的毒性等多种作用。