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第八章矿物质(Minerals)吉林大学军需科技学院主要讲授的内容矿物质概述（概念、种类、生理功能、食品中成酸与成碱作用）食品中矿物质的缺乏、生物利用率和食品加工的影响重要的矿物质元素（钙、磷、镁、铁、锌、碘、硒、铜等）一、概念人体组织中几乎含有自然界存在的各种元素，而且与地球表层元素组成基本一致。在这些元素中，已发现有20种左右的元素是构成人体组织、维持生理功能、生化代谢所必需。其中除碳、氢、氧和氮主要以有机化合物形式存在外，其余的元素统称为无机盐(矿物质或灰分)。第一节矿物质概述分类常量元素（钙、磷、钠、钾、氯、镁与硫）必需微量元素（铜、钴、铬、铁、氟、碘、锰、钼、硒、锌）可能必需微量元素（硅、镍、硼、钒）二、分类铅、镉、汞、砷、铝、锡和锂有潜在毒性，但低剂量可能具有功能作用。第一节矿物质概述特点数量：随年龄增长而增加，但元素间比例变动不大分布：极不均匀代谢：不能在体内生成，必须通过膳食补充，且除非被排出体外，不可能在体内消失。第一节矿物质概述三、特点过量摄入常不仅无益而有害，特别要注意用量不宜过大。矿物质相互之间存在协同或拮抗作用四、矿物质的功能1．无机盐是构成机体组织的重要材料。如钙、磷、镁是骨骼和牙齿的重要成分，磷、硫是构成组织蛋白的成分。第一节矿物质概述2．无机盐是细胞内外液的重要成分，它们（主要是钠、钾、氯）与蛋白质一起维持着细胞内、外液的一定的渗透压，从而在体液的储留和移动过程中起着重要的作用。第一节矿物质概述四、矿物质的功能3．酸性、碱性无机离子的适当配合，加上重碳酸盐和蛋白质的缓冲作用是维持机体酸碱平衡的重要机制。第一节矿物质概述四、矿物质的功能4．在组织液中的各种无机离子，特别是保持一定比例的钾、钠、镁离子是维持神经、肌肉兴奋性，细胞膜通透性以及所有细胞正常功能的必要条件。第一节矿物质概述四、矿物质的功能5．无机元素是构成某些具有特殊生理功能的物质的重要成分。如血红蛋白和细胞色素系统中的铁，甲状腺素中的碘和谷胱甘肽氧化物酶中的硒。第一节矿物质概述四、矿物质的功能6．无机离子是很多酶系统的活化剂、辅因子或组织成分。如盐酸之于胃蛋白酶原，氯离子之于唾液淀粉酶，酶离子之于氧化磷酸化的多种酶类，以及很多其他含金属的酶类。四、矿物质的功能第一节矿物质概述7.改变食品的感官性状和营养价值。第一节矿物质概述四、矿物质的功能第一节矿物质概述五、食品的成酸与成碱作用食品的成酸、成碱作用是指摄入的食物经过机体代谢成为体液的酸性物质或碱性物质来源的过程。■成酸性食品通常含有丰富的蛋白质、脂肪和糖类。肉、鱼、蛋类为成酸性食品。■蔬菜、水果等含有丰富的K、Na、Ca、Mg等元素，在体内代谢后则生成碱性物质，能中和酸性体液。所以，蔬菜水果是碱性食品。■应当指出，并非具有酸味的食品是酸性食品。第一节矿物质概述第二节矿物质的缺乏、生物利用率和食品加工的影响一、矿物质的缺乏■地球环境中各种元素的分布不平衡■食物中含有天然存在的矿物质拮抗物■食物加工过程中造成矿物质的损失■摄入量不足或不良饮食习惯■生理上有特殊营养需求的人群1、定义：也称生物有效性，是指食品中矿物质被机体吸收、利用的比例。二、矿物质的生物利用率2、测定方法：■化学平衡法■实验动物的生物检验法■离体试验法■放射性同位素示踪法第二节矿物质的缺乏、生物利用率和食品加工的影响1）化学形式2）颗粒大小3）食品组成4）食品加工5）生理因素3、影响因素第二节矿物质的缺乏、生物利用率和食品加工的影响二、矿物质的生物利用率1、烫漂2、烹调3、碾磨4、浓缩5、强化三、食品加工对矿物质含量的影响第二节矿物质的缺乏、生物利用率和食品加工的影响钙是人体含量最多的一种无机元素，出生时体内含钙总量约为28g，成年时达850～1200g，相当于体重的1.5％～2.0％，其中99％主要以羟磷灰石结晶形式集中在骨骼和牙齿中。其余1％，有一半与柠檬酸螯合或与蛋白质结合；另一半则以离子状态存在于软组织、细胞外液和血液中，称为混溶钙池。一、钙（calcium）第三节食品中重要的矿物质(一)生理功能1．构成骨骼和牙齿2．维持神经与肌肉活动3．促进体内某些酶的活性4．其他功能参与血凝过程、激素分泌、维持体液酸碱平衡以及细胞内胶质稳定性。（二）吸收影响钙吸收的有利因素影响钙吸收的不利因素维生素D乳糖膳食蛋白质有机酸(乳酸、醋酸)氨基酸(精氨酸、赖氨酸)高钙浓度草酸盐与植酸盐膳食纤维高脂肪膳食钙磷比■钙的吸收还与机体状况、年龄等有关：婴幼儿、孕妇、乳母由于需要增高，钙吸收率远大于成年男性。随增长，钙吸收率也逐渐下降，60岁以上男女性的钙吸收均明显降低。婴幼儿期钙吸收率常大于50％，儿童期为40％，成年人则降至20％左右，老年人更低，仅达15％左右。■制酸剂的服用也可干扰钙的吸收。■体育锻炼有利于钙的吸收。钙的代谢(三)供给量中国居民膳食钙的每日适宜摄入量为：0～0.5岁300毫克，0.5～1岁400毫克，1～4岁600毫克，4～11岁800毫克，11～18岁1000毫克，18～50岁800毫克，50岁以上1000毫克，孕妇中期为1000毫克，晚期和乳母为1200毫克。成人适宜摄入量(AI)为1000mg/d，无明显损害水平(NOAEL)为1500mg/d。可耐受最高摄入量(UL)为2000mg/d。（四）食物来源含钙丰富的食物mg/100g食物含量食物含量食物含量虾皮虾米河虾泥鳅红螺河蚌鲜海参991555325299539306285苜蓿荠菜雪里蕻苋菜乌塌菜油菜苔黑芝麻713294230187186156780酸枣棘花生仁紫菜海带(湿)黑木耳全脂牛乳粉酸奶435284264241247676118二、磷（phosphorus）体内含量：成人体内含量为650g左右，占体重1％左右，占体内无机盐总量的1／4。存在形式和部位：总磷量的85％～90％以羟磷灰石形式存在于骨骼和牙齿中。其余10％～15％与蛋白质、脂肪、糖及其他有机物结合，分布于几乎所有组织细胞中，其中一半左右在肌肉。(一)生理作用1．骨、牙齿以及软组织的重要成分2．调节能量释放3．生命物质成分4．酶的重要成分5．物质活化6.参与调节酸碱平衡(二)供给量及食物来源磷的需要量随年龄而下降，同时还取决于蛋白质摄入量，据研究，维持平衡时需要磷量为520～1200毫克／天。成人磷的AI为700mg/d钙磷比例维持在1:1～1.5之间比较好UL为3500mg/d磷的来源广泛，一般都能满足需要。瘦肉、禽、蛋、鱼、坚果、海带、紫菜、油料种子、豆类等三、铁（iron）■铁是人体必需微量元素中含量最多的一种，总量约为4～５g。■功能性铁：血红蛋白中，占60％～75％，3％在肌红蛋白，1％为含铁酶类(细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶与过氧化氢酶等)。■贮存铁：以铁蛋白和含铁血红素形式存在于肝、脾与骨髓中，约占体内总铁的25％。■铁在体内含量随年龄、性别、营养状况和健康状况而有很大的个体差异。(一)生理作用■铁为血红蛋白与肌红蛋白、细胞色素A以及某些呼吸酶的成分。参与体内氧与二氧化碳的转运、交换和组织呼吸过程。■铁与红细胞形成和成熟有关。■铁还能催化促进β—胡萝卜素转化为维生素A、嘌呤与胶原的合成、抗体的产生、脂类从血液中转运以及药物在肝脏的解毒等。(二)吸收铁在食物中主要以三价铁形式存在，少数食物中为还原铁(亚铁或二价铁)形式。肉类等食物中的铁约一半左右是血红素铁，而其它为非血红素铁。前者在体内吸收时，不受膳食中植酸、磷酸的影响，后者常受膳食因素的影响。有利因素不利因素维生素C某些单糖有机酸动物肉类核黄素贮存量少草酸盐与植酸盐茶叶及咖啡中多酚类物质胃酸缺乏过多服用抗酸药物无机锌贮存量多非血红素铁在吸收前，必须与结合的有机物分离，如蛋白质、氨基酸和有机酸等。也必须在转化为亚铁后方可被吸收，因而，影响非血红素铁吸收的因素很多。一些食物铁的吸收率食物吸收率大米玉米和黑豆莴苣小麦、面粉鱼血红蛋白动物肉、肝蛋类1％3％4％5％11％25％22％3％(三)铁缺乏及缺铁性贫血体内缺铁时铁损耗分三个阶段第一阶段为铁减少期(irondeficiencystore,ID)第二阶段为红细胞生成缺铁期(irondeficiencyerythropoiesis,IDE)第三阶段为缺铁性贫血期（irondeficiencyanemia,IDA）（此时储存铁耗竭，血清铁蛋白浓度下降）（此时除血清铁蛋白下降外，血清铁也下降，同时铁结合力上升(运铁蛋白饱和度下降)血红蛋白和红细胞比值下降铁缺乏时对人体的影响：工作效率降低、学习能力下降，冷漠呆板；缺铁儿童易烦躁，抗感染抵抗力下降。此外，常有自述心慌、气短、头晕、眼花、精力不集中等症状。(四)供给量与食物来源■我国建议铁的日供给量为：成年男子12mg，成年女子为18mg，孕妇、乳母为28mg。■膳食中的铁良好来源为动物肝脏、动物全血、畜禽肉类、鱼类。蔬菜中含铁量不高，油菜、苋菜、菠菜、韭菜等利用率不高。不同人群铁的适宜摄入量(AI)mg/d年龄性别铁年龄性别铁0～0.5～1～4～7～11～14～—————男女男女0.31012121216182018～50～孕妇早期中期晚期乳母男女—————15201515253525成人铁的UL为50mg/d含铁较高的食物mg/100g食物含量食物含量食物含量鸭血30.5鸡血25.0沙鸡24.8鸭肝23.1猪肝22.6蚌肉50.0蛏子33.6蛤蜊22.0刺蛄14.5发菜99.3红蘑235.1冬菇10.5藕粉41.8黑芝麻22.7鸡蛋黄粉10.6地衣(水浸)21.1冬菜11.4苜蓿9.7四、碘（iodine）人体内约含碘20～50mg，相当于0.5mg／kg体重，甲状腺组织内含碘最多，约占体内总碘量20％左右(约8mg)。血液中碘主要为蛋白结合碘约为30～60ug／L。碘的生理作用（参与甲状腺素合成）促进生物氧化，协调氧化磷酸化过程，调节能量转化；促进蛋白质合成，调节蛋白质合成与分解；促进糖和脂肪代谢；调节组织中水盐代谢；促进维生素的吸收和利用；活化酶包括细胞色素酶系、琥珀酸氧化酶系一百多种，对生物氧化和代谢都有促进作用；促进神经系统发育，组织的发育和分化及蛋白质的合成。（一）碘的生理作用(二)碘缺乏■地方性甲状腺肿■孕妇严重缺碘，可殃及胎儿发育，使新生儿生长损伤，尤其是神经、肌肉，认知能力低下，以及胚胎期和围产期死亡率上升。■其中有神经病学损伤为特征的神经型——呆小病为最严重；■表现为甲状腺功能低下和甲状腺中等程度肿大为主型——粘液水肿型。四肢短小，颈短，骨骼异常等。(三)碘过量病因:碘过量通常发生于摄入含碘量高的食物，以及在治疗甲状腺肿等疾病中使用过量的碘剂等情况。例:我国河北、山东部分县区居民，曾因饮用深层高碘水，或高碘食物造成高碘甲状腺肿。这只要限制高碘食物，即可防治。如补充碘反而使病情恶化。在我国使用强化食盐防治地方性甲状腺肿大中，未见有碘过量甲状腺肿的问题。(四)供给量与食物来源不同人群碘的推荐摄入量(RNI)μg/d年龄碘年龄碘0～0.5～1～4～7～11～14～505050909012015018～50～孕妇早期中期晚期乳母150150200200200200碘的UL为1000μg/d人体对碘的需要量受年龄、性别、体重、发育及营养状况等所左右。中国营养学会建议的供给量为成人150ug，孕妇加25ug，乳母加50ug。含碘量较高的食物(每百克含量):海带(干)含碘24000ug，紫菜(干)1800ug，淡菜(干)1000ug，海参(干)600ug。海盐中一般在30ug／kg以上。五、锌（zinc）■人体含锌:2～2.5g■主要存在部位:※按单位重量含锌量计算，以视网膜、脉络膜、前列腺为最高，其次为骨胳、肌肉、皮肤、肝、肾、心、胰、脑和肾上腺等。■血液中锌含量：红细胞约占75％～88％，血浆12％一22％，白细胞3％。■红细胞膜上锌浓度较高，主要以金属酶和碳酸酐酶、碱性磷酸酶的组分存在；血浆中锌主要与蛋白质相结合，其中与白蛋白结合为60