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食品生物化学•第一节概述•第二节脂溶性维生素•第三节水溶性维生素•第四节维生素在食品贮藏加工中的损失第七章维生素和辅酶食品生物化学学习目标1．掌握维生素的概念与分类方法。2．了解各种维生素的结构，掌握其性质、生理功能及其食物来源。3．了解辅酶或辅基与维生素的联系。4．掌握维生素损失的原因及加工对维生素的影响。食品生物化学第一节概述一、维生素的定义维生素是维持机体正常生命活动必不可少的一类微量小分子有机化合物。机体对维生素的需要量很小，但由于这类物质在体内不能合成，或合成的量很少，必须从食物中摄取，才能满足机体需要。维生素在体内调节物质代谢和能量代谢中起着非常重要的作用。大多数维生素是通过辅酶或辅基的形式参与生物体内的酶反应系统，也有少数维生素还具有一些特殊的生理功能。机体缺少某种维生素时，会使物质代谢过程发生障碍，生物不能正常生长、发育，甚至发生疾病。这种因缺乏维生素而引发的疾病称为维生素缺乏症。食品生物化学二、维生素的命名和分类1．维生素的分类（1）脂溶性维生素不溶于水而溶于脂肪和脂肪溶剂的维生素称为脂溶性维生素。如维生素A、维生素D、维生素E、维生素K和硫辛酸等。它们的消化与吸收都和脂类有关。（2）水溶性维生素溶于水而不溶于有机溶剂的维生素称为水溶性维生素。水溶性维生素包括维生素B族、维生素C，属于维生素B族的主要有维生素B1、B2、PP、B6、泛酸、生物素、叶酸和B12等。水溶性维生素特别是维生素B族在生物体内通过构成辅酶而发挥对物质代谢的影响。这类辅酶在肝脏内含量最丰富。与脂溶性维生素不同，进入人体的多余的水溶性维生素及其代谢产物均自尿中排出，体内不能多贮存。食品生物化学2．维生素的命名（1）习惯上采用拉丁字母A、B、C、D、……来命名，中文命名则相应的采用甲、乙、丙、丁……，这些字母并不表示发现该种维生素的历史次序（维生素A除外），也不说明相邻维生素之间存在什么关系。有的维生素在发现时以为是一种，后来证明是多种维生素混合存在，便又在拉丁字母下方注l、2、3等数字加以区别，如B1、B2、B3、B6等。（2）根据维生素特有的生理和治疗作用来命名如维生素B1（VB1），有防止神经炎的功能，所以也称为神经炎维生素。（3）根据其化学结构来命名如维生素B1，因分子中含有硫和氨基（-NH2），又称为硫胺素。食品生物化学第二节脂溶性维生素一、维生素A维生素A是所有具有视黄醇生物活性的β-紫罗宁衍生物的统称。它是具有脂环的不饱和一元醇类，有维生素A1和维生素A2两种。维生素A1也称为视黄醇，存在于哺乳动物及咸水鱼的肝脏中；维生素A2为3-脱氢视黄醇，存在于淡水鱼的肝脏中。二者的生理功能相同，但VA2的生理活性只有VA1的一半。食品生物化学CH2OHCH3CH3CH3CH3CH3维生素A1（视黄醇）CH2OHCH3CH3CH3CH3CH3维生素A2（3-脱氢视黄醇）CH3CH3CH3CH3CH3CCH3CH3CH3CH3H3β-胡萝卜素图7-1维生素A及维生素A原的结构食品生物化学维生素A只存在于动物性食品(肝、蛋、肉)中，在很多植物性食品如胡萝卜、红辣椒、菠菜、芥菜等有色蔬菜中存在着类胡萝卜素，类胡萝卜素结构与维生素A1相似，但不具有生物活性，它在人和动物的肠壁和肝脏中能转变成具有生物活性的维生素A，因此胡萝卜素也称为维生素A原。其中生物活性最高的是β-胡萝卜素，虽然理论上1分子β-胡萝卜素可以生成2分子维生素A，但由于胡萝卜素不能完全被吸收，转变有限，所以实际上6微克β-胡萝卜素才具有1微克维生素A的生物活性。食品生物化学维生素A纯品为黄色片状结晶，不纯品一般是无色或淡黄色油状物（加热至60°C应成澄明溶液）。不溶于水，在乙醇中微溶，易溶于油及其他有机溶剂。易被氧化，光和热可促进氧化。在无氧条件下可耐热至120～130°C，但在有氧条件下受热或受紫外线照射时，均可使其破坏失效。维生素A对热、酸、碱稳定，一般加工烹调方法不会引起破坏，但若与磷脂、VE、VC及其他抗氧化剂并存则较为稳定。维生素A参与视网膜视紫质的合成与再生，维持正常暗适应能力，维持正常视觉。当维生素A缺乏时，视紫红质合成受阻，使视网膜不能很好的感受弱光，在暗处不能辨别物体，暗适应能力降低，严重时可出现夜盲症。食品生物化学维生素A还参与上皮细胞与粘膜细胞中糖蛋白的生物合成，维持上皮细胞的正常结构和功能；促进蛋白质的生物合成和骨细胞的分化，促进机体的生长和骨骼的发育；免疫球蛋白也是糖蛋白，其合成也与VA有关，故有增加机体抗感染的作用；VA可促进上皮细胞的正常分化并控制其恶变，从而有防癌作用。当维生素A缺乏时，除了感受暗光发生障碍，导致夜盲、干眼、角膜软化、表皮细胞角化、失明等症状外，还会影响人的正常发育，上皮组织干燥以及抵抗病菌的能力降低，因而易于感染疾病。但摄入VA过多会引起中毒，主要症状为厌食、烦躁、皮肤干燥、瘙痒、毛发枯干易落、肝脏和脾脏肿大等。及时停止食用，症状可很快消失。食品生物化学天然VA只存在于动物体内，动物的肝脏、鱼肝油、奶类、蛋类及鱼卵是VA的最好来源。类胡萝卜素广泛分布于红色、橙色、深绿色植物性食物中，如胡萝卜、玉米、番茄、红心甜薯、菠菜、苋菜、杏、芒果等。二、维生素D维生素D，又称抗佝偻病维生素，是类固醇衍生物。维生素D种类很多，以维生素D2(钙化醇)，维生素D3(胆钙化醇)最重要。二者的区别仅在侧链上。植物性食物中所含的麦角固醇经紫外线照射后可转变为维生素D2（又可称为麦角钙化醇），故麦角固醇是维生素D2的维生素原。人和动物皮下含有7-脱氢胆固醇，为维生素D3的前体，经日光或紫外线照射可转变为维生素D3，这是人体维生素D的主要来源。食品生物化学图7-2类固醇、维生素D的结构及其转化食品生物化学维生素D为无色针状结晶或白色结晶性粉末，溶于脂肪和脂肪溶剂；无臭，无味；在酸性溶液中会逐渐分解，在中性、碱性条件下能耐高温和氧化，故一般的加工、贮存中不会引起维生素D的损失。但脂肪酸败可引起维生素D的破坏。维生素D的生理功能是促进钙、磷的吸收，维持正常血钙水平和磷酸盐水平；促进骨骼和牙齿的生长发育。维生素D缺乏时，临床表现为手足抽搐，严重的儿童引起佝偻病，成人引起软骨病。服用维生素D可防治手足抽搐，佝偻病，软骨病，但在使用维生素D时应先补充钙。大剂量久用维生素D会造成中毒，表现为血钙过高、骨破坏、异位钙化和动脉硬化等。食品生物化学维生素D在食物中与维生素A伴存，肉、牛奶中含量较少，而鱼、蛋黄、奶油中含量相当丰富，尤其是海产鱼肝油中特别丰富。三、维生素E维生素E又称生育酚或抗不育维生素，是苯骈二氢吡喃的衍生物。天然的维生素E有多种，其中有4种（α、β、γ、δ）较为重要。它的活性分别为100、40、8、20，可见α-生育酚的活性最大。在结构上它们的侧链均相同，只是环状结构上的甲基的数目和位置不同。食品生物化学图7-3生育酚结构通式食品生物化学维生素E组分R1R2α-生育酚-CH3-CH3β-生育酚-CH3-Hγ-生育酚-H-CH3δ-生育酚-H-H表7-1生育酚的基团差异维生素E为橙黄色或淡黄色油状物质，不溶于水，易溶于脂肪和脂肪溶剂，对热与酸稳定，对碱敏感，可缓慢地被氧化破坏。在酸败的脂肪中维生素E容易破坏。维生素E极易氧化而保护其他物质不被氧化，故具有抗氧化作用。可用来保护脂肪或维生素A使其不被氧化，是食品工业中常用的抗氧化剂。食品生物化学VE具有很强的抗氧化作用，能阻止不饱和脂肪酸受过氧化作用的损伤，从而维持不饱和脂肪酸较多的细胞膜的完整性和正常功能；由于预防了脂质过氧化，从而消除了体内其他成分受到脂质过氧化物的损害。因此，具有延缓衰老、防止红细胞因破裂引起的溶血。维生素E还可以保护巯基不被氧化，而保护某些酶的活性。维生素E与动物生殖功能有关，缺乏造成不育。维生素E在自然界分布广泛，多存在于植物组织中，植物种子的胚芽，尤其是麦胚油、棉籽油、玉米油、大豆油中含量丰富。在许多绿色植物、肉、奶油、奶、蛋中均存在。食品生物化学四、维生素K维生素K是一切具有叶绿醌生物活性的2-甲基-1，4-萘醌衍生物的统称。维生素K是凝血酶原形成所必需的因子，故又称凝血维生素。天然的维生素K有维生素K1、K2两种。维生素K1在绿叶植物含量丰富，因此维生素K1又称为叶绿2-甲基萘醌。维生素K2是人体肠道细菌的代谢产物。维生素K1和K2都是2－甲基－1，4－萘醌的衍生物。临床上所用的维生素K是人工合成的，有维生素K3、维生素K4、维生素K5、维生素K7等，均以2-甲基萘醌为主体。其中，维生素K4的凝血活性比K1高3~4倍。通常维生素K是以维生素K1为参考标准的。食品生物化学图7-4维生素K1和K2结构食品生物化学维生素K1为黄色油状物，维生素K2为黄色结晶，耐高温，但易被光和碱破坏。维生素K参与凝血作用，可促进凝血因子的合成，并使凝血酶原转变为凝血酶，促进血液凝固。缺乏维生素K，凝血酶原合成受阻，凝血时间延长，导致皮下、肌肉和肠道出血，或因受伤后血流不凝或难凝。维生素K还可能作为电子传递体系的一部分，参与氧化磷酸化过程。维生素K3维生素K4图7-5人工合成的维生素K3和K4结构食品生物化学维生素K在蛋黄、苜蓿、绿叶蔬菜、动物肝脏、鱼肉中含量丰富，人体肠道中的大肠杆菌也可以合成维生素K，故人体一般不会缺乏维生素K。五、硫辛酸硫辛酸是一种含硫的脂肪酸,学名6.8-二硫辛酸，以氧化型和还原型两种形式存在，氧化型是脂溶性的，而还原型则是水溶性的。硫辛酸在代谢中作为α-酮酸氧化脱羧酶和转羟乙醛基酶的辅酶，起转运酰基和氢的作用，与糖代谢关系密切。硫辛酸是某些微生物的必需维生素，但未发现人类有硫辛酸缺乏症。硫辛酸在动物的肝脏和酵母中含量丰富，在食物中，硫辛酸常与维生素B1同时存在。人体能自行合成。食品生物化学食品生物化学第三节水溶性维生素一、维生素B1维生素B1又称为抗脚气病维生素、抗神经炎因子，因为它是由含硫的嘧啶环和含氨基的噻唑环组成，故又称硫胺素。在体内常以焦磷酸硫胺素（TPP）的形式存在。维生素B1分子中含有氨基，又称为噻嘧胺，与盐酸可生成盐酸盐。一般使用的维生素B1都是化学合成的硫胺素盐酸盐，呈白色针状结晶。食品生物化学图7-6硫胺素和TPP分子结构食品生物化学维生素B1在酸性条件下较稳定，在pH为3.5时加热到120℃仍可保持活性；在中性、碱性中易破坏。在烹调豆类、谷类食品时不宜加碱，以免维生素B1水解破坏。维生素B1极易溶于水，故米不宜淘洗太多，以免维生素B1损失。维生素B1也常因热烫、预煮而损失。维生素B1在植物中分布广泛，谷类、豆类的种皮、胚芽中含量很丰富。例如，米糠和麦麸中都含有丰富的维生素B1。酵母中维生素B1含量最多。瘦肉、白菜及芹菜中维生素B1含量也比较丰富。维生素B1在体内经硫胺素激酶催化，可与ATP作用转变为焦磷酸硫胺素（TPP）：硫胺素+ATP焦磷酸硫胺素+AMP硫胺素激酶食品生物化学TPP是丙酮酸氧化脱羧酶、α-酮戊二酸氧化脱羧酶和转酮醇酶的辅酶，因此维生素B1对维持正常糖代谢具有重要作用。若机体缺乏维生素B1，体内TPP含量减少，从而使丙酮酸氧化脱羧作用发生障碍，糖代谢作用受阻，丙酮酸、乳酸在组织中积累，影响心血管和神经组织的正常功能。表现为多发性神经炎、四肢麻木、肌肉萎缩、心力衰竭、心律加快、下肢水肿等症状，临床上称为脚气病。TPP能抑制胆碱脂酶的活性，减少乙酰胆碱的水解，维持正常的消化腺分泌和胃肠道蠕动，从而促进消化。轻度缺乏维生素B1，出现食欲不振、消化不良等症状，是因消化液分泌减少，胃肠道蠕动减慢造成的。食品生物化学二、维生素B2维生素B2又称为核黄素，它是核糖醇与6，7-二甲基异咯嗪的缩合物。在生物体内，核黄素主要以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）两种形式存在。维生素B2是橙黄色针状晶体，味苦，它溶于水，极易溶于碱性溶液，水溶液在紫外光照射下呈黄绿色荧光，荧光的强弱与维生素B2含量成正比，利用此性质可定量分析。维生素B2耐热和酸，对光和碱不稳定。烹调食物时加入碱易破坏维生素B2。食品生物化学图7-7维生素B2分