三 食物中的营养素

导读:第三章食物中的营养素,能够提供能量和养身体的物质称营养素(nutriment),食物中有七大营养素即蛋白质、碳水化合物、脂类、维生素、矿物质、膳食纤维和水,蛋白质中水的存在和存在方式直接影响着食物的质构和口感,就是利用此性质可制造出肉类风味的食物,3.1.1.3蛋白质在动物生命活动中的重要营养作用,食物蛋白质几乎是唯一可用以形成动物体蛋白质的氮来源,必须从食物中补充的氨基酸,作为营养源不需要从

三 食物中的营养素

第三章 食物中的营养素

能够提供能量和养身体的物质称营养素(nutriment)。

食物中有七大营养素即蛋白质、碳水化合物、脂类、维生素、矿物质、膳食纤维和水。 3.1.1 蛋白质

蛋白质(protein)是所有生物细胞的基本物质。蛋白质主要含C、H 、O 、N、S等元素(有些蛋白质中含有P、Cu、Fe、Mn、Zn、Mg、Ca等矿物元素),一般由几百个乃至几千个氨基酸所构成。

蛋白质是生物体内最重要的生命有机化合物之一,它是生物体中一切组织的基础物质,并在生命现象和生命过程中起着决定作用。

无论蛋白质来源如何,其蛋白质的含氮量都约为16%,取其倒数6.25,称为蛋白质换算系数,它是通过氮元素分析测定蛋白质大致含量的依据,粗蛋白质% = N% ×6.25。 ① 按蛋白质分子的化学组成和溶解性分类:

单纯蛋白质是指蛋白质完全水解后只生成α- 氨基酸;

结合蛋白质是指由单纯蛋白质和耐热的非蛋白质物质而成 的,其非蛋白质部分称为辅基。 ② 按生物功能分类:蛋白质分为活性蛋白质和非活性蛋白质。 活性蛋白质是指生命过程中一切生理活性的蛋白质或它们 的前体(如酶、酶原、激素蛋白、运动蛋白、防御蛋白、病 毒外壳蛋白、受体蛋白、控制生长与分化的蛋白质等类型); 非活性蛋白质是指起保护和支持作用的蛋白质(如胶原、角 蛋白、弹性蛋白、丝蛋白等)。 3.1.1.2 蛋白质的功能性质

(1)蛋白质的水化性和持水性:蛋白质的水化性是指干燥蛋白质遇水后逐步水化,包括水吸收、溶胀、润湿性、持水力、黏着性、溶解度、速溶性、黏度。蛋白质中水的存在和存在方式直接影响着食物的质构和口感。蛋白质的持水性是指水化了的蛋白质胶体牢固束缚住水不丢失的能力。蛋白质保留水的能力与许多食品的质量尤其是肉类菜肴有重要关系。一般来说,加工过程中肌肉蛋白质持水性越好,制作出的食品口味越好。 (2)蛋白质的膨润是指蛋白质吸水后不溶解,在保持水分的同时赋予制品以强度和黏度的一种重要功能。加工中有大量的蛋白质膨润如干明胶、鱿鱼、海参、蹄筋的发制等。

(3)蛋白质的乳化性和发泡性:蛋白质是既含有疏水基团又含有亲水基团,甚至是带有电荷的大分子物质。由于蛋白质有良好的亲水性,因此蛋白质适宜乳化成油/水(O/W)型乳状液。蛋白质稳定的食品乳状液体系很多如乳、奶油、冰淇淋、蛋黄酱、肉糜等。蛋白质的发泡性是气泡如空气、二氧化碳气体分散在含有可溶性剂的连续液态或半固体相中的分散体系,表面活性剂起温度泡沫的作用。常见的食品泡沫有蛋糕、啤酒泡沫、面包、冰淇淋等。

4)蛋白质的风味结合:蛋白质本身是没有风味的,然而它们能结合风味化合物,改变食品的感官品质。蛋白质可以作为风味物的载体和改良剂,如加工含植物蛋白质的仿真肉制品,就是利用此性质可制造出肉类风味的食物。但蛋白质尤其是油料种子蛋白质和乳清浓缩蛋白质与不饱和脂肪酸氧化生成的醛、酮类化合物作用,形成不期望的风味物,如大豆蛋白质制剂的豆腥味和青草味即是大豆蛋白质与醛作用的结果。

挥发性风味主要是通过疏水基相互作用与水合蛋白质相互作用产生,任何影响疏水相互作用或蛋白质表面疏水性的因素都会影响风味结合。影响风味结合的因素有温度,盐和pH值等。

3.1.1.3 蛋白质在动物生命活动中的重要营养作用

(1)蛋白质是构建机体组织细胞的主要原料:动物的肌肉、神经、结缔组织、腺体、精液、皮肤、血液、毛发、角、喙等都以蛋白质为主要成份,起着传导、运输、支持、保护、连接、运动等多种功能。肌肉、肝、脾等组织器官的干物质含蛋白质80%以上。蛋白质也是乳、蛋、毛的主要组成成份。除反刍动物外,食物蛋白质几乎是唯一可用以形成动物体蛋白质的氮来源。

(2)蛋白质是机体内功能物质的主要成份:在动物的生命和代谢活动中起催化作用的酶、某些起调节作用的激素、具有免疫和防御机能的抗体(免疫球蛋白)都是以蛋白质为主要成分。另外,蛋白质对维持体内的渗透压和水分的正常分布,也起着重要的作用。 (3) 蛋白质是组织更新、修补的主要原料:在动物的新陈代谢过程中,组织和器官的蛋白质的更新、损伤组织的修补都需要蛋白质。据同位素测定,全身蛋白质6-7个月可更新一半。

(4)蛋白质可供能和转化为糖、脂肪:在机体能量供应不足时,蛋白质也可分解供能,维持机体的代谢活动。当摄入蛋白质过多或氨基酸不平衡时,多余的部分也可能转化成糖、脂肪或分解产热。正常条件下,鱼等水生动物体内亦有相当数量的蛋白质参与供能作用。 3.1.2 氨基酸及性质

氨基酸(Amino Acid)是醋酸分子中甲基上的氢被氨基取代所形成的化合物。根据氨基酸中的氨基和羧基的相对位置的不同可分为α – 氨基酸、β – 氨基酸、γ– 氨基酸等。α – 氨基酸的通式为:

H

R C COOH

NH2 1)氨基酸的物理性质

各种氨基酸均为无色结晶,结晶形状因氨基酸的结构而异,如L – 谷氨酸为四角柱形结晶,D – 谷氨酸为棱片状结晶。氨基酸的熔点较高,一般为200~300℃之间。氨基酸一般溶于水,微溶于醇,不溶于乙醚;赖氨酸和精氨酸的溶解度最大,有环氨基酸的水溶解性很小,以至于脯氨酸与羟氨酸只能溶于乙醇和乙醚中;所有的氨基酸都溶于强酸和强碱中,因此氨基酸是两性物质。

2.1)氨基酸的味:氨基酸及某些衍生物具有一定的味感,味感与氨基酸的种类和立体结构有关。一般来讲,D – 型氨基酸多数带有甜味(其中D – 色氨酸的甜度可达到蔗糖的40倍),L – 型氨基酸具有甜、苦、鲜、酸等4种不同味感

羧氨反应又称美拉德反应(Maliland' Reaction)是指具有羰基的化合物与具有氨基的化合物发生一系列复杂反应,最后形成黑色素的过程。食品中主要的羧氨反应发生在还原糖与氨基酸及蛋白质之间,脂肪受热氧化产生的醛也可以参与反应,但是次要的反应。羧氨反应是食品加工过程中常见的化学反应,其反应速度与温度、时间、水分和酸度有关。若使美拉德反应过度,就会产生大量的黑色素,造成食品焦黑而发苦。

在中性pH值条件下,氨基酸中的α-氨基酸能够与甲醛作用生成羟甲基衍生物,使其碱性减弱。这时氨基酸的羧基可以解离并且显示其酸性,由此可以测定食品中氨基酸的含量,如测定酱油中氨基酸。

(1.4)氨基酸的脱羧反应

食品中氨基酸的脱羧反应是指氨基酸在高温或细菌作用下发生脱羧反应而生成相应的胺,

并释放CO2 ,它是食品中的胺主要来源,尤其是腐胺、尸胺等有毒性和臭味的胺类产生,是食品腐败的标志。

(1.5)氨基酸与金属离子的作用

许多重金属离子如Cu2+、Co2+ 、Mn2+ 、Fe2+等均可以与氨基酸作用生成螯合物。 1.6)成肽反应

肽(Peptide)是指一个α-氨基酸分子中的氨基与另一个α-氨基酸分子中的羧基脱水缩合形成的化合物。由两个氨基酸分子缩合形成的肽称二肽,由多个氨基酸分子缩合形成的肽称为多肽,多肽通常是直线状,相对分子量一般在10000以下,每条肽链的两端分别有一个羧基和氨基。有的低分子肽也有味感属于风味物质,如L – 天冬氨酸与某些氨基酸酯组成的二肽衍生物是具有甜味的。

3.1.2.2 必需氨基酸和非必需氨基酸

必需氨基酸(essential amino acid)是指人体(或其它脊椎动物)必不可少,而机体内又不能合成的,必须从食物中补充的氨基酸。必需氨基酸共有8种:赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。

非必需氨基酸(nonessential amino acid)是指可在动物体内合成,作为营养源不需要从外部补充的氨基酸。一般在植物、微生物必需的氨基酸均由自身合成,这些都不称为非必需氨基酸。对人来说非必需氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸(及其胺)、脯氨酸、精氨酸、组氨酸、酪氨酸、胱氨酸。这些氨基酸由碳水化合物的代谢物或由必需氨基酸合成碳链,进一步由氨基转移反应引入氨基生成氨基酸。已知即使摄取非必需氨基酸,也是对生长有利的。人体合成精氨酸、组氨酸的力不足于满足自身的需要,需要从食物中摄取一部分,我们称之为半必需氨基酸。

1)赖氨酸(lysine,2,6-二氨基己酸)为碱性必需氨基酸。赖氨酸可以调节人体代谢平衡。赖氨酸为合成肉碱提供结构组分,而肉碱会促使细胞中脂肪酸的合成。往食物中添加少量的赖氨酸,可以刺激胃蛋白酶与胃酸的分泌,提高胃液分泌功效,起到增进食欲、促进幼儿生长与发育的作用。赖氨酸还能提高钙的吸收及其在体内的积累,加速骨骼生长。如缺乏赖氨酸,会造成胃液分沁不足而出现厌食、营养性贫血,致使中枢神经受阻、发育不良。赖氨酸在医药上还可作为利尿剂的辅助药物,治疗因血中氯化物减少而引起的铅中毒现象,还可与酸性药物(如水杨酸等)生成盐来减轻不良反应,与蛋氨酸合用则可抑制重症高血压病。

(2)色氨酸(L-Tryptophan,2-氨基-3-吲哚基丙酸)是人体所需的一种重要的氨基酸,它是人体和动物生命活动中必需的氨基酸之一,对人和动物的生长发育、新陈代谢起着重要的作用,被称为第二必需氨基酸。对预防糙皮病、抑郁症,改善睡眠和调节情绪,有着很重要的作用。

预防糙皮病糙皮病是由于人体组织内缺少烟酸所致,最典型的症状是皮炎,常在肢体暴露部位对称出现,以手背、足背、腕、前臂、手指、踝部等最多,其次为肢体受摩擦处。

调节情绪色氨酸是脑部化学物质5-羟色胺的重要前体,能帮助调节情绪。由节食所致的血液中色氨酸水平下降,会降低脑部5-羟色胺水平,引起抑郁、自责、激愤等不良情绪。

改善睡眠色氨酸生成的5-羟色胺,可中和肾上腺素和去甲肾上腺素的作用,并能改变睡眠持续时间。动物大脑中5-羟色胺降低,会表现行为异常,以及失眠等症状。在睡觉前吃点食物,可以增加体内色氨酸的含量,从而产生更多的5-羟色胺,使人更快进入睡眠状态。

(3)L-苯丙氨酸(L-Phenylalanine,2-氨基-3-苯基丙酸)是人体八种必需的氨基酸之一,广泛用于医药、甜味剂(阿斯巴甜)的主要原料和食品等行业。在体内苯丙氨酸可经苯丙氨酸羟化酶催化生成酪氨酸。此酶的辅酶四氢生物喋呤,由7,8-二氢喋呤经二氢叶酸还原酶催

化生成。此反应不可逆,故酪氨酸不能转变成苯丙氨酸。在正常情况下,苯丙氨酸主要转变为酪氨酸后继续分解,经转氨基生成苯丙酮酸量很少,但先天性苯丙氨酸羟化酶缺陷患者,苯丙氨酸不能羟化生成酪氨酸,苯丙酮酸生成就增多,在血和尿中出现苯丙酮酸,导致智力发育障碍,称为苯丙酮尿症。

(4)蛋氨酸(DL-Methionine,2-氨基-4-甲巯基丁酸)是含硫必需氨基酸,与生物体内各种含硫化合物的代谢密切相关。当缺乏蛋氨酸时,会引起食欲减退、生长减缓或不增加体重、肾脏肿大和肝脏铁堆积等现象,最后导致肝坏死或纤维化。蛋氨酸还可利用其所带的甲基,对有毒物或药物进行甲基化而起到解毒的作用。因此,蛋氨酸可用于防治慢性或急性肝炎、肝硬化等肝脏疾病,也可用于缓解砷、三氯甲烷、四氯化碳、苯、吡啶和喹啉等有害物质的毒性反应。

(5)L-苏氨酸(L-Threonine,β-羟基-α-氨基丁酸) 是一种重要的营养强化剂,可以强化谷物、糕点、乳制品,和色氨酸一样有恢复人体疲劳,促进生长发育的效果。医药上,由于苏氨酸的结构中含有羟基,对人体皮肤具有持水作用,与寡糖链结合,对保护细胞膜起重要作用,在体内能促进磷脂合成和脂肪酸氧化。其制剂具有促进人体发育抗脂肪肝药用效能,是复合氨基酸输液中的一个成分。同时,苏氨酸又是制造一类高效低过敏的抗生素——单酰胺菌素的原料。

(6)异亮氨酸(Isoleucine,α -氨基-β-甲基戊酸)是人体必需氨基酸之一,属脂肪族中性氨基酸的一种。异亮氨酸能治疗神经障碍、食欲减退和贫血,在肌肉蛋白质代谢中也极为重要。 (7)亮氨酸(Leucine,2-氨基-4-甲基戊酸)可用于诊断和治疗小儿的突发性高血糖症,也可用作头晕治疗剂及营养滋补剂。

(8)缬氨酸(Valine,2-氨基-3-甲基丁酸) 当缬氨酸不足时,大鼠中枢神经系统功能会发生紊乱,共济失调而出现四肢震颤。通过解剖切片脑组织,发现有红核细胞变性现象,晚期肝硬化病人因肝功能损害,易形成高胰岛素血症,致使血中支链氨基酸减少,支链氨基酸和芳香族氨基酸的比值由正常人的3.0~3.5降至1.0~1.5,故常用缬氨酸等支链氨基酸的注射液治疗肝功能衰竭等疾病。此外,它也可作为加快创伤愈合的治疗剂。 维生素

维生素(Vitamin)是生物为维持正常生命过程而必须从食品中获得的微量有机物质。

水溶性维生素: 维生素B1、维生素B2、维生素B3、 维生素B5、维生素B6、维生素B7、 维生素 维生素B11、维生素B12、维生素C 脂溶性维生素:维生素A、维生素D、维生素E、维 生素K

3.1.3.1 水溶性维生素

维生素B1的主要生理功能是整个物质代谢和能量代谢的关键物质,另外可抑制胆碱酯酶,对于促进食欲、胃肠道的正常蠕动和消化液的分泌液等有重要作用。缺乏维生素B1可导致脚气病、多发性神经炎、水肿、厌食、呕吐。

VB2的主要生理功能是以黄素辅酶参与体内多种物质的氧化还原反应,是担负转移电子和氢的载体,也是组成线粒体呼吸链的重要成员。VB2缺乏时导致生长停滞、毛发脱落等。 维生素B3:(维生素PP,又称尼克酸,nicotinic acid),尼克酸又称烟酸,在体内以尼克酰胺存在,有防止癞皮病的作用。

维生素B5(亦称泛酸pantothenic acid)是辅酶A的组成部分,参与碳水化合物及脂肪的代谢。 维生素B6是3-羟甲基-1,2-二甲基吡啶,4位可以是甲羟基、醛基或甲胺基。VB6

又称抗皮肤炎维生素。

VB6的主要生理功能是转氨基酶的辅酶、犬尿酸原酶的辅酶、氨基酸脱羧酶的辅酶、某些氨基酸转羟基酶的辅酶。VB6缺乏时,可引起类似癞皮病皮肤炎,表现为神经过敏、失眠、肠道疾病、身体虚弱。。

维生素B11 (又称叶酸folic acid),它参与造血过程和细胞核中核蛋白的生成。食物中叶酸缺乏时易引起贫血,停止生长,白血球减少。叶酸的结构式为:

维生素B12(即钴胺素 cobalamin)是唯一含金属元素的维生素。结构复杂,包含有咕啉环5,6-二甲基苯并咪唑核苷酸、丙醇及钴元素,其分子式为C63H90CoN14O14P。人体肠道细菌能合成B12,但结肠不能吸收,大量的维生素C可破坏维生素B12。缺乏维生素B12会引起严重贫血。

维生素C(抗坏血酸 ascorbic acid)。 维生素C能使铁在体内保持亚铁状态,增进其吸收、转移以及在体内的储存。能够使钙在肠道中不至于形成不溶性化合物,改善其吸收率。维生素C在体内作酶激活剂、物质还原剂、参与激素合成等。缺乏维生素C则可引起坏血病。

3.1.3.2 脂溶性维生素

维生素A的主要功能是促进生长及保护各种上皮组织。食物中缺乏维生素A,则会产生夜盲症,维生素A的来源由β胡萝卜素在胡萝卜酶的作用下形成维生素A。

维生素D是所有具有胆钙化醇生物活性的类固醇的总称.维生素D具有调节钙、磷代谢,供钙沉淀形成羟基磷灰石[Ca3(PO4)2·3Ca(OH)2],促进骨骼和牙龄的形成。缺乏维生素D时则会出现佝偻病。

维生素E(又称生育酚,tocopherol)具有抗氧化作用,也能防止维生素A、维生素C的氧化,以保证维生素C、维生素A在体内的营养功能;维生素E能保持红细胞的完整性;可以调节体内一些物质的合成(如维生素E是辅酶Q的合成的辅助因子等);维生素E与精子的生成和繁殖能力有关,缺乏时导致不育症。维生素E还具有抗衰老作用,主要是抑制体内自由氧化基对DNA和蛋白质的破坏,使衰老过程减慢。

维生素K具有萘醌结构,合成的未取代的甲萘醌(维生素K)、叶绿素(维生素K1)、链长不等的甲基萘醌类(维生素K2) 3.1.4脂类

3.1.3.1油脂的制取和组成 (1) 油脂的制取

熬制

动物肌肉脂肪或高油料 压榨

花生、大豆等油料 水代 毛油(粗油)

浸出(萃取)

预处理 (沉降、过滤、离心分离) 脱胶 脱酸 脱色

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