食品生物化学-第一章水、矿物质

食品生物化学第一章水、矿物质食品生物化学第一章水、矿物质[学习目标]★掌握水在生物组织与食品中的存在状态。★理解水分活度的定义★明确水分含量、水分活度对食品品质的影响。★掌握成碱食物与成酸食物的概念。★掌握矿物质对食品品质的影响及生物有效性。食品生物化学第一章水、矿物质第一节水分与水分活度★在生物体中,不同门类,同一门类的不同个体,同一个体的不同生长阶段、不同组织器官，含水量是不相同的。一、水在生物体内的含量★大多数生物体含水量为70-80%，动物肌肉、肝、肾、脑血液70-80%，皮肤60-70%，骨骼中12-15%；植物营养器官含水量70-80%，繁殖器官12-15%。食品生物化学第一章水、矿物质水的生理作用※水是机体细胞的一种主要结构物质。如:所有组织都含水，如血液含水高达97%，肌肉72%，脂肪20-35%，骨骼25%，坚硬的牙齿也有10%的水分。1.水是机体的主要组成成分食品生物化学第一章水、矿物质水的生理作用▲水溶解力强，许多物质都能溶于水，并解离为离子状态，发挥重要的生理功能。不溶于水的蛋白质、脂肪分子可悬浮水中形成胶体或乳融液，便于机体消化吸收和利用。▲没有水就无法维持血液循环、呼吸、消化、吸收、分泌、排泄等生理活动，体内新陈代谢也无法进行。2.水是一切化学反应的介质食品生物化学第一章水、矿物质水的生理作用▲水还是体内输送养料和排泄废物的媒介。3.水是体内物质运输的载体食品生物化学第一章水、矿物质水的生理作用▲水比热容高，体内产热量增多或减少时不致引起体温太大波动；当外界气温升高或体内生热过多时，水的蒸发可使皮肤散热。▲水是血液主要成分，可通过血液循环把物质代谢产生的热迅速均匀地分布到全身各处。4.调节体温食品生物化学第一章水、矿物质水的生理作用▲水的黏度小,可使摩擦面润滑,减少损伤。▲滋润皮肤（柔软性、伸缩性）、泪液（防眼球干燥）、唾液及消化液（咽部润滑、胃肠消化）及人体关节部位，都是相应器官的润滑剂。5.润滑作用食品生物化学第一章水、矿物质二、食品中水分的状态与分类游离态：存在于细胞质、膜、间隙、循环液中动物的血浆、淋巴和尿液、植物的导管和细胞内液泡中的水分，可以自由流动。水合态：水分子和含氧或含氮活性基以氢键结合，淀粉、蛋白质。毛细管水：吸收于细微的纤维与薄膜中，不能自由流动，也称不可移动水，动物皮肤、植物仙人掌。表面吸附态：固体表面暴露于含水空气中，水分处于吸附态。食品生物化学第一章水、矿物质二、食品中水分的分类自由水(游离水)：以毛细管力联系着的水称为自由水(或游离水)。易结冰，起溶剂的作用。结合水（束缚水）：生物体中以氢键结合力结合着，难分离。不易结冰（冰点约为-40℃），不能作为溶质的溶剂。食品生物化学第一章水、矿物质三、水分活度1定义:水分活度(wateractivity)是指食品中水的蒸汽压(P)与同一温度下纯水的蒸汽压(P0)的比值,可用下式表示:Aw=P/P0=ERH/100(ERH—平衡相对湿度)对纯水而言，其P与P0值相等，Aw为1。对食品而言，P值水于P0，Aw小于1。第一节水的存在与水分活度食品生物化学第一章水、矿物质图１－１含水量与Aw的关系Aw200.20.40.60.81.04060801000含水量％2水分活度与食品含水量的关系食品生物化学第一章水、矿物质等温吸湿线：是指在恒定温度下表示食品水分活度与含水量关系的曲线。在等温吸湿线中低水分含量范围内含水量稍增加就会导致水分活度的大幅度增加，把低水分含量区域内的曲线放大，呈一反S形曲线。食品生物化学第一章水、矿物质食品的等温吸湿线与温度有关，由于水分活度随温度的升高而增大，所以同一食品在不同温度下具有不同的等温吸湿线。食品生物化学第一章水、矿物质水分活度对微生物生长繁殖的影响★食品中各种微生物的生长繁殖是由其水分活度而不是由其含水量所决定的★当AW低于某种微生物生长所需的最低AW时，这种微生物就不能生长★不同微生物生长都有其适宜的水分活度范围，其中细菌对低水分活度最敏感，酵母菌次之，霉菌敏感性最差（见第8页表1-1）3.水分活度与食品的稳定性食品生物化学第一章水、矿物质3、水分活度对酶促反应的影响★当AW小于0.80时,大部分酶会失活(如酚氧化酶、过氧化物酶、淀粉酶等）,但有少部分酶即使AW在0.1-0.3范围内,仍能保持较强活力(如脂肪氧化酶)★酶促反应速率还与酶能否与食品接触有关反应速度二、水分活度与食品的稳定性0.20.40.60.8Aw食品生物化学第一章水、矿物质水分活度对食品中非酶促化学变化的影响AW在0.7-0.9时，脂类的氧化、美拉德反应、维生素分解等速率都达到最大，这时食品变质受化学变化的影响增大，当ＡＷ大于0.9时，食品变质主要受微生物和酶的作用影响。00.20.40.60.800.20.40.60.8食品生物化学第一章水、矿物质几类重要反应的速度与水分活度的关系水分活度与食品的稳定性食品生物化学第一章水、矿物质3.水分活度与食品的稳定性水分活度对食品质构的影晌★水分活度对干燥和半干燥食品的质构影响较大．当AW从0.2-0.3增加到0.65时，大多数干燥食品的硬度及黏性增加★对于干燥食品AW在0.3-0.5保持理想性质有利★对于含水较多的食品,其AW大于空气的相对湿度，保存时需要防止水分蒸发食品生物化学第一章水、矿物质▲由摄入的食物中获取：①液体食物每天饮水的多少与气候、劳动、各种生理状况以及个人的生活习惯有很大关系，一般约1200ml.②固态食物各种固体食物含水量不同，一般每天从固体或半固体食物中摄取的水最多约为1000ml.人体内水的平衡1、人体水分供给来源食品生物化学第一章水、矿物质▲由机体的代谢过程中获取在机体的代谢过程中，碳水化合物、脂肪和蛋白质的最终氧化产物之一就是水。这种水，也被称为代谢水或氧化水。一般正常成人每日大约可产生300ml。人体内水的平衡1、人体水分供给来源食品生物化学第一章水、矿物质★每日以各种方式排出的水分约2000～2500ml。▲从皮肤的排出：通过蒸发和汗腺分泌，每日由皮肤排出的水分，大约为500ml。▲从肺的排出：一般状态时，成人每天呼吸，失水约350ml。▲从消化道的排出：在正常情况下，每日有150ml的水随粪便排出。▲从肾脏的排出：成人每日排尿量大约1000-2000ml。2、人体水分的排出：人体内水的平衡食品生物化学第一章水、矿物质3、人体水平衡的原则：★在正常情况下，水的摄入与水的排出，在机体内应大致相等，即水的平衡值趋于零。来源体积/ml占整个来源的量%排泌体积/ml占总排泌的量%液体食物固态食物生物氧化12001000300484012尿呼气汗粪便14005005001005620204合计2500100合计2500100表1-2成年人体内每日大约的水平衡人体内水的平衡食品生物化学第一章水、矿物质食品生物化学第一章水、矿物质第二节矿物质概述▲构成生物体的元素已知有50多种，除碳、氢、氧、氮4种元素是以有机化合物及水分的形式存在外，其余元素统称为矿物质元素，简称矿物质或灰分。▲体内无法合成矿物质，且每天都有丢失，必须通过膳食进行补充。食品生物化学第一章水、矿物质一、矿物质的分类★根据矿物质元素在生物体内的含量通常分为两类：常量元素(或大量元素)（含量在0.01%以上的如：CaKNaPSCl等）微量元素（含量低于0.01%的，目前已知有20种矿物质元素是人和动物的营养所必需的，即FeZnCuIMnMoCoSeCrNiSnSiFV)食品生物化学第一章水、矿物质二、矿物质的存在★矿物质在食品中大多数是以无机盐的形式存在的,一价元素都是可溶性盐,都能离解成离子的形式,如K+、Na+、Cl-等；多价元素则以离子、不溶性盐、胶体溶液的形式形成动态平衡而存在；★金属离子尤其是过渡元素是以螯合物（配位化合物）形式存在于食品中．食品生物化学第一章水、矿物质三、矿物质的酸碱性★成酸食物（生理酸性食物）：是指在体内代谢后可形成带阴离子的酸根的食物．★成酸食物含非金属元素较多，如F、S、P等。★通常富含蛋白质、脂肪及糖类的食品多为成酸食品。如谷类、肉类、鱼贝类、蛋类、黄油及干酪等。食品生物化学第一章水、矿物质三、矿物质的酸碱性★成碱食品（生理碱性食品）：指在人体内代谢后可形成带阳离子的碱性氧化物的食物。★成碱食物含金属元素较多，如Na、K、Ca、Mg等。★成碱食物主要有蔬菜、水果、薯类、大豆、牛奶等。食品生物化学第一章水、矿物质四、矿物质的生理功能★构成机体组织。★维持组织细胞的渗透压。★维持体液酸碱平衡。★Na、K、Ca、Mg是维持神经肌肉兴奋性和细胞膜通透性的必要条件。★某些无机离子是酶系的激活剂或组成成分。★一些无机盐是某些具有特殊生理功能物质的成分。例如:钙------凝血酶的活化剂、锌----多种酶的组成成份例如:碘--甲状腺素、铁--血红蛋白、钴—维生素B12、硒—谷胱甘肽过氧化物酶食品生物化学第一章水、矿物质五、重要的矿物质1、钙★存在与分布：总含量约为1200g，占体重的1.5%-2.0%,其中99%存在于骨骼和牙齿中，其余1%存在于软组织、细胞外液及血液中，主要以化合态存在。★食物来源：牛奶，绿叶蔬菜，肉类，豆类，水产品等。食品生物化学第一章水、矿物质神经紧张，烦噪、易怒失眠肌肉紧张、痉挛抽搐骨质疏松症钙的缺乏症食品生物化学第一章水、矿物质婴幼儿：易惊，盗汗，囟门闭合迟缓出牙迟缓，枕秃方颅，鸡胸，O形腿青少年：厌食，体弱，易疲劳，龉齿，生长迟缓，佝偻病女性：腰酸腿痛关节疼，情绪波动，暴躁易怒，精神紧张，痛经老人：食欲不振，情绪淡漠，便秘，关节痛，皮肤瘙痒，心血管病，老年痴呆症各特殊人群钙缺乏常见症状食品生物化学第一章水、矿物质2、镁★存在与分布：人体内70%的镁存在于骨骼及牙齿中,成磷酸镁态存在,其余分布在软组织与体液中,是细胞中主要阳离子之一。是许多酶的激活剂。★缺镁有情绪不安、易激动、手足抽搐；长期缺镁使骨质变脆，牙齿生长不良。★食物来源：广泛分布于植物中,肉和脏器中也富含镁。食品生物化学第一章水、矿物质3、磷★正常人机体内含磷总量为600-900g,其中约有85%的磷以磷酸盐形式与钙一起存在于骨骼和牙齿中,其余的则以有机磷化合物形式存在于细胞中。★磷具有参与机体能量代谢,参与酶的组成,维持体液酸碱平衡等重要功能。★食物来源：乳及乳制品,肉类,鱼类,蛋黄,核桃,花生等。食品生物化学第一章水、矿物质4、钠、钾、氯★钠、钾主要以氯化钠、氯化钾存在。★Na+和K+是人体内维持渗透压最重要的阳离子，而CL-则是维持渗透压最重要的阴离子。★缺钾出现肌无力、肠麻痹、水肿、精神异常、低血压等★食物来源：钠和氯主要来自食盐；钾主要来源于水果蔬菜。食品生物化学第一章水、矿物质5、铁★成人体内含铁4-5g。72%的铁存在于红细胞的血红蛋白中，其余的铁分布于肌红蛋白、铁蛋白、细胞色素及一些酶类中。机体内的铁匀与蛋白质结合在一起，无游离的铁离子存在。★铁在机体中参与氧的转运、交换和组织呼吸过程★人体缺铁引起缺铁性贫血。★食物来源：食物中的肝、肾、蛋、大豆、芝麻、绿色蔬菜等。食品生物化学第一章水、矿物质6、锌★分布：机体内，锌含量仅次于铁，为1.4-2.3g，主要存在于头发、皮肤、骨骼、肝脏、肌肉、眼睛及雄性性腺中。血液中主要以酶的组分形式存在于红血球中。★缺乏症：缺锌会引起食欲不振和新陈代谢障碍。★食物来源：牛肉，羊肉，猪肉，鱼类及海产品（如牡蛎、乌贼干、黄鱼、紫菜、海带等）等动物性食品；豆类，小麦等也含锌。食品生物化学第一章水、矿物质7、碘★人体含量及分布：成人体内约含碘25mg，其中约15mg存在于甲状腺中，其它则分布在肌肉、皮肤、骨骼中，以及其它内分泌腺和中枢神经系统。★食物来源：含碘最丰富的食物为海产品。（预防地方性甲状腺肿可经常食用含碘高的食物如海带、紫菜等海产品或采用加碘食盐。）★缺乏症：使甲状腺激素分泌不足，典型症状为甲状腺肿，严重缺碘“呆小症”。食品生物化学第一章水、矿物质8、其他微量元素★氟：氟能维持人的牙齿健康，防止龋齿。★钴：钴是维生素