食品营养学矿物质与水

第五章 矿物质和水,矿物质（无机盐）,一、矿物质概述：人体矿物质的总量不超过体重的4-5%，但不可缺少。 （一）概念：矿物质又称无机盐。人体中除C、H、O、N主要以有机化合物存在而称为有机元素外，其它各种元素无论含量多少统称为矿物质。矿物质既不能在人体内合成，除排泄外也不能在体内代谢中消失。 饮水、食盐和食品添加剂土壤中的矿物质 植物吸收 动物摄取 人体摄入,（二）分类,1、大量元素或常量元素：人体内含量在0.01%以上，需要量在每天100mg以上的元素。包括：Ca、P、S、K、Na、Cl、Mg。2、微量元素或痕量元素：人体内含量在0.01%以下，需要量在每天100mg以下的元素。包括：Fe、Zn、Cu、I、Mn、Mo（钼）、Co、Se、Cr（铬）、Ni（镍）、Si（硅）、F（氟）、V（钒）等。,3、必需元素：指存在于所有机体的健康组织中，并对机体的自身稳定起着十分重要的作用，缺乏时可使机体组织与功能出现异常，补充后可恢复正常的元素。包括上述两类例举的元素和其它陆续发现报道的如：锡、砷、铷、溴、锂等元素。,4、非必需元素：相对概念，除目前已被证实的必需元素外的其它元素，即由于土壤中存在，因此在机体内有所发现，但没有发现明显生理功能或伤害作用，缺乏时也不会引起机体异常的元素。,5、有毒元素：通常是指某些重金属元素，其中以Hg（汞）、镉、Pb（铅）、最为需要重点防范。注意：所有必需元素在摄入过量时都会有毒，而且其生理剂量与中毒剂量间距很小。,二、矿物质的功能,1、机体的重要组成成分；2、维持细胞的渗透压与机体的酸碱平衡；3、保持神经、肌肉的兴奋性，如K、Na提高兴奋性，Ca、Mg抑制兴奋性；4、具有机体的某些特殊生理机能，如Fe、I等；5、改善食品的感官性状与营养价值，如多种磷酸盐对增加肉制品的持水性和结着性有利，氯化钙是豆腐的凝固剂，钙盐和铁盐可用于食品的强化等。,三、重要的矿物质元素,成人(以60kg体重计)体内矿物质元素含量表,（一）钙（Ca）,钙是人体中含量最丰富的矿质元素，仅次于C、H、O、N而居体内元素的第五位，但却是以元素起作用的第一位。成人体内钙的总量为1200-1500g，约为体重的2%。,钙在机体中的存在形式,机体中钙99%存在于骨骼和牙齿等硬组织中，主要为羟基磷灰石3Ca3（PO4）2Ca（OH）2，统称为骨钙；其余1%大部分以离子状态、少部分以结合状态存在于软组织及体液中，统称为“混溶钙池”。两者保持动态平衡。,1、生理功能,（1）骨钙的生理功能：构成骨骼和牙齿的主要成分，决定其刚性和硬度；骨钙是人体“混溶钙池”的“钙库”，可为血浆钙的浓度恒定提供保证。牙齿中的钙不能被置换与添加，故牙齿不能进行自我修复。,（2）“混溶钙池”中钙的生理功能,与骨钙维持动态平衡。参与凝血过程，催化凝血酶的形成，降低毛细血管的通透性，防止血管壁破裂，避免致死性出血。,调节神经、肌肉兴奋性,正常情况下，血清钙的水平非常恒定，浓度约为9-11mg/100ml，它可受甲状旁腺激素、降钙素和VD的调节：血清钙浓度下降，可使肌肉和神经兴奋性提高，严重将导致手足抽搐（抽筋）；血清钙过高，则使肌肉和神经兴奋性受到抑制，严重可引起心脏、呼吸衰竭。,是一些酶的激活剂，如Ca2+激活ATP酶、脂酶和蛋白质水解酶等，且是淀粉酶活性必不可少的部分。是一些激素分泌的调节剂。,2、钙的吸收,钙吸收主要在酸性较强的小肠上端进行为主动吸收，需要VD运载。钙吸收的促进因素有：机体的需要量，大则有效；适量的VD；一定量的蛋白质和乳糖；酸性介质。,钙吸收的干扰因素有：,VD缺乏；Ca/P比值不当，其中任一元素过多均影响两种元素的吸收，并增加其中较多一种元素的排泄（婴儿理想的Ca/P比值为1.5/1，一岁以上为1/1）；植物性食物中的植酸和草酸能与钙形成不溶性钙盐，影响吸收；膳食脂肪和膳食纤维过高，都能抑制钙的吸收。,3、钙的排泄：,机体从粪、尿和汗液三条途径处理不需要的钙。成年人在正常情况下，钙的排泄量等于吸收量。,4、钙的缺乏症：,人的一生中，骨骼钙的沉淀与溶解始终不断地进行着，幼儿骨钙的沉积大于溶解，所以骨不断增粗加长，如果缺钙，影响骨骼生长；随年龄增大，钙的沉淀逐渐缓慢，到了中老年，约在40岁以后，钙的溶解大于沉积，因而骨质慢慢地疏松，一般女性早于男性，体力活动有减慢骨质疏松的作用。,不同阶段缺钙症名称,（1）佝偻病（儿童期）；（2）骨质软化症（软骨病，成年期）；（3）骨质疏松症（老年期）；（4）手足抽搐症（抽筋，各时期）。,儿童佝偻病,“”型腿,“”型腿,骨质疏松症,正常人患者,骨小梁电子显微照片,两位女士骨质发育过程比较,增加骨质质量,低峰骨质质量,高峰骨质质量,骨质质量危险区,骨质疏松,年龄,30,绝经期,60,70,4、供给量与食物来源,中国营养学会推荐每日由膳食供给的钙，成人为800mg，4-6个月孕妇为1000mg，7-9个月孕妇及乳母1500mg，10岁以上青少年为1000-1200mg。食物中钙的来源：以乳及乳制品为理想钙源，含量丰富，吸收率高；虾皮、发菜和海带等含钙丰富；豆类、蔬菜和油料种子含钙较多。,理论上可利用钙量,=钙含量/钙原子量(40)-草酸含量/草酸分子量(90)X40, 根据计算，有些蔬菜的钙利用值为负数，如圆叶菠菜为-167。因此蔬菜在烹饪时应注意去除其中的草酸，可先焯后食。谷类、蛋黄因分别含有植酸和卵黄磷蛋白之故，也对钙吸收不好。为了补充食品中的钙，可按规定在食品中加入骨粉或蛋壳粉进行营养强化。,(二)磷（P）,成人体内磷含量居于元素第六位,约占体重的1%；磷存在于机体的每一个细胞中,参与几乎所有的代谢反应,它在机体内所起的作用,没有一个必需的矿质元素能够超过它。,磷的主要功能,1、结构功能：骨骼牙齿的重要材料 软组织结构的重要成分细胞核蛋白的主要成分 2、非结构功能：贮存能量组成酶的成分，促进体内代谢维持细胞的渗透压和体液的酸碱平衡,缺乏症状：,儿童佝偻病,成人骨质软化症。 一般不会缺乏。食物来源：肉类、粗粮和干果。,（二）铁（Fe）,人体内含铁量不多，但缺铁性贫血和血色素偏低的现象几乎遍及世界所有的国家，由此可见必须重视铁对人体的重要性。,铁是人体中最多的微量元素,成人体内含铁量约为4-5g，73%存在于血红蛋白，3%存在于肌红蛋白，各种酶系统存在不到1%，其余以运铁和储铁物质的形式存在（见下表）。,人体内的铁分布,1、铁在体内存在的形式与生理功能,生物体内铁存在的特点：人体内没有游离的铁离子存在，铁以各种形式与蛋白质结合。,（1）循环铁：,存在于血红蛋白、肌红蛋白及细胞的一些酶中，执行特定的生理功能的铁。 可起到携带运输氧（血红蛋白、肌红蛋白）、参与组织呼吸，推动生物氧化还原反应（细胞色素酶）、清除过氧化氢（过氧化物酶），有利机体健康等作用。,（2）储备铁：,以铁蛋白（主要储备形式）及含铁血黄素（过量时的沉积物）的形式存在于肝脏、脾脏和骨髓的网状内皮系统中的铁。 循环铁与储备铁保持着动态平衡关系。,2、铁的吸收及储留,铁的吸收：主要在小肠上部。 食物中铁被胃酸作用释放亚铁离子，然后与Vc、糖及氨基酸形成可溶性络合物被吸收进肠黏膜，与脱铁铁蛋白形成含铁铁蛋白并保留在其中。,铁的转运,当身体需要铁时，铁从含铁铁蛋白中释放出来，与运铁铁蛋白结合，随血液循环运往需铁组织。释放出铁的脱铁铁蛋白又重新与肠道中新吸收的铁结合成含铁铁蛋白，储留在肠黏膜细胞中，当饱和时铁吸收停止。,铁的排泄与损失,一般情况下，铁损失（消化道、泌尿道上皮细胞脱落）量很少（平均每日不超过1mg），因为多数铁可在体内被反复利用。 妇女月经日失血量1.4-2mg（一周期失10mg）。,3、铁在食物中的存在形式,（1）非血红素型铁或离子铁 植物性食物中的铁；（2）血红素型铁,（3）影响铁吸收的因素：,化学形式：Fe2+Fe3+的吸收率。颗粒大小：小而溶解度高的铁盐，生物有效性高。,食品组成：,动物性食品中的血红素型铁植物性食品中的非血红素型铁的吸收率；Vc可促进Fe3+还原为Fe2+，并可与之形成可溶性络合物而促进铁的吸收；磷酸、草酸和植酸可与铁结合成不可溶性的盐结晶，从而降低铁的吸收；蛋黄铁含量虽高（7mg/100g），但由于其中存在有较高的卵黄磷脂蛋白而明显抑制铁的吸收，从而降低铁的生物有效性；牛奶中含铁量低。,食品加工：,饼干在焙烤后可使在面粉中强化的二价铁盐变成三价铁盐，从而降低铁的生物有效性；在食品中添加Vc或去除植酸盐均对铁的生物有效性有利。,生理因素,人体的机能状态对铁的吸收、利用影响很大，最关键是人体对铁的需要量，缺铁者补充得当，吸收率很高。,4、铁缺乏症,出生的新生儿体内含铁量约400mg，可供出生后半年内消耗。缺铁性贫血（iron deficiency anemia 血红细胞数量少于500万个/100ml；血红蛋白低于10g/100ml）。人体一生中有三个时期最需要铁，也最易缺铁：（1）出生头四年；（2）青少年（特别是青春期女孩）；（3）育龄期妇女。,红细胞比较,正常人血红细胞缺铁性贫血者血红细胞,5、铁的食物来源与供给量,动物性食品及制品较好，肝脏、血制品的生物有效性好。中国营养学会推荐的每日供给量成年男子12mg，女子18mg，孕妇乳母28mg。其实，有时逐渐加大运动强度比补铁对贫血患者的恢复更有效。,（三）锌（Zn）,多才多艺的锌，与锌有关的酶类60种以上；每一分子胰岛素中含有两个锌原子，估计锌与胰岛素活性有关。缺乏症：异食癖（pica）；食欲不振，生长停滞，性幼稚型，自发性味觉减退和创伤愈合不良。肉类、贝类和家禽类食物中含锌丰富。,（四）硒（Se）,1980年我国学者研究证实硒可预防克山病（以心肌坏死为特征的地方性心脏病）和大骨节病。这一研究成果被誉为硒研究史上的里程碑之一。,硒的生理功能,1、是谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分，与VE相互协同发挥抗氧化作用；2、能拮抗有毒物质。,供给量与食物来源,供给量（50ug）注意有毒剂量（2ppm）；海产品及肉类为硒的良好食物来源。,（五）碘（I）,通过形成甲状腺素发挥其生理功能。有两种生理活泼型：甲状腺素（T4）和三碘甲腺原氨酸（T3），生理活性T3T4。缺乏症为“大脖子病”（甲状腺肿大）和“克汀病”（遗传性缺碘，生长停滞，智力低下，矮小，形似侏儒）。,图5 缺碘导致的甲状腺肿,克汀病,遗传性缺碘症(生长停滞，智力低下，呆小)，形似侏儒(智力正常,生长素分泌异常)。,侏儒大学生,饮食中含碘过高也会引起高碘性甲状腺肿大。说明碘的缺乏和过量对机体都不利。碘盐10万份食盐加1份碘化钾为宜（1t食盐加10g碘化钾）。每日供给量：成人为150ug。,六、氟（F）,氟化物不是人体生命必需的物质，但对人有益。适量的氟化物可以取代羟基磷灰石中的羟基，形成更耐腐蚀的氟磷灰石，强化骨骼和防止牙齿腐蚀（避免龋齿）。,氟过量会引起中毒,由于饮水中含有过量（2/百万）的氟化物和氟化牙膏的不正确使用（幼儿吞食牙膏沫）等原因，会造成氟中毒。在儿童牙齿生长发育期，氟中毒严重者使牙齿产生斑釉，而且不可逆转。家长和教师要注意对孩子进行教育。,斑釉（fluorosis）,（慢性）氟中毒：牙齿上的黄色斑表明在发育过程中接触了高浓度的氟化物。,思考问题：,1、各种矿物质对人体有哪些作用？2、各种矿物质的最佳食物来源是哪些？3、各种矿物质缺乏时有哪些表现症状？4、影响各种矿物质吸收的因素主要有哪些？,水（第六大营养素）,重要性仅次于氧气。缺水情况下，人通常存活限度约为三天，据记载，最长存活记录是17天。,当人体摄水量减少，或因患病和剧烈运动、高温作业使水分排出过多时，机体会产生失水现象，失水占体重2%时会感到口渴，尿少；失水达体重6%以上就会全身乏力，无尿；失水达体重15%以上，就会出现烦躁，眼球内陷，皮肤失去弹性，体温和脉搏增加，血压下降，晚期可能出现昏迷，最后循环衰竭，呼吸停止死亡；若失去体内含水量的20%则很快会死亡。,一、水在体内的分布,机体各器官含水量 不同器官 含水量%血液、淋巴和脑脊液 90 肌肉 72 脂肪组织 20-35 骨骼 25 牙齿 10,机体总水量分布 55%在细胞内液，16%在细胞间液，7.5%在血浆中，其余约22%分布在骨骼软骨及结缔组织中，各自总量维持相对独立，保持水在体内的动态平衡。,二、水的生理功能,（一）人体重要成分：,(二）调节体温：因为水的比热大，加之血液的流动，可调节体温不因为内外环境温度的改变而有明显的变化。（三）润滑作用：泪液润滑眼球；唾液有利于吞咽；关节滑液、胸腹膜浆液、呼吸道和消化道黏液都有润滑作用。,（四）运输媒介：把氧气、营养物质、激素等运送到组织；又通过大小便、汗液等把代谢废物和有毒物质排除体外。（五）参与代谢：产热营养素氧化分解时产生代谢水；体内每存留1g蛋白质和糖类可积留3g水分。,三、水的需要量及其来源：,下表为成年人每日水的出入量（ml/24h）：,正常情况下，人体对水分的需要量与排除量基本相等，以维持水分的动态平衡。,水的需要量与气候、职业、年龄、体重有一定关系，正常情况下，成年人每人每日每kg体重需水（22.20C）为22ml或（37.80C）38ml，婴儿需水量每日每kg体重为110ml，10岁儿童每日每kg体重为40ml。,人体暂时缺水或失水过多时，消化液的分泌会明显减少，食欲减