食品中矿物质的形式、性质与功能

食品中含有丰富的矿物质。表8-6所示为部分食品中的矿物质含量。表中的值为平均值，具体食品的数据与表8-6中的值有可能会有较大的差异。

食品营养数据库中也包含“灰分”。灰分是通过对食品中的有机物质完全燃烧后留下的残渣进行称重来测定的，并由此估算出食品中总矿物质含量。灰分中的矿物质以金属氧化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、氯化物以及其他卤化物的形式存在。由于氧存在于许多阴离子中，因此在很大程度上，灰分要高于矿物质总量。

表8-6 部分食品的矿物质含量

续表

注：*1kcal=4.184kJ；

除Se的单位为μg/份外，其他各元素的单位均为mg/份。

矿物质元素在食品中可以以多种化学形式存在，如以化合物、络合物和离子等形态存在。由于食品中存在的矿物质的种类和可与矿物质元素结合的非矿物质化合物的数量和种类非常多，加上食品加工和贮藏过程中发生的化学变化，食品中矿物质的存在形式比较复杂。

各种元素在食品中的存在形式很大程度上取决于元素本身的性质。元素周期表中Ⅰ族和Ⅶ族元素在食品中主要以游离的离子形式（Na⁺、K⁺、Cl^-、F^-）存在，具有很高的水溶性，与大多数配位体的作用力很弱。大多数其他元素则以络合物、螯合物或含氧阴离子的形式存在。食品中的蛋白质、碳水化合物、磷脂和有机酸都是矿物质离子的配位体。

大多数由金属离子和食品分子形成的络合物都是螯合物。螯合物是金属离子和多基（齿）配位体（Multidentate ligand）结合形成的。金属离子和多基配位体结合形成螯合物时，金属离子和配位体之间形成2个或更多个键，同时，在金属离子周围形成一个环状结构。螯合配位体必须具有至少2个能提供电子的功能基团。此外，这些功能基团必须在空间上适当排列以便形成一个包围金属离子的环状结构。螯合物与相似的非螯合物相比，热力学稳定性高，这一现象称为“螯合效应”。影响螯合物的稳定性有：①螯合环的大小，五元不饱和环和六元饱和环的稳定性最强；②环的数量，螯合物中环的数量越多越稳定；③Lewis碱的强度，Lewis碱的强度越大，形成的螯合物越稳定；④配位体带电状态，带电的配位体比不带电的配位体形成的螯合物更稳定；⑤原子供体的化学环境，金属-配位体键的相对强度顺序：氧作为供体时，H₂O＞ROH＞R₂O，氮作为供体时，H₃N＞RNH₂＞R₃N，硫作为供体时，R₂S＞RSH＞R₃N；⑦配位体大小，大的配位体倾向于形成不稳定的螯合物；⑧螯合环的共振作用，共振作用可提高螯合物稳定性。

矿物质络合物和螯合物的溶解性与无机盐的溶解性有很大的不同。例如，将氯化铁溶解于水中，铁很快以氢氧化铁的形式沉淀，但是高铁离子与柠檬酸根形成的螯合物溶解度很大。氯化钙是可溶的，但与草酸根离子螯合的钙却不溶于水。在食品加工中有时通过添加螯合剂来遮蔽无机离子，如铁离子和铜离子，以防止无机离子的助氧化作用。一些螯合剂，例如EDTA铁钠，也可作为强化剂加入到食品中。

尽管矿物质以相当低的浓度存在于食品中，但是，由于它们会与其他食品成分发生相互作用，它们还是会对食品的物理和化学性质起着重要影响。表8-7所示为对这些相互作用和它们功能作用的总结。

牛乳含有钙、镁、钠、钾、氯、硫酸根和磷酸根等许多矿物质。牛乳中的钙分布在血清和酪蛋白胶束之间。乳清中的钙以溶解状态存在，大约占牛乳钙总量的30%。其余的钙与酪蛋白胶束结合，主要以胶体磷酸钙的形式存在。在干酪生产中，钙和磷酸根起着重要的功能作用。在凝乳前添加钙可缩短凝块时间。钙含量低的凝乳较脆，钙含量高的干酪更富有弹性。(www.xing528.com)

表8-7 矿物质和矿物质盐/络合物在食品中的功能作用

磷酸盐天然存在于动植物组织中，也作为食品添加剂添加到食品中。磷酸盐在食品中起着多种功能作用，包括酸化（软饮料）、缓冲（各种饮料）、抗结块、蓬松、稳定、乳化、持水和防止氧化。有几种磷酸盐已获准作为食品添加剂使用，它们是磷酸、正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸盐和多聚磷酸盐。磷酸盐在食品中的功能作用与同磷酸根缔合的质子的酸度和磷酸根带的电荷有关。在一般食品的pH条件下，磷酸根带负电荷。聚磷酸盐的性质如同聚电解质一样，负电荷使磷酸根具有强的Lewis碱的性质，使它具有强烈的结合金属离子的倾向。然而，有关磷酸盐的功能性质的机理仍然有许多争论，特别是有关它能提高肉和鱼的持水能力的机理。

氯化钠（盐）不仅增加风味，而且增强了食品中的其他风味，减少苦味。许多食品（如面包和其他谷物食品）添加了盐，但由于其浓度不高，品尝不出咸味。盐是许多干酪的必需添加剂。它增强风味，通过降低水分活度来控制杂菌的生长，控制乳酸发酵的速度和改变质构。在肉品加工中，例如香肠，盐作为防腐剂能降低产品的水分活度，也能促进肌肉蛋白的溶解（盐溶现象），从而起到乳化作用。在焙烤产品中，盐能够增加风味但不会赋予咸味，可以控制发酵产品的发酵速率，并通过其与谷蛋白的作用起到面团改良剂的作用。

铁会加速食品中脂的过氧化过程。铁在脂质氧化的开始阶段和传递阶段都起催化作用。其化学过程极其复杂。在有硫醇基存在的情况下，正铁离子（Fe³⁺）促进过氧阴离子（·）的形成。

然后，过氧阴离子与质子反应生成过氧化氢或将正铁离子还原成亚铁离子：

亚铁离子通过Fenton反应促进过氧化氢分解生成羟基自由基：

羟基自由基非常活泼，可通过从不饱和脂肪酸分子中获取氢原子而快速产生脂自由基。于是，引起了脂质的过氧化链式反应。

铁也能通过加速食品中脂质的氢过氧化物的分解来催化脂质的过氧化反应。

或

抗坏血酸能将正铁还原成亚铁。这就解释了为什么在一些食品中抗坏血酸可以起着促氧化剂的作用。

铜和铁一样是过渡元素，在食品中以Cu⁺和Cu²⁺两种氧化状态存在。Cu⁺和Cu²⁺都能与有机分子紧密结合，在食品中主要以络合物和螯合物的形式存在。铜对食品的负面影响是催化食品中的脂类氧化。