【营养课】食物中的营养

人以食为天,究竟我们吃的是什么?

果蔬的化学成分十分复杂,按在水中的溶解性质可将其分为两大类:

  • 水溶性成分,
  • 非水溶性成分。

 

水溶性成分主要包括糖类、果胶、有机酸、单宁物质、水溶性维生素、水溶性色素、酶、部分含氮物质、部分矿物质

非水溶性成分主要包括纤维素、半纤维素、木质素、原果胶、淀粉、脂肪、脂溶性维生素、脂溶性色素、部分含氮物质、部分矿物质和部分有机酸盐

碳水化合物

碳水化合物 (carbohydrate) 是果蔬中干物质的主要成分 , 是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称 。 碳水化合物也称为糖类物质 , 主要包括糖 、 淀粉 、 纤维素 、 果胶物质等 , 根据在稀酸溶液中的水解情况 , 碳水化合物又可分为单糖 、 低聚糖
和多糖三大类 。

  • 单糖 : 不能再水解的多羟基醛或多羟基酮 , 是构成多种糖分子的基本单位 , 如果蔬中常见的葡萄糖 、 果糖 、 甘露糖 、 半乳糖 、 木糖等 。
  • 低聚糖 : 水解时产生 2 ~ 10 个单糖分子的糖类 , 果蔬中以蔗糖最为常见 。
  • 多糖 : 水解可产生成百上千个单糖分子 , 即多糖是由很多单糖分子缩合形成的高分子化合物 , 如淀粉 、 纤维素 、 果胶等 。

果胶

果胶物质是细胞壁的主要成分之一 , 沉积在细胞初生壁和中胶层中 , 起着连接细胞个体的作用 。 不同种类的果品果胶含量差别很大 , 其 中以山楂 的含量较多 , 达到6.4% ; 其次是 甜 瓜 、 柠 檬 、 猕 猴 桃 , 达 3%~4%; 苹 果 、 梨 、 香 蕉 等 含 0.5% ~1.8%  。

果蔬中的果胶类物质通常以三种形式存在 , 即原果胶 、 果胶和果胶酸 。 三者之间的关系为 :

未成熟的幼果中多为原果胶 , 它紧密地连接着果实的细胞 , 使果实质地脆而硬 。 随着果实成熟度的提高 , 原果胶逐步转化为水溶性果胶而进入细胞质中 , 细胞间松弛 , 果实硬度下降 。 然后果胶进一步转化成为水溶性更强的 , 无黏性的果胶酸 , 果实变得松软
发绵 。 由此可见 , 果胶物质的变化与果实硬度密切相关 , 良好的贮运措施 , 可以降低果胶物质的转化程度 , 延缓果实衰老 。

在贮藏 、 运输期间 , 由于原果胶的分解使水果蔬菜变软 , 易受机械损伤 , 故应在完全成熟前采收 。 贮藏中果胶含量的变化是决定水果蔬菜贮藏时期长短的重要指标 。 许多霉菌 、 细菌也能分泌分解果胶物质的酶 , 使水果蔬菜很快解体 、 腐烂 。 因此 , 在贮藏中 要采取预防措施。

淀粉

淀粉 (starch) 是果蔬中能被人体所利用的最主要的多糖 , 它在果实中以淀粉粒的形态存在 。 淀粉粒一般由直链淀粉和支链淀粉组成 , 两种成分的比例因果实种类的不同而异 。 淀粉在酸或酶的作用下可水解生成一系列物质 , 最后生成葡萄糖 , 其水解过程为 :

淀粉 → 蓝糊精 → 红糊精 → 无色糊精 → 麦芽糖 → 葡萄糖 。

一些富含淀粉的果实如香蕉 、 苹果 , 在后熟期间淀粉不断水解转化成低聚糖和单糖 , 但由于呼吸消耗的存在 , 这一转化未必引起可溶性固形物增加 。 有的果实如香蕉 ,在热带气温下成熟 , 淀粉 、 蔗糖 、 葡萄糖都在减少 。 未熟的香蕉淀粉含量可达干物质的
68 % , 后熟期间大部分消失 。 西番莲果实即便成熟 , 也含 2 % ~ 3 % 的淀粉 。 多数水果的淀粉含量都较低 , 有的在后熟后甚至完全消失 。 蔬菜中 , 以块根 、 块茎和豆类含淀粉最多 , 如藕 、 菱 、 芋头 、 山药等 , 其淀粉含量与老熟程度成正比 。

 纤维素和半纤维素

纤维素是由 1000 ~ 10 000 个葡萄糖分子通过 1 ,4唱糖苷键连接而成的一条没有分支的长链 。 不溶于水 , 仅能吸水膨胀 , 也不溶于稀酸 、 稀碱和一般的有机溶剂 , 其性质比较稳定 。

半纤维素是由木糖 、 阿拉伯糖 、 甘露糖 、 葡萄糖等组成的多糖 。

纤维素和半纤维素 (cellulose and semicellulose) 以结合态构成细胞壁的网状结构 ,是细胞主要的骨架物质 , 影响着细胞壁的弹性 、 伸缩强度及可塑性等 。 果实质地的坚硬与松软 , 粗糙与细嫩等状况同纤维素的性质及含量密切相关 , 如一些坚果类老熟后 , 纤
维素木质化或角质化 , 果皮变得坚硬粗糙 。 纤维素 、 半纤维素 、 木质素等统称为粗纤维 , 它们不能被人体消化吸收 , 但能刺激肠壁的蠕动及消化液的分泌 , 促进肠 胃消化

色素

一 、 叶绿素

叶绿素 (chlorophyll) 是植物特有的绿色色素 , 广泛存在于绿色组织的细胞中 , 通常与类胡萝卜素共存 , 并与蛋白质结合形成复合的叶绿体 。

叶绿素是由 4 个吡咯环的 α 碳原子通过 4 个次甲基连接而成的卟啉衍生物 。 果蔬中的叶绿素主要由结构相似的叶绿素 a(C55 H72 O5 N4 M g) 和叶绿素 b(C55 H70 O6 N M g) 组
成 , 他们通常在植物体内以 3 ∶ 1 的比例存在 。 叶绿素 a 呈蓝绿色 , 叶绿素 b 呈黄绿色 ,植物绿色越深 , 说明叶绿素 a 比例越大 。

叶绿素很不稳定 , 受光辐射时极易发生光敏氧化反应而裂解为无色产物 。 在正常生长发育的果蔬中 , 叶绿素的合成作用大于分解作用 , 外表看不出绿色的变化 。 当果蔬进入成熟期后和采收以后 , 合成作用逐渐停止 , 叶绿素在酶的作用下水解生成叶绿醇和叶绿酸盐等溶于水的物质 , 加上光氧化破坏继续进行 , 原有的叶绿素减少或消失 ,表现出绿色消褪 , 显出其他颜色 。 这种颜色的变化常被用来作为成熟度和新鲜度变化的指标 。

二 、 类胡萝卜素

类胡萝卜素 (carotenoid) 是广泛存在于果蔬 、 花卉中的色素 , 其颜色从黄 、 橙到红 。 它们常与叶绿素共同存在于植物组织中 。 在未成熟果和叶片中 , 由于叶绿素含量比例高 , 如叶片中一般是类胡萝卜素的 3 倍 , 掩蔽了类胡萝卜素的颜色 , 在感官上难以识
别 。 类胡萝卜素是一种以异戊二烯为残基的具有共轭双键的多烯色素 , 现已在果蔬中发现了 300 种以上 , 主要有胡萝卜素 、 番茄红素 、 番茄黄素 、 叶黄素等 。

1 胡萝卜素

胡萝卜素 (C40 H56 ) 呈黄色 , 在杏 、 黄桃 、 胡萝卜 、 番茄 、 辣椒和花卉中存在 。 胡萝卜素本身不具有生理活性 , 在人和动物肝脏及肠壁中能转化成具有生物活性的维生素A ; 胡萝卜素是构成花色的化合物之一 (花色主要决定于两类化合物 , 即类黄酮和胡萝卜素) 。 胡萝卜素在果蔬组织中较叶绿素稳定 。

2 番茄黄素和叶黄素

番茄黄素 (C40 H50 O4 ) 和叶黄素 (C40 H56 O6 ) 亦呈黄色 , 是胡萝卜素的含氧衍生物 , 番茄黄素是黄色辣椒与番茄中的主要色素 。 苹果绿色褪去所呈现的黄色 、 秋季叶片转黄时所表现的颜色 , 都是叶黄素的颜色 。

3  番茄红素

番茄红素是胡萝卜素的同分异构体 , 又称茄红素 。 在红色番茄中 , 番茄红素与胡萝卜素共同存在 , 平均含量为 4%~ 7.8% , 是胡萝卜素平均含量 (0.4%~0.75% ) 的 10倍 。 番茄中这两种色素的含量随着果实的成熟而逐渐增加 , 至番茄完全成熟时胡萝卜素
含量最高 。 番茄红素的产生与温度的高低关系密切 , 产生的最适温度为 24 ℃ , 30 ℃ 以上时番茄红素不能形成 , 因此在炎热的夏季番茄不易变红 。

三 、 类黄酮

类黄酮 (flavonoid) 是天然产生的多酚 , 广泛存在于高等植物中 , 如浆果中的花青素 、 柑橘类中的黄烷酮 、 水果和蔬菜中的黄醇 (如槲皮素配糖物) 、 绿茶和水果中的表儿茶素 (黄烷醇单体) 和原花青素 (黄烷醇寡聚体) 。 除各种植物和水果外 , 类黄酮还
存在于种子 、 坚果 、 谷物及各种药用植物和饮料 (如葡萄酒 、 啤酒等) 中 , 也是花中的主要色素之一 。 类黄酮在植物体内主要以糖基衍生物的形式存在 , 使植物叶 、 花 、 果实呈现蓝 、 紫 、 橙等颜色 。

花青素为水溶性的植物色素 , 呈现红 、 蓝等绚丽色彩 , 对苹果 、 葡萄 、 桃 、 李 、 樱桃 、 草莓 、 石榴等的外观质量影响很大 。 花青素通常以糖苷的形式存在于果实表层 (苹果 、 葡萄 、 李等) 和果肉 (紫葡萄 、 草莓等) 细胞液中 。 花青素苷中的糖基一般为单糖和双糖 , 如葡萄糖 、 半乳糖 、 鼠李糖等 。 苷配基的基本结构是2-苯基苯并吡喃环 , 苯环上取代基的数目和种类不同 , 就形成各种各样的花青素 , 由于含有羟基 , 这类色素又叫多酚色素 。

花青素极不稳定 , 在不同 p H 下因结构发生变化而使显色种类产生差别 。 与酸作用时呈红色 , 与碱作用时生成盐类而呈现蓝色 , 在中性介质中则形成钠盐又呈紫色 。 此外 , 花青素还易受氧化剂 、 抗坏血酸 、 温度和光的影响而变色 , 可与 SO2 形成加成物而褪色 , 但若除去 SO2 后加热或使用 SO2 吸收剂 , 则可恢复原色 。

花青素的多少直接影响果实的外观品质 。 生产上常采用各种措施 , 如整形修剪 、 地面铺反光膜 、 果实套袋 、 增施有机肥 、 喷施增色剂等 , 促进果实花青素的形成 , 提高果实成熟时的着色度 。 。

 挥发性物质

水果 、 蔬菜 、 花卉中普遍含有挥发性的芳香油 , 又称精油 , 是每种果蔬和花卉具有特定香气和其他气味的主要原因 。 各种果实 、 花卉中挥发油的成分不是单一的 , 而是多种组分的混合物 。 据分析 , 苹果含有 100 多种挥发性物质 , 香蕉含有 200 种以上 , 草莓中分离出 150 多种 , 葡萄中分离出 78 种 , 腊梅鲜花中共发现 45 种挥发性化合物 , 紫丁香鲜花中分离出 48 种香气成分 。

有 机 酸

酸味是果实的主要风味之一 , 是由果实内所含的各种有机酸 (organic acid) 引起 ,主要是苹果酸 、 柠檬酸 、 酒石酸 。 此外 , 还有少量的草酸 、 水杨酸和乙酸等 。

不同种类和品种的果实含酸量不同 。 每种果实一般有其含量最多的一种有机酸 , 作为该种果实含酸量的计算标准 , 如仁果类 、 核果类以苹果酸表示 , 葡萄以酒石酸表示 ,柑橘类以柠檬酸表示 。 不同果实含酸种类的差别主要与植物对环境的适应性有关 。 蔬菜中有机酸往往数种同时存在 , 虽然含酸种类丰富 , 但除番茄等少数有酸味外 , 大都因含酸量很少而感觉不到酸味 。

果蔬的酸味并不取决于酸的总含量 , 而是由它的 p H 决定 。 不同的酸由于氢离子解离的程度不同 , 其 p H 差异也比较大 。 新鲜果实的 pH 一般在 3~4 之间 , 蔬菜在 5~6.4 之间 。

贮藏过程中 , 有机酸亦可作为呼吸底物被消耗 , 使果实酸味逐渐变淡 。 不同种类的果实和不同贮藏条件下 , 含酸量下降的速度不同 , 可作为贮藏措施好坏的衡量指标之一 。

水分

水分 (moisture) 是水果蔬菜花卉的主要成分之一 , 它决定了水果蔬菜花卉的性质和耐贮性 。 水是水果蔬菜生命活动中必不可少的物质 , 含水量是衡量水果蔬菜新鲜程度的一个重要指标 。 切花要保持其鲜活度和品质 , 就必须保持较高的水分含量和膨胀状态 。
新鲜果品和蔬菜中的水分含量很高 , 多在 80 % 以上 , 有些种类和品种在 90 % 左右 ,大多数切花的含水量达到 70 % ~ 80 % 。 果蔬中的水分以两种形态存在 : 一种为游离水 ,主要存在于液泡和细胞间隙中 , 占果蔬组织中水分的绝大多数 , 在果蔬贮藏及加工过程中最容易失去 ; 另一种为束缚水 , 是果蔬细胞里胶体微粒周围结合的一层薄薄的水膜 ,这种胶体结合水的比重 、 热容量 、 冰点和溶解性不同于游离水 , 在果蔬贮藏加工过程中 , 较难失去 。

正常发育的果蔬采收后离开母体 , 失去了水分的供给源 。 在存放 、 运输和销售的一般环境中 , 相对湿度较低 , 造成果蔬一定程度的失水 , 轻者新鲜度降低 , 重者外观品质下降 , 口感不适 。 一般来说 , 只要损失 5 % 的水 , 就会使许多种类的果蔬萎蔫 , 细胞膨压下降 , 失去膨胀度 , 从而引起某些果蔬脆度降低 , 色泽和风味的不良变化也会接踵而至 。

鲜切花离体后 , 叶面蒸腾与根吸水之间的水分平衡被破坏 , 蒸腾量大于吸水量 , 造成水分亏缺 。 研究表明 , 月季切花瓶插过程中 , 吸水总量与瓶插寿命没有相关性 , 切花瓶插寿命的长短只取决于吸水和失水之间的平衡关系 。 当切花吸水量 > 失水量时 , 切花
鲜重增加 , 花色鲜艳 , 茎秆挺拔 , 代谢正常 , 能有效保持切花品质 ; 而当吸水量 < 失水量时 , 则不能保持切花品质 。 在切花的贮运过程中 , 通常需要 90 % ~ 95 % 的相对湿度来确保切花保鲜度 , 否则切花花瓣干缩 , 影响观赏品质 。 切花吸水速度下降 , 主要是因为在切花切口处 , 滋生大量微生物堵塞导管 , 造成吸水不良 , 鲜花凋萎 。

 维生素

维生素 (vitamin) 是维持人体健康所必不可少的一类低分子有机化合物 。 人体内一系列的生理代谢活动离不开酶的参与 , 而维生素中很大一部分是某些酶的辅酶成分 ;有的则可能是激素的前体 (如维生素 D) ; 维生素 C 和维生素 E 等能清除植物体内的自
由基 , 有延缓衰老的作用 。

大多数维生素必须在植物体内合成 , 所以果蔬是人体获得维生素的主要来源 。 维生素种类很多 , 目前已知的有 30 多种 , 其中发现近 20 种与人体健康和发育有关 。 通常按溶解性把维生素分为脂溶性和水溶性两大类 。

 蛋白质

从营养学的角度而言 , 蛋白质 (protein) 是人类生长发育所必需的骨架和能量物质 , 是参与各种生化反应的酶的主体 。 任何食品蛋白质含量的多少都被视为重要的营养指标 。 总的来说 , 果蔬中蛋白质含量远不如粮谷类和豆类作物高 。

但有些特种果蔬除外 , 如核桃 、 扁桃 、 鳄梨 、 榛子 、 冬菇 、 紫菜等蛋白质含量可达 11 % ~ 23 % 。成熟期果蔬中有许多新生酶活化或合成 , 催化各种成熟衰老的变化 。 这些变化在采前利于果蔬固有品质的形成 ; 在采后继续进行 , 则使果蔬软化 , 易于腐烂 。 因此 , 采用低温 、 气调等贮藏措施抑制酶 (即蛋白质) 活性变化 , 是延缓果蔬品质劣变的有效途径 。

蛋白主要来源于谷物类,豆类和动物肉类和鱼类,贝类。 动物鱼类的蛋白相对豆类含有更丰富的蛋白种类,以及更容易吸收。

 氨基酸

蛋白质在人体内消化的最终产物是 20 种氨基酸 (amino acid) , 最后被人体吸收 ,这些氨基酸的功能与蛋白质基本相同 。 它能促进生长发育 、 补充代谢消耗 、 维持毛细血管的正常渗透压 。 膳食蛋白质中的氨基酸在数量上要充足 , 比例上要协调 , 否则会引起
各种疾病 。

果蔬中含多种游离氨基酸 , 对协调人体内各种氨基酸的平衡起重要作用 。 香蕉 、橘 、 鲜枣 、 菊花 、 郁金香 、 菠菜 、 菜花 、 萝卜 、 藕 、 香椿等园艺产品均能供给一定量的氨基酸 。 其中谷氨酸 、 天门冬氨酸等还是果蔬鲜味的主要来源 。

切花中蛋白质的大量降解生成许多游离氨基酸 , 如丝氨酸 , 它的生成又促进蛋白酶的生成 , 进一步加速蛋白质降解 ; 又如游离脯氨酸 , 它的含量增加 , 在一定程度上反映了组织的水分亏缺状况 , 严重影响切花品质 。

 脂类

脂类 (lipid) 为生物体内一类不溶于水 , 溶于乙醚 、 氯仿 、 苯等有机溶剂的化合物的总称 , 主要有膜脂 、 不挥发的油脂和蜡质 。 膜脂和不挥发的油脂是维持细胞结构和功能的重要成分 。

果蔬可食部分一般含油脂较少 , 一些果实的种仁含油较高 , 如核桃 、 油橄榄 、 油梨 、 巴旦杏等 , 可作为人类优质食用油的来源 。 高温 、 高湿和受强光照射的环境中 , 油脂分解成游离的脂肪酸和甘油 , 产生厌人的臭味 , 这一过程称酸败 。 控制适宜贮运条件 , 防止和避免酸败是含油高种子或果实保鲜的关键 。

类脂普遍存在于植物体内 , 为细胞外围结构的主要成分 。 磷脂在生物膜中与蛋白质形成的双分子层结构对膜的稳定性和生理功能起着重要作用 。 蜡覆盖于叶 、 茎 、 皮和果实表面 , 具有不溶于水 , 溶于有机溶剂 , 在空气中不变质 , 不被水解等稳定的化学性
质 , 可减少果蔬水分蒸腾 , 防止微生物和害虫侵袭 。 成熟度越好的果实 , 蜡质层发育越完善 , 越能发挥其保护作用 。 有试验表明 , 于 10 月 5 日采收的龙眼葡萄比 9 月采的贮后腐烂率降低 1 倍以上 , 分析其原因之一 , 就是推迟采收期 , 果皮蜡质 、 果粉形成较厚 , 自身抗失水 、 抗病力增强 。 部分切花 、 叶片表面具有蜡质层 , 能够减少切花水分因蒸腾作用而散失 , 可以使切花保持鲜度和膨胀状态 , 维持切花品质 。

单宁

单宁 (tannin) 在食品上被定义为一切有涩味的 , 能与金属离子反应或因氧化而变成黑色的物质 , 包括一些较简单的酚类物质 。 单宁物质可分为两类 :

  • ① 水解型单宁 : 具有酯的性质 , 加酸或经单宁酶水解生成糖及芳香族化合物 。
  • ② 缩合型单宁 : 不具酯的性质 , 它是以碳原子为核心 , 相互结合而不能水解 , 果蔬中单宁属于此类 。

单宁的含量与果蔬的成熟度密切相关 , 未熟的果实含量较高 , 往往是成熟果的 5倍 。 果皮通常比果肉高 3 ~ 5 倍 。 单宁在果实中可以水溶态或不溶态两种方式存在 , 果实含有 1 % ~ 2 % 的可溶性单宁时就会产生强烈的涩味 , 含量在 0畅 25 % 左右 (涩柿) 及以上时 , 可尝出明显涩味 。 一般水果可食部分含 0畅 03 % ~ 0畅 10 % , 具清凉口感 。

单宁分子可溶于水或乙醇 , 不溶于乙醚 、 氯仿等极性小的溶剂 。 用温水 、 CO2 、 乙醇等处理 , 诱发果实无氧呼吸 , 产生不完全氧化产物乙醛 , 与水溶性单宁结合生成不溶性单宁 , 可使果实脱涩 。

 矿物质

构成生物体的元素已知的有 50 多种 , 除去 C 、 H 、 O 、 N 外 , 其他元素统称为矿物质 (mineral) 。 其中含量在 0畅 01 % 以上的称为大量元素或常量元素 , 如钙 、 镁 、 磷 、钾 、 钠等 ; 低于 0.01% 的称为微量元素或痕量元素 , 如铜 、 铁 、 锌 、 碘 、 硒等 。 各种矿物质都是人体正常生长发育所必需的 。 果实和蔬菜中矿物质的含量占干重的 1 % ~15 % , 平均值 5 % , 蔬菜叶中可含到干重的 10 % ~ 15 % , 为人体摄入矿物质的重要来
源 。

抗营养物质和植物天然毒素

所谓抗营养物质 (anti-nutritional factors , ANFs) 是指植物代谢过程中产生的 ,并以不同机制对人体产生抗营养作用的物质 。 抗营养物质普遍存在于植物界 , 是植物本身所固有的成分 , 可以破坏或阻碍营养成分的消化 、 吸收和利用 , 从而降低食物营养成分的利用效率 。 此类物质是植物进化的自然结果 , 可以保护植物自身免受霉菌 、 细菌 、 病毒 、 昆虫 、 鸟类及野生草食兽类的侵害和采食 , 从而保证这些物种在自然界繁 衍生息 , 因而又被称为 “生物农药” 。 H uisman (1989) 指出 , 抗营养物质的主要表现 , 就是降低食物中营养物质的利用 率 , 从而对人体的生长和健康水平产生负 面影响 。

植物天然毒素 (plant toxin) 是指有些植物中存在的某种对人体健康有害的非营养性天然物质成分 ; 或者因贮存方法不当 , 在一定条件下产生的某种有毒成分 。 有毒物质的摄入可不同程度地危害人体健康 , 降低食品的营养价值和影响食品的风味品质 , 引起人体食物过敏和对食品的特异性反应 。 此外 , 因含有毒物质的植物外形 、 色泽与无毒品种相似 , 很容易被人们混淆误食而引起食物中毒 。

园艺产品中的抗营养物质和植物性天然毒素主要有生物碱类 , 苷类物质 , 蛋白类物质及其他有毒物质 。

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