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维 生 素 A

  人与动物都需要维生素A,它是一种代谢产物,在各种哺乳动物、鸟类和鱼类中均存在。植物不含维生素A,但含有前驱物质胡萝卜素或类胡萝卜(统称胡萝卜素)。因为人体和动物机体能将胡萝卜素转化成维生素A,胡萝卜素故称维生素A前驱物质和维生素A原。可以认为,植物合成的胡萝卜素是所有维生素A的最终来源。
   维生素A在人体中具有重要的生理功能,它的缺乏一直是遍及全世界绝大多数发展中国家的一件大事,缺乏程度 超过其他任何维生素。因此,天然食品中维生素A的补充问题一直受到重视。
   一、维生素A的性质、吸收与代谢
   1、维生素A的化学性质
   维生素A包括视黄醇和脱氢视黄醇两种存在形式,后者有一个额外的双键,生理活性是前者的40%,仅存在于淡水鱼以及以鱼为食物的来源的鸟类机体中,对人体作用不大。
   视黄醇几乎无色或呈淡黄色,不溶于水,但能溶于油脂中。1931年,瑞士p.karrer首次确定了维生素A的化学结构,通常存在于食物中的维生素A是以稳定的酯化合物(如棕榈酸视黄酯)形式存在,性质比较稳定。但当溶解它的油脂在光照和氧气作用下发生氧化而变质时,视黄醇可被迅速氧化成醛或酸形式而破坏。
   广泛存在于绿色果蔬中的胡萝卜素经机体代谢可能转化成维生素A。各种不同胡萝卜素的转化效率不一样。己知植物中至少有10种胡萝卜素可转化成维生素A,其中以α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素三种的维生素A原活性较高,对机体营养最重要。
   β-胡萝卜素具有最高的维生素A原活性,它是共轭双键化合物,含有两个β-紫罗酮环,α-和γ-胡萝卜素只含一个β-紫罗酮环,维生素A原活性只及β-胡萝卜素的一半。
   β-胡萝卜素(β-carotene)的分子式为C40H56,相对分子质量536.88,外观呈深红色至暗红色有光泽的斜方六面体或结晶状粉末。遇氧、热和光不稳定,在弱碱情况下较稳定。不溶于水、丙二醇、甘油、酸和碱中,溶于二硫化碳、苯、氯仿、己烷和植物油,几乎不溶于甲醇和乙醇,溶点176~182℃。维生素A的溶解性及稳定性与β-胡萝卜素相似。
   β-胡萝卜素的稀溶液呈橙黄色至黄色,浓度增大时带橙色,因溶剂极性不同可能稍带红色。因此,β-胡萝卜素同时是一种很好的食用天然色素,其外表是的美与内在的营养价值同样很重要。作为一种天然色素的β-胡萝卜素开始广泛应用于食品工业上。
   2、维生素A的吸收与代谢
   进入人体内的维生素A来源包括维生素A、维生素A酯和胡萝卜素等形式,存在于食物中的通常是维生素A酯和胡萝卜素,酯化合物吸收前须经酶分解成维生素A。
   维生素A和胡萝卜素在胆汁作用下进入粘膜细胞为肠粘液所吸收,此时有相当数量的β-胡萝卜素转化成维生素A,但不同的机体对胡萝卜素的利用程度很不相同。进入肠膜细胞内的维生素A立即与脂肪酸(多数是棕榈酸)结合成酯,并被吸收入细小的脂肪消化产物乳糜载体微粒中。维生素A的吸收受一系列因素的影响,包括小肠胆汁、食用油脂和抗氧化剂等。胆汁辅助乳化吸收脂肪,对维生素A的吸收作用很大。维生素E和卵磷脂之类抗氧化剂能够保护胡萝卜素免受氧化破坏,故能促进其吸收并提高其在肝脏中的贮存量。
   在肠道中的以脂肪酸酯为基础成分的油脂替代品与维生素A及胡萝卜素有较强的亲和力,能溶解并携带其从消化道中迅速通过,同时排出体外而使得维生素A及胡萝卜素不被吸收。因此,为降低能量而大量摄入这些油脂替代品,会引起维生素A的流失。
   高质量的蛋白质对胡萝卜素向维生素A的转化过程有促进作用,从这个意义上说素食者摄入足够数量的优质蛋白很重要,肠道寄生虫不利于维生素A和胡萝卜素的吸收,这在儿童身上显得很重要,因为少年儿童易感染上肠道寄生虫。
   在小肠中,小部分的维生素A会转化成维生素A酸,后者吸附于白蛋白上,以增加其在血液中的溶解度并通过静脉进入总循环系统。这途径与由淋巴系统输送到机体各组织中不一样。己知在天然植物中几乎不存在维生素A酸。
   载有维生素A与脂肪酸结合体的乳糜微粒在血液中流动,通过肝脏时维生素A酯被释放出,并与蛋白质结合成脂蛋白贮存于肝脏中。因此,肝脏存有大量的维生素A,而肺、肾脏及脂肪中的贮存量很少。维生素A在肝脏中的贮存量会随年龄的增大而增多,成人肝脏中的维生素A贮量通常足够全身机体4~12个月的需要,但婴儿和儿童没有这样的贮存能力,对缺乏症因此特别敏感。
   机体需要时,肝脏中的维生素A先由脂蛋白释放出,然后附着它转移蛋白上,进入血液的维生素A又吸附于另一种蛋白上,并以这种形式输送到各种组织细胞中。这两种蛋白都能增强维生素A的溶解度使之易于输送,同时维生素A的分子变大不致于被肾脏过滤出去而损失。
   在肠道、肾脏和肝脏中,部分维生素A会转化成维生素A酸,后者会进一步转化成其他多种代谢产物,还可通过肾脏由尿排出或由胆汁排入肠道。进入胆汁中的维生素A酸约有80%可被重新吸收,其余的则由粪便排出体外。
   进入肠道中的胡萝卜素被小肠壁的吸收率仅是维生素A的1/3左右,且其向维生素A的转化也不完全。在所吸收的类胡萝卜素中,约只有半数可转化成维生素A。以维生素A(视黄醇)计,β-胡萝卜素只有其活性的1/6,也就是说食物中所含有的β-胡萝卜素只有1/6的可转化为维生素A,至于其他维生素A原类胡萝卜素,因只含一个β-胡罗酮环,向维生素A的转化活性只有β-胡萝卜素的一半。未转化的胡萝卜素会被吸收入血液循环系统,因此血液胡萝卜素水平只是膳食胡萝卜素水平的一种标志,并不能反映机体中维生素A的贮存量,也不是维生素A营养状况的重要标志,未转化的胡萝卜素贮存在脂肪及肾上腺中而不是肝脏中。
   二、维生素A的生理功能
   维生素A是复杂机体必需的一种营养素,它以不同方式几乎影响机体的一切组织细胞。尽管是一种最早发现的维生素,但有关它的生理功能至今尚末完全揭开。就目前的知识而言,维生素A(包括胡萝卜素)最主要是生理功能包括:
   ⑴维持视觉
   ⑵促进生长
   ⑶增强生殖力
   ⑷清除自由基等
   1、保持暗淡光线中正常的视觉眼球视网膜含有两种光感受器,即暗光下的视觉杆体和亮光及色觉下的视觉锥体。其所含的主要视色素分别称为视紫红质和视紫蓝质,是由相同的维生素A(视黄醇)和不同的视蛋白组成 。当光线照射到视网膜时,视紫红质脱色成另一种称为视黄素的视色素,此时部分维生素A会与视蛋白分离。这种刺激通过光神经纤维传送到大脑,在大脑的作用下被分离的维生素A大部分与视蛋白重新结合恢复成视紫红质,部分维生素A会因此损失消耗掉,只有当视紫红质复原回原先足够的数量时,才能在暗淡光线中产生视觉。在视紫红质的脱色与复原过程中因有部分维生素A损失,所以须从膳食或机体贮存的维生素A中获得补充,否则将削弱视觉杆体的视觉,导致眼睛感受从亮到暗的适应应变能力降低,产生夜盲症。维生素A也是负责感受明亮光线视觉锥体中视紫蓝质的组成部分,但这些锥体细胞对维生素A的应变量不像视觉杆体那么敏感。在初始阶段,亮光的视觉与色觉还不受维生素A缺乏症的影响。虽然维生素A对视觉过程非常重要,但只有0.01%的数量存在于眼组织中,由此可见维生素A的高效作用。
   2、维持上皮组织的正常功能人体的上皮组织无处不有,包括覆盖在机体外表起防御保护作用的皮肤,各种组织器官的内粘膜,以及眼睛外面的透明角膜和上皮细胞等。大部分的上皮细胞都能分泌粘液,如果没有维生素A,这种能力就会丧失,导致上皮细胞粗糙、干燥、扁平并逐步硬化成鳞状脱落,这一过程称为角质化。角质化的上皮细胞没有纤毛,纤毛因能防止外界污染物在细胞表面积聚积,这就削弱了上皮细胞预防外界污染物侵袭的天然结构,使得组织易于感染。另外,角质化的上皮细胞可能会堵住皮肤的天然通道,阻断了代谢物质的选择性进出,从而影响了细胞正常的代谢过程。眼角膜的角质化结果会减弱粘多糖的合成能力或阻塞泪管,导致泪腺停止分泌泪水以及覆盖角膜的薄膜发干,最终引起角膜上皮细胞混浊、溃疡甚至破裂,导致眼睛充血并有浓液渗出,这种疾病称为角膜软化症。当气管和支气管的上皮细胞因维生素A缺乏而角质化,失去纤毛和停止分泌粘液后,粘膜的完整性遭到破坏,成为细菌极好的藏身之地,结果诱发了支气管肺炎。维生素A是肠胃内膜、咽喉、性腺、子宫、膀胱和尿道膜健全所必需的营养素,这些膜组织细胞的角质化会导致一系列疾病的出现,诸如肠胃道上皮细胞的变化与其功能混乱(腹泻)有关,肾结石与尿道角质化有关。
   3、促进骨骼、牙齿和机体的生长发育骨骼发育离不开维生素A,摄入量不足或缺乏在软组织形成之前会使骨骼发育首先停止,头颅骨和脊骨柱不会继续发育长大,无法适应脑神经系统和脊骨索带组织的迅速生长,引起脑损伤和神经损伤,导致麻痹及其他神经疾病的出现。维生素A能促进骨骼生长,其原因是能使未成熟的细胞转化为骨细胞,成骨细胞使骨细胞数目增多。维生素A是牙齿正常发育所必需的。与上皮细胞一样,维生素A的缺乏会影响牙齿珐琅质细胞的正常生长,不能形成均匀细密的牙齿珐琅保护层,使珐琅质形态细胞变态产生裂纹或凹陷。凹陷使得聚积食物淤积发酵,腐蚀牙齿珐琅质而导致溃烂,维生素A的缺乏,严寒可使生成牙质的成牙细胞萎缩。在儿童牙齿发育的时候,保证足够数量的维生素A很重要。长期以来一直认为维生素A是胎儿发育和儿童生长的要素之一,但对其影响过程并不清楚,动物试验表明维生素A的缺乏导致食欲的消减而引起生长发育阻碍。缺乏维生素A时食欲不好,原因在于味蕾细胞角质化导致味觉的不灵敏,只要供给足量的维生素A可使味觉器官恢复正常。
   4、增强生殖力在多数动物中,缺乏维生素A会导致生殖能力的明显下降。雄性大鼠停止产生精子,雌性大鼠的发情周期可能出现异常、胎儿消溶(自吸收)或先天畸形。兔子,生殖力降低,怀孕时的流产次数增多。母鸡喂养缺乏维生素A的饲料,其孵化率明显下降。在大鼠、家禽、猪、牛、羊、狗、豚鼠及其他所有供特别研究的动物身上,因缺乏维生素A而表现出的生殖异常包括妊娠不良,早期发育异常和胎盘受损等,严重时旨起胎儿死亡。在人身上也出现过类似的结果,孕妇膳食中缺乏维生素A,前3个月的流产率会增加。有研究表明,维生素A对维持精子产生、性激素的合成与分泌有重要意义。精子所含的多种酶(如三磷酸腺苷乳酸脱氢酶)活力受维生素A所影响,足够的维生素A将保证精子正常的浓度和活力,供给不足会使生精作用停止、精子死亡、精细管管径变小或睾丸萎缩等。
   5、清除自由基 β-胡萝卜素有很好的抗氧化作用,能通过提供电子抑制活性氧的生成达到清除自由基的目的。将之与亚油酸过氧化物共同培育的试验表明,β-胡萝卜素能有效地防护小鼠对抗血卟啉的致死性光敏作用,而卟啉的光敏作用就在于自由基攻击了表皮溶酶体膜 。另有研究表明,β-胡萝卜素能清除游离态氧减少光敏氧化作用,此外还是单线态氧的猝火剂。美国波士顿大学的palozza等人在一项用肝微体膜进行的实验中发现,β-胡萝卜素与维生素E两者在抑制脂质过氧化反应过程中有协同增效作用。由于β-胡萝卜素的自由基清除作用,使得它在延缓衰老、防治心血管疾病和肿瘤方面发挥作用,这己被部分研究事实和临床试验所证实。正因如此,β-胡萝卜素己成为一种重要的功能性食品基料。
   6、其他生理功能维生素A的其他生理功能可能还包括:
   ⑴起辅酶作用。在胆固醇合成激素和糖蛋白合成过程中起媒介物的作用。
   ⑵有类似固醇激素和细胞的作用,可促进细胞增殖导致组织分化,这可能是由于维生素A通过对核糖酸和脱氧核糖酸核酸产生影响而使细胞向新的方向分化。
   ⑶维生素A对稳定细胞膜的结构与功能极为重要,但数量过多又会使细胞膜容易碎裂,这便是维生素A中毒因素之一。
   ⑷细胞释放蛋白酶必须借助维生素A的作用,在骨骼生长过程中必须有这些酶参与,维生素A的缺乏因此会影响蛋白质的合成。
   有些研究表明,缺乏维生素A可降低甲状腺形成的比率,增加人的甲状腺肿发病率。动物试验表明,维生素A还参与了胆固醇皮质脂酮的合成。
   三、维生素A与疾病的关系
   由于维生素A广泛而重要的生化功能,膳食中维生素A、维生素A原的不足或吸收不良会引起一系列的疾病,而膳食如足够数量(但不过量)的维生素A或维生素A原将保护机体免遭这些疾病的侵害。因此,维生素A引起人们高度的重视,其地位不同于其他任何一种维生素。由于维生素A或维生素A原不足或缺乏而引起的一系列疾病包括:夜盲症,干眼病,儿童生长发育、骨骼发育缓慢,牙齿不健全,全身性皮肤粗糙干燥症,喉痛,耳朵、口腔与涎腺脓肿,腹泻加剧,肾结石与膀胱结石,心血管疾病和肿瘤等。
   四、维生素A的需要量及天然食物中的存在
   1967年以前动植物组织中的维生素A效能都是以国际单位表示,1967年联合国粮农组织和世界卫生组织建议以视黄醇当量(RE)代替原来的国际单位(IU)。使用RE作为计量单位的优点是考虑了维生素A被吸收及不同前体转化为维生素A时的变化情况,用RE度量计算的胡萝卜素吸收量也刚好是其转化为维生素A的数量,因此比IU来得精确。
   根据国际单位的定义,1IU维生素A等于0.3μg视黄醇或0.344μg视黄醇乙酸盐,1IUβ-胡萝卜素等于0.6μgβ-胡萝卜素或1.2μg具有维生素A活性的其他混合胡萝卜素与类胡萝卜素,它们与视黄醇当量的换算关系是,1视黄醇当量等于1μg视黄醇、6μgβ-胡萝卜素、12μg具有维生素A活性的其他胡萝卜素、3.33IU视黄醇或10IUβ-胡萝卜素.因此,混合膳食中的视黄醇当量计算式为:
   国际单位视黄醇
   国际单位β-胡萝卜素视黄醇当量 = ------- + -----------
   3.33 10 
   微克β-胡萝卜素 微克其他胡萝卜素视黄醇当量=微克视黄醇 + --------- + ----------
   6 12 
   美国国家科学院食品营养委员会(NRC-FNB)推荐的维生素A日需要量,在这个标准中,从出生到6个月婴儿的需要量根据母乳中的平均视黄醇含量而定。每100mL母乳约含49μg视黄醇,每天摄取850mL可获得420μg视黄醇。
   对成年人的需要量是依据体重和发育需要推算的,因女性体格一般小于男性,故其需要量的按男性的80%计算。妊娠期和哺乳期的需要应增加,以满足胎儿发育和泌乳的需要。儿童期和青春期实际需要量的理论依据资料不多,该标准是依据体重和发育情况综合取定的。对红酵母的研究表明,该菌株的营养范围广泛,能很好地利用葡萄糖、果糖和蔗糖,在一定程度上可利用可溶性淀粉和其他碳源,它对有机氮源(如蛋白胨、牛肉膏等)有很好的利用效果,但对无机氮特别是尿素等几乎不能利用。菌株的最适生长温度为30℃左右,最适PH保持在5~6之间。
   中科院武汉病毒研究所曾从空气中分离出一株分杆菌属(Mychobacterium sp.)菌种,可在以1%~1.5%蔗糖或葡萄糖为惟一碳源的培养基中良好生长.在几种无机氮源中以磷酸氢二铵为好,另添加作为附加碳源的柠檬酸钠0.15%~0.2%,可促进菌的生长.经过6d的培养,胡萝卜素产率达到650mg/L,其中β-胡萝卜素占43.17%;后经诱变育种处理产率有所提高.
   当从酵母、细菌、霉菌或海藻中提取胡萝卜素时,先用离心处理或过滤法收集菌体,经洗涤后脱水干燥,再用适当溶剂(如2~3mol/L HCI溶液)破碎细胞,之后用丙酮或己烷之类溶剂萃取,经提纯浓缩后可得不同含量的油溶产品或晶体产品。
   六、维生素A在功能食品中的应用
   由于维生素A的缺乏至今仍是世界性特别是发展中国家的营养缺乏病之一,对加工食品中维生素A的强化由此显得非常重要。在营养强化米、面粉和乳制品中,维生素A均作为一种重要的营养素加以添加,补充剂量以达到人体日需求量为止。如为了某种特定保健需要,剂量可适量增加,此时应制成维生素A浓缩丸之类产品,不宜以很高的添加量补充到大量摄取的日常食品中。
   1、用维生素A强化大米
   大米是我国的主要粮食之一,全国约有2/3的人以大米为主食。因此,通过大米强化来补充维生素A最易收到成交效。在生产强化米时,为解决谷物营养素不齐全的问题,除维生素A外还可同时补充其他维生素(如维生素C、维生素E 、维生素B1和维生素B2等)、矿物元素和氨基酸等。
   大米营养的强化有浓缩型和全面型两种,浓缩型则维生素A等营养素的添加量较大,需与普通大米按比例搭配后才能食用,而全面型各营养素的添加水平以达到日常摄入量为止,食用时不需与普通大米搭配。如生产浓缩型强化米时(它与普通米以1:100比例混合食用),维生素的添加量一般为(以每100g样品计):维生素A0.015~0.06g(50000~200000IU)、维生素E0.07~0.3g、维生素C1~5g,维生素B10.07~0.3g和维生素B20.003~0.012g,还可同时添加赖氨酸3~15g、铁0.06~0.25g和钙0.4~1.6g等.
   目前最常用的两种大米营养强化方法是预煮法和外涂法.所谓预煮法,就是将大米浸渍在含有欲强化营养素的酸性水溶液中,然后用过热汽蒸煮,最后在热空气中干燥即成.这种方法强化的只是水溶性营养素(如维生素C),那些水不溶性的维生素A、维生素E等就不能用此法。外涂法能够克服上述缺点,它是将欲强化的营养素涂覆在大米表面,然后再涂上一层水不溶液性的薄膜以避免营养素在淘洗时被损失掉。这层薄膜通常是取材于昆虫的天然树脂,将之溶于酒精、异丙醇之类有机溶剂中即可使用,但这种方法存在溶剂残留问题。一种改良的方法是先将营养素附着在大米粒上,随后用油脂或蜡覆盖第二层,最后再涂上一层以淀粉为基础的第三层。这种方法可保证淘洗时营养素不会损失,但是第三层(淀粉层)容易剥离而暴露出油或蜡层(第二层),致使米粒对水的亲和力降低而浮在水面,很容易随水流失掉,因此要特别小心。
   美国的一种专利方法能够克服上述困难,它是将一种亲水性的乳浊液中进行乳化后再喷涂,最后仍涂上以淀粉为基础的第三层。这里所用的油脂或蜡要求在常温下不能融化,如氢化植物油、动物脂和各种植物蜡等;所用的亲水性乳化剂包括蔗糖酯、甘油酯和山梨醇酯,以及某些蛋白质(如大豆、小麦蛋白和酪朊酸钠)和植物胶等;第三涂层以小麦或大米淀粉为最佳原料,因为它们颗粒细易形成致密的耐机械冲击的覆盖层,当然玉米、马铃薯、木薯等其他淀粉也可以使用。
   实际生产时,首先将维生素A和维生素E添加于含粘合剂(如明胶、黄原胶之类)、乳化剂、油脂或蜡的涂布液中混合均匀,然后将大米放在涂布锅中在55℃温度下进行喷涂,同时不停搅拌并通入热空气,一次涂布结束后再按上述方法进行第二、三层的涂布。如同时要强化水溶性维生素(维生素C、维生素B1或维生素B2)、矿物元素及赖氨酸时,可将之配成适当浓度的酸性水溶液,用浸泡法使之渗入大米后再置于热空气中干燥,然后再进行含有维生素A的第一层涂布,以及为保护被添营养素不受损失而进行的第二、三层涂布。   2、用维生素A强化奶粉
   牛乳是儿童、成年及体弱多病者经常食用的一种营养食品,深受人们的欢迎。但牛乳的营养素尚不够全面,在维生素A、维生素C和铁元素含量等方面尚不足,如作为婴幼儿的主食品则更感不足。在奶粉制造成过程中添加维生素A之类的营养素,可让幼儿、体弱者及正常成人获得更为全面的营养需要,也是解决维生素A摄入量不足的一种好办法。
   世界各国生产的强化奶粉品种繁多,所添加的营养素主要包括维生素A、维生素C、维生素E、维生素B1、维生素B2、维生素D以及铁(Fe)、磷(P)等,如专供老年人食用还可补充硒、铬等微量元素),如专供婴幼儿食用还可补充γ-亚麻酸和免疫球蛋白等活性物质。维生素A、维生素C和维生素E在100g强化奶粉中的含量分别达到2000IU、40mg和0.35mg以上.
   原料乳验收合格后进行标准化处理,然后添加入矿物元素和部分热稳定性维生素搅拌均匀,经135℃/(5~10)S的超高温瞬时杀菌后,采用三效降膜式或双效板式真空浓缩设备在66.66~92.23kPa真空度、35~40℃温度的条件下进行浓缩,在极短时间内将乳体积减少至原来的确1/4,固形物含量增至45%。添加入维生素A、维生素E或维生素D以及γ-亚麻酸、免疫球蛋白之类活性物质,经10MPa压力的均质处理后送入喷雾塔进行干燥,喷雾压力15MPa,进风温度160℃,排风温度60~70℃。出粉后冷却过筛除去块状物,在混合机内搅拌加入维生素C、维生素B1或维生素B6之类对热不稳定成分,再次过筛,充氮包装后即为成品。为保证维生素A、维生素C、维生素E和γ亚麻酸之类活性物质在贮藏过程中不被坏,充氮包装是很重要的。


 
 
 
 

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