6.1概述
所谓矿物质（Minerals）是指食品中各种无机化合物，大多数相当于食品灰化后剩余的成分，故又称粗灰分（Crude ash，CA）。矿物质在食品中的含量较少，但具有重要的营养生理功能，有些对人体具有一定的毒性。因此，研究食品中的矿物质目的在于提供建立合理膳食结构的依据，保证适量有益矿物质，减少有毒矿物质，维持生命体系处于最佳平衡状态。 食品中矿物质含量的变化主要取决于环境因素。植物可以从土壤中获得矿物质并贮存于根、茎和叶中；动物通过摄食饲料而获得。
食物中的矿物质可以离子状态、可溶性盐和不溶性盐的形式存在；有些矿物质在食品中往往以螯合物或复合物的形式存在。
6.1.1 矿物质的功能
6.1.1.1 机体的构成成分
食品中许多矿物质是构成机体必不可少的部分，例如钙、磷、镁、氟和硅等是构成牙齿和骨骼的主要成分；磷和硫存在于肌肉和蛋白质中；铁为血红蛋白的重要组成成分。
陈道学6.1.1.2 维持内环境的稳定
作为体内的主要调节物质，矿物质不仅可以调节渗透压，保持渗透压的恒定以维持组织细胞的正常功能和形态；而且可以维持体内的酸碱平衡和神经肌肉的兴奋性。
6.1.1.3 某些特殊功能
某些矿物质在体内作为酶的构成成分或激活剂。在这些酶中，特定的金属与酶蛋白分子牢固地结合，使整个酶系具有一定的活性，例如血红蛋白和细胞素酶系中的铁，谷胱苷肽过氧化物酶中的硒等。有些矿物质是构成激素或维生素的原料，例如碘是甲状腺素不可缺少的元素，钴是维生素B12的组成成分等。脊梁颂
6.1.1.4 改善食品的品质
许多矿物质是非常重要的食品添加剂，它们对改善食品的品质意义重大。例如，Ca2+是豆
腐的凝固剂，还可保持食品的质构；磷酸盐有利于增加肉制品的持水性和结着性；食盐是典型的风味改良剂等。
6.1.2矿物质的分类
食品中矿物质按其对人体健康的影响可分为必需元素（Essential element）、非必需元素（No Essential element）和有毒元素（Toxic element）三类。必需元素是指这类元素存在于机体的健康组织中，对机体自身的稳定具有重要作用。当缺乏或不足时，机体出现各种功能异常现象。例如，缺铁导致贫血；缺硒出现白肌病；缺碘易患甲状腺肿等。但必需元素摄入过多会对人体造成危害，引起中毒。非必需元素又称辅助营养元素，有毒元素通常指重金属元素如汞、铅、镉等。
食品中的矿物质若按在体内含量的多少可分为常量元素（Macro-element）和微量元素（Micro-element）两类。常量元素是指其在人体内含量在0.01%以上的元素如钙、磷等；含量在0.01%以下的称为微量元素如铁、碘、硒、锌、锰、铬等。无论是常量元素还是微量元素，在适当的范围内对维持人体正常的代谢与健康具有十分重要的作用。
6.1.3 动物性食品中的矿物质
6.1.3.1 牛乳中的矿物质
牛乳中的矿物质含量约为0.7%，其中钠、钾、钙、磷、硫、氯等含量较高，铁、铜、锌等含量较低。牛乳因富含钙常作为人体钙的主要来源。乳清中的钙占总钙的30%且以溶解态存在；剩余的钙大部分与酪蛋白结合，以磷酸钙胶体形式存在；少量的钙与α-乳清蛋白和β-乳球蛋白结合而存在。有人提出，钙之所以能维持酪蛋白的稳定主要是钙在磷酸根和酪蛋白磷酸基团之间形成钙桥。牛奶加热时钙、磷从溶解态转变为胶体态。牛奶中的主要矿物质含量见表6-1。
表6-1 牛乳中主要矿物质含量 （mg/100g）
矿物质 | 范围 | 平均值 | 溶解相分布（%） | 胶体相分布（%） |
总钙 | 110.9～120.3 | 117.7 | 33 | 67 |
离子钙 | 10.5～12.8 | 11.4 | 100 | 0 |
镁 | 11.4～13.0 | 12.1 | 67 | 33 |
钠 | 47～77 | 58 | 94 | 6 |
钾 | 113～171 | 140 | 93 | 7 |
磷 | 79.8～101.7 | 95.1 | 45 | 55 |
氯 | 89.8～127.0 | 104.5 | 100 | 0 |
| | | | |
6.1.3.2 肉中的矿物质
肉类是矿物质的良好来源（表6-2）。其中钾、钠、磷含量相当高，铁、铜、锰、锌含量也较多。肉中的矿物质有的呈溶解状态，有的呈不溶解状态。不溶解的矿物元素与蛋白质结合在一起。肉在解冻时由于滴汁发生钠的大量损失，而钙、磷、钾损失较小。
表6-2 牛肉中的矿物质含量 （mg/100g）
矿物质 | 含量 | 矿物质 | 含量 |
全钙 | 86 | 可溶性无机盐 | 95.2 |
可溶性钙 | 38 | 钠 | 168.0 |
全磷 | 24.2 | 钾 | 244.0 |
可溶性磷 | 17.7 | 氯 | 48.0 |
全无机磷 | 233.0 | | |
| | | |
6.1.3.3 蛋中的矿物质
蛋中的钙主要存在于蛋壳中，其他矿物质主要存在于蛋黄中。蛋黄中富含铁，但由于卵黄磷蛋白（Prosvitin）的存在大大影响了铁在人体内的生物利用率。此外，鸡蛋中的伴清蛋白（Conalbumin）可与金属离子结合，影响了在体内的吸收与利用。鸡蛋中的伴清蛋白与金属离子亲和性大小依次为Fe3+>Cu2+>Mn2+>Zn2+。
6.1.4 植物性食品中的矿物质
植物性食品中的矿物质分布不均匀，其钾的含量比钠高。谷类食品中的矿物质主要集中在麸皮或米糠中，胚乳中含量很低（表6-3）。当谷物精加工时会造成矿物质的大量损失。豆类食品钾、磷含量较高，是人体的优质来源（表6-4），但大豆中的磷70%～80%与植酸结合，影响了人体对其他矿物质如钙、锌等的吸收。
表6-3 小麦不同部位中矿物质含量
部位 | P（%） | K（%） | Na（%） | Ca（%） | Mg（%） | Mn（mg/kg） | Fe（mg/kg） | Cu（mg/kg） |
全胚乳 | 0.10 | 0.13 | 0.0029 | 0.017 | 0.016 | 24 | 13 | 8 |
全麦麸 | 0.38 | 0.35 | 0.0067 | 0.032 | 0.11 | 32 | 31 | 11 |
中心部分 | 0.35 | 0.34 | 0.0051 | 0.025 | 0.086 | 29 | 40 | 7 |
胚尖 | 0.55 | 0.52 | 0.0036 | 0.051 | 0.13 | 77 | 81 | 8 |
残余部分 | 0.41 | 0.41人物特稿 | 0.0057 | 0.036 | 0.13 | 44 | 46 | 12 |
整麦粒 | 0.44 | 0.42 | 0.0064 | 0.037 | 0.11 | 49 | 54 | 8 |
| | | | | | | | |
表6-4 大豆（干重）中矿物质含量（%）
矿物质 | 范围 | 平均值 |
灰分 | 3.30～6.35 | 4.60 |
钾 | 0.81～2.39孙惠芬 | 1.83 |
钙 | 0.19～0.30 | 0.24 |
镁 | 0.24～0.34 | 0.31 |
磷 | 0.50～1.08 | 0.78 |
硫 | 0.10～0.45 | 0.24 |
氯 | 0.03～0.04 | 0.03 |
钠 | 0.14～0.61 | 0.24 |
| | |
蔬菜中的矿物质以钾最高（表6-5），而水果中的矿物质含量低于蔬菜（表6-6） 。不同品种、产地的蔬菜和水果中矿物质含量有差异，主要是与植物富集矿物质的能力有关。虽然蔬菜和水果中水分高，矿物质含量低，但它们仍然是膳食中矿物质的一个重要来源。
表6-5 部分蔬菜中矿物质含量（mg/100g）
蔬菜 | 钙 | 磷 | 铁 | 钾 |
菠菜 | 72 | 53 | 1.8 | 502 |
莴笋 | 7 | 31 | 2.0 | 318 |
茭白 | 4 | 43 | 0.3 | 284 |
苋菜（青） | 180 | 46 | 3.4 | 577 |
苋菜（红） | 200 | 46 | 4.8 | 473 |
芹菜（茎） | 160 | 61 | 8.5 | 163 |
韭菜 | 48 | 46 | 1.7 | 290 |
毛豆 | 100 | 219 | 6.4 | 579 |
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表6-6 部分水果中矿物质含量（mg/100g）
水果 西南师范大学育才学院 | 镁 | 磷 | 钾 |
橘子 | 10.2 | 15.8 | 175 |
苹果 | 3.6 | 5.4 | 96 |
葡萄 | 5.8 | 12.8 | 200 |
樱桃 | 16.2 | 13.3 | 250 |
梨 | 6.5 | 9.3 | 129 |
香蕉 | 25.4 | 16.4 | 373 |
菠萝 | 3.9 | 3.0 | 142 |
| | | |
6.2 食品中主要的矿物质
6.2.1 常量元素（Macro-elements）
6.2.1.1 钠和钾
钠（Sodium，Na）和钾（Potassium，K）的作用与功能关系密切，二者均是人体的必需营养素。钠作为血浆和其他细胞外液的主要阳离子，在保持体液的酸碱平衡、渗透压和水的平衡方面起重要作用；并和细胞内的主要阳离子钾共同维持细胞内外的渗透平衡，参与细胞的生物电活动，在机体内循环稳定的控制机制中起重要作用；在肾小管中参与氢离子交换和再吸收；参与细胞的新陈代谢。在食品工业中钠可激活某些酶如淀粉酶；诱发食品中典型咸味；降低食品的Aw，抑制微生物生长，起到防腐的作用；作为膨松剂改善食品的质构。钾可作为食盐的替代品及膨松剂。
钠的主要来源是食盐和味精，钾的主要食物来源是水果、蔬菜和肉类。人们一般很少出现钠、钾缺乏症，但当钠摄入过多时会造成高血压。表6-7列出了动物性食品中的钠、钾含量。
表6-7 动物性食品中钠和钾的含量（mg/100g）
食物名称 | 钾 | 钠 |
猪肉（后腿） | 330 | 11.0 |
猪肝 | 230 | 20.0 |
牛肉（后腿） | 330 | 11.0 |
牛奶 | 157 | 49.0 |
鸡肉 | 340 | 12.0 |
鸡蛋 | 60 | 73.0 |
鸭蛋 | 60 | 82.0 |
带鱼 | 220 | 112.0 |
鲤鱼 | 359 | 44.0 |
黄鳝 | 325 | 47.0 |
对虾 | 150 | 20.0 |
| | |
6.2.1.2 钙和磷
钙（Calcium，Ca）和磷（Phosphorus，P）也是人体必需的营养素之一。体内99%的钙和80%的磷以羟磷灰石的形式存在与骨骼和牙齿中。钙对血液凝固、神经肌肉的兴奋性、细胞的粘着、神经冲动的传递、细胞膜功能的维持、酶反应的激活以及激素的分泌都起着决定性的作用。磷作为核酸、磷脂、辅酶的组成部分，参与碳水化合物和脂肪的吸收与代谢。
由于钙能与带负电荷的大分子形成凝胶如低甲氧基果胶、大豆蛋白、酪蛋白等，加入罐用配汤可提高罐装蔬菜的坚硬性，因此，在食品工业中广泛用作质构改良剂。磷在软饮料中用作酸化剂；三聚磷酸钠有助于改善肉的持水性；在剁碎肉和加工奶酪时使用磷可起到乳化助剂的作用。此外，磷还可充当膨松剂。
钙的主要来源有乳及其制品、绿蔬菜、豆腐、鱼和骨等；磷主要来源于动物性食品。植物性食品中含有大量的磷，但大多数以植酸磷的形式存在（表6-8），难以被人体消化与吸收。可通过发酵或浸泡方式将其水解，释放出游离的磷酸盐，从而提高磷的生物利用率。人体缺钙时，幼年易患佝偻病，成年或老年易患骨质疏松症。一般很少出现磷缺乏症。
表6-8 食品中植酸磷的含量 （g/kg干物质）
食品 | 总磷 | 植酸磷 | 食品 | 总磷 | 植酸磷 |
大米 | 3.5 | 2.4 | 豌豆 | 3.8 | 1.7癌症旅馆 |
小米 | 3.5 | 1.91 | 大豆 | 7.1 | 3.8 |
小麦 | 3.3 | 2.2 | 土豆 | 1.0 | 0 |
玉米 | 2.8 | 1.9 | 燕麦 | 3.6 | 2.1 |
高粱 | 2.7 | 1.9 | 大麦 | 3.7 | 2.2 |
| | | | | |
6.2.1.3 镁
镁（Magnesium，Mg）虽然是常量元素中体内总含量较少的一种元素，但具有非常重要的生理功能。镁是骨骼和牙齿的重要组成成分之一，它与钙、磷构成骨盐，与钙在功能上既协同又对抗。当钙不足时镁可部分替代；当镁摄入过多时，又阻止骨骼的正常钙化。镁是细胞内的主要阳离子之一，和Ca、K、Na一起与相应的阴离子协同，维持体内的酸碱平衡和神经肌肉的应激性。细胞内大多数镁集中线粒体中作为辅基参与体内的各种磷酸化反应；
通过对核糖体的聚合作用，参与蛋白质的合成，使mRNA与70S核糖体连接；参与DNA的合成与分解，维持核酸结构的稳定。
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