食品添加剂——营养强化剂

营养强化剂的定义:

  食品营养强化剂是指为增强营养成份而加入食品中的天然的或者人工合成的属于天然营养素范围的食品添加剂。
  传统的食品并非营养俱全,同时食品中的营养素会在加工、烹调等处理中丧失,因此往往需要在食品中添加营养强化剂以提高营养价值。所谓营养强化剂,是以增强和补充食品的营养为目的而使用的添加剂。其主要有氨基酸类、维生素类 及矿物质和微量元素类等。
  营养强化剂不仅能提高食品的营养质量,而且还可以提高食品的感官质量和改善其保藏性能。食品经强化处理后,食用较少种类和单纯食品即可获得全面营养,从而简化膳食处理。这对某些特殊职业的人群具有重要意义,如军队和地质工作者所食用的压缩干燥的强化食品,营养既全面,体积又小,质量又轻,食用又方便。从国民经济的角度考虑,用强化剂来增加食品的营养价值比使用天然食物达到同样目的所花费的费用要少得多。如补充赖氨酸1.6g用猪肉要约300g才能满足,其费用比单纯使用强化剂高十倍左右。
   营养强化的理论基础是营养素平衡,滥加强化剂不但不能达到增加营养的目的,反而造成营养失调而有害健康。为保证强化食品的营养水平,避免强化不当而引起的不良影响,使用强化剂时首先要合理确定出各种营养素的使用量。

食品中添加强化剂的意义:

(1)弥补天然食物的缺陷
原因:膳食习惯、地区食物品种、生产生活水平、地区不同食物营养不同。

(2)补充食品在烹调、加工、贮藏过程中营养物质被破坏和损失;例如:在烹调过程中维生素B、C的损失。
(3)特殊人群食品。有些食品为了达到特殊的饮食和健康的需要,要求特别添加一些营养元素,使食品中某些营养成分的含量超出正常水平以供某些特殊人群食用。
(4)使膳食处理更加简易,方便,去掉繁琐的各种步骤。
(5)适应军事及各种职业的需要:
如军用口粮(蛋白质:脂肪:碳水化合物=1:0.7:4,B1 = 0.6~1mg/KJ,C = 18~25mg/kJ,B2 = 3mg/kJ);飞行员;预防职业病。

强化剂的有效性:

(1)定义:强化剂,例如维生素和氨基酸等遇热、光或氧,极容易被破坏和损失,不宜添加在高温高压下加工的食品中。而微量元素铁和钙能够和植酸结合,并加速油脂和维生素的氧化,不宜直接添加在果汁和糖果中。因此,如何维持强化剂的有效性,是强化剂使用中的关键问题。
(2)影响强化剂有效性的因素:食品的成分(酸、碱、氧化剂、还原剂等);强化剂的性质(溶解性、稳定性)和添加方法(在什么工段加入等);食品加工的工艺条件(高温);食品消费前的贮运条件(光、热、氧气等);食品食用方法。
(3)保证强化剂有效性的的措施:在加工条件(温和)和包装(真空、充氮)、贮藏条件(降温、避光)等方面采取措施;
添加各种稳定剂:用螯合剂或者是抗氧化剂作为保护手段来减少强化剂的损失,这些稳定剂有单一的化合物例如EDTA和卵磷脂等,也有天然物质例如食用油和绿豆粉等。
营养强化剂发展很快,一种营养素的强化剂会有很多产品。以钙为例,有葡萄糖酸钙、磷酸氢钙等合成强化剂。其他还有天然生物,例如骨粉、蛋壳和贝壳制成的产品。

营养强化剂强化的方法:

(1)在原料或必要的食物中添加:如面粉、谷类、米、饮用水、食盐等,这种强化剂都有一定的程度损失。
(2)在食品加工过程中添加:这是食品强化最普遍采用的方法,各类牛奶、糖果、糕点、焙烤食品、婴儿食品、饮料罐头等都采用这种方法,采用这种方法时要注意制定适宜的工艺,以保证强化剂的稳定;
(3)在成品中加入:为了减少强化剂在加工前原料的处理过程及加工中的破坏损失,可采取在成品的最后工序中加入的方法。奶粉类、各种冲调食品类、压缩食品类及一些军用食品都采用这种方法。
(4)用生物学方法添加:先使强化剂被生物吸收利用,使其成为生物有机体,然后再将这类含有强化剂的生物有机体加工成产品或者是直接食用,如碘蛋、乳、富硒食品等,也可以用发酵等方法获取,如维生素发酵制品。
(5)用物理化学方法添加:例如用紫外线照射牛乳使其中的麦角甾醇变成维生素D。

我国营养强化的近期目标:

我国近期营养强化的努力方面是通过保障食物供给,落实适宜的预防措施,降低热能、蛋白质营养不良的发生率,预防控制和消除微量营养素缺乏症。并通过正确引导食物消费,优化膳食模式,开发保健食品,促进健康的生活方式,全面改善居民的营养,预防与营养有关的慢性疾病。

使用强化剂应该注意的事项:

(1)严格执行《营养强化剂使用卫生标准》和《营养强化剂卫生管理办法》;安全、卫生可靠。
(2)强化剂的添加不得破坏必要营养素之间的平衡关系;
(3)添加的强化剂在正常的加工过程中和正常的贮存条件下性质稳定 ;
(4)强化对象最好是大众化的,日常食用的食品和奶粉主副食、调味品等。产品应有食用指导,
   防止消费者由于时尚或偏见而误食或者是过量的摄入,防止引起副作用,甚至中毒。
(5)需事先调查当地居民饮食情况和营养状况等;
(6)食品中的强化剂是针对某一个问题来强化的,它并非表明真正的合理营养,所以,在使用这种产品要非常谨慎;
(7)强化剂不能影响食品的色、香、味、形,降低食品的品质;
(8)大量的临床实验结果表明,除了缺啥补啥的方式使用强化剂外,更加重要的是以平衡补充方式使用强化剂好。

强化剂的添加形式:

(1)干式混合;
(2)制成溶液,乳剂或分散悬浮液后添加;
(3)加入饮食器具中或加入供食用的动植物生长环境条件中。

强化剂的分类:

(1)氨基酸和含氮化合物类营养强化剂
(2)维生素类营养强化剂
(3)无机盐类营养强化剂
(4)脂肪酸类营养强化剂

(一)氨基酸——赖氨酸、酪蛋白磷酸肽
(1)强化工艺:
①直接将面粉重量的0.1~0.4%的赖氨酸加在面粉中,然后加工制成面包、饼干等;
②按营养要求用量将氨基酸溶在水中,然后用水溶液调制各种食品原料,加工成各种食品;
③在制成的食品上洒粉末状氨基酸,可以搅拌的食品要再将其搅拌均匀;
④将氨基酸配成水溶液,拌入各种制成的液体食品中。
(2)存在问题:

   用氨基酸强化食品将出现一个问题,有些氨基酸的稳定性比蛋白质要差,特别是有还原糖存在的时候更是如此,所以使用蛋白质或者是不同蛋白质含量的原料作为强化剂要比使用氨基酸要好。
蛋白质类强化剂:大豆蛋白、乳清粉、鱼粉等。
目前比较流行的是动物蛋白粉、氨基酸口服液等。
(3)色氨酸的合成
  色氨酸学名为2-氨基-3-吲哚基丙酸。一种芳香族、杂环、非极性α氨基酸。L-色氨酸是组成蛋白质的常见20种氨基酸中的一种,是哺乳动物的必需氨基酸和生糖氨基酸。在自然界中,某些抗生素中有D-色氨酸。
①以吲哚为基础合成色氨酸的反应
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②合成过程中出现吲哚的方法:
a.以丙烯醛出发合成色氨酸的反应(适用于小型规模合成)
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b.以溴代内丁酯为原料出发合成色氨酸的反应
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(二)维生素类强化剂
(1)简介:维生素是一类具有调节人体各种新陈代谢、维持机体生命和健康必不可少的营养素,它们不能或者是几乎不能在人体内合成,必须从外界不断摄取,当膳食中长期缺乏某种维生素的时候将引起代谢失调、生长停止,甚至进入病理状态。维生素的种类很多,从化学结构上来说是分属于许多种类的有机化合物,因此它们的物理化学性质差别较大,但是它们还是有一些共同的特点。
(2)特点:
①它们是维持人体健康和生长发育所必需的营养物质;
②绝大多数维生素不能在人体内合成,能合成的少数几种也是数量很少,不能充分的满足机体  的需要,所以维生素必须从食物中摄取;
③维生素参与机体的代谢作用但不能提供能量。
(3)分类:
①脂溶性维生素:A(抗干眼病维生素)、维生素D(抗佝偻病维生素)、E(抗不孕维生素)、K(凝血维生素)。这类维生素可以溶解或包含于油脂、鱼肉、腊肠、豆酱、花粉、面条中。
②水溶性维生素:维生素C(抗坏血酸)和维生素B族。这类维生素溶解于水而不溶于有机溶剂.
(4)影响维生素强化的因素:
①溶解性;
②氧化;
③加热;
④酶作用;
⑤酸碱;
⑥金属及其盐类;
⑦高温高压等。
(5)维生素强化的方法:
   在食品中强化维生素有很多中方法,作为一类食品添加剂,一般采用纯维生素或者是含有维生素丰富的物质对食品强化,这样可以避免在加工过程
中对维生素的损失。
(6)维生素强化实例:
   在大米和米饭中一般强化维生素B,添加的方法有几种:一种是在煮米饭的时候添加一定量的维生素;一种是强化米;方便米饭的强化。强化米是用大米或者是面粉,应用被膜法、蒸米法和渗透法将维生素载入米体而制成。例如将维生素溶解在15%的白明胶水溶液中,而将米倒入其中,米过滤干燥后,就在米的表面形成一层强化膜,这就是强化米。
(7)维生素剂量分类,维生素剂量可以分为以下三种:
①生理剂量:为满足绝大多数人生理需要且不缺乏的量;
②药理剂量:约为生理剂量的10倍,可以用来治疗缺乏病症的量;
③中毒剂量:约等于生理剂量的100倍,可以引起不适或中毒症状。
注:几种维生素不同剂量的效应:
维生素 生理剂量 药理剂量 中毒剂量和中毒表现
A 5000IU 100000IU 100000-500000IU,头痛、恶心、呕吐等
B6 2.0mg 50mg 10000mg,肝,酶异常
烟酸 20mg 200-600mg 1000mg,不耐受碳水化合物
2000-6000mg,胃炎等
D 400IU 500-1000IU 1000-3000IU,血钙过高
15000IU,肾衰竭,腹泻,呕吐
C 45mg 100-2000mg 2000- 4000mg,生殖器衰竭,可能诱发肾结石

(8)维生素A的工业合成:
   维生素A,也称视黄醇(retino1),分子式C20H30O,分子量286.44.化学名称全反式3,7-二甲基-9-(2,6,6-三甲基-1-环已稀)-2,4,6,8-壬四稀-l-醇。维生素A是一种黄色片状晶体或结晶性粉末,属脂溶性维生素,不溶于水和甘油,能溶于醇、醚、烃、卤代烃等大多数有机溶剂。
①Roche Cl4+C6合成工艺
  1947年瑞士以O.Isler为首的研究群体实现了维生素A醋酸酯的全合成,并于1948年由Roche公司在全世界率先实现工业生产。
  Roche合成工艺以β-紫罗兰酮为起始原料,格氏(grignard)反应为特征,经Darzens反应,格氏反应,选择加氢,羟基溴化,脱溴化氢,六步反应完成了维生素A醋酸酯的合成。
   Roche合成工艺的优点是技术较成熟,收率稳定,各反应中间体的立体构形比较清晰,不必使用很特殊的原料。缺陷是使用的原辅材料高达40余种,数量较大。该技术路线是世界上维生素A厂商采用的主要合成方法。
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②BASF C15+C5合成工艺
   Pommer等人上世纪50年代研究开发的维生素A合成方法,为BASF技术路线奠定了基础,后经数十余年的不断改进完善,BASF公司1971年投入工业生产。典型特征是Witting反应。以β-紫罗兰酮为起始原料和乙炔进行格氏反应生成乙炔-β-紫罗兰醇,选择加氢得到乙烯―β―紫罗兰醇,再经Witting反应之后,在醇钠催化下,与C5醛缩合生成维生素A醋酸酯。
   BAsF合成工艺明显的优点是反应步骤少,工艺路线短,收率高。但工艺.中的乙炔化,低温及无水等较高工艺技术要求仍不能避免,核心技术难点是Witting反应。BASF公司对该合成工艺进行了较长时间的改进研究,成功的解决了氯苯、金属钠、三氯化磷在甲苯中的反应,实现了高放热的Witting缩合瞬间完成。由于三苯膦价格较高,Witting反应后,副产的三苯氧膦通过与光气反应,生成二氯三苯膦,再与赤磷反应,还原成三苯膦,成功的回收套用。BASF合成工艺主要的缺陷是需使用剧毒的光气,对工艺和设备要求高,较难实现。
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(三)无机盐类强化剂
(1)分类:
   按照在体内的含量和对膳食的需要的不同无机盐类强化剂可以分为两类:
   一类是在体内的含量在0.01%以上,需要量每天100mg以上称为大量元素或者是常量元素;一类是需要量很少,称为微量元素。
(2)无机盐的主要功能:
①为机体的重要组成部分:如钙、镁和磷是骨骼和牙齿的重要成分,起到维持骨骼和牙齿刚性的作用;硫和磷是蛋白质的组成成分,体液中含有钠。
②维持细胞的渗透压和机体的酸碱平衡:无机盐和蛋白质一起维持着细胞的渗透压,对体液的贮留和移动起重要作用;无机盐和蛋白质还组成一定的缓冲体系,维持机体的酸碱平衡。
③保持神经和肌肉的兴奋性:组织液中的无机盐,特别是钙、钾、钠、镁等离子保持一定的比例,对维持神经和肌肉的兴奋性、细胞膜的通透性、以及细胞的正常功能起重要作用;
④对机体的某些特殊生理功能起重要作用:如血红蛋白和细胞色素酶系中的铁,甲状腺中的碘对呼吸、生物氧化和甲状腺的功能起重要作用;
⑤改善食品的感官性状和营养价值:例如多种磷酸盐能增加肉制品的持水性和结着性,从而改善了其感官性状,将钙盐和铁盐用于食品的强化,可以提高食品的营养价值。
⑥酶的激活剂或辅基:如锌(含量仅次于鉄,酶的组分)、硒(谷胱苷肽过氧化物酶,清除活性氧和自由基)、锗(抗肿瘤,增强机体免疫力、清除活性氧和自由基)、铬(三价和六价,后者有毒,胰岛素正常工作辅助因子、葡萄糖耐量因子,预防糖尿病)。
(3)使用无机盐强化剂应该注意的问题:
①实际效果,添加的强化剂能否真正使消费者受益。例如有些地方使用强化铁的面包后还患有缺铁性贫血,这就失去了强化的意义;

②强化剂对食品风味的影响,添加无机盐会影响食品色泽和味感。例如,铁会使产品的颜色变深,甚至出现讨厌的黑色,镁盐和钙盐会使食品产生涩味,钾盐会产生苦味;
③强化剂对产品形态的影响。在使用无机盐强化  食品时候会遇到很多物理问题,可溶性盐类能  使流质食品或者是原料凝块,而不溶性盐类在  加工和贮存时可能产生沉淀.钙和镁能够和蛋  白质作用,使制品出现形状变化;
④添加量和摄取量。食品中的无机盐和微量元素  对人体虽然起着非常重要的作用,但他们的含  量超过一定的范围都会产生问题,甚至是中  毒;
⑤确定强化的食品,许多无机盐和微量元素强化剂在使用中要解离,其金属离子部分和食品成分发生某些不好的作用,如和植酸形成不溶物、氧化维生素,加快油脂酸败等。所以在某些饮料、糖果和富含油脂及脂溶性维生素的食品中不宜添加;
⑥另外在强化时还要注意,人体是一个复杂的生态系统,任何一种元素都不是孤立的起作用,他们之间相互影响,相互依存,所以强化时往往强化几种相关物质。
(四)脂肪酸类强化剂
(1)必需脂肪酸:
人体不能合成但又是人体生命活动所必需的脂肪酸称为必需脂肪酸(EFAs)。现已确认的强化脂肪酸有:CO–6多烯不饱和脂肪酸(PUFA)和ω–3多烯脂肪酸,二十二碳六烯酸(DHA脑黄金)和二十碳五烯酸(EPA脑白金)。
(2)作用:
增进神经系统功能,益智健脑,预防老年性疾呆,抑制血小板凝集,减少血栓的形成,预防心肌梗塞和脑梗塞,降血脂,预防和治疗动脉粥样硬化,抑制肿瘤生长,抗炎,抑制过敏反应,保护视力 。
(3)部分介绍:
①亚麻酸富含于海产动物脂肪中,一些研究证明,亚麻酸与婴儿的视觉和神经发育有关,适合婴儿食品。
②花生四烯酸(AA)是最近新开发的一种人体不能直接合成的不饱和脂肪酸,对婴儿的神经系统尤其是大脑发育很重要,同时还有促进生物体内脂肪代谢、降低血脂、血糖和胆固醇。
③长链多不饱和脂肪酸DHA尤其是二十二碳六烯酸是人脑的重要结构脂肪酸。
人的大脑结构60%是脂类,DHA和AA(花生二十碳四烯酸)是两种主要的大脑多烯不饱和脂肪酸,局限于细胞膜的磷脂中,一起构成人脑总磷脂的30%以上。
(4)一些其他类营养强化剂:
①膳食纤维素:可溶性和不可溶性。
②活性多糖类物质:香菇多糖,灵芝多糖,虫草素,虫草多糖等。
③黄酮类物质
④花青素类
⑤低聚糖
⑥益生菌