第二节 矿物质
一、矿物质的概念、分类及功能
（一） 概念
矿物质是指除碳、氢、氧、氮以外的其他元素的总称。碳、氢、氧、氮四种元素主要组成蛋白质、脂肪和碳水化合物等有机物。矿物质大部分以无机化合物形式存在于人体内，又称无机盐。由于矿物质总量的检测通常采用高温灼烧、灰化的方法进行，因此矿物质还可称为灰分。
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人类和自然界的所有物质一样，都是由化学元素组成的，人体组织几乎含有自然界存在的所有元素。在地壳表层的92种元素中，可在人体组织中找到81种，并且，这些元素（除极个别元素外）在人体组织中的含量比例与地壳基本相似。
矿物质在人体内不能合成，也不会在人体代谢过程中消失（除排泄），可以循环利用。每种矿物质发挥其生理功能都有一定的适宜剂量范围，小于这一范围可能出现缺乏症状，大于这一范围则可能引起中毒。在我国人群中容易缺乏的有钙、铁、锌，一些特殊地理环境中可能缺乏碘、硒。
（二） 矿物质的种类
根据矿物质在人体内的含量，可以将矿物质分为常量元素和微量元素两大类。
1．常量元素
常量元素是指在人体中含量大于体重的0.01%的矿物质元素，包括钙、磷、镁、钾、钠、硫、氯7种，它们都是人体必需的元素。
2．微量元素
微量元素是指在人体中存在数量极少，含量小于体重的0.01%的元素。这些微量元素一般在低浓度下就具有生物学作用。目前，人们认为必需的微量元素有8种，它们是碘、铁、锌、硒、铜、钼、铬、钴；可能必需的微量元素有5种，它们是锰、硼、镍、硅、矾；具有潜在毒性，但在低剂量时可能具有人体必需功能的微量元素有7种，它们是氟、铅、镉、汞、砷、铝、锡。
（三） 矿物质的生理功能
1．构成人体组织的成分
如钙、磷、镁构成骨骼和牙齿。蛋白质中含有硫、磷等。
2．参与调节体内细胞间的渗透压和酸碱平衡
如钠、钾、镁为碱性，磷、氯、硫为酸性。高盐膳食与高血压成正相关性。
3．保持神经和肌肉的适度兴奋
血液中钙缺乏时，神经和肌肉就会过度兴奋，造成脾气焦躁，还会发生肌肉痉挛（俗称抽筋）。
4．是构成机体某些功能物质的重要成分
参与体内的生物化学反应，对机体具有特殊的生理作用。
二、矿物质在烹饪原料中的存在形式
矿物质在烹饪原料中的存在方式比较复杂，一部分以可溶性无机盐形式存在，一部分以与有机化合物结合的形式存在（其中，金属离子多以螯合物形式存在，形成磷酸螯合物、草酸螯合物、聚磷酸螯合物等）。
例如：肉类中的矿物质，一部分以氯化物、磷酸盐、碳酸盐呈可溶性状态存在，另一部分（硫、磷等）则以与蛋白质结合成非溶性状态而存在；乳品中的钾、钠大部分以氯化物、磷酸盐、柠檬酸盐形式存在，而钙、镁则与酪蛋白、磷酸和柠檬酸结合，一部分呈胶体状态，一部分呈溶解状态；植物性烹饪原料中的矿物质则少部分以无机盐形式存在外，大部分都与植物中的有机化合物相结合而存在，或者本身就是有机化合物的组成成分，如谷物中的植酸盐、蔬菜中的草酸盐等。
三、矿物质与食物的酸碱性
食物的酸碱性不是凭味觉来感知和判断的。
食物的酸碱性由食物经人体消化、吸收、代谢后的产物的酸碱性所决定，而代谢产物的酸碱性取决于食物中非金属元素与金属元素的相对含量。
1．酸性食物
一般来说含氟、氯、硫、磷等非金属元素较多的食物，称为酸性食物。例如：肉禽类、蛋类、鱼类、粮食、花生和啤酒等。这些食品中的硫、磷含量高，在人体内代谢后形成酸性物质，使体液的酸度升高。
2．碱性食物
含钾、钠、钙、镁等金属元素较多的食物，称为碱性食物。大部分蔬菜、水果、豆类都属于碱性食品。特别是海带、菠菜、红薯等，是强碱性食物。这些食物在人体内代谢后剩下的金属离子能使体液的碱度升高。
表1-3所示为常见烹饪原料灰分的酸碱度，它是100g样品的灰分溶于水后，用0.1mol/L的酸液或碱液中和时所消耗的酸液或碱液的毫升数。
表1-3 常见烹饪原料灰分的酸碱度
人们在日常饮食中必须注意酸性和碱性食品的适宜搭配，以便于维持机体正常的酸碱平衡，也有利于食品中各种营养成分的充分利用。
四、烹饪对矿物质的影响
在烹调加工过程中，矿物质的变化通常是矿物质的丢失或矿物质与其他物质形成人体难以吸收的不溶性物质而损失。矿物质的丢失，以水溶性的无机盐为多，而水溶性无机盐正是容易被人体吸收的无机盐。
在洗涤或水煮烹饪原料时，矿物质的无机盐溶于水中或汤汁中。如洗涤时，水对原料作用持续时间越长，水量越大，水流速度越快，原料的刀切形状越细，原料与空气接触面越大，矿物质无机盐的损失也就越大。表1-4所示为菠菜焯水处理对矿物质的影响。
表1-4 菠菜焯水处理对矿物质的影响
动物性原料在受热时收缩，内部水分流出来，肉中的无机盐大部分以粒子状态溶解于水中，随着肉的水分一起溢出。如炖鸡汤、肉汤、骨头汤时，其中部分可溶性无机盐溶解于汤中。在烹制排骨时，放点醋，骨中的碳酸钙、磷酸钙遇醋酸形成可溶性醋酸钙，容易被人体吸收。
实验结果表明，涨发海带时，若用冷水浸泡、清洗3遍，就约有90%的碘被溶出；用热水清洗一遍，就约有95%的碘析出。所以，在涨发海带时，水不要过量，浸泡时间不要太长。
烹饪原料中的一些有机酸，如草酸、植酸等，能与一些金属离子如锌、钙、铁、镁等结合，形成难溶性的盐或化合物，从而影响人体对这些矿物质的吸收。而通过发酵、焯水等措施，可部分消除这些不利影响而提高矿物质的生物利用率。
在烹饪过程中，矿物质的含量有时也有增加的可能，这与烹饪过程中所用的水、炊具等有关。自来水中通常含有钙、镁等矿物质，烹饪过程中，在加入水的同时也引入了矿物质；用铁锅炒菜，随着铁铲与铁锅的接触擦蹭，菜肴中铁含量就显著增加了，所增加的铁含量往往是一个人一天所需铁量的几十倍。但是增加的这些铁，很难被人体吸收利用。
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常用烹调器具的特点
烹调器具会对烹调制品的矿物质含量产生一定的影响。
不锈钢炊具：美观轻巧、卫生安全，是一种普遍使用的大众化炊具。一般条件下，铁、铬、镍的溶出量极少，不会影响食物的质量。
铁锅：最普遍的传统炊具。烹饪过程中可因锅与铲的摩擦等影响而使食物中的铁含量增加，对人体健康有益，但这种铁的吸收率极低。铁锅容易生锈，因而铁锅不能久储食物，不然不仅会使食物产生铁锈气味，还有可能因此带毒。铁锅不能用来烧煮含多酚物质较多的食物，不然会使食物变色。
铝锅：轻巧、价格低廉，在酸性条件下使用铝溶出量会增加，并且也会随着烧煮时间的延长而增加。最好选耐酸铝锅或在中性条件下使用。
铜锅：铜易长铜锈，铜锈中含有毒物质，并且铜会加速食物劣变速度，因而铜锅已经淘汰，但有时仍会作为火锅使用。
搪瓷锅：釉料中含铅、镉、锑等多种有毒有害元素，劣质制品问题更严重，烹制或久储食物时容易溶出，不宜用作炊具，常用来短时盛放食物。
沙锅：以黏土为主要原料，经过高温烧制而成。沙锅大都经涂釉料烧结，釉料中常含铅、砷等有害物质，会因反复加热而溶解析出。
五、烹饪原料中重要的矿物质及其与人体健康的关系
1．钙
钙是人体必需的常量元素，也是人体内含量最多的一种常量元素。
（1）钙的来源 奶和豆制品是钙的最好来源（每100mL鲜牛乳约含钙100mg），钙含量最为丰富且吸收率也高。小虾皮中含钙特高，芝麻酱、大豆及其制品也是钙的良好来源。深绿色蔬菜如小萝卜缨、油菜、芹菜叶、雪里蕻等含钙量也较多。
（2）钙与人体健康 钙是构成机体的骨骼和牙齿的主要成分。钙与镁、钾、钠等离子在血液中的浓度保持一定比例才能维持神经、肌肉的正常兴奋性，维持心脏和肌肉的收缩与弛缓、维持细胞膜通透性、维持体内酸碱平衡。钙离子是血液保持一定凝固性的必要因子之一，也是体内许多重要酶的激活剂，参与激素分泌过程。
缺钙对人体带来诸多危害，导致人体出现一系列症状，特别是神经肌肉的兴奋性升高，人体长期缺钙会导致骨骼、牙齿发育不良，血凝不正常、甲状腺功能减退。
儿童若缺钙轻者表现为夜惊、无缘哭闹、烦躁、多汗、枕秃等；重者表现为佝偻病，其主要表现是骨骼钙化不全，硬度较差，出现鸡胸、漏斗胸，以及X形腿或O形腿。
成人若缺钙则表现为骨质疏松、肌肉痉挛、四肢麻木、腰腿酸痛、高血压、冠心病等症。
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如何提高食物中的钙吸收率
钙在食物中并不缺乏，关键在于吸收率低下。烹饪过程中可采取以下措施来提高人体对钙的吸收率：
（1）含草酸多的蔬菜，焯水后烹制；
（2）发酵可使粮谷类烹饪原料中的植酸水解，增加可利用的钙含量；
（3）使用米醋，促进骨类原料中钙的溶出；
（4）荤素搭配、粮豆混食，保证钙、磷的合理比例，提高钙的吸收率。
2．磷
磷也是人体含量较多的元素之一。
磷在各类烹饪原料中分布很广，动植物食物中都含磷，磷与蛋白质并存，瘦肉、蛋、乳、动物肝、肾中磷含量丰富，海带、紫菜、芝麻酱、花生、干豆、坚果、粗粮含磷也多，但粮谷中的磷因为以植酸形式存在而吸收较低。
磷的主要生理功能：构成骨骼和牙齿，组成生命的重要物质（磷是组成核酸、磷蛋白、磷脂、苷酸、许多酶的成分），参与能量代谢，参与糖类和脂肪的吸收和代谢，参与酸碱平衡调节。
食物含磷丰富，很少引起缺乏。
3．钾
大部分食物都含有钾，但蔬菜和水果是钾的最好来源。
钾参与糖类、蛋白质的代谢，维持细胞内正常渗透压，维持神经肌肉的应激性和正常功能，维持心肌的正常功能，维持细胞内外正常的酸碱平衡和电离平衡。
钾缺乏时可引起神经肌肉、消化、心血管、泌尿、中枢神经等系统发生病变。主要表现为肌肉无力瘫痪、心律失常、横纹肌肉裂解及肾功能障碍等。正常人一般不易发生，但疾病、高温作业等因素会引起钾流失。
4．钠
钠是人体中一种重要的无机元素。食盐是人体获得钠的主要来源，还有酱油、味精、盐渍或腌制食品、酱菜类、发酵食品等。
钠的生理功能与钾相似。人体一般情况不会缺乏钠，缺乏时有恶心、呕吐、血压下降、肌肉痉挛、昏迷等症，但钠摄入过多则会出现水肿、血压上升、血浆胆固醇升高等症。我国建议钠的每日适宜摄入量，成人为2200mg，按1g食盐含400mg钠计算，相当于成人每日摄入的食盐量为6g。儿童的摄入量应适当减少。其实，从人体生理需要的角度看，每人每日需要的钠量仅为1500mg（相当于食盐4g）。所以少吃些盐对人体不会引起什么损害，只是可能会对口味会造成一些影响。
探 究
食盐与高血压
据2002年中国居民营养与健康状况调查，我国城乡居民平均每日每人盐摄入量为12g，其中农村（12.4 g）高于城市（10.9 g），北方（12～18g）高于南方（7～8g）。与此对应的是，我国人群高血压患病率呈增长态势，估计目前全国有高血压患者有2亿人。高盐饮食地区人群的高血压患病率往往较高，北方部分高盐饮食地区成人高血压患病率高达30%。
为什么食盐摄入过多会引起血压升高呢？简单地说，盐摄入多了，血管中的水分就会增加，使血管壁受到的压力增强，最终导致了血压的升高。这其中一个很重要的因素是人体对盐的敏感性。研究结果表明，盐敏感者有一个明显特点，即摄取了较多盐以后血压会升高，摄取的盐量越大，血压就越高。在我国的人群中盐敏感性的人所占的比例很高，在高血压的人群中大约有50%的人存在这种盐敏感，血压正常的人中也有约25%的人有盐敏感。
知识拓展
烹饪时怎样减少食盐的用量
（1）利用蔬菜本身的强烈风味提鲜：食物提鲜不只靠咸味，一些具有特殊气味的蔬菜如番茄、洋葱、香菜、香菇等也可用来调味，如香菜、香菇可在熬汤时加入，洋葱可作为凉菜很好的辅料。
（2）以酸代咸：醋是软化血管、调节口味最常用的调味料，烹饪中灵活运用糖醋风味菜或用醋拌凉菜，既能弥补咸味的不足，还可促进食欲。
（3）使用葱、姜、蒜、辣椒、芥末等多种调料组合调味：如芥末粉中加入醋、糖，和水调成糊状，呈淡黄色咸香味，可以拌食各类荤菜和素菜。
（4）推迟放盐的时间：待炒菜出锅时再放盐，这样盐分不会渗入菜中，而是均匀散在表面，故吃起来咸味已够。
（5）选择合适的烹饪方法：鲜鱼类可采用清蒸，可以减少放盐的量。
5．镁
绿叶蔬菜富含镁，是镁的重要来源之一。粗粮、坚果含镁也多，肉类、淀粉、牛乳中含量中等，普通饮用水中也含有一定量的镁。
镁有“心血管卫士”之称，人体缺镁可导致心动过速、心律不齐及心肌坏死和钙化。镁是多种酶的激活剂，参与能量和物质代谢；镁可以维护骨骼生长和神经肌肉的兴奋性；镁还可以维护胃肠道和激素的功能。
6．铁
铁是人体营养极为重要的必需微量元素，也是一种在人体内含量最多的必需微量元素，成人体内含铁4～5g。铁在人体内都与蛋白质结合，无游离状态。
烹饪原料中的铁有两种存在形式，一种是血红素铁，存在于动物的血液、肌肉和内脏中，直接可被吸收；另一种是非血红素铁，主要存在于植物性原料中，需要在胃酸作用下还原成亚铁离子才能被吸收。但不论存在哪类形式的铁，人体的吸收率均很低，即使是血红素铁，吸收率也仅20%左右。
（1）铁的来源 铁广泛存在于各种烹饪原料中，由于动物性烹饪原料中铁含量高并且吸收比较好，所以膳食中铁的良好来源主要为动物肝脏、动物全血、畜禽肉类、鱼类、蛋黄等含铁丰富的食物。深绿叶蔬菜所含铁虽不是血红素铁，但因摄入量多，所以仍是我国人民膳食铁的重要来源。
（2）铁与人体健康 铁参与形成血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素酶及一些呼吸酶（过氧化氢酶），负责人体内氧气和二氧化碳的输送；铁与红细胞形成和成熟有关，维护造血功能，铁缺乏时不能合成足够的血红蛋白，造成缺铁性贫血；铁与免疫功能有关，许多有杀菌作用的酶成分、作用因子、吞噬功能等均与铁水平有关。但过量铁往往对抵御感染不利。
铁是微量元素中最容易缺乏的一种，铁缺乏和缺铁性贫血是我国普遍存在的营养问题。
缺铁时表现为乏力、面色苍白、头晕、心悸、指甲脆薄、食欲不振、肝脾肿大等，还可引起抵抗感染的能力降低、神经功能和心理行为障碍。儿童则易于烦躁、智能发育差、记忆力差，注意力不集中。
膳食中若铁不够，应补充铁剂，如硫酸亚铁、葡萄糖酸亚铁等，以防缺铁性贫血。
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铁强化酱油
中国居民营养与健康现状调查显示，中国居民贫血率平均为20.1%。有专家称，中国缺铁的实际人群或为平均贫血率的两倍，即40%左右。为改善中国居民的缺铁状况，中国疾控中心于2004年起在北京、贵州、河北和广东等9省份启动铁强化酱油项目，2010年10月又启动了该项目二期，将进一步扩大“铁强化酱油”的布货渠道，让更多的城市和农村，能够买到铁强化酱油。
用于酱油铁强化的物质称为EDTA钠铁，它是中国和国际认可的铁强化剂。它在人体内的吸收、利用率高于其他铁剂，是传统补铁剂硫酸亚铁的2～3倍。而且它在酱油中的溶解性较好，不会影响食品的口感，不改变酱油的原有口味。并且，EDTA钠铁在食品加工和储存过程中性质稳定。
应用铁强化酱油补铁效果显著。研究表明，14～17岁的贫血儿童每天食用铁强化酱油，3个月后98%的学生贫血状况得到改善。
专家指出，铁强化酱油一般不会引发补铁过量的问题，消费者可以放心食用。
7．碘
烹饪原料中，含碘较高的主要有海带、紫菜、海鱼、海虾等海产品。
人体内含碘很少，有20～50mg，其中70%～80%集中在甲状腺内。
人体碘缺乏会导致甲状腺素分泌不足，而甲状腺素是一种重要的激素，在促进生长和调节新陈代谢方面有重要作用。甲状腺素不足，会促使甲状腺增生肥大，即出现甲状腺肿大。
孕妇、乳母缺碘会导致胎儿和婴幼儿全身严重发育不良，身体矮小，智力低下，听力、语言及运动障碍，称为呆小病或“克汀病”。因此，从脑发育离不开碘这个角度上说，碘是“智力元素”。
世界上不少地区存在碘缺乏问题，我国也不例外。全世界约有10亿人生活在低碘地区，其中40%在中国。缺碘人群的平均智商约低13.6个百分点。女性比男性更容易受到缺碘的影响。幼儿和青春期少年儿童生长发育较快，体内需要的碘也就多。
用碘化钾或碘酸钾强化食盐是一种预防碘缺乏的有效措施。然而，近年来常有可能因补碘过多而引起甲状腺问题的疑问见诸报端，但卫生主管部门未予认同。
8．锌
锌的来源，以动物肝脏、牡蛎、红色肉类和鱼中为多，如每千克牡蛎含锌量高达93.9克。虾、坚果类、谷类胚芽和麦麸、燕麦、玉米、花生等也含量较丰富，但谷物中的锌因植酸的影响，限制了它的利用，谷物碾磨后含锌量也明显减少。
锌被誉为“生命火花”，是组成脑垂体、胰腺、性腺的关键成分，是制造酶和激素等活性物质的必要成分。锌存在于人体所有组织中，具有多种生理功能和营养作用。锌是人体很多金属酶的组成成分，同时也是酶的激活剂，在组织呼吸和物质代谢中起重要作用；锌与DNA、RNA以及蛋白的生物合成密切相关，可促进人体的生长发育，并能加速创伤组织的愈合；锌不但影响味觉和食欲，还与性机能有关；锌与人的免疫功能、与心血管疾病和癌肿也有一定关系。
缺锌的儿童，表现为生长缓慢或停滞，脑垂体调节机能障碍，皮肤伤口愈合不良，面色苍白，皮肤粗糙，脱发，味觉障碍，食欲不振，嗜睡等症状；男性性成熟延迟，肝脾肿，贫血等。
9．硒
肝、肾、肉类和海产品及大豆等烹饪原料都是硒的良好食物来源。谷物的硒含量决定于当地水土中的硒含量，例如，我国高硒地区所产粮食的硒含量高达4～8mg/kg，而低硒地区的粮食是0.006mg/kg，两者相差1000倍。
硒被科学家称为微量元素中的“抗癌之王”。硒具有多种生理功能：能延缓衰老，预防糖尿病；能与铅、镉、汞等重金属结合形成复合物并排出体外，起解毒、排毒甚至防癌作用；能增强免疫力；可预防心血管疾病的发生等。
缺硒可导致“克山病”，这是一种以多发性灶状心肌坏死为主要病变的地方性心肌病。缺硒还可得大骨节病、关节炎、不孕不育症。
10．铬
铬的较好来源是肉类、海产品（牡蛎、海参、鱿鱼、鳗鱼等）、乳酪、全谷、啤酒、啤酒酵母、蘑菇、黑胡椒，啤酒酵母中的铬以具有生物活性的糖耐量因子形式存在，因此吸收率较高，蔬菜中铬的利用低。
具有生理功能的铬是三价铬，而六价铬有毒。三价铬是体内葡萄糖耐量因子的重要组成成分，能增强胰岛素的作用，促进葡萄糖的利用及使葡萄糖转化为脂肪；具有提高高密度脂蛋白及降低血清胆固醇的作用，可预防动脉粥样硬化。铬还能促进蛋白质代谢，铬对免疫能力的提高、抑制肥胖、提高应激性都有作用。
练习与思考
1．烹饪原料中的水分主要有哪两种？各有什么特点？
2．水分对菜肴质感有什么影响？
3．水的主要性质有哪些？这些性质在烹饪实践中如何加以应用？
4．什么是矿物质？烹饪原料中的矿物质按在人体内的含量可以分为哪几类？
5．什么是酸性食物？什么是碱性食物？引起食物的酸碱性不同的主要因素是什么？
6．烹饪原料中主要的矿物质有哪些？分别有哪些重要的生理功能？
7．钙对人体健康有怎样的重要性？哪些食物中含钙较高？
8．试述钠的摄入量与高血压的关系，烹饪中如何才能做到既不影响菜肴口味，又能减少食盐的用量呢？
9．有人对铁强化酱油心存疑虑，你会选用铁强化酱油吗？为什么？