維生素是一群“嬌氣”的家伙,它們在食物中的穩定性不僅受到高溫、水分、氧氣、pH值(酸堿度)和光照等諸多因素的威脅,有時相互之間還會發生傾軋,其含量會在食物的儲存過程中顯著減少。有研究表明,蔬菜即使冷凍儲藏在零下23℃條件下,維生素C還是會發生損失。
而對于很多強化食品和營養素補充劑來說,維生素都是其食品營養標簽中主要標注的內容。這就給食品加工技術專家提出了一系列的問題。比如,強化食品和營養素補充劑中所含有的多種維生素不太可能以相同的速度損失,如果把這些維生素的含量都標注于營養標簽上,那么這種食物的保質期將取決于其中最不穩定的一個維生素的保存期。為了使標簽上聲稱的食品保質期符合法規要求,技術專家需要對產品中每種維生素的穩定性做出準確合理的評估。這種評估要考慮食物體系(固體、液體等),包裝,可能的儲存條件等。對產品的穩定性進行評估是非常重要的,此前發生過某些產品由于在研發階段忽略了嚴重的穩定性的問題而導致下市的情況。
值得注意的是,很多關于強化食品和營養素補充劑中維生素穩定性的科學研究都是在20世紀70和80年代進行的。當時很多大企業對自家產品進行了內部的穩定性研究,其中很多數據都是企業的商業機密。
應該說,關于維生素的穩定性,特別是在不同的加工食品介質中的穩定性,還有許多未解的問題。
葉酸(維生素M)/葉酸鹽
葉酸在自然界中不存在,但是可以商業化生產,天然存在的形式是一系列含有一個或多個谷氨酸的葉酸的衍生物。多聚谷氨酸葉酸鹽主要存在于新鮮食物中,但在儲存條件下很容易降解成單谷氨酸葉酸鹽,并氧化成生物活性更低的葉酸。食物強化中使用的合成葉酸只有一個谷氨酸基團。
多年以來,葉酸是食物強化和營養素補充劑中使用的惟一形式。但在1999年,分離得到了另一種形式的葉酸,5-甲基四氫葉酸。到2005年,隨著官方在安全方面的審核和批準,5-甲基四氫葉酸也可以在食品和補充劑中應用。
很多穩定性實驗表明,商業用葉酸對氧和熱較穩定,在中性溶液中穩定,在酸或堿介質中穩定性下降,特別是pH值小于5時。葉酸可以被氧化和還原劑破壞。光,特別是紫外光線會對葉酸的穩定性產生嚴重影響;當與核黃素同時存在時,葉酸被光線分解的速度會更快。在含有葉酸和核黃素的溶液中加入抗氧化劑BHT(2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚),能夠減緩這種反應。
食品中葉酸在加工和存儲中的穩定性是有差異的。在巴氏殺菌牛奶中小于5%;UHT(超高溫瞬時消毒)奶損失率大約20%;在高溫殺菌后損失率達到30%;UHT殺菌奶經存儲3個月后,葉酸的損失率超過50%。對巴氏殺菌奶繼續進行煮沸熱處理,會使葉酸的損失率增加到20%。
葉酸的熱穩定性在pH值為7時增加。研究發現,在不同溫度/壓力條件下,果汁和蔬菜汁中葉酸耐高壓加工。在一定壓力下,葉酸在溫度低于40℃時相對穩定,與抗壞血酸同時存在時,其壓力穩定性和溫度穩定性都會增加。
維生素B6
具有維生素B6生物活性的有吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺3種化合物,統稱為維生素B6。維生素B6存在于紅肉、肝臟、鱈魚卵、鱈魚肝臟、牛奶和綠色蔬菜等食品中。用于商業上食物強化的形式為氫氯吡哆醇。
維生素B6在空氣和加熱條件下穩定,金屬離子會催化其降解;在中性和堿性溶液中易被光照破壞,光照是牛奶中維生素B6損失的重要原因,光照8小時會損失21%。
維生素B6在巴氏殺菌牛奶中穩定,在高溫殺菌中則損失率達到20%,UHT奶加工過程中的損失率大約27%,再存儲3個月的話,損失率會達到35%。烤肉的平均損失率為20%,在燉肉和煮肉中的損失率更高(為30%—60%)。烹飪或罐藏蔬菜的損失率為20%—40%。
維生素B12
氰鈷胺素是具有維生素B12活性的最重要的化合物,它具有復雜的化學結構,來源于動物器官和某些微生物的代謝產物。其天然存在形式是與肽或蛋白質結合的。
人體對維生素B12的需要量很低(大約1—2微克/日),人們常以標準稀釋液的形式作為維生素B12的載體。
氰鈷胺素可以被氧化劑和還原劑分解。它在中性和弱酸性溶液中,對含氧氣氛和加熱相對穩定;在堿性和強酸溶液中不穩定;對光和紫外線比較敏感。
維生素B12通常在巴氏殺菌牛奶中是穩定的,但在UHT殺菌奶中則損失率達到20%,在噴霧干燥的奶粉中則損失率為20%—35%。
其他維生素的存在會明顯影響到維生素B12的穩定性。
生物素
生物素有8種可能的異構體,惟D-生物素具有維生素活性。D-生物素廣泛分布在動植物組織中,但含量較低。它能以游離形式存在(牛奶、水果和一些蔬菜),也能以同蛋白質結合的形式存在(動物組織和酵母),其商業形式為白色晶體粉末。
一般認為生物素具有較高的穩定性,在空氣、加熱和光照條件下相當穩定。但在紫外線照射下,它能逐漸降解。
生物素在弱酸和弱堿水溶液中相對穩定。在強酸和強堿溶液中,加熱能夠破壞其活性。
在生雞蛋清中,抗生物素蛋白和生物素結合,可以使生物素失去活性。但由于加熱能使抗生物素蛋白變性,所以在烹飪雞蛋和蛋制品中,生物素并不會失去活性。
維生素C
多種物質都具有維生素C活性,其中最重要的是L-抗壞血酸。維生素C在自然界中分布很廣,某些水果和蔬菜中含量相對較高,在動物肝臟和腎也發現了它的存在。
抗壞血酸是烯醇式的3-酮基-1己糖酸內酯。C-2和C-3位上的烯二醇基容易被氧化成二酮,從而生成仍具有生物活性的脫氫-L-抗壞血酸。但D-抗壞血酸異構體則沒有生物活性。
食物中L-抗壞血酸容易被氧化成脫氫-L-抗壞血酸,在新鮮食品中主要以還原形式存在,但加工、儲存和烹飪會增加脫氫抗壞血酸的比例。商業上應用的維生素C一般是L-抗壞血酸或它的鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽等形式。抗壞血酸棕櫚酸酯也可以作為抗氧化劑應用在加工食品中。抗壞血酸和抗壞血酸鹽在干燥空氣中的穩定性相對較高,有水分存在時不穩定。
抗壞血酸在水溶液中容易被氧化,首先轉換成脫氫-L-抗壞血酸,該反應是可逆的;脫氫抗壞血酸在溶液中可以進一步被快速氧化,該步驟及以后的反應是不可逆的。
抗壞血酸廣泛應用于軟飲料中,也用來恢復果汁生產過程中營養素的損失,特別是柑橘汁。研究表明,抗壞血酸在這類產品中的穩定性隨著溶液組成和氧含量不同而變化。抗壞血酸在蘋果汁中穩定性較差,而在黑加侖汁中則較好,這可能與具有抗氧化性的酚類物質的保護有關。
溶解氧對抗壞血酸的穩定性有著很明顯的影響,真空脫氣可以除去空氣而減少氧化問題,減少含抗壞血酸液體的容器的頂部氣體也很重要。不同生產和灌裝工藝對飲料中抗壞血酸的保存率有明顯的影響。例如,使用部分脫氣的水生產的0.7升玻璃瓶裝的真空排氣后灌裝的飲料,抗壞血酸損失率是沒有任何排氣措施的相同產品的16%。
微量重金屬離子在抗壞血酸降解過程中充當了催化劑的作用。有關藥物溶液中抗壞血酸穩定性的研究表明,重金屬離子的催化效率順序為Cu+2大于Fe+2大于Zn+2。銅和鐵離子在抗壞血酸的金屬催化氧化中起著很重要的作用。生產設備的選擇會對食品和飲料中維生素C的穩定性有明顯的影響,所以,與產品接觸的生產設備或設備表面應該避免選擇青銅、黃銅、冷軋鋼或黑鐵等材料,應該使用不銹鋼、鋁或塑料。
研究表明,金屬螯合劑EDTA對降低抗壞血酸氧化有顯著影響。此外,半胱氨酸也能有效抑制維生素C的氧化。
抗壞血酸在水溶液中的降解速率與pH值有關,當pH值大約為4時,會達到最大速率。在冷凍存儲的食品中,維生素C也會發生損失,有研究表明,抗壞血酸在冰中的氧化比在水溶液中快。冷凍濃縮桔汁在零下23℃件下存儲12月,維生素C損失大約10%。
不管是陽光還是白色熒光燈,都對牛奶中維生素C穩定性有影響。維生素C損失程度與包裝的透光性、透氣率、大小和存儲條件有關。瓶裝橘飲料在有光的條件下存儲3個月,維生素C損失率達到35%。
必須仔細考慮食品加工或烹飪過程中維生素C的損失,巴氏殺菌法損失大約25%,高溫滅菌損失大約60%,存儲3個月的UHT牛奶損失接近100%。巴氏殺菌牛奶在煮沸后損失在30%—70%之間。
維生素C、維生素B1、維生素B2、維生素B12之間的相互作用會產生壞的結果已被確認
維生素之間的相互作用對于其穩定性的破壞,是人們在保持食物中維生素穩定性方面了解較少、也是最不希望發生的情況之一。這會導致食物和飲料中一種或多種維生素更快地降解。當維生素用于恢復或強化液態的食品時,比如軟飲料或果汁,應該考慮這些維生素之間的相互作用。對于維生素之間相互作用的大部分研究工作是由一些制藥公司開展,因為他們要生產液態的多種維生素混合制劑。
維生素C、維生素B1、維生素B2、維生素B12這4種維生素之間的相互作用已經被確認會產生壞的結果。
不過,有些相互作用可以認為是有利的,尤其是能夠增加微溶性維生素在水溶液中的溶解度,比如煙酰胺可作為核黃素和葉酸的增溶劑。
脂溶性的維生素A、E、K和水溶性的維生素B1對輻照最敏感
輻照作為一種對特定的食品和成分殺菌技術,在包括歐盟在內的許多國家是被允許使用的。當然,各國的法律對食品和成分的輻照有嚴格的限制,通常只是在食品面臨高水平微生物污染風險的情況下才能進行輻照。
有證據表明,食品中維生素的水平會受到輻照的影響,損失的情況一般與輻照劑量有關。在低劑量下(≤1千格雷),大多數維生素的損失并不明顯;在稍高劑量下(3—10千格雷),在輻照過程中暴露在空氣中的食品,在輻照后儲存,會發生維生素的損失。在輻照允許的最高劑量下,必須注意通過包裝隔絕空氣和在低溫下進行輻照來保護食品。
有證據表明,脂溶性維生素A、E、K和水溶性維生素B1對輻照最敏感,而煙酸、核黃素和維生素D則相對穩定。也有相矛盾的證據表明,輻照時維生素在有些食品中損失顯著,而有的則幾乎沒有損失。
如果要對輻照食品進行營養宣稱,需要對經過輻照處理的食品進行維生素含量和穩定性的研究。