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Fennema's Food Chemistry · 第 9 章 · 礦物質

礦物質
Minerals

吃進去 ≠ 吸收到:關鍵在化學

巨量 vs 微量生物利用率增進/抑制吸收含 6 款小遊戲
大力水手吃菠菜補鐵……真的嗎?
菠菜含鐵,但其中的草酸與植酸把鐵牢牢綁住,吸收率低得可憐
礦物質「含量高」不代表「補得到」。決定關鍵是:它在腸道裡溶不溶、被什麼綁住
9.1 導論

礦物質是什麼?

礦物質 = 食物中除了 C、H、O、N 以外的無機元素。約 25 種對生命必需。

  • C/H/O/N 佔活體原子約 99%;礦物質僅微量,卻扮演關鍵角色。
  • 在體內參與數百種酵素反應、骨骼牙齒、氧氣運輸、神經訊號。
  • 過量也可能有毒——範圍雖寬,仍需體內恆定 (homeostasis) 調節。

分兩類

巨量礦物質:Ca · P · Mg · Na · K · Cl

微量元素:Fe · Zn · I · Se · Cu · Cr · Mn · F

依在組織中的濃度區分,非重要性。

分類

巨量 vs 微量:濃度差,重要性不分軒輊

約 90 種元素天然存在,~25 種對人與動物必需(週期表中的陰影元素)。

Ca·P

巨量 Major

每日需求 >100 mg:Ca、P、Mg、Na、K、Cl。建構骨骼、體液平衡。

Fe·Zn

微量 Trace

每日需求 mg–µg:Fe、Zn、I、Se、Cu、Mn、F。多為酵素輔因子。

Pb·Hg

非必需/有毒

鉛、汞、鎘:非營養素,污染進入食物,需嚴格監測。

🎮 小遊戲 · 分類#1
這個礦物質是巨量還是微量?
點每一列右側的按鈕。
鈣 Ca
鐵 Fe
鈉 Na
碘 I
磷 P
硒 Se
🎉 完成!巨量(Ca·P·Mg·Na·K·Cl)每日需求 >100 mg;微量(Fe·Zn·I·Se…)需求極小,但缺了照樣生病。
9.2 礦物質化學

礦物質化學:溶解度、酸鹼、螯合

溶解度 Solubility

能不能被吸收,先看溶不溶。Na⁺/K⁺/Cl⁻ 以自由離子存在、極易溶;其餘多為複合物/螯合物。

酸鹼 Acid/Base

金屬陽離子是路易士酸(接受電子對),與路易士鹼(如 H₂O)配位。Fe³⁺ 形成六配位八面體 [Fe(H₂O)₆]³⁺。

螯合 Chelation

多牙配位基把金屬「夾住」。可增溶(檸檬酸鐵易溶)也可沉澱/鈍化(草酸鈣不溶)。

同一個鐵:FeCl₃ 入水 → 沉澱成氫氧化鐵(不可用);但檸檬酸鐵卻很好溶 → 螯合決定命運。
表 9.2

必需礦物質:功能、缺乏與來源(表 9.2)

礦物質主要功能缺乏症主要來源
鈣 Ca骨骼牙齒、凝血、神經傳導骨質疏鬆、高血壓乳製品、豆腐、深綠蔬菜
鐵 Fe氧氣運輸(血紅素)、能量代謝貧血(普遍)、疲倦、免疫差紅肉、豆類、強化食品
鋅 Zn金屬酵素輔因子、基因表現生長遲緩、傷口難癒紅肉、貝類、麥胚
碘 I甲狀腺激素合成甲狀腺腫、克汀症碘鹽、海帶、海鮮
硒 Se抗氧化(過氧化酶組分)克山病(心肌病)高硒土壤穀物、肉
鈉 Na細胞外液量、血壓、運輸罕見;過量→高血壓加工食品(添加鹽)

點欄位可排序。注意:很多礦物質『過量也有害』——安全範圍雖寬,仍靠體內恆定維持。

🎮 小遊戲 · 配對#2
把礦物質與它的缺乏症配對
先點左欄礦物質,再點右欄缺乏症。
礦物質
缺乏症
🎉 全對!這些缺乏症(如碘缺乏→甲狀腺腫)正是食鹽加碘、麵粉加鐵等公衛強化政策的由來。
9.3.3 生物利用率

生物利用率:吃進去 ≠ 吸收到

生物利用率 (bioavailability) = 攝入後真正被吸收並利用的比例。

  • 範圍極廣:從某些鐵的 <1% 到鈉、鉀的 >90%
  • 關鍵是礦物質在小腸內的溶解度——不溶就無法擴散到刷狀緣被吸收。
  • 所以「食物標示的含量」常不能代表「補得到多少」。

五大影響因素

  • 化學形式(血基質 > 非血基質鐵)
  • 食物配位基(植酸、草酸、纖維)
  • 氧化還原(維生素C 還原鐵)
  • 礦物質互相競爭(Ca↓Fe、Fe↓Zn)
  • 生理狀態(懷孕鐵吸收↑)
表 9.5

增進 vs 抑制:誰幫鐵、誰擋鐵

✅ 增進吸收 Enhancers

  • 維生素 C(抗壞血酸):把 Fe³⁺ 還原成更易吸收的 Fe²⁺,並形成可溶螯合物
  • 肉類因子 (meat factor):肉/禽/魚提升同餐的鐵吸收
  • 有機酸:檸檬酸、乳酸——形成可溶螯合物

⛔ 抑制吸收 Inhibitors

  • 植酸 (phytate, IP6):穀類/豆類的儲磷,螯合 Ca、Fe、Zn → 抗營養素
  • 草酸 (oxalate):菠菜等,強烈抑制鈣吸收
  • 多酚/單寧:茶、咖啡,抑制非血基質鐵
  • 礦物質競爭:高 Ca↓Fe、高 Fe↓Zn
🎮 小遊戲 · 選擇題#3
配一杯柳橙汁,為何能提升植物性食物的鐵吸收?
✔ 正解:維生素 C 是強還原劑,把難吸收的 Fe³⁺ 還原為 Fe²⁺,又能螯合鐵、避免被植酸/草酸沉澱。所以「植物性鐵 + 維生素 C」是經典搭配。它對其他礦物質效果有限(因為它們不易被還原)。
🎮 小遊戲 · 分類#4
這個因子是「增進」還是「抑制」鐵吸收?
點每一列右側的按鈕。
維生素 C
植酸 phytate
肉類因子 meat factor
茶的單寧/多酚
檸檬酸
草酸 oxalate
🎉 完成!口訣:還原劑與有機酸 + 肉幫鐵;植酸、草酸、單寧擋鐵。想補鐵:多搭維生素C,少配濃茶。
鐵的生物利用率(示意)

血基質 vs 非血基質鐵:吸收差很多

鐵有兩種形式,命運大不同:

  • 血基質鐵 Heme(肉/血紅素):以完整 porphyrin 形式被吸收,不太受抑制因子影響
  • 非血基質鐵 Non-heme(植物/強化):以離子形式,溶解度決定一切——維C 救它、植酸害它。
素食者補鐵策略:非血基質鐵 + 維生素C + 避開濃茶/高植酸。

示意數據:血基質鐵(肉)吸收率高且穩定;非血基質鐵(植物)低,且強烈受維生素C(↑)與植酸(↓)影響。

🎮 小遊戲 · 計算#5
一份強化穀片含鐵 5 mg,若其生物利用率為 18%,實際吸收的鐵約為多少 mg?
吸收量 = 攝入量 × 生物利用率。
mg
✔ 正解:吸收量 = 攝入 × 生物利用率 = 5 mg × 0.18 = 0.9 mg。這正是為何『含量』不等於『補到』——18% 已算不錯,許多非血基質鐵更低。
✗ 再算一次:吸收量 = 5 × 0.18。答案約 0.9 mg。
9.4.1 灰分

灰分:把礦物質「燒出來」

灰分高 ≈ 礦物質多,但不分種類也不代表可利用——要知道是哪種、補得到多少,需個別分析 + 生物利用率。

550°C

灰化 Ashing

約 500–550°C 高溫灼燒,有機物全燒掉,殘留的灰即為總礦物質。

近似

近似分析 Proximate

灰分是『近似分析』六項之一(水/灰/蛋白/脂/纖維/碳水)。

AAS

個別定量

原子吸收 (AAS)、感應耦合電漿 (ICP) 可精準測單一元素含量。

9.4.4 / 9.5 強化與功能

強化與功能:礦物質在食品裡做什麼

🧂

碘鹽 Iodized salt

食鹽加碘是史上最成功的公衛強化之一,大幅減少甲狀腺腫。

Fe

鐵/鋅強化

麵粉、穀片加鐵與鋅,對抗普遍的缺鐵性貧血。

Ca

鈣:凝膠

Ca²⁺ 交聯果膠/大豆蛋白 → 豆腐、果醬、低甲氧基果膠膠凝。

PO₄

磷酸鹽

緩衝、膨發劑(泡打粉)、乳化鹽(加工乳酪)。

NaCl

食鹽

風味、保藏(降低水活性)、調控蛋白質功能。

Fe·Cu

鐵/銅:催化

過渡金屬催化脂質氧化與變色——是『劣變』的幫兇。

9.3.6 重金屬毒性

重金屬:非營養素,是毒物

這些元素沒有營養功能,以污染物形式進入食物。食品化學/法規的任務是監測與降低暴露

Pb

鉛 Lead

兒童學習/行為障礙、貧血、腎損。來源:舊焊錫罐、含鉛汽油、陶釉。

Hg

汞 Mercury

甲基汞在長壽肉食性魚累積(生物放大);麻木、視聽損傷、腎損。

Cd

鎘 Cadmium

腎損、骨病(痛痛病)、致癌。來源:污染土壤的穀蔬。

🎮 小遊戲 · 選擇題#6
哪種有毒重金屬特別會在「長壽的肉食性魚類」中累積(以甲基汞形式)?
✔ 正解:。甲基汞沿食物鏈生物放大,在鮪魚、旗魚、鯊魚等大型掠食魚體內濃度最高——這就是孕婦被建議限量食用這些魚的原因。
應用策略

想提升一餐的鐵吸收?三個出手點

你吃的是植物性(非血基質)鐵——怎麼補得更有效?
① 加還原劑

配維生素 C

柳橙、番茄、彩椒——把 Fe³⁺ 還原成 Fe²⁺。

② 借肉類因子

搭一點肉/魚

同餐少量肉/禽/魚即可提升整體吸收。

③ 避開抑制劑

降植酸、少濃茶

浸泡/發酵降植酸;正餐別配濃茶咖啡。

含量是表象,吸收才是真相

礦物質的故事,是一場溶解度與螯合的攻防:誰把礦物質留在可溶、可吸收的形式,誰就贏。讀懂這套化學,你就能解釋『為什麼菠菜補鐵沒用、為什麼要加碘鹽』。

~25
必需礦物質
<1–90%
生物利用率範圍
維C↑/植酸↓
非血基質鐵
550°C
灰分灼燒

自評:我能分巨量/微量、說出 3 個增進與 3 個抑制鐵吸收的因子、並解釋灰分代表什麼嗎?