维 生 素 A

　　人与动物都需要维生素A，它是一种代谢产物，在各种哺乳动物、鸟类和鱼类中均存在。植物不含维生素A，但含有前驱物质胡萝卜素或类胡萝卜（统称胡萝卜素）。因为人体和动物机体能将胡萝卜素转化成维生素A，胡萝卜素故称维生素A前驱物质和维生素A原。可以认为，植物合成的胡萝卜素是所有维生素A的最终来源。
　　 维生素A在人体中具有重要的生理功能，它的缺乏一直是遍及全世界绝大多数发展中国家的一件大事，缺乏程度 超过其他任何维生素。因此，天然食品中维生素A的补充问题一直受到重视。
　　 一、维生素A的性质、吸收与代谢
　　 1、维生素A的化学性质
　　 维生素A包括视黄醇和脱氢视黄醇两种存在形式，后者有一个额外的双键，生理活性是前者的40%，仅存在于淡水鱼以及以鱼为食物的来源的鸟类机体中，对人体作用不大。
　　 视黄醇几乎无色或呈淡黄色，不溶于水，但能溶于油脂中。1931年，瑞士p.karrer首次确定了维生素A的化学结构，通常存在于食物中的维生素A是以稳定的酯化合物（如棕榈酸视黄酯）形式存在，性质比较稳定。但当溶解它的油脂在光照和氧气作用下发生氧化而变质时，视黄醇可被迅速氧化成醛或酸形式而破坏。
　　 广泛存在于绿色果蔬中的胡萝卜素经机体代谢可能转化成维生素A。各种不同胡萝卜素的转化效率不一样。己知植物中至少有10种胡萝卜素可转化成维生素A，其中以α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素三种的维生素A原活性较高，对机体营养最重要。
　　 β-胡萝卜素具有最高的维生素A原活性，它是共轭双键化合物，含有两个β-紫罗酮环，α-和γ-胡萝卜素只含一个β-紫罗酮环，维生素A原活性只及β-胡萝卜素的一半。
　　 β-胡萝卜素（β-carotene）的分子式为C40H56，相对分子质量536.88，外观呈深红色至暗红色有光泽的斜方六面体或结晶状粉末。遇氧、热和光不稳定，在弱碱情况下较稳定。不溶于水、丙二醇、甘油、酸和碱中，溶于二硫化碳、苯、氯仿、己烷和植物油，几乎不溶于甲醇和乙醇，溶点176～182℃。维生素A的溶解性及稳定性与β-胡萝卜素相似。
　　 β-胡萝卜素的稀溶液呈橙黄色至黄色，浓度增大时带橙色，因溶剂极性不同可能稍带红色。因此，β-胡萝卜素同时是一种很好的食用天然色素，其外表是的美与内在的营养价值同样很重要。作为一种天然色素的β-胡萝卜素开始广泛应用于食品工业上。
　　 2、维生素A的吸收与代谢
　　 进入人体内的维生素A来源包括维生素A、维生素A酯和胡萝卜素等形式，存在于食物中的通常是维生素A酯和胡萝卜素，酯化合物吸收前须经酶分解成维生素A。
　　 维生素A和胡萝卜素在胆汁作用下进入粘膜细胞为肠粘液所吸收，此时有相当数量的β-胡萝卜素转化成维生素A，但不同的机体对胡萝卜素的利用程度很不相同。进入肠膜细胞内的维生素A立即与脂肪酸（多数是棕榈酸）结合成酯，并被吸收入细小的脂肪消化产物乳糜载体微粒中。维生素A的吸收受一系列因素的影响，包括小肠胆汁、食用油脂和抗氧化剂等。胆汁辅助乳化吸收脂肪，对维生素A的吸收作用很大。维生素E和卵磷脂之类抗氧化剂能够保护胡萝卜素免受氧化破坏，故能促进其吸收并提高其在肝脏中的贮存量。
　　 在肠道中的以脂肪酸酯为基础成分的油脂替代品与维生素A及胡萝卜素有较强的亲和力，能溶解并携带其从消化道中迅速通过，同时排出体外而使得维生素A及胡萝卜素不被吸收。因此，为降低能量而大量摄入这些油脂替代品，会引起维生素A的流失。
　　 高质量的蛋白质对胡萝卜素向维生素A的转化过程有促进作用，从这个意义上说素食者摄入足够数量的优质蛋白很重要，肠道寄生虫不利于维生素A和胡萝卜素的吸收，这在儿童身上显得很重要，因为少年儿童易感染上肠道寄生虫。
　　 在小肠中，小部分的维生素A会转化成维生素A酸，后者吸附于白蛋白上，以增加其在血液中的溶解度并通过静脉进入总循环系统。这途径与由淋巴系统输送到机体各组织中不一样。己知在天然植物中几乎不存在维生素A酸。
　　 载有维生素A与脂肪酸结合体的乳糜微粒在血液中流动，通过肝脏时维生素A酯被释放出，并与蛋白质结合成脂蛋白贮存于肝脏中。因此，肝脏存有大量的维生素A，而肺、肾脏及脂肪中的贮存量很少。维生素A在肝脏中的贮存量会随年龄的增大而增多，成人肝脏中的维生素A贮量通常足够全身机体4～12个月的需要，但婴儿和儿童没有这样的贮存能力，对缺乏症因此特别敏感。
　　 机体需要时，肝脏中的维生素A先由脂蛋白释放出，然后附着它转移蛋白上，进入血液的维生素A又吸附于另一种蛋白上，并以这种形式输送到各种组织细胞中。这两种蛋白都能增强维生素A的溶解度使之易于输送，同时维生素A的分子变大不致于被肾脏过滤出去而损失。
　　 在肠道、肾脏和肝脏中，部分维生素A会转化成维生素A酸，后者会进一步转化成其他多种代谢产物，还可通过肾脏由尿排出或由胆汁排入肠道。进入胆汁中的维生素A酸约有80%可被重新吸收，其余的则由粪便排出体外。
　　 进入肠道中的胡萝卜素被小肠壁的吸收率仅是维生素A的1/3左右，且其向维生素A的转化也不完全。在所吸收的类胡萝卜素中，约只有半数可转化成维生素A。以维生素A（视黄醇）计，β-胡萝卜素只有其活性的1/6，也就是说食物中所含有的β-胡萝卜素只有1/6的可转化为维生素A，至于其他维生素A原类胡萝卜素，因只含一个β-胡罗酮环，向维生素A的转化活性只有β-胡萝卜素的一半。未转化的胡萝卜素会被吸收入血液循环系统，因此血液胡萝卜素水平只是膳食胡萝卜素水平的一种标志，并不能反映机体中维生素A的贮存量，也不是维生素A营养状况的重要标志，未转化的胡萝卜素贮存在脂肪及肾上腺中而不是肝脏中。
　　 二、维生素A的生理功能
　　 维生素A是复杂机体必需的一种营养素，它以不同方式几乎影响机体的一切组织细胞。尽管是一种最早发现的维生素，但有关它的生理功能至今尚末完全揭开。就目前的知识而言，维生素A（包括胡萝卜素）最主要是生理功能包括：
　　 ⑴维持视觉
　　 ⑵促进生长
　　 ⑶增强生殖力
　　 ⑷清除自由基等
　　 1、保持暗淡光线中正常的视觉眼球视网膜含有两种光感受器，即暗光下的视觉杆体和亮光及色觉下的视觉锥体。其所含的主要视色素分别称为视紫红质和视紫蓝质，是由相同的维生素A（视黄醇）和不同的视蛋白组成 。当光线照射到视网膜时，视紫红质脱色成另一种称为视黄素的视色素，此时部分维生素A会与视蛋白分离。这种刺激通过光神经纤维传送到大脑，在大脑的作用下被分离的维生素A大部分与视蛋白重新结合恢复成视紫红质，部分维生素A会因此损失消耗掉，只有当视紫红质复原回原先足够的数量时，才能在暗淡光线中产生视觉。在视紫红质的脱色与复原过程中因有部分维生素A损失，所以须从膳食或机体贮存的维生素A中获得补充，否则将削弱视觉杆体的视觉，导致眼睛感受从亮到暗的适应应变能力降低，产生夜盲症。维生素A也是负责感受明亮光线视觉锥体中视紫蓝质的组成部分，但这些锥体细胞对维生素A的应变量不像视觉杆体那么敏感。在初始阶段，亮光的视觉与色觉还不受维生素A缺乏症的影响。虽然维生素A对视觉过程非常重要，但只有0.01%的数量存在于眼组织中，由此可见维生素A的高效作用。
　　 2、维持上皮组织的正常功能人体的上皮组织无处不有，包括覆盖在机体外表起防御保护作用的皮肤，各种组织器官的内粘膜，以及眼睛外面的透明角膜和上皮细胞等。大部分的上皮细胞都能分泌粘液，如果没有维生素A，这种能力就会丧失，导致上皮细胞粗糙、干燥、扁平并逐步硬化成鳞状脱落，这一过程称为角质化。角质化的上皮细胞没有纤毛，纤毛因能防止外界污染物在细胞表面积聚积，这就削弱了上皮细胞预防外界污染物侵袭的天然结构，使得组织易于感染。另外，角质化的上皮细胞可能会堵住皮肤的天然通道，阻断了代谢物质的选择性进出，从而影响了细胞正常的代谢过程。眼角膜的角质化结果会减弱粘多糖的合成能力或阻塞泪管，导致泪腺停止分泌泪水以及覆盖角膜的薄膜发干，最终引起角膜上皮细胞混浊、溃疡甚至破裂，导致眼睛充血并有浓液渗出，这种疾病称为角膜软化症。当气管和支气管的上皮细胞因维生素A缺乏而角质化，失去纤毛和停止分泌粘液后，粘膜的完整性遭到破坏，成为细菌极好的藏身之地，结果诱发了支气管肺炎。维生素A是肠胃内膜、咽喉、性腺、子宫、膀胱和尿道膜健全所必需的营养素，这些膜组织细胞的角质化会导致一系列疾病的出现，诸如肠胃道上皮细胞的变化与其功能混乱（腹泻）有关，肾结石与尿道角质化有关。
　　 3、促进骨骼、牙齿和机体的生长发育骨骼发育离不开维生素A，摄入量不足或缺乏在软组织形成之前会使骨骼发育首先停止，头颅骨和脊骨柱不会继续发育长大，无法适应脑神经系统和脊骨索带组织的迅速生长，引起脑损伤和神经损伤，导致麻痹及其他神经疾病的出现。维生素A能促进骨骼生长，其原因是能使未成熟的细胞转化为骨细胞，成骨细胞使骨细胞数目增多。维生素A是牙齿正常发育所必需的。与上皮细胞一样，维生素A的缺乏会影响牙齿珐琅质细胞的正常生长，不能形成均匀细密的牙齿珐琅保护层，使珐琅质形态细胞变态产生裂纹或凹陷。凹陷使得聚积食物淤积发酵，腐蚀牙齿珐琅质而导致溃烂，维生素A的缺乏，严寒可使生成牙质的成牙细胞萎缩。在儿童牙齿发育的时候，保证足够数量的维生素A很重要。长期以来一直认为维生素A是胎儿发育和儿童生长的要素之一，但对其影响过程并不清楚，动物试验表明维生素A的缺乏导致食欲的消减而引起生长发育阻碍。缺乏维生素A时食欲不好，原因在于味蕾细胞角质化导致味觉的不灵敏，只要供给足量的维生素A可使味觉器官恢复正常。
　　 4、增强生殖力在多数动物中，缺乏维生素A会导致生殖能力的明显下降。雄性大鼠停止产生精子，雌性大鼠的发情周期可能出现异常、胎儿消溶（自吸收）或先天畸形。兔子，生殖力降低，怀孕时的流产次数增多。母鸡喂养缺乏维生素A的饲料，其孵化率明显下降。在大鼠、家禽、猪、牛、羊、狗、豚鼠及其他所有供特别研究的动物身上，因缺乏维生素A而表现出的生殖异常包括妊娠不良，早期发育异常和胎盘受损等，严重时旨起胎儿死亡。在人身上也出现过类似的结果，孕妇膳食中缺乏维生素A，前3个月的流产率会增加。有研究表明，维生素A对维持精子产生、性激素的合成与分泌有重要意义。精子所含的多种酶（如三磷酸腺苷乳酸脱氢酶）活力受维生素A所影响，足够的维生素A将保证精子正常的浓度和活力，供给不足会使生精作用停止、精子死亡、精细管管径变小或睾丸萎缩等。
　　 5、清除自由基 β-胡萝卜素有很好的抗氧化作用，能通过提供电子抑制活性氧的生成达到清除自由基的目的。将之与亚油酸过氧化物共同培育的试验表明，β-胡萝卜素能有效地防护小鼠对抗血卟啉的致死性光敏作用，而卟啉的光敏作用就在于自由基攻击了表皮溶酶体膜 。另有研究表明，β-胡萝卜素能清除游离态氧减少光敏氧化作用，此外还是单线态氧的猝火剂。美国波士顿大学的palozza等人在一项用肝微体膜进行的实验中发现，β-胡萝卜素与维生素E两者在抑制脂质过氧化反应过程中有协同增效作用。由于β-胡萝卜素的自由基清除作用，使得它在延缓衰老、防治心血管疾病和肿瘤方面发挥作用，这己被部分研究事实和临床试验所证实。正因如此，β-胡萝卜素己成为一种重要的功能性食品基料。
　　 6、其他生理功能维生素A的其他生理功能可能还包括：
　　 ⑴起辅酶作用。在胆固醇合成激素和糖蛋白合成过程中起媒介物的作用。
　　 ⑵有类似固醇激素和细胞的作用，可促进细胞增殖导致组织分化，这可能是由于维生素A通过对核糖酸和脱氧核糖酸核酸产生影响而使细胞向新的方向分化。
　　 ⑶维生素A对稳定细胞膜的结构与功能极为重要，但数量过多又会使细胞膜容易碎裂，这便是维生素A中毒因素之一。
　　 ⑷细胞释放蛋白酶必须借助维生素A的作用，在骨骼生长过程中必须有这些酶参与，维生素A的缺乏因此会影响蛋白质的合成。
　　 有些研究表明，缺乏维生素A可降低甲状腺形成的比率，增加人的甲状腺肿发病率。动物试验表明，维生素A还参与了胆固醇皮质脂酮的合成。
　　 三、维生素A与疾病的关系
　　 由于维生素A广泛而重要的生化功能，膳食中维生素A、维生素A原的不足或吸收不良会引起一系列的疾病，而膳食如足够数量（但不过量）的维生素A或维生素A原将保护机体免遭这些疾病的侵害。因此，维生素A引起人们高度的重视，其地位不同于其他任何一种维生素。由于维生素A或维生素A原不足或缺乏而引起的一系列疾病包括：夜盲症，干眼病，儿童生长发育、骨骼发育缓慢，牙齿不健全，全身性皮肤粗糙干燥症，喉痛，耳朵、口腔与涎腺脓肿，腹泻加剧，肾结石与膀胱结石，心血管疾病和肿瘤等。
　　 四、维生素A的需要量及天然食物中的存在
　　 1967年以前动植物组织中的维生素A效能都是以国际单位表示，1967年联合国粮农组织和世界卫生组织建议以视黄醇当量（RE）代替原来的国际单位（IU）。使用RE作为计量单位的优点是考虑了维生素A被吸收及不同前体转化为维生素A时的变化情况，用RE度量计算的胡萝卜素吸收量也刚好是其转化为维生素A的数量，因此比IU来得精确。
　　 根据国际单位的定义，1IU维生素A等于0.3μg视黄醇或0.344μg视黄醇乙酸盐,1IUβ-胡萝卜素等于0.6μgβ-胡萝卜素或1.2μg具有维生素A活性的其他混合胡萝卜素与类胡萝卜素,它们与视黄醇当量的换算关系是,1视黄醇当量等于1μg视黄醇、6μgβ-胡萝卜素、12μg具有维生素A活性的其他胡萝卜素、3.33IU视黄醇或10IUβ-胡萝卜素.因此,混合膳食中的视黄醇当量计算式为:
　　 国际单位视黄醇
　　 国际单位β-胡萝卜素视黄醇当量 = ------- + -----------
　　 3.33 10　
　　 微克β-胡萝卜素 微克其他胡萝卜素视黄醇当量=微克视黄醇 + --------- + ----------
　　 6 12　
　　 美国国家科学院食品营养委员会（NRC-FNB）推荐的维生素A日需要量，在这个标准中，从出生到6个月婴儿的需要量根据母乳中的平均视黄醇含量而定。每100mL母乳约含49μg视黄醇，每天摄取850mL可获得420μg视黄醇。
　　 对成年人的需要量是依据体重和发育需要推算的，因女性体格一般小于男性，故其需要量的按男性的80%计算。妊娠期和哺乳期的需要应增加，以满足胎儿发育和泌乳的需要。儿童期和青春期实际需要量的理论依据资料不多，该标准是依据体重和发育情况综合取定的。对红酵母的研究表明，该菌株的营养范围广泛，能很好地利用葡萄糖、果糖和蔗糖，在一定程度上可利用可溶性淀粉和其他碳源，它对有机氮源（如蛋白胨、牛肉膏等）有很好的利用效果，但对无机氮特别是尿素等几乎不能利用。菌株的最适生长温度为30℃左右，最适PH保持在5～6之间。
　　 中科院武汉病毒研究所曾从空气中分离出一株分杆菌属（Mychobacterium sp.)菌种，可在以1%～1.5%蔗糖或葡萄糖为惟一碳源的培养基中良好生长.在几种无机氮源中以磷酸氢二铵为好,另添加作为附加碳源的柠檬酸钠0.15%～0.2%,可促进菌的生长.经过6d的培养,胡萝卜素产率达到650mg/L,其中β-胡萝卜素占43.17%;后经诱变育种处理产率有所提高.
　　 当从酵母、细菌、霉菌或海藻中提取胡萝卜素时，先用离心处理或过滤法收集菌体，经洗涤后脱水干燥，再用适当溶剂（如2～3mol/L HCI溶液）破碎细胞，之后用丙酮或己烷之类溶剂萃取，经提纯浓缩后可得不同含量的油溶产品或晶体产品。
　　 六、维生素A在功能食品中的应用
　　 由于维生素A的缺乏至今仍是世界性特别是发展中国家的营养缺乏病之一，对加工食品中维生素A的强化由此显得非常重要。在营养强化米、面粉和乳制品中，维生素A均作为一种重要的营养素加以添加，补充剂量以达到人体日需求量为止。如为了某种特定保健需要，剂量可适量增加，此时应制成维生素A浓缩丸之类产品，不宜以很高的添加量补充到大量摄取的日常食品中。
　　 1、用维生素A强化大米
　　 大米是我国的主要粮食之一，全国约有2/3的人以大米为主食。因此，通过大米强化来补充维生素A最易收到成交效。在生产强化米时，为解决谷物营养素不齐全的问题，除维生素A外还可同时补充其他维生素（如维生素C、维生素E 、维生素B1和维生素B2等）、矿物元素和氨基酸等。
　　 大米营养的强化有浓缩型和全面型两种，浓缩型则维生素A等营养素的添加量较大，需与普通大米按比例搭配后才能食用，而全面型各营养素的添加水平以达到日常摄入量为止，食用时不需与普通大米搭配。如生产浓缩型强化米时（它与普通米以1：100比例混合食用），维生素的添加量一般为（以每100g样品计）：维生素A0.015～0.06g(50000～200000IU)、维生素E0.07～0.3g、维生素C1～5g，维生素B10.07～0.3g和维生素B20.003～0.012g,还可同时添加赖氨酸3～15g、铁0.06～0.25g和钙0.4～1.6g等.
　　 目前最常用的两种大米营养强化方法是预煮法和外涂法.所谓预煮法,就是将大米浸渍在含有欲强化营养素的酸性水溶液中,然后用过热汽蒸煮,最后在热空气中干燥即成.这种方法强化的只是水溶性营养素（如维生素C），那些水不溶性的维生素A、维生素E等就不能用此法。外涂法能够克服上述缺点，它是将欲强化的营养素涂覆在大米表面，然后再涂上一层水不溶液性的薄膜以避免营养素在淘洗时被损失掉。这层薄膜通常是取材于昆虫的天然树脂，将之溶于酒精、异丙醇之类有机溶剂中即可使用，但这种方法存在溶剂残留问题。一种改良的方法是先将营养素附着在大米粒上，随后用油脂或蜡覆盖第二层，最后再涂上一层以淀粉为基础的第三层。这种方法可保证淘洗时营养素不会损失，但是第三层（淀粉层）容易剥离而暴露出油或蜡层（第二层），致使米粒对水的亲和力降低而浮在水面，很容易随水流失掉，因此要特别小心。
　　 美国的一种专利方法能够克服上述困难，它是将一种亲水性的乳浊液中进行乳化后再喷涂，最后仍涂上以淀粉为基础的第三层。这里所用的油脂或蜡要求在常温下不能融化，如氢化植物油、动物脂和各种植物蜡等；所用的亲水性乳化剂包括蔗糖酯、甘油酯和山梨醇酯，以及某些蛋白质（如大豆、小麦蛋白和酪朊酸钠）和植物胶等；第三涂层以小麦或大米淀粉为最佳原料，因为它们颗粒细易形成致密的耐机械冲击的覆盖层，当然玉米、马铃薯、木薯等其他淀粉也可以使用。
　　 实际生产时，首先将维生素A和维生素E添加于含粘合剂（如明胶、黄原胶之类）、乳化剂、油脂或蜡的涂布液中混合均匀，然后将大米放在涂布锅中在55℃温度下进行喷涂，同时不停搅拌并通入热空气，一次涂布结束后再按上述方法进行第二、三层的涂布。如同时要强化水溶性维生素（维生素C、维生素B1或维生素B2）、矿物元素及赖氨酸时，可将之配成适当浓度的酸性水溶液，用浸泡法使之渗入大米后再置于热空气中干燥，然后再进行含有维生素A的第一层涂布，以及为保护被添营养素不受损失而进行的第二、三层涂布。　　　2、用维生素A强化奶粉
　　 牛乳是儿童、成年及体弱多病者经常食用的一种营养食品，深受人们的欢迎。但牛乳的营养素尚不够全面，在维生素A、维生素C和铁元素含量等方面尚不足，如作为婴幼儿的主食品则更感不足。在奶粉制造成过程中添加维生素A之类的营养素，可让幼儿、体弱者及正常成人获得更为全面的营养需要，也是解决维生素A摄入量不足的一种好办法。
　　 世界各国生产的强化奶粉品种繁多，所添加的营养素主要包括维生素A、维生素C、维生素E、维生素B1、维生素B2、维生素D以及铁（Fe）、磷（P）等，如专供老年人食用还可补充硒、铬等微量元素），如专供婴幼儿食用还可补充γ-亚麻酸和免疫球蛋白等活性物质。维生素A、维生素C和维生素E在100g强化奶粉中的含量分别达到2000IU、40mg和0.35mg以上.
　　 原料乳验收合格后进行标准化处理,然后添加入矿物元素和部分热稳定性维生素搅拌均匀,经135℃/(5～10)S的超高温瞬时杀菌后,采用三效降膜式或双效板式真空浓缩设备在66.66～92.23kPa真空度、35～40℃温度的条件下进行浓缩，在极短时间内将乳体积减少至原来的确1/4，固形物含量增至45%。添加入维生素A、维生素E或维生素D以及γ-亚麻酸、免疫球蛋白之类活性物质，经10MPa压力的均质处理后送入喷雾塔进行干燥，喷雾压力15MPa,进风温度160℃，排风温度60～70℃。出粉后冷却过筛除去块状物，在混合机内搅拌加入维生素C、维生素B1或维生素B6之类对热不稳定成分，再次过筛，充氮包装后即为成品。为保证维生素A、维生素C、维生素E和γ亚麻酸之类活性物质在贮藏过程中不被坏，充氮包装是很重要的。