食物为身体提供的不只是热量，还有很多营养成分，除了宏量营养素，还包括多种微量营养素。这些营养素虽然每日需求量不多，但对人体的正常生理功能和健康非常重要。微量营养素包括维生素和矿物质两类，维生素的发现是营养学成为一门独立学科的开端，也是营养学中获得诺贝尔奖最多的领域。矿物质包括宏量元素和微量元素，著名的钠、钾、钙、铁都是生命必需的矿物质。维生素和矿物质缺乏曾经是严重的健康问题，如今某些地区和特殊人群仍需要通过药物和营养补充剂来补充维生素和矿物质。但是并不是所有人都需要吃维生素片，维生素也不是包治百病的神药。这部分就来讲讲这些生命不可缺少的微量营养素。
维生素的发现是营养学的开端
虽然早在古埃及时期人们就发现单调的饮食容易导致疾病，但是对于到底缺乏什么让人得病还是没有定论。直到年，苏格兰外科医生Lind发现长时间在海上航行的水手容易出血，补充新鲜水果，特别是柠檬汁后这种情况就可以得到治愈。虽然当时还没有分离提纯出维生素C，但这是第一次把膳食中缺乏某种物质和特定的疾病联系起来。此后，水手们都会嚼一些柠檬来预防坏血病，所以水手们也获得了“Limey”（青柠仔）这样的外号。坏血病的问题解决了，但是水手们在维生素发现史上的作用还没有结束。在日本，随着精制大米技术的提高，漂泊在印度洋上的水兵们也吃上了脱壳的精粮。但是这些水兵反而出现了消瘦、水肿、精神异常等不适，他们所得的病叫做脚气病（英文Beriberi，在斯里兰卡当地语言中就是“我不行了”的意思）。年荷兰科学家Eijkman在他的养鸡场做了实验，只吃精米的鸡都出现了类似脚气病的表现，而吃糙米的鸡反而很健康。年波兰科学家CasimirFunk提出假说，认为缺乏对于生命必需的有机物质是导致脚气病和坏血病的原因，他认为这些物质都是一些含氮的化合物，所以把英文的生命（vita）和氨基物质（amine）连在一起，造出了一个新词“vita-amine”，之后缩写为“vitamin”，也就是“维生素”。直到年科学家们终于从米麸中提纯出可以治疗脚气病的物质，并命名为维生素B1。年在实验室中首次合成了治疗坏血病的物质——维生素C。Eijkman也因对维生素B1和脚气病的研究获得了年诺贝尔生理学及医学奖。维生素的发现、提纯和合成是19世纪至20世纪初最令人兴奋的医学成果之一。先后有17人次因相关发现获得了诺贝尔生理学及医学奖和化学奖。对于维生素的研究可以说是营养学作为独立学科的开端。
当然现在我们知道维生素不都是含氮的，也不都含有氨基，但是“vitamin”（维生素）这个名字却一直沿用至今。那么什么样的物质可以叫做维生素呢？
维生素必须是非糖类、脂肪或蛋白质的有机物质（而矿物质是无机物质），必须有特定的生物活性，缺乏这种物质会导致某些特定疾病，人体不能自主合成这些物质，必须通过膳食摄取，只需要很少量就可以满足人体需求（以毫克或微克来计算）。
维生素根据能否溶于水可分为两类，即水溶性维生素和脂溶性维生素。这两类维生素在需求量、吸收、储存、排泄等方面都有所不同。
脂溶性维生素：
维生素A、维生素D、维生素E和维生素K。
水溶性维生素：
维生素C和8种B族维生素［维生素B1（硫胺）、维生素B2（核黄素）、维生素B3（烟酸）、维生素B5（泛酸）、维生素B6、维生素B12、叶酸、生物素］。
各种维生素的作用
每种维生素在人体中都有特定的作用。它们虽然是食物中的营养素，但主要作用不是提供能量，而是帮助身体进行各种重要的生化反应，甚至起到信号传导作用，调节基因表达。维生素的主要作用可以分为以下几类。
代谢反应中所需要的辅酶：所有的B族维生素、维生素K。
抗氧化剂：维生素C、维生素E。
影响基因表达：维生素D。
光感受器的成分：维生素A。
目前维生素包含13大类物质，每一类维生素不只对应一种化学物质，如维生素E其实是一大类结构相关的化学物质，维生素A和维生素D也有几种化学形式。
对于大部分水溶性维生素，如果仅从食物中获取基本不会出现过量，即便补充维生素片，多余的维生素也可以很快通过肾脏排出。水溶性维生素缺乏大多会影响一些能量代谢旺盛的组织，如红细胞、神经细胞等。脂溶性维生素更容易出现过量，因为储存在身体中的脂溶性维生素不容易排出，维生素D和维生素K的合成需要身体的参与，皮肤、肝脏和肾脏都参与维生素D的合成，而肠道菌群会协助合成维生素K。所以日晒不足、肾功能异常的人群需要额外补充维生素D，而肠道菌群还没有建立起来的新生儿需要补充维生素K。
人体必需的矿物质
矿物质是指不含碳原子的无机元素。人体必需的化学元素有21种。除了有机物质中的碳、氢、氧及氮元素，剩下的17种就是膳食中的矿物质，根据在人体中含量的多少又可以分为宏量元素和微量元素。矿物质在正常人饮食中仅占5%，但对于人体的健康是必不可少的。宏量元素定义为成人需要量超过mg/d或占总体重不足1%的矿物质；微量元素定义为成人需要量为1～mg/d或占总体重不足0.01%的矿物质。
微量元素：铁、锌、铜、锰、钼、氟、钴、碘、硒和铬。
宏量元素：根据元素含量由多到少，包括钙、磷、钾、硫、钠、氯和镁。
除了白砂糖和食用油，基本上所有的食物中都含有矿物质。不同矿物质的膳食来源不同，如钙主要来自奶和酸奶、奶酪等乳制品；铁主要来自肉类食物。均衡的膳食对于摄取足够的矿物质非常重要。
因为矿物质是无机物，如铁、钙等，并不是所有食物中的矿物质都能被人体吸收。食物中矿物质能被吸收的程度被称为某种矿物质的生物利用度。食物的种类和同时吃了什么都会影响矿物质的生物利用度。所以即便膳食中的矿物质总量能够满足每日推荐摄入量，也不能保证实际吸收足够的矿物质。总体来讲，动物类食物中的矿物质比植物类食物更容易被吸收。植物类食物中常含有带负电荷的有机物质，如植酸、草酸和膳食纤维等，可以和带正电荷的矿物质，如铁、锌、钙结合，阻碍这些矿物质的吸收。所以对于以单一的植物类食物为主的膳食结构来说，矿物质的吸收效率更低。在摄取和补充矿物质的时候一定要注意矿物质的生物利用度。对于肾功能正常的人群，仅从膳食中获取矿物质一般不会出现缺乏或过多的症状。
注：正常的甲状腺能够适应较大范围的碘摄入量。过量碘化物对甲状腺异常患者造成的影响不同于正常人，取决于基础疾病。例如，对于缺碘的地方性甲状腺肿患者，补充碘会迅速增加甲状腺激素的产生，导致甲状腺功能亢进；相反，对于桥本甲状腺炎患者，补充碘可能会诱发或加重甲状腺功能减退
需要多少维生素和矿物质
补充过维生素的人都会注意到维生素和矿物质有一些相关的推荐摄入量，包括DRI、AI、RDA等，在生活中也可能会遇到这些概念，如孕妇的铁元素RDA是多少。那么这些概念是什么意思？在营养学上，它们有怎样的区别和联系呢？在这里帮大家梳理一下。
首先，把看起来复杂的英文缩写做些说明。
DRIs：膳食营养素参考摄入量。
RD：推荐膳食营养素供给量。
RNI：推荐摄入量。
EAR：平均需要量。
AI：适宜摄入量。
UL：可耐受最高摄入量。
早在年美国就开始有了对膳食中营养素的量化推荐，美国农业部首先制订了蛋白质摄入的推荐量。在“二战”期间，1/3的人群都罹患营养不良相关疾病，为了保证民众，特别是军人的营养供应，美国政府组织营养学家在年制订了能量和8种主要营养素的推荐摄入量，这也就成了第一版推荐膳食营养素供给量（RDA）。制订推荐摄入量的初衷是为了在战时计划营养补给，所以推荐摄入量是可以满足大部分（97%以上）特定年龄阶段及性别的居民对某种营养素需求量的该营养素的每日摄入量。说起来有点拗口，举例说明，如铁元素的推荐摄入量对于20岁的男性是8mg/d，这意味着97%的20岁男性在每日摄入8mg铁的情况下是不会因为缺铁而得病的。此后推荐摄入量每5～10年就更新一次，而最初制订RDA的机构后来就发展成为了食物与营养委员会。推荐摄入量的制订促使食品制造者在食物中添加各种维生素和矿物质并普遍地改善了人们的膳食，有效地缓解了营养缺乏所致的各种疾病。
随着时间的推移，人们对于营养的概念有了变化，从“不生病”到“活得好”，对于营养摄入量也有了更多的要求。有RDA的营养素从一开始的8种逐步发展到更多种。另外除了营养素缺乏，营养学家认识到营养素过剩也会导致各种问题，为了避免营养素摄入过量导致疾病，年开始在推荐摄入量中添加了部分营养素的可耐受最高摄入量。这就发展出了一整套关于营养素摄入量的数值，这一套数值就是DRIs（因为不止一个数值，所以会在后面加一个s代表复数），包括RDA、EAR、AI及UL。
在制订营养素的膳食推荐量时，核心的问题是健康人群每天需要多少某种营养素。这个需求量是根据大量临床研究和动物研究而制订的。具体选择哪些研究来制订膳食推荐量是根据某种营养素的生理功能和缺乏这种营养素可能出现的疾病来确定的。不同个体对于某种营养素的需求是不同的，膳食营养素参考摄入量（DRIs）提供的是针对群体的摄入范围，但是会根据不同的年龄、性别、生命阶段而有所不同。如男性和女性对于铁的需求量就不同，而从出生、儿童、青少年到成人再到孕期、哺乳期及老年期，对于各种营养素的需求量也不同。所以在解读DRIs的时候要找到相对应的年龄和性别，对个别身高、体重超过平均情况的个体，可能需要按每千克体重的需要量调整其推荐摄入量。不同国家对于某些微量营养素，特别是矿物质的DRIs是不同的，这与不同国家土壤及水质中的矿物质含量不同相关。另外，不同纬度的国家对于维生素D的推荐摄入量不同，因为日照越少的国家，人体合成维生素D的量越少，需要从食品中摄入的维生素D越多。
有些营养素目前还没有足够的资料来制订可耐受最高摄入量，但这并不意味着过多摄入这些营养素没有潜在危险。总体来讲，脂溶性维生素容易蓄积在体内，本身需求量又比较少，所以存在摄入上限；一些水溶性维生素，如维生素C、叶酸、维生素B6等及矿物质也有摄入上限，但它们的摄入上限都比其推荐摄入量高很多，如果没有通过药物额外补充，只从食物中获取，不会出现超过最高上限而中毒的情况。制订摄入上限主要是因为目前市面上的维生素补充剂种类繁多，要避免因为过度补充而导致疾病的可能性。
需要特别指出的是，DRIs对于每一年龄、性别及不同营养素均有不同值，所以实际上DRIs是一小本书或几个大表，不是一个简单的值。DRIs的适用对象是健康个体，而不是本身有营养相关疾病的人，但是在临床上对于没有特定疾病的人群，也会参考健康人的推荐摄入量来制订其营养和膳食计划。有些营养素未制订可耐受最高摄入量，主要是因为研究资料不充分，并不表示可以随便吃。
我国早在年就制订了推荐膳食营养素供给量（RDA）。中国营养学会在年制订了第1版《中国居民膳食营养素参考摄入量》并且在年起开始修订，在年发布了《中国居民膳食营养素参考摄入量（版）》。最新版的《中国居民膳食营养素参考摄入量》尽可能采用以中国居民为对象的研究资料，使得推荐数值对于国人更有针对性。
总体来讲，我们在通过膳食或补充剂补充维生素和矿物质时，每天应该以同年龄、同性别的推荐摄入量（RDI）或适宜摄入量（AI）为目标，而不要超过可耐受最高摄入量（UL），这样就是比较健康和安全的。
哪些人群需要补充维生素和矿物质
据统计，年全球营养补充剂的销售额达到了亿美元，并且这一数据还在持续增长，预计在年翻一番。营养补充剂中最常见的是维生素和矿物质补充剂，但并不是所有人都需要额外补充维生素和矿物质，维生素摄入过多也会导致疾病。什么样的人群需要补充维生素和矿物质呢？
新生儿：
在出生之后新生儿的肠道没有办法通过细菌合成维生素K，母乳中的维生素K含量也比较少，所有母乳喂养的婴儿在出生后前3个月都需要补充维生素K。婴儿还需要补充维生素D至少到4岁左右。
中老年人：
特别是绝经后的女性（50岁以上）和老年男性（70岁以上），可能需要补充维生素D和钙。50岁以上的中老年人可能需要补充维生素B12。
孕妇：
在怀孕之前4周就需要开始补充叶酸，孕期需要补充维生素D和铁、钙。
素食或完全素食者：
需要补充维生素B12和铁。
在补充维生素，特别是脂溶性维生素的时候，会遇到两种不同的单位，一种是国际单位（IU），另外一种是重量单位，包括毫克（mg）、微克（μg）等。为什么会有这两种单位的区别呢？因为脂溶性维生素一般都是一类而不是一种物质，如维生素A就包括视黄醇、视黄醛、维A酸等许多不同的形态，还有维生素A的前体β-胡萝卜素。膳食中的维生素D也有维生素D3（胆钙化醇）和维生素D2（麦角钙化醇）两种形式。同样重量的不同化学形式的维生素在人体内的活性是不同的，为了描述某种维生素在人体内的活性，就衍生出了国际单位（IU）这个单位系统。很多维生素的摄入量指南中所用的单位都是国际单位，而各种补充剂中的单位可能是国际单位，也可能是重量单位，所以需要换算之后才知道吃某种补充剂能不能达到推荐摄入量。下面是常见的维生素补充剂中国际单位和重量单位的换算。
维生素A（视黄醇）：1IU=0.3μg
维生素D3：1IU=0.μg
维生素E（天然α生育酚）：1IU=0.67mg
如何减少食物中维生素的流失
很多维生素有抗氧化作用，而抗氧化作用在食物烹饪和储存过程中会有所流失。如何减少食物中维生素的流失呢？烹饪对于水溶性维生素的破坏更明显，罐头青豆和胡萝卜中的维生素C比新鲜食物中减少90%，烹饪对于食物中维生素C的破坏可达15%～55%，其中微波烹饪对于保留食物中的维生素C最有利。脂溶性维生素，如维生素A、维生素D、维生素E在烹饪中流失相对较少，而且烹饪后的胡萝卜能释放出更多的胡萝卜素。各种烹饪方法中，油炸对于维生素的破坏作用最明显。
小贴士：常见的保存食物中维生素的建议
尽量吃新鲜的蔬菜水果，储存新鲜蔬菜水果时最好冷藏。
为了减少食物中维生素被氧化，储存已经切开的蔬菜水果或者已经开封的果蔬汁时最好采用密封的容器。
为了减少在洗菜时维生素的流失，尽量先洗菜再择菜或切菜。
为了减少烹饪时维生素的流失，尽量使用蒸、煮或微波的方法，等水开了再放入蔬菜，炒菜时可以采用加水炖的方法，避免在过高温度下烹饪太久。