第一篇营养学基础
机体需要不断从外界摄取食物，经过消化、吸收、代谢和利用食物中的营养物质来维持生命活动。食物中的营养成分称为营养素，是维持生命的物质基础。人体需要的营养素约有50种，归纳起来可分为五大类，即蛋白质、脂类、碳水化合物、矿物质和维生素。其中，蛋白质、脂类和碳水化合物可提供能量，机体需求量大，统称为宏量营养素；矿物质和维生素不直接提供能量，且在体内的含量相对较低，统称为微量营养素。各种食物所提供的能量和营养素能否满足机体的生理需要，如何通过合理的食物搭配构成平衡膳食以全面满足人体的需要，这些问题对维持机体的正常生理功能和生长发育，促进健康及预防疾病至关重要。
第一节 宏量营养素和能量
一、蛋白质
蛋白质是机体细胞、组织、器官的重要组成成分，同时也是各种功能因子的重要组成成分。没有蛋白质就没有生命，人体内的蛋白质始终处于不断分解和不断合成的动态平衡，成人体内每天约有3%的蛋白质被更新，因此机体需要不断摄取蛋白质。
（一）蛋白质的组成
蛋白质主要由碳、氢、氧、氮4种元素组成，有些蛋白质还含有硫、磷、铁等元素。蛋白质的基本构成单位为氨基酸，构成人体蛋白质的基本氨基酸有20种，这些氨基酸以不同数目、排列顺序及空间结构结合，构成种类繁多、功能各异的蛋白质，发挥不同的生理功能。蛋白质被水解后的次级结构称为肽，含10个及以上氨基酸残基的是多肽，含10个以下氨基酸残基的是寡肽，其中只有3个和2个氨基酸残基的分别称为三肽和二肽。
1.必需氨基酸（essential amino acid，EAA）指人体内不能合成或合成速度不能满足需要，必须从食物中直接获取的氨基酸。构成人体蛋白质的20种氨基酸中，有8种为成人必需氨基酸，包括赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。而对婴儿来说，组氨酸也是必需氨基酸。
2.非必需氨基酸（nonessential amino acid）指人体内能够自身合成，不一定需要食物蛋白质供给的氨基酸，如丙氨酸、精氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、脯氨酸、丝氨酸、天冬氨酸。
3.条件必需氨基酸（conditionallyessential aminoacid）某些氨基酸在正常情况下能够在体内合成，为非必需氨基酸；但在某些特定条件下，由于合成能力有限或需要量增加，不能满足机体需要，必须从食物中获取，变成必需氨基酸，因此称为条件必需氨基酸。例如，半胱氨酸和酪氨酸在体内可分别由蛋氨酸和苯丙氨酸转变而成，当膳食中的蛋氨酸和苯丙氨酸供给不足，或由于某些原因机体不能转化（如苯丙酮尿症患者）时，半胱氨酸和酪氨酸就必须从食物中获取。
1.氨基酸模式（amino acid pattern）食物中必需氨基酸的种类和数量直接决定蛋白质的营养价值，蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例称为氨基酸模式。计算氨基酸模式时常将色氨酸含量定为1.0，然后分别计算其他必需氨基酸与色氨酸的相应比值，人体和几种常见食物中的蛋白质氨基酸模式详见表1-1-1。
2.限制氨基酸（limiting amino acid）有些食物蛋白质中虽然含有种类齐全的必需氨基酸，但是氨基酸模式与人体蛋白质氨基酸模式差异较大，其中一种或几种必需氨基酸含量相对较低，导致其他必需氨基酸在体内不能被充分利用，这些含量相对较低的必需氨基酸称为限制氨基酸，其中含量*低的称为第一限制氨基酸，余者依此类推。
食物蛋白质氨基酸模式与人体蛋白质越接近，必需氨基酸被机体利用的程度就越高，蛋白质的营养价值也相对较高。根据蛋白质所含氨基酸的种类和数量，将食物蛋白质分为三类。
1.完全蛋白质 这类蛋白质所含必需氨基酸种类齐全，氨基酸模式与人体蛋白质接近，为优质蛋白质，或称完全蛋白质。其不仅可维持成人的健康，也可促进儿童生长发育。奶、蛋、鱼、肉等动物蛋白及大豆蛋白都属于完全蛋白质。
2.半完全蛋白质 这类蛋白质所含必需氨基酸虽然种类齐全，但比例不适宜，其中某些氨基酸的数量不能满足人体的需要。它们可以维持生命，但不能促进生长发育。例如，小麦中的麦胶蛋白含赖氨酸很少，为半完全蛋白质。
3.不完全蛋白质 这类蛋白质不能提供人体所需的全部必需氨基酸，单纯靠它们既不利于促进生长发育，也不利于维持生命，如玉米胶蛋白、动物结缔组织中的胶原蛋白等。
（四）蛋白质的功能
1.人体组织的构成成分 蛋白质是人体细胞、组织和器官的重要组成部分。例如，骨骼和牙齿含有大量胶原蛋白，指（趾）甲中含有角蛋白；细胞从细胞膜到细胞内的各种结构中均含有蛋白质。
2.构成体内各种重要的生理活性物质，调节生理功能 构成催化体内物质代谢的酶，如消化酶、过氧化物酶、胆碱乙酰化酶；构成调节生理过程的激素，并维持内环境的稳定，如生长激素、胰岛素、甲状腺素；构成发挥免疫调节作用的抗体；构成具有物质运输和交换功能的载体蛋白和通道蛋白；维持体液渗透压和酸碱度；参与血液凝固、视觉形成、人体运动等。
3.供给能量 当碳水化合物、脂肪提供的能量不能满足机体需要时，蛋白质可被直接氧化分解而释放能量，1g食物蛋白质在体内产生约4kcal（16.7kJ）的能量。
4.肽类的特殊生理功能 近年来研究发现，直接从肠道吸收进入血液的活性肽具有多种重要的功能。它们不仅作为氨基酸的供体，而且是一类生理功能调节物。
（五）蛋白质的消化、吸收和代谢
膳食中蛋白质的消化从胃开始，胃酸和胃蛋白酶使蛋白质变性、水解成小分子多肽和游离氨基酸。小肠是蛋白质消化吸收的主要场所，由胰腺分泌的胰蛋白酶和糜蛋白酶将蛋白质分解为寡肽和少量氨基酸，在被小肠黏膜细胞吸收后，这些寡肽和氨基酸进入肝门静脉，继而被运送到肝脏和其他组织器官利用。少数蛋白质大分子和多肽可直接被吸收。
食物中的蛋白质经消化而被吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混合在一起，分布于体内不同部位并参与代谢，称为氨基酸池。进入细胞的氨基酸主要被用来重新合成人体蛋白质，使机体蛋白质不断更新和修复。未被利用的氨基酸则经代谢转变成尿素、氨、尿酸和肌酐等，由尿和其他途径排出体外，尿氮占总排出氮的80%以上。
摄入氮的量和排出氮的量之间的平衡状态称为氮平衡（nitrogen balance）。当摄入氮和排出氮相等时称为零氮平衡（zero nitrogen balance），健康成人应该维持零氮平衡并富余5%的氮。生长发育期的儿童、孕妇、恢复期患者等应保证适当的正氮平衡（positive nitrogen balance），以满足机体对蛋白质额外的需要。饥饿、疾病及老年时往往处于负氮平衡（negative nitrogen balance），应尽可能减轻或纠正，以保持健康、促进疾病康复和延缓衰老。主要从以下三方面评价食物蛋白质的营养价值。
1.蛋白质含量 是评价食物蛋白质营养价值的基础。
2.蛋白质消化率（protein digestibility）不仅反映了蛋白质在消化道内被分解的程度，同时还反映消化后的氨基酸和肽被吸收的程度。不同的食物，或同一种食物的不同加工方式，其蛋白质的消化率都有差异，如一般动物性食物中蛋白质的消化率高于植物性食物。测定蛋白质消化率时，无论是以人还是以动物为实验对象，都必须检测实验期内摄入的食物氮、排出体外的粪氮和粪代谢氮，再用下列公式计算。粪代谢氮是指肠道内源性氮，是实验对象在完全不摄入蛋白质时粪中的含氮量。
蛋白质真消化率（%）=[食物氮–（粪氮–粪代谢氮）]/食物氮×100%
上式的计算结果是食物蛋白质的真消化率。在实际应用中，往往不考虑粪代谢氮。这样不仅实验方法简单，而且所测得的结果比真消化率要低，因此具有一定的安全性。这种消化率称为表观消化率。
蛋白质表观消化率（%）=（食物氮–粪氮）/食物氮×100%
3.蛋白质利用率 即蛋白质被机体利用的程度，常用指标如下。
（1）生物价（biological value，BV）：蛋白质生物价是反映食物蛋白质经消化吸收后，被机体利用程度的指标，生物价越高，表明其被机体利用的程度越高，可避免未利用的氨基酸经肝、肾代谢而释放能量或由尿排出多余的氮，从而大大减轻肝、肾负担。
（2）蛋白质净利用率（net proteinutilization，NPU）：反映食物蛋白质被利用的程度，包括食物蛋白质的消化和利用两方面。几种常见食物蛋白质量见表1-1-2。
4.蛋白质互补作用 将两种或两种以上的食物混合食用，使不同食物蛋白质中的氨基酸相互补充，以提高混合膳食蛋白质营养价值的作用称为蛋白质互补作用。例如，面粉缺乏赖氨酸，玉米缺乏色氨酸，大豆富含赖氨酸、色氨酸。三者混合食用时，其蛋白质生物价可提高到与肉、鱼类相当的水平。
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