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营养基础知识 武汉大学公共卫生学院 罗 琼
营养学就是研究膳食、营养与人体健康关系的科学。广义的营养学还包括社会、经济、文化、生活习惯和膳食心理等多种领域和学科。It is a science of foods and the nutrients and other substances they contain, and of their actions within the body. A broader definition includes the social, economic, cultural, and psychological implication of food and eating.
一、营养学的几个基本概念 • 营养（nutrition） • 营养素（nutrients） • 营养素需要量（nutritional requirement） • 营养素供给量（recommended dietary allowance，RDA） • 需要量与供给量的关系 • 每日膳食营养素参考摄入量(daily dietary reference intakes，DRIs) 平均需要量(estimated average requirement，EAR) 推荐摄人量(recommended nutrient intake，RNI) 适宜摄人量(adequate intake，AI) 可耐受最高摄人量(tolerable upper intake level，UL)
营养（nutrition）是人体摄取、消化、吸收、转运利用食物中的营养物质以满足机体生理需要并排除废物的过程。It is biological process in which nutrients and functional compositions in foods are ingested, digested, absorbed, transported, utilized and waste materials are excreted.
消化系统由消化道（口腔、咽、食道、胃、小肠、大肠、肛门）和消化腺组成；消化道消化食物和吸收营养物质等，消化腺分泌各种消化液（酶）；消化腺分为大、小两类：小消化腺位于消化管各段的管壁内，如唇腺、舌腺、食管腺、胃腺和肠腺等；大消化腺位于消化管壁以外，如大唾液腺、胰和肝等，它们以导管通连并开口于消化道；管腔内，其分泌物都进入消化管中，完成化学性消化。消化系统由消化道（口腔、咽、食道、胃、小肠、大肠、肛门）和消化腺组成；消化道消化食物和吸收营养物质等，消化腺分泌各种消化液（酶）；消化腺分为大、小两类：小消化腺位于消化管各段的管壁内，如唇腺、舌腺、食管腺、胃腺和肠腺等；大消化腺位于消化管壁以外，如大唾液腺、胰和肝等，它们以导管通连并开口于消化道；管腔内，其分泌物都进入消化管中，完成化学性消化。
营养素（nutrients）是指食物中可给人体提供能量、机体构成成分和组织修复以及生理调节功能的物质。Nutrients are chemical substances obtained from food and used in body to provided energy, structural materials, and repair of the body’s tissues. Nutrients may also reduce the risk of some diseases.
分为5或6大类： 蛋白质(protein) 脂肪(lipids) 碳水化合物(carbohydrate) 矿物质() 维生素(vitamins) 水(water) 前三者又称 宏量营养素； 矿＋维又称 微量营养素。 共42种: 蛋白质中的9种氨基酸 脂肪中的2种多不饱和脂肪酸 1种碳水化合物 7种常量元素＋8种微量元素 14种维生素 水 这42种中的任何一种缺乏，将会出现相关的营养缺乏病。 目前已知人体必需营养素
各类营养素的简要功能 —— 碳水化合物—— 构成机体组织 —— 脂 肪 —— 供 给 能 量 —— 蛋 白 质 ----- —— 无 机 盐 —— 维 生 素 —— 调节生理功能 膳 食 纤 维 —— —— 代表主要功能 －－－代表非主要功能
营养素需要量（nutritional requirement）：是指维持正常生理功能所需要的营养素的数量。需要量有两个概念：一是最低需要量，是指仅能维持生理功能和不致发生缺乏病的量；二是适宜需要量，是指能维持健康、促进生长、保证最高劳动能力，使机体协调的发展，并能最大限度利用营养素的量，比最低需要量要高一些。
营养素供给量（recommended dietary allowance，RDA）：是在生理需要量的基础上考虑了人群的安全 率、饮食习惯、食物生产、社会条件及经济 条件等因素而制定的适宜数值。供给量是建 立在需要量的基础上，一般是需要量平均值 加两个标准差。
每日膳食营养素参考摄入量(daily dietary reference intakes，DRIs)：是在每日膳食中营养素供给量基础上发展起来的一组每日平均膳食营养素摄入量的参考值，其中包括4项内容：平均需要量；推荐摄入量；适宜摄入量和可耐受最高摄入量。
平均需要量(estimated average requirement，EAR)： 平均需要量是制订推荐摄入量的基础； 推荐摄入量(recommended nutrient intake，RNI)： 相当于传统使用的RDA，主要用途是作为个体每日摄入该营养素的目标值，可以满足某一特定性别、年龄及不同生理状况群体中绝大多数(97％-98％)个体需要量的摄入水平； 适宜摄入量(adequate intake，AI)： 适宜摄人量是通过观察或实验获得的健康人群某种营养素的摄人量，主要用途是作为个体营养素摄人量的目标；可耐受最高摄入量(tolerable upper intake level，UL)： 是平均每日摄人营养素的最高限量。这个量对一般人群中的几乎所有个体似不致引起不利于健康的作用。
合理营养与平衡膳食应包括以下要求 • 要满足身体对各种营养素的需要 • 要合理搭配各种食物 • 要科学的烹调食物 • 要有合理的膳食制度和良好的饮食卫生习惯 • 食物应对人体无害
二、各类营养素的营养价值及其评价 • （一）蛋白质（protein）
蛋白质的分类 营养学上根据食物蛋白质所含氨基酸的种类和数量将食物蛋白质分三类： （1）完全蛋白质 这是一类优质蛋白质。它们所含的必需氨基酸种类齐全，数量充足，彼此比例适当。这一类蛋白质不但可以维持人体健康，还可以促进生长发育。
如奶类中的酪蛋白、乳白蛋白、蛋类中的黄磷蛋白、卵白蛋白，肉类中的肌蛋白、白蛋白和大豆中的大豆蛋白等。如奶类中的酪蛋白、乳白蛋白、蛋类中的黄磷蛋白、卵白蛋白，肉类中的肌蛋白、白蛋白和大豆中的大豆蛋白等。
(2) 半完全蛋白质 这类蛋白质所含氨基酸虽然种类齐全，但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，小麦中的麦胶蛋白便是半完全蛋白质，含赖氨酸很少。谷 类蛋白质中赖氨酸含量多半较少。
（3）不完全蛋白质：单纯靠它们既不能促进生长发育，也不能维持生命，反而会使机体日渐消瘦。（3）不完全蛋白质：单纯靠它们既不能促进生长发育，也不能维持生命，反而会使机体日渐消瘦。 这类蛋白质不能提供人体所需的全部必需氨基酸，例如：玉米中玉米胶蛋白（缺少赖氨酸和色氨酸）；动物结缔组织和动物皮中的胶质蛋白（缺少色氨酸、酪氨酸和胱氨酸） 食物蛋白质的营养价值 从以下三方面进行综合评价
（1）含量（凯氏定氮法）测定食物中的含氮量乘以6.25即得出食物粗蛋白含量氮平衡测定结果的三种情况（1）含量（凯氏定氮法）测定食物中的含氮量乘以6.25即得出食物粗蛋白含量氮平衡测定结果的三种情况 测定结果 意 义 人 群 正氮平衡 摄入氮 > 排出氮 婴幼儿、孕妇及疾病初愈的病人 负氮平衡 摄入氮 < 排出氮 慢性消耗性疾病者、饥饿及蛋白质缺乏者 总氮平衡 摄入氮 = 排出氮 正常成年人（为安全摄入氮>排出氮5％） * 氮平衡＝摄人氮—(尿氮+粪氮+经皮肤排出的氮)
（2）质量（以所含必需氨基酸含量及其比值衡量） 评价方法如下 • ①氨基酸模式或化学分 （amino acid model，chemical score） 每克待评蛋白质中某种EAA含量(mg) ×100 每克参考蛋白质中该种EAA含量(mg)
必需氨基酸（essential amino acid, EAA）:是指人体内不能合成或合成速度不能满足机体需要，必须从食物中直接获得的氨基酸。Essential amino acids are amino acids that the body cannot synthesize in an amount sufficient to meet physiological needs.共有8种必需氨基酸：结、亮、异亮、苏、苯丙、色、蛋、赖氨酸，婴幼儿童加组氨酸。
限制氨基酸(1imiting amino acid, LAA): 食物蛋白质中，一种或几种必需氨基酸含量较少，导致其他的必需氨基酸在体内不能被充分利用而浪费，造成其蛋白质营养价值降低，这些含量相对较低的必需氨基酸称为之。Limiting amino acids are the essential amino acids found in the shortest supply relative to the amount needed for protein synthesis in the body. 若两种以上不足，以含量最低的称为第一限制氨基酸、次低者为第二限制氨基酸。
人体每日必需氨基酸需要量及其比值 不同人群需 颉氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苏氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 蛋氨酸 赖氨酸 组氨酸 要量及比值 + 酪氨酸 +胱氨酸 成人需要量10.0 14.0 10.0 7.0 14.0 3.5 13.0 12.0 0.0 （mg/kg） 比 值 2.8 4.0 2.8 2.0 4.0 1.0 3.7 3.4 儿童需要量 33.0 45.0 30.0 35.0 27.0 4.0 27.0 60.0 0.0 （mg/kg） (10-12岁) 比 值 8.3 11.3 7.5 8.8 6.8 1.0 6.8 15.0 婴幼儿需要 93.0 161.0 87.0 87.0 125.0 17.0 58.0 103.0 28.0 量（mg/kg） 比 值 5.0 9.5 5.1 5.1 7.4 1.0 3.4 6.0 1.6
②蛋白质的生物学价值 （protein biological value，BV): 是反映食物蛋白质消化吸收后机体利用程度的指标。 Biological value (BV) is the amount of protein nitrogen that is retained for growth and maintenance, expressed as a percentage of the protein nitrogen that has digested and absorbed. 用被机体利用的蛋白质量与消化吸收的食物蛋白质量的比值的100倍表示。生物价越高，表明其被机体利用的程度越高，最大值为100，计算公式如下 蛋白质的生物学价值 ＝储留氮/吸收氮×100 吸收氮＝摄人氮—(粪氮-粪内源氮) 储留氮＝吸收氮—(尿氮-尿内源氮)
常用食物蛋白质的生物学价值 蛋白质 生物价 蛋白质 生物价 蛋白质 生物价 全鸡蛋 94 白 菜 76 花 生 59 鸡蛋黄 96 牛 肉 76 玉 米 60 牛 奶 90 猪 肉 74 绿 豆 58 鸡蛋白 83 小 麦 67 小 米 57 鱼 83 豆 腐 65 生黄豆 57 大 米 77 熟黄豆 64 高 梁 5
蛋白质的互补作用 (complementary action) 由于各种蛋白质中必需氨基酸的含量和比值不同，故可将富含某种必需氨基酸的食物与缺乏该种必需氨基酸的食物互相搭配而混合食用，使混合蛋白质的必需氨基酸成分更接近合适比值，从而提高蛋白质的生物学价值。 或将几种限制氨基酸不同的食物混合食用，使它们之间相对不足的氨基酸相互补充并使混合后的比值接近人体需要，即为蛋白质的互补作用。 Complementary action refers to two or more protein whose amino acid assortments complement each other in such a way that the essential amino acids missing from one are supplied by the other.
（3）在体内的消化、吸收、利用情况 • ①食物蛋白质的消化率 （protein digestibility） • 真消化率(net digestibility) • 真消化率＝摄人氮—(粪氮-粪内源氮)/ 摄人氮×100％ • 表观消化率(apparent digestibility) • 表观消化率＝摄人氮—粪氮/摄人氮×100％
②蛋白质净利用率（net protein utilization，NPU） 是反映食物中蛋白质被利用的程度。即机体利用的蛋白质占食物中蛋白质的百分比，它包含了食物蛋白质的消化和利用两方面。 蛋白质净利用率＝消化率×储留氮/吸收氮×100％ Net protein utilization (NPU）is the amount of protein nitrogen that is retained from a given amount of protein nitrogen eaten. To determine the amino acid composition and digestibility of a test protein.
③蛋白质功效比值（protein efficiency ratio，PER）是指在实验期内处于生长阶段的幼年动物(一般用刚断奶的雄性大白鼠)的体重增加的克数和摄入蛋白质的量的比值，此比值是反映蛋白质营养价值的指标。由于所测的蛋白质主要被用于提供生长之需要，该指标被广泛用来作为婴幼儿食品中蛋白质的评价蛋白质功效比值＝动物体重增加（g）/ 摄入的食物蛋白质（g）Protein efficiency ratio （ PER）is a measure of protein quality assessed by determining how well a given protein supports weight gain in growing rats. Used to establish the protein quality for infant formulas and baby foods.
（4）蛋白质的食物来源：蛋白质广泛存在于动植物性食物中。动物性蛋白质质量好、利用率高，但同时富含饱和脂肪酸和胆固醇；牛奶是富含多种营养素的优质蛋白质的食物来源，我国人均牛奶的年消费量很低。植物性蛋白质利用率较低；但大豆可提供优质蛋白质，其保健功能也越来越被世界所认识。注意蛋白质互补，适当进行搭配非常重要，应大力提倡我国各类人群增加牛奶和大豆及其制品的消费。（4）蛋白质的食物来源：蛋白质广泛存在于动植物性食物中。动物性蛋白质质量好、利用率高，但同时富含饱和脂肪酸和胆固醇；牛奶是富含多种营养素的优质蛋白质的食物来源，我国人均牛奶的年消费量很低。植物性蛋白质利用率较低；但大豆可提供优质蛋白质，其保健功能也越来越被世界所认识。注意蛋白质互补，适当进行搭配非常重要，应大力提倡我国各类人群增加牛奶和大豆及其制品的消费。
中国居民膳食蛋白质推荐摄入量 年龄/岁 推荐摄入量（g/d） 男 女 0～ 1.5～3g/(kg.d) 1～ 35 35 2～ 40 40 3～ 45 45 4～ 50 50 5～ 55 55 6～ 55 55 7～ 60 60 8～ 65 65 10～ 70 65 11～ 75 75 14～ 85 80 18～ 轻体力劳动 75 65 中体力劳动 80 70 重体力劳动 90 80 孕妇 第1孕期+5 第2孕期+15 第3孕期+20 乳母 +20 60～ 75 65
（二）脂类（Lipids） • 脂类可分为脂肪(fat)及类脂质(lipoid)两大类 • 脂肪是由3分子脂肪酸和1分子甘油组成，化学名为甘油三酯。其主要功能是供能与储能 • 脂肪酸 按其分子结构又分： • 饱和脂肪酸(saturated fatty acid) • 单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid) • 多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid)
必需脂肪酸（essential fatty acid, EFA）: 是指人体不可缺少而自身又不能合成，必须通过食物供给的脂肪酸。 Essential fatty acids (EFA) are fatty acids from foods needed by the body, but not made by it to meet physiological needs.
必需脂肪酸主要有以下一些功能： 是磷脂的重要组成成分 是合成前列腺素的前体 与胆固醇的代谢有关
脂肪的营养价值主要从 三个方面来评价 • （1）必需脂肪酸含量（EFA） 不饱和脂肪酸中n－6系的亚油酸(linoleic acid，) 与n－3系的α—亚麻酸(linolenic acid，)是必需脂肪酸
多不饱和脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）等n－3系具有很重要的生理作用：多不饱和脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）等n－3系具有很重要的生理作用： • 构成前列腺素3和血栓素3， • 有抑制血小板凝集， • 降低血液黏度，降低血脂作用 • 降低冠心病的发病率
（2）消化率 • 脂肪在人体的消化吸收率与其熔点有关 • 熔点低于体温（37℃）者，容易被人体吸收 如：花生油、芝麻油、豆油、棉子油、菜油、橄榄油、椰子油等的熔点等，消化率均高达98%以上；而羊油牛油的熔点在50℃左右，它们在体内的消化率只有81％-89%。 • （3）脂溶性维生素的含量 • 除鱼肝油外动物脂肪中几乎不含维生素，植物油中则含维生素E较多
（4） 脂类的食物来源及供给量 • 人类膳食脂肪主要来源于动物的脂肪组织、肉类及植物的种子； • 动物脂肪含饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸；植物油主要含不饱和脂肪酸鱼贝类食物含二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）相对较多； • 含磷脂较多的食物为蛋黄、肝脏、大豆、麦胚和花生等； • 含胆固醇丰富的食物是动物脑、肝、肾等内脏和蛋类；肉类和奶类也有一定的含量； • 脂肪摄入过多，可导致心血管疾病、高血压和某些癌症发病率的升高； • 我国成人脂肪摄入量应控制在20％～30％；必需脂肪酸的摄入量应不少于总能量的3％。
（三）碳水合化物(carbonhydrates) • 1812年，俄罗斯化学家Kirchoff报告，植物中碳水化合物存在的形式主要是淀粉，在稀酸中加热可水解为葡萄糖。 • 1844年，Schmidt指出，碳水化合物含有一定比例C、H、O三种元素，其中H和O的比例恰好与水相同为2：1，好像碳和水的化合物，故称此类化合物为碳水化合物，这一名称一直沿用至今。
（1） 碳水合化物的分类 （引自FAO/WHO 1998）
新成员 • 抗性淀粉（RS）也可称人类不消化淀粉，属一种食物成分它不能在小肠消化吸收和提供葡萄糖，可100%在结肠被生理性细菌发酵，产生短链脂肪酸后重吸收，可继续给机体提供能量而不增加粪便量。
（2）膳食纤维（dietary fiber） 及其生理作用 膳食纤维 纤维是指存在于植物体中不能被人体消化吸收的多糖。但由于其特有的生理作用，营养学上仍将它作为重要的营养素。存在于食物中的各类纤维统称为膳食纤维,一般分为： 可溶性纤维（soluble fiber） 不溶性纤维（ insoluble fiber ）。
膳食纤维的种类、食物来源和主要功能（译自Perspective in Nutrition,第3版，82页，1996）
生理功能 • ①通便防癌 膳食纤维对肠壁有刺激作用，能促进肠蠕动，还具有很强的吸水性以增大粪便体积，因此利于排便； • ②降低血清胆固醇 膳食纤维可吸附胆酸，减少胆酸的重吸收，从而促进肝内胆固醇代谢转变为胆酸排出；
③降低餐后血糖辅助防治糖尿病 膳食纤维增加食糜的粘度使胃排空速度减慢，并使消化酶与食糜的接触减少，使餐后血糖升高较平稳；④能吸附某些有害物质食品添加剂 农药、洗涤剂等化学物质，对健康有利。
（4）乳糖不耐受( Lactose intolerance ) • 世界各地都有一部分人（70％）有不同程度的乳糖不耐受，他们不能或只能少量地分解吸收乳糖，而大量的乳糖因未被吸收而进入大肠，在肠道细菌作用下产酸、产气，引起胃肠不适、胀气、痉挛和腹泻。其原因有三： • 先天缺少或不能分泌乳糖酶； • 某些药物或肠道感染而使乳糖酶分泌减少； • 由于年龄增加，乳糖酶水平不断降低。 • 克服这种乳糖不耐受，可选用经发酵的乳制品
（5）碳水化物的供给量和来源 • 供给量应占总热能的55％—65％ • 碳水化物食物选择的原则 • 应由多种食物提供，不要来源于单一或少数几种食物； • 谷类、根茎类、豆类、水果、蔬菜是全世界健康膳食组成成分；以谷类、根茎类为主食的地方，是碳水化物的主要来源； • 水果和蔬菜摄入量要高，也是碳水化物一个有价值的来源； • 鼓励豆类、坚果类的消费，也代表一小部分碳水化物的能量； • 最佳膳食总能量至少有55%来自多种碳水化物的食物； • 上述原则适用与2岁以上的所有人群。
（1）单位换算如下 1千卡(kcal) = 4.184千焦 1千焦（kJ） = 0.239千卡 1兆焦(MJ) = 239千卡 1000千卡 = 4.184兆焦（16.8kJ） （2）产热系数 1克碳水化物可产生热能4千卡（16.8kJ）； 1克脂肪可产生9千卡（37.8kJ）； 1克蛋白质克产生4千卡 （四）热能
