蛋白質(zhì)是構(gòu)成人體一切細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)的最重要組成成分,是在所有生命現(xiàn)象中起著決定性作用的基本物質(zhì)??梢哉f(shuō),沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命。所以,蛋白質(zhì)是人體不可或缺的重要營(yíng)養(yǎng)素。 蛋白質(zhì)是一類復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物。主要含有碳、氫、氧、氮,及少量硫、磷、鐵、銅、碘、鈷元素等。與其他供能營(yíng)養(yǎng)素相較,含有氮元素是其最突出的特點(diǎn),因而蛋白質(zhì)是人體氮元素的唯一供源。這也是其他營(yíng)養(yǎng)素?zé)o法替代的。一般蛋白質(zhì)中氮的平均含量為16%,以測(cè)出的含氮量乘以6.25即可換算成蛋白質(zhì)量。
蛋白質(zhì)的分類方法有多種。營(yíng)養(yǎng)學(xué)中一般多按化學(xué)結(jié)構(gòu)、形狀及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等三種方法分類。
2.按蛋白質(zhì)形狀:可將蛋白質(zhì)分為纖維狀蛋白質(zhì)和球狀蛋白質(zhì)。前者多為結(jié)構(gòu)蛋白,是形成機(jī)體組織的物質(zhì)基礎(chǔ),如膠原蛋白等;后者多用以合成生物活性因子,如酶、激素、免疫因子、補(bǔ)體等。 3.按營(yíng)養(yǎng)價(jià)值:可將蛋白質(zhì)分為完全蛋白質(zhì)、半完全蛋白質(zhì)和不完全蛋白質(zhì)。完全蛋白質(zhì)所含氨基酸種類齊全、數(shù)量充足、比例合理,既能維持動(dòng)物生存,又能促其生長(zhǎng)發(fā)育,如牛奶、蛋、肝臟、酵母、黃豆及胚芽等食物中所含的蛋白質(zhì);否則即為不完全蛋白質(zhì),其所含氨基酸種類不全,如動(dòng)物明膠和玉米膠蛋白等;半完全蛋白質(zhì)所含氨基酸種類齊全,但有的氨基酸數(shù)量不足,雖能維持動(dòng)物生存,卻不能促其生長(zhǎng)發(fā)育,如麥膠蛋白等。
蛋白質(zhì)經(jīng)物理或化學(xué)方法處理后,其性質(zhì)可發(fā)生改變。變性后的蛋白質(zhì)較易被人體蛋白酶消化。這就是蛋白質(zhì)食品在加工后更易被人消化、吸收的原理。除用酸或堿水解蛋白質(zhì)外,亦有利用酶水解蛋白質(zhì),均可使之分解成氨基酸。如醬油、醬、醬豆腐、豆腐、奶酪、松花蛋等食品。若采用高溫或酒精可使細(xì)菌細(xì)胞中的蛋白質(zhì)變性凝固,失去活力,以達(dá)到殺菌消毒目的。 此外,蛋白質(zhì)的分子量極大,不能透過(guò)半透膜,利用這個(gè)性質(zhì)通過(guò)透析,可對(duì)不同蛋白質(zhì)進(jìn)行分離和純化。同時(shí),蛋白質(zhì)含有的羧基和氨基,具有酸性和堿性,可成為人體內(nèi)重要的緩沖體系,以緩解外因?qū)C(jī)體產(chǎn)生的沖擊性影響。 三、氨基酸(amino acid) 氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。每個(gè)蛋白質(zhì)都是由許多氨基酸以肽鍵聯(lián)結(jié)起來(lái),并形成特定空間結(jié)構(gòu)的大分子。由于氨基酸的羧酸分子的α碳原子上的氫被一個(gè)氨基取代,故又稱為α-氨基酸。 1.氨基酸的分類 目前,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有20種。其中,有一部分是人體能自行合成的。但還有8種是人體不能自行合成或合成速度不能滿足機(jī)體的生理需要,必須由食物供給的,故被稱為必需氨基酸,如異亮氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、纈氨酸;其他的則為非必需氨基酸。應(yīng)該注意的是,所謂必需和非必需只是營(yíng)養(yǎng)學(xué)中的概念。也就是說(shuō)非必需氨基酸只是不需要食物供給。對(duì)于嬰兒而言,組氨酸亦屬必需氨基酸,故其必需氨基酸為9種。 一般按氨基酸的營(yíng)養(yǎng)學(xué)特征,除必需氨基酸和非必需氨基酸外,還有一類條件必需氨基酸,又稱半必需氨基酸。這類氨基酸有其合成需要其他氨基酸供碳;且其合成的最高速度有限等特點(diǎn),如半胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、絲氨酸和甘氨酸等。條件必需氨基酸的長(zhǎng)期缺乏會(huì)引起人體某些蛋白質(zhì)合成障礙。 2.氨基酸模式及限制氨基酸 ⑴氨基酸模式:是指蛋白質(zhì)中各種必需氨基酸的構(gòu)成比例。通常將含量最少的色氨酸定為1,即可依次計(jì)算出其他幾種必需氨基酸的相應(yīng)比值。一般食物蛋白質(zhì)中的氨基酸模式與人體蛋白質(zhì)中的氨基酸模式越接近,那么這種食物提供的必需氨基酸利用價(jià)值就越高,其蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也越高。 表1—4人體和幾種常用食物蛋白質(zhì)的氨基酸模式比較
表1—4人體和幾種常用食物蛋白質(zhì)的氨基酸模式比較
⑵限制氨基酸:如果食物蛋白質(zhì)所含的必需氨基酸中,有一種或幾種的含量偏低,即會(huì)導(dǎo)致食物蛋白質(zhì)中的其他必需氨基酸得不到充分利用,以致這種食物蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低。那么這一種或幾種氨基酸即被稱為限制氨基酸。其中,含量最低的那一種稱為第一限制氨基酸,余者類推。如面粉中賴氨酸的量最低,即為第一限制氨基酸。 四、蛋白質(zhì)的消化、吸收與代謝
通常,人體消化道內(nèi)的蛋白質(zhì)是不可能全部被消化、吸收。未被消化的蛋白質(zhì)和部分消化后又不易被腸壁吸收的蛋白質(zhì),在大腸內(nèi)的細(xì)菌作用,發(fā)生腐敗,產(chǎn)生有毒物質(zhì)。其中,大部分隨糞便排出體外,亦有少量被腸粘膜吸收,隨血液運(yùn)往肝臟,進(jìn)行生理解毒,然后隨尿排出,故人體不會(huì)因此發(fā)生中毒。如果,這些不易被腸壁吸收的蛋白質(zhì)被少量吸收,即可能引起人體過(guò)敏反應(yīng),發(fā)生蕁麻疹、濕疹、哮喘等病癥。 一般,每天人體腸道內(nèi)被消化、吸收的蛋白質(zhì)約有70克左右。其不僅來(lái)自于食物,也來(lái)自于腸道脫落的粘膜細(xì)胞和消化液中的蛋白質(zhì)等。 五、生理功能
蛋白質(zhì)是生物細(xì)胞原生質(zhì)的重要組成成分。人體中所有的細(xì)胞及體液都含有蛋白質(zhì)。一般,成年人的體內(nèi)約含蛋白質(zhì)16.3%,相當(dāng)于人體體重的45%,含量?jī)H次于水。機(jī)體需要蛋白質(zhì)組成新的細(xì)胞組織,維持人體生長(zhǎng)發(fā)育,對(duì)兒童及孕婦尤為重;人體內(nèi)的臟器與組織細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì),既在不斷分解破壞,又在不斷更新與修補(bǔ)。因此,充足的食物蛋白質(zhì)供應(yīng)能使人精神充沛、活力旺盛、耐力持久。 若食物蛋白質(zhì)供應(yīng)不足,不僅會(huì)導(dǎo)致兒童的生長(zhǎng)發(fā)育障礙、成年人體質(zhì)下降;而且使之患病率增高、病程遷延、傷口愈合減慢,甚至惡化及康復(fù)不良等。 2.參與構(gòu)成重要的生物活性因子 人體要維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定,并發(fā)揮各項(xiàng)生理機(jī)能,需要多種生物活性因子共同作用。而這些因子,如各種消化酶、激素、抗體、血紅蛋白等的合成都必須以蛋白質(zhì)為原料。若食物蛋白質(zhì)供應(yīng)不足,這些因子的合成量即減少。人體就會(huì)因此而虛弱或發(fā)病,如常見(jiàn)倦怠疲勞、血壓低、貧血等。 3.供給熱能 蛋白質(zhì)亦是人體能量的來(lái)源,每克為4.0kcal(16.74kJ)。由蛋白質(zhì)提供的能量約占人體每日所需總能量的10~15%。但供能不是蛋白質(zhì)的首要功能。一般情況下,人體以碳水化合物和脂肪供能為主,只有在碳水化合物和脂肪供能不足,或氨基酸攝入量超過(guò)體內(nèi)蛋白質(zhì)更新的需要時(shí),才會(huì)成為供能的主體。 六、食物蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)定
食物蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,取決于其必需氨基酸的種類及含量。一般而言,動(dòng)物類蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值多優(yōu)于植物類蛋白質(zhì)。故對(duì)蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)多從“質(zhì)”與“量”兩方面入手。 1.食物蛋白質(zhì)的含量 食物中蛋白質(zhì)含量是否豐富是評(píng)定蛋白質(zhì)食物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。在日常食物中,蛋白質(zhì)含量以大豆最高(36.3%),肉類次之。對(duì)中國(guó)乃至亞洲人而言,谷糧類食物蛋白質(zhì)亦很重要,如我國(guó)傳統(tǒng)膳食結(jié)構(gòu)中來(lái)自主食的蛋白質(zhì)約占日攝入的總蛋白質(zhì)量的60~70%;而且豆制品、花生、核桃、杏仁等蛋白質(zhì)含量較高植物類食品亦是人體蛋白質(zhì)的良好來(lái)源。但蔬菜、水果中的蛋白質(zhì)含量很少,故不宜作為主食。 2.食物蛋白質(zhì)的消化率 蛋白質(zhì)消化率,不僅能反映蛋白質(zhì)在消化道內(nèi)被分解的程度,還能反映消化后的氨基酸和肽被吸收的程度。 其公式為: 蛋白質(zhì)消化率(%)=[氮吸收量÷氮食入量]×100 氮吸收量=I-(F-Fm) 氮食入量=I I、F分別代表食物氮和糞氮。 Fm為糞代謝氮。 糞氮絕大部分來(lái)自未能消化、吸收的食物氮,但也含有消化道脫落的腸粘膜細(xì)胞和代謝廢物中的氮。后兩者稱為糞代謝氮。糞代謝氮是在人體進(jìn)食足夠熱量,但完全不攝取蛋白質(zhì)的情況下在糞便中亦可測(cè)得。如果在測(cè)定糞氮時(shí)忽略糞代謝氮不計(jì),所得的結(jié)果即稱為“表觀消化率”;若將糞代謝氮計(jì)算在內(nèi)的結(jié)果則稱為“真消化率”或“消化率”。 蛋白質(zhì)的消化率會(huì)在人體、食物及其相關(guān)的多種因素影響下,發(fā)生變化。如人的全身狀態(tài)、消化功能、精神情緒、飲食習(xí)慣及食物的感官性態(tài)等等;食物中諸如食物纖維素含量、烹調(diào)加工方式、食物與食物間的相互影響等等。再如整粒進(jìn)食大豆時(shí),其所含蛋白質(zhì)的消化率僅為60%,若加工成豆腐,即可提高至90%; 一般烹調(diào)中的蒸、煮等方法對(duì)食物中蛋白質(zhì)的消化率影響較??;若釆用高溫煎炸的方法就可能破壞食物蛋白質(zhì)中的部分氨基酸,還會(huì)降低蛋白質(zhì)的消化率。 一般采用普通的烹調(diào)工藝加工時(shí),動(dòng)物類食物蛋白質(zhì)的平均消化率高于植物類食物蛋白質(zhì);奶類及乳制品中的蛋白質(zhì)消化率為97~98%;肉類中的蛋白質(zhì)為92~94%,蛋類的為98%;米飯及面制品的為80%左右,馬鈴薯的為74%,玉米面窩頭的為66%。 植物類食物蛋白質(zhì)消化率徧低的原因,與其被粗纖維素包圍,不能與消化酶充分接觸有關(guān);整粒大豆中含有的抗胰蛋白酶是妨礙蛋白質(zhì)的充分消化的重要因子。因此,運(yùn)用特殊的加工工藝以去除植物類食物中的纖維素,或破壞抗胰蛋白酶等,可有效提高植物類食物蛋白質(zhì)的消化率。 3.食物蛋白質(zhì)的利用率 食物蛋白質(zhì)在消化過(guò)程中,其消化率可能在各種因素的影響下發(fā)生變化。故營(yíng)養(yǎng)學(xué)中常采用蛋白質(zhì)的利用率來(lái)表示食物蛋白質(zhì)實(shí)際被利用的程度。蛋白質(zhì)的利用率是將食物蛋白的生物價(jià)與其消化率綜合起來(lái)評(píng)定。 (1)食物蛋白質(zhì)的生物價(jià) 蛋白質(zhì)的生物價(jià)(biological value,BV)是用來(lái)評(píng)定食物蛋白質(zhì)在體內(nèi)被消化、吸收后的利用程度的營(yíng)養(yǎng)學(xué)指標(biāo)。通常,生物價(jià)是以氮儲(chǔ)留量對(duì)氮吸收量的百分比來(lái)表示的。 即: ①BV=[氮儲(chǔ)留量÷氮吸收量]×100 氮儲(chǔ)留量= I-(F-Fm)-(U-Um) 氮吸收量= I-(F-Fm) I、F、U分別代表食物氮、糞氮和尿氮。 Fm、Um分別為糞代謝氮及尿內(nèi)源氮。 ②蛋白質(zhì)的凈利用率=生物價(jià)×消化率=[氮儲(chǔ)留量÷氮食入量]×100 氮儲(chǔ)留量= I-(F-Fm)-(U-Um) 氮食入量=I I、F、U分別代表食物氮、糞氮和尿氮。 Fm、Um分別為糞代謝氮及尿內(nèi)源氮。 尿氮和尿內(nèi)源性氮的檢測(cè)原理和方法與糞氮、糞代謝氮一樣。大凡食物蛋白質(zhì)中所含的必需氨基酸種類齊全、比例適當(dāng),與人體組織蛋白質(zhì)相近似,少量即可維持氮平衡。故表明這種食物蛋白質(zhì)的品質(zhì)優(yōu)良,生物價(jià)高。若其所含必需氨基酸的種類不全,或含量不足,或含量尚可,但比例不當(dāng)?shù)?,均表示其生物價(jià)偏低,品質(zhì)較差。 在臨床上,食物蛋白質(zhì)的生物價(jià)對(duì)指導(dǎo)肝、腎病人的膳食尤為重要。生物價(jià)高的食物蛋白質(zhì)中必需氨基酸都被用來(lái)合成人體蛋白,極少有過(guò)多的氨基酸需經(jīng)肝、腎代謝而釋放能量,或由尿排出多余的氮,故可大大減輕肝、腎的負(fù)擔(dān)。 (2)蛋白質(zhì)功效比值 蛋白質(zhì)功效比值(portein efficiency ratio,PER)是測(cè)定蛋白質(zhì)利用率的另一簡(jiǎn)便方法。用出生后21~28天剛斷奶的雄性大白鼠(體重50~60g),以含被測(cè)蛋白質(zhì)10%的合成飼料飼養(yǎng)28天。同時(shí),經(jīng)過(guò)標(biāo)定的酪蛋白為參考蛋白質(zhì),在同樣條件下,作為對(duì)照組進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)期內(nèi)動(dòng)物平均每攝取1g蛋白質(zhì)所增加的體重克數(shù),稱為PER。 PER=動(dòng)物增加體重克數(shù)÷食用蛋白質(zhì)克數(shù) 同一種食物在不同的實(shí)驗(yàn)條件下,所測(cè)得的功效比值往往有差異。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一致性和可比性,實(shí)驗(yàn)期間用標(biāo)定酪蛋白為參考蛋白設(shè)對(duì)照組,無(wú)論酪蛋白質(zhì)組的功效比值為多少,均應(yīng)換算為2.5,即被測(cè)蛋白質(zhì)的功效比值可按下式計(jì)算: PER=[實(shí)驗(yàn)組功效比值/對(duì)照組功效比值]×2.5 綜合上述所有評(píng)定指標(biāo)來(lái)看,蛋白質(zhì)含量越高,必需氨基酸種類越全,含量及比值越接近人體蛋白質(zhì)的必需氨基酸構(gòu)成模式的蛋白質(zhì)質(zhì)量越好。 4.食物蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用 不同食物中的蛋白質(zhì)中所含的必需氨基酸種類、含量都有不同。若將兩種或兩種以上的食物混合食用,能產(chǎn)生取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果,營(yíng)養(yǎng)學(xué)將其稱為“蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用”。在日常的膳食配方中,若采用多種植物類食物混合(如粗細(xì)搭配),或葷素搭配等,都能有效提高植物蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和生物價(jià)。如民間流傳的臘八粥、素什錦等傳統(tǒng)食品配方即是植物蛋白質(zhì)互補(bǔ)的實(shí)例;而葷素混用,可使食品蛋白質(zhì)的生物價(jià)提高更明顯。 5.氨基酸分 氨基酸分(amino acid score,AAS)亦稱蛋白質(zhì)化學(xué)分(chemical score,CS)是一種評(píng)定食物蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的方法。這種方法既適用于單一食物蛋白質(zhì)評(píng)定,亦適用于混合食物蛋白質(zhì)評(píng)定。 計(jì)算公式如下: 氨基酸分=[每克待評(píng)蛋白質(zhì)中某種氨基酸(mg)÷每克參考蛋白質(zhì)中該種氨基酸(mg)]×100 式中參考蛋白質(zhì)是指較理想的蛋白質(zhì),如蛋清蛋白質(zhì)。 雞蛋或人奶的氨基酸組成及其相互比值,常用作評(píng)定食物蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的參考。因?yàn)檫@兩種蛋白質(zhì)的生物價(jià)接近100,利用率最高,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最好。 表1—5 幾種食物蛋白質(zhì)的氨基酸分
表1—6 兒種食物蛋白質(zhì)經(jīng)消化率修正的氨基酸評(píng)分
氨基酸評(píng)分的方法雖然簡(jiǎn)便易行,但缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮食物蛋白質(zhì)的消化率。最近,美國(guó)食品藥品管理局(FDA)公布了一種新的方法,即經(jīng)消化率修正后的氨基酸評(píng)分。這種方法可替代蛋白質(zhì)功效比值,用于對(duì)除孕婦和1歲以下嬰兒以外的所有人群的食物蛋白質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其計(jì)算公式為:
1.來(lái)源
一般認(rèn)為,蛋白質(zhì)含量豐富,且品質(zhì)良好的食物有肉類、魚類、蛋類、奶類、豆類、堅(jiān)果類等。大部分植物蛋白的品質(zhì)要次于動(dòng)物蛋白質(zhì),但大豆蛋白除外。大豆蛋白中的必需氨基酸組成與動(dòng)物性蛋白質(zhì)相近。
我國(guó)營(yíng)養(yǎng)界推薦的中國(guó)人群食物蛋白質(zhì)日供給量為:一般占日攝入總能量的10%~15%,其中成年人為10%~12%,兒童為12%~14%。若換算成重量值,成年人為每日每公斤(kg)體重1~1.2g為宜,一般約為70g左右;兒童、孕婦、乳母應(yīng)適當(dāng)增加。
⑵氮平衡
B=I-(U+F+S) B:氮平衡;I:攝入氮;U:尿氮;F;糞氮;S:皮膚等氮損失
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