营养学基础知识概述
营养学基础知识概述
一、基本概念
生物从低级到高级，从单细胞生物到高等动植物，从水中生活到陆地生活，所处的环境不同，生态各异。因之，所需要的养料和摄取养料的方式也不相同。生物所需的养料，其元素组成，大量的有氢、氧、氮和碳。这些是组成生物体的蛋白质和储存能量的主要元素。此外，还有少量的硫、磷、钙、镁、钾、钠、氯和多种微量元素。有些微量元素在生物体内仅有痕量。含有叶绿素和紫色素的植物和微生物能够经过根、叶或细胞膜直接从外界吸取这些无机化合物，并利用日光的能量来合成自身生长、发育等生命活动所需的有机物质，如蛋白质、脂质和碳水化合物（糖类）等。具有这样营养方式的生物称为自养型或无机营养型生物。另一些生物（如动物）不能直接利用外界的无机物合成自身生命所需的有机物，必须从自养型生物或其它同类生物获取养料。通过代谢过程将摄取的物质转变成自身所需的蛋白质、脂质、碳水化合物等有机物。具有这样营养方式的生物则称为异养型生物。
营养学即是研究食物对生物的作用的科学。营养学在其发展的过程中，不仅包括食物进入机体内的变化，如参与生化反应和结合到组织细胞中；还包括指导人们如何选择食物以保障机体的正常生长、发育与繁殖。所以营养学除了有其生物学意义外，还有其社会经济意义。营养素是维持正常生命活动所必需摄入生物体的食物成分。现代营养学对于营养素的研究，主要是针对人类和禽畜的营养素需要。营养素分蛋白质、脂质、碳水化合物（糖类）、维生素和矿物质（无机盐）、水、纤维素7大类。
二、蛋白质
蛋白质的营养作用在于它的各种氨基酸。组成食物蛋白质的氨基酸有20余种，其中有数种不能在人体与动物体内合成，而必须获自食物，这些氨基酸被称为“必需氨基酸”，即蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸、苏氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和异亮氨酸。此外，幼儿生长尚需组氨酸，禽类如鸡还需精氨酸和甘氨酸。除这些必需氨基酸以外的其他氨基酸，因为都能在机体内合成，故被称为“非必需氨基酸”。
各种蛋白质的氨基酸种类与含量是不相同的。有的蛋白质缺少某种必需氨基酸，如明胶蛋白不含色氨酸，玉米胶蛋白不含赖氨酸。因此，评价一种食物蛋白质的营养价值，主要应视其所含的各种必需氨基酸量是否能满足机体的需要。不足时，机体就不能有效地合成体蛋白质，其他种氨基酸只能经脱氨代谢，生成糖（糖原异生）和作为燃料供给热能。由此可知，食物蛋白质的氨基酸模式是决定其质的优或劣的关键。现在国际上以全鸡蛋的必需氨基酸模式，或人乳中必需氨基酸模式，或根据人体所必需的氨基酸量提出的假设模式，作为评价食物蛋白质营养价值的标准。这就是所谓蛋白质营养价值的化学分评价法。另外，还有生物评价法，是根据食物蛋白质在机体内的利用率作出营养评价。常用的有“蛋白质生理价值”（简写为BV，为体内存留氮量与吸收氮量的百分比）、“净蛋白质利用率”（简写为NPu，为体内存留氮量与摄入氮量的百分比，即BV×蛋白质的消化率）、或“蛋白质效能比值”（简写为PER，为摄入每克蛋白质的体重增加量）。
三、脂质
脂质的基本组成为脂肪酸，有必需脂肪酸和非必需脂肪酸之分。必需脂肪酸主要有3种，即亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。这3种必需脂肪酸的生物活性不相同，以花生四烯酸的为最大，亚油酸的为其次，亚麻酸的为最，碳的长链脂肪酸，在脑与视网膜的发育与功能中有着特殊的作用。动物缺乏必需脂肪酸时，生长迟缓，出现皮肤症状（脱毛、湿疹性皮炎、鳞皮等）。有人报道幼儿缺乏必需脂肪酸时也有同样症状。但成年动物和人很难产生缺乏症
状，这是因为体内有较大量亚油酸储存之故。必需脂肪酸缺乏，可引起细胞膜磷脂的脂肪酸组成的改变，因而影响膜的功能；并可减低前列腺素的合成。前列腺素的前体为18碳和20碳的多不饱和脂肪酸。有人建议以测定血中三烯酸和四烯酸的比值，作为必需脂肪酸是否缺乏的指标。这是由于脂肪酸代谢过程中有酶系统的竞争作用。当亚油酸缺乏时，由亚油酸延长碳链并经脱饱和作用而生成花生四烯酸的量减少，另一族脂肪酸——油酸的代谢加强，大量生成二十碳三烯酸，因此血中三烯酸与四烯酸的比值乃有增高。人的必需脂肪酸需要量按其热量计约为每日热能需要量的1～2％。
四、糖类
糖类也称碳水化合物，因为它们的分子式通式为Cn（H2O）m。随着科学的发展，人们发现糖类中的氢、氧原子个数比不一定的是2：1，也不以水分子的形式存在，并且有些符合通式的物质也不是糖，所以碳水化合物这个名字已经失去原来的意义而很少使用了。（糖类）供给生物热能的一种主要营养素。食物中的碳水化合物是多糖（淀粉）和纤维素。多糖的降解产物单糖，可为绝大多数生物所利用，而纤维素则仅在具有纤维素酶的生物体内才能被降解和利用。在膳食热量摄入不足时，机体的脂肪组织和蛋白质将被分解以补充热量的不足。表现为生长停滞，体重下降。严重时可致死亡。人类的饮食习惯不同，膳食碳水化合物供给的热量一般占总热能消耗的45～80％。在经济不发达地区可高达90％以上，这是因为碳水化合物是最廉价的热能来源。若膳食碳水化合物的热量过低，脂肪热量过高将会发生酮症。减肥的人常过多的限制碳水化合物，以限制热量的摄入，并增强劳动以消耗体脂，在这种情况下也会出现酮症。因此，来源于碳水化合物的热能不宜少于总热能的45％。纤维不能为人和多数动物所消化利用。膳食纤维包括纤维素、半纤维素、果胶、藻多糖和木质素。早年在测定纤维时，用酸、碱消化植物组织，其残渣为粗纤维，其余的纤维组分大部分在测定过程中遭受损失。现在的新方法可分别测定纤维的各种组分。膳食纤维经胃肠道中细菌的纤维素酶发酵，可有大部分被酶解为短链脂肪酸。草食动物即以此为能量来源。流行病学及实验室工作证明，膳食纤维可降低肿瘤的发生，如结肠癌。其原因在于它们的亲水性和形成凝胶的能力，增大粪便体积，利于排出，从而加速致肿瘤活性的固醇代谢物的排泄，减少了与结肠接触的时间。膳食纤维也有利于对其他疾病，如冠心?⒏哐??ⅰ⑻悄虿〉鹊姆乐危?讼钛芯可性诩绦?小?蛋白质、脂质和碳水化合物都属于产生热能的营养素。在进行一切生物反应时必须要有足够的热能。膳食蛋白质、脂质和碳水化合物所供给的热能，在扣除未被消化吸收部分后的热能值，称为生理热能值。每克蛋白质、脂肪和碳水化合物的生理热能值分别为4.0、9.0和4.0千卡。这就是通常用以计算膳食热量的数据。热量的摄入与消耗，在正常情况下，应处于平衡状态，即摄入量与消耗量相等，是为能量平衡。生物在生长阶段，机体的物质在增加，尤其是蛋白质和脂质，因而有能量的储存。但摄入量超过需要时，即以脂质的形式存于体内。与此相反，在摄入量低于需要时，将消耗自身的物质导致消瘦。
五、矿物质
19世纪中叶就发现仅用蛋白质、脂肪和碳水化合物饲喂动物不能维持其生命，因而认为食物燃烧后的灰分必具有生理作用。但补充饲以灰分后动物仍死亡。直到20世纪初发现了维生素，并逐渐阐明了矿物质的重要作用，才对营养素有了较全面的了解。人体内有数十种矿物元素，广泛分布于全身。目前尚未能证明这些元素全部都具有生理功能。其中少部分元素具有生理功能的，被称为必需元素。按其在体内的含量又分为大量营养元素和微量营养元素。前者有钙、磷、镁、钾、钠、氯、硫。后者有铁、铜、锌、锰、钼、铬、钴、镍、钒、锡、碘、硒、硅、氟等。钙、磷、镁是骨骼和齿的主要成分。镁又是植物叶绿素的重要成分。钙、磷、镁的生理功能为：钙与镁在肌纤维收缩、神经传导、激活生化反应中，以及
钙在凝血作用中都起着极重要的作用。磷与能量代谢有关。三磷酸腺苷（ATP）是储存和释放能量的重要化合物。镁为产生三磷酸腺苷的激活物质。镁、钾、钠、氯都是维持体液酸碱平衡和适宜渗透压的重要电解质。硫为含硫必需氨基酸——蛋氨酸和胱氨酸，和几种维生素，如硫胺素、泛酸和生物素的组分。硫与氢组成的巯基在生物反应中有重要作用。在微量营养元素中，铁是血红蛋白的重要成分，为携带氧的载体。铜与铁在血红蛋白合成中有协同作用。碘是甲状腺素的主要成分。铬是糖耐量因子的成分。钴是维生素B12的成分。已知锌是40余种酶的辅基，缺乏时将导致生长停滞和性发育不成熟。锰、钼、硒也都是酶的成分。氟由于具有防龋齿作用，因此，也是必需元素。其余的元素如镍、钒、锡、硅在动物实验中发现有缺乏表现，但其机制尚未阐明。必需元素摄入过量时，对机体也可产生不利影响。
六、水
水约占成年人体重的65％，在调节体温、输送营养、排除废物等方面有重要作用。成人一般每天的摄入量为1500ml左右，这里面包括食物与日常饮水两方面。另外水电势能是大脑工作的最主要的能量来源。水分在细胞能量供应中，承担了极其微妙的角色。所有体细胞的膜结构中都含有一类蛋白，特别容易与各种矿物质离子结合，如钠、钾、镁、钙等离子。这些离于与蛋白结合后，就能在水的作用下从膜的一侧跨越到另一侧，从而制造出膜两侧的电势差，形成水电势能。这一过程中产生出的能量，最终会储存在三磷酸腺甘(ATP)和三磷酸鸟苷(GTP)等高能物质中。水电势能是人体大脑和各部位体细胞工作的直接能量来源。这是一种“清洁”的能量，不会产生任何残余废物，多余的水仅以尿液的形式排出体外。水不会在人体中堆积，不像食物会以脂肪的形式在体内储存。人体缺乏水分的时候，脱水最严重的是细胞内部。脱水发生时，损失的水分有60%来自细胞内，26%来自组织液，仅有8%来自血液。血液循环系统能够通过毛细血管的收缩来维持循环，而脱水的细胞却会陷人能量短缺，因而使各种生理机能陷于停滞。人体中受脱水影响最为严重的部位是大脑。人体的脑细胞和神经元总数多达数百亿个，这些神经细胞不停地靠电信号彼此交流，以确保人体对周围环境的变化做出正常反应。水电势能是神经细胞工作的最主要的能量来源，因此，一杯水是你能找到的最好的“提神饮料”，它能在几分钟之内让你感到思维顺畅。如果想要靠食物达到同样的目的，那么你不仅要喝下大量的水来消化食物，而且这一过程需要多得多的时间。食物首先要转化为糖分，才能为大脑提供可以利用的能量。
七、维生素
维生素足量则可，并非多多益善。由于维生素是人体必不可少的营养素，具有重要的生理功能，因此，有些人认为维生素吃得越多越好，这种做法不但错误，而且非常危险！维生素可分水溶性和脂溶性两种，脂溶性维生素如维生素A、维生素D等摄入过多时，不能又尿直接排除体外，易在体内大量蓄积，引起中毒。如长期大量口服维生素A，可发生骨骼脱钙、关节疼痛、皮肤干燥、食欲减退、肝脾肿大等中毒症状。长期大量口服维生素D，可导致高血钙症、厌食、恶心、呕吐、弥散性肌肉乏力、肌肉疼痛等。至于水溶性维生素，多吃后虽可以从尿中排出，毒性较小，但大量服用仍可损伤人体器官。如大剂量服用维生素C，可能刺激胃黏膜一起出血。此外，长期过量服用维生素，可使机体对食物中的维生素的吸收率降低，一旦停服，会导致维生素缺乏的症状。因此，长期过量服用维生素，不是科学的做法。正常人服用的剂量，应连同食物中的维生素在内，达到我国膳食标准规定的数量即可。