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基础营养学蛋白质、脂肪、碳水化合物

基础营养学

营养素的生理功能

(1)作为人体的能量来源,供给人体所需的能量。如蛋白质、脂肪、碳水化物。

(2)作为建筑材料,构成和修补身体组织。如蛋白质、脂肪、碳水化物、无机盐。

(3)作为调节物质,维持正常的生理和生化功能。如蛋白质、脂肪、碳水化物、无机盐、维生素

基础营养学蛋白质、脂肪、碳水化合物

第一讲蛋白质

有些蛋白质是生物体的结构物质,有些蛋白质是生物体的功能物质。近年来的研究还指出蛋白质在遗传信息的控制,细胞膜的通透性以及高等动物的记忆等方面起了重要作用。

总而言之,一切重要的生理活动都离不开蛋白质,蛋白质是生命现象的最基本的物质基础

元素组成:所有蛋白质都含有C、H、O、N 四种元素,大多数蛋白质还含有少量的S,有些蛋白质还含有一些其它元素,如P、Fe、Cu、Mo、I等。

各种蛋白质的含氮量都很接近,都在16%左右,因此可通过测定生物样品中的含氮量计算出样品中蛋白质的含量,1克氮就相当于6.25克蛋白质。

一、蛋白质的分类

1 按化学组成分类

单纯蛋白质也称简单蛋白质,完全由氨基酸组成的蛋白质。

结合蛋白质按辅基不同,结合蛋白质分为:核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白和色蛋白等5 类。

2 按蛋白质形状分类

球状蛋白质(globular protein)和纤维状蛋白质(fibrous protein)3 按蛋白质的营养价值分类

1 完全蛋白

所含必需氨基酸种类齐全、数量充足、比例适当,不但能维持成人的健康,并能促进儿童生长发育,如乳类中的酪蛋白、乳白蛋白,蛋类中的卵白蛋白、卵磷蛋白,肉类中的白蛋白、肌蛋白,大豆中的大豆蛋白,小麦中的麦谷蛋白,玉米中的谷蛋白等。

2 半完全蛋白

所含必需氨基酸种类齐全,但有的氨基酸数量不足,比例不适当,可以维持生命,但不能促进生长发育,如小麦中的麦胶蛋白等。

3 不完全蛋白

所含必需氨基酸种类不全,既不能维持生命,也不能促进生长发育,如玉米中的玉米胶蛋白

二、蛋白质的功能

1构成组织成分、活性物质和遗传物质。

满足生长发育、组织更新和修复的需要。蛋白质是机体的重要物质基础,机体的每一个细胞和重要组成部分都要有蛋白质参与。如肌肉、骨骼、酶、激素,血红蛋白、免疫球蛋白、组蛋白、核蛋白等都是以蛋白质为主要物质基础。

2 调节生理功能

运输氧和营养素,如血红蛋白、运铁蛋白,视黄醇结合蛋白等。形成抗体,维持机体抵抗力。

调节水盐代谢和调节酸碱平衡。

3 供给能量。

蛋白质的主要功能是用于组织蛋白的合成和修复,但是当机体能量不足时,首先供给能量,以维持生命活动。

三、蛋白质的基本结构单位——氨基酸

必需氨基酸(EAA, essential amino acids) :是指人体不能合成或合成速度不能满足机体需要必须每日由膳食提供的氨基酸。非必需氨基酸(NEAA, nonessential amino acids ):是指人体可以合成或可由其它氨基酸转化而来的氨基酸。

条件必需氨基酸(conditional essential amino acids):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,如果膳食中能直接提供这两种氨基酸,则人体对蛋氨酸和苯丙氨酸的需要量可分别减少30%和50%。所以半胱氨酸和酪氨酸称为条件必需氨基酸或半必需

氨基酸(semiessential amino acid)。

必需氨基酸非必需氨基酸

异亮氨酸Isoleucine(Ile) 丙氨酸Alanine(Ala)

亮氨酸Leucine(Leu) 精氨酸Arginine(Arg)

赖氨酸Lysine(Lys) 天门冬氨酸Aspartic acid(Asp)

蛋氨酸Methionine(Met) 天门冬酰胺Asparagine(Asn)

苯丙氨酸Phenylalanine(Phe) 谷氨酸Glutamic acid(Glu)

苏氨酸Threonine(Thr) 谷氨酰胺Glutamine(Gln)

色氨酸Tryptophan(Trp) 甘氨酸Glycine(Gly)

缬氨酸Valine(Val) 脯氨酸Proline(Pro)

组氨酸Histidine(His) 丝氨酸Serine(Ser)

条件必需氨基酸

半胱氨酸Cysteine(Cys)

酪氨酸Tyrosine(Tyr) ──────────────

组氨酸为婴儿必需氨基酸,成人需要量可能较少。

限制氨基酸(limiting amino acids)

蛋白质合成过程是遵循全有全无定律(All or none law),如果需要的氨基酸不能得到满足,蛋白质的合成就要停止,其它的氨基酸就不能被利用。因此氨基酸的利用取决于相对含量最低的氨基酸。

在体内蛋白质合成过程中,相对含量最低的必需氨基酸限制了蛋白质合成速度,限制了其它氨基酸的利用,这种氨基酸称为限制氨基酸。常见的限制氨基酸有赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸。

蛋白质互补

将富含某种必需氨基酸的食物与缺乏某种必需氨基酸的食物互相搭配而混合食用,使混合食物蛋白质的必需氨基酸成分更接近合适的比值,从而提高蛋白质的生物学价值,称为蛋白质互补作用。

蛋白质的互补作用可以提高蛋白质的营养价值。强化食品就是根据蛋白质互补理论生产的。

氨基酸模式(amino acid pattern)

氨基酸模式是指蛋白质中各种必需氨基酸的构成比。计算方法是将蛋白质中各种必需氨基酸的含量除以色氨酸含量,得到以色氨酸为1的一系列比值,这一比值就是该种蛋白质的氨基酸模式。

凡蛋白质氨基酸模式与人体蛋白质氨基酸模式接近的食物,其必需氨基酸在体内的利用率就高,反之则低。例如,动物蛋白质中的蛋、奶、肉、鱼等以及大豆蛋白质的氨基酸模式与人体蛋白质氨基酸模式较接近,从而所含的必需氨基酸在体内的利用率就较高,因此被称为优质蛋白质。其中鸡蛋蛋白质的氨基本模式与人体蛋白质氨基酸模式最为接近,在比较食物蛋白质营养价值时常作为参考蛋白质肽

天然存当多肽的分子量大到足够具有一定的空间结构时就称为蛋白质。

蛋白质与多肽的主要差别:分子量,空间结构

四、蛋白质的消化、吸收和代谢

蛋白质消化的生理意义

?由大分子转变为小分子,便于吸收。

?消除种属特异性和抗原性,防止过敏、毒性反应

消化过程

(一)胃中的消化作用

胃蛋白酶原胃酸、胃蛋白酶胃蛋白酶+ 多肽碎片

胃蛋白酶的最适pH为1.5~2.5,对蛋白质肽键作用特异性差,产物主要为多肽及少量氨基酸

(二)小肠中的消化

——小肠是蛋白质消化的主要部位。

1. 胰酶及其作用

胰酶是消化蛋白质的主要酶,最适pH为7.0左右,包括内肽酶和外肽酶。

?内肽酶(endopeptidase)

水解蛋白质肽链内部的一些肽键,如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。

?外肽酶(exopeptidase)

自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基,如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。

肠液中酶原的激活

胰蛋白酶原糜蛋白酶原羧基肽酶原弹性蛋白酶原

酶原激活的意义

?可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。

?保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。

?酶原还可视为酶的贮存形式。

2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用

主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用,例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。

蛋白质的吸收

?吸收部位:主要在小肠

?吸收形式:氨基酸、寡肽、二肽

?吸收机制:耗能的主动吸收过程

肽的吸收

?利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系

?此种转运也是耗能的主动吸收过程

?吸收作用在小肠近端较强(时间顺序上先于游离的氨基酸)

蛋白质的代谢

蛋白质转换(protein turnover) 蛋白质处于不断合成和降解的动态平衡.

五、食物蛋白质营养价值的评价

1蛋白质含量

食物中的蛋白质,用凯氏定氮法(Kjeldahl)测得氮含量,乘以6.25得到粗蛋白质(crude protein)的含量,简称蛋白质含量。

干豆类20-40%, 鱼肉禽类14-20%,

蛋类14%, 谷类7-11%,

牛奶3%, 薯类1-2%。

2 蛋白质消化率

指蛋白质可被消化酶分解的程度。消化率可分为真消化率(net | true digestibility)和表观消化率(apparent digestibility) 。

真消化率: 吸收氮=摄入氮-(粪氮-粪内源氮)

表观消化率: 吸收氮=摄入氮-粪氮

食物蛋白质的消化率与蛋白质的质没有关系, 主要受人体和食物两方面的因素影响。

人体因素有全身状态、消化功能、精神情绪、饮食习惯和感官状态对该食物是否适应等。

食物方面受烹调加工方式的影响,如大豆整粒进食时,蛋白质的消化率为60%,加工成豆腐可提高至90%以上。

蛋白质消化率

乳类97-98%, 蛋类98%, 肉类92-94%,

豆腐90%, 米饭82%左右, 馒头79%,

马铃薯74%, 玉米窝头66%, 大豆60%。

动物蛋白质消化率高于植物蛋白质

3 蛋白质生物学价值(biological value,BV)

消化率= 吸收氮 ×100%

摄入氮

储留氮

指蛋白质经过消化吸收后,进入机体可以储留和利用的部分,是反映蛋白质的生物利用程度的指标。公式为:

吸收氮=摄入氮-(粪氮-粪内源氮)

储留氮=摄入氮-(粪氮-粪内源氮)-(尿氮-尿内源氮)

在测定时可用动物或人体作为试验对象,将被测蛋白质作为膳食中唯一氮来源,要求蛋白质含量为热能的10%,蛋白质过多将降低生物价。如鸡蛋蛋白占总热能的比例为8,10,12,16%时,BV分别为91,94,84,和62。

现代营养学认为蛋白质生物学价值高低主要取决于必需氨基酸的相互比值。食物蛋白质必需氨基酸比值与人体必需氨基酸的比值越接近,该食物蛋白质的生物学价值就越高。

表1 常用食物蛋白质的生物学价值━━━━━━━━━━━━蛋白质BV 蛋白质BV 蛋白质BV

─────────────────────

鸡蛋黄96 牛肉76 玉米60

全鸡蛋94 白菜76 花生59

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 高粱56

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

表2 几种混合食物蛋白质的生物学价值━━━━━━━━━━━ ━━━━━━━━━━

混合百分比(%) 混合食物蛋白质

高粱 玉米 小米 黄豆 生物学价值

30 50 20 75

75 25 76

40 40 20 73

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

4 净蛋白质利用率(net protein utilization ,NPU)

反映摄入的蛋白质在体内吸收和利用的指标。

5 蛋白质功效比值(protein efficiency ratio ,PER)

指摄入1克蛋白质使幼小动物体重增长的克数。

给蛋白质含量为10%的饲料喂养雄性刚断乳大鼠28天,以酪蛋白作为对照组,酪蛋白的PER 为2.5。

PER =动物体重增加克数/食用蛋白质克数

鸡蛋白蛋白为4.4, 全鸡蛋3.92, 鱼3.55, 牛心3.1,

牛奶3.09,大米3.0, 大豆2.32, 牛肉2.30, 木豆(pigeon pea)1.6, 木豆占大米的8.5%时3.24, 占大米的16%时2.2, 玉米1.2。

6 蛋白质化学分(氨基酸评分)

NPU=生物学价值×消化率=

储留氮 ×100%

摄入氮 = 摄入氮-(粪氮-粪内源氮)-(尿氮-尿内源氮) ×100% 摄入氮

(chemical score, CS, amino acid score, AAS)

现代营养学认为蛋白质的营养价值取决于氨基酸的含量与比值, 而与氨基酸的来源无关。

参考蛋白质多以FAO/WHO/UNU推荐的氨基酸模式(pattern)作为参考蛋白,在比较化学分时要注意所用的参考蛋白。化学分用小数表示。

七、蛋白质需要量的确定

1氮平衡:

优质蛋白质进行氮平衡约为0.45g/kg, FAO/ WHO/ UNU(1985)认为该数据是低估了蛋白质需要量,不能维持较长时间的平衡,需要增加到0.6g/kg。

2 膳食调查:

以生长发育良好的健康人的蛋白质摄入量作为生理需要量。70kg 的成人118g 蛋白质足以维持蛋白需要,约1.5g/kg。

3 净氮排出法:

根据必然损失氮,54mg/kg×6.25=338mg/kg

≈0.35g/kg,是最低需要量。

八、蛋白质供给量的制订

1 美国食品和营养委员会(Food and Nutrition Board, FNB)制定供给量的步骤:

⑴首先确定蛋白质的生理需要量,常用氮平衡法0.45g/kg 。

⑵考虑个体差异加1/3, 0.45+0.45/3=0.6g/kg

⑶考虑膳食蛋白质净利用率,以75%计,

0.6÷ 0.75=0.8g/kg

⑷折合成标准人群,72kg×0.8g/kg=58g

2 我国:

美国0.8g/kg 是按照蛋白质净利用率为75%定的,我国膳食以植物蛋白质为主,动物蛋白质摄入较少,植物蛋白质的消化率和利用率都比较低,因此定为1.2 g/kg,相当于NPU为50%,并要求1/3的蛋白质来自动物性蛋白。

如果动物性蛋白质和大豆蛋白质达到总蛋白质的40%以上,则蛋白质供给量可以减少。

九、蛋白质营养状况评价

1 膳食营养状况评价

通过膳食调查,最后可计算出平均每人每日蛋白质和能量摄入量,首先看热能供给是否充分,如果热能供给充分,蛋白质摄入量占供给量≥80%为正常, <80%为不足, <70%为缺乏。一般要求优质蛋白质占总蛋白质的30%以上。

2 人体营养状况评价

身高,体重,上臂肌围,上臂肌面积

除了人体测量以外,常用的生化指标有:

指标半衰期成人正常值不足中度缺乏重度缺乏

血清白蛋白20天35~50g/L 28~35 21~27 <21

血清运铁蛋白10天 2.0~4.0g/L 1.5~2.0 1~1.5 <1

血清甲状腺素结合前白蛋白2天150~350mg/L 100~150 50~100 <50

视黄醇结合蛋白12小时30~76mg/L25~30 20~25 <20

?蛋白质缺乏

?恶性营养缺乏病,明显特征是腹部突起和浮肿,血液中蛋白质分子数量少,维持组织与血液间液体的平衡功能障碍,大量液体积于腹腔。

复习题

一、名词解释

1 必需氨基酸

2 限制氨基酸

3 蛋白质互补

4 氨基酸模式

5 氮平衡

6 必然损失氮

7 蛋白质消化率

8 蛋白质生物学价值

9 净蛋白质利用率10 营养素需要量11营养素供给量

二、填空

1 在人体组成中,蛋白质约占________。

2 蛋白质的消化从_______开始,主要场所在_______ 。

3 蛋白质直接吸收入血,容易发生_______。

4 小肠粘膜细胞有3种主动运输系统来分别转运_______ 、_______和_______氨基酸。

三、简答题

1 简述氨基酸在体内的归宿。

2 确定蛋白质需要量常用哪些方法?

3 如何评价人体蛋白质营养状况?

四、论述题

1 试述蛋白质的生理功能。

2 试述氨基酸的分类。

3 试述蛋白质消化的酶类。

第二讲脂类

脂类的消化吸收

胃:脂肪酶甚少,几乎不能消化脂肪。

小肠:脂肪主要在小肠内被胰脂肪酶水解为甘油和脂肪酸。

在小肠粘膜细胞内重新合成甘油三酯,

以乳糜微粒形式或极低密度脂蛋白形式

经淋巴从胸导管进入血循环。

必需脂肪酸(EFA)

定义:

人体不可缺少但不能合成的多不饱和脂肪酸

种类:

亚油酸(C18:2)——ω-6系列

α-亚麻酸(C18:3)——ω-3系列

意义:

亚油酸(ω-6)花生四烯酸(20:4)α-亚麻酸(ω-3)EPA(20:5)

DHA(22:6)高EPA和DHA膳食者心脑血管病及恶性肿瘤发病率较低。

?食物来源:植物油类(棉油、豆油、玉米油)

?食物脂类营养价值的评价

?主要以下列四点为标准:

?消化率:

?必需脂肪酸的含量:(最为重要的是亚油酸)

?脂溶性维生素的含量:

?脂类的稳定性:(与UFA的多少和VitE含量有关)

?食用油脂在烹调中的作用

食用油脂在烹调中的作用

1.油脂本身具有香味或用作芳香

物质溶剂的作用;

2.油脂高温加热使原料产生香气

?食用油脂增加菜点营养的作用

?食用油脂作为传热介质的作用

?食用油脂的成形作用

?食用油脂的乳化和起酥作用

?食用油脂的增香作用?食用油脂的增色、护色作用

基础营养学蛋白质、脂肪、碳水化合物

脂肪分类及功能

人体的脂肪: 男 15-20% 女20-25%,脂溶性。

中性脂肪 亦称甘油三酯或三酯酰甘油,是体内过剩能量

的一种储存形式,称为储存脂(stored fats),亦称动脂(varible fats)。

类脂(lipoids) 是组成细胞特定结构并赋于细胞特定生

理功能所必不可少的物质,含量相对稳定,亦称为定脂(fixed lipids)。类脂包括磷脂、糖脂和固醇类。

甘油三酯的生理功能:

(1)体内的能量贮存形式:人体在休息状态下,60%的能量来源于体内脂肪,在运动或长时间饥饿时,体脂提供的能量更多。体内每1g脂肪可产生9 kcal热能。

体内脂肪细胞可以不断地贮存脂肪,只要机体需要,可随时参与代谢。

(2) 皮下脂肪组织起隔热保温的作用,使体温能达到正常和恒定。

(3) 脂肪组织对器官有支撑和衬垫作用,可保护内部器官免受外力伤害。

(4) 内分泌作用,近半个世纪以来,脂肪组织的内分泌功能逐渐被人们重视。现在已发现的由脂肪组织所分泌的因子有瘦素,脂联素,抵抗素,胰岛素样生长因子(IGF)等,参与机体的代谢、免疫、等生理过程

(5) 充足的脂肪可以保护蛋白质不被用作能源物质,使蛋白质有效地发挥其重要的生理功能。

(6)机体重要的构成成分:细胞膜中含有大量脂肪酸,是细胞维持正常的结构和功能所绝不可少的重要成分。

值得强调的是:

机体不能利用脂肪给脑和神经细胞以及血细胞提供能量。

人在饥饿、供能不足时必须消耗肌肉组织中的糖元或蛋白质来供给能量和维持血糖。也是节食减肥的危害之一。

食物中甘油三酯在营养学上的特殊功能

1)增加饱腹感:脂肪由胃进入十二脂肠时,可刺激产生肠抑胃素,使肠蠕动受到抑制,胃的排空时间延长。

2)改善食物的感官性状:可以改善食物的色、香、味、形,达到美食和促进食欲的良好作用。

3)提供脂溶性维生素:食物脂肪中同时含有各类脂溶性维生素,如维生素A、D、K、E等。脂肪还可以促进这些维生素的吸收。

脂肪酸

1、脂肪酸分类

⑴按碳链长短分:

长链脂肪酸12个C以上

中链脂肪酸8-10个C

短链脂肪酸4-6个C

⑵按饱和程度分:

饱和脂肪酸SFA, S

单不饱和脂肪酸MUFA, M

多不饱和脂肪酸PUFA, P

⑶按空间结构分:

顺式脂肪酸(cis-fatty acid)

反式脂肪酸(trans-fatty acid)

3、必需脂肪酸(essential fatty acid,EFA)

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。有两类必需脂肪酸:

n-3系列,如亚麻酸,EPA、DHA。

n-6系列,如亚油酸和花生四烯酸。

4、必需脂肪酸的主要生理功能:

(1)是磷脂的重要组成成分:磷脂是细胞膜的主要结构成分,必需脂肪酸是合成磷脂的原料,所以必需脂肪酸与细胞膜的结构和功能直接相关。

(2)是合成类花生酸物质(eicosanoid) 的前体:如前列腺素(prostaglandin),前列环素(prostacyclin),血栓素(thromboxane),白三烯(leukotrienes)。奶中的前列腺素可以防止婴儿消化道损伤等。(3)与胆固醇代谢有关:体内大约70%的胆固醇以酯化形式存在。胆固醇与亚油酸形成亚油酸胆固醇酯,然后被转运和代谢。

必需脂肪酸缺乏,可引起生长迟缓,生殖障碍,皮肤损伤(出现皮疹等)以及肾脏、肝脏、神经和视觉方面的多种疾病。

(二)类脂(lipoids)

磷脂磷酸甘油酯

卵磷脂(磷脂酰胆碱),磷脂酰丝氨酸,

脑磷脂(磷脂酰乙醇胺),磷脂酰肌醇,

神经鞘磷脂

糖脂脑苷脂,神经节苷脂

脂蛋白乳糜微粒,极低密度脂蛋白

低密度脂蛋白,高密度脂蛋白

固醇类胆固醇,植物固醇

磷脂的主要生理功能:

磷脂是构成细胞膜的成分。也可以提供能量,磷脂具有极性和非极性双重特性,有助于脂溶性物质如脂溶性维生素、激素等顺利通过细胞膜,促进细胞内外的物质交流。

磷脂作为乳化剂可以使体液中的脂肪悬浮在体液中,有利于其吸收、转运和代谢。

磷脂的缺乏会造成细胞膜结构受损,出现毛细血管的脆性增加和通透性增加,皮肤细胞对水的通透性增高引起水代谢紊乱,产生皮疹等

2、固醇类

固醇类是一类含有多氢菲结构的脂类化合物。

体内重要的固醇是胆固醇(Cholesterol),它也是细胞膜的重要成分,人体内90%的胆固醇存在于细胞之中。胆固醇还是人体内许多重要的活性物质的合成材料。如胆汁、性激素(如睾酮)、肾上腺素(如皮质醇)和维生素D等。

植物性食物中含有植物固醇(phytosterols),可以减少胆固醇的吸收。

二、脂肪的性质

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