[科普中国]-营养物质

简介

如果将人体的一个细胞或组织从体内取出，放在试管内进行分析，就会发现它们都是由水、盐类、碳氢化合物等组成的。进一步分析碳氢化合物，就可以发现这些有机物主要是蛋白质、脂类和糖类。现在已经知道，人体含水55%～61%，蛋白质15%～18%、脂类10%～15%、无机盐3%～5%，糖类1%～2%。蛋白质、脂类、糖类等都是极复杂的很大的分子，它们的种类也很多，如蛋白质，估计有100亿种以上，人体内的蛋白质也有十万种。这些大分子家族，其实都是由几种基本单元构成的。蛋白质由氨基酸构成，糖类由单糖构成，脂类由甘油和脂肪酸构成。正是这些小而简单的分子，在人体中按一定的规律互相连接，依次形成生物大分子，再组成细胞的结构、细胞组织和器官，最后在神经体液的沟通和联系下形成一个有生命的整体。1

糖类、油脂和蛋白质都是天然的有机化合物，在自然界分布很广。它们除了供人类食用外，还可以作为工业原料，用来制造纺织品、日用品、药物和某些化工产品等。下面就来学习有关它们的知识。

糖类糖的化学式大多是（CH2O）。其中C就是碳，H2O是水的化学式，这也是它们被称为碳水化合物的原因所在。糖可以分为四大类：单糖、双糖、多糖以及糖化合物。单糖结构简单，最容易被人体吸收，其中对人体最重要的单糖是葡萄糖，其次是果糖和半乳糖。双糖包括蔗糖、麦芽糖和乳糖，经消化酶作用，分解为单糖之后才能被吸收；多糖包括淀粉和纤维素，昧不甜，需要经淀粉酶分解为葡萄糖才能被人体吸收；糖化合物包括糖蛋白等。可以看到，糖类物质包括的不只有蔗糖，作为主食之一的淀粉（面粉、米饭的主要营养成分）也属于糖类。糖是人体最主要的热能来源，占人体总能量来源的40%～50%。

光合作用是世界上涉及物质数量最多的化学反应，据估计，每年由光合作用合成的糖类（主要是淀粉和纤维素）约为二十五亿吨。

首先强调一点，这里提到的糖类决不仅仅局限于日常以为的蔗糖，而是范围很广的一个群体。

糖是一种碳水化合物，它们的化学式大多是(CH2O)n。其中C就是碳，H2O是水的化学式，这也是他们被称为碳水化合物的原因所在。糖可以分为四大类：单糖（葡萄糖等），寡糖（蔗糖、乳糖、麦芽糖等等），多糖（淀粉、纤维素等）以及糖化合物（糖蛋白等等）。

可以看到，糖类物质包括的不只有蔗糖，作为主食之一的淀粉（面粉，米饭的主要营养成分）也属于糖类。

许多人对糖类的营养存在误解，如多吃糖会得糖尿病等等。无可否认，糖尿病患者因为体内代谢系统无法正常进行糖代谢，故此不宜吃高糖食品。但是糖尿病的病因却并非真的来自于糖类，更多的还是因为遗传或者其他因素导致人体代谢系统的缺陷才导致无法正常代谢从而造成高血糖。

相反的，对于正常人来说，糖类是一种不可缺少的营养物质。肌肉组织的营养来源主要是糖类而不是脂肪物质。而且单糖对于体弱的病患者来说则是最主要最快捷的营养来源，这正是医院里为无法进食的病人输葡萄糖的原因。糖类食物可提高人体的血糖水平，并向肌肉供能。多糖食物能够向脉搏率达到每分钟120～150次的中等运动程度的运动员提供直接的能量。糖类还可使身体更有效地利用蛋白质，并有助于保持体内适宜的酸碱平衡。

脂类脂肪是人体的重要组成部分，又是含热量最高的营养物质，脂肪是由碳、氢、氧元素所组成的一种很重要的化合物。有的脂肪中还含有磷和氮元素，是机体细胞生成、转化和生长必不可少的物质。我国成年男子体内平均脂肪含量约为13.3%，女性稍高。人体脂肪含量因营养和活动量而变动很大，饥饿时由于能量消耗可使体内脂肪减少。

脂肪是贮备人体能量的形式，脂类更多的营养价值在于它是机体代谢所需能量储存运输的主要方式，与糖类所提供营养的区别主要体现在被利用的快慢上。显而易见的，没有人身上会有许多糖类物质作为能量储存，反而如果血糖浓度过高还是一种病态——糖尿病，而几乎所有人都会有多余的脂肪组织，在需要的时候，这些脂肪可以被利用来“燃烧”产生人体所需能量。

但是过多食用高脂肪食品，往往会引起各种疾病，如脂肪肝、肥胖症等等。西方人的饮食结构比较单一，多是高脂肪的食品（烤肉、汉堡、牛奶等等），所以相对肥胖的人要比中国多得多，从而各种所谓“富贵病”的发病率也往往高于中国。

一般来说，多食用植物油（如花生油）比多食用动物油对人体更有好处。

蛋白质蛋白质是一种对健康至关重要的营养物质，是生命的物质基础，我们的皮肤、肌肉、内脏、毛发、韧带、血液等都是以蛋白质为主要成分的形式存在的。食物中蛋白质的功用主要有两个方面：一是维持人体组织的生长、更新和修复，以实现其各种生理功能；二是供给能量。

蛋白质由氨基酸组成，是另一种重要的供能物质，每克蛋白质提供4卡路里的热量。但蛋白质的更主要的作用是生长发育和新陈代谢。过量的摄入蛋白质会增加肾脏的负担。因此蛋白质的摄入要根据营养状况、生长发育要求达到供求平衡。通常摄入的蛋白质所产生的热量约占总热量的20%左右为宜。

氨基酸是构成蛋白质的基本单位，许多氨基酸手牵手排列成长链，再经过复杂的空间结构，变成蛋白质。食物中的蛋白质可分为完全蛋白质和不完全蛋白质。完全蛋白质含有人体所需的所有必需氨基酸，98%可被人体吸收。这部分蛋白质大多是动物性蛋白。不完全蛋白质多为植物蛋白，一般有80%左右可被人体吸收。参与人体蛋白构成的有20种氨基酸，其中12种在人体内可以合成，被称为“非必需氨基酸”，还有8种在人体内无法合成，只能通过食物来摄取，被称为必需氨基酸。蛋白质可以为机体提供能量，每克蛋白质大约能产生4 cal能量。但蛋白质不是能量的主要供应物质，一般只有在糖类储备和脂肪储备消耗殆尽之后才会大量消耗蛋白质。蛋白质的更主要的作用是生长发育和新陈代谢，蛋白质的生理作用是构成组织细胞、参与组织修复、调节人体生理功能、生长发育、影响神经中枢活动、控制遗传、增强人体抵抗力。

动物蛋白是蛋白质的主要来源，如肉类及禽蛋类等，这些食物在提供蛋白质的同时也会使我们食入饱和脂肪和胆固醇等对身体不利的成分。因此选用瘦肉、鱼、去皮鸡肉和蛋清最佳，它们被称为“优质蛋白”。

植物蛋白是蛋白质的另一来源，主要存在于豆类食物中，植物蛋白含饱和脂肪及胆固醇都很低，同时含有大量膳食纤维，而且物美价廉，适合糖尿病

病友食用。

血红蛋白血红蛋白又称血色素，是红细胞的主要成分。

主要作用：血红蛋白的主要生理功能是在体内输送氧气，能把氧输送到体内各组织，组织在利用氧来氧化糖、脂肪等能源物质，释放能量供运动需要。氧运输多，运动时供氧就多，所以血红蛋白的数量和运动能力相关。

血红蛋白（Hb）是人和其他脊椎动物红细胞的成分，主要功能是运输O2和CO2。Hb能与氧迅速结合成氧合血红蛋白（HbO2），也能迅速分离。其结合与分离取决于血液中氧分压的高低，当血液流经肺部时，氧分压增高，使得大部分Hb与O2结合成HbO2，血液颜色鲜红，为动脉血；血液流经组织时，氧分压下降，一部分HbO2解离，释放出O2，供组织利用，血液变为颜色暗红的静脉血。此外Hb也能与CO结合，其与CO的亲合力比与O2的亲合力高约200倍，所以空气中只要有少许CO存在，即可有大量一氧化碳血红蛋白（HbCO为鲜红色）生成，而且结合后不易分离，这样Hb就失去与O2结合的机会，造成组织缺氧，即CO中毒。

随着食品科学的发展，人类对酶的认识逐渐深入。酶是由生物的活细胞产生的具有催化作用的特殊蛋白质，是极为重要的活性物质。存在于人、动植物及微生物体内的细胞和组织中，各种食品都有酶。酶是控制并能加速食品中物质代谢反应，而本身并不发生变化。如对酶不加控制，则在周围环境适宜的条件下，将使物质分解代谢食品，营养质量和感官质量将急剧下降。将食品进行低温冷冻贮藏，其中一个重要的原理，即是抑制食品酶的活性，控制生物体内的化学变化，从而能在一定时期内保持食品的新鲜度和质量。

人们消化吸收食物就是靠酶的催化作用完成的。

维生素维生素（Vitamin），也叫做维他命，是另一种重要的营养物质。与糖类和脂类不同的是它不是直接供应能量的营养物质，与蛋白质不同的是它不是生命的基本单位，而且最关键的一点在于它无法通过人体自身合成。

化学角度看维生素是一种有机化合物，在天然的食物中含量很少，但这些极微小的量对人体来说却是必须的。当人体缺乏维生素时，会出现各种维生素缺乏症。比如坏血病、脚气病（不是俗称的真菌感染所引起的“脚气”）等等。说明这些有机化合物在生命活动中有着重要的作用。

维生素对于生命的重要作用主要是参与体内的各种代谢过程和生化反应途径，参与和促进蛋白质、脂肪、糖的合成利用。许多维生素还是多种酶的辅酶重要成分，所谓的维生素缺乏症就是因为维生素缺乏时，酶的合成就会受阻，使人体的代谢过程发生紊乱，从而引起的身体疾病。轻者症状不明显，但会降低身体的抵抗力和工作效率，重者会表现出血、脚气、夜盲等各种典型症状，甚至导致死亡。维生素对人类生命的重要性是不容置疑的。

维生素A：防止夜盲症和视力减退，有助于对多种眼疾的治疗（维生素A可促进眼内感光色素的形成）；有抗呼吸系统感染作用；有助于免疫系统功能正常；促进发育，强壮骨骼，维护皮肤、头发、牙齿、牙床的健康；有助于对肺气肿、甲状腺机能亢进症的治疗。

维生素B1：促进成长；帮助消化。

维生素B2：促进发育和细胞的再生；增进视力。

维生素B5：有助于伤口痊愈；可制造抗体抵抗传染病。

维生素B6：能适当的消化、吸收蛋白质和脂肪。

维生素C：治疗受伤、灼伤、牙龈出血；具有抗癌作用；可治疗普通的感冒；预防坏血病。

维生素D：提高肌体对钙、磷的吸收；促进生长和骨骼钙化。

维生素E：有效地阻止食物和消化道内脂肪酸的酸败，是极好的自由基清除剂，有效的抗衰老营养素；提高肌体免疫力；预防心血管病。

膳食纤维膳食纤维是第七类营养素。膳食纤维一词在1970年以前的营养学中尚不曾出现，是一般不易被消化的食物营养素，主要来自于植物的细胞壁，包含纤维素、半纤维素、树脂、果胶及木质素等。纤维可减缓消化速度和最快速排泄胆固醇，所以可让血液中的血糖和胆固醇控制在最理想的水平。 膳食纤维是一种不能被人体消化的碳水化合物，以溶解于水中可分为两个基本类型：水溶性纤维与非水溶性纤维。纤维素、半纤维素和木质素是3种常见的非水溶性纤维，存在于植物细胞壁中；而果胶和树胶等属于水溶性纤维，则存在于自然界的非纤维性物质中。常见的食物中的大麦、豆类、胡萝卜、柑橘、亚麻、燕麦和燕麦糠等食物都含有丰富的水溶性纤维，水溶性纤维可减缓消化速度和最快速排泄胆固醇，2有助于调节免疫系统功能，促进体内有毒重金属的排出。所以可让血液中的血糖和胆固醇控制在最理想的水准之上，还可以帮助糖尿病患者改善胰岛素水平和三酸甘油脂。

非水溶性纤维包括纤维素、木质素和一些半纤维以及来自食物中的小麦糠、玉米糠、芹菜、果皮和根茎蔬菜。非水溶性纤维可降低罹患肠癌的风险，同时可经由吸收食物中有毒物质预防便秘和憩室炎，并且减低消化道中细菌排出的毒素。大多数植物都含有水溶性与非水溶性纤维，所以饮食均衡摄取水溶性与非水溶性纤维才能获得不同的益处。

什么原因使它成了第七类营养素呢？吃糠咽菜，粗茶淡饭，是不会缺乏膳食纤维的。随着生活水平的提高，有些人又不注意合理营养、偏爱高蛋白、高脂肪的饮食，摄入膳食纤维过少，才出现了健康问题。纤维素等膳食纤维能够促进胃肠的蠕动和排空。所以，多吃一些富含膳食纤维的食物，还有利于降低人体内过高的血脂和血糖等，从而有利于维护心脑血管的健康，有利于预防糖尿病，有利于维持正常的体重。由于膳食纤维具有如此重要的保健作用，因此，一些科学家把它说成是人体的“第七类营养素”。

无机盐元素人体内的元素除碳、氢、氧、氮以有机形式存在外，其余的统称为无机盐。无机盐分为常量元素和微量元素，共有20多种，其中体内含有量较多（>0.01%体重）。每日膳食需要量都在100mg以上者，称为常量元素，有钙、镁、钾、钠、磷、氯共六种。

生理功能无机盐的生理功能主要是：构成机体组织的重要组分，如骨骼、牙齿中的钙、磷、镁，蛋白质中的硫、磷等；细胞内外液的成分，如钾、钠、氯与蛋白质一起，维持细胞内外液适宜渗透压，使组织能潴留一定量的水分；维持体内酸碱平衡，如钾、钠、氯离子和蛋白的缓冲作用；参与构成功能性物质，如血红蛋白中的铁甲状腺素中的碘，超氧化物酶中的锌，谷胱甘肽中过氧化物酶中的硒等；维持神经和肌肉的正常和兴奋性及细胞的通透性。

水大家都知道，水是生命之源。但为什么这样说，恐怕能够说出充分理由的不多。其实，在人体组织成分中含量最多的组成成分，就是水。成年人的机体，水占人体体重的50%～60%，如果是婴幼儿，则占60%～70%甚至更高。水对人体有非常重要的作用，是维持人体正常生理活动的重要营养物质。水在人体中分布很广：肌肉重量的65%～75%是水，脂肪重量的25%是水。水主要储存在细胞内液和细胞外液中。水参与物质代谢过程，有助于物质的消化、吸收、生物氧化及排泄。水是人体内几乎所有生化过程的溶剂和载体，绝大多数生化反应都需要在水环境里进行。水还能调节体温，保持人体的正常温度；水也是器官、关节及肌肉的润滑剂；水还能保持腺体分泌，充实体液。人不吃饭，能够活12天甚至更长，但离开水，最多能活5天。

人对水的需要量与人的体重、热能消耗成正比。每消耗1 cal热能，需要1 mL的水分；一个人每天每千克体重需要30～40 mL的水分，如70 kg的人就需要2100～2800 mL水。正常情况下，人体内水分的出入量是平衡的。一个健康的成年人每天需2000～2700 mL水（包括饮水、食物中的水，代谢中产生的水）。若饮水过少，会使血液浓缩，黏稠度增高，不利于血液循环及营养的吸收。人体若丧失20%的水分就会有生命危险。在炎热、高温、发烧和体力劳动量大的情况下．饮水量应相应增加。喝水是人体所需水分的直接来源，如喝白开水或茶水；但人体内能量物质氧化时也能产生水，而且人体需要的水还可从饮食中取得，如大米含水15%、肉类含水50%等。所以，一个没有较大运动量的健康人每日直接饮水量并不需要2 L。运动期间和前后，体重因流汗而减少2%～3%时，血液总量下降，会明显影响人体的运动能力等，所以要及时饮水，并以少量、多次为原则。同时，我们建议饮接近血浆渗透压的淡盐水或功能饮料，以保持体内水盐的平衡。

相互转化三大营养物质，及糖类、脂质、蛋白质在一定条件下可以相互转化。糖类（特指血糖）经过基团转化可以转化为氨基酸经合成转化为蛋白质，同时血糖还可以转化为脂质。脂质通过分解作用再经一系列的转化可以形成糖类。蛋白质经分解形成氨基酸，在经过脱氨基作用脱去氨基在经过转化可形成糖类和脂质。总结起来，糖类与脂质、糖类与蛋白质可以相互转化，但脂质与蛋白质只能单向转化，只由蛋白质转化为脂质。

三大营养物质的吸收在小肠中被吸收的物质不仅是由口腔摄入的物质，由各种消化腺分泌人消化管内的水分、无机盐和某些有机成分，大部分将在小肠中被重吸收。例如，人每日分泌入消化管内的各种消化液总量可达6～7L之多，每日还从口腔摄入1L多的水分，而每日由粪便中丢失的水分只有150ml左右。因此，重吸收回体内的液体量每日可过8L。这样大量的水分如果不被重吸收，势必严重影响内环境的相对稳定而危及生命，急性呕吐和腹泻时，在短时间内损失大量液体的严重性就在于此。

糖的吸收糖类只有水解为单糖时才能被小肠上皮细胞所吸收。各种单糖的吸收速率有很大差别，己糖的吸收很快，而戊糖则较慢。在己糖中，又以半乳糖和葡萄糖的吸收为最快，果糖次之，甘露糖最慢。

单糖的吸收是消耗能量的主动过程，它可以逆着浓度差进行，能量来自钠泵，属于继发性主动转运。在肠黏膜上皮细胞的纹状缘上存在着一种转运体蛋白，叫Na-葡萄糖和Na-半乳糖同向转运体，它能依靠细胞内外Na的浓度差，选择性地把葡萄糖和半乳糖从纹状的肠腔面运入细胞内，然后再扩散入血。各种单糖与转运体蛋白的亲和力不同，从而导致吸收的速率也不同。

转运体蛋白在转运单糖的同时，需要钠的存在。一般认为，一个转运体蛋白可与两个Na和一个葡萄糖分子结合。由此可见，钠对单糖的主动转运是必需的。给予抑制钠泵的毒毛花苷，或者使用能与Na竞争转运体蛋白的K，均能抑制糖的主动转运，从而抑制葡萄糖和半乳糖的吸收。

蛋白质的吸收无论是食入的蛋白质或内源性蛋白质（25～35g/d），经消化分解为氨基酸后，几乎全部被小肠吸收。经煮过的蛋白质因变性而易于消化，在十二指肠和近端空肠就被迅速吸收，未经煮过的蛋白质和内源性蛋白质较难消化，需进入回肠后才基本被吸收。

氨基酸的吸收是主动性的。目前在小肠壁上已确定出3种主要的转运氨基酸的特殊运载系统，它们分别转运中性、酸性或碱性氨基酸。一般来讲，中性氨基酸的转运比酸性或碱性氨基酸速度快。与单糖的吸收相似，氨基酸的吸收也是通过与钠吸收偶联的，钠泵的活动被阻断后，氨基酸的转运便不能进行。氨基酸吸收的路径几乎完全是经血液的，当小肠吸收蛋白质后，门静脉血液中的氨基酸含量即增加。

脂肪的吸收在小肠内，脂类的消化产物脂肪酸、一酰甘油、胆固醇等很快与胆汁中的胆盐形成混合微胶粒。由于胆盐有亲水性，它能携带脂肪消化产物通过覆盖在小肠绒毛表面的非流动水层到达微绒毛上。此时，脂类消化产物包括一酰甘油、脂肪酸和胆固醇等又逐渐地从混合胶粒中释出，它们透过微绒毛的脂蛋白膜而顺浓度梯度扩散入黏膜细胞（胆盐被遗留于肠腔内）。

长链脂肪酸及甘油酯被吸收后．在肠上皮细胞的滑面内质网中大部分发生酯化，重新合成为三酰甘油，并与肠上皮细胞中生成的载脂蛋白合成乳糜微粒。乳糜微粒一旦形成即进入高尔基复合体中，乳糜微粒被包裹在一个囊泡内成为分泌颗粒。囊泡移行到细胞底—侧膜时，便与细胞膜融合，释出乳糜微粒进入细胞间隙，再扩散入淋巴。3