第四节 蛋白质

　　蛋白质是构成人体一切细胞和组织结构的最重要组成成分，是在所有生命现象中起着决定性作用的基本物质。可以说，没有蛋白质就没有生命。所以，蛋白质是人体不可或缺的重要营养素。
  
　　蛋白质是一类复杂的高分子有机化合物。主要含有碳、氢、氧、氮，及少量硫、磷、铁、铜、碘、钴元素等。与其他供能营养素相较，含有氮元素是其最突出的特点，因而蛋白质是人体氮元素的唯一供源。这也是其他营养素无法替代的。一般蛋白质中氮的平均含量为16%，以测出的含氮量乘以6.25即可换算成蛋白质量。
 
　　一、蛋白质的分类
  
　　蛋白质的分类方法有多种。营养学中一般多按化学结构、形状及营养价值等三种方法分类。
 
　　1.按化学结构：可将蛋白质分为单纯蛋白质（纯为α-氨基酸所组成）与结合蛋白质（单纯蛋白质与非蛋白质分子结合而成）两大类。前者如清蛋白、球蛋白、谷蛋白等，水解后的最终产物只是氨基酸；后者如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白等，水解后还有其所含的非蛋白质分子（辅基）。
  
　　2.按蛋白质形状：可将蛋白质分为纤维状蛋白质和球状蛋白质。前者多为结构蛋白，是形成机体组织的物质基础，如胶原蛋白等；后者多用以合成生物活性因子，如酶、激素、免疫因子、补体等。
  
　　3.按营养价值：可将蛋白质分为完全蛋白质、半完全蛋白质和不完全蛋白质。完全蛋白质所含氨基酸种类齐全、数量充足、比例合理，既能维持动物生存，又能促其生长发育，如牛奶、蛋、肝脏、酵母、黄豆及胚芽等食物中所含的蛋白质；否则即为不完全蛋白质，其所含氨基酸种类不全，如动物明胶和玉米胶蛋白等；半完全蛋白质所含氨基酸种类齐全，但有的氨基酸数量不足，虽能维持动物生存，却不能促其生长发育，如麦胶蛋白等。

　　二、蛋白质的理化性质
  
　　蛋白质经物理或化学方法处理后，其性质可发生改变。变性后的蛋白质较易被人体蛋白酶消化。这就是蛋白质食品在加工后更易被人消化、吸收的原理。除用酸或碱水解蛋白质外，亦有利用酶水解蛋白质，均可使之分解成氨基酸。如酱油、酱、酱豆腐、豆腐、奶酪、松花蛋等食品。若采用高温或酒精可使细菌细胞中的蛋白质变性凝固，失去活力，以达到杀菌消毒目的。
  
　　此外，蛋白质的分子量极大，不能透过半透膜，利用这个性质通过透析，可对不同蛋白质进行分离和纯化。同时，蛋白质含有的羧基和氨基，具有酸性和碱性，可成为人体内重要的缓冲体系，以缓解外因对机体产生的冲击性影响。
  
　　三、氨基酸（amino acid）
  
　　氨基酸是组成蛋白质的基本单位。每个蛋白质都是由许多氨基酸以肽键联结起来，并形成特定空间结构的大分子。由于氨基酸的羧酸分子的α碳原子上的氢被一个氨基取代，故又称为α-氨基酸。
  
　　1.氨基酸的分类
  
　　目前，已经发现构成人体蛋白质的氨基酸有20种。其中，有一部分是人体能自行合成的。但还有8种是人体不能自行合成或合成速度不能满足机体的生理需要，必须由食物供给的，故被称为必需氨基酸，如异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、缬氨酸；其他的则为非必需氨基酸。应该注意的是，所谓必需和非必需只是营养学中的概念。也就是说非必需氨基酸只是不需要食物供给。对于婴儿而言，组氨酸亦属必需氨基酸，故其必需氨基酸为9种。 
 
　　一般按氨基酸的营养学特征，除必需氨基酸和非必需氨基酸外，还有一类条件必需氨基酸，又称半必需氨基酸。这类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点，如半胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、丝氨酸和甘氨酸等。条件必需氨基酸的长期缺乏会引起人体某些蛋白质合成障碍。
  
　　2.氨基酸模式及限制氨基酸
　　⑴氨基酸模式：是指蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例。通常将含量最少的色氨酸定为1，即可依次计算出其他几种必需氨基酸的相应比值。一般食物蛋白质中的氨基酸模式与人体蛋白质中的氨基酸模式越接近，那么这种食物提供的必需氨基酸利用价值就越高，其蛋白质的营养价值也越高。

　　⑵限制氨基酸：如果食物蛋白质所含的必需氨基酸中，有一种或几种的含量偏低，即会导致食物蛋白质中的其他必需氨基酸得不到充分利用，以致这种食物蛋白质的营养价值降低。那么这一种或几种氨基酸即被称为限制氨基酸。其中，含量最低的那一种称为第一限制氨基酸，余者类推。如面粉中赖氨酸的量最低，即为第一限制氨基酸。
　　四、蛋白质的消化、吸收与代谢
 
　　蛋白质在胃肠道中经多种蛋白酶及肽酶的共同作用，即由高分子物质分解为可被吸收的小肽（2~3个氨基酸）或氨基酸，并在小肠内被吸收，沿着肝门静脉进入肝脏。一部分氨基酸在肝内进行分解或合成蛋白质；另一部分氨基酸继续随血液分布到各个组织器官，合成各种特异性的组织蛋白质。故肝脏是蛋白质代谢的主要器官。
　　通常，人体消化道内的蛋白质是不可能全部被消化、吸收。未被消化的蛋白质和部分消化后又不易被肠壁吸收的蛋白质，在大肠内的细菌作用，发生腐败，产生有毒物质。其中，大部分随粪便排出体外，亦有少量被肠粘膜吸收，随血液运往肝脏，进行生理解毒，然后随尿排出，故人体不会因此发生中毒。如果，这些不易被肠壁吸收的蛋白质被少量吸收，即可能引起人体过敏反应，发生荨麻疹、湿疹、哮喘等病症。
　　一般，每天人体肠道內被消化、吸收的蛋白质约有70克左右。其不仅来自于食物，也来自于肠道脱落的粘膜细胞和消化液中的蛋白质等。
　　五、生理功能
 
　　1.构成人体组织的基本成分
　　蛋白质是生物细胞原生质的重要组成成分。人体中所有的细胞及体液都含有蛋白质。一般，成年人的体内约含蛋白质16.3%，相当于人体体重的45%，含量仅次于水。机体需要蛋白质组成新的细胞组织，维持人体生长发育，对儿童及孕妇尤为重；人体内的脏器与组织细胞内的蛋白质，既在不断分解破坏，又在不断更新与修补。因此，充足的食物蛋白质供应能使人精神充沛、活力旺盛、耐力持久。
　　若食物蛋白质供应不足，不仅会导致儿童的生长发育障碍、成年人体质下降；而且使之患病率增高、病程迁延、伤口愈合减慢，甚至恶化及康复不良等。
　　2.参与构成重要的生物活性因子
　　人体要维持机体內环境的协调与稳定，并发挥各项生理机能，需要多种生物活性因子共同作用。而这些因子，如各种消化酶、激素、抗体、血红蛋白等的合成都必须以蛋白质为原料。若食物蛋白质供应不足，这些因子的合成量即减少。人体就会因此而虚弱或发病，如常见倦怠疲劳、血压低、贫血等。
　　3.供给热能
　　蛋白质亦是人体能量的来源，每克为4.0kcal（16.74kJ）。由蛋白质提供的能量约占人体每日所需总能量的 10~15%。但供能不是蛋白质的首要功能。一般情况下，人体以碳水化合物和脂肪供能为主，只有在碳水化合物和脂肪供能不足，或氨基酸摄入量超过体内蛋白质更新的需要时，才会成为供能的主体。
　　六、食物蛋白质的营养价值评定
　　食物蛋白质的营养价值，取决于其必需氨基酸的种类及含量。一般而言，动物类蛋白质的营养价值多优于植物类蛋白质。故对蛋白质的营养价值评价多从“质”与“量”两方面入手。
　　1.食物蛋白质的含量
　　食物中蛋白质含量是否丰富是评定蛋白质食物营养价值的一个重要标准。在日常食物中，蛋白质含量以大豆最高（36.3%），肉类次之。对中国乃至亚洲人而言，谷粮类食物蛋白质亦很重要，如我国传统膳食结构中来自主食的蛋白质约占日摄入的总蛋白质量的60~70%；而且豆制品、花生、核桃、杏仁等蛋白质含量较高植物类食品亦是人体蛋白质的良好来源。但蔬菜、水果中的蛋白质含量很少，故不宜作为主食。
　　2.食物蛋白质的消化率
　　蛋白质消化率，不仅能反映蛋白质在消化道内被分解的程度，还能反映消化后的氨基酸和肽被吸收的程度。
　　其公式为：
　　蛋白质消化率（%）=[氮吸收量÷氮食入量]×100
　　氮吸收量=I-（F-Fm）
　　氮食入量=I
　　I、F分别代表食物氮和粪氮。
　　Fm为粪代谢氮。
　　粪氮绝大部分来自未能消化、吸收的食物氮，但也含有消化道脱落的肠粘膜细胞和代谢废物中的氮。后两者称为粪代谢氮。粪代谢氮是在人体进食足够热量，但完全不摄取蛋白质的情况下在粪便中亦可测得。如果在测定粪氮时忽略粪代谢氮不计，所得的结果即称为“表观消化率”；若将粪代谢氮计算在內的结果则称为“真消化率”或“消化率”。
　　蛋白质的消化率会在人体、食物及其相关的多种因素影响下，发生变化。如人的全身状态、消化功能、精神情绪、饮食习惯及食物的感官性态等等；食物中诸如食物纤维素含量、烹调加工方式、食物与食物间的相互影响等等。再如整粒进食大豆时，其所含蛋白质的消化率仅为60%，若加工成豆腐，即可提高至90%；
　　一般烹调中的蒸、煮等方法对食物中蛋白质的消化率影响较小；若釆用高温煎炸的方法就可能破坏食物蛋白质中的部分氨基酸，还会降低蛋白质的消化率。
　　一般采用普通的烹调工艺加工时，动物类食物蛋白质的平均消化率高于植物类食物蛋白质；奶类及乳制品中的蛋白质消化率为97~98%；肉类中的蛋白质为92~94%，蛋类的为98%；米饭及面制品的为80%左右，马铃薯的为74%，玉米面窝头的为66%。
　　植物类食物蛋白质消化率徧低的原因，与其被粗纤维素包围，不能与消化酶充分接触有关；整粒大豆中含有的抗胰蛋白酶是妨碍蛋白质的充分消化的重要因子。因此，运用特殊的加工工艺以去除植物类食物中的纤维素，或破坏抗胰蛋白酶等，可有效提高植物类食物蛋白质的消化率。
　　3.食物蛋白质的利用率
　　食物蛋白质在消化过程中，其消化率可能在各种因素的影响下发生变化。故营养学中常采用蛋白质的利用率来表示食物蛋白质实际被利用的程度。蛋白质的利用率是将食物蛋白的生物价与其消化率综合起来评定。
　　（1）食物蛋白质的生物价
　　蛋白质的生物价（biological value，BV）是用来评定食物蛋白质在体内被消化、吸收后的利用程度的营养学指标。通常，生物价是以氮储留量对氮吸收量的百分比来表示的。
即：
　　①BV=[氮储留量÷氮吸收量]×100
　　氮储留量= I-（F-Fm）-（U-Um）
　　氮吸收量= I-（F-Fm）
　　I、F、U分别代表食物氮、粪氮和尿氮。
　　Fm、Um分别为粪代谢氮及尿内源氮。
　　②蛋白质的净利用率=生物价×消化率=[氮储留量÷氮食入量]×100
　　氮储留量= I-（F-Fm）-（U-Um）
　　氮食入量=I
　　I、F、U分别代表食物氮、粪氮和尿氮。
　　Fm、Um分别为粪代谢氮及尿内源氮。
　　尿氮和尿内源性氮的检测原理和方法与粪氮、粪代谢氮一样。大凡食物蛋白质中所含的必需氨基酸种类齐全、比例适当，与人体组织蛋白质相近似，少量即可维持氮平衡。故表明这种食物蛋白质的品质优良，生物价高。若其所含必需氨基酸的种类不全，或含量不足，或含量尚可，但比例不当等，均表示其生物价偏低，品质较差。
　　在临床上，食物蛋白质的生物价对指导肝、肾病人的膳食尤为重要。生物价高的食物蛋白质中必需氨基酸都被用来合成人体蛋白，极少有过多的氨基酸需经肝、肾代谢而释放能量，或由尿排出多余的氮，故可大大减轻肝、肾的负担。
　　（2）蛋白质功效比值
　　蛋白质功效比值（portein efficiency ratio，PER）是测定蛋白质利用率的另一简便方法。用出生后21~28天刚断奶的雄性大白鼠（体重50~60g），以含被测蛋白质10%的合成饲料饲养28天。同时，经过标定的酪蛋白为参考蛋白质，在同样条件下，作为对照组进行测定。试验期内动物平均每摄取1g蛋白质所增加的体重克数，称为PER。
　　PER=动物增加体重克数÷食用蛋白质克数
　　同一种食物在不同的实验条件下，所测得的功效比值往往有差异。为了使实验结果具有一致性和可比性，实验期间用标定酪蛋白为参考蛋白设对照组，无论酪蛋白质组的功效比值为多少，均应换算为2.5，即被测蛋白质的功效比值可按下式计算：
　　PER=[实验组功效比值/对照组功效比值]×2.5
　　综合上述所有评定指标来看，蛋白质含量越高，必需氨基酸种类越全，含量及比值越接近人体蛋白质的必需氨基酸构成模式的蛋白质质量越好。
　　4.食物蛋白质的互补作用
　　不同食物中的蛋白质中所含的必需氨基酸种类、含量都有不同。若将两种或两种以上的食物混合食用，能产生取长补短的效果，营养学将其称为“蛋白质的互补作用”。在日常的膳食配方中，若采用多种植物类食物混合（如粗细搭配），或荤素搭配等，都能有效提高植物蛋白质的营养价值和生物价。如民间流传的腊八粥、素什锦等传统食品配方即是植物蛋白质互补的实例；而荤素混用，可使食品蛋白质的生物价提高更明显。
　　5.氨基酸分
　　氨基酸分（amino acid score，AAS）亦称蛋白质化学分（chemical score，CS）是一种评定食物蛋白质营养价值的方法。这种方法既适用于单一食物蛋白质评定，亦适用于混合食物蛋白质评定。
　　计算公式如下：
　　氨基酸分=[每克待评蛋白质中某种氨基酸（mg）÷每克参考蛋白质中该种氨基酸（mg）]×100
　　式中参考蛋白质是指较理想的蛋白质，如蛋清蛋白质。
　　鸡蛋或人奶的氨基酸组成及其相互比值，常用作评定食物蛋白质营养价值的参考。因为这两种蛋白质的生物价接近100，利用率最高，营养价值最好。

　　氨基酸分计算，是将食物蛋白质中各种必需氨基酸的含量与“理想”的氨基酸模式进行对比，接近或等于“理想”的氨基酸模式的比值的蛋白质利用率就高；低于理想比值的氨基酸即为“限制氨基酸”，故会影响食物蛋白质利用率。一种食物蛋白质的氨基酸分越接近100，其氨基酸组成就越接近人体需要，其利用率就越高。如面粉蛋白质中的赖氨酸的比值最低，AAS为46.7，故为第一“限制氨基酸”。
 
　　确定某一食物蛋白质氨基酸评分分为两步。第一步计算被测蛋白质每种必需氨基酸的评分值；第二步是在上述计算结果中，找出最低的必需氨基酸（第一限制氨基酸）评分值，即为该蛋白质的氨基酸评分。

 
　　氨基酸评分的方法虽然简便易行，但缺点是没有考虑食物蛋白质的消化率。最近，美国食品药品管理局（FDA）公布了一种新的方法，即经消化率修正后的氨基酸评分。这种方法可替代蛋白质功效比值，用于对除孕妇和1岁以下婴儿以外的所有人群的食物蛋白质进行评价。其计算公式为：
 
　　经消化率修正的氨基酸分=氨基酸分×真消化率
 
　　七、来源与供给量 
 
　　1.来源
 
　　人类的蛋白质来源分为动物性和植物性两大类。日常的食物又可分为全谷类、蔬菜水果类、肉鱼蛋类、豆类、奶类等六大类，都含有蛋白质。
  
　　一般认为，蛋白质含量丰富，且品质良好的食物有肉类、鱼类、蛋类、奶类、豆类、坚果类等。大部分植物蛋白的品质要次于动物蛋白质，但大豆蛋白除外。大豆蛋白中的必需氨基酸组成与动物性蛋白质相近。
 
　　就含量而言，肉鱼类食物蛋白质的含量为10%~20%，鲜奶为1.5%~4%，奶粉为25%~27%，蛋类为12%~14%，干豆类为20%~40%（其中大豆含量最高），坚果类为15%~25%，谷类为6%~10%，薯类为2%~3%等。
 
　　尽管动物性蛋白质的品质优于植物性蛋白质。但过量吃肉类不但无法维持健康，反而易导致疾病，特别是癌症、心血管疾病等慢性文明病。其主要原因是肉类还含有多量的饱和脂肪酸、胆固醇等。
 
　　在充分利用蛋白质的互补作用，均衡地摄取各种植物性食物，一般不会导致蛋白质缺乏。通常，釆用动物性食物和植物性食物相互配合的方法，更有利于提高混合性食物蛋白质的营养价值，值得提倡和推广
 
　　2.供给量
 
　　⑴人体每日的正常新陈代谢活动会损失约20克以上的蛋白质。如皮肤、毛发、粘膜等的脱落，妇女月经期的失血、肠道菌体死亡排出等。因此排出的氮是机体不可避免的氮的消耗，故称为“必要的氮损失”。当膳食中的碳水化合物和脂肪不能满足机体能量供应需要，或蛋白质摄入过多时，蛋白质即被用来供能，或转化为碳水化合物和脂肪。故从理论上讲，在保证碳水化合物和脂肪的合理补充的前题下，人体每日只需从膳食中获得相当于“必要的氮损失”量的蛋白质，即可满足人体对蛋白质的需要，即20克左右。
 
　　但由于蛋白质还承担少量的供能任务，且还受到消化、吸收、利用率波动的影响等。故在日常生活中，人的每日蛋白质供给量应大于理论值。
 
　　食物蛋白质的实际日供给量世界各国的标准并不一致。这与各国人群的体质特征、饮食习惯与食物构成等因素有关。不过，各国在设计食物蛋白质的实际日供给量时，都会考虑一个具有较大安全性的供给量。
 
 
　　我国营养界推荐的中国人群食物蛋白质日供给量为：一般占日摄入总能量的10%~15%，其中成年人为10%~12%，儿童为12%~14%。若換算成重量值，成年人为每日每公斤（kg）体重1~1.2g为宜，一般约为70g左右；儿童、孕妇、乳母应适当增加。
  
　　⑵氮平衡
 
　　当人从每日膳食中摄入的蛋白质的质和量均适宜时，摄入氮量与排出氮量应相等，这被称为“氮的总平衡”。人体内的蛋白质总是处于不断分解与合成的动态平衡中，以满足组织蛋白更新与修复的需要。故人体内每天约有3%的蛋白质被更新，特别是肠道和骨髓内蛋白质的更新速度更快。而且不同年龄的人，体内蛋白质合成率和速度不同，如新生儿和婴儿的合成率和速度最高。
 
　　营养学中反映人体内的蛋白质动态平衡的测定指标物是“氮”。通过，了解机体摄入氮和排出氮的关系来反映人体内的蛋白质动态平衡的情况。
 
　　所谓氮平衡即表述的是机体摄入氮和排出氮的关系。其关系式如下：
　　B=I-（U+F+S）
　　B：氮平衡；I：摄入氮；U：尿氮；F；粪氮；S：皮肤等氮损失
 
　　当摄入氮和排出氮相等时为“零氮平衡”。通常，健康成年人应在维持零氮平衡的基础上富裕5%；而儿童、孕妇及康复期病人，由于体内需要用更多的蛋白质来合成新的组织，或合成生物酶和激素以满足其生理需要，故摄入氮量应多于排出氮量，此即“正氮平衡”。
 
　　当饥饿或患病时，蛋白质摄入量偏低，而体内蛋白质合成减少或分解加剧，消耗量增加，氮的排出量即可超过摄入量，即所谓“负氮平衡”。“负氮平衡”状态可直接影响疾病的康复及妨碍治疗效果。
 
　　3.蛋白质的缺乏与过量
 
　　通过膳食给人体提供适量蛋白质可满足机体的氮平衡。人体若长时间的处于不恰当的正氮平衡和负氮平衡，即蛋白质摄取过量，或不足，都有可能对其造成损害。如据世界卫生组织估计，目前世界上大约有500万儿童患有蛋白质—能量营养不良（protein-energy malnutrition，PEM）症。其中，大多数是因贫穷和饥饿引起的，主要分布在非洲、中美洲、中东、东亚和南亚等地区。反之，若蛋白质长期摄取过量，首先受到伤害的是人体中的肝、肾两脏。
 
　　因为，在正常情况下人体不贮存蛋白质，每天必须将多余的蛋白质进行脱氨分解，所产生的氮则由尿排出体外。在这一生化过程中需要大量的水分参与，从而加重了肾脏的负荷。若患有肾功能不全的人，这种危害则更大；同时，过多的动物类蛋白质的摄入，能造成含硫氨基酸的摄入过多。这类氨基酸可加速骨骼中的钙质丢失，以致发生骨质疏松症。
 
　　复习思考题：
 
　　1.什么是必需氨基酸？成年人和儿童的必需氨基酸有哪些不同？
　　2.什么是氮平衡、正氮平衡、负氮平衡？它们有什么意义？
　　3.举例说明什么是限制性氨基酸？
　　3.蛋白质的生理功能有哪些？
　　4.如何评价食物蛋白质的营养价值？
　　5.蛋白质的主要食物来源有哪些？
　　6.如何利用蛋白质互补作用提高食物蛋白质的营养价值？
　　7.蛋白质的膳食供给量与热能分配百分比应为多少