高中化学 2.2 提供能量与营养的食物素材 苏教版选修1.docVIP

提供能量与营养的食物营养与健康世界卫生组织给予健康的定义是：“一个人只有在躯体健康、心理健康、社会适应良好和道德健康四个方面健全，才是健康的人。”这里的躯体健康一般指人体生理上的健康，要求能抵抗一般性感冒和传染病等。改善营养是增强民众体质的物质基础，人民的营养状况是衡量一个国家经济和科学文化发达程度的标志。近代营养学是在生理学和生物化学的基础上逐渐形成的，它是一门综合性的学科。既研究人体的新陈代谢，又研究食物的营养成分和食品卫生；既研究现有食物资源的合理利用，又研究开发新的食物资源；既研究从初生儿到老年人不同年龄阶段人的营养要求，又研究各类病人的营养；既研究各种职业人群（重体力劳动、轻体力劳动、脑力劳动等）的营养，又研究各种地理环境（严寒地区、酷热地区、高海拔地区等）人群的营养。总之，营养学研究不同人的不同营养需求，以便使儿童发育健壮、聪明，使成年人精力充沛，使老年人健康长寿。营养学是以新陈代谢为基础的生物化学。营养素就是食物的组分，主要包含糖类、脂肪、蛋白质、维生素、无机盐和水等六类物质。人从食物中摄取这些营养素。糖类 包括葡萄糖、果糖、乳糖、淀粉、纤维素等，它们是人体重要的能源和碳源。糖分解时释放能量，供生命活动的需要，糖代谢的中间产物又可以转变成其他的含碳化合物如氨基酸、脂肪酸、核苷等。糖的磷酸衍生物可以生成dna，rna，atp 等重要的生物活性物质。植物光合作用产生的糖类是动物的重要营养来源，因为动物体自身没有产生这些糖类的机能。脂肪 属于脂类物质。脂类包括的范围很广，这些物质在化学组成和化学结构上有很大差异，但是它们都有一个共同的特性，即不溶于水，而易溶于乙醚、氯仿、苯等非极性溶剂中。脂类具有重要的生物功能，它是构成生物膜的重要物质，几乎细胞所含有的磷脂都集中在生物膜中。脂类物质，主要是油脂，是肌体代谢所需燃料的贮存形式和运输形式。人们吃的动物油脂（如猪油、牛油、羊油、鱼肝油、奶油等）、植物油（如豆油、菜油、花生油、芝麻油、棉子油等）和工业、医药上用的蓖麻油和麻仁油等都属于脂类物质。动物（包括人类）腹腔的脂肪组织、肝组织、神经组织和植物中油料作物的种子中的脂质含量都很高。脂肪酸是生物体的重要能源。由它组成的甘油三酯（三脂酰甘油）可在动物的脂肪组织、植物种子果实中大量储藏。甘油三酯的结构式：动物性食物中的脂类主要是甘油三酯。最普通的脂肪就是烹调用的油脂如猪油、豆油、菜子油、花生油、麻油和肥肉等。每种食物也都含有或多或少的脂肪。脂肪的主要功用是供给人类生活所需的能量及促进脂溶性维生素的吸收。体重为70kg 的人贮存的脂肪可产生2008320kj 的能量；而贮存的蛋白质、葡萄糖相应的可产生105000kj，168kj 的能量。同时，脂肪的热值即在体内氧化，1g 脂肪所产生的热量为39kj，是蛋白质或糖的23 倍。脂肪是营养素成分之一，但另一方面，人类的一些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝等都与脂类代谢紊乱有关。19 世纪的化学家和生物学家们在不断研究食物的营养性能中发现蛋白质是最基本而必不可少的，只要维持蛋白质的供给，肌体就能存活。身体不能从糖类和脂肪制造蛋白质，因为糖类和脂肪中没有氮。然而蛋白质所提供的物质却能制造出必需的糖类和脂肪。蛋白质效用的关键在于身体能以多大效率来利用蛋白质所提供的氮。从氮平衡的观点看，生长中的肌体把由食物中摄入的氮逐渐积累起来，就处于正氮平衡；若丢失的氮多于摄入的氮，即处于负氮平衡，就会使身体不断消瘦。饥饿和罹患消耗性疾病会造成负氮平衡，影响身体健康。人类究竟需要什么样的蛋白质呢？通过对大鼠食物中氨基酸组成的系统研究，发现动物体不可缺少的10 种氨基酸分别是：赖氨酸、色氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸和精氨酸。如果这些氨基酸的供给充足了，大鼠便能制造出其他氨基酸，如甘氨酸、脯氨酸、天冬氨酸等等。人类的必需氨基酸只有8 种，上述的精氨酸和组氨酸在人类膳食中并非是必需的。蛋白质的营养价值决定于所含的氨基酸种量和数量。凡含有各种必需氨基酸的蛋白质，能维持生命体的正常生长的蛋白质（当然在其他营养素适当情况下）称完全蛋白质；缺少一种或一种以上必需氨基酸的蛋白质称不完全蛋白质。蛋白质是构成肌体组织（特别是肌肉）的重要成分，日常食用的豆腐、大豆、瘦肉、鱼、蛋白、奶等都含较多的蛋白质。人们膳食中的蛋白质有很大一部分由米、麦等粮食中得来。大豆是我国最经济的蛋白质来源，大豆蛋白质的氨基酸种类完全，仅硫氨基酸含量较低。因此，大豆是完全蛋白，营养价值相当高。米、麦蛋白的营养价值亦很高。如果利用蛋白质的互补作用，则其生理价值（指由食物摄入的总氮量在身体内存留的百分数）还可增高，例如加入少量鸡蛋蛋白可提高大豆蛋白质的生理价值。需要注意的是，蛋白质的生理价值也可受其他因素的影响，如可破坏氨基酸的烹调方法及影响消化、吸收的因素都可使蛋白质的生理价值降低。人体内如果蛋白质供应不足，会导致生长发育迟缓，体重减轻，容易疲劳，对传染病抵抗力下降，病后不易恢复健康，甚至贫血，发生营养不良性水肿等疾病。生理学家的实验数据表明，成人每天体内的蛋白质更新3%，每公斤体重每日约需补充1g 蛋白质才能维持氮平衡。一个体重60kg 的成年人，按从事劳动的轻重不同，每天约需补充70105g 蛋白质。若以60g 为需要的最低量，大约2l 牛奶便能提供此量。肉、蛋、奶等动物性食品和许多植物性食品中都含有丰富的蛋白质。所谓粮食质量的提高，主要是指增加蛋白质在粮食中所占的比重。各种农作物中，蛋白质含量高者首推大豆。营养学认为，动物蛋白在总蛋白量中至少占1/3，若达不到时尽可能多吃些豆制品，使二者加起来占总蛋白质的1/3 到1/2。随着对膳食中必需氨基酸的确认，又发现这样一些情况：特殊的食物能治疗特定的疾病。这些病就是所谓缺乏病，即由于在食物中缺乏身体所必需的某些物质而造成的疾病。这些病几乎都出现在一个人得不到正常而平衡的饮食（这包括很广泛的食物种类）的时候。引起某些特定的疾病所缺少的物质就是维生素。人类认识维生素的必需性已有200 多年的时间了。英国水手们的绰号叫做“limeys”，这个名称就来源于他们喝lime juice（酸橙汁）以防坏血病，酸橙汁中防止坏血病的物质就是维生素c。当年储藏酸橙汁柳条箱的伦敦泰晤士区至今还叫“酸橙库”。又如，日本某海军将军由于让他的船队从单调地吃大米改为更多样化的膳食，而使得日本海军的一种灾难性疾病“脚气病”结束了。进而一名荷兰医生艾克曼假定脚气病是一种细菌引起的病，便用一些鸡作实验动物以确定引起该病的细菌。当用精白米喂鸡，鸡就得病，若用未去壳的稻米，鸡就痊愈。艾克曼判定折磨家禽的这种“多发性神经炎”和人类脚气病的症状相似。作为人类的消费品，稻米脱壳是为了可以更好地保存，因稻米的细菌随壳脱去，而这些细菌含有油类，很易腐败。艾克曼和他的同事研究了稻米的壳中什么东西可以防止脚气病。他们成功地将壳中的这种关键性的因子溶解在水中，并发现这种物质能通过膜，而这种膜是蛋白质所不能透过的。显然这种未知的物质定然是一种相当小的分子，而当时未能被鉴定出来。后来很多科学家进行了进一步的试验，并分离得到这种物质，现在我们知道脚气病是因为缺乏维生素b1（硫胺）所引起的。其他主要维生素的功能，以及缺乏它们所引起的相应病症的关系等请参阅表102。维生素是维持正常生命过程所必需的一类有机物，需要量很少，但对维持健康十分重要。有些生物体可自行合成一部分，但大多数需由食物供给。维生素不能供给机体热能，也不能作为构成组织的物质，其主要功能是通过作为辅酶的成分调节机体代谢。长期缺乏任何一种维生素都会导致某种营养不良症及相应的疾病。有些维生素在体内有协同作用，如维生素c 能提高对铁的吸收率；维生素d 又称抗软骨病维生素，其主要功能是调节钙、磷代谢，维持血液钙、磷浓度正常，从而促进钙化，使牙齿、骨骼正常发育。植物体内不含维生素d，仅动物体内才含有，鱼肝油含量最丰富，蛋黄、牛奶中也都含有维生素d。人类的保健，儿童的发育都需要维生素。人类每日必须从膳食中（或维生素制剂中）摄入一定数量的各种维生素，参阅下表。表中给出的需要量数字是最低限。老年人需要较多的b 族维生素和维生素c，对维生素d 需要很少。需要视力集中的人如射手、领航人员、精细机器制造工人，一般皆需要摄取较多的维生素a；对暗适应力低的病人和眼角膜干燥的病人，同样需要较多的维生素a。膳食中糖类比例较大的人和食欲不好的及神经性疾患的病人需要较多的维生素b1；化工厂和高温车间工人需要较多的维生素c。各种维生素的摄食量虽然应适当充足，但并非愈多愈好。过量的维生素a，d 和烟酰胺都有毒性，例如，维生素d 摄食过量会引起乏力、疲倦、恶心、头痛、腹泻等，还可使总血脂和血胆固醇量增加，妨碍心血管功能。过量维生素d 之所以产生毒性，主要是因它不易排泄，肌体只能从胆汁排出一部分过多的维生素d。维生素c，b1，b2，b6 等虽然无毒性，但超过肌体所能利用和储存的量即由尿和其他体液排泄出体外。这再一次证明，生命体对任何营养素的需求都是有其浓度范围的。无机盐又称矿物质，人体及动物所需的矿质元素有k，na，ca，fe，mg，cu，mn，co，p，s，cl，i，f，se 等，它们是构成骨、齿和体液（血液、淋巴）的重要成分。体内许多生理作用也靠无机盐来维持。例如酸、碱平衡的调节和渗透压调节等就需要na+和k+参加。含有mg2+，mn2+，na+，fe3+，ca2+的矿物质还有促进酶活性的功能。有的酶本身就含有金属元素如cu，mg，fe等。膳食中长期缺乏某些无机盐会出现营养不良症状。食物中缺铁，血液的血红蛋白就变得不足，心肺运送到细胞的氧气也就减少，这种情况被称为缺铁性贫血。这种病人因红色素的缺乏而面色苍白，因氧的缺乏而倦怠。钙是骨骼的主要成分，缺钙会得佝偻病和龋齿。但过多的钙会引起骨质增厚和软骨的钙化。50 年代，日本的某河流沿岸的居民遭受了一种称做“疼疼病”的侵袭，这种病引起严重的疼痛性骨脱钙，并导致多发性骨折。后来得知，这种疾病是镉造成的。由于河上游用含有镉的工业污水灌溉水稻，使稻谷中含有镉，它通过食物键进入人体，降低了钙离子浓度使正常的钙代谢受到了干扰。第一个被发现的人体不可缺少的微量元素不是金属，而是一种非金属元素碘。缺碘最严重的危害是影响儿童的智力，甚至会使其终生难以得到改善。碘缺乏会导致地方性甲状腺肿（俗称大脖子病）。克服碘缺乏问题并不十分困难，最经济实用的方法就是烹调时使用碘盐（氯化钠中加碘酸钾）。另外可多吃含碘丰富的海带等。海带被认为是营养价值较高的食品，不仅含碘丰富，可防治甲状腺肿大，促进智力发育，且蛋白质含量较高，具有18 种氨基酸，此外，其中ca，p，fe 等矿物质及维生素的含量也较丰富。人体中的微量元素含量极微，大多为过渡元素，是酶中不可缺少的成分，如cu，zn，mn，mo 等参与多种酶的组成与激活。在体内的新陈代谢中，酶是生物催化剂，如果消化道中没有酶，消化一餐饭将花费50 年的时间！人体内的酶有近1000 种，60以上含有微量元素，例如cu，zn 在人体生物功能的重要性仅次于fe，cu 以cu2+形式存在，其余都是以与蛋白质结合的形式存在。人体中有30 多种蛋白质、酶含有cu。现在已经知道cu 的最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白可以协同fe 的功能，在fe 的生理代谢过程中，fe2+氧化为fe3+时需要铜蓝蛋