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第六章蛋白质和氨基酸 第一节蛋白质的功能 一 构成机体和生命的重要物质 1 催化作用2 调节生理机能3 氧的运输4 肌肉收缩5 支架作用6 免疫作用7 遗传调控8 其他 二 建造新组织和修补更新组织 供给人体合成蛋白质所需要的氨基酸 体内蛋白质的合成与分解之间也存在着动态平衡 通常一般认为成人体内全部蛋白质每天约有3 更新 蛋白质 正常人体内Pro约为16 19 分解 合成 动态平衡 组织Pro不断更新修复 每天约3 的Pro被更新 图正常人体内的蛋白质代谢概况 肠道骨髓Pro更新速度较快 一切生命的物质基础 1 每克蛋白质在体内氧化供能约4kcal2 蛋白质供能作用可由碳水化合物或脂类代替 即供能是蛋白质的次要作用3 碳水化合物和脂肪具有节约蛋白质的作用 4 蛋白质的供能是由体内旧的或已经破损的组织细胞中的蛋白质分解 以及出食物中一些不符合机体需要或者摄入量过多的蛋白质燃烧时所放出的5 人体每天所需的能量约有10 15 来自蛋白质 三 供能 四 赋予食品重要的功能特性 持水性 起泡性 胶凝性 第二节蛋白质的需要量 一 氮平衡 NitrogenBalance 反映机体摄入氮 食物Pro含氮量约16 和排出氮的关系 即 氮平衡 摄入氮 尿氮 粪氮 皮肤等氮损失 氮平衡一般有三种情况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 摄入氮和排出氮相等为零氮平衡 zeronitrogenbalance 摄入氮多于排出氮为正氮平衡 positivenitrogenbalance 摄入氮少于排出氮为负氮平衡 negativenitrogenbalance 消化道 摄入蛋白质90g 14 4gN 粪便10g 1 6gN 尿75g 12gN 其它5g 0 8gN 机体合成蛋白质300g 氨基酸池 消化 吸收蛋白质150g 肠道内源性蛋白质70g 肌肉 30 器官体液 50 其它 20 图一个体重70kg的正常成人蛋白质代谢及氮平衡 必然丢失氮obligatorynitrogenlosses 定义 在无蛋白膳食时所丢失的氮量称之为必然丢失氮 一个成年人在摄食无氮食物时 每日氮的损失总量约为57mg kg 若膳食蛋白质被完全利用 则相当于每日排出0 36g kg的食物蛋白质 据此 成人每千克体重摄食0 36g膳食蛋白质应能补偿必然丢失的氮量 并达到氮平衡 机体每天由于皮肤 毛发和粘膜的脱落 妇女月经期的失血及肠道菌体死亡排出等损失约20g以上的蛋白质 这种氮排出是机体不可避免的氮消耗 平衡波动与调节 实际上 无论是体重还是氮平衡都不是绝对的平衡 一天内 在进食时氮平衡是正的 晚上不进食则是负的 超过24h这种波动就比较平稳 此外 机体在一定限度内对氮平衡具有调节作用 健康成人每日进食蛋白质有所增减时 其体内蛋白质的分解速度及随尿排出的氮量也随之增减 不过 蛋白质的需要量与能量不同 满足蛋白质的需要和大量摄食蛋白质引起有害作用的量相差甚大 二 蛋白质的需要量 确定人体蛋白质需要量的方法一般有两种 一种是在充分供给能量但食物不含蛋白质 或含量极低 时测定受试者通过尿 粪和其它途径所排出的氮量 另一种是测定维持氮平衡所需不同来源的蛋白质的氮量 蛋白质 热能营养不良 protein energymalnutrition PEM 好发人群 继发性 消耗排泄 病因 原发性 摄入不足 ProE不足 临床表现 混合型 消瘦型 Marasmus E Pro均不足 E基本满足Pro严重不足 浮肿型 Kwashiorkor 又称为恶性营养不良 蛋白质 能量营养不良 protein energymalnutrition PEM Kwashiorker氏征 指能量摄入基本满足而蛋白质严重不足的儿童营养性疾病 Marasmus氏征 指蛋白质和能量摄入均严重不足的儿童营养性疾病 成人蛋白质摄入不足可引起体力下降 浮肿 抗病力减弱等 蛋白质营养不良及营养状况评价 摄入较多的动物脂肪和胆固醇 加重了肾脏的负荷 造成含硫氨基酸摄入过多 可加速骨骼中钙质的丢失 易产生骨质疏松 osteoporosis 蛋白质摄入过多 治疗 药物及其它治疗 积极治疗原发疾病并发症 加强护理 全面补充营养素 增加营养 1 2 3 4 预防 1 2 3 4 5 注意住院病人的营养和膳食 预防疾病 合理生活制度 加强锻炼 母乳喂养 正确喂养方式 各种人群尤其是婴幼儿的合理营养 第三节必需氨基酸 一 必需氨基酸与非必需氨基酸 必需氨基酸 essentialaminoacid 是指人体不能合成或合成速度不能满足机体需要 必须从食物中直接获得的氨基酸 构成人体蛋白质的氨基酸有20种必需氨基酸 异亮氨酸 亮氨酸 赖氨酸 蛋氨酸 苯丙氨酸 苏氨酸 色氨酸 缬氨酸和组氨酸 条件必需氨基酸 conditionallyessentialaminoacid 半胱氨酸和酪氨酸非必需氨基酸 nonessentialaminoacid 组氨酸为婴儿必需氨基酸 成人需要量可能较少 摘自ModernNutritioninHealthandDisease 第9版 第14页 1999年 构成人体蛋白质的氨基酸 二 必需氨基酸的需要量及需要量模式 氨基酸模式是蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例 氨基酸模式 aminoacidpattern 定义 是将该种蛋白质中的色氨酸含量定为l 分别计算出其它必需氨基酸的相应比值 这一系列的比值就是该种蛋白质氨基酸模式 计算方法 几种中国食物和人体蛋白质氨基酸模式 根据 食物成分表 王光亚主编 人民卫生出版社 1991年 计算 大豆 全鸡蛋 红皮 来自上海 鸡蛋白来自河北 牛奶产自甘肃 猪瘦弱 牛肉 里脊 小麦标准粉来自北京 大米为浙江早籼标二米 限制氨基酸 是指食物蛋白质中一种或几种必需氨基酸相对含量较低 导致其它的必需氨基酸在体内不能被充分利用而浪费 造成其蛋白质营养价值降低 这些含量相对较低的必需氨基酸 称为限制氨基酸 三 限制氨基酸 1imitingaminoacid 1 赖氨酸 在谷物蛋白质和一些其它植物蛋白质中含量甚少 2 蛋氨酸 在大豆 花生 牛奶和肉类蛋白质中相对不足 3 苏氨酸 小麦 大麦 燕麦和大米还缺乏苏氨酸 4 色氨酸 玉米缺乏色氨酸 第四节食物蛋白质的营养评价 完全蛋白质与不完全蛋白质 含有8种必需氨基酸的蛋白质为完全蛋白质 包括蛋类 奶制品和肉类等动物性蛋白质和豆制品 不全部含8种必需氨基酸的蛋白质为非完全蛋白质 包括绝大多数谷薯类和蔬菜水果类食品 一 蛋白质的质与量 含量 content Pro数量 质量 但如没有一定数量 再好的Pro其营养价值也有限含量 是营养价值的基础 一般以微量凯氏 Kjeldahl 定氮法测定食物粗蛋白含量 食物含氮量 6 25食物的粗蛋白含量 大豆30 40 为最高 畜禽鱼蛋类10 20 粮谷类8 10 鲜奶类1 5 3 8 反映Pro在消化道内被分解 吸收程度真消化吸收率 true netdigestibility 表观消化吸收率 apparentdigestibility 真消化吸收率 表观消化吸收率在实际应用中往往用表观消化吸收率 以简化实验 并使所得消化吸收率具有一定的安全性 二 消化吸收率 digestibility 生大豆60 熟豆浆85 豆腐90 96 表几种食物的蛋白质真消化吸收率 动物性Pro消化吸收率一般高于植物性Pro 因为动物性食物中的Pro消化吸收影响因素较植物性的要少 影响蛋白质消化率的因素 蛋白质的来源 其它的膳食因素如食物纤维 多酚化合物 包括单宁 以及改变蛋白质酶促水解释放氨基酸的化学反应等 1 蛋白质生物学价值 biologicalvalue BV Pro经消化吸收后 进入机体可以储留利用的部分 BV值越高 表明其利用率也越高 三 利用率 utilization 较BV更为全面该实验以10 的被测Pro作为膳食Pro来源 2 净蛋白质利用率 netproteinutilization NPU NPU 受试动物尸体增加氮量 无蛋白饲料组动物尸体减少氮量 摄取食物氮量 3 蛋白质净比值 netproteinratio NPR 与蛋白质存留率 proteinretentionefficiency PRE 平均增加体重 g 平均降低体重 g NPR 摄入的食物蛋白质 g PRE 蛋白质净比值 100 6 25 4 相对蛋白质价值 relativeproteinvalue RPV 受试蛋白质的斜率 RPV 标准乳清蛋白质的斜率 如清蛋白质的相对蛋白质价值为100 则酪蛋白为69 2 大豆蛋白为43 3 而麸蛋白为16 5 用处于生长阶段的幼年动物 一般用刚断奶雄性大白鼠 实验期内 其体重增加和摄入Pro量的比值因所测Pro主要被用于生长之需 PER常用作婴幼儿食品中Pro营养价值评价 5 蛋白质功效比值 proteinefficiencyratio PER 6 氨基酸评分 aminoacidscore AAS 化学分 chemicalscore CS AAS因其简便易行而被广泛采用不同年龄的人群 其氨基酸评分模式不同 不同的食物其氨基酸评分模式也不相同 AAS 确定某一食物中ProAAS分两步1 计算被测Pro每种必需氨基酸的评分值2 在上述计算结果中 找出最低的EAA 即第一LAA 评分值 即为该Pro的氨基酸评分 这种方法可替代PER对除孕妇和1岁以下婴儿以外的所有人群进行食物Pro评价 7 经消化率修正的氨基酸评分 proteindigestibilitycorrectedaminoacidscore PDCAAS PDCAAS 氨基酸评分 真消化吸收率 表几种食物蛋白质的PDCAAS 表几种常见食物蛋白质的质量 1 氨基酸分在实际应用中缺陷氨基酸分和蛋白质消化率修正的氨基酸分是根据蛋白质中必需氨基酸含量与氨基酸需要量模式进行比较所得的结果 这在食品加工致使蛋白质消化率下降时用氨基酸分来评价其质量也可产生一定的差别 随着食品加工时蛋白质质量的改变 食品加工引起蛋白质消化率的变化 氨基酸分和蛋白质消化率修正的氨基酸分与生物学测定之间似无确切的关系 8 可利用赖氨酸 赖氨酸是必需氨基酸 而且是某些食品的限制氮基酸 由于赖氨酸的 氨基非常活泼 很容易与其它物质包括其它氨基酸发生反应从而降低赖氨酸的利用率 这样赖氨酸就不能再产生Vanslyke反应 RNH2 HNO2 ROH H2O N2 也不能与氟二硝基苯 1 氟 2 4 二硝基苯 FDNB 生成二硝基苯 N 二硝基苯 DNP 衍生物 此时用动物生长试验来评价其营养价值时便是不可被利用的了 FDNB反应的赖氨酸似乎可以作为油籽产品如花生粉 以及乳粉等可利用赖氨酸的良好指标 2 可利用赖氨酸评价的原理 FDNB反应 1 首先测定蛋白质的含量和氨基酸模式 计算蛋白质消化率修正的氨基酸分 2 注意食品加工过程中蛋白质的变化 这通常是测定赖氨酸和蛋氨酸的利用率 因为它们在食品加工时最易破坏 而这也可能是生物学评价低于化学评价的原因 3 最好对样品中的氮 氨基酸和包括微生物毒素在内的各种毒素进行适当的分析检验 以除去非蛋白质物质的作用 4 最后 应对受试蛋白质进行满足人体需要量方面的检验 此工作应十分慎重和仔细 8 食物蛋白质进行营养评价时应注意问题 蛋白质互补作用 complementaryaction 为了提高植物性蛋白质的营养价值 往往将两种或两种以上的食物混合食用 而达到以多补少的目的 提高膳食蛋白质的营养价值 不同食物间相互补充其必需氨基酸不足的作用 称为蛋白质互补作用 第五节蛋白质的互补作用 不同蛋白质的互补作用只有在同时食用时发挥最好 若不同时食用 其作用可有下降 互补作用发挥的条件 第六节蛋白质和氨基酸在食品加工时的变化 食品加工通常是为了杀灭微生物或钝化酶以保护和保存食品 破坏某些营养抑制剂和毒性物质 提高消化率和营养价值 增加方便性 以及维持或改善感官性状等 但是 在追求食品加工的这些作用时 常常带来一些加工损害的不良影响 由于蛋白质 特别是必需氨基酸在营养上的重要作用 人们对其在食品加工中的变化十分注意 一 热加工有益作用 1 杀菌和灭酶2 提高蛋白质的消化率3 破坏某些嫌忌成分4 改善食品的感官性状 二 氨基酸的破坏 氨基酸的破坏方式 1 加热 主要是赖氨酸 含硫氨基酸和胱氨酸的明显损失 2 氧化 当蛋白质和脂类过氧化物在一起时 蛋白质的氨基酸有重大损失 其中蛋氨酸 胱氨酸等最易破坏 在有敏化色素如核黄素存在时 色氨酸 组氨酸 酪氨酸以及含硫氨基酸残基可能发生光氧化作用 组氨酸反应最快 蛋氨酸和色氨酸据说是惟有在pH4以下容易氧化的氨基酸 食品在大气中进行辐射 通过水的射解作用可产生过氧化氢 从而对蛋白质 氨基酸产生破坏作用 硫氨基酸和芳香族氨基酸的射解 含低糖的湿润食物剧烈加热时常引起胱氨酸 半胱氨酸显著破坏 与此同时许多氨基酸的利用率下降 3 脱硫 4 异构化 产生 氨基酸的异构化由 位上不对称碳原子上的氢在碱性介质