营养与食品卫生学：2 Protein 蛋白质

1、蛋白质Protein蛋白质（protein）概述元素构成蛋白质是主要由C、H、O、N组成。其中含C 50%56%、H 6%8%、O 19%24%、N 13%19%，有的还含有S、P、Fe、Cu、Mn、Zn、Co等。多数蛋白质的含氮量约16%，因此，可通过测定食物样品的氮含量，再乘以6.25（蛋白质换算系数）得出样品中的蛋白质含量。化学结构基本单位氨基酸氨基酸（amino acid, AA） ：是蛋白质最基本结构单位；氨基酸基本结构：碳原子上氢被氨基取代，故名氨基酸。氨基酸既有酸性基团（-COOH），也有碱性基团（-NH2）。氨基酸分类必需氨基酸（essential amino acid, EA

2、A）定义：不能在体内合成或合成速度不能适应机体要求，而必需通过食物摄取的氨基酸。EAA种类：人体必需氨基酸一共有9种。条件必需氨基酸（conditionally EAA）种类：半胱氨酸和酪氨酸分别可由蛋氨酸和苯丙氨酸转化而来，可以减少对这两种必需氨基酸的需要量，称为条件必需氨基酸。非必需氨基酸（nonessential amino acid）人体所需氨基酸分类 EAA缬 Val亮 Leu异亮 Ile苏 Thr蛋 Met苯丙 Phe色 Trp赖 Lys组 His NEAA丙 Ala精 Arg甘 Gly丝 Ser天冬 Asp天冬酰 Asn谷 Glu谷氨酰 Gln脯 ProConditionally

3、 EAA 半胱 Cys 酪 Tyr蛋白质生理功能（Functions of protein）构成和修复组织细胞的原材料细胞水平：除水外，蛋白质占细胞内物质的80%；组织器官水平：构成肌肉组织、心、肝、肾等瘦组织（lean body mass），胶原蛋白、角蛋白参与结缔组织合成；组织量的增长需要：女性妊娠期间胎儿、胎盘、子宫体、乳腺组织的增长；儿童、青少年生长发育需要额外的蛋白质供给。Functions of protein维持体液平衡：血液中白蛋白（Albumin）：主要由肝脏合成，正常的白蛋白水平可对抗血液压力，使液体得以保留在血管中，避免发生组织水肿。Functions of protei

4、n调节血液酸碱平衡：血浆蛋白作为体内重要缓冲剂，通过结合或提供H+而调节血液酸碱度，保持血液弱碱性（pH 7.357.45）。合成激素、酶：某些激素由氨基酸（酪氨酸甲状腺素）或多肽（神经肽类激素、胰岛素）构成；酶：所有酶均由蛋白质参与构成。合成抗体，维持正常免疫功能。Functions of protein合成葡萄糖：仅发生在肝、肾组织：氨基酸脱氨后，碳架被合成葡萄糖。一般是在禁食时血糖降低，在胰高血糖素刺激下进行的糖异生过程。提供能量：氨基酸经脱氨后，-酮酸可进入TCA氧化分解供能，但并非其主要功能；能量系数：4kcal/g。蛋白质的消化、吸收和代谢消化（digestion） 胃液中胃蛋白酶

5、作用小肠中胰蛋白酶肽类和游离氨基酸。吸收（absorption） 主要以游离氨基酸形式被吸收，二肽、三肽也可被吸收，整蛋白极少被吸收。吸收后进入门静脉的成分：游离氨基酸70，短肽25，粘膜细胞合成并分泌的蛋白质5。蛋白质的消化和吸收 代谢（metabolism）氨基酸代谢池（amino acid pool）：食物蛋白经消化而被吸收的氨基酸（外源性）和机体组织蛋白分解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内共同参与代谢，包括以下三个基本途径：合成代谢：参与合成组织蛋白；合成含氮化合物：嘌呤、肌酸、肾上腺素；分解代谢：脱氨后碳架参与糖、脂肪、非必需氨基酸的合成或者进入TCA参与氧化供能。人

6、体氨基酸代谢 Metabolism因蛋白质是机体“唯一”氮来源，故可通过测定氮含量反映蛋白质代谢情况。氮平衡（nitrogen balance）：摄入食物蛋白量与机体排出蛋白量之间的关系，包括正氮平衡、负氮平衡和零氮平衡三种情况。 B=I-(U+F+S) I: intakes U: urine F: feces S: skin生长发育期妊娠期创伤、疾病恢复期运动员训练期营养状况良好的健康成年人蛋白质摄入不足（禁食、胃肠疾病）能量摄入不足丢失增多（肾病）食物蛋白质营养价值（protein quality of food）人体摄取食物蛋白质根本目的在于获得机体必需氨基酸，故食物蛋白质氨基酸组成是否

7、符合人体需要是其营养价值决定性因素。氨基酸模式（AA pattern）：某种蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例。表示方法：以人体对必需氨基酸需要最少的色氨酸为1，计算出其他必需氨基酸的相应比值。几类蛋白质氨基酸模式氨基酸人体全鸡蛋牛奶牛肉大豆大米Ile4.03.23.44.44.34.0Leu7.05.16.86.85.76.3Lys5.54.15.67.24.92.3Met+Cys2.33.42.43.21.22.8Phe+Tyr3.85.57.36.23.27.2Thr2.92.83.13.62.82.5Val4.83.94.64.63.23.8Trp1.01.01.01.01.01.0Pr

8、otein quality of food蛋白质按营养价值分类：完全蛋白质（complete protein）：蛋白质氨基酸模式与人体必需氨基酸需要模式接近，其必需氨基酸在体内利用率高，也称优质蛋白，既能维持机体生命，也能很好促进机体生长发育。如蛋、肉、奶、鱼、大豆蛋白质。Protein quality of food蛋白质按营养价值分类：半完全蛋白质（semi-complete protein） ：所含必需氨基酸齐全，但比例不适当，虽可维持生命，但不能促进个体生长发育。如麦胶蛋白。不完全蛋白质（incomplete protein）：所含必需氨基酸种类不齐全，比例不适当，既不能维持生命，也不

9、能促进生长发育。如玉米胶蛋白、豌豆球蛋白。Protein quality of food限制氨基酸（limiting AA）：与参考蛋白或人体必需氨基酸模式相比，食物蛋白质中含量相对较低的必需氨基酸，称为该蛋白质的限制氨基酸。限制氨基酸的存在使食物蛋白质利用受到限制。植物性蛋白常见限制氨基酸：Lys、Met、Thr、Trp等。Protein quality of food蛋白质互补作用（complementary action）：将两种或两种以上的食物混合食用，其中蛋白质相互弥补必需氨基酸的不足，以提高混合食物蛋白质营养价值的作用。蛋白质互补作用举例蛋白质Lys(%)Met(%)Thr(%)T

10、rp(%)AASFAO/WHO5.53.54.01.0100谷类2.43.83.01.144(Lys)豆类7.22.44.21.469(Met)奶类8.02.93.71.383(Met)三种食物混合5.13.23.51.288(Thr)食物蛋白质营养价值评价（Evaluation）评价指标食物蛋白质含量；蛋白质消化率；蛋白质利用率；Evaluation of protein quality食物蛋白质含量（content）食物蛋白质含量以凯氏定氮法测定氮元素含量，再乘以换算系数6.25。一般动物性食物的蛋白质含量高于植物性食物，但也有例外。几类食物蛋白质含量食物种类蛋白质含量（）畜、禽、鱼102

11、0鲜奶24奶粉2527蛋类1214大豆2040坚果1525谷类610薯类23蔬菜、水果1Evaluation of protein quality食物蛋白质消化率（digestibility）食物蛋白质消化率反映了食物蛋白质被消化酶接触并被消化为可吸收小分子的程度，表示为：蛋白质表观消化率(%)=(I-F/I)100%蛋白质真消化率(%)=I-（F-Fm）/I100% 消化率受蛋白质性质、膳食纤维、多酚类物和酶反应等因素的影响。食物蛋白质消化率食物真消化率(%)鸡蛋973牛奶953肉、鱼943玉米856大米884精制面粉964食物真消化率(%)燕麦864小米79大豆粉877菜豆78花生酱88混

12、合膳96Evaluation of protein quality食物蛋白质利用率（utilization）食物蛋白质经消化、吸收后被机体利用的程度，表示方式包括：生物价（BV）蛋白质净利用率（NPU）蛋白质功效比值（PER）氨基酸评分（AAS）经消化率校正氨基酸分（PDCAAS）Evaluation of protein quality蛋白质生物价（biological value）生物价(潴留氮/吸收氮)100 BV= I-（F-Fm）-(U-Um)/I-(F-Fm)教材P48公式有误。Evaluation of protein quality蛋白质净利用率（net protein uti

13、lization）净利用率消化率生物价(储留氮/摄入氮)100 NPU= I-（F-Fm）-(U-Um)/I100%Evaluation of protein quality蛋白质功效比值（protein efficiency ratio）功效比值为断奶雄性大鼠实验期内体重增加量与摄入蛋白质量的比值。功效比值动物增长体重/摄入食物蛋白质量注意：需要同时设定酪蛋白对照组加以校正。Evaluation of protein quality蛋白质氨基酸分（amino acid score）食物蛋白质氨基酸分也称化学分，是将蛋白质中必需氨基酸含量分别与参考蛋白相比，比值最低者为该蛋白质AAS。氨基酸分

14、 每克被测蛋白质氨基酸（mg）每克理想模式蛋白质氨基酸（mg）Evaluation of protein quality经消化率校正的AAS（PDCAAS） protein digestibility corrected amino acid scorePDCAASAAS食物蛋白质真消化率食物蛋白质利用率比较全鸡蛋94843.921.06全牛奶87823.090.98鱼83814.551.00牛肉74732.301.00大豆73662.320.63精制面粉52510.600.34大米63632.160.59食 物BVNPU(%)PERAAS蛋白质能量营养不良protein energy mal

15、nutrition，PEM定义：机体因各种原因摄入蛋白质、能量不足或两者均不足导致的营养缺乏病，被称之为蛋白质能量营养不良。PEM根据临床特征分类：干瘦型PEM（marasmus）：蛋白质与能量均长期不足引起机体组织消耗；水肿型PEM（kwashiorkor）：较短时间内缺乏蛋白质，血清总蛋白水平低，出现营养不良性水肿。Marasmus KwashiorkorInfancy (less than 2 yr) Older infants and young children (1 to 3 yr)Severe deprivation, or impaired absorption, of pro

16、tein, energy, vitamins, and mineralsInadequate protein intake or, more commonly, infectionsDevelops slowly; chronic PEM Rapid onset; acute PEMSevere weight loss Some weight lossSevere muscle wasting, with no body fat Some muscle wasting, with retention of some body fatGrowth: 60% weight-for-age Grow

17、th: 60 to 80% weight-for-ageNo detectable edema EdemaNo fatty liver Enlarged fatty liverAnxiety, apathy Apathy, misery, irritability, sadnessGood appetite possibleLoss of appetiteHair is sparse, thin, and dry; easily pulled out Hair is dry and brittle; easily pulled out; changes color; becomes strai

18、ghtSkin is dry, thin, and easily wrinkles Skin develops lesionsKwashiorkor 和 Marasmus症状体征比较 KwashiorkorMarasmus Plasma albumin Very low Usually normal Plasma amino acids branch chain and tyrosine More normal Serum amylase Very low Normal/low normal Plasma (total) cholesterol Very low Normal/low norm

19、al Plasma free fatty acids Increased Increased Plasma GHRaised Not as high Red cell GSH Low Normal Fasting blood glucose Low-normal Low T lymphocytes Low Low Plasma retinol Low Low IGF-1 Low Not as low Plasma transferrin Very low Low normal Plasma urea Low Not as low Plasma urate Low Raised Plasma z

20、inc Low Not as low Kwashiorkor 和 Marasmus生化指标比较蛋白质推荐摄入量（RNI）按照占总能量比例计算，约为10%15。各年龄组RNI可按1.16 g/(kg.d)估计。优质蛋白质占总蛋白质量1/3以上。蛋白质推荐摄入量（RNI，g/d）人群RNI0岁9g（AI）0.5岁201岁252岁253岁304岁305岁30人群RNI6岁357岁408岁409岁4510岁5011岁60(男) 55(女)14岁75(男) 60(女)蛋白质推荐摄入量（RNI）人群RNI18岁65(男) 55(女)50岁65(男) 55(女)65岁65(男) 55(女)80岁65(男) 55(女)人群RNI妊娠早期0妊娠中期15妊娠晚期30乳母+25我国居民不同时期蛋白质摄入量城乡合计城市农村调查时间198219922002198219922002198219922002摄入量 g66.7 68.0 66.166.8 75.1 69.166.664.364.9粮谷类食品：构成了全球大部分地区人群蛋白质主要来源，包括：小麦、燕麦、大米、玉米。缺点：含量低（6%22%），赖氨酸含量少。蛋白质食物来源（protein in the diet）主要来源：粮谷类（cereals）