1、整理人体蛋白质营养学的几个问题人体蛋白质营养学的几个问题蛋白质和氨基酸 蛋白质的消化和吸收 蛋白质的需要量 食物蛋白质的营养评价1.蛋白质和氨基酸蛋白质是由多种多个氨基酸分子以酰胺键连接构成的一大类高分子量化合物，普遍存在于生物界，是生命的载体，是生命的物质基础。没有蛋白质便没有生命。生命的突出特征之一是新陈代谢，新陈代谢的停止，便是生命的终止。蛋白质的新陈代谢是人体新陈代谢的基础。人体营养需要食物蛋白质，实质上是需要组成蛋白质的氨基酸，以氨基酸为材料来构建人体自身的蛋白质，过程可用下式表述：食物蛋白质 氨基酸 人体蛋白质由食物蛋白质分解出氨基酸的过程，称为消化，属于生理学、生物化学研究的范畴
2、，知识已相当深入。由氨基酸合成人体蛋白质的过程，实际上是遗传信息传递的过程，包括遗传信息的转录、翻译等。对该过程的认识从上个世纪的五十年代之后才开始，涉及到了生物学最本质的问题，使人类对自身的认识大大前进了一步。虽然在生物界发现的氨基酸类物质已有几百种，但参与蛋白质结构的氨基酸，根据遗传密码表的数据，仅有20种。 其他氨基酸皆可看成是这20种氨基酸的衍生物，对它们的生理功能，除个别例子外，知之尚少。按照遗传密码信息，这20种氨基酸可有成千上万种排列组合，可生成成千上万种性质、功能各具特色的蛋白质，演化出千姿百态、朝气蓬勃的生物界。1.1.人体必需氨基酸参与蛋白质结构的20种氨基酸，在营养学中一
3、般将它们划分为两类，称为必需氨基酸和非必需氨基酸。必需氨基酸是指人体需要，但自身不能合成，或合成量不能满足机体需要，必须由食物蛋白质供给，否则就不能维持机体氮平衡的氨基酸。通常认为人体必需氨基酸有八种，它们是赖氨酸（Lysine, Lys）、 蛋氨酸（Methionine, Met）、亮氨酸（Leucine, Leu）、异亮氨酸（Isoleucine， Ile）、缬氨酸（Valine, Val）、苯丙氨酸（Phenylalanine, Phe）、 苏氨酸（Threonine, Thr）和色氨酸（Tryptophan, Try）。近年来认识到，对婴儿讲来，组氨酸（Histidine, His）属
4、于必需氨基酸；有资料证明，对成年人组氨酸亦属必需氨基酸。非必需氨基酸，这个名称不精确，只是相对于必需氨基酸而言，并非机体不需要，它们也为机体需要，并且必须以某种形式提供；其特点是机体自身能合成，或可由其他氨基酸转化而来，且一般食物蛋白质中含量丰富，一般不会出现供给匮乏的情形。非必需氨基酸包括 甘氨酸（Glycine, Gly）、丙氨酸（Alanine, Ala）、丝氨酸（Serine， Ser ）、 半胱氨酸（Cysteine， Cys）、门冬氨酸（Aspartic acid， Asp）、 门冬酰胺（Asparagine, Asn）、酪氨酸（Tyrosine, Tyr）、精氨酸（Arginin
5、e, Arg）、脯氨酸（Proline, Pro）。 此外，胱氨酸（Cystine, Cyss）和羟脯氨酸（Hydroxyproline, HO-Pro）也可算作非必需氨基酸。在体外，半胱氨酸不稳定，分子间极易缩合，产物为胱氨酸。羟脯氨酸可看成是脯氨酸的衍生物，它大量存在于胶原蛋白质中。在动物饲喂实验中看到，胱氨酸（Cyss）可替代蛋氨酸（Met），替代量达80；酪氨酸（Tyr）可替代苯丙氨酸（Phe），替代量可达70。原因是，在机体的代谢过程中，蛋氨酸本来就大量用于合成半胱氨酸（Cys）；苯丙氨酸本来就大量用来合成酪氨酸，故当食物中胱氨酸和酪氨酸供给丰富时，机体便无须以宝贵的Met和Phe来
6、合成这两种非必需氨基酸，从而可降低机体对Met和Phe的需要量，据此，有时将Cyss和Tyr称为半必需氨基酸。在生物化学中，是按照分子结构来对氨基酸分类的，分组情况如下：脂肪族氨基酸中性氨基酸（一氨基一羧基）：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Ser、Thr、Cys、Cyss2 酸性氨基酸（一氨基二羧基）：Asp、Asn、Glu、Gln3 碱性氨基酸（二氨基一羧基）：Arg、Lys 芳香族氨基酸：Phe、Tyr 杂环氨基酸：His、Trp 杂环亚氨基酸：Pro、HO-Pro1.2.必需氨基酸的需要量和需要量模式在蛋白质代谢过程中，机体对每种氨基酸的需要和利用都处于一定范围之内，某一种氨基
7、酸过多或过少都会影响另一些氨基酸的利用，因此，为了满足蛋白质合成的需要，各种氨基酸之间应有一个适当比例。必需氨基酸之间相互搭配的比例关系称为必需氨基酸需要量模式，或称为氨基酸计分模式（amino acid scoring pattern）。显然，膳食蛋白质中必需氨基酸的模式越接近人体蛋白质的组成，并被人体消化、吸收，就越接近人体蛋白质合成的需要，就越易被机体利用，其营养价值就越高。WHO 1985年建议的人体必需氨基酸需要量模式见表1。1.3.限制氨基酸在食物蛋白质的氨基酸构成中，按照人体的需要及其比例关系相对含量不足，限制了其他氨基酸利用的那些氨基酸，称为限制氨基酸。显然，限制氨基酸必出现于
8、必需氨基酸之中。在限制氨基酸中缺乏量最甚者，称为第一限制氨基酸。限制氨基酸严重影响机体对食物蛋白质的利用程度，表1. 人体必需氨基酸需要量模式（mg / kg d）氨基酸婴儿平均（范围）学前儿童（25岁）学龄儿童（1012岁）成年人HisIleLeuLysMet+CyssPhe+TyrThrTrpVal总计包括His减去His26（1836）46（4153）93（83107）66（5376）42（2960）72（68118）43（4045）17（1617）55（4477）460（408588）434（390552）（19）2866582563341135339320（19）2844442222
9、28（9）252412221613191617199513127111引自：WHO technical report series, 747, 1985决定食物蛋白质的营养价值。这是由于只要有任何一种必需氨基酸供给不足，其他氨基酸供给再丰富，机体的蛋白质合成也会因缺乏材料而受阻。形象地讲，犹如如下情形：你准备了盖十间瓦房的各种建筑材料，却仅备了刚够盖一间房的木梁，便只能建起一间房，其他建材再多也建不出第二间房，道理是一样的。食物中最主要的限制氨基酸为Lys和Met。大多数植物蛋白质中Lys含量不足；大豆、花生、牛奶和肉类蛋白质中Met相对不足。通常，Lys是谷类蛋白质的第一限制氨基酸，而Met
10、则是大多数非谷类植物蛋白质的第一限制氨基酸。此外，小麦、大麦、燕麦和大米还缺乏Thr，玉米还缺乏Trp，Thr和Trp分别是它们的第二限制氨基酸。几种常见食用植物蛋白质的限制氨基酸如表2所示。表2. 几种食物蛋白质的限制氨基酸名称第一限制氨基酸第二限制氨基酸第三限制氨基酸小麦大麦燕麦大米玉米花生大豆棉籽LysLysLysLysLysMetMetLysThrThrThrThrTrpValMetMetThr引自： 天津轻工业学院、无锡轻工业学院合编，食品生物化学，19811.4. 蛋白质的互补作用不同食物蛋白质的氨基酸构成不同，限制氨基酸不同，已如上述。如果将不同的食物适当混合食用，它们之间的相对
11、不足和相对丰富可相互一定程度地补偿，从而拉近与人体必需氨基酸需要量模式的距离，使食物蛋白质的营养价值得到一定程度提高，这种现象称为蛋白质的互补作用。例如，豆腐（大豆蛋白质）和面筋（小麦蛋白质）在单独食用时，其生物价（BV）分别为65和67，而当将两者以42 ：58的比例混合食用时，其BV可提升至77。这是由于小麦蛋白质缺乏Lys，而Met却较丰富；而大豆蛋白质的Lys含量丰富而Met相对不足，两种蛋白质混合食用后，实现了蛋白质互补，因而使总的蛋白质营养价值得到提高。实际上，多种食物混吃以提高食物蛋白质营养价值的办法，在我国的饮食习惯中早已有之，其中的道理，近代营养学才揭示了出来。在现代营养学认
12、识的基础上，人们更应明确地反对偏食，提倡合理膳食，均衡营养。根据同样道理，在科学地分析和计算的基础上，向食品中添加限制氨基酸成品，以提高食品蛋白质营养价值的方法，已取得巨大成功，这方面的工作涉及食品的营养强化问题，不再深述。我国人民日常食物的几种蛋白质搭配，其蛋白质互补作用的效果见表3。表3. 几种食物蛋白质的生物价（BV）名称食物蛋白质的配合比例（）生物价（BV）单独进食混合进食豆腐面筋4258656777小麦大豆6733676477大豆鸡蛋7030649477玉米小米大豆404020605764732. 蛋白质的消化与吸收2.1. 蛋白质的消化食物蛋白质的消化，是在多种蛋白酶的作用下实现的
13、。这些酶皆属于水解酶，将蛋白质分子链的酰胺键切开，露出新的氨基和羧基末端，生成新的较小的肽链，有的切出氨基酸。分子量很高的肽链曾称为 和胨。切割肽链的蛋白酶可分作两类，称为内肽酶和外肽酶。内肽酶的切点在肽链的内部，把大肽链切割成小肽链，具有切点识别特异性。内肽酶先识别出某氨基酸残基，再切开该氨基酸残基的酰胺键，切出以该氨基酸的羧基为羧基末端的新肽链来。外肽酶的切点在肽链的末端，也具有一定的位点识别特异性，一次切下一个氨基酸。外肽酶分为两类，一类从肽链的氨基末端切割，称为氨基肽酶（氨肽酶）；一类从肽链的羧基末端切割，称为羧基肽酶（羧肽酶）。外肽酶中专门切割由26个氨基酸残基构成的寡肽的酶，又称为
14、寡肽酶。2.1.1. 胃液的作用胃液由胃腺分泌，是无色酸性液体，pH 0.91.5。 胃液中含有胃蛋白酶原，在胃酸或已激活的胃蛋白酶的作用下，方可被激活，变为有活性的胃蛋白酶。胃蛋白酶可将各种水溶性的蛋白质水解成 和胨，产生的多肽和氨基酸较少。胃蛋白酶对乳中的酪蛋白尚有凝乳作用。2.1.2. 胰液的作用胰液由胰腺分泌，流入十二指肠，是无色、无臭的碱性液体，所含的蛋白酶也以酶原的形式存在，须活化后才变为有活性的酶。胰液的蛋白酶主要有两类：内肽酶（胰蛋白酶、糜蛋白酶和弹性蛋白酶）和外肽酶（羧肽酶A和羧肽酶B），它们对肽链的识别位点各异，分述如下。胰蛋白酶识别肽链中的碱性氨基酸（Lys、Arg）残基
15、，切割出羧基端为碱性氨基酸的肽链。糜蛋白酶识别肽链中的芳香族氨基酸（Phe、Tyr）残基，生成羧基末端为芳香族氨基酸的肽链；有时也切割Leu、Gln和Met位点，生成相应的肽链。弹性蛋白酶的识别位点为肽链中的脂肪族氨基酸残基（如Val、Leu、Ser等）。羧肽酶A识别羧基末端为中性氨基酸的肽链，并且把该中性氨基酸切下。羧肽酶B识别羧基末端为碱性氨基酸的肽链，并把该碱性氨基酸切下。 故糜蛋白酶和弹性蛋白酶产生的肽链可被羧肽酶A进一步水解；而胰蛋白酶产生的肽链可被羧肽酶B进一步水解。大豆、棉籽、花生、油菜籽、菜豆等，特别是豆类中含有能抑制胰蛋白酶、糜蛋白酶等多种蛋白酶活性的物质，统称为蛋白酶抑制剂
16、。这些抑制剂经高温处理可灭活，如常压蒸汽加热30分钟，或1kg压力蒸汽加热1530分钟。2.1.3. 肠粘膜细胞的作用胰腺蛋白酶在小肠的水解产物中，仅1/3为氨基酸，其余为寡肽。原因是肠消化液中水解寡肽的酶较少；而在肠粘膜细胞的刷状缘和胞液中，却富含寡肽酶（氨肽酶和羧肽酶），刷状缘中的寡肽酶能水解各种由26个氨基酸残基构成的寡肽，而胞液中的寡肽酶主要水解二肽和三肽。2.2. 蛋白质消化产物的吸收蛋白质消化产物的吸收，说的是这些消化产物从肠液中如何通过肠粘膜进入肠壁、进入血液，由血液循环系统转运到机体各处，供机体各组织器官使用的过程。其中关键的过程，是这些小分子物质如何跨膜进入肠粘膜细胞的，此乃
17、机体之内外的分界。由2.1.3.所述，能进入肠粘膜细胞的不仅是氨基酸，还有数量更多的寡肽。一般认为四肽以上的蛋白质水解物不能直接进入肠粘膜细胞，当它们接触刷状缘时先被水解成二肽或三肽，吸收后在细胞液中最终水解成氨基酸。其中含有Pro和HO-Pro的二肽，则只能在胞液中才能被水解，甚至还有少部分（约10）以二肽形式直接进入血液。氨基酸的吸收速度很快，它们在肠液中的含量从不超过7。有资料证明，肠粘膜对肠液中蛋白质天然形态水解物（1/3氨基酸+2/3寡肽）的吸收速度，远比对单纯混合氨基酸的吸收更快些。肠粘膜细胞对氨基酸和寡肽的吸收为主动吸收，它们透过细胞膜的过程是个耗能需钠的生理过程。细胞壁上转运氨
18、基酸或寡肽的载体蛋白与它们及钠离子形成三联体，将它们转运入细胞膜之内。之后Na+借助钠泵主动排出细胞膜外，使胞液的Na+离子浓度不致于升高，利于氨基酸或寡肽的不停吸收转运。化学结构各异的氨基酸分子是被不同的转运系统吸收进入肠粘膜细胞的。中性氨基酸转运系统对中性氨基酸有高度亲合力，可转运芳香族氨基酸（Phe、Tyr、Trp）、脂肪族氨基酸（Ala、Ser、Thr、Val、Leu、Ile）、含硫氨基酸（Met、Cys）以及His、Gln等，部分Gly也靠这个系统转运。该系统的转运速度最快。各氨基酸的吸收速度排序为MetIleValPheTrpThr。碱性氨基酸转运系统转运Lys和Arg，但转运速度
19、慢，仅为中性氨基酸转运速度的10，Cyss也靠该系统转运。酸性氨基酸转运系统转运Asp和Glu。亚氨基酸和甘氨酸转运系统转运Pro、HO-Pro和Gly，转运速度慢。又因含有这些氨基酸的二肽可直接吸收，故该系统在氨基酸吸收过程中的贡献不突出。3.蛋白质的需要量3.1.氮平衡研究人体对蛋白质的需要量，首先须考察蛋白质摄取量与排出量之间的比例关系。直接测定食物中或人体内消耗的蛋白质，在技术上有困难。已知各种蛋白质的含氮（nitrogen, N）量相近，皆在16左右；无论食物中或人体内含N的物质，绝大部分为蛋白质及其代谢物。故以凯氏（Kjeldehl）定N法测定人体摄入物和排出物的含N量，可间接了解
20、蛋白质的动态变化关系。正常成年人不再生长，每日进食的蛋白质主要用于机体组织的修补和更新。一般认为成人体内全部蛋白质每天约有3左右须更新，80天左右蛋白质的更新量可达一半。当膳食蛋白质供应适当时，其N的摄入量和排出量相等，这种状态称为N平衡。儿童正在生长发育，孕妇和初愈病人体内正生长新组织，其摄入的蛋白质必有相当部分变化为新组织。他们的N摄取量必大于排出量，这种状态称为N的正平衡。饥饿者、食物蛋白质不足者以及消耗性疾病患者，他们日渐消瘦，N的摄取量少于排出量，称为N的负平衡。健康成年人，当给予无N膳食时，最初尿N明显下降，之后下降的速度变缓，直至达到一个相对稳定值。这是由于既使食物中无蛋白质供应
21、，机体的蛋白质代谢仍须继续进行，否则生命便会终止。此时机体蛋白质的水解产物，释出的氨基酸大部分被重新用来合成新的蛋白质，仅有少部分代谢成尿素和其他代谢产物排出体外。机体对自身蛋白质分解而来的氨基酸的利用率，因营养状况变动极大，例如，营养状况良好的大鼠，其肝脏所需氨基酸的50为再利用氨基酸；禁食大鼠的再利用部分可达90，人体在非常时期的情况与之相似。大量的研究结果显示，食用无N膳食1014天后，成人平均每天的尿N排出量为37mg/kg，粪N约为12mg/kg，至于由皮肤等次要途径损失的N量，情况较复杂，测定比较麻烦。WHO 1985年规定，这项N损失量成人每天按8mg/kg、12岁以下儿童每天按
22、10mg/kg计算。这些在无N膳食条件下的N丢失量称为必然丢失量（obligatory nitrogen losses）。综上所述，成年人在无N膳食条件下，每天N的损失总量为57mg/kg（37+12+8=57），相当于每天排出蛋白质0.36g/kg（57mg6.25）。假设食物蛋白质被完全利用，据此可认为，若食物蛋白质按0.36g/kg摄入，应能补偿成人机体的蛋白质丢失，达到N平衡。N平衡状态可表示为下式：摄入N = 尿N + 粪N + 其他N损失实际上，N平衡不是绝对的。一天内，进食时N平衡为正；晚上不进食时则N平衡为负；超过24小时这种波动才比较平稳。机体在一定限度内对N平衡具有调节作用
23、，健康成人每天进食蛋白质有增减时，体内蛋白质的分解速度与随尿排出的N量会相应增减。进食高蛋白质膳食时尿中排出的N量增加，反之则减少。若摄食的蛋白质量过大，不仅机体利用不了，甚至反而加重消化器官和肾脏的负担。不过，满足蛋白质的需要量与引起毒害作用的超量，相差巨大，故因蛋白质超量而引起毒害的现象甚为罕见。3.2.蛋白质的需要量研究人体蛋白质需要量的方法经历了两个阶段，早期使用的方法是，在无N膳食条件下，测定受试者尿N、粪N和其他N丢失量，以推断维持N平衡时人体需要多少蛋白质。如3.1.所述，由这种工作得到的认识是，成人每天的N损失量为57mg/kg，相当于丢失蛋白质0.36g/kg。似乎只要从食物
24、补足这一数量的蛋白质，便可满足人体对蛋白质的需要，出现N平衡。实测的结果是，既使进食上述数量的优质蛋白质如蛋、乳、肉等，人体也不会出现N平衡。原因在于，既使是优质蛋白质，其氨基酸组成也与人体蛋白质存在巨大差别，当以食物蛋白质的氨基酸为材料构建人体蛋白质时，必然会有损耗。另外，在这种实验中，为了维持受试者的体重，故意提高他们的能量食物供给，而对人和动物的试验都证明，增加能量的摄食可加强机体的蛋白质合成和降低氨基酸的氧化损耗，有利于正N平衡，因而使实验结果的偏差更大。研究人体蛋白质需要量的第二种方法，是选取几种食物蛋白质，每种蛋白质在予期需要量的上下设几个量，让受试者按量食用，观测食物蛋白质在哪一
25、个食用量可达N平衡，据此来评价人体蛋白质的需要量。WHO（1985年）报告，以第二种方法所得的结果是，在进行短期N平衡研究时，人体对优质蛋白质（good quality protein）的日平均需要量为0.63g/kg。在长期N平衡研究时，人体对优质蛋白质的日平均需要量为0.58g/kg。FAO/WHO/UNU专家委员会决定，将上述两组数据的平均值-日均需要量0.60g/kg作为成人对优质蛋白质的日需要量。健康成年人短期N平衡研究的一组数据见表4。不同人群对蛋白质的需要，因个体的差异而有不同。既使在性别、年龄、体型和体力活动相同情况下，个体也有差异。人体需要量统计起来呈正态分布。为了保证健康，
26、1971年FAO/WHO专家委员会将需要量平均值加二个标准差（2SD）规定为安全摄取量（safe level of intake）。1981年FAO/WHO/UNU专家委员会认定，蛋白质需要量的真变异系数（true coefficient of variation）为12.5。因此，蛋白质需要量日均值0.60g/kg再加上25（2SD），应可满足人群中97.5个体的需要。据此，WHO 1985年认定，成人对优质蛋白质的日安全摄取量为0.75g/kg（0.601.25=0.75）。表4. 不同食物的蛋白质需要量蛋白质来源（优质蛋白质）受试人数平均需要量（g/kg d）变异系数鸡蛋蛋白牛肉酪蛋白鱼
27、平均831711697770.650.630.580.690.740.490.560.580.710.6266.819.010.818.211.519.1引自：WHO Technical report series, 724, 1985食物蛋白质的品质不同，机体达到N平衡所需的量也不同。一般情况是，动物性蛋白质如鱼、肉、蛋、奶等优质蛋白质的需要量较低，而植物蛋白质或动植物混合食物的蛋白质需要量则高些。不同国家普通混合膳食之蛋白质需要量的测定结果见表5。表5. 普通膳食的蛋白质需要量国别受试人数蛋白质需要量（g/kg d）变异系数中国（台湾省）印度土耳其巴西智利日本墨西哥101561187880
28、.990.800.540.650.700.820.730.7811.620.311.613.714.614.227.117.4引自： WHO Technical report series , 724 , 1985要满足机体的蛋白质需要，不仅应进食充足量蛋白质，还应有充足量的其他营养素之供给。如果仅进食蛋白质而无能量食物供应，则食物蛋白质的不小部分将转而对机体供能，造成蛋白质的浪费。换言之，糖类等能量营养素具有节约蛋白质的作用。4. 食物蛋白质的营养评价食物蛋白质营养价值的评价，应考查三方面：蛋白质的数量（蛋白质在食品中的含量）；蛋白质的质量（品质）；机体对该蛋白质消化、吸收的程度。尽管食物蛋
29、白质的营养价值可通过人体实验直接观测，但为了慎重和方便，往往还是采用动物实验的方法，来收集数据。应该明确，任何一种方法都是以某种现象作为观察的依据和指标的，往往具有局限性，故其给出的结果应被看作是相对的。4.1. 蛋白质的质和量4.1.1. 完全蛋白质和不完全蛋白质19021921年，Osborne和Mendel在实验中观察到，不同品种单一的蛋白质在维持生命和支持动物生长方面有巨大差别，而把蛋白质分为三类。他们把实验用的大白鼠分为几组，分别饲以蛋白质占总能量18的不同蛋白质。结果看到，喂酪蛋白的大鼠生长正常，而将酪蛋白归为完全蛋白质；麦醇溶蛋白（gliadin）虽能维持生命，但动物生长缓慢，归
30、为部分不完全蛋白质；而玉米醇溶蛋白（zein）不仅不能支持动物生长，甚至不能维持其生命，归为不完全蛋白质。另外他们还观察到，当以酪蛋白占能量9的饲料喂养时，动物的生长量仅为18量饲料的一半，证明在营养上蛋白质的质和量都重要。同为蛋白质，在营养功能上何以有如此差别？当时的知识无法回答。现在我们已经知道，所谓完全蛋白质，是那些所含氨基酸尤其是必需氨基酸完全的蛋白质；不完全蛋白质和部分不完全蛋白质，其必需氨基酸不完全，两者仅不完全的程度不同而已。4.1.2. 食物中蛋白质的含量4.1.1.所述已明确，蛋白质的质是决定蛋白质营养价值的决定因素，而蛋白质的量也不容忽视。一个蛋白质虽然品质很高，若量不足，也不能满足机体的营养需要，发挥不出应有的作用。食物蛋白质含量的测定，通常是用凯氏定N法测定其含N量，再折算成蛋白质含量。食物的总N量虽基本上反映的是蛋白质的N，但也包括有游离氨基酸、小肽、嘌呤、嘧啶、肌酸、肌酐、含N维生素、氨基糖及无机物中的N，只是它们的贡献极微而已。肉类的N中一部分为游离氨基酸和多肽；鱼类还含有挥发性碱基N和甲氨基化合物的N；海产软骨鱼类可能还含有尿素。食物蛋白质的含N量取决于其氨基酸组成，含量在1518之间，平均含N量为16，故粗蛋白的含量常以含N量乘系数6.25（1/0.16=6.25）求得。若需针对某物料
