《营养学研究方法》学习要点 六类营养素指哪些？ 水的生理作用。 机体的能量供应主要来自那几种有机营养物质？ 蛋白质的生理作用。 什么是必需氨基酸？ 什么是必需氨基酸模式？ 什么是蛋白质的“互补作用”？ 碳水化合物的生理作用。 脂肪的生理作用。 什么是必需脂肪酸？它们包括哪些脂肪酸？ 脂溶性维生素包括哪些？ 水溶性维生素包括哪些？ 夜盲症与哪种维生素缺乏有关？病因是什么？ 佝偻病与哪种维生素缺乏有关？病因是什么？ 血液凝固与哪种维生素有关？ 巨红细胞型贫血与哪种维生素缺乏有关？ 什么是常量元素？它们包括哪些元素？ 什么是微量元素？它们包括哪些元素？ 佝偻病与哪种矿物质缺乏有关？ 甲状腺肿病与哪种矿物质缺乏有关？ 克山病与哪种矿物质缺乏有关？病因是什么？ 龋齿与哪种矿物质缺乏有关？病因是什么？ 哪种矿物质与维生素B12合成有关？ 膳食宝塔对你的日常生活有什么指导意义？ 营养成分分析的标准有哪些？ 概略营养成分分析的内容有哪些？ 干物质如何测定？ 粗蛋白质如何测定？ 粗脂肪如何测定？ 粗纤维如何测定？ 干物质如何测定？ 粗灰分如何测定？ 总能如何测定？ 如何计算营养物质的表观消化率？ 测定蛋白质表观消化率的方法有哪些？ 氮沉积的试验测定步骤有哪些？ 营养学研究方法 Methodology for Nutrition Research 主讲：邓凯东 授课内容 第一部分：营养学原理 (Principles of nutrition) 营养素的生理功能和需要量。讲授内容主要摘自《临床营养学》： http://www.windrug.com/book/book68.php 第二部分：营养学研究方法 (Methodology for nutrition research) 营养素测定和评价，以及营养研究的实验方法 参考书目 宁正祥编著（1998）。食品成分分析手册，中国轻工业出版社。 何照范，张迪清编著（1998）。保健食品化学及其检测技术，中国轻工业出版社。 张丽英主编（2003）。饲料分析及饲料质量检测技术（第二版），中国农业大学出版社。 ‘Student Book Companion Site List’ at： http://www.wadsworth.com/nutrition_d/ http://www.nutrition.org/nutinfo/ 营养学 (Nutrition) 营养学是研究营养素在生理、生化过程和机体功能中的作用，以及机体对各种营养素的需要量的科学。 Nutrition - the science of foods and the nutrients and other substances they contain, and of their actions within the body. 与营养学有关的学科 临床营养学 （Clinical nutrition） 动物营养学（Animal nutrition） 营养免疫学（Nutritional immunology） 营养生态学（Nutritional ecology） 食品科学（Food science） 饲料加工学（Feed processing） 第一部分 营养学概论 An Overview of Nutrition 营养素（Nutrient） Nutrients - substances obtained from food and used in the body to provide energy and structural materials and to regulate growth, maintenance, and repair of the body's tissues. 六类营养素 水（water）蛋白质（protein） 碳水化合物（carbohydrates） 脂肪（fat） 维生素（vitamins） 矿物质（minerals） Body Composition 水（Water） 水是人体的重要组成成分。机体约70%是水分，体液和血浆中90%、肌肉中72%、骨骼中25%、牙齿中10%均为水。 是一切营养素和代谢废物的溶剂。机体缺乏充足的水分，营养物质就不能被溶解吸收和利用，废物也不能被排出，生命将停止。 参加氧化还原反应，促进各种生理活动和生化反应。缺乏水，机体内的一切代谢反应都将停止。 体内润滑剂。各个关节部位、内脏器官之间，都需要水的润滑保护。泪液可防止眼球干燥；唾液和消化液有利于咽部润滑和胃肠消化。 调节体温。水具有较大比热，它散布在全身每一个细胞里，细胞代谢中产生的多余热能，能通过水很快散发。如通过出汗等皮肤表面蒸发来散热。皮肤每散发1L水，就可以散发出2.51 kJ的热量。 能量（Energy） 能量不是纯营养素，但被一切生物体包括动物维持生命和一切活动所必需。 能量来自蛋白质、脂肪和碳水化合物三大生热营养素等，这些产热物质是动物日粮的主要部分。它们进入机体后，通过生物氧化，其化学能转变成热能释放。植物性食物中热能来自太阳能，而动物性食物中的热能则又从植物中取得。 动物从食物中所吸收的热能，用于生命活动的各种过程，其中包括各种化学和物理学活动、肌肉运动、体温维持、生长发育和生产等。 表示能量的单位 过去习惯上用“卡”（Calorie，cal）作为能量的单位。近年来统一用国际单位“焦耳”（Joule，J）。 1 cal = 4.184 J 1 J = 0.239 cal 蛋白质（Protein） 蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。因此它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。 蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20种氨基酸按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。 摄入的蛋白质经消化分解成氨基酸，吸收后在体内主要用于重新按一定比例合成机体蛋白质，同时新的蛋白质又在不断代谢与分解，时刻处于态平衡中。因此，食物蛋白质的质和量、各种氨基酸的比例，关系到机体蛋白质合成的量。 蛋白质的主要生理功能 机体组织的主要成分。一切细胞组织都由蛋白质组成 动物必需氮元素的唯一来源 维持机体组织更新、生长、修复 参与遗传信息的传递以及许多重要物质的运转 许多具有重要生理作用的物质，缺少蛋白质就不存在。如有催化作用的酶、调节各种代谢过程的蛋白激素、输送各种小分子、离子、电子的运输蛋白、肌肉收缩的肌动蛋白、有防御功能的免疫球蛋白、构成机体支架的胶原蛋白等。 提供热能。约占人体每天所需热能的10～15%。 蛋白质营养价值的评定 1) 蛋白质的含量（Crude protein) 是评价食物蛋白质营养价值的基础。只有蛋白质含量高，其他指标也较好，才能满足机体的需要。 蛋白质含量一般用凯氏定氮法测定，将测得的含氮量乘以6.25即得到食物中蛋白质的含量。 各种食物中蛋白质含量以大豆类最高（30～40%），肉类次之（12～20%），谷实类较低（＜10%）。 2) 蛋白质消化率 (Digestibility) 指蛋白质经消化酶分解后被机体吸收的百分率。消化率高说明该蛋白质被消化利用的程度高，其营养价值也高。 表观消化率 = （吸收N/摄入N）×100％ 真实消化率 = [摄入N-（粪N-粪代谢N）]/摄入N×100% 动物蛋白质消化率一般高于植物蛋白质（如蛋白类为98%，乳类97～98%） 加工方法影响蛋白质消化率。如大豆为60%，加工成豆腐其消化率提高到90%。 3) 蛋白质生物学价值（Biological value） 指蛋白质被吸收后，被机体储留和利用的部分。 储留氮 = 吸收氮 -（尿氮 - 尿内源氮） 吸收氮 = 摄入氮 -（粪氮 - 粪内源氮） 蛋白质的生物学价值高低主要取决于其必需氨基酸的含量和比值。 氨基酸（amino acid，AA）是构成蛋白质的基本单位。蛋白质中含有20种氨基酸，其中有一部分氨基酸体内能够合成，但有9种氨基酸机体不能合成或合成速度不能满足需要，必须由食物中摄取，因而称之为必需氨基酸（essential amino acid, EAA）：即组氨酸（histidine）、缬氨酸（valine）、异亮氨酸（isoleucine）、亮氨酸（leucine）、苯丙氨酸（phenylalanine）、蛋氨酸（methionine）、赖氨酸（lysine）、色氨酸（tryptophan）、苏氨酸（threonine）。 蛋白质的营养过程实际上是通过氨基酸来实现的。不同食物蛋白质所含氨基酸的种类和数量都不尽相同，而机体蛋白质对所需氨基酸的种类、数量及相互间怕比例均有一定的要求，此即为必需氨基酸模式。 被机体吸收的蛋白质，若其必需氨基酸组成符合这个模式的则能充分被利用，否则必然造成某种或某些必需氨基酸的浪费。 食物蛋白质必需氨基酸比值愈接近机体必需氨基酸需要量比值，则该食物蛋白质的生物学价值就愈高。但由于各种食物蛋白质中必需氨基酸组成及含量比值不同，人们往往将富含某种氨基酸和缺乏该种氨基酸的食物混合，互相取长补短，以提高食物蛋白质的生物学价值，此即称为蛋白质“互补作用”（complementary action）。 4）蛋白质净利用率（net protein utilization） 即摄入蛋白质在体内的利用情况。 蛋白质来源 机体所需蛋白质来自动、植物性食物。按蛋白质的营养价值可将其分为完全蛋白质（优质蛋白质）和不完全蛋白质。 完全蛋白质（如酪蛋白、卵蛋白）含有机体全部必需氨基酸，而且其比例和机体蛋白质必需氨基酸模式接近，故营养价值高。 优质蛋白质主要存在于动物性食品和大豆及其制品中。如瘦肉含16%～20%，鱼含10%～12%，蛋类含12%，牛奶含3.4%，大豆含30%～40%。 大多数植物性食品如大米、玉米、小麦、高梁、杂豆类等所含蛋白质数量少，必需氨基酸的种类不全或某种必需氨基酸的含量过低(特别是赖氨酸和色氨酸)，长期食用某种单一植物性食品对健康不利。 蛋白质需要量（requirement for protein） 针对不同种类动物及其生长阶段或生理状态而制订的蛋白质（氨基酸）需要量标准 推荐使用量 参照蛋白质需要量标准为动物提供日粮蛋白质或氨基酸 碳水化合物 （Carbohydrate） 由碳、氢、氧三种元素组成，其中氢和氧之比为2:1，与水相同，故有此称。 营养学上所称的碳水化合物包括食物中的单糖、双糖（如蔗糖、麦芽糖、乳糖）、多糖。 多糖又分α-葡聚糖（如淀粉、糊精和糖原）、β-葡聚糖、杂多聚糖（如膳食纤维（dietary fiber）中的纤维素、半纤维素、果胶和木质素）三类。 生理功能 供给热能。碳水化合物是机体最经济和最主要的热能来源(4 kcal/g)。 构成机体组织的重要成分。如细胞膜中的糖脂、结缔组织中的粘蛋白、核糖与脱氧核糖是核酸的重要组成部分、肝糖原与肌糖原具有重要的生理功能。 维持心脏和神经系统正常活动。血糖低下可导致昏迷，严重者甚至可休克、死亡。 保肝解毒作用。当肝糖原贮存充足时，肝脏对毒物有很强的解毒作用。 当碳水化合物摄入充足时，有抗生酮作用，可防止酸中毒的发生。 节约蛋白质作用。充足碳水化合物的存在可避免过多的动用蛋白质作为机体的热能来源，有利于充分发挥蛋白质特有的生理功能。 纤维素、果胶等能刺激肠道蠕动，有利于消化、吸收与排便。 碳水化合物的来源 食物中碳水化物的来源有五大类：谷物、蔬菜或青绿饲料、水果、奶和糖 谷物可提供淀粉和膳食纤维 薯类、豆类和植物的根和块茎都是淀粉的来源 蔬菜和青绿饲料可提供纤维素，水果中有葡萄糖和蔗糖、膳食纤维 动物性食物中只有奶能提供一定数量的碳水化合物（乳糖）。 脂肪（Lipid） 脂肪是机体重要的组成部分，包括中性脂肪和脂类。其主要的生理功能为： 提供热能。脂肪进入机体后通过脱氢氧化可释放出大量热能(9 kcal/g) ，是机体热能的重要来源。 组织细胞的成分。磷脂构成机体细胞的重要成分。 提供必需脂肪酸（essential fatty acid, EFA）。中性脂肪是一分子甘油和三分子脂肪酸组成的酯，脂肪酸又有饱和脂肪酸（saturated fatty acid）、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid）之分，其中多烯不饱和脂肪酸的亚油酸（linoleic acid）、亚麻酸（linolenic acid）和花生四烯酸（arachidonic acid），机体均不能合成，故称为必需脂肪酸，是维持机体正常生长发育和功能所必需的。亚油酸在机体内能转变为亚麻酸和花生四烯酸，故不饱和脂肪酸中最为重要的是亚油酸及其含量。 是脂溶性维生素A、D、E、K的有机溶剂，有利于这些维生素的吸收和利用。 体内脂肪有隔热和保温作用，脏器间的脂肪能保护其免受震动损伤。 可提高食物的适口性，增强食欲和维持饱腹感。 脂肪来源 动物性脂肪来自肉、鱼肝油、骨髓、蛋黄等食物，以肥猪肉和骨髓中含量最高（90%）。 动物性脂肪主要提供饱和脂肪酸，但鱼类例外，内含多不饱和脂肪酸。 植物性脂肪主要来自油料作物如大豆、花生、油菜籽、葵花籽、核桃仁等，且以不饱和脂肪酸为主。 谷实类食物脂肪含量比较少，约含0.3～3.2%。但玉米和小米可达４％，且大部分是集中在谷胚中。 多不饱和脂肪酸的摄入量也并非越多越好。一般不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸≥1-1.5即可。 维生素（Vitamin） 维生素是维持机体正常功能的一类低分子有机化合物，在体内不能合成或合成量不足，虽需要量很小，但必须由食物供给。维生素可分为脂溶性及水溶性两大类。 脂溶性 – 包括维生素A、D、E、K。不溶于水而溶于脂肪及脂溶剂中。在食物中与脂类共同存在，在肠道吸收时与脂类吸收密切相关。当脂类吸收不良时，如胆道梗阻或长期腹泻，它们的吸收大为减少，甚至会引起缺乏症。 水溶性 – 包括B族维生素及维生素C。B族维生素是辅酶的组成部分。B族维生素中的B6、泛酸及生物素在食物中广泛存在，肠道细菌又可合成，人类未发现典型的缺乏症。 维生素A 维生素A又名视黄醇（Retinol, VA）,在自然界中多是全反式棕榈酸酯。它的衍生物具有特殊的生理功能，如视黄醛（Retinyl Aldehyde, VA醛）对暗适应有效。 维生素A及其衍生物易氧化。对碱较稳定，但对酸不稳定。在光或碘的作用下，全反式可变为较稳定的11顺式异构体。在强光下形成二聚体或多聚体。 植物中的胡萝卜素 (Carotene)在体内分解为维生素A，并具有维生素A的生理作用。 生理功能和来源 维生素A具有维持正常生长、生殖、视觉及抗感染的功能。 参与视色素的合成，维持正常视觉。缺乏时出现夜盲症 促进动物的某组织，如小肠、角膜、气管上皮组织及血清等的特殊糖蛋白合成 可抑制皮肤角化 动物的肝、肾、蛋及奶均含有维生素A，尤以肝中最丰富。绿色蔬菜及红黄色蔬菜与水果中有胡萝卜素，但各种胡萝卜素的生物效用不一样，以β-胡萝卜素最高。 维生素D 维生素D（VD）是环戊烷多氢菲类化合物，可由维生素D原（Provitamin D）经紫外线270-300nm激活形成。动物皮下7-脱氢胆固醇、酵母细胞中的麦角固醇都是维生素D原，经紫外线激活分别转化为维生素D3及维生素D2。 维生素D比较稳定，溶解于有机溶媒中，光与酸促进异构作用，应储存在氮气、无光与无酸的冷环境中。油溶液加抗氧化剂后稳定，水溶液由于有溶解的氧而不稳定。 生理功能和来源 VD促进小肠对钙磷的吸收，维持血清钙磷浓度的稳定。缺乏时出现佝偻病 鱼肝油、牛奶、蛋黄等动物性食品中有维生素D3，皮肤中7-脱氢胆固醇经紫外线照射变为维生素D3前体，然后在一定温度下异构为维生素D3 维生素E 维生素E（Vitamin E，VE）是生育酚（Tocpherol, T）与三烯生育酚（Tocotrienol, T3）的总称。自然界共有8种化合物，都有一个色满醇基及植醇的侧链 维生素E易氧化为氢醌或醌，光、热及Fe3+、Cu2+促进其氧化，在酸性溶液中或无氧情况下较稳定。酯式比游离式稳定。市售产品多为维生素E酯。烹调加工、食用油精制、面粉漂白过程中都有破坏。食物经辐射也有损失，但在低温度或真空下进行可减少损失 生理功能和来源 维持正常生殖功能。维生素E缺乏引起心脏、肌肉及睾丸的组织病变，影响精子生成和受精卵在子宫内着床，或造成胎儿被吸收。维生素E缺乏动物，肌肉易病变，可有肌酸尿、肌肉麻痹。亦可造成贫血。 抗氧化作用。维生素E为细胞膜（或细胞器膜）上的主要抗氧化剂。细胞膜由蛋白质与脂类组成。维生素E可保护膜上的多烯脂酸免受自由基的损害，维持膜的完整性。 延缓衰老、降低环境污染物的毒性 维生素E广泛存在于植物性和动物性食品中 维生素K 维生素K（VK）有三种形式。在植物中为叶绿醌（Phylloquinone, VK1），在动物中分离出维生素K2(Menaquinone, VK2)。维生素K3（Menadione）是人工合成产物。 三种类型的维生素K都易为碱及光所破坏。有些衍生物如甲基萘氢醌乙酸酯有较高的维生素K活性，并对光不敏感。维生素K3或维生素K1的2，3位环氧化合物，虽不溶于水，但对光不敏感，在体内可变为相应的维生素K。 生理功能和来源 参与血液凝固。血液凝固是由组织损伤和血小板破坏后引起的一系列的酶促链式反应。维生素K促进一些凝血酶原（proenzyme）的合成。 参与骨基质中骨钙蛋白合成，促进骨的重建及钙的动员。 VK的来源有二：一方面由肠道细菌合成，占50～60%。VK在回肠内吸收，细菌必须在回肠内合成，才能为机体所利用。另一方面来源于食物，占40～50%。绿色蔬菜含量高，其次是奶及肉类，水果及谷类含量低。 维生素B1 维生素B1又称硫胺素（Thiamine，VB1），它与焦磷酸生成硫胺素焦磷酸（Thiamine pyrophosphate, TPP），即羧化辅酶（cocarboxylase）。TPP参与糖代谢中α-酮酸的氧化脱羧作用。 在高温时，尤其在碱性溶液中，VB1非常容易被破坏，但在pH5以下也易被破坏。 生理功能和来源 硫胺素焦磷酸为羧化酶的辅酶，参与糖的磷酸戊糖旁路代谢和支链氨基酸（缬氨酸、异亮氨酸等）的合成 参与神经传导和维持心脏功能 猪牛肉、肝、肾等，全麦、糙米、新鲜蔬菜、豆类等富含维生素B1，但是食物中有些因子（如淡水鱼和贝类内脏中的硫胺素酶Ⅰ）可催化硫胺素的分解，导致活力减低 谷类在除去麸皮与糠后，将损失大量维生素B1。烹调加碱亦可使维生素B1损失。 维生素B2 维生素B2又名核黄素（Riboflavin，VB2），它是核醇与7，8-二甲基异略嗪的缩合物，为黄褐色针状结晶，溶解度较小 对热较稳定，但在光的影响下，易于破坏 植物可合成核黄素，动物一般不能合成，必须由食物供给，但在哺乳动物肠道中的微生物可以合成并为动物吸收，但其量甚微，不能满足需要 生理功能和来源 维生素B2主要功能是构成体内许多黄素酶中的辅酶（即黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD））。这些酶为电子传递系统中的氧化酶及脱氢酶 维生素B2是维持动物正常生长所必需的因素，严重缺乏时生长停顿或出现局部损害（如口角糜烂）。在怀孕时缺乏维生素B2可致畸胎。有些白内障与维生素B2缺乏也有关 肠道细菌可以合成维生素B2，但为量不多，主要依赖食物中供给。牛奶、鸡蛋中含量比较丰富。绿色蔬菜中也有，但植物性食品的维生素B2含量不高。 牛奶暴露在光中4 h，其中的维生素B2即因光分解而损失约71%。烹调损失较小，但如废弃烹调水将损失溶于水的维生素B2。 维生素B6 维生素B6（VB6）有三种形式：吡哆醇（Pyridoxine，PN），吡哆醛(Pyridoxal，PA或PL)和吡哆胺（Pyridoxamine，PM）。这三种形式通过酶可互相转换。PL及PM磷酸化后变为辅酶 - 磷酸吡哆醛（PLP）及磷酸吡哆胺（PMP） 人、大鼠、小鼠、鸡、狗、火鸡等甚至有些微生物都需要维生素B6。吡哆醇为人工合成的产品，在植物中也有，白色板状结晶，溶于水，在酸性溶液中稳定，在碱性溶液中易被光所破坏。在动物体内，多以辅酶PLP及PMP的形式存在。 生理功能和来源 已知有60多种与氨基酸、糖及脂类代谢有关的辅酶含有VB6，主要功能包括： 氨基转换作用 - 转氨酶主要为谷草转氨酶与谷丙转氨酶。转氨酶中都有PLP为辅酶 脱羧基作用 - 氨基酸脱酸形成伯胺。另外，哺乳类神经递质的形成有赖于这些脱羧作用（如芳香族1-氨基酸脱羧酶参与酪、组、多巴、色氨酸的脱羧，形成相应的胺，如酪胺、组胺、多巴胺、5-羧色胺） 侧链分解作用 - 辅酶PLP中的丝氨酸转羧甲基酶催化含羟基的苏氨酸或丝氨酸发生生醇醛分裂反应而形成甘氨酸及乙醛或甲醛 VB6来源 VB6可由肠道细菌合成，但不能满足需要 在食物中分布较广。肉、谷类、硬果、水果和蔬菜中都有。肉为VB6较丰富的来源，乳中VB6的含量反映母体VB6的营养水平 全麦中85%的VB6在研磨粉加工中损失 烹调过程中也有损失 VB6缺乏可导致生长不良、肌肉萎缩、脂肪肝、惊厥、贫血、生殖系统功能破坏、水肿及肾上腺增大 维生素B12 维生素B12（VB12）为钴胺素（Cobalamin）类化合物，化学上称氰钴胺素为维生素B12。 氰钴胺在自然界很少，为人工合成产品，可从其他类型转换而来。为红色结晶，易为重金属及氧化还原剂所破坏。短期高温高压不被破坏。可溶于水，溶液为中性，在pH4.5～5时最稳定 辅酶B12（即5’-脱氧腺苷钴胺素）及甲基B12（甲基钴胺素）为哺乳类组织中最主要的辅酶形式。前者在线粒体内，后者在胞浆内，为合成蛋氨酸所必需。它们对光不稳定，光解后形成水钴胺素 生理功能和来源 哺乳动物中有二种生化反应需要VB12作为辅酶： - 以辅酶B12为辅酶的甲基丙二酸CoA变位酶催化甲基丙二酸与琥珀酸的异构可逆反应 - 以甲基B12为辅助因子的酶系统催化高半胱氨酸甲基化生成蛋氨酸 VB12缺乏可造成巨红细胞型贫血，以及神经脱髓鞘而出现神经系统的疾患 植物性食物中VB12含量甚少，肉及乳中较多。结肠微生物可以合成VB12，但不能吸收。 食物中VB12主要为辅酶B12或甲基B12，且与蛋白质相结合，对热稳定，碱性中不稳定，维生素C存在时也不稳定。牛乳经巴氏消毒VB12损失7%，煮2～5 min损失30%，119～129℃消毒13 min损失77%，但快速消毒（143℃）仅损失10%。 尼克酸（Nicotinic acid） 又名烟酸，具有生理活性的衍生物为尼克酰胺，亦名烟酰胺（nicotinamide）。尼克酸为不吸水的较稳定的白色结晶，在230℃升华，能溶于水及酒精中，不溶于乙醚中。尼克酸很容易变成尼克酰胺，后者比尼克酸更易溶于水或酒精，亦溶于乙醚 生理功能和来源 尼克酰胺是脱氢酶的辅酶 - 辅酶Ⅰ及辅酶Ⅱ的组成成分。辅酶Ⅰ为尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋或DPN＋），辅酶Ⅱ为尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP＋或TPN＋）。以NAD＋为辅酶的脱氢酶主要参与呼吸作用，即参与从底物到氧的电子传递作用的中间环节；以NADP＋为辅酶的脱氢酶主要将分解代谢中间物上的电子转移到生物合成反应中所需要电子的中间物上 缺乏时出现癞皮病 尼克酸或尼克酰胺的来源除食物外，尚可由色氨酸在体内生物合成。谷类中与肽链或碳水化物结合的尼克酸不能被利用 叶酸（Folic acid or folacin） 叶酸亦称蝶酰谷氨酸，为黄色结晶，不溶于冷水，但其钠盐很容易溶解。在pH4以下被分解为其组成物：蝶啶（pteridine）、对氨基苯甲酸及谷氨酸。在pH5以上比较稳定。不存在于自然界中也无生物活性；但为具有生物活性的叶酸盐（floate）的前体。 生理功能和来源 从病毒到人都需要叶酸盐，它是一碳基团转移的中间体。参与转羟甲基酶催化的丝氨酸与甘氨酸转变的可逆反应、组氨酸中间代谢（生成N5-亚氨甲四氢叶酸及谷氨酸）、高半胱氨酸与N5-甲基四氢叶酸作用合成蛋氨酸及四氢叶酸、嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸的合成 叶酸盐的缺乏可能影响核酸代谢（尤其是胸腺嘧啶合成）而导致巨红细胞性贫血 叶酸盐在自然界广泛存在于动植物中。肝、肾、绿叶蔬菜、土豆、麦麸等含量丰富。在烹调及暴露于空气及光中易被破坏（长时间烹调或制作罐头可破坏50～95%）。牛乳可用巴氏消毒法毒，但煮沸1 min则损失2/3。加入维生素C钠盐可以预防破坏。 维生素C 又名抗坏血酸（Ascorbic acid，VC），为水溶性，不易溶于乙醇，不溶于脂溶剂中。维生素C脱氢后转化为脱氢抗坏血酸（DHVC） VC很容易氧化，加热、暴露于空气中、碱性溶液及金属离子Cu2＋、Fe3＋，都能加速氧化为DHVC 生理功能和来源 VC作为体内水溶性的抗氧化剂，可消除自由基（如氧、臭氧、二氧化氮、洒精、四氯化碳等）对机体的损害、通过与脂溶性抗氧化剂协同作用防止脂类过氧化作用 影响结缔组织中胶原蛋白及基质中酸性粘多糖合成 新鲜植物中VC较多，植物中的有机酸及其他抗氧化剂可以保护它免于破坏。在烹调与储存过程中容易损失。新鲜土豆VC含量较多，储存4个月后仅剩1/2量。绿叶蔬菜更易损失，菠菜储存2日后，损失2/3。中国的烹调方法，其保存率在50～70% 其酯类衍生物比较稳定。6位棕榈酸酯用于抗油脂氧化。维生素C磷酸酯虽为水溶性，在中性及碱性溶液中稳定，不被Cu2＋、Fe2＋等离子所破坏，甚至在烘烤过程中也不被破坏，又无毒性，具有与VC相同的生物的活性。 泛酸（Pantothenic acid） B族维生素中尚有泛酸及生物素，它们具有很重要的生理功能，但由于来源广泛，人体未发现有典型的缺乏病例 泛酸是丙氨酸藉肽键与α,γ-二羧-β-β-二甲基丁酸缩合而成，它是辅酶A（CoA）及酰基载体蛋白（acyl　carrier　protein，ACP）的组成部分。 机体内的泛酸，几乎都用以组成CoA（参与糖、脂类及蛋白质的代谢）及ACP（参与脂肪酸合成）的辅基 生物素（Biotin） 自然界的生物素有α、β二种，二者生理功能相同，在常温下稳定，但在高温和氧化剂作用下，可丧失活性 生物素侧链的羧基与酶的赖氨酸的ε-NH2相结合，作为羧基转移酶及脱羧酶的辅酶。羧基转移酶及脱羧酶在脂肪酸合成、糖代谢和氨基酸代谢中有重要作用 生物素来源广泛，肠道细菌也能合成，因此人类并未发现缺乏症。已报告的生物素缺乏是人为诱发或摄入大量生蛋清的结果。在蛋清中含有一种碱性蛋白质，称为抗生物素蛋白，可与生物素结合形成一种非常稳定、但无活性、难吸收的化合物。蛋清加热后，这种抗生素蛋白被破坏，不能与生物素结合 矿物质（Minerals） ü矿物质是存在于体内和食物中的无机盐营养素，由有机物和无机物综合组成。人体已发现有20余种必需的矿物元素，约占人体重量的4-5%。其中含量较多的（＞5 g）为钙、磷、钾、钠、氯、镁、硫七种；每天膳食需要量都在100 mg以上，称为常量元素（major elements）。 ü另外一些含量低微，随着近代分析技术的进步，利用原子吸收光谱、中子活化、等离子发光光谱等痕量的分析手段，发现了铁、碘、铜、锌、锰、钴、钼、硒、铬、镍、硅、氟、钒等元素也是人体必需的，每天膳食需要量为μg～mg称为微量元素（trace elements 钙和磷 ü钙（Calcium, Ca）和磷（Phosphorus, P）是硬组织骨和牙的重要矿物成分。骨的钙/磷比几乎是恒定的，二者之一在体内含量显著变动时，另一个亦随之改变，因此钙和磷常一起考虑 ü钙是人体最丰富的矿物质，组成体重的1.5～2.0%。约99%体钙集中在骨骼和牙齿内，其余分布在体液和软组织中。1g左右在细胞外液。 钙（Ca）和磷（P）缺乏将导致佝偻病 Ca的生理功用 ü钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，起支持和保护作用。混合钙库的钙维持细胞在正常生理状态，并与镁、钾、钠等离子保持一定的比例，使组织表现适当的应激性（excitability)。 ü促进体内某些酶的活动。许多参与细胞代谢与大分子合成和转变的酶，如腺苷酸环化酸、鸟苷酸环化酶、磷酸二酯酶、酪氨酸羧化酶和色氨酸羧化酶等都受钙离子的调节。 ü调节细胞膜结构和功能：Ca2＋与细胞膜表面的各种阴离子亚部位结合，调节受体结合和离子通透性，起电荷载体作用。神经、肝、红细胞和心肌等的细胞膜上都有钙结合部位，当Ca2＋从这些部位释放时，膜的结构和功能发生变化。钙调节细胞内信号的触发（trigger），改变细胞膜对钾、钠等阳离子的通透性。 ?ü参与神经、肌肉的活动。神经递质的释放、神经肌肉的兴奋、神经冲动的传导、激素的分泌、血液的凝固、细胞粘附、肌肉收缩等活动都需要钙。 Ca的来源 ?乳及乳制品含钙丰富，吸收率高。水产品中小虾米皮含钙特多，其次是海带。干果豆和豆制口及绿叶蔬菜含钙亦不少。谷物、肉类和禽类含钙不多。骨粉含钙20%以上，吸收率约为70%。蛋壳粉含大量钙。 维生素D可促进小肠吸收钙 ?蛋白质被消化成氨基酸，如赖、色、精、亮、组等氨基酸，与钙形成可溶性钙盐，促进钙吸收。碱剂、应激和卧床不动、食物在消化道中停留时间长，将降低钙的吸收率。 ?植物成分中的植酸盐、纤维素、糖醛酸、藻酸钠和草酸可降低钙的吸收，含草酸多的食物如菠菜，其钙难于吸收且影响其它食物钙的吸收，故选择供给的食物时，不仅考虑钙含量还应注意草酸含量 P的生理功能 ?成人体内磷约占体重的1%、矿物质总量的1/4，其量居矿物质第二位。其中87.6%以羟磷灰石的形式构成骨盐储存在骨骼和牙齿中；10%与蛋白、脂肪、糖及其他有机物结合构成软组织。 ?对骨骼生长、牙齿发育、肾功能、神经传导、骨回吸和矿化都不可缺少。骨形成时潴留2g钙需要1g磷；在形成有机磷时，每潴留17g氮需要1g磷。 ?磷是核酸、磷脂和某些酶的组成成分，促进生长、维持和组织修复；有助于碳水化合物、脂肪和蛋白质的利用、调节糖原分解，参与能量代谢。2，3-二磷酸甘油酸能调节血红蛋白和氧的亲和力。有机磷酸盐如ADP、ATP、磷酸肌酸等具有储存和转移能量的作用，是细胞内化学能的主要来源。焦磷酸硫胺素、磷酸吡哆醛、辅酶Ⅰ和Ⅱ等能调节酶活力，促进B族维生素的功用。磷能刺激神经肌肉，使心脏和肌肉有规则地收缩。参与细胞分裂和增殖及核蛋白的合成。 P的生理功能 ?磷脂是细胞膜的主要脂类组成成分，与膜的通透性有关。它促进脂肪和脂肪酸的分解，预防血中聚集太多的酸或碱，促进物质经细胞壁吸收，刺激激素的分泌，有益于神经和精神活动。 ?磷酸盐能调节维生素D的代谢，维持钙的内环境稳定。在体液的酸碱平衡中起缓冲作用。钙和磷的平衡有助于无机盐的利用。磷对细胞的生理功能极为重要。 ?食物中肉、鱼、牛乳、乳酪、豆类和硬壳果等含磷较多。 镁 ?镁（Magnesium, Mg)是人体细胞内的主要阳离子，浓集于线粒体中，仅次于钾和磷。在细胞外液，镁仅次于钠和钙位居第三位。1934年首次发现人类的镁缺乏病，确认镁是维持机体正常功能不可缺少的元素。 ?成人体内镁总量约为20～28g或43mg/kg-1。其中55%在骨骼中，27%在软组织，约1%在细胞外液。 Mg的生理功能 ?是多种酶的激活剂，如已糖激酶、钠-钾-ATP酶、羧化酶、丙酮酸脱氢酶、肽酶、胆碱酯酶等，参与体内许多重要代谢过程，包括蛋白质、脂肪和碳水化物的代谢，氧化磷酸化作用、离子转运、神经冲动的产生和传递、肌肉收缩等。B族维生素、维生素C和E的利用，核酸与核体的完整性、转录和转译的准确性等。它几乎与生命活动的各个环节有关。 ?是骨细胞结构和功能所必需的元素，使骨骼生长和维持。镁可影响骨的吸收。在极度低镁时，甲状旁腺功能低下而引起低血钙。 ?镁和钙有拮抗作用，竞争与某些酶的结合，在吸收、排泄及对心脏和神经肌肉等活动方面表现出相反的作用。由镁引起的中枢神经抑制和肌神经接点处的传导阻滞，可被钙对抗。 Mg的生理功能 ?动物缺乏镁时表现采食量减少、生长停滞、掉毛、皮肤损害、虚弱、水肿、血清镁水平低、神经肌肉过度兴奋、心跳无节律、器官钙化及退行性变性。当突然受到扰乱时发生阵挛、惊厥，严重时可死亡。 ?镁主要存在于绿叶蔬菜、谷类、干果、蛋、鱼、肉和乳中。谷物中小米、燕麦、大麦、豆类和小麦含镁丰富，动物内脏含镁亦多。 钠 ?钠（Sodium，Na）是食盐的成分。从细胞分裂开始，钠就参与细胞的生理过程。氯化钠是机体最基本的电解质。对肾脏功能有影响，缺乏或过多则引起许多疾病。 ?人体钠的含量约占体重的0.15%。其中44～50%在细胞外液，9～10%在细胞内液，40～47%在骨骼中。 ?体钠可分成两部分；1）可交换钠，占总体钠的70～75%，称为钠库。当人体缺钠时，它补充到细胞外液；2）不可交换钠。骨骼中钠的88%沉积于羟磷灰石晶格中，不易与细胞外液交流动用。 钠的生理功能 ?调节机体水含量，维持维持酸碱平衡和内环境稳定。钠主要存在于细胞外液，构成细胞外液的渗透压，体内水的量随钠量而变。钠在肾小管中重吸收，与H+离子交换，清除体内CO2，保持体液的酸碱度恒定，维持pH及碳酸氢盐浓度正常。 ?钠泵。钠-钾-ATP酶驱动钠钾离子主动运转，维持Na+、K+浓度梯度，称为钠泵。其活动依赖钠钾离子。钠离子从细胞内主动排出，有利于维持细胞内外液的渗透压平衡，防止细胞膜破坏。钠钾浓度梯度的维持与神经冲动的传导、细胞的电生理、膜的通透性和电位差、肾小管重吸收、肠吸收营养素以及其他功能有关。因此，钠对ATP的生成和利用，对肌肉运动、心血管功能及能量代谢都有影响。 ?在远曲小管和收集管内的钠泵能促进钠的主动吸收，引起氯的被动重吸收，有利于胃酸的形成，帮助消化。 ?钠调节细胞外液容量，维持血压。细胞外液钠浓度的细小而持续的变化对血压产生很大的影响。 ?钠不足时ATP的生成和利用减少，能量的生成和利用较差，膜极化延迟或紊乱，以至于神经肌肉传导迟钝。临床表现为肌无力、神志模糊甚至昏迷，出现心血管功能受抑制的症状。钠过量则引起水肿，体重增加、血容量增大、血压偏高、脉搏和心音增强。 氯 ?氯（Chlorine，Cl）是人体必需的一种元素，在自然界中氯总是以氯化物的形式存在，最普通的形式是食盐。 ?成人体内氯总量约有82～100g，主要以氯离子形式与钠或钾化合存在。氯的化合物很多，如氯化钠主要存在于细胞外液、氯化钾主要存在于细胞内液。少量氯离子松散地结合于结缔组织，是可交换氯。骨中也有少量的氯存在。脑脊液中含氯比较丰富。显性出汗时，汗液中氯化钠含量约为0.2%。 氯的生理功能 维持细胞外液的容量和渗透压。氯离子是细胞外最多的阴离子，与钠离子一起，占维持渗透压的总离子数的80%左右，能调节细胞外液容量和维持渗透压。 维持体液的酸碱平衡。细胞外液中Cl-1和HCO3-1的浓度随代谢情况而变化以维持阴阳离子的平衡。 参与胃液中胃酸（HCl）的形成。 氯离子可稳定神经细胞膜电位。 正常膳食的氯来自食盐，摄取量大都过多。 钾 钾（Potassium，K）占人体无机盐的5%，是人体必需的营养素。在体内的分布与器官的大小及其细胞的数量和质量有关，也受醛固醇影响。70%的体钾储存在肌肉，10%在皮肤，其余在红细胞、脑髓和大型内脏中，骨骼中较少。 细胞内钾浓度比细胞外高25～35倍。除离子态外，一部分与蛋白质的结合，一部分与糖、磷酸盐相结合。胞外钾主要以离子态存在，含量少。细胞内外的钾不断地交换，达到平衡约需15h。 一切细胞都含有钾，可以反映细胞质量。随着年龄的增加，可交换钾（Ke）、Ke/可交换钠（Nae）比值都下降。钾渗漏到细胞外可能是细胞老化的一个因素。 钾的生理功能 钾是生长必需的元素，是细胞内的主要阳离子，维持细胞内液的渗透压。它和细胞外钠合作，激活钠-钾-ATP酶，产生能量，维持细胞内外钾钠离子的浓差梯度，发生膜电位，使膜有电信号能力。膜去极化时在轴突发生动作电位，激活肌肉纤维收缩并引起突触释放神经递质。钾维持神经肌肉的应激性和正常功能。 钾营养肌肉组织，尤其是心肌。它协同钙和镁维持心脏正常功能。通过钾-钠-ATP酶，钾维持心肌的自律性、传导性和兴奋性。 钾参与细胞的新陈代谢和酶促反应。葡萄糖变成糖原储存于肝、氨基酸合成肌肉蛋白、ADP变成ATP、血中糖和乳酸的消长，钾在其中均起催化作用。它使体内保持适当的碱性，有助于皮肤的健康，维持酸碱平衡。 钾与钠是对抗的。当2个Na+和1个H+进入细胞时，就有3个K+移到细胞外。当体内需要保钠和水时，在肾远曲小管里排出1个K+换回1个Na+。钾对水和体液平衡起调节作用。钾能对抗食盐引起的高血压。原发性高血压病人尿中钾排出量比正常人低。钾对轻症高血压及有高血压因素的某些正常血压者有降压作用。它通过利尿、降低肾素释放、扩张血管，提高钠-钾-ATP酶的活力以改善水钠的潴留，因而使血压下降。 钾主要来自食物。豆、瘦肉、乳、蛋、马铃薯、绿叶蔬菜、茶叶、向日葵子、谷物、水果（如香蕉、橘子、柠檬、杏梅）等含钾丰富。 微量元素（Trace elements） 人体是由几十种元素组成的，根据它们在人体中的含量和人体对它们的需要量，可分为常量元素和微量元素两大类。其中占人体重量1/1000以上、每日需要量在100mg以上者称为常量元素；占人体重量1/1000以下、每日需要量在100mg以下者称为微量元素。现已提出有碘、铁、铜、锌、硒、氟、钴、铬、锰、钼、镍、钒、锡、硅等14种微量元素为人体所必需。随着研究的深入，这个数目还将增加。虽然人们在认识微量元素与人体健康的关系方面已取得了许多进展，但对大多数微量元素在人体内的作用的认识还是初步的。 微量元素在体内的作用是多种多样的，它们主要通过形成结合蛋白（如血红蛋白、铜蓝蛋白等）、酶、激素和维生素等而起作用，其中尤其有更多的酶依靠与微量元素的松散结合而起作用。金属酶和金属酶复合物的发现证明微量元素在酶促反应中起关键性作用。微量元素参与激素形成的例子是碘，它是形成甲状腺的必需成分，而钴则是维生素B12必不可少的成分。 碘 成人体内约含碘（Iodine，I） 25～36mg，占体重的0.0043/10000，大部分（约15mg）集中在甲状腺内供合成甲状腺激素之用。 我国和埃及在古代即采用含碘丰富的海藻治疗甲状腺肿。1816年英国医生Prout开始直接用碘剂（碘酸钾）治疗甲状腺肿。1830年Prevost提出地方性甲状腺肿可能由于碘缺乏，并于1846年指出引起这种病的具体原因是由于当地饮水和空气中缺碘。1914～1915年Kendall分离出了甲状腺中含碘有效成分之一甲状腺素（thyroxine）。1917～1918年David　Marine等通过补充碘有效地降低了甲状腺肿病流行区的发病率。 碘吸收迅速而完全，进入胃肠道的膳食碘1h内的大部分吸收，3h内完全吸收。进入循环后，碘离子就遍布于细胞外液，并且在一些组织中浓集，如肾脏，唾液腺、胃粘膜、泌乳的乳腺、脉络膜丛和甲状腺。但在这些组织中只有甲状腺能利用碘合成甲状腺激素。 碘的生理功能 碘在人体内主要用于甲状腺素的合成，其生理功用也通过甲状腺素的生理作用显现。甲状腺素的主要生理作用包括： 在蛋白质、脂肪、糖代谢中，促进生物氧化并协调氧化磷酸化过程，调节能量的转换 促进蛋白质合成、调节蛋白质合成和分解 促进糖和脂肪代谢。促进糖的吸收、加速肝糖原分解，促进周围组织对糖的利用、通过肾上腺促进脂肪的分解和氧化、调节血清中的胆固醇和磷脂的浓度等 调节组织中的水盐的代谢。甲状腺素有促进组织中水盐进入血液并从肾脏排出的作用。缺乏时发生一种称为粘液性水肿的特有症状。 促进维生素的吸收和利用。可促进尼克酸的吸收和利用、胡萝卜素转为维生素A、核黄素合成核黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。 活化百余种酶，促进物质代谢。包括细胞色素酶系、琥珀酸氧化系和碱性磷酸酶等。这些酶对促进生物氧化和物质代谢都有重要的作用。 促进生长发育。可促进神经系统的发育、组织的发育和分化、蛋白质合成。这些作用在胚胎发育期和出生后的早期尤其重要。缺乏时出现脑、骨骼和生殖系统发育障碍而发生呆小病。 海盐和海产品含碘丰富，是碘的良好来源。其他食品的的含碘量，则取决于土壤和水中的碘量。甲状腺肿流行地区的食物常低于非流行地区的同类食物。然而，不少食物如萝卜、甘兰属蔬菜、黄豆、花生、核桃、木薯、栗子等均含有可引起碘需要量增加的致甲状腺肿物质。 铁 人体内铁（Iron，Fe）含量随体重、血红蛋白浓度、性别而异。成年男子每公斤体重平均约含50mg，成年女子则为35mg。 体内的铁按其功能可分为必需与非必需两部分。必需部分占体内铁总量的70%，存在于血红蛋白、肌红蛋白、血红素酶类（细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶）、辅助因子和运输铁中。非必需部分则作为体内的储备铁，主要以铁蛋白和含铁血黄素的形式存在于肝、脾和骨髓中。铁的必需部分大体有85%分布在血红蛋白中，5%在肌红蛋白中，10%在全身各处细胞内血红酶类中，或天其它酶系统中起辅助因子的作用。 铁 铁是血红素（heme）分子的组分，在氧和电子的输送中起着核心作用。铁在体内的生理功用主要作为血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素等的组成部分而参与体内氧的运送和组织呼吸过程。血红蛋白能与氧可逆地结合，完成为组织运送氧的任务。肌红蛋白能在组织内储存氧，细胞色素能在细胞呼吸过程中起转运电子的作用。 缺乏时主要表现为血中血红蛋白减少，引起缺铁性贫血。缺铁还可对人体的其它系统产生影响。如神经系统缺铁，可导致儿童出现智力降低和行为障碍。肌肉缺铁，可能使肌肉代谢特别是α-甘油磷酸脱氢酶活力异常，从而使肌肉活动能力降低。 动物性食品如肝脏、瘦猪肉、牛羊肉不仅含铁丰富而且吸收率很高，但鸡蛋和牛乳的铁吸收率低。植物性食物中则以黄豆和小油菜、芹菜、水芹菜、鸡毛菜、萝卜缨、荠菜、毛豆等铁的含量较高，其中黄豆的铁不仅含量较高且吸收率也较高，是铁的良好来源。 铜 铜（Copper，Cu）是大多数动物的组成成分和必需的营养素。1928年Hart报告铜为哺乳动物的必需元素。大约与此同时，在家养的动物中确认出现铜缺乏病 - 背部凹陷和腹泻。1984年报告了营养不良婴儿的铜缺乏症。 正常人体内的含铜总量约为100～150mg，其中约50～70%在肌肉和骨骼中，20%在肝脏中，5～10%在血液中。少量存在于铜酶中。各器官组织中的铜浓度，以肝肾、心、头发和脑中最高；脾、肺、肌肉、骨次之；脑垂体、甲状腺和胸腺最低。 铜的生理功能 铜吸收后，一部分以铜蛋白形式储存于肝脏，其余或在肝内合成血浆铜蓝蛋白，或在各组织内合成细胞色素氧化酶、过氧化物歧化酶、酪氨酸酶等。这些铜蛋白和铜酶在人体内发挥下述重要生理作用： 维护正常的造血机能。铜可促进铁的吸收和运输，铜蓝蛋白催化二阶铁氧化成三铁对于生成运铁蛋白有重要作用；铜蓝蛋白（可能还有细胞色素氧化酶）能促进血红素和血红蛋白的合成。铜缺乏时可影响血红蛋白的合成，产生寿命短促的异常红细胞。 维护骨骼、血管和皮肤的正常。铜酶赖氨酰氧化酶促进骨骼、血管和皮肤胶原和弹性蛋白的交联。缺铜时骨骼结构疏松易碎，发育停止，心脏、主动脉和大血管中弹性蛋白含量降低，组织张力降低，从而易于发生动脉瘤和血管破裂。 维护中枢神经系统的健康。含铜的细胞色素氧化酶能促进髓鞘的形成和维持，多巴胺β羧化酶、酪氨酸酶则与儿荼酚胺的生物合成有关。缺铜可导致脑组织萎缩，灰质和白质变性，神经原减少，精神发育停滞，运动障碍等。 保护毛发正常的色素和结构。铜酶酪氨酸酶能催化酪氨酸转为多巴（Dopa,即3，4二羧苯丙氨酸），并进而转为黑色素。缺铜时，黑色素生成障碍，导致毛发脱色。铜酶硫氢基氧化酶具有维护毛发结构正常及防止角化的作用，缺铜时硫氢基氧化酶缺乏，导致毛发角化，出现具有钢丝样头发的卷发症。 保护机体细胞免受超氧离子的毒害。心、肝、脑、骨髓中有一些细胞铜蛋白，包括脑铜蛋白、红细胞铜蛋白和肝铜蛋白等具有超氧物歧化酶的活力，因而称为超氧歧化酶。它们催化超氧离子成为氧和过氧化氢，从而保护活细胞免受毒性很强的超氧离子的毒害（这种超氧离子是分子氧氧化体内某些底物时产生的）。 铜广泛分布于各种食物，如谷类、豆类、硬果、肝、肾、贝类等都是含铜丰富的食物。通常成人每天可从膳食中得到2.5～5mg的铜，能充分满足需要量。牛乳含铜量很低，约为0.015～0.18mg/L。 锌 锌（Zinc，Zn）是中国科学家宋应星首先发现的，并于1637年在其名著《天工开物》中述及了锌的制法。1750～1850年人们已开始用氧化锌和硫化锌来治病。1869年Raulin发现锌存在于有机体中，并为有机体所必需。1963年报告了人体的锌缺乏病，于是锌开始被列为人体必需营养素。 成人体内含锌约2～3g，存在于所有组织中。其中3～5%在白细胞中，其余在血浆中。白细胞含锌量约为红细胞的25倍。头发含锌量约为125～250μg/g，其量可反映人体锌的营养状况。 锌主要在小肠被吸收。含磷化合物植酸、纤维素可降低锌的吸收。 锌与铁相反，体内储备不易动员。因此，特别需要有规律的外源补充，尤其是在生长期。 锌的生理功能 锌是机体中200多种金属酶的组成部分。在按功能划分的六大酶类（氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类）中，每一类中均有含锌酶。重要的含锌酶有碳酸酐酶、胰羧肽酶、DNA聚合酶、醛脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、丙酮酸氧化酶等。它们在组织呼吸以及蛋白质、脂肪、糖和核酸等的代谢中有重要作用。 促进机体的生长发育和组织再生。锌是调节基因表达即调节DNA复制、转译和转录的DNA聚合酶的必需组成部分。因此，缺锌动物的突出的症状是生长、蛋白质合成、DNA和RNA代谢等发生障碍。 促进食欲。动物和人缺锌时，对味觉系统有不良的影响，导致味觉迟钝，出现食欲缺乏。 促进性器官和性机能的正常 保护皮肤健康。动物和人缺锌会出现皮肤粗糙、干燥等现象。在组织学上可见上皮角化和食道的类角化 参与免疫反应。根据它在DNA合成中的作用，推测它在参加包括免疫反应细胞在内的细胞复制中起着重要作用。缺锌动物的胸腺萎缩，胸腺和脾脏重量减轻。人和动物缺锌时T细胞功能受损，免疫力降低。缺锌还可能使有免疫力的细胞增殖减少，胸腺因子活性降低，DNA合成减少，细胞表面受体发生变化。 锌广泛存在于各种食物中，但动植物性食物锌的含量和吸收利用率有很大差别。动物性食物含锌丰富且吸收率高。每公斤食物含锌量，如牡蛎、鲱鱼都在1000mg以上，肉类、肝脏、蛋类则在20～50mg之间。我国部分食物的锌含量，每公斤含锌在30mg以上的有大白菜、黄豆、白萝卜；含锌在10～30mg之间的有稻米（糙）、小麦、小麦面、小米、玉米、玉米面、高梁面、扁豆、马铃薯、胡萝卜、紫皮萝卜、蔓菁、萝卜缨、南瓜；含锌不足10mg的有甜薯干。 因谷类食物的植酸和纤维素可减低锌的吸收率，膳食中谷类食物所占的比率较高时，锌的供应量也应增加。 硒 硒（Selenium，Se）于1817年发现，1957年证实为动物所必需，1958年确定许多国家的羊、猪、牛、马等所流行的白肌病系由缺硒引起。但首次证实硒为人体所必需，则是我国克山病防治工作者的贡献。从60年代起他们逐步验证和肯定了克山病和缺硒的关系，从而肯定了硒是人体必需的微量元素。这是自1957年证实硒为动物所必需以来，对硒的研究所取得重大进展。也是近些年来在微量元素研究中所取得的重大进展之一。 硒广泛分布于除脂肪以外的所有组织中，其浓度以肝、胰、肾、心、脾、牙釉质和指甲中为最高。头发中的硒含量是了解人体硒营养状况的良好指标。 硒主要在小肠吸收。硒的吸收率因其存在的化学结构形式、化合物溶解度的大小等而不同。蛋氨酸硒较无机形式的硒更容易吸收，溶解度大的硒化合物比溶解度小的更容易吸收。 代谢后大部分经尿排出。尿硒是判定体内硒的盈虚状况的良好指标。 硒的生理功能 抗氧化作用。硒为谷胱甘肽过氧化物酶的成分。每摩尔谷胱甘肽过氧化物酶含4g原子的硒。谷胱甘肽过氧化物酶催化过氧化氢还原为水，能利用谷胱甘肽将过氧化物还原成羟基脂酸，使脂肪酸以β-氧化渠道正常氧化，从而防止过多的过氧化物损害机体代谢和保护细胞膜中的脂类免受过氧化氢和其它过氧化物的作用，保护了细胞膜和细胞。 促进生长。硒对于大鼠和鸡等的生长和繁殖是必需的，缺硒时生长停滞或延缓。组织培养也证明硒对二倍体人体纤维细胞的生长是必需的。 保护心血管和心肌的健康。硒能降低心血管病的发病率。硒亦可保护心肌健康。在我国，与缺硒有密切关系的克山病有心肌坏死，主要表现为原纤维型的心肌细胞坏死与线粒体型的心肌细胞坏死。发生病变的机理是：缺硒后脂质过氧化反应增强，造成生化紊乱，引起心肌纤维坏死，心肌小动脉及毛细细管损伤。 解除体内重金属的毒性作用。硒和金属有很强的亲和力，是一种天然的对抗重金属的解毒剂，形成金属-硒-蛋白质复合物而使金属得到解毒和排泄。它对汞、甲基汞、镉、铅等都有解毒作用。 保护视器官的健全功能和视力。含有硒的谷胱甘肽过氧化物酶和维生素E可使视网膜上的氧化损伤降低。硒及服用含硒多的食物能提高视力，且缺硒与白内障有密切的关系。 抗肿瘤作用 促进免疫球蛋白及抗体产生，增强机体对疾病的抵抗力 食物中硒含量受产地土壤中硒含量的影响而有很大的地区差异。通常海产品、肾、肝、肉和整粒的谷类是硒的良好来源。 氟 1805年就已发现氟（Fluorin，F）与牙齿结构有关，后来证明食物及饮水中缺氟可引起龋齿。1974年Schwarz报告氟对大鼠生长是必需的。现在一些国家的营养标准中已将氟列入必需，它不仅对于牙齿而且对于骨骼的形成与代谢均有重要作用。 成人体内含氟总量约为2～3g，约90%积存于骨骼及牙齿中，少量存在于内脏、软组织及体液中。 膳食和饮水中的氟摄入后，主要在胃部吸收，且吸收很快，吸收率也很高。饮水中的氟可完全吸收，食物中的氟一般吸收50～80%。约有80%以上的氟经肾排出，其余部分则主要随粪便排出。也有极少部分随乳汁、毛发等途径排出。 氟的生理功能 氟在骨骼与牙齿的形成中有重要作用。人体骨骼固体的60%为骨盐（主要为羟磷灰石），而氟能与骨盐结晶表面的离子进行交换，形成氟磷灰石而成为骨盐的组成部分。骨盐中的氟多时，骨质坚硬，而且适量的氟有利于钙和磷的利用及在骨骼中沉积，可加速骨骼的形成，促进生长，并维护骨骼的健康。氟也是牙齿的重要成分，氟被牙釉质中的羟磷灰石吸附后，在牙齿表面形成一层抗酸性腐蚀的、坚硬的氟磷灰石保护层，可防止龋齿。 缺氟时，由于釉质中不能形成氟磷灰石而使羟磷灰石结构得不到保护，牙釉质易被微生物、有机酸和酶侵蚀而发生龋齿。老年人缺氟时，钙磷的利用受到影响，可导致骨质疏松。因此氟对骨质疏松症有一定预防作用。 大部分食品含氟量较高。饮水是氟的重要来源，水中氟含量因地区而异，水中最适氟含量为1ppm，这样可使儿童每日得到0.5～1.0mg氟，成人得到1.5～2mg氟。 钴 从1948年证明钴（Cobalt，Co）是维生素B12的组成部分以来，已肯定钴为人体所必需。但远在这之前，1879年已有人报告了钴在造血方面的功能。 人体全身含钴1.1mg，含量最高的组织是肝、肾和骨。血液中红细胞的钴含量高于血浆。 人动物摄入的钴必须经肠内细菌合成维生素B12才能吸收利用。牛羊等反刍动物的细菌合成维生素B12发生于小肠上段，可较好地吸收。而在人体，细菌合成维生素B12只发生于结肠，吸收量很小。因此，钴必须以维生素B12的形式摄入，才能吸收利用。钴的主要排出途径是经过肾脏。 钴的生理功能 钴主要用于合成维生素B12。因此，钴的作用主要体现在维生素B12的作用中 - 促进红细胞的正常成熟。 钴除了作为维生素B12成分外，是否有单独的必需的生物学作用，现在还只观察到如下一些现象。药理剂量的无机钴盐，在包括人在内的许多动物中，可引起红细胞生成增加。此外，有迹象显示钴可影响甲状腺代谢，并可能为合成大鼠甲状腺激素所必需。在地方性甲状腺肿和水、土壤和食物中的含钴量之间存在着某种联系。如某些居民中甲状腺功能紊乱，不仅由于环境中的碘和钴含量低，并且还决定于这些元素的比值。 食物中的钴含量差异很大。肝、肾、海产品和绿叶蔬菜是钴的良好来源。乳制品和精制谷类食品中的钴含量很低。 铬 从1959年报告了微量的铬（Chromium，Cr）对大鼠正常的糖耐量是必要的之后，才认识到铬的生物学重要性。由于常常无法以已知的病因学来解释人糖耐量降低的原因，使人们增加了对铬的研究兴趣。但由于分析技术上的困难，这种元素在营养和代谢中的作用仍然有待进一步研究。 人体的含铬量甚微，约为6mg或更低，其中骨、皮肤、脂肪、肾上腺、大脑和肌肉中的含量较高，血清中浓度较低。组织的铬含量随着年龄的增长而降低。 无机铬的吸收率很低。铬与有机物生成的“自然复合物”的铬较易吸收，如啤洒酵母中主要以葡萄糖耐量因子的形式存在的铬有10～25%可吸收。 铬主要随尿排出，少量从胆汁和小肠经粪便排出，微量通过皮肤丢失。 铬的生理功能 促进胰岛素的作用。糖代谢中铬作为一个辅助因子对起动胰岛素有作用。其作用方式可能是含铬的葡萄耐量因子促进在细胞膜的硫氢基和胰岛素分子A链的两个二硫键之间形成一个稳定的桥，使胰岛素能充分地发挥作用。 预防动脉硬化。铬可能对血清胆固醇内环境稳定有作用。饲喂缺铬饲料的大鼠血清胆固醇较高，缺铬大鼠的主动脉斑块的发病率高于有充足铬的对照组。 促进蛋白质代谢和生长发育。在DNA和RNA的结合部位发现有大量的铬，提示铬在核酸的代谢或结构中发挥作用。铬对最适生长也是需要的，缺铬动物生长发育停滞。 铬的最好来源一般是整粒的谷类、豆类、肉和乳制品。谷类经加工精制后铬的含量大大减少。啤酒酵母、家畜肝脏不仅含铬高而且其所含的铬活性也大。红糖中铬的含量高于白糖。 锰 1931年第一次报告锰（Manganese，Mn）对大鼠的正常生长和繁殖是必需的。虽然锰对人是否必需的证据不多，但已推断锰对人的作用和必需性类似于对其它哺乳动物，并于1972年报告了一例可能为实验性锰缺乏的病例。 成年人体内锰总量约为20mg，广泛分布于所有组织中，其中以肌肉、肝脏和胰脏的含量较高。 锰的生理功能 激活多种金属酶。是丙酮酸氢化酶、超氧化物歧化酶、精氨酸酶等的组成成分 改善碳水化合物和脂肪代谢 参与造血过程，改善机体对铜的利用 促进骨骼发育，影响动物的生长、繁殖和内分泌 遗传性疾病、骨畸形、智力呆滞、不育症、贫血、癫痫等疾病均和缺锰有关。土壤中含锰量高的地区癌症发病率低。 广泛存在于植物性食物中，不易缺乏 钼 约40年前发现钼（Molybdenum，Mo）可促进固氨菌的生长，其后又观察到大鼠饲料中加钼可使组织中黄嘌呤氧化酶活力增加。现已证明钼为动物所必需的营养素，并推断亦为人体所必需。 人体含钼总量约为9mg，分布于全身组织和体液中，其中肝、肾、骨和皮肤中含量最高。钼容易从肠道吸收，主要从尿中排出。 钼的生理功能 钼为人和动物的黄素依赖酶如黄嘌呤氧化酶和醛氧化酶的成分，它在这些酶的细胞内电子传递中起作用。黄嘌呤氧化酶对体内嘌呤化合物的氧化代谢及最后形成尿酸起主要的催化作用。它与铁代谢也有密切的关系，能催化肝脏铁蛋白中的铁释放，加速铁进入血浆的过程，并能使所释放的Fe2+在血浆内很快氧化成Fe3+，从而迅速与β1-球蛋白形成运铁蛋白。醛氧化酶对解除体内形成的毒醛类的毒性有重要作用。 从小牛肝脏中分离出一种含钼酶（亚硫酸盐氧化酶）。这种酶在体内催化亚硫酸盐成为硫酸盐，已证明这种酶也存在于人体肝脏中。 人的牙釉质中含有丰富的钼，可增强氟的预防龋齿作用。 钼广泛分布于各种食物，其中肉类含2.06ppm，豆夹类蔬菜1.73ppm，谷类含0.33ppm，蔬菜根部含0.25ppm，水果及海味一般低于0.1ppm。 其它必需微量元素 其它4种必需微量元素为： 镍 钒 硅 锡 这些微量元素的缺乏病还只见于精密控制实验条件下的动物。 镍 镍（Nickel，Ni）对于大鼠、猪、羊等5种动物是必需的，并推断它也为人体所必需。人体含镍总量约为6～10mg，广泛分布于骨骼、肺、肾、皮肤等器官和组织中。其中以骨骼中浓度较高。 缺乏镍的大鼠出现生长减慢、血红蛋白含量和红细胞计数降低或减少，肝脏中许多酶包括苹果酸盐脱氢酶等的活力降低、血清中尿素、ATP和葡萄糖的含量降低，肝中甘油三酯、葡萄糖和糖原含量降低，铁的吸收降低，肝、肾、脾中的铁、铜、锌含量降低。 缺乏镍的猪和羊则出现生长抑制、性成熟推迟，死胎率增高，皮毛粗糙，骨骼钙含量、血浆总蛋白、红细胞计数、肝的总脂肪和总胆固醇和肝铜浓度下降。 由于植物性食物含镍较高，因此一般混合膳食能供应足够的镍。 钒 钒（Vanadium，V）在人体内总量约25mg，广泛存在于牙齿、骨、肺、脾、肝、肾等器官和组织中。钒的吸收率很低，约仅5%。吸收进入体内的钒主要经尿排出，吸收后的钒积聚于齿、骨。骨释放钒的速率很慢，可能有储存库的作用。 1971年首次提出了钒为动物所必需。大鼠饲料中含钒少于10ng/g时，出现生长迟缓。半纯化饲料中按25～50μg/100g补充钒可促进大鼠生长。缺乏钒的小鸡羽毛发生显著抑制。 钒对动物或人血脂的影响不一致。缺钒使血中总胆固醇或甘油三酯升高，亦可反之。 钒的需要量还不甚清楚。 硅 硅（Silicon，Si）在人体中总量约15～18g，如按占人体重量万分之一以下为微量元素则已超过，但因其日需要量低于100mg，故通常将其列入微量元素范畴。 硅对于小鸡的正常生长是必需的，它参加软骨、骨和其它结缔组织的生成，主要是粘多糖的合成。 动物对硅的需要量较多，大约每克饲料在50μg以上，对于成年人每天约需硅3mg。 动物缺硅时，可出现生长迟缓、器官萎缩、骨骼异常、牙齿发育不良等症状。补充硅后，即可恢复生长。 由于食物通常可提供足够的硅，人体不大可能发生硅缺乏。 锡 锡（Stannum）也是由于方法上的困难而使其研究明显受阻的一种元素。人体约含锡5～20mg。在骨和牙齿中的含量最高。锡的吸收率很低，主要由粪便排出。 可能对蛋白质和其它大分子的三级结构起作用，也可能起氧化还原催化剂的作用。 内脏和谷类是锡的良好来源。迄今尚未有人体锡缺乏病的报告。罐头食品提供大量的锡，达200ppm。但锡摄入过多可引起贫血并损害肝脏。 膳食宝塔 第二部分 营养素分析方法与质量评定 Analysis and Quality Evaluation of Nutrients 第一章 营养素分析方法 Analysis of Nutrients 分析方法－ 化学分析 仪器分析 分析内容－ 营养素含量（概略养分、纯养分） 添加剂的成分、含量 有毒、有害成分 生物学检验 营养成分分析的标准 国家标准（GB） Official Methods of Association of Official Analytical Chemists（AOAC） 一、概略营养成分分析 （Proximate analysis） 干物质（Dry matter，DM）或水分（Moisture） 粗蛋白质（Crude protein, CP） 粗脂肪（Ether extract, EE） 粗纤维（Crude fiber，CF） 粗灰分（Crude ash） 无氮浸出物（Nitrogen-free extract，NFE） 干物质（Dry matter，DM） 试样在105°C烘干至恒重、完全丧失水分后的重量百分比。 仪器：（鼓风）干燥箱 试样中的挥发性物质将随水分丧失 试样中脂肪含量过高则烘干后可能增重 粗蛋白（Crude protein, CP） 凯氏定氮法（Kjeldahl technique） GB/T 5009.5 2003 （适用于食品） AOAC Official Method 2001.11（for CP in animal feeds, forages (plant tissue), grain and oilseeds） 消化：样品用浓硫酸高温消化，将其中N转化为硫酸铵。蒸馏：消化后样品加碱液并用蒸汽蒸馏，释放的氨用硼酸吸收。滴定：硼酸中的氨N用已知浓度稀盐酸滴定。 CP% = N% x 6.25。CP代表所有含氮物质，如蛋白质、氨基酸和非蛋白氮（Non-protein nitrogen，NPN，如胺、生物碱和核酸等） Foss KJELTEC 全自动凯氏定氮仪 粗脂肪（Ether extract, EE） 索氏提取法。GB/T 6433-1994适用于饲料；GB/T 5009.6-2003适用于食品 在索氏提取器中用乙醚回流浸提试样，蒸干乙醚后提取物的重量。 EE中除脂肪外还有其他任何可溶于乙醚的物质，包括有机酸、蜡、磷脂、类固醇和色素等。 Foss SOXTEC 脂肪分析仪 粗纤维（Crude fiber，CF） GB/T 6434-94 用浓度准确的稀硫酸和氢氧化钠溶液依次煮沸样品 30 min，过滤后的残渣再用乙醚、乙醇除去醚溶物，经高温灼烧扣除灰分量，所余量为粗纤维。 CF中以纤维素为主，还有少量半纤维素和木质素。 Foss FIBERTEC 纤维分析仪 粗灰分（Crude ash） GB/T 6438-1992（适用于饲料） GB 5009.4-85（适用于食品） 仪器：马福炉 样品在550℃高温灼烧灰化后所残留的无机物质（矿物质）即为灰分。 无氮浸出物（Nitrogen-free extract，NFE） 无氮浸出物为计算值： NFE% = 100% -（水分% + 粗蛋白% + 粗脂肪% + 粗纤维% + 粗灰分%） NFE包括淀粉、果胶、有机酸、部分纤维素、半纤维素和木质素。 Foss INFRATEC 透射型近红外分析仪 二、能量测定 总能 － 氧弹式测热计（bomb calorimeter） 样品在充以纯氧的不锈钢容器内充分燃烧，产生的热量被容器外定量的水吸收。根据水温上升值计算样品燃烧后释放的热量， 即总能（gross energy，GE）。 主要营养素的总能值（MJ/kg DM） 碳水化合物： 18 蛋白质： 24 脂肪： 39 Bomb calorimeter 三、氨基酸测定 常采用液相色谱法。样品中蛋白质用HCl水解成AA，采用电泳或交换层析法分离、测定AA。当AA通过带固定电量的合成树脂时，利用各种AA在不同pH时的移动速率不同而被分离和测定。 Ion-exchange chromatograph （AOAC Official Method 994.12）：使用 amino acid analyser，适用于 feeds。 四、维生素测定 高效液相色谱法 GB/T 5413.9-1997：婴幼儿配方食品和乳粉中VA、VD、VE；食品或强化食品及饲料中VD； GB12388-90：食品和饲料中VA、VE AOAC Official Method 2001.13：食品中VA VK：高效液相色谱法测定蔬菜、绿色植物及其干制品中K1；比色法测定食物及饲料中K3（甲萘醌） 胡萝卜素：纸层析法（GB12389-90）和柱色谱法，测定植物性食物和含植物性食物的混合食物。 VB1：荧光分光光度法（GB12390-90）测定食物中硫胺素 VB2： 硅镁吸附剂净化荧光法（GB12391-1990）测定食物及饲料中核黄素 VB6：微生物测定法和比色法（GB/T 17407-1998）测定药物、食物中吡哆醇 VB12：微生物测定法和浊度法或光密度法测定食物及饲料中VB12。 VC：荧光法（第一标准方法，GB12392-90）或2,4－二硝基苯肼法（第二法，GB12392-90）测定蔬菜、水果及其制品中总抗坏血酸 尼克酸：微生物法（AOAC和GB12395-90）测定食物及饲料中含量；比色法（AOAC）测定药物、食物和饲料中含量；分光光度法（AOAC）测定复合维生素制剂中烟酰胺 叶酸：微生物法测定食物中含量 生物素：微生物法（AOAC）测定食物及饲料中含量 泛酸：微生物法（AOAC）测定食物（包括天然食物及加工食物）及饲料中含量 五、常量元素测定 Ca P Cl Na K 钙（Ca） GB 12396-90（原子吸收光谱分光光度计法 ）：每种元素的原子能够吸收其特定波长的光能，而吸收的能量值与该光路中该元素的原子数目成正比。 滴定法 （EDTA法） ：钙与氨羧络合剂能定量地形成金属络合物，其稳定性较钙与指示剂所形成的络合物为强。在适当的pH值范围内，以氨羧络合剂EDTA滴定，在达到定量点时，EDTA就自指示剂络合物中夺取钙离子，使溶液呈现游离指示剂的颜色（终点）。根据EDTA络合剂用量，可计算钙的含量。 总磷（P） 钼黄法（GB/T6437-92）：磷在酸性条件下用钒钼酸铵处理，生成黄色化合物－钼黄 ，在波长420 nm比色测定。 适用于饲料 钼蓝法（GB12393-90）：磷在酸性条件下与钼酸铵结合生成磷钼酸铵，再被对苯二酚、亚硫酸钠还原成兰色化合物－钼蓝。在波长660 nm处比色测定。适用于食品及保健品 AOAC Official Method 995.11：试样中磷用钼酸钠处理，生成蓝色化合物，在波长823 nm比色测定。 适用于 foods 氯（Cl） 水溶性氯化物的测定（GB/T 6439-1992） 在酸性条件下，加入过量硝酸银溶液使样品中的氯化物形成氯化银沉淀。除去沉淀后，用硫氰酸铵回滴过量的硝酸银，根据消耗的硫氰酸铵的量，计算出氯化物的含量 。 钠（Na）和钾（K） 原子吸收光谱分光光度计的火焰发射法（GB-12397-90）：测定食品及保健品中钠、钾含量 六、微量元素测定 原子吸收分光光度法 GB12396-90：Fe、Mn、Mg； GB/T5009.13-96：Cu； GB/T5009.14-96：Zn。适用于食品及保健品 AOAC Official Method 999.11：Cu、Fe、Zn。适用于 foods 荧光法：Se。GB/T 12399 -1996适用于食品；AOAC Official Method 996.16 适用于 feeds and premixes Inductively coupled plasma-mass spectrometric method （AOAC Official Method 993.14 ）（感应耦合等离子体－质谱法）：可测定（废）水20种元素，包括Cr、Co、Cu、Mn、Mo、Ni、Se、V、Zn。 第二章 营养素需要量和质量评价 Requirements and Quality Evaluation of Nutrients 一、能量体系 二、消化率测定 表观消化率（apparent digestibility，AD） AD （％）= （摄入量－粪排泄量）(100 / 摄入量 常测定AD的营养物质： 能量 DM Organic matter （OM） CP DE ＝摄入GE ( AD = 摄入GE －粪GE AD in vivo 全收粪法： 试验动物单圈饲养 预饲期7天 测定期7－10天。测定采食量和排粪量 日粮和粪中营养素含量测定 计算 AD in vitro 试管法：根据样品在经消化酶体外消化前后营养素水平，计算 in vitro AD。 AD％ ＝ （消化前含量－消化后含量）(100/消化前含量 AD by prediction equations 根据日粮中某些营养素含量预测某一中营养素的AD。如牛羊粗饲料DM的消化率可根据其酸性洗涤纤维（ADF）和N含量进行预测： Digestibility of DM = 83.6 - 0.82 ADF% - 2.62 N% 三、蛋白质的需要量 营养素的需要量（estimated average requirements，EAR）是维持机体正常生理功能和健康所必需的最低水平 营养素的供给量（recommended dietary allowances，RDA）是能满足绝大多数人体需要的摄取量，是根据需要量制订的。 蛋白质的EAR 蛋白质需要量的测定方法有因素法、氮平衡法两种。 因素法（factorial method）是通过测定必需丢失氮（obligatory nitrogen loss）来确定蛋白质需要量的方法。人（或动物）在进食无蛋白日粮的条件下所丢失的内源氮，包括尿氮、粪氮和皮肤氮等，称为必需丢失氮。为维持健康，每日丢失的氮必须给予补偿，从补偿量可以得出蛋白质的需要量。 人从摄入普通膳改为无氮膳后，氮的排出量会逐日下降。约8～14天后达到稳定的最低值，此值即内源氮。 平均必需丢失氮再按生物学个体差异规律增加30%计算供给量。成年男子平均必需丢失氮测定值为每天54 mg/kg，加上30%得70 mg。 为补偿丢失氮，用参考蛋白（卵蛋白）为标准来换算蛋白质需要量。由于卵蛋白在常规大鼠实验中的利用率为95～98%，1965年用其作为天然参考蛋白，但以后在人体氮平衡实验中证明卵蛋白的利用率仅70%左右。因此，在1973年的计算中，为校正卵蛋白利用率的不足，在70 mg氮上增加30%得91 mg。以0.091 g乘以6.25得蛋白质供给量0.57 g/kg体重。 氮平衡法（nitrogen balance method）是在控制膳食中有同量蛋白质的情况下，求出达到维持氮平衡时的蛋白质摄入量，作为机体蛋白质的需要量。 这种方法虽然古老，而且测定值又受体内蛋白质储备和热能摄入量的影响，但目前国际上仍作为测定人体蛋白质需要量的一种方法。 1963年国际根据Sherman的氮平衡实验，提出成年人蛋白质需要量为1 g/kg体重。王成发和陈学存对成年男子进行氮平衡实验，在热能供给充裕的情况下，蛋白质的需要量在0.9～1.0 g/kg体重范围内。 蛋白质的RDA 中国膳食以植物性食品为主，植物蛋白的生物学价值稍低。因此，每日膳食中蛋白质供给量应按1.1 g/kg体重，成年男子63 kg体重则为70 g (1988年第五届全国营养学术会议修订)。 儿童时期需要更多的蛋白质以保证生长发育。1岁以内婴儿蛋白质的需要量：人乳喂养者为2 g/kg体重；牛乳喂养者3.5 g/kg体重。1岁以后逐渐减少，直至成年人的1.1 g/kg体重。 妊娠期为保证母体和胎儿增长需要，在妊娠第4～6个月每日供给量增加15 g、第7～9个月每日增加 25 g。乳母每日也增加25 g。 四、必需氨基酸需要量 　人体需要蛋白质，确切地说是需要蛋白中的氨基酸，因此测定氨基酸的需要量比测定蛋白质的需要量更有直接意义。 氨基酸需要量的测定方法是给实验对象先提供缺乏某一种氨基酸的食物，然后补充不同水平的该种氨基酸。当达到氮平衡（成人）或促进生长发育（儿童）时，所需的最低量即该氨基酸的需要量。 人体蛋白质和必需氨基酸的需要量（按每kg体重计）随年龄增长而下降，但必需氨基酸下降的幅度更大些。成人每公斤体重必需氨基酸的需要量仅约为婴儿需要量的1/8。将各年龄组必需氨基酸的平均需要量加上30%计算成为97.5%人群的需要量，再和相应年龄组的蛋白质需要量比较，分别得出必需氨基酸的需要量占蛋白质需要量的比值： 婴儿 43% 儿童 36% 成人 19～20% 婴幼儿的需要量比成人高的理由是：婴幼儿除了满足维持的需要量（补偿内源氧化损失的氨基酸）外，还有生长发育的需要。　　 各种必需氨基酸不仅数量应充足，相互间比例（或称模式）也应恰当。各种AA是按一定比例用于合成生长或维持所需的蛋白质，膳食蛋白所提供的各种必需氨基酸和这种比例相近，才能充分为机体所利用。 如果缺乏其中一种AA，其他AA由于在体内无法保存，将脱氨基后进入糖代谢途径，部分氨基被排出体外而造成AA浪费，蛋白质的合成量也将降低。 某种AA缺乏或过量导致与适宜模式有较大的偏离时，都可引起代谢障碍或出现毒性症状。 热能和非必需AA的供应必须充裕，才能使其需要量满足机体合成蛋白质的营养效能。 五、蛋白质质量评价 动、植物食物氮的存在形式有很大差别。 肉类绝大部分N以蛋白质形式存在，仅有少量游离氨基酸或肽以及核酸、磷脂、肌酸、肌肽；鱼类则NPN含量丰富，约占总N的10～30%；乳N约20%属于NPN。 植物性食物含N化合物的成分差异更大。种子类几乎95%的N存在于蛋白质，而根茎类如土豆、胡萝卜等，蛋白质N少于50%，多数N以肽和游离氨基酸的形式存在。 植物组织中含有不少非蛋白氨基酸，这些氨基酸有些能在体内代谢，而多数以原样从尿排出；还有少量是有毒的，如刀豆中的刀豆氨酸、蚕豆中的β氰基丙氨酸。 氮含量通常采用凯氏定氮法（Kjeldahl technique）测定，然后换算成蛋白质含量。动、植物性食物蛋白的含氮量约为15.7～19%，平均16%。将测得的N值乘以6.25（蛋白质换算系数），即为粗蛋白的含量。 准确的蛋白质换算系数：面粉（中或低出粉率）－5.70、全麦－5.83、大米－5.95、花生－5.46、黄豆－5.71、芝麻－5.30、乳类－6.38。 该计算方法是将食物中所有含N物均作为蛋白质。对含NPN高的食物来说，蛋白质的计算值无疑偏高。因此用定氮法测得的蛋白质，称之为粗蛋白(crude protein，CP)。 真蛋白质（true protein）测定 蛋白质可被Cu(OH)2变性而生成沉淀，经离心或过滤后，测定上清液或滤液中N含量，即为非蛋白氮（NPN）。 True protein = (总N – NPN) ( 6.25 膳食的蛋白质的营养价值主要取决于为机体合成蛋白质所提供的必需氨基酸的量和模式。所有评定蛋白质质量的方法都是以此概念作为基础的。 评价的方法有许多种，但任何一种方法都以一种现象作为评定指标，因而具有一定的局限性，所表示的营养价值也是相对的，因此，具体评价一种食物或混合食物蛋白时，应该根据不同的方法综合考虑。常用的质量评价方法： （1）蛋白质消化率（digestibility，D）－ 指摄入蛋白经消化酶水解后被吸收的比例： 　　D% = （吸收N / 摄入N）×100 食物蛋白质真实消化率（true digestibility, TD） 通过饲喂实验测得： 　TD％ = [摄入N -（粪N - 粪代谢N）] ×100/摄入N 　粪N不全是未消化的食物N，其中有一部分来自脱落肠粘膜细胞、消化酶和肠道微生物。这部分称为粪代谢N，可通过受试实验动物摄食无蛋白膳后测得，其量约为0.9～1.2 g/24 h。 如果粪代谢N忽略不计，即为表观消化率(apparent digestibility, AD): 　AD％ = (摄入N - 粪N) ×100/摄入N 表观消化率比真实消化率低，对蛋白质营养价值的估计偏低，因此有较大的安全系数。此外，由于表观消化率的测定方法较为简便，在营养研究中广泛采用。 用一般烹调方法加工的食物蛋白的消化率为：奶类97～98%、肉类92～94％、蛋类98%、大米82%、土豆74%。 植物性食物蛋白由于有纤维包围，比动物性食物蛋白的消化率要低，但纤维素经加工被软化、破坏或除去后，植物蛋白的消化率可以提高。如大豆蛋白消化率为60%；加工成豆腐后，可提高到90%。 CP表观消化率的常用测定方法 AD in vivo 试验动物单圈饲养，预饲期7天。测定期7－10天，连续测定采食量和粪排出量。测定日粮和粪CP含量，计算AD。 AD in vitro 试管法：测定样品经食糜或消化酶体外消化前后的CP含量，计算AD。 AD in sacco 尼龙袋法：放入尼龙袋的样品在瘘管动物胃中消化24－48 h。测定消化前后样品的CP含量，计算AD。 Prediction equations 根据日粮中某些营养素含量预测AD。 （2）蛋白质的生物学价值（biological value, BV）蛋白质的生物学价值是体内留存氮和吸收氮的比值： 　BV％ =[摄入N-（粪N-粪代谢N）-（尿N-尿内源N）] ×100 /[摄入N-（粪N-粪代谢N）] 蛋白质BV受很多因素的影响。对不同食物蛋白的BV进行比较时，实验条件应该一致，否则即使同一种食物也会得出不一致的结果。如鸡蛋蛋白的热能占总热能8%时，生物学价值为91；占16%时为62。 一般情况下，实验动物多采用初断乳的大鼠，饲料中蛋白质含量为10%。 （3）蛋白质净利用率（net protein utilization, NPU） 蛋白质生物学价值没有考虑在消化过程中未吸收而损失的N。将生物学价值乘以消化率，即为蛋白质净利用率： 　NPU = BV×D = 保留N/摄入N NPU可用体氮法进行测定。用同窝断乳大鼠分别饲喂含维持水平蛋白质的实验饲料（A组）和无蛋白的饲料（B组）各10 d。记录各组每日摄食量。 实验结束时测定各组动物尸体总N量和饲料含N量，按下列计算： 　NPU =（BF – BK + IK）/ IF 　其中: IF = A组N摄入量 　　 BF = A组尸体总N量 　　 BK = B组尸体总N量 　　 IK = B组N摄入量 亦可测定实验动物尸体干重和含水量，利用已知的幼鼠尸体N/H2O的平均比值计算尸体含N量，则操作更为简便。 （4）蛋白质效力比（protein efficiency ratio, PER） PER是摄入单位重量蛋白质的体重增加数： 　PER = 体重增加（g）/ 摄入蛋白质（g） 通常用雄性断乳大鼠为实验对象。由于PER随饲料中蛋白质的水平而改变，因而建议在适宜的日粮蛋白质水平上进行实验。通常采用的蛋白质水平为10%。AOAC的标准方法则为9.09%蛋白质。 PER最大的缺点是没有把维持所需的蛋白质考虑在内，因而所得结果常不成比例。例如PER为2时，其质量不等于PER为1时的两倍。 不同实验测得的PER的重复性往往不佳。为了减少实验室间的变异，通常以酪蛋白为参考蛋白对PER进行校正： 校正的PER = PER×（2.5 / 酪蛋白PER实测值） （5）相对蛋白质价值（relative protein value, RPV） 相对蛋白质价值是动物摄食受试蛋白的剂量-生长曲线斜率（A）和摄食参考蛋白的剂量-生长曲线斜率（B）比： 　 RPV% = A×100/B 以3～4个受试食物蛋白水平饲喂断乳大鼠，将大鼠体重增长数（Y）对受试蛋白的进食克数（X）绘制回归方程，求其斜率（A）。同时用含不同水平乳白蛋白（参考蛋白）喂养动物，同法得剂量-生长回归方程及斜率（B）。假设前一回归方程为Y1 = 2.35 X1 - 0.36，后一回归方程为Y2 = 4.12 X2 - 0.28，则该受试蛋白的RPV为： 　RPV％ = 2.35×100/4.12 = 57 受试蛋白回归方程的斜率越大，则其蛋白质利用率越高。 （6）氨基酸评分（amino acid score）或化学评分（chemical score） 1946年Block等指出在合成蛋白质时，构成蛋白质所必需的AA必须同时存在，缺乏其中任何一种则影响蛋白质合成，因此用食物蛋白AA的组成评价蛋白质。 查表计算或测定某种受试食物蛋白或混合食物蛋白中每一种必需氨基酸的含量，与参考蛋白进行比较，以每种氨基酸与参考蛋白氨基酸的比值表示。比值最低的那种氨基酸，即为第一限制氨基酸，此最低比值即受试食物蛋白的氨基酸评分或化学评分。氨基酸评分可计算如下： 　氨基酸评分 ％ = 每克受试蛋白的某种AA含量（mg）×100 /每克参考蛋白的该种AA含量（mg） 或 氨基酸评分％ = 受试蛋白每克N的某AA含量(mg)×100 /参考蛋白每克N的该种AA含量（mg） 食物蛋白中AA含量可用比较的参考蛋白的关系表示或用每克N的关系表示。Block等用卵蛋白作为参考蛋白，现多采用FAO/WHO（1973）根据学龄前儿童最低需要量制定的理想氨基酸需要量模式（下表）与受试蛋白进行比较。 根据理想模式测得的氨基酸评分适用于儿童对食物蛋白利用率的评价；但对成年人则低估了该蛋白质的质量，因为成年人对每克蛋白质中氨基酸的需要量较低。 理想的氨基酸需要量模式 （mg/g 蛋白质） 互补作用（complementary action）: 通过几种食物混合使必需AA的种类和数量互相补充，从而更接近机体需要量的模式，提高生物学价值，这种现象称为蛋白质的互补作用。如小麦、小米、牛肉、大豆单独食用时，其蛋白质生物价值分别为67、57、69、64，而混食的生物学价值可达89。 将限制性AA补充到相应的食物中，如用赖氨酸补充谷类蛋白，用蛋氨酸、赖氨酸和苏氨酸补充花生粉，同样可以发挥互补作用。如在面粉中添加赖氨酸0.2%，其生物学价值可由47提高到71。 由于组成蛋白质的AA必须同时存在才能合成蛋白质，而且体内AA储存量很少，因此膳食中不同蛋白质必须同时摄入方可发挥互补作用。如每3 h单独以一种必需AA饲养大鼠，则AA的利用不佳，大鼠生长停滞。 六、氮代谢的评价 组织蛋白的分解代谢和合成代谢时刻处于动态平衡中，这种平衡可用氮平衡（nitrogen balance， B ）表示： 　氮平衡（B）= 摄入N –（尿N +粪N +皮肤屑N） 成年人摄入N和排出N大致相等，B等于或接近零，称为氮平衡；儿童在生长发育期，有一部分蛋白质在体内沉积，B为正数，称为正氮平衡；衰老、短暂的饥饿或某些消耗性疾病，排出N大于摄入N，B为负数，称为负氮平衡。 氮平衡也可称作氮沉积（nitrogen retention，R）。可通过饲喂实验测定。 氮平衡受热能摄入量的影响。热能有节省蛋白质的作用。如1973年FAO/WHO专家委员会报告，给受试者0.57 g蛋白质/kg体重，当热能供给量充裕时，出现正氮平衡；而当热能供给量在维持水平时，出现负氮平衡。 氮平衡还受生长激素、睾酮、皮质类固醇和甲状腺素等激素的影响。这些激素具有促进或抑制蛋白质合成的作用。 Nitrogen retention (R) in vivo 试验动物分别置于代谢笼（metabolism crate）中 预饲7天 测定期7－10天。连续测定采食量和粪、尿排泄量 测定日粮N、粪N和尿N 计算：R = 摄入N - 粪N - 尿N R的单位可为 kg，g 或 mg。 Metabolism Crate for mice, rats or rabbits