項目二　蛋白質與氨基酸

案例1-2　“空殼奶粉”

2003年以來，安徽阜陽相繼出現因食用劣質奶粉而個子比同齡小孩矮小、腦袋較大、臉蛋锃亮、面部水腫、精神萎靡甚至死亡的嬰幼兒，引起全國各大媒體的高度關注。如2003年8月，阜陽年僅4個多月的女嬰媛媛死亡，死因為長期食用幾乎沒有營養的偽劣奶粉而患上“重度營養不良綜合征”，導致媛媛的肝腎功能重度衰竭。2004年4月，2個月大的明明的正常體重應為4.6kg，但其體重僅有3.2kg，只比剛出生時增加了0.2kg。其原因也是食用蛋白質含量嚴重不足的偽劣嬰兒奶粉，導致其停止生長甚至可能死亡的嚴重后果。經阜陽市產品質量監督調查，明明平日所食用的奶粉蛋白質含量僅為1%，遠遠低于0~6個月的嬰兒奶粉蛋白質含量應為12%~18%的國家標準。

在國務院聯合調查組的監督指導下，當地政府查出產自46個生產廠家、正在銷售的不合格奶粉55種，生產廠家分布在8個省、市。不合格的原因主要是蛋白質含量不達標，其中蛋白質含量低于5%的有31種，含量最低的只有0.37%，鈣、磷、鋅、鐵等含量也普遍不合格。據統計，阜陽地區奶粉事件中，因食用劣質奶粉出現營養不良的住院兒童達171名，其中13名因并發癥死亡。

問題：劣質奶粉，除了含較多的碳水化合物外，蛋白質、脂肪、礦物質含量極少，能量往往又不足，故稱其為“空殼奶粉”。為什么“空殼奶粉”會影響嬰幼兒身體健康甚至危及生命？何為優質蛋白質？哪些食物富含蛋白質？

蛋白質（Protein）是由20多種氨基酸通過肽鍵連接起來的生物大分子，相對分子質量可達到數萬甚至百萬。蛋白質占人體體重的16%~19%，是組成人體一切細胞、組織最重要的成分。生命的表現形式其本質是蛋白質功能的體現，沒有蛋白質就沒有生命。

蛋白質主要由碳、氫、氧、氮四種元素組成，是人體氮的唯一來源。大多數蛋白質的含氮量相當接近，平均約為16%。因此在任何生物樣品中，每克氮相當于6.25克蛋白質（折算系數）。因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以計算出其蛋白質的大致含量。

一、蛋白質的分類

在不同研究領域有不同的蛋白質分類方法。營養學上常根據蛋白質的營養價值進行分類。

（一）完全蛋白質

完全蛋白質所含必需氨基酸種類齊全、數量充足，且氨基酸比例接近人體需要，不但能維持成人的健康，而且能促進兒童生長發育。動物來源的蛋白質大多為完全蛋白質，如乳類中的酪蛋白、乳白蛋白，蛋類中的卵白蛋白、卵黃磷蛋白，肉類中的肌蛋白和大豆中的大豆蛋白等。

（二）不完全蛋白質

不完全蛋白質是缺少一種或幾種人體必需的氨基酸，當僅用這種蛋白質為唯一蛋白質來源時，既不能維持生命，也不能促進生長發育。如玉米中的玉米膠蛋白，動物結締組織和肉皮中的膠質蛋白，豌豆中的豆球蛋白等。

（三）半完全蛋白質

半完全蛋白質介于上述兩種蛋白質之間，其含有人體所必需的各種氨基酸，但氨基酸組成比例不平衡，若將其作為唯一蛋白質來源，可以維持生命，但不能滿足機體正常生長發育的需要，如小麥、大麥中的麥膠蛋白。

二、蛋白質的生理功能

（一）構成和修復組織

人體的任何組織和器官都以蛋白質作為重要的組成成分，身體的生長發育可視為蛋白質的不斷積累過程。人體的瘦組織中，如肌肉組織和心、肝、腎等器官均含有大量蛋白質；骨骼和牙齒中含有大量的膠原蛋白；指（趾）甲中含有角蛋白；細胞從細胞膜到細胞內的各種結構中均含有蛋白質，蛋白質約占細胞干物質的80%。人體內各種組織細胞的蛋白質始終在不斷更新。例如，人體血漿蛋白質的半壽期約為10天，肝中大部分蛋白質的半壽期為1天~8天，身體受傷后也需要蛋白質作為修復材料。

（二）調節生理功能

機體生命活動之所以能夠有條不紊地進行，有賴于多種生理活性物質的調節。而蛋白質在體內是構成多種重要生理活性物質的成分，參與調節生理功能，主要體現為：

（1）催化體內一切物質的分解和合成的酶類，其化學本質是蛋白質。

（2）免疫球蛋白可以抵御外來微生物及其他有害物質的入侵。

（3）激素能調節各種生理活動并維持內環境的穩定，由蛋白質或蛋白質衍生物構成的某些激素，如垂體激素、甲狀腺素、胰島素及腎上腺素等都是機體的重要調節物質。

（4）細胞膜和血液中的蛋白質擔負著各類物質的運輸和交換。

（5）機體細胞內、外體液的滲透壓必須保持平衡，這種平衡是由電解質和蛋白質的調節而達到的。

（6）血液的凝固、視覺的形成、人體的肌肉運動等都與蛋白質有關。

（三）供給能量

蛋白質的供能是由食物中一些不符合機體需要或者攝入量過多的蛋白質，以及由體內舊的或已經破損的組織細胞中的蛋白質燃燒時所放出的，是人體能量的來源之一。但是，蛋白質的這種功能可以由碳水化合物、脂肪所代替，供給能量是蛋白質的次要功能。

三、氨基酸

氨基酸（Amino Acid）是組成蛋白質的基本單位，分子中具有氨基和羧基。氨基酸在人體營養和生理上占有重要地位，人體對蛋白質的需求實際上就是對氨基酸的需求。

（一）氨基酸種類

根據機體氨基酸的來源，營養學上將氨基酸分為必需氨基酸、非必需氨基酸、條件必需氨基酸（半必需氨基酸）。具體見表1-1。

必需氨基酸是指人體不能合成或合成速度不能滿足機體需要，必須從食物中直接獲得的氨基酸。必需氨基酸有9種，即異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、色氨酸和組氨酸。其中組氨酸是嬰兒的必需氨基酸。

非必需氨基酸并非體內不需要，只是可在體內合成或者可由其他氨基酸轉變而來，食物中缺少了也無妨。

半胱氨酸和酪氨酸在體內可分別由蛋氨酸和苯丙氨酸轉變而成，膳食中能直接提供這兩種氨基酸，則人體對蛋氨酸和苯丙氨酸的需要量可分別減少30%和50%。所以半胱氨酸和酪氨酸稱為條件必需氨基酸或半必需氨基酸。在計算食物必需氨基酸組成時，常將蛋氨酸和半胱氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸合并計算。

（二）氨基酸模式和限制氨基酸

1.氨基酸模式

組成人體各種組織蛋白質的氨基酸是按一定比例組成的，當每日膳食中蛋白質所提供的各種氨基酸與此比例大體相一致時，人體才能有效地合成機體蛋白質。營養學上將某種蛋白質中各種必需氨基酸的構成比例稱為氨基酸模式。計算方法是將該種蛋白質中的色氨酸含量定為1，計算出其他氨基酸的相應比值，見表1-2。其中“FAO/WHO1973”是1973年FAO/WHO聯合專家委員會以人體氨基酸需要量為基礎提出的氨基酸模式，該模式適合于單純地比較不同食物的營養價值，局限性是未考慮到不同的年齡組對必需氨基酸需要量的不同情形。

資料來源：黃剛平.烹飪營養衛生學.南京：東南大學出版社，2007.

膳食蛋白質的氨基酸模式越接近人體蛋白質的組成，被人體消化吸收后，就越易被機體利用，其營養價值就越高。雞蛋蛋白質的氨基酸模式與人體蛋白質氨基酸模式最為接近，在比較食物蛋白質營養價值時常作為參考蛋白質。

2.限制氨基酸

當食物蛋白質中的一種或幾種必需氨基酸的含量相對較低或缺乏時，就會導致其他必需氨基酸在體內不能被充分利用而使蛋白質營養價值降低，這些含量相對較低的氨基酸稱為限制氨基酸。其中含量最低的稱為第一限制氨基酸，其他以此類推。在谷類植物蛋白質中，通常賴氨酸含量較低，是谷類蛋白質的第一限制氨基酸。蛋氨酸在大豆、花生、牛奶和肉類蛋白質中相對不足，則是大多數非谷類植物蛋白質的第一限制氨基酸。

四、食物蛋白質的營養評價

各種食物中蛋白質的含量、氨基酸模式都不一樣，人體對不同的蛋白質的消化、吸收和利用程度也存在差異，因此其營養價值不完全相同。營養學上主要從“量”（食物中蛋白質的含量）和“質”（食物中蛋白質被機體利用的程度）兩方面考慮。

（一）食物中蛋白質的含量

雖然蛋白質的含量不等于質量，但是沒有一定數量，再好的蛋白質的營養價值也有限，所以蛋白質含量是食物蛋白質發揮其營養價值的基礎。蛋白質含氮量比較穩定，故測定食物中的氮含量乘以蛋白質折算系數6.25，即可得蛋白質含量。一般使用凱氏定氮法測定食物中的氮含量。

（二）食物中蛋白質的消化率

消化率是指在消化道內能夠被腸道中消化酶分解、吸收的蛋白質占攝入蛋白質的百分數。蛋白質的消化率越高，被機體利用的可能性越大，營養價值越高。通常，動物性蛋白質的消化率比植物性的高，這是因為植物蛋白質被纖維素包圍而不易被消化酶作用。根據是否考慮內源糞氮（糞代謝氮）因素，可分為真消化率和表觀消化率。

蛋白質真消化率考慮到糞中排出的氮除了未被消化吸收的食物蛋白質外，還有來自脫落的腸黏膜細胞以及腸道細菌等所含的氮，即內源糞氮（糞代謝氮）。計算公式如下：

蛋白質真消化率（%）=[I-（F-Fk）]/I×100%

式中：I——攝入氮；F——糞氮；Fk——糞代謝氮。

因計算方便，一般多測定表觀消化率。按下式計算：

蛋白質表觀消化率（%）=（I-F）/I×100%

式中：I——攝入氮；F——糞氮。

（三）食物蛋白質的利用率

利用率是指食物蛋白質被消化吸收后在體內被利用的程度。常用以下兩種表示方法：

1.蛋白質的生物學價值（BV）

蛋白質的生物學價值簡稱生物價，是指機體的氮儲量與氮吸收量之比，表示蛋白質被機體吸收和利用的程度。它是評定食物蛋白質營養價值高低的常用方法。生物價越高，蛋白質被機體利用率越高，表明食物氨基酸模式與人的氨基酸模式越接近，即蛋白質的營養價值越高。常見食物蛋白質的生物價見表1-3。其按下式計算：

BV=（氮儲量/氮吸收量）×100=[I-（F-Fk）-（U-Um）]/[I-（F-Fk）]×100

式中：I、F、U——攝入氮、糞氮、尿氮；Fk——無氮飼料期糞代謝氮；Um——無氮飼料期尿內源氮。

資料來源：鄧澤元，樂國偉.食品營養學.南京：東南大學出版社，2007.

2.蛋白質功效比值（PER）

蛋白質功效比值是指實驗期內，動物平均每攝入1g蛋白質時所增加的體重克數。一般選擇初斷乳的雄性大鼠，用含10%蛋白質飼料飼養28天測量計算。公式如下：

PER=實驗期內動物體重增加量（g）/實驗期內蛋白質攝入量（g）

由于所測蛋白質主要被用來提供生長的需要，所以該指標被廣泛用于嬰幼兒食品中蛋白質的評價。

（四）氨基酸評分

1.氨基酸評分

氨基酸評分（AAS），也叫蛋白質化學評分，是用被測食物每克蛋白質中每種必需氨基酸的含量與每克理想模式或參考蛋白質（一般用雞蛋蛋白質）中該必需氨基酸含量進行比較，比值最低者為第一限制氨基酸，該數值就是待評食物的氨基酸評分。計算公式如下：

AAS=被測蛋白質每克氮（或蛋白質）中某必需氨基酸量（mg）/

理想模式或參考蛋白質中每克氮（或蛋白質）中該必需氨基酸量（mg）

如果通過查閱食物成分表查得氨基酸含量的表示單位為每百克食物中氨基酸毫克數（mg/100g食物），則需要換算為每克該食物蛋白質中氨基酸毫克數（mg/g蛋白質），以方便計算和評價，換算公式如下：

氨基酸含量（mg/g蛋白質）=氨基酸含量（mg/100g食物）/蛋白質含量（g/100g食物）

氨基酸評分不僅適用于單一蛋白質，亦適用于混合進食的幾種蛋白質，并在混合蛋白質中找出限制氨基酸。

氨基酸評分沒有考慮食物蛋白質消化率的影響，如某些食物的氨基酸構成雖較好，但因難消化，易造成對這類食物的估計偏高。為此，FAO/WHO推薦經消化率修正的氨基酸評分（PDCAAS），其計算公式為：

PDCAAS=氨基酸評分（AAS）×真消化率（TD）

幾種食物蛋白質的真消化率見表1-4。

資料來源：高永清，吳小南.營養與食品衛生學.北京：科學出版社，2008.

2.用氨基酸評分（AAS）評價食物蛋白質營養價值的程序

下面以雞蛋、大豆為例，介紹用氨基酸評分（AAS）評價食物蛋白質營養價值，評價程序為：

（1）查找食物成分表確認雞蛋、大豆的蛋白質含量分別為12.7%、35.1%，大豆蛋白質含量高于雞蛋。

（2）通過查閱食物成分表（食物氨基酸的含量），找出雞蛋、大豆的必需氨基酸含量，即每克蛋白質中必需氨基酸毫克數（mg/g蛋白質）。根據表1-2所列的數值，雞蛋和大豆蛋白中必需氨基酸的含量分別為490mg/g和384mg/g，其含量差別不是太大。

（3）為了計算方便，可直接利用表1-2的數值以FAO/WHO1973氨基酸模式為比較標準，按照氨基酸評分（AAS）計算公式評價食物蛋白質8種必需氨基酸的評分值，分別將計算結果填于表1-5。

（4）根據計算結果，雞蛋蛋白質中，以蘇氨酸的AAS評分最低，說明雞蛋AAS為1.18。大豆蛋白質中含硫氨基酸的AAS最低為0.49，說明含硫氨基酸是第一限制氨基酸。

（5）根據經消化率校正后的氨基酸評分（PDCAAS）計算公式，計算得出雞蛋和大豆的PDCAAS分別為1.14和0.42（查表確定雞蛋的TD為97%，大豆的TD為87%）。

（6）評價并給出可能的建議。本例中，雞蛋含有較高的蛋白質，8種必需氨基酸評分均高于人體氨基酸模式，蛋白質質量高且消化利用率較高，是非常好的蛋白質來源，AAS和PDCAAS分別為1.18和1.14。相比之下，大豆蛋白質含量更為豐富，必需氨基酸的含量也較高，但含硫氨基酸相對較低，使之蛋白質質量低于雞蛋。大豆的AAS為0.49，PDCAAS為0.42，建議和其他蛋白質配合食用，以提高利用率。

（五）蛋白質互補作用

將兩種或兩種以上的食物蛋白質混合食用，食物間相互補充其必需氨基酸的不足，使混合后蛋白質營養價值提高，這種效果稱為蛋白質的互補作用。例如，玉米、小米、大豆單獨食用時，生物價分別為60、57、64，如按23%、25%、52%的比例混合食用，生物價可提高到73。這是因為玉米、小米蛋白質中賴氨酸的含量較低，蛋氨酸的含量相對較高，而大豆蛋白質恰恰相反，混合食用時賴氨酸和蛋氨酸可相互補充。若動植物性食物混合，蛋白質的生物價還會提高。

五、氮平衡與蛋白質營養不良

（一）氮平衡

機體在完全不攝入蛋白質的情況下，每日仍然會經尿、糞、皮膚、毛發、分泌物、黏膜脫落等途徑排出一定量的氮，這樣不可避免產生的氮消耗量，稱為“必要的氮損失”（ONL）。在此種情況下，體內的蛋白質仍然在分解和合成。

氮平衡是指在一定時間內機體攝入的氮量和排出的氮量的關系，常用于了解人體蛋白質的需要量和評價人體蛋白質的營養狀況。其關系可用下式表示：

B=I-（U+F+S）

式中：B——氮平衡；I——攝入氮；U，F，S——排出氮（U——尿氮；F——糞氮；S——皮膚氮）。

氮平衡的關系有三種情況：

（1）當攝入氮和排出氮相等時為零氮平衡，表示體內蛋白質的分解與合成處于平衡狀態，多見于正常健康成年人。但實際上只有攝入氮量比排出氮量多5%時機體才處于平衡狀態。

（2）如攝入氮多于排出氮則為正平衡，表示蛋白質的合成大于分解。兒童處于生長發育期、婦女懷孕、疾病恢復時，以及運動、勞動等需要增加肌肉時均應保證適當的正氮平衡，以滿足機體對蛋白質的需要。非特殊生理狀況的健康成年人，如果長期維持在正氮平衡，則會使過多的蛋白質轉化為脂肪儲存而導致能量過剩，并且會加重肝腎的負擔。

（3）攝入氮少于排出氮則為負氮平衡，表示蛋白質的分解大于合成。人在饑餓、創傷、疾病及老年時，一般處于負氮平衡，應盡量避免。

（二）蛋白質營養不良

蛋白質缺乏常與能量缺乏同時存在。蛋白質-能量營養不良（PEM）是指由于蛋白質和能量攝入不足引起的營養缺乏病。其主要發生于經濟落后、貧窮地區的嬰幼兒，是危害嬰幼兒健康，導致其死亡的主要原因之一。根據臨床表現可分為兩種類型：

1.水腫型營養不良

水腫型營養不良是蛋白質嚴重缺乏而能量供給尚能適應機體需要，以水腫為主要特征。主要表現為精神萎靡、表情冷漠、食欲減退、體重不增或減輕、頭發稀少易脫落、水腫等。

2.消瘦型營養不良

消瘦型營養不良是由于蛋白質和能量均長期嚴重缺乏出現的疾病。其表現為生長發育緩慢或停止、皮下脂肪減少或消失、肌肉萎縮、明顯消瘦（四肢猶如“皮包骨”，病人體重常低于其標準體重的60%）、皮膚干燥、毛發發黃而無光澤、全身抵抗力低下等。

六、蛋白質供給量與食物來源

（一）蛋白質供給量

蛋白質的供給要適量而且平衡，不是愈多愈好。蛋白質的供給量與膳食蛋白質的質量有關。2013年中國營養學會根據我國居民營養與健康狀況調查數據，推薦我國成人蛋白質的RNI為0.98g/（kg·d），近似為1g/（kg·d）；根據體重代表值推算成年男子輕體力勞動者蛋白質RNI為65g/d，而成年女子則為55g/d。

（二）蛋白質食物來源

畜、禽、魚類的蛋白質含量一般為16%~22%，蛋類為11%~14%，奶類（牛奶）一般為3.0%~3.5%。動物性蛋白質質量好、利用率高，是人體蛋白質的重要來源。大豆含高達35%~40%的優質蛋白質，且其保健功能日益受到重視。在膳食中，一般要求動物性蛋白質和大豆蛋白質應占膳食蛋白質總量的30%~50%。植物蛋白質中，谷類含蛋白質10%左右，谷類作為主食是膳食蛋白質的主要來源。