一、蛋白质
蛋白质是化学结构复杂的一类有机化合物，是人体的必需营养素之一。蛋白质一词源于希腊文的proteios，是“头等重要”的意思，表明生命的产生、存在和消亡都与蛋白质有关，蛋白质是生命的物质基础。
（一）蛋白质的元素组成及氮折算成蛋白质的折算系数
1.蛋白质的元素组成
蛋白质是自然界中一大类有机物质，从各种动、植物组织中提取出的蛋白质，经元素分析，其组成为碳（50%～55%）、氢（6.7%～7.3%）、氧（19%～24%）、氮（13%～19%）及硫（0～4%）；有些蛋白质还含有磷、铁、碘、锰及锌等元素。由于碳水化合物和脂肪中仅含碳、氢、氧，不含氮，所以蛋白质是人体氮的唯一来源，碳水化合物和脂肪不能代替。
2.氮折算成蛋白质的折算系数
大多数蛋白质含氮量相当接近，平均约为16%。因此在任何生物样品中，每克氮相当于6.25 g蛋白质（100÷16），其折算系数为6.25。只要测定生物样品中的含氮量，就可以算出其中蛋白质的大致含量：
样品中蛋白质的百分含量（g%）=每克样品中含氮量（g）×6.25×100%。但不同蛋白质的含氮量是有差别的，故折算系数不尽相同，见表2-1。
表2-1 氮折算成蛋白质的折算系数
（二）氨基酸
氨基酸是组成蛋白质的基本单位，是分子中具有氨基和羧基的一类化合物，具有共同的基本结构，是羧酸分子的α碳原子上的氢被一个氨基所取代的化合物，故又称α氨基酸。
1.氨基酸的分类
人体的必需氨基酸有9种，见表2-2。氨基酸在营养学上根据氨基酸的必需性分为必需氨基酸、非必需氨基酸和条件必需氨基酸。必需氨基酸是指不能在体内合成或合成速度不够快，必须由食物供给的氨基酸；而能在体内合成的氨基酸则称为非必需氨基酸。非必需氨基酸并非体内不需要，只是可在体内合成，食物中缺少了也无妨。半胱氨酸和酪氨酸在体内可分别由蛋氨酸和苯丙氨酸转变而成，如果膳食中能直接提供这两种氨基酸，则人体对蛋氨酸和苯丙氨酸的需要量可分别减少30%和50%。所以，半胱氨酸和酪氨酸又称为条件必需氨基酸或半必需氨基酸。在计算食物必需氨基酸组成时，常将蛋氨酸和半胱氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸合并计算。
表2-2 人体的必需氨基酸
2.氨基酸模式及限制氨基酸
氨基酸模式是指某种蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例，即根据蛋白质中必需氨基酸含量，以含量最少的色氨酸为1计算出的其他氨基酸的相应比值。几种食物蛋白质和人体蛋白质氨基酸模式见表2-3。通常以人体必需氨基酸需要量模式作为参考蛋白质，评价食物蛋白质的营养价值。
表2-3 几种食物蛋白质和人体蛋白质氨基酸模式
食物蛋白质中的必需氨基酸组成与参考蛋白质相比较，缺乏较多的氨基酸称限制氨基酸，缺乏最多的一种称第一限制氨基酸。由于该种氨基酸缺乏或不足限制或影响了其他氨基酸的利用，因而降低了食物蛋白质的营养价值。食物蛋白质中氨基酸组成与人体必需氨基酸需要量模式接近的食物，在体内的利用率就高；反之则低。例如，动物蛋白质中的蛋、奶、肉、鱼等以及大豆蛋白质的氨基酸组成与人体必需氨基酸需要量模式较接近，所含的必需氨基酸在体内的利用率较高，故称为优质蛋白质。其中，鸡蛋蛋白质的氨基酸组成与人体蛋白质氨基酸模式最为接近，在比较食物蛋白质营养价值时常作为参考蛋白质。而在植物蛋白质中，赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸含量相对较低，所以营养价值也相对较低。
（三）蛋白质的分类
蛋白质的化学结构非常复杂，大多数蛋白质的化学结构尚未阐明，因此无法根据蛋白质的化学结构进行分类。在营养学上常按营养价值分类：
（1）完全蛋白质 完全蛋白质指所含必需氨基酸种类齐全、数量充足、比例适当，不但能维持成人的健康，不能促进儿童生长发育的蛋白质，如乳类中的酪蛋白、乳白蛋白，蛋类中的卵白蛋白、卵磷蛋白，肉类中的白蛋白、肌蛋白，大豆中的大豆蛋白，小麦中的麦谷蛋白，玉米中的谷蛋白等。
（2）半完全蛋白质 半完全蛋白质指所含必需氨基酸种类齐全，但有的数量不足，比例不适当，可以维持生命，但不能促进生长发育的蛋白质，如小麦中的麦胶蛋白等。
（3）不完全蛋白质 不完全蛋白质指所含必需氨基酸种类不全，既不能维持生命，也不能促进生长发育的蛋白质，如玉米中的玉米胶蛋白，动物结缔组织和肉皮中的胶质蛋白，豌豆中的豆球蛋白等。
（四）蛋白质的消化、吸收和代谢
1.蛋白质的消化
食物蛋白质水解成氨基酸及小肽后方能被吸收。由于唾液中不含水解蛋白质的酶，所以食物蛋白质的消化从胃开始。胃内消化蛋白质的酶是胃蛋白酶，胃蛋白酶的最适宜作用的pH值为1.5～2.5。而食物在胃内停留时间较短，蛋白质在胃内消化很不完全，消化产物及未被消化的蛋白质在小肠内经胰液及小肠黏膜细胞分泌的多种蛋白酶及肽酶的共同作用，才进一步水解为氨基酸。所以，小肠是蛋白质消化的主要部位。
2.蛋白质的吸收
蛋白质经过小肠腔内的消化，被水解为可被吸收的氨基酸和2～3个氨基酸的小肽。被吸收的氨基酸通过肠黏膜细胞进入肝门静脉而被运送到肝脏和其他组织或器官被利用。过去认为只有游离氨基酸才能被吸收，现在发现2～3个氨基酸的小肽也可以被吸收；也有报道，少数蛋白质大分子和多肽亦可被直接吸收。
3.蛋白质的分解与合成
进食正常膳食的健康人每日从尿中排出的氮约为12g。若摄入的膳食蛋白质增多，随尿排出的氮也增多；若减少，则随尿排出的氮也减少；完全不摄入蛋白质或禁食一切食物时，每日仍随尿排出氮2～4g。这些事实证明，蛋白质不断在体内分解成为含氮废物，并随尿排出体外。
蛋白质分解的同时也不断在体内合成，以补偿分解。蛋白质在体内不断分解、不断合成，在健康成人体内维持动态平衡。
4.氮平衡的基本概念及其意义
氮平衡是指氮的摄入量和排出量的关系，可表示为
B=I-（U+F+S），
其中，B为氮平衡，I为摄入氮量；U、F、S为排出氮量（U为尿氮量，F为粪氮量，S为皮肤氮量）。
当摄入氮和排出氮相等时为零氮平衡，健康成年人应维持零氮平衡并富余5%。如摄入氮多于排出氮则为正平衡。儿童处于生长发育期，妇女怀孕，疾病恢复时，以及运动、劳动等需要增加肌肉时均应保证适当的正氮平衡，以满足机体对蛋白质的需要。摄入氮少于排出氮则为负平衡，人在饥饿、疾病及老年时等，一般处于负氮平衡，应尽量避免。
（五）蛋白质的生理功能
1.构成机体组织
蛋白质是构成机体组织、器官的重要成分，人体各组织、器官无一不含蛋白质。在人体组织中，如肌肉组织和心、肝、肾等器官均含有大量蛋白质；骨骼、牙齿，乃至指、趾也含有大量蛋白质；细胞中除水分外，蛋白质约占细胞内物质的80%。
2.调节生理功能
蛋白质在体内是构成多种具有重要生理活性物质的成分，参与调节生理功能，例如，核蛋白构成细胞核并影响细胞功能；酶蛋白具有促进食物消化、吸收和利用的作用；免疫蛋白具有维持机体免疫功能的作用；收缩蛋白如肌球蛋白具有调节肌肉收缩的功能；血液中的脂蛋白、运铁蛋白、视黄醇结合蛋白具有运送营养素的作用；血红蛋白具有携带、运送氧的功能；白蛋白具有调节渗透压、维持体液平衡的功能；由蛋白质或蛋白质衍生物构成的某些激素，如垂体激素、甲状腺素、胰岛素及肾上腺素等都是机体的重要调节物质。
3.供给能量
蛋白质在体内分解成氨基酸后，同时释放能量，每克蛋白质在体内氧化可以产生4 kcal能量，是人体能量来源之一。供给能量是蛋白质的次要功能，蛋白质的这种功能可以由碳水化合物、脂肪所代替。
（六）食物蛋白质的营养评价
1.食物蛋白质的含量
食物蛋白质含量是评价食物蛋白质营养价值的一个重要方面。蛋白质含氮量比较恒定，故测定食物中的总氮乘以6.25，即得蛋白质含量。
2.蛋白质的消化率
蛋白质的消化率是评价食物蛋白质营养价值的生物学方法之一，是指蛋白质在消化道内被吸收的蛋白质占摄入蛋白质的百分数，是反映食物蛋白质在消化道内被分解和吸收程度的一项指标。一般采用动物或人体实验测定，根据是否考虑内源粪代谢氮因素，可分为表观消化率和真消化率两种方法。
（1）蛋白质表观消化率 不计内源粪代谢氮的蛋白质消化率。通常以动物或人体为实验对象，在实验期内，测定实验对象摄入的食物氮（摄入氮）和从粪便中排出的氮（粪氮），然后按下式计算：
（2）蛋白质真消化率 考虑内源粪代谢氮时的消化率。粪中排出的氮实际上有两个来源：一是来自未被消化吸收的食物蛋白质；二是来自脱落的肠黏膜细胞以及肠道细菌等所含的氮。通常以动物或人体为实验对象，首先设置无氮膳食期，即在实验期内给予无氮膳食。并收集无氮膳食期内的粪便，测定氮含量，即为粪代谢氮；然后再设置被测食物蛋白质实验期，实验期内再分别测定摄入氮和粪氮；从被测食物蛋白质实验期的粪氮中减去无氮膳食期的粪代谢氮，才是摄入食物蛋白质中真正未被消化吸收的部分，故称蛋白质真消化率。计算公式如下：
由于粪代谢氮测定十分烦琐，且难以准确测定，故在实际工作中常不考虑粪代谢氮，特别是当膳食中的膳食纤维含量很少时，不必计算粪代谢氮。食物蛋白质消化率受到蛋白质性质、膳食纤维、多酚类物质和酶反应等因素影响。当膳食中含有多量膳食纤维时，成年男子的粪代谢氮值可按每天每千克体重12 mg计算。
一般动物性食物的消化率高于植物性食物。如鸡蛋和牛奶蛋白质的消化率分别为97%和95%，而玉米和大米蛋白质的消化率分别为85%和88%。
3.蛋白质利用率
蛋白质利用率是食物蛋白质营养评价常用的生物学方法，指食物蛋白质被消化吸收后在体内被利用的程度。测定方法很多，大体上可以分为两大类：一类是以体重增加为基础的方法；另一类是以氮在体内储留为基础的方法。
（1）蛋白质功效比值（PER）蛋白质功效比值是以体重增加为基础的方法，是指实验期内，动物平均每摄入1g蛋白质时所增加的体重克数。例如，常作为参考蛋白质的酪蛋白的PER为2.8，指每摄入1g酪蛋白，可使动物体重增加2.8 g。一般选择初断乳的雄性大鼠，用含10%被测蛋白质饲料喂养28天，逐日记录进食量，每周称量体重，然后按下式计算蛋白质功效比值：
由于同一种食物蛋白质在不同实验室所测得的PER值重复性常不佳，为了便于比较，通常设酪蛋白（参考蛋白质）对照组，即以酪蛋白的PER为2.5，并将酪蛋白对照组PER值换算为2.5，然后校正被测蛋白质（实验组）PER：
几种常见食物蛋白质PER为：全鸡蛋3.92、牛奶3.09、鱼4.55、牛肉2.30、大豆2.32、精制面粉0.60、大米2.16。
（2）生物价（BV）生物价是反映食物蛋白质消化吸收后，被机体利用程度的一项指标。生物价越高，说明蛋白质被机体利用率越高，即蛋白质的营养价值越高，最高值为100。通常采用动物或人体实验。按下式计算被测食物蛋白质的生物价：
生物价是评价食物蛋白质营养价值较常用的方法。常见食物蛋白质生物价见表2-4。
表2-4 常见食物蛋白质的生物价
（七）蛋白质的互补作用
蛋白质互补作用就是将两种或两种以上食物蛋白质混合食用，其中所含有的必需氨基酸取长补短，相互补充，达到较好的比例，从而提高蛋白质利用率的作用。例如，玉米、小米、大豆单独食用时，其生物价分别为60、57、64，如按40%、40%、20%的比例混合食用，生物价可提高到73；将玉米、面粉、大豆混合食用，蛋白质的生物价也会提高。这是因为玉米、面粉、蛋白质中赖氨酸含量较低，蛋氨酸相对较高；而大豆中的蛋白质恰恰相反，混合食用时赖氨酸和蛋氨酸可相互补充；若在植物性食物的基础上再添加少量动物性食物，蛋白质的生物价还会提高，如面粉、小米、大豆、牛肉单独食用时，其蛋白质的生物价分别为67、57、64、76，若按31%、46%、8%、15%的比例混合食用，其蛋白质的生物价可提高到89。可见动、植物性混合食用比单纯植物混合还要好。
为充分发挥食物蛋白质的互补作用，在调配膳食时，应遵循3个原则：
（1）食物的生物学种属越远越好 如动物性和植物性食物之间的混合比单纯植物性食物之间的混合要好。
（2）搭配的种类越多越好
（3）食用时间越近越好，同时食用最好 因为单个氨基酸在血液中的停留时间约4小时，然后到达组织器官，再合成组织器官的蛋白质，而合成组织器官蛋白质的氨基酸必须同时到达才能合成组织器官，以发挥蛋白质互补作用。
（八）蛋白质推荐摄入量及食物来源
1.蛋白质推荐摄入量
理论上成人每天摄入30 g蛋白质即可满足零氮平衡，但从安全性和消化吸收等因素考虑，成人按0.8 g/（kg·d）摄入蛋白质为宜。我国由于以植物性食物为主，所以成人蛋白质推荐摄入量为1.16 g/（kg·d）。按能量计算，蛋白质摄入量应占总能量摄入量的10%～12%，儿童青少年为12%～14%。中国营养学会提出，成年男子、轻体力劳动者蛋白质推荐摄入量为75 g/d。
2.蛋白质的主要食物来源
蛋白质的食物来源可分为植物性蛋白质和动物性蛋白质两大类。植物蛋白质中，谷类含蛋白质10%左右，蛋白质含量不算高，但由于是主食，所以仍然是膳食蛋白质的主要来源。豆类含有丰富的蛋白质，特别是大豆含蛋白质高达36%～40%，氨基酸组成也比较合理，在体内的利用率较高，是植物蛋白质中非常好的蛋白质。蛋类含蛋白质11%～14%，是优质蛋白质的重要来源。奶类（牛奶）含蛋白质3.0%～3.5%，是婴幼儿除母乳外蛋白质的最佳来源。肉类包括禽、畜和鱼的肌肉，含蛋白质15%～22%，蛋白质营养价值优于植物蛋白质。在膳食中应保证有一定量的优质蛋白质。一般要求动物性蛋白质和大豆蛋白质应占膳食蛋白质总量的30%～50%。