第二節 蛋白質

蛋白質是人體不可缺少的重要營養素之一，由20多種不同的氨基酸構成。蛋白質的結構與其他營養素相比，較為復雜，其成分除了與碳水化合物及脂類一樣含有碳、氫、氧原子外，還有氮及少量的硫、磷等；蛋白質是構建肌肉、組織及器官的主要成分，正常成人對膳食蛋白質的推薦攝入量為每日每公斤1g，蛋白質的攝取量對肌肉的生成、代謝和受傷時肌肉的修復都有重要影響。

一、蛋白質的組成與分類

（一）組成

蛋白質最基本的單位結構是氨基酸分子，每個氨基酸分子以碳原子為中心，連接一個氨基（—NH₂）、一個羧基（—COOH）與一個功能基團（—R）結構（圖2-1），其中氨基酸上的功能基團可由不同的碳氫化合物、環狀化合物或是硫化物所組成，不同的功能基團將使氨基酸的結構及特性有所不同。

氨基酸與氨基酸之間通過肽鍵連接，兩個氨基酸以一個肽鍵相連接形成，稱為雙肽；三個氨基酸以肽鍵連接，稱為三肽；10個以上的氨基酸連接稱為多肽。身體及食物中的蛋白質的結構多由多肽組成，因此有大量的氨基酸連接而成。蛋白質的結構是蛋白質功能的重要影響因素。蛋白質發揮作用的活性和催化位點是通過鄰近的、有時是較遠的功能基團連接形成的。

（二）必需氨基酸

人體內的蛋白質結構，主要由20余種氨基酸排列組合構成（表2-5）。各種氨基酸對于人體都是必不可少的，但不是所有氨基酸都需直接由食物提供的。大部分氨基酸可在人體內合成，但有8種氨基酸人體不能合成或合成的速度遠不能適應人體的需要，這8種氨基酸稱為必需氨基酸，它們是異亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、賴氨酸、色氨酸、纈氨酸。以后發現組氨酸為嬰兒所必需，因此，嬰兒的必需氨基酸為9種。

非必需氨基酸并非不重要，其只是人體內可以合成或從其他氨基酸轉變而來，它們對必需氨基酸的需要有一定的影響。例如體內的酪氨酸（非必需氨基酸）可由苯丙氨酸（必需氨基酸）轉變而成，胱氨酸（非必需氨基酸）可由蛋氨酸（必需氨基酸）轉變而來，因此，當膳食中酪氨酸及胱氨酸的含量豐富時，體內不必用苯丙氨酸及蛋氨酸來合成這兩種非必需氨基酸，則苯丙氨酸和蛋氨酸的需要量可以保證。由于這種關系，有人將酪氨酸、胱氨酸等氨基酸稱為“半必需氨基酸”。

在正常情況下，人體在蛋白質代謝過程中，每種必需氨基酸的需要和利用處在一定的范圍之內。某一種氨基酸過多或過少都會影響另一些氨基酸的利用，故各種必需氨基酸之間應有一個適當的比例，以滿足蛋白質合成的要求。

（三）分類

1.簡單蛋白質

凡結構比較簡單，單純由20種α-氨基酸組成的蛋白則稱為簡單蛋白質。但必須指出，實際上所謂簡單蛋白質，也有與少量非蛋白質結合的（如某些球蛋白中也含有少量糖）。

（1）清蛋白：

清蛋白又稱白蛋白，存在于各種動植物細胞里，溶解度較大，能溶于水。如血漿清蛋白、乳汁清蛋白、卵清蛋白等。它們必須用全飽和的中性鹽溶液才能使之沉淀。

（2）球蛋白：

微溶于水，極易溶于稀中性鹽溶液中，如血清中各種球蛋白、豆類球蛋白、肌球蛋白，它們和清蛋白一樣，分布十分廣泛。人們可用半飽和的中性鹽溶液使之沉淀。

（3）其他蛋白：

①谷蛋白不溶于水、乙醇或中性鹽溶液，但能溶于稀酸、稀堿中。多存在于五谷，如米、麥類所含蛋白質中。②醇溶谷蛋白不溶于水而能溶于70%～80%的乙醇中。存在于玉米粒中。③精蛋白亦稱魚精蛋白，首先在魚精中發現，頗富于堿性氨基酸（如精氨酸、賴氨酸與組氨酸），故呈堿性，能溶于酸。例如鮭精蛋白。④組蛋白能溶于水及稀酸溶液。它也富于組氨酸與賴氨酸，故呈堿性。常在細胞核中與核酸結合。⑤硬蛋白是溶解度最小的蛋白質。不溶于水、稀酸、稀堿溶液。它為構成人類、動物或保護組織的主要成分，如結締組織里的膠原蛋白，毛發、指甲和動物甲殼中的角蛋白，蠶絲中的絲心蛋白以及肌腱、韌帶中的彈性蛋白等，都屬于此類。

2.結合蛋白質

凡結構較復雜，組成除氨基酸外還有其他成分者稱為結合蛋白質。其意指在結構中蛋白質與其他非蛋白基團結合。這些非蛋白基團則稱為輔基。

（1）核蛋白：

由蛋白質與核酸結合而成。它存在于所有細胞里，尤以細胞核里含量較高。與遺傳和蛋白質生物合成有密切關系。現在已知的病毒，幾乎無一不是核蛋白。

（2）色蛋白：

由蛋白質與色素相結合而組成。如動物血中的血紅蛋白，植物葉中的綠蛋白、細胞色素、黃素酶類等。它們都具有極為重要的生理功能。

（3）糖蛋白與蛋白多糖：

兩者都是蛋白質與糖類相結合而構成的，但它們之間卻又有區別，值得注意。糖蛋白是以蛋白質為主體，糖是它的輔基。例如唾液中的黏蛋白和細胞膜內的糖蛋白。近年來發現膜內糖蛋白與膜上受體有關。神經組織里的糖蛋白與其功能有關。因而特別引起人們對糖蛋白的莫大興趣與重視。

蛋白多糖則是以多糖為主。在蛋白多糖里，糖的含量可高達95%，在動物結締組織里，蛋白多糖、膠原蛋白和彈性蛋白是它的三大主要成分。

（4）磷蛋白：

它們是由蛋白質與磷酸結合而成。如乳汁中的蛋白，是幼小動物極重要營養物。或如蛋類的卵黃蛋白則是構成胚胎的重要成分。磷酸通常是與絲氨酸結合的。

（5）脂蛋白：

它們是蛋白質與脂類結合而成。例如血漿中的各種脂蛋白是體中脂類運輸的形式，與脂肪的消化吸收，或動員利用有著密切關系。脂蛋白又是各種生物膜的主要成分，故不僅逐漸已為人所熟知，而且也已引起人們的高度重視。

二、蛋白質的功能

（一）構建與修補組織

蛋白質是構成人體組織與器官的主要成分之一，兒童青少年的生長發育是蛋白質持續攝入、合成與代謝的過程。只有攝入足夠的蛋白質人體各組織的細胞蛋白質才能維持其不斷更新。蛋白質廣泛存在在身體的組織與器官中，如：皮膚、肌肉、頭發、肌腱、韌帶等，而肌肉是體內蛋白質含量最高的器官，對于肌肉的生成、代謝，以及肌肉受傷時的修護都有非常大的影響。其中含量最豐富的氨基酸為支鏈氨基酸，包含亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸三種，含量約占肌肉中氨基酸總量的20%，肌肉細胞需要這些氨基酸以利于蛋白質合成。

（二）調節生理功能

蛋白質在體內有重要的生理功能，例如體內的性激素、抗體、血漿蛋白質等，都有蛋白質的成分，參與機體的多項生理功能的調節。如果缺乏蛋白質，可直接影響到人體的各項生理功能，導致器官功能失衡。

（三）能量來源

每克蛋白質提供4kcal的熱量，但人體在能量代謝上，優先使用來自碳水化合物和脂類的能量。正常情況下，一般不分解蛋白質用以供能。

三、蛋白質的消化、吸收與代謝

（一）蛋白質的消化、吸收

蛋白質在胃腸道經過消化、分解為最小分子氨基酸，才可以被吸收，參與消化的酶類如表2-6，分解后經由小腸吸收（少部分蛋白質未被消化吸收則排于糞便中）。腸道吸收的氨基酸，很快會進入肝臟，匯集成氨基酸代謝池，此時肝臟再把氨基酸合成重要的蛋白質。

（二）蛋白質的代謝

食物中蛋白質經胃腸道消化與吸收作用后，以小分子肽或氨基酸形式，經由肝門靜脈進入肝臟中的氨基酸代謝池。除從飲食蛋白質來源之外，各組織細胞也會分解與合成蛋白質，分解出的氨基酸同樣進入氨基酸代謝池中。而當身體細胞需要氨基酸時，氨基酸代謝池則提供細胞所需的氨基酸，因此氨基酸代謝池在體內是一個動態恒定；而細胞對體內氨基酸有以下利用途徑：

1.合成作用

將氨基酸進行合成，形成人體所需功能性蛋白質，例如：合成非必需氨基酸、組織蛋白、神經傳導物質等。

2.生成葡萄糖

當飲食碳水化合物供應不足時，人體細胞利用蛋白質及氨基酸的分解產物，通過糖異生作用合成葡萄糖以維持人體的正常血糖水平。

3.生成脂肪

當人體內蛋白質及氨基酸攝入過量時，氨基酸在肝臟中脫去氨基后，部分可以轉換成脂肪并運送到脂肪組織進行存儲。

4.供應能量

當長期禁食或饑餓時，身體無法獲得充足的能量時，組織蛋白質會進行分解，氨基酸進行氧化作用以供應細胞所需能量。

以上利用途徑，氨基酸在進行各項代謝時，需要進行脫氨基作用，才能進行后續的合成與代謝反應，而脫氨基作用會產生氨（NH₃），大部分的氨則在肝臟中可經由尿素循環代謝成尿素，尿素則由腎臟隨尿液排出人體，如此才不會累積在血液循環系統中，對身體造成傷害。

四、食物蛋白質的營養價值及評價指標

各種食物中蛋白質的組成成分各異，其營養價值也各不相同。各種食物中蛋白質營養價值高低，受很多因素影響，主要是食物中蛋白質的數量和組成及性質。評價一種食品中蛋白質營養價值有許多方法，從“量”的角度測定食品中蛋白質的含量，從“質”的角度觀察蛋白質被人體利用的程度。但任何一種方法都是以某一種現象，作為觀察評定指標，所以往往有一定局限性，所表示的營養價值也是相對的，因此具體評價一種食品蛋白質營養價值時，應該采用不同方法綜合分析。下面介紹幾種主要的常用方法。

（一）食品中蛋白質含量

食品中蛋白質含量是評定一種食品蛋白質營養價值的基礎指標。盡管食品中蛋白質含量的多少不能完全決定一種食品蛋白質營養價值的高低。不能脫離含量單純考慮營養價值，因為即使某食品的蛋白質營養價值很高，但含量較低，亦不能滿足人體需要，無法發揮優良蛋白質應有的作用。

食品蛋白質含量的測定一般可通過凱氏定氮法測定其含氮量。多數蛋白質的平均含氮量為16%，所以測得的含氮量乘以6.25（100/16），即為蛋白質含量。雖然各種食物蛋白質中含氮量略有差異，但按16%粗略計算，實際出入不大。

日常食物中，谷類每500g含蛋白質40g左右。豆類150g、蔬菜5～10g、肉類80g、蛋類60g、魚類 50～60g。

（二）蛋白質消化率

蛋白質消化率是指食物蛋白質可被消化酶分解的程度。蛋白質消化率愈高，則被人體吸收利用的可能性越大，其營養價值也越高。食品中蛋白質的消化率可以蛋白質中能被消化吸收的氮的數量與該種蛋白質含氮總量的比值來表示：

蛋白質消化率=食物中被消化吸收氮的數量÷食物中含氮總量×100%

蛋白質真實消化率=［食物中含氮總量-（糞中排出氮量-腸道代謝廢物氮）］÷食物中含氮總量×100%

糞中排出氮量代表食物中不能被消化吸收的氮，但因為糞中還有一部分氮來自脫落腸黏膜細胞和死亡的腸道微生物，故稱為“腸道代謝廢物氮”。這一部分氮并非來自未被消化吸收的蛋白質，故不能計入吸收蛋白質中未被消化吸收氮的數量。當受試人完全不吃含蛋白質食物時，測定其糞便中含氮量，即“腸道代謝廢物氮”。一般腸道代謝廢物氮為0.9～1.2g/d。在測定食物蛋白質消化率時，如將腸道代謝廢物氮略去不計，則測得的結果稱為表觀消化率。由于表觀消化率比實際消化率為低，所以對蛋白質營養價值作了較低的估計，而不是較高的估計，因此具有更大的安全系數，而且測定表觀消化率較為簡便，故一般多采用表觀消化率。

按一般常用方法烹調食物時，蛋白質消化率在奶類為97%～98%，肉類為92%～94%，蛋類為98%，米飯為82%，面包為79%，馬鈴薯為74%，玉米面窩頭66%。

上述消化率測定方法也適用于脂肪和碳水化合物等營養素。

（三）蛋白質的生物價

生物價是指食物蛋白質在體內被吸收的氮與吸收后在體內儲留真正被利用的氮的數量比值，用以表示蛋白質被吸收后在體內被利用的程度。

蛋白質生物價=氮在體內的儲留量÷氮在體內的吸收量×100%

氮的儲留量=食物中含氮量-（糞中含氮量-腸道代謝廢物氮）-（尿中含氮量-尿內源氮）

氮的吸收量=食物中含氮量-（糞中含氮量-腸道代謝廢物氮）。

其中所謂尿內源氮是人體不攝蛋白質時，尿中所含有的氮，它是來自組織蛋白質分解。

生物價是表示蛋白質的生物價值最常用的方法。蛋白質的生物價受很多因素的影響。同一食物蛋白質可因實驗條件不同，而出現不同的生物價。此外，蛋白質在膳食中占的比例和實驗時間長短，都可影響食品的蛋白質生物價。例如蛋白質在膳食比例占總熱能的8%，其生物價為91；蛋白質在膳食比例占總熱能的12%時，其生物價為84；如果蛋白質在膳食比例占總熱能的16%時，其生物價僅為62。因此，一般進行蛋白質生物價測定時，多用初斷奶大鼠，膳食中蛋白質含量為10%。對不同蛋白質生物價進行比較時，應將實驗條件統一，才較合理。

（四）蛋白質凈利用率

蛋白質凈利用率表示攝入蛋白質在體內被利用情況，即在一定條件下，在體內儲留的蛋白質在攝入蛋白質中所占的比例。事實上蛋白質凈利用率即將蛋白質生物價與消化率結合起來，評定食物蛋白質的營養價值，目前使用較多。

蛋白質凈利用率=氮儲留量÷氮攝入量×100%

并可簡化為蛋白質凈利用率=生物價×消化率

（五）蛋白質功效比值

用以測定生長發育中的幼小動物每攝入1g蛋白質所增加的體重克數來表示蛋白質在體內被利用的程度。一般可將初斷奶的大鼠用含9%蛋白質的飲料喂養28天，然后計算相當動物攝入每1g蛋白質所增加的體重。增加較多者，蛋白質營養價值亦較高。

蛋白質功效比值=動物體重增加克數÷攝入食物蛋白克數

蛋白質功效值有一定特點，其數值并不與受試蛋白質的營養價值成正比。例如一種蛋白質功效值為1.5，而其營養價值并不相當于功效值為3.0的蛋白質的50%。但相對蛋白質值可克服這一缺點。

（六）食物蛋白質必需氨基酸含量與氨基酸評分

不同食物蛋白質中所含氨基酸的種類和數量都不同，一方面是所含必需氨基酸的種類越多，含量越高，則蛋白質的營養價值也越高。但更重要的一方面是由于人體所需的氨基酸的種類及其相互比值是一定的，所以一種營養價值較高的蛋白質不僅所含必需氨基酸的種類齊全，含量豐富，而且必需氨基酸數量相互間的比例也要適宜，與人體的需要相符合。反之，即使必需氨基酸含量較多，但相互比例與人體需要不相適應，其營養價值也較低。如果某一種或幾種必需氨基酸缺少或數量不足，就使食物蛋白質合成為人體蛋白質的過程受到限制，亦即限制了此種蛋白質的營養價值，這一種或幾種氨基酸就稱為限制氨基酸。而且，在一種蛋白質中，如果某一種氨基酸含量超過一定水平，則此種蛋白質在人體中的利用也將受到影響。這一現象是由于氨基酸不平衡所引起。當蛋白質攝入量較低時，此種現象尤為明顯。

為了評定食物蛋白質的營養價值，通常將雞蛋蛋白質或人奶中所含氨基酸相互比例作為參考標準，因為這兩種蛋白質是已知營養最好的蛋白質，它們的生物價最接近100，即在體內將近100%可被利用。通常將雞蛋蛋白作為參考蛋白質，并根據它所含必需氨基酸的構成比例提出參考氨基酸構成比例。有時為了方便，也可將其中含量最少的色氨酸作為1，并計算出其他必需氨基酸的相應比例（表2-7），評定一種蛋白質的營養價值時，可將其必需氨基酸含量逐一與此種參考氨基酸構成比例相比較，并按下式計算其氨基酸構成比例評分。

蛋白質的氨基酸評分=每克待評蛋白質中某種必需氨基酸量（mg）÷每克參考蛋白質中某種必需氨基酸量（mg）

此種評分一般亦可簡稱為氨基酸評分或“蛋白質評分”或“化學分”。

一種蛋白質的氨基酸評分越接近100，表示其含量越接近人體的需要。從理論上來說，評定一種食物蛋白質營養價值時，應當根據其8種必需氨基酸的構成比例計算其氨基酸來全面綜合評定。事實上，目前實際工作只采用賴氨酸，含硫氨基酸或色氨酸中的一種即可。因為這3種氨基酸在普通食物或膳食中是主要的限制氨基酸。此種評定方法，目前國際上采用較多。

五、膳食中蛋白質攝入量與人體必需氨基酸需要量

確定人體對蛋白質的需要量一般有兩種途徑。一種是測定在能量供給充足的情況下，膳食中不含蛋白質量，通過尿、糞和皮膚所排出的氮的數量，即內源性代謝氮的量。同時，還要確定人體合成組織細胞形成時所需要的氮量，兩者相加，即為人體對氮的最低生理需要量。另一種途徑是測成人維持氮平衡或兒童能滿足正常生長發育所需的最低氮量，并以此作為人體對氮的最低生理需要量。然后在滿足此種最低生理需要基礎上，增加一定數量，作為攝入量。

一般來說，蛋白質攝入量應占熱量攝入量的10%～14%；兒童少年應為12%～14%，以保證生長發育的需要；成人維持正常生理功能10%～12%即可。

隨著勞動強度的增強，膳食中熱能攝入量也隨之增加，膳食中蛋白質攝入量也將相應增多。但體力勞動強度增加時，所增加的熱能消耗，應該主要來自富含碳水化合物的谷類食品，因此，來自蛋白質的熱能所占比重可相對較少，達到10%即可。至于勞動強度增加時，是否可影響人體對蛋白質的需要量以及蛋白質攝入量是否應隨之增加的問題，目前尚無定論，所以可暫不考慮。

當制定個體蛋白質的攝入量時，應該考慮提供足量的碳水化合物和脂肪。如果熱能供給不足，則膳食中蛋白質不能有效地被利用，甚至不能維持平衡狀態，則人體中原有蛋白質將分解燃燒并給能量，彌補其他能量來源不足。所以必須對人體供給充足的能量，才能發揮蛋白質應有的作用。

六、膳食中蛋白質的來源

動物性食物是優質蛋白質的主要來源，植物性食物中大豆及其制品也是優質蛋白質的來源。常見含蛋白質較多的食物為肉類和魚類，其蛋白質含量一般為10%～30%；奶類的蛋白質含量一般為1.5%～3.8%；蛋類的蛋白質含量一般為11%～14%；干豆類的蛋白質含量一般為20%～49.8%，這是植物性食物中含量較高的；堅果類如花生、核桃、蓮子等含有15%～26%的蛋白質，其他堅果類的蛋白質含量一般為6%～19%；而薯類的蛋白質含量一般為2%～3%。蛋白質的供給，除了糧食作物中的蛋白質外，還應考慮有一定比例的動物性蛋白與豆類蛋白，動物性蛋白如能爭取達到占蛋白量的20%～30%，則對蛋白質的利用與效果將會有更大的好處。但要注意烹飪方法對蛋白質營養價值的影響。

（鄔曉婧）