任务二 蛋白质认知
情境导入
任务描述
请根据蛋白质的生理功能，分析其对老年人的重要性。
相关知识
蛋白质是由多种氨基酸组成的高分子有机化合物。其化学结构复杂，由碳、氢、氧、氮等元素组成，有的蛋白质还含有硫、磷、镁、铁、碘等元素。蛋白质是生物体的重要成分之一，占人体全部体重的16%~18%，一切细胞和组织都是由蛋白质组成的。蛋白质是生命的物质基础，是构成人类组织的基本材料，与人类的生长、发育和健康有着密切关系，没有蛋白质就没有生命，由此可见，蛋白质在人类营养中占有非常重要的地位。
一、蛋白质的生理功能
蛋白质是组成一切器官的细胞的重要成分之一，它除了提供机体部分的能量外，还参与体内的一切代谢活动，也是机体所需氮的唯一来源。
蛋白质是组成机体所有组织、细胞的重要成分，占人体质量的16%~18%。人体内的神经、肌肉、内脏、骨骼，甚至指甲和头发，没有一处不含蛋白质。人体的生长发育、组织细胞的新陈代谢，都离不开蛋白质。
正常情况下，机体细胞内、外体液的渗透压必须保持平衡，这种平衡是由电解质和蛋白质的共同调节而实现的。当人体摄入蛋白质不足时，血浆蛋白浓度降低，渗透压下降，导致水在细胞间隙内积聚，从而出现水肿。同时，为维持细胞生命所必需，也要使体液的pH或氢离子浓度保持正常，酸碱之间必须保持平衡。氢离子浓度高时体液呈酸性，为酸中毒；氢离子浓度低时体液呈碱性，为碱中毒。蛋白质是两性物质，能与酸或碱进行化学反应，起到维持体液酸碱平衡的作用。
机体内许多具有重要生理作用的物质也是由蛋白质构成的，如果没有蛋白质的参与，就不能起作用。酶是蛋白质，它参与了机体内环境的各项生命活动；运输氧气的血红蛋白及人体的免疫物质的形成也需要蛋白质的参与；一些维生素也可以由蛋白质转变而来；另外，血液的凝固、视觉的形成、人体的肌肉运动等，无一不与蛋白质有关。
蛋白质在体内的主要功能并非供给能量，但它也是一种能源物质。人体能量的主要来源为糖和脂肪。当它们供应不足时，机体即会动用蛋白质氧化分解提供能量。每克蛋白质在体内产生4kcal（16.7kJ）的能量。正常情况下，每天有一部分蛋白质氧化分解，向机体提供的能量占每天所需总能量的10%~15%。
胶原蛋白是人体结缔组织的组成成分，有支撑、保护作用。在人的皮肤中，胶原蛋白含量高达9%，维护着人类皮肤的弹性和韧性。如长期缺乏蛋白质会导致皮肤的生理功能减退，使皮肤弹性降低，失去光泽，出现皱纹。
二、必需氨基酸与氨基酸模式
人体对蛋白质的需要实际上是对氨基酸的需要。人体蛋白质含有20种氨基酸，从人体营养学角度可将氨基酸分为三大类，即必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸。
1.必需氨基酸
不能在人体内合成，或合成速度很慢，远不能满足机体的需要，必须由食物蛋白质来供给，这类氨基酸我们就称为“必需氨基酸”。组成蛋白质的20种氨基酸中有8种属于这类氨基酸，它们包括异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。对于生长发育的婴儿，还要加上组氨酸。
2.半必需氨基酸
半必需氨基酸又称条件必需氨基酸，主要是指半胱氨酸和酪氨酸，它们在体内分别由蛋氨酸和苯丙氨酸转变而来，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分别降低30%和50%。在计算食物必需氨基酸组成时，往往将蛋氨酸和半胱氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸合并计算。
3.非必需氨基酸
这类氨基酸也是机体所必需的，但能在体内合成，也可以由必需氨基酸转变而来，不一定通过食物来供给，通常包括有9种：丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、脯氨酸、丝氨酸。
1.氨基酸模式
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。人体和几种常见食物蛋白质氨基酸模式如表1-1所示。
表1-1 人体和几种常见食物蛋白质氨基酸模式
2.限制氨基酸
人体所需蛋白质来源于多种食物，凡蛋白质氨基酸模式与人体蛋白质氨基酸模式接近的食物，其必需氨基酸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、鱼以及大豆蛋白质的氨基酸模式与人体蛋白质氨基酸模式较接近，从而所含的必需氨基酸在体内的利用率就较高，因此被称为优质蛋白质。其中鸡蛋蛋白质的氨基酸模式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。而食物蛋白质中一种或几种必需氨基酸含量相对较低时，导致其他必需氨基酸在体内不能被充分利用而使蛋白质营养价值降低，这些含量相对较低的氨基酸称为限制氨基酸。即由于这些氨基酸的不足，限制了其他氨基酸的利用。其中，含量最低的称第一限制氨基酸，余者类推。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、蛋白质的消化吸收和代谢
蛋白质首先在胃内开始消化，然后在小肠内蛋白酶作用下分解为氨基酸，氨基酸在小肠内被小肠黏膜所吸收，吸收后经小肠绒毛内的毛细血管而进入血液循环，通过血液运输到各组织细胞，为主动转运过程，并且需要Na+存在。天然蛋白质被蛋白酶水解后，其水解产物大约1/3为氨基酸，2/3为寡肽，这些产物在肠壁的吸收远比单纯混合氨基酸快，而且吸收后大部分以氨基酸形式进入门静脉。近些年，有研究发现小肠对一些寡肽有强吸收作用。有时少量的完整蛋白质也会被吸收而引起过敏，甚至再次摄入该蛋白质时发生哮喘和皮疹。
蛋白质的代谢也就是氨基酸的代谢，其代谢概况如图1-1所示。
图1-1 氨基酸代谢概况
氨基酸代谢可归纳为三条基本途径：一是部分存在于组织内的氨基酸，可能再次被利用合成新的蛋白质；二是部分氨基酸进行分解代谢；三是部分氨基酸用于合成新的含氮化合物，包括非必需氨基酸。氮平衡能够反映组织蛋白分解代谢与合成代谢的动态平衡状况。通过测定摄入氮与排出氮，了解机体对食物蛋白质利用的情况和评价人体蛋白质营养状况，其公式如下：
式中：B表示氮平衡状况；I表示食物摄入氮；U表示尿氮；F表示粪氮；S表示皮肤排出氮；M表示其他排出氮。若摄入氮等于排出氮，表示机体处于氮平衡状态；若摄入氮大于排出氮，表示机体处于正氮平衡状态；若摄入氮小于排出氮，表示机体处于负氮平衡状态。热能供给不足，活动量大，蛋白质摄入过低以及精神紧张都可以使氮平衡趋向于负氮平衡。
四、蛋白质营养价值的评价
不同的食物蛋白质含量不同，蛋白质的氨基酸组成也不相同。评价一种食物蛋白质的营养价值，一方面要从“量”的角度，即食物中含量的多少来考虑；另一方面则要从“质”的角度，即根据其必需氨基酸的含量及模式来考虑。因此，食物蛋白质的营养价值可以从蛋白质含量、蛋白质消化率（被消化吸收的程度）及蛋白质的利用率（被人体利用的程度）三方面来评价。
评定一种食物蛋白质的营养价值，应以含量为基础。如食物中蛋白质含量太低，即使摄入的能量超过人体需要，也不能满足机体需要。食物蛋白质含量的测定一般可通过凯氏定氮法测定，多数蛋白质的平均含氮量为16%，所以测得的含氮量乘以6.25（100/16），即为蛋白质的含量。日常食物中，每500g食物中含蛋白质为：谷类40～56g，豆类110～170g，蔬菜5～10g，肉类100g，蛋类60～64g，鱼类70～90g，奶类15～20g。
蛋白质消化率是指食物蛋白质被消化酶分解、吸收的程度。消化率越高，被机体利用的可能性就越大，营养价值也就越高。食物蛋白质的消化率用该蛋白质中被消化、吸收的氮量与其蛋白质含氮总量的比值表示，公式表示为：
其中吸收氮应用摄入氮减去粪氮（是指粪便中排出的氮量，表示食物中不能被消化吸收的氮）求得。粪氮中绝大部分是来自消化吸收的食物氮，也包括粪代谢氮，即消化道脱落的上皮细胞、消化液及微生物等所含的氮。粪代谢氮是机体在完全不吃含蛋白质食物时粪便中的含氮量。它来自脱落的肠黏膜细胞和死亡的肠道微生物，并非来自未被消化吸收的蛋白质，因此，不能计算在未被消化吸收的氮量中。一般成人24h内粪代谢氮为0.9~1.2g。
根据是否考虑内源粪代谢氮因素，消化率可分为表观消化率（Apparent Digestibility，AD）与真实消化率（True Digestibility，TD）：
表现消化率的测定方法简单，对蛋白质的消化吸收估计较低，具有较大安全性，应用时安全系数较大，一般被较多采用。
蛋白质消化率受人体和食物等多种因素的影响，前者如全身状态、消化功能、精神情绪、饮食习惯和对该食物感官状态是否适应等；后者有蛋白质在食物中存在形式、结构、食物纤维素含量、烹调加工方式、共同进食的其他食物的影响等。
通常，动物性蛋白质的消化率比植物性的高。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％。这是因为植物蛋白质被纤维素包围，不易被消化酶作用。但经过加工烹调后，包裹植物蛋白质的纤维素被去除、破坏或软化，可以提高其蛋白质的消化率。例如食用整粒大豆时，其蛋白质消化率仅约60%，若将其加工成豆腐，则可提高到90%。
按一般烹调方法，几类食物蛋白质消化率如表1-2所示。
表1-2 几类食物蛋白质消化率
蛋白质的利用率是指食物蛋白质被消化、吸收后在体内利用的程度。衡量食物蛋白质利用率的指标和方法很多，各指标分别从不同角度反映蛋白质被利用的程度。这里主要介绍生物价（Biological Value，BV）、蛋白质净利用率（Net Protein Utilzation，NPU）和氨基酸评分（Amino Acid Score，AAS）三个指标。
1.生物价（BV）
蛋白质的生物学价值简称生物价，也称生理价值，它是评定食物蛋白质营养价值高低的常用方法，是表示食物蛋白质被机体消化吸收后在体内的利用率，是机体的氮贮留量与氮吸收量之比。某种蛋白质的生物价的值越高，表明其被机体利用的程度越高，最大值为100。计算公式如下：
尿内源性氮是机体在无氮膳食条件下尿中所含有的氮，来自于体内组织蛋白质的分解。蛋白质生物价值的高低取决于必需氨基酸的含量和比值，食物蛋白质的必需氨基酸比值与人体组织蛋白质中氨基酸比值越接近，该食物蛋白质生物学价值越高，食物蛋白质中氨基酸被机体利用的程度越高。
各种食物蛋白质的生物学价值各不相同，一般动物性食物比植物性食物要高。常用食物蛋白质的生物学价值如表1-3所示。
表1-3 常见食物蛋白质的生物价
2.蛋白质净利用率（NPU）
蛋白质净利用率表示摄入的蛋白质被机体利用的程度，即机体利用的蛋白质占食物中蛋白质的百分比，它既反映了摄入的蛋白质被机体贮留的程度，同时也体现出各种蛋白质的不同消化率。
以上公式可简化为：
3.氨基酸评分（AAS）
为了便于评定一种蛋白质的营养价值，通常将鸡蛋蛋白质中所含有的氨基酸相互比例作为参考标准。因为它的生物价最接近100，即在人体内将近100%可以利用。根据鸡蛋所含有氨基酸的构成比例提出一个暂定参考氨基酸的构成比例，即为参考蛋白质中各种氨基酸的相互比例。评定一种蛋白质的营养价值时，可将其必需氨基酸的含量逐一与参考氨基酸构成比例相比较，并按下列公式计算其氨基酸构成比例评分。
通过上式公式计算出蛋白质中每种氨基酸的评分值后，取分值最低的氨基酸的评分值即第一限制氨基酸的评分值作为该蛋白质的氨基酸评分。
有关食物的蛋白质营养价值评价指标如表1-4所示。
表1-4 有关食物蛋白质营养价值评价指标
五、蛋白质的互补作用
不同食物蛋白质中氨基酸的含量和比例关系不同，其营养价值不一，若将两种或两种以上的食物适当混合食用，使它们之间相对不足的氨基酸互相补偿，从而接近人体所需的氨基酸模式，可提高蛋白质的营养价值，这称为蛋白质的互补作用（Protein Complementary Action）。例如豆腐和面筋蛋白质在单独进食时，其生物价（BV）分别为65和67，而当两者以42∶58的比例混合进食时，其BV可提高至77。这是因为面筋蛋白质中缺乏赖氨酸，蛋氨酸却较多，而大豆蛋白质中赖氨酸含量较多，可是蛋氨酸不足。两种蛋白质混合食用则互相补充，从而提高其营养价值。这种提高食物营养价值的方法实际上早已被人们在生活中采用，并且在后来的实验中得到验证。几种食物混合后蛋白质的生物价如表1-5所示。
表1-5 几种食物混合后蛋白质的生物价
在膳食中为充分发挥食物蛋白质的互补作用，要提倡荤素搭配，粮、豆、菜混食，粗细粮混合等调配方法，对提高蛋白质的营养价值具有重要的实际意义。应遵循三个原则：
（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。因为单个氨基酸在血液的停留时间约为4h，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发挥互补作用。
六、蛋白质缺乏与过量
蛋白质缺乏在成人和儿童中均有发生，但处于生长发育阶段的儿童更为敏感，属蛋白质——能量营养不良（Protein-Energy Malnutrition，PEM）型，大多数是因条件贫困长期处于饥饿状态引起，有些与疾病和营养不当有关。对成年人来讲，蛋白质摄入不足会引起体重减轻、肌肉萎缩、容易疲劳、贫血，对疾病抵抗力降低，创伤和骨折不易愈合，病后恢复缓慢。
蛋白质，尤其是动物性蛋白质摄入过多，对人体同样有害。一方面，过多的动物蛋白质的摄入，就必然摄入较多的动物性脂肪和胆固醇。另一方面，蛋白质过多本身也会产生有害影响。正常情况下，人体不贮存蛋白质，所以必须将过多的蛋白质进行脱氨分解，氮则由尿液排出体外，这一过程需要大量水分，从而加重了肾脏的负担，若肾功能本来就不好，则危害更大。过多的动物蛋白的摄入，也造成含硫氨基酸摄入过多，这样会加速骨骼中钙的流失，易产生骨质疏松。
七、蛋白质的食物来源和参考摄入量
蛋白质广泛存在于动物和植物体内，蛋白质数量丰富且质量良好的食物主要为动物性食物，包括畜肉、禽肉、鱼、奶类、蛋类等，以及植物性食物中的豆类。畜、禽肉类和鱼肉蛋白质含量一般为16%~20%，鲜奶为2.7~3.8%，蛋类为11%~14%，干豆类为20%~24%。其中，大豆蛋白质含量高达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来源。谷类含蛋白质一般为7%~10%。虽然谷类蛋白质生理价值不如动物性蛋白质和干豆蛋白，但因中国人民每日摄入谷类数量相对较大，因此谷物食品仍是膳食中重要的蛋白质来源。
一些常见食物的蛋白质含量如表1-6所示。
表1-6 常见食物的蛋白质含量（g/100g）
世界各国对蛋白质的供给量没有一个统一的标准，一般对人体需要量的衡量依照年龄的不同有不同的方法。依照中国的饮食习惯和膳食构成以及老年人的蛋白质的代谢特点，中国营养学会2013年提出的《中国居民膳食营养素参考摄入量》中，针对50岁以上人群的蛋白质推荐摄入量以男性每日65g、女性每日55g，蛋白质供给的热量占总热量的10%~15%为好，并且优质蛋白质每日应不低于供给量的1/3~1/2。
同步训练
教师引导学生分组讨论蛋白质对于老年人的重要性，分析应提供哪些食物作为老年人膳食中蛋白质的主要来源，蛋白质供给量应达到什么标准。