第3章 营养学基础(3)

　　脂肪在食品加工中的重要作用及其可产生良好的感官性状使人类对脂肪有一定的依赖性，而另一方面过多摄入脂肪又会对人体产生多种危害。解决这一矛盾的有效措施就是能生产出具有脂肪的性状而又不能被人体吸收的脂肪替代品。目前较有前途的产品有两种：①由蔗糖和脂肪酸合成的蔗糖聚酯，该产品各种形状与脂肪相似，但不被肠道吸收，经人体和动物实验证明食用安全。②从燕麦中提取的燕麦素，该物质对热稳定，主要用于冷冻食品如冰激凌、色拉调料和汤料中，由于该产品中保留有大量的纤维素，不仅可作为饱和脂肪酸的代用品，而且有一定的降低胆固醇的作用。

　　§§§第三节糖类

　　一、糖类的分类、食物来源

　　糖类，也称碳水化合物，是由碳、氢、氧3种元素组成的一类化合物，营养学上一般将其分为4类：单糖、双糖、寡糖和多糖。

　　（一）单糖

　　食物中的单糖主要为葡萄糖、果糖和半乳糖。

　　1.葡萄糖

　　葡萄糖是构成食物中各种糖类的最基本单位。有些糖类完全由葡萄糖构成，如淀粉；有些则是由葡萄糖与其他糖化合而成，如蔗糖。葡萄糖以单糖的形式存在于天然食品中是比较少的。葡萄糖有D型和L型，人体只能代谢D型葡萄糖而不能利用L型。所以，有人用L型葡萄糖作甜味剂，可达到增加食品的甜味而又不增加能量摄入的双重作用。

　　2.果糖

　　果糖主要存在于水果和蜂蜜中。人工制作的玉米糖浆中含果糖可达到40%～90%，是饮料、冷冻饮品、糖果蜜饯生产的重要原料，美国人因消费这类食品而使果糖占总能量摄入的8%～10%。果糖吸收后，经肝脏变成葡萄糖被人体利用，也有一部分转变为糖原、乳酸和脂肪。

　　3.半乳糖

　　半乳糖很少以单糖形式存在于食品中，而是乳糖的重要组成成分。半乳糖在人体中也是先转变成葡萄糖后才被利用，母乳中的半乳糖是在人体内重新合成的，而不是由食物中直接获得的。

　　4.其他糖类

　　除了上述3种重要的己糖外，食物中还有少量的戊糖，如核糖、脱氧核糖、阿拉伯糖和木糖。前2种糖动物体内可以合成，后几种糖主要存在于水果和根、茎类蔬菜之中。

　　在天然的水果、蔬菜之中，还存在有少量的糖醇类物质。这些糖醇类物质因其在体内消化、吸收速度慢，且提供能量较葡萄糖少已被用于食品加工业，目前广泛使用的糖醇有山梨醇、甘露醇、木糖醇和麦芽糖醇等。天然食物如谷胚中有一种环状的肌醇，可与磷酸结合形成植酸，不利于营养素的吸收。

　　（二）双糖

　　双糖是由两分子单糖缩合而成。常见的天然存在于食品中的双糖有蔗糖、乳糖和麦芽糖等。

　　1.蔗糖

　　是由一分子葡萄糖和一分子果糖以α键连接而成。蔗糖在甜菜和蜂蜜中含量较多，日常食用的白砂糖，即是蔗糖，是从甘蔗和甜菜中提取的。

　　2.麦芽糖

　　是由两分子葡萄糖以α键连接而成。淀粉在酶的作用下可降解生成大量的麦芽糖，制糖制酒工业中大量使用淀粉酶就是这个目的。

　　3.乳糖

　　是由葡萄糖和半乳糖以β键连接而成，主要存在于奶及奶制品中。乳糖约占鲜奶的5%，占奶类提供能量的30%～50%。

　　4.海藻糖

　　是由两分子葡萄糖组成，存在于真菌及细菌之中，如食用蘑菇中含量较多。

　　（三）寡糖

　　寡糖是由3～10个单糖构成的一类小分子多糖。比较重要的寡糖只存在于豆类食品中的棉子糖和水苏糖。前者是由葡萄糖、果糖和半乳糖构成的三糖，后者是在前者的基础上再加上一个半乳糖的四糖。这两种糖都不能被肠道消化酶分解而消化吸收，但在大肠中可被肠道细菌代谢，产生气体和其他产物，造成胀气，因此，必须进行适当的加工以减少其不良影响。但也有些不被人体利用的寡糖可被肠道有益细菌如双歧杆菌所利用，促进这类菌群的增加可达到保健作用。

　　（四）多糖

　　由10个以上单糖组成的大分子糖为多糖。营养学上具有重要作用的多糖有3种，即糖原、淀粉和纤维。

　　1.糖原

　　糖原也称动物淀粉，在肝脏和肌肉合成并储存，是一种含有许多葡萄糖分子和支链的动物多糖。肝脏中储存的糖原可维持正常的血糖浓度，肌肉中的糖原可提供机体运动所需要的能量，尤其是高强度和持久运动时的能量需要。其较多的分支可提供较多的酶的作用位点，以便能快速地分解和提供较多的葡萄糖。食物中糖原含量很少，因此，它不是有意义的糖类的食物来源。

　　2.淀粉

　　淀粉是由许多葡萄糖组成的能被人体消化吸收的植物多糖。淀粉主要储存在植物细胞中，尤其是根茎和细胞之中。薯类、谷类和豆类含有丰富的淀粉，是人类糖类的主要食物来源，也是最丰富、最廉价的能量营养素。根据其结构可分为直链淀粉和支链淀粉。前者易使食物老化，后者易使食物糊化。其次级水解产物相对含葡萄糖数目较少，称为糊精。

　　3.纤维

　　纤维是指存在于植物体中不能被人体消化吸收的多糖。纤维中的葡萄糖分子是以β键联结，人体内的淀粉酶不能破坏这种化学键，因此，人体不能消化吸收纤维。但由于其特有的生理作用，营养学上仍将它作为重要的营养素。存在于食物中的各类纤维统称为膳食纤维。根据其水溶性不同，一般可分为可溶性纤维和不溶性纤维。

　　（1）不溶性纤维：不溶性纤维主要包括纤维素、某些半纤维素和木质素。

　　1）纤维素：纤维素是植物细胞壁的主要成分。其构成成分和淀粉一样，而与葡萄糖分子间的结构不同，纤维素一般不能被肠道微生物分解。

　　2）半纤维素：半纤维素是谷类纤维的主要成分。半纤维素及一些混杂多糖能被肠道微生物分解。纤维素和半纤维素在麸皮中含量较多。

　　3）木质素：木质素是植物木化过程中形成的非糖类，不能被人体消化吸收。食物中木质素含量较少，主要存在于蔬菜的木质化部分和种子中，如草莓子、老化的胡萝卜和花茎甘蓝之中。

　　（2）可溶性纤维：可溶性纤维是指既可溶于水，又可以吸水膨胀并能被大肠中微生物酵解的一类纤维。常存在于植物细胞液和细胞间质中，有以下几类：

　　1）果胶：果胶是被甲酯化到一定程度的半乳糖醛酸多聚体。果胶通常存在于水果和蔬菜之中，尤其是柑橘类和苹果汁中含量较多。果胶分解后产生甲醇和果胶酸，这就是过熟或腐烂的水果中及各类果酒中甲醇含量较多的原因。在食品加工中常用果胶作为增稠剂制作果冻、色拉调料、冰激凌和果酱等。

　　2）树胶和黏胶：树胶和黏胶是由不同的单糖及其衍生物组成。阿拉伯胶、瓜拉胶属于这类物质，在食品加工中可作为稳定剂。

　　有些半纤维素也是可溶的。

　　二、糖类的功能

　　（一）机体内糖类的功能

　　人体内糖类有3种存在形式：葡萄糖、糖原和含糖的复合物，其功能与其存在形式有关。

　　1.储存和提供能量

　　糖原是肌肉和肝脏内糖类的储存形式，肝脏约储存机体内1\/3的糖原。一旦机体需要，肝脏中的糖原分解为葡萄糖进入血液循环，提供机体尤其是红细胞、脑和神经组织对能量的需要。肌肉中的糖原只供自身的能量需要。体内的糖原储存只能维持数小时，必须不断从膳食中得到补充。母体内合成的乳糖是乳汁中主要糖类。

　　2.是机体的构成成分

　　糖类同样也是机体重要的成分之一，如结缔组织中的黏蛋白、神经组织中的糖脂及细胞膜表面具有信息传递功能的糖蛋白，它们往往都是一些寡糖复合物。另外，DNA和RNA中也含有大量的核糖，在遗传中起着重要作用。

　　3.节约蛋白质作用

　　当体内糖类供给不足时，机体为了满足自身对葡萄糖的需要，则通过糖原异生作用产生葡萄糖。由于脂肪一般不能转变为葡萄糖，所以，主要动用体内蛋白质，甚至是器官中的蛋白质，如肌肉、肝、肾、心脏中的蛋白质，对人体及各器官造成损害。节食减肥的危害性也与此有关。另外，即使不动用机体内蛋白质，而动用食物中消化、吸收的蛋白质来转变成能量也是不合理或有害的。当摄入足够的糖类时，可以防止体内和膳食中的蛋白质转变为葡萄糖，这就是所谓的节约蛋白质作用。

　　4.抗生酮作用

　　脂肪在体内彻底被代谢分解需要葡萄糖的协同作用。脂肪酸被分解所产生的乙酰继续与草酰乙酸结合进入三羧酸循环而最终被彻底氧化，产生能量。若糖类不足，草酰乙酸则不足，脂肪酸不能被彻底氧化而产生酮体。尽管肌肉和其他组织可利用酮体产生能量，但过多的酮体则可引起酮血症，影响机体的酸碱平衡。而体内充足的糖类就可以起到抗生酮作用。人体每天至少需50～100g糖类才可防止酮血症的产生。

　　（二）食物糖类的功能

　　1.主要的能量营养

　　素膳食中的糖类是世界上来源最广、使用最多、价格最便宜的能量营养素。1g糖类可提供约16.7k·J（4.0kcal）的能量。我国居民以米、面为主食，60%以上的能量来源是糖类，这种膳食结构不仅经济，而且科学和有利于健康。

　　2.改变食物的色、香、味、形

　　利用糖类的各种性质可加工出色、香、味、形各异的多种食品，而食糖的甜味更是食品烹调加工中不可缺少的原料。

　　3.提供膳食纤维

　　膳食纤维的最好来源是天然的食物，如豆类、谷类、新鲜的水果和蔬菜等。膳食纤维因其重要的生理功能，日渐受到人们的重视。膳食纤维在本章将被列为第七大营养素详细讲解。

　　三、糖类的消化吸收

　　膳食中的糖类在消化道经酶逐步水解为单糖被吸收。消化过程从口腔开始，食物进入口腔后通过咀嚼促进唾液的分泌，唾液中的淀粉酶可将淀粉水解为短链多糖和麦芽糖。由于食物在口腔停留时间很短，这种水解程度很有限。食物进入胃后因胃酸的作用淀粉酶失活，但胃酸本身也有一定降解淀粉的作用。小肠才是糖类分解和吸收的主要场所。胰腺分泌的胰淀粉酶进入小肠，将淀粉等分解为双糖，在小肠黏膜细胞刷状缘上，分别由麦芽糖、蔗糖酶和乳糖酶将相应的双糖分解为单糖，并通过主动运输进入小肠细胞，被吸收进血液，运送到肝脏，再进行相应的代谢或运送到其他器官直接被利用。果糖在小肠中的吸收属被动扩散式吸收，其吸收率相对较低，不到葡萄糖和乳糖的一半。在肠道中一些膳食纤维，尤其是可溶性纤维被肠道细菌作用，产生水分、气体和短链脂肪酸，这些短链脂肪酸也可被吸收产生能量。

　　世界各地都有一部分人有不同程度的乳糖不耐受性，他们不能或只能少量地分解吸收乳糖，而大量的乳糖因未被吸收而进入大肠，在肠道细菌的作用下产酸、产气，引起胃肠不适、胀气、痉挛和腹泻等。造成乳糖不耐受原因主要有：①先天性缺少或不能分泌乳糖酶。②某些药物如抗癌药物或肠道感染而使乳糖酶分泌减少。③更多的人是由于年龄增加，乳糖酶水平不断降低，一般自2岁以后到青年时期，乳糖酶水平可降到出生时的5%～10%。为了克服这种乳糖不耐受性，可选用经发酵的乳制品如酸奶，也有厂家将乳糖经乳糖酶分解后进行销售。世界上完全没有乳糖不耐受的人仅占30%左右。

　　四、糖类的供给

　　为了达到糖类的营养平衡应注意：①总能量包括糖类的摄入不能过多，由于肝脏可利用糖类合成脂肪和胆固醇等，过多的能量和糖类的摄入可引起肥胖和血脂升高。②防止糖类占总能量摄入的比例较低，脂肪占总能量比例较高。在糖类中防止精制糖的摄入逐渐增加，如美国居民糖类摄入仅占总能量的50%以下，精制糖却占糖类总量的50%，儿童因过多摄入精制糖造成龋齿发病率较高也是西方国家一大问题。

　　中国营养学会推荐我国居民的糖类的膳食供给量占总能量的55%～65%较为适宜。营养学家认为：为了长期维持人体健康，糖类摄入应占总能量的55%～60%，其中精制糖占总能量的10%以下。

　　§§§第四节能量

　　体内的能量，一方面不断地释放出热量，维持体温的恒定并不断地向环境中散发，另一方面作为能源可维持各种生命活动的正常进行。除糖类、脂肪和蛋白质是三大能量营养素外，酒中的乙醇也能提供较高的能量。能量的单位营养学上使用最多的为千焦耳（k·J）。

　　食物及其产能营养素所产生的能量多少，可用测热器进行精确的测量。其原理是：无论在体内或体外，产能营养素可完全氧化产生CO2和H2O，同时释放出热量。由于食物中的能量营养素不可能全部被消化、吸收，且消化率也各不相同。消化、吸收后，在体内也不一定完全彻底被氧化分解产生能量，特别是蛋白质可产生一些不能继续分解利用的含氮化合物，如尿素、肌酐、尿酸等，所以，营养学中在实际应用时，食物中生热营养素的产生能量多少按如下关系换算：即1g糖类产生能量为16.7k·J（4.0kcal），1g脂肪产生能量为36.7k·J（9.0kcal），lg蛋白质产生能量为16.7k·J（4.0kcal），1g乙醇产生能量为29.3k·J（7.0kcal）。

　　一、人体的能量消耗

　　人体的能量消耗包括基础代谢、食物的热效应、体力活动和生长发育及影响能量消耗的其他因素等方面。为了达到能量的平衡，人体每天摄入的能量应恰好能满足这几个方面的需要，这样才能有健康的体质和良好的工作效率。

　　（一）基础代谢

　　基础代谢（BM）是指维持生命的最低能量消耗，即人体在安静和恒温条件下（一般18～25℃），禁食12h后，静卧、放松而又清醒时的能量消耗。此时能量仅用于维持体温和呼吸、血液循环及其他器官的生理需要。为了确定基础代谢的能量消耗（BEE），必须首先测定基础代谢率（BMR）。基础代谢率就是指人体处于基础代谢状态下，每小时每平方米表面积（或每千克体重）的能量消耗，按下列方法可计算出每天基础代谢的能量消耗。

　　1.用体表面积进行计算

　　我国赵松山于1984年提出一个相对适合中国居民的体表面积计算公式：

　　体表面积（m2）=0.00659×身高（cm）＋0.0126×体重（kg）－0.1603

　　根据这个公式先计算体表面积，再按年龄、性别在人体基础代谢率表中查出相应的BMR就可计算24h的基础代谢水平。人在熟睡时，能量消耗比基础代谢约减少10％，所以，计算时应扣除睡眠时少消耗的这部分热能。

　　2.直接用公式计算

　　Harris和Benedict提出了下列公式，可根据年龄、身长和体重直接计算基础代谢能量消耗。

　　男BEE＝66＋13.7×体重（kg）＋5.0×身高（cm）－6.8×年龄

　　女BEE=65.5＋9.5×体重（kg）＋1.8×身高（cm）－4.7×年龄

　　更简单的方法是成人男性按1cal（4.18k·J）\/（kg·h）、女性按0.95kcaI（3.97k·J）\/（kg·h），和体重相乘直接计算，结果相对粗略。