营养学/食物蛋白质

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临床营养学

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2.7.1 食物氮的存在形式

食物来源于动、植物,其中氮的存在形式有很大差别。肉类绝大部分的氮以蛋白质形式存在,仅有少量游离氨基酸或肽以及核酸磷脂氮、肌酸、鹅肌肽;鱼类则非蛋白氮含量丰富,约占总氮量的10~30%;乳氮约20%属于非蛋白氮。植物性食物含氮化合物的成分差异更大,种子类几乎95%的氮存在于蛋白质,而根茎类如土豆、胡萝卜等,蛋白质少于50%,多数氮以肽和游离氨基酸的形式存在,特别是土豆富含谷氨酰胺门冬氨酸。此外,植物组织中含有不少非蛋白氨基酸,这些氨基酸有些能在体内代谢,而多数原样不变从尿排出;还有少量是有毒的,如刀豆中的刀豆氨酸蚕豆中的β氰基丙氨酸。新的蛋白质来源如单细胞蛋白核蛋白很高,其量可达蛋白质总量的50%。由于核酸在人体内最终代谢产物为尿酸,大量食用可引起血浆尿酸浓度增高,易形成尿结石痛风症。因此,单细胞蛋白不经去核酸处理,不宜作为人类食物的来源。

食物中蛋白质的含量一般采用凯氏定氮法进行测定,然后换算成蛋白质的量。动、植物性食物蛋白的含氮量约为15.7~19%,平均16%。将测得的氮值乘以6.25(蛋白质换算系数),即得该食物的粗蛋白的含量。需要比较准确地计算时,可采用不同的换算系数(表2-7)。

表2-7 氮换算成蛋白质的换算系数

换算系数
面粉(中或低出粉率) 5.70
全麦 5.83
大米 5.95
花生 5.46
黄豆 5.71
芝麻 5.30
乳类 6.38

这种计算方法是按食物总氮全部以蛋白质的形式存在而计算的,对含非蛋白氮高的食物来说,蛋白质的计算的值无疑过高。因此用定氮法测得的蛋白质,称之为粗蛋白。

2.7.2 常用食物的蛋白质含量

食物成分表上食物的蛋白质含量是以每100g食物中的量表示的。这个量没有表达该食物的蛋白质和热能的关系。因为人体的热量需要决定了食物的摄取量。因此,食物作为蛋白质来源的价值也决定于其本身的热值。如我国成年男子从事轻体力劳动时,每日膳食热能供给量为10920kJ,蛋白质供给量为80g。由食物蛋白提供的热能约占总热能的11%。适宜的食物,其中蛋白质提供的热能占总热能的10~15%。因此,将食物中蛋白质用蛋白质的热能占食物总热能的百分数表示(表2-8),可以大体判断该食物作为蛋白质来源的价值。从表2-8看,花生、黄豆、鱼、瘦猪肉都是很好的食物蛋白的来源;如果选择大米作为膳食唯一的食物来源。其蛋白质显然不能满足人体蛋白质的需要量。

表2-8 几种食物的蛋白含量及其热能与食物总热能的比(%)

蛋白质
g.100g-1食物* kJ.100kJ-1食物**
苹果 0.3 2.8
稻米(上白梗) 6.7 7.8
带鱼 18.1 52.1
小麦粉(富强粉) 9.4 10.7
土豆 2.3 11.9
花生米 26.2 19.2
瘦猪肉 16.7 20.2
鸡蛋 14.7 34.6
黄豆 36.3 35.
豆腐(北) 7.4 41.1
牛肉 20.1 46.

2.7.3 膳食蛋白质的质量评价

膳食的蛋白质的营养价值在很大程度上,取决于为机体合成含氮化合物所能提供必需氨基酸的量和模式。所有评定蛋白质质量的方法都是以此概念作为基础的。评价的方法有许多种,但任何一种方法都以一种现象作为评定指标,因而具有一定的局限性,所表示的营养价值也是相对的,因此,具体评价一种食物或混合食物蛋白时,应该根据不同的方法综合考虑。以下叙述几种常用的评价方法。

(1)蛋白质消化率(digestibility,D)食物的蛋白质消化率是指食物蛋白受消化酶水解后吸收的程度,用吸收氮量和总氮量的比值表示:

D=吸收N/摄入N×100

食物蛋白质真实消化率(ture digestibility,TD)可用进食实验测得:

TD=[摄入N-(粪N-粪代谢N)]/摄入N×100

粪氮不全是未消化的食物氮,其中有一部分来自脱落肠粘膜细胞、消化酶和肠道微生物。这部分氮称为粪代谢氮,可在受试者摄食无蛋白膳时,测得粪氮而知,其量约为0.9~1.2g.24h-1。如果粪代谢氮忽略不计,即为表观消化率(apparent digestibility,AD):

AD=(摄入N-粪N)/摄入N×100

表观消化率比真实消化率低,对蛋白质营养价值的估计偏低,因此有较大的安全系数。此外,由于表观消化率的测定方法较为简便,故一般多采用。

用一般烹调方法加工的食物蛋白的消化率为:奶类97~98%、肉类92~94%、蛋类98%、大米82%、土豆74%。植物性食物蛋白由于有纤维包围,比动物性食物蛋白的消化率要低,但纤维素经加工软化破坏或除去后,植物蛋白的消化率可以提高。如大豆蛋白消化率为60%,加工成豆腐后,可提高到90%。

(2)蛋白质的生物价值(biological value,BV)蛋白质的生物价值是为维持和/或生长而在体内保留氮和吸收氮的比值:

BV=[摄入N-(粪N-粪代谢N)-(尿N-尿内源N)]/[摄入N-(粪N-粪代谢N)]×100

蛋白质生物价值受很多因素的影响。对不同食物蛋白的生物价值进行比较时,实验条件应该一致,否则即使同一种食物也会得出不一致的结果。如鸡蛋蛋白的热能占总热能8%时,生物价值为91;占16%时为62。一般情况下,实验动物多采用初断乳大鼠饲料中蛋白质含量占10%。几种食物蛋白的生物价值见表2-9。

表2-9 几种食物蛋白的生物价值

生物价值 生物价值 生物价值
大米 77 土豆 67 全鸡蛋 94
小麦 67 大豆 64 牛肉 76
面粉 52 蚕豆 58 猪肉 74
甘薯 72 花生 59 77
玉米 60 白菜 76 牛奶 85

(3)蛋白质净利用率(net proteinutilization,NPU)蛋白质生物价值没有考虑在消化过程中未吸收而丢失的氮,所以Miller等建议将生物价值乘以消化率,称之为蛋白质净利用率:

NPU=BV×D=保留N/摄入N

动物的蛋白质净利用率也可用体氮法进行测定。用同窝断乳大鼠分别饲以含维持水平蛋白质的实验饲料(A组)和无蛋白的饲料(B组)各10d。记录各组每日食量。实验终了时测定各组动物尸体总氮量和饲料含氮量,按下列计算:

NPU=(BF-BK+IK)/IF

式中: IF=A组N摄入量

BF=A组尸体总N量

BK=B组尸体总N量

IK=B组N摄入量

也可测定实验动物尸体的干重和含水量,利用已知的幼鼠尸体N/H2O的平均比值计算尸体含氮量,则操作更为简便。

(4)蛋白质效力比(protein efficiencyratio,PER)蛋白质效力比是摄入单位重量蛋白质的体重增加数:

PER=体重增加(g)/摄入蛋白质(g)

通常用雄性断乳大鼠为实验对象。Osborne等证明PER随饲料中蛋白质的水平而改变,因而建议在适宜的蛋白质的水平上进行实验。习惯上用含10%蛋白质的饲料,AOAC提出的标准步骤则用含9.09%蛋白质的饲料饲养动物。

此测定最大的缺点是没有把维持所需的蛋白质考虑在内,因而所得结果常不成比例。例如PER为2时,其质量不等于PER为1时的两倍。不同实验测得的PER的重复性往往不佳,为了减少实验室间的变异,假设酪蛋白(参考蛋白)的PER值:

校正的PER=PER×(2.5/酪蛋白的实测PER)

(5)相对蛋白质价值(realative proteinvalue,RPV)相对蛋白质价值是动物摄食受试蛋白的剂量-生长曲线斜率(A)和摄食参考蛋白的剂量-生长曲线斜率(B)比:

RPV=A/B×100

以含3~4种不同剂量的受试食物蛋白喂养断乳大鼠,将大鼠体重增长数(Y)对受试蛋白的进食克数(X)绘制回归方程,求其斜率(A)。同时用含不同剂量的乳白蛋白(参考蛋白)喂养动物,同法得剂量-生长回归方程及斜率(B)。假设前一回归方程为Y1=2.35X1-0.36,后一回归方程为Y2=4.12X2-0.28,则此受试蛋白的相对蛋白质价值可计算如下:

RPV=2.35/4.12×100=57

由受试蛋白测得的回归方程,斜率越大蛋白质利用率越高。

(6)氨基酸评分(amino acid score)化学评分(chemicalscore) 1946年Block等指出在合成蛋白质的场所,构成蛋白质所必需的氨基酸(AA)必须同时存在,缺乏其中任何一种就会影响合成,因此用食物蛋白氨基酸的组成评价蛋白质。查表计算或测定某种受试食物蛋白或混合食物蛋白中每一种必需氨基酸的含量,与参考蛋白进行比较,以每种氨基酸与参考蛋白氨基酸的比值表示。比值最低的那种氨基酸,即为第一限制氨基酸,此最低比值即受试食物蛋白的氨基酸评分或化学评分。氨基酸评分可计算如下:

氨基酸评分=每克受试蛋白的某种AA含量(mg)/每克参考蛋白的该种AA含量(mg)×100

或 氨基酸评分=受试蛋白每克N的某AA含量(mg)/参考蛋白每克N的该种AA含量(mg)×100

食物蛋白中氨基酸的含量可用比较的参考蛋白的关系表示或用每克氮的关系表示。Block等原用卵蛋白作为与受试蛋白比较的参考蛋白,经后人修改现多采用FAO/WHO(1973)根据学龄前儿童最低需要量制定的理想氨基酸需要量模式(表2-10)与受试蛋白进行比较。

根据理想模式测得的氨基酸评分适用于儿童对食物蛋白利用率的评价;但对成年人则低估了该蛋白质的质量,因为成年人对每克蛋白质氨基酸的需要量较低。

表2-10 理想的氨基酸需要量模式

含量(mg.g-1蛋白质)
异亮氨酸 40
亮氨酸 70
赖氨酸 55
蛋氨酸+胱氨酸 35
苯丙氨酸+酪氨酸 60
苏氨酸 40
色氨酸 10
缬氨酸 50

表2-11 几种食物蛋白的氨基酸评分

蛋白质来源 氨基酸含量(mg.g-1蛋白质) 氨基酸评分(限制氨基酸)
赖氨酸 含硫氨酸 苏氨酸 色氨酸
理想模式 55 35 40 10 100
稻谷 24 38 30 11 44(赖氨酸)
72 24 42 14 68(含硫氨酸)
奶粉 80 29 37 13 83(含硫氨酸)
谷、豆、奶粉混合(67:22:11) 51 32 35 12 88(苏氨酸)

2.7.4 蛋白质的互补作用

几种食物混食,由于必需氨基酸的种类和数量互相补充,而能更接近人体需要量的比值,使生物价值得到相应的提高,这种现象称为蛋白质的互补作用。如小麦、小米、牛肉、大豆各个单独食用时,其蛋白质生物价值分别为67、57、69、64,而混食的生物价值可高达89。中美洲和巴拿马营养研究所(INCAP)制成一种植物混合食物,称为“Incaparina”,其中含玉米粉29%、高梁29%、棉籽粉38%、啤酒酵母3%、碳酸钙1%及维生素A。这种混合食物是营养不良地区低蛋白膳食的良好补助食物,其蛋白质的生物价值仅略次于牛乳蛋白。

用限制氨基酸补充到相应的食物中,如用赖氨酸补充谷类蛋白,用蛋氨酸、赖氨酸和苏氨酸补充花生粉,同样可以起到互补作用。如在面粉中添加赖氨酸0.2%,面粉蛋白的生物价值可由47提高到71,学龄儿童食用这种赖氨酸强化食品一年后,身高、体重和抵抗力等均较对照组有显著提高。

因为组成蛋白质氨基酸必须同时存在才能合成蛋白质,而且机体内氨基酸的储存量很少,因此膳食中不同蛋白质必须在同一餐摄入才能起到互补作用。如每3h单独以一种必需氨基酸饲养大鼠,氨酸的利用不佳,大鼠不能生长。

2.7.5 加工对食物蛋白营养价值的影响

食物加工的方法有加热、冷冻、搅拌、高压、盐腌等,其中以加热对蛋白质的影响最大。蛋白质经过加热处理,构型(Configuration)改变,固有的生物活性丧失,这种变化称为变性。如蛋清受热凝固、瘦肉受热收缩变硬都是变性现象。各种蛋白质的耐热性能不一,多数在60~80℃开始变性。变性不同于变质,蛋白质的一级结构未变。

烹调和防止食物腐败往往采用100~200℃的加热法。在上述温度下和没有糖存在时,蛋白质发生变性,维持蛋白质空间构象(Conformation)的次级键发生断裂,破坏了肽键原有的空间排列。原来在分子内部的一些非极性基团暴露到分子表面,使蛋白质的溶解度降低,甚至凝固。同时各种反应基团如-NH2、-COOH、-OH、-SH释放出来,使蛋白质易于酶解,也变得容易消化。食物中氨基酸的损失不大。

某些食物中含有阻碍酶作用的抑制剂。如大豆中的抗胰蛋白酶、血球凝集素,蛋清中的卵粘蛋白等受热后因变性而失去活性。解除了对酶的抑制作用,从而提高了食物的营养价值。

大部分食品除蛋白质外,还含有具还原性的糖类。蛋白质过度加热,尤其在有还原糖存在的条件下,可产生非酶的美拉德(Maillard)反应。食物变成棕褐色,其中氨基酸主要是赖氨酸遭到破坏,减低了蛋白质的生物价值。同时蛋白质的酶解也下降,使食物不易消化。美拉德反应的过程甚为复杂,即使在较低温度下也能进行,只是反应速率相当缓慢。

32 蛋白质营养状况的评价 | 蛋白质-参考文献 32
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