第二节 蛋白质

蛋白质是人体不可缺少的重要营养素之一，由20多种不同的氨基酸构成。蛋白质的结构与其他营养素相比，较为复杂，其成分除了与碳水化合物及脂类一样含有碳、氢、氧原子外，还有氮及少量的硫、磷等；蛋白质是构建肌肉、组织及器官的主要成分，正常成人对膳食蛋白质的推荐摄入量为每日每公斤1g，蛋白质的摄取量对肌肉的生成、代谢和受伤时肌肉的修复都有重要影响。

一、蛋白质的组成与分类

（一）组成

蛋白质最基本的单位结构是氨基酸分子，每个氨基酸分子以碳原子为中心，连接一个氨基（—NH₂）、一个羧基（—COOH）与一个功能基团（—R）结构（图2-1），其中氨基酸上的功能基团可由不同的碳氢化合物、环状化合物或是硫化物所组成，不同的功能基团将使氨基酸的结构及特性有所不同。

氨基酸与氨基酸之间通过肽键连接，两个氨基酸以一个肽键相连接形成，称为双肽；三个氨基酸以肽键连接，称为三肽；10个以上的氨基酸连接称为多肽。身体及食物中的蛋白质的结构多由多肽组成，因此有大量的氨基酸连接而成。蛋白质的结构是蛋白质功能的重要影响因素。蛋白质发挥作用的活性和催化位点是通过邻近的、有时是较远的功能基团连接形成的。

（二）必需氨基酸

人体内的蛋白质结构，主要由20余种氨基酸排列组合构成（表2-5）。各种氨基酸对于人体都是必不可少的，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体内合成，但有8种氨基酸人体不能合成或合成的速度远不能适应人体的需要，这8种氨基酸称为必需氨基酸，它们是异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色氨酸、缬氨酸。以后发现组氨酸为婴儿所必需，因此，婴儿的必需氨基酸为9种。

非必需氨基酸并非不重要，其只是人体内可以合成或从其他氨基酸转变而来，它们对必需氨基酸的需要有一定的影响。例如体内的酪氨酸（非必需氨基酸）可由苯丙氨酸（必需氨基酸）转变而成，胱氨酸（非必需氨基酸）可由蛋氨酸（必需氨基酸）转变而来，因此，当膳食中酪氨酸及胱氨酸的含量丰富时，体内不必用苯丙氨酸及蛋氨酸来合成这两种非必需氨基酸，则苯丙氨酸和蛋氨酸的需要量可以保证。由于这种关系，有人将酪氨酸、胱氨酸等氨基酸称为“半必需氨基酸”。

在正常情况下，人体在蛋白质代谢过程中，每种必需氨基酸的需要和利用处在一定的范围之内。某一种氨基酸过多或过少都会影响另一些氨基酸的利用，故各种必需氨基酸之间应有一个适当的比例，以满足蛋白质合成的要求。

（三）分类

1.简单蛋白质

凡结构比较简单，单纯由20种α-氨基酸组成的蛋白则称为简单蛋白质。但必须指出，实际上所谓简单蛋白质，也有与少量非蛋白质结合的（如某些球蛋白中也含有少量糖）。

（1）清蛋白：

清蛋白又称白蛋白，存在于各种动植物细胞里，溶解度较大，能溶于水。如血浆清蛋白、乳汁清蛋白、卵清蛋白等。它们必须用全饱和的中性盐溶液才能使之沉淀。

（2）球蛋白：

微溶于水，极易溶于稀中性盐溶液中，如血清中各种球蛋白、豆类球蛋白、肌球蛋白，它们和清蛋白一样，分布十分广泛。人们可用半饱和的中性盐溶液使之沉淀。

（3）其他蛋白：

①谷蛋白不溶于水、乙醇或中性盐溶液，但能溶于稀酸、稀碱中。多存在于五谷，如米、麦类所含蛋白质中。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精蛋白亦称鱼精蛋白，首先在鱼精中发现，颇富于碱性氨基酸（如精氨酸、赖氨酸与组氨酸），故呈碱性，能溶于酸。例如鲑精蛋白。④组蛋白能溶于水及稀酸溶液。它也富于组氨酸与赖氨酸，故呈碱性。常在细胞核中与核酸结合。⑤硬蛋白是溶解度最小的蛋白质。不溶于水、稀酸、稀碱溶液。它为构成人类、动物或保护组织的主要成分，如结缔组织里的胶原蛋白，毛发、指甲和动物甲壳中的角蛋白，蚕丝中的丝心蛋白以及肌腱、韧带中的弹性蛋白等，都属于此类。

2.结合蛋白质

凡结构较复杂，组成除氨基酸外还有其他成分者称为结合蛋白质。其意指在结构中蛋白质与其他非蛋白基团结合。这些非蛋白基团则称为辅基。

（1）核蛋白：

由蛋白质与核酸结合而成。它存在于所有细胞里，尤以细胞核里含量较高。与遗传和蛋白质生物合成有密切关系。现在已知的病毒，几乎无一不是核蛋白。

（2）色蛋白：

由蛋白质与色素相结合而组成。如动物血中的血红蛋白，植物叶中的绿蛋白、细胞色素、黄素酶类等。它们都具有极为重要的生理功能。

（3）糖蛋白与蛋白多糖：

两者都是蛋白质与糖类相结合而构成的，但它们之间却又有区别，值得注意。糖蛋白是以蛋白质为主体，糖是它的辅基。例如唾液中的黏蛋白和细胞膜内的糖蛋白。近年来发现膜内糖蛋白与膜上受体有关。神经组织里的糖蛋白与其功能有关。因而特别引起人们对糖蛋白的莫大兴趣与重视。

蛋白多糖则是以多糖为主。在蛋白多糖里，糖的含量可高达95%，在动物结缔组织里，蛋白多糖、胶原蛋白和弹性蛋白是它的三大主要成分。

（4）磷蛋白：

它们是由蛋白质与磷酸结合而成。如乳汁中的蛋白，是幼小动物极重要营养物。或如蛋类的卵黄蛋白则是构成胚胎的重要成分。磷酸通常是与丝氨酸结合的。

（5）脂蛋白：

它们是蛋白质与脂类结合而成。例如血浆中的各种脂蛋白是体中脂类运输的形式，与脂肪的消化吸收，或动员利用有着密切关系。脂蛋白又是各种生物膜的主要成分，故不仅逐渐已为人所熟知，而且也已引起人们的高度重视。

二、蛋白质的功能

（一）构建与修补组织

蛋白质是构成人体组织与器官的主要成分之一，儿童青少年的生长发育是蛋白质持续摄入、合成与代谢的过程。只有摄入足够的蛋白质人体各组织的细胞蛋白质才能维持其不断更新。蛋白质广泛存在在身体的组织与器官中，如：皮肤、肌肉、头发、肌腱、韧带等，而肌肉是体内蛋白质含量最高的器官，对于肌肉的生成、代谢，以及肌肉受伤时的修护都有非常大的影响。其中含量最丰富的氨基酸为支链氨基酸，包含亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸三种，含量约占肌肉中氨基酸总量的20%，肌肉细胞需要这些氨基酸以利于蛋白质合成。

（二）调节生理功能

蛋白质在体内有重要的生理功能，例如体内的性激素、抗体、血浆蛋白质等，都有蛋白质的成分，参与机体的多项生理功能的调节。如果缺乏蛋白质，可直接影响到人体的各项生理功能，导致器官功能失衡。

（三）能量来源

每克蛋白质提供4kcal的热量，但人体在能量代谢上，优先使用来自碳水化合物和脂类的能量。正常情况下，一般不分解蛋白质用以供能。

三、蛋白质的消化、吸收与代谢

（一）蛋白质的消化、吸收

蛋白质在胃肠道经过消化、分解为最小分子氨基酸，才可以被吸收，参与消化的酶类如表2-6，分解后经由小肠吸收（少部分蛋白质未被消化吸收则排于粪便中）。肠道吸收的氨基酸，很快会进入肝脏，汇集成氨基酸代谢池，此时肝脏再把氨基酸合成重要的蛋白质。

（二）蛋白质的代谢

食物中蛋白质经胃肠道消化与吸收作用后，以小分子肽或氨基酸形式，经由肝门静脉进入肝脏中的氨基酸代谢池。除从饮食蛋白质来源之外，各组织细胞也会分解与合成蛋白质，分解出的氨基酸同样进入氨基酸代谢池中。而当身体细胞需要氨基酸时，氨基酸代谢池则提供细胞所需的氨基酸，因此氨基酸代谢池在体内是一个动态恒定；而细胞对体内氨基酸有以下利用途径：

1.合成作用

将氨基酸进行合成，形成人体所需功能性蛋白质，例如：合成非必需氨基酸、组织蛋白、神经传导物质等。

2.生成葡萄糖

当饮食碳水化合物供应不足时，人体细胞利用蛋白质及氨基酸的分解产物，通过糖异生作用合成葡萄糖以维持人体的正常血糖水平。

3.生成脂肪

当人体内蛋白质及氨基酸摄入过量时，氨基酸在肝脏中脱去氨基后，部分可以转换成脂肪并运送到脂肪组织进行存储。

4.供应能量

当长期禁食或饥饿时，身体无法获得充足的能量时，组织蛋白质会进行分解，氨基酸进行氧化作用以供应细胞所需能量。

以上利用途径，氨基酸在进行各项代谢时，需要进行脱氨基作用，才能进行后续的合成与代谢反应，而脱氨基作用会产生氨（NH₃），大部分的氨则在肝脏中可经由尿素循环代谢成尿素，尿素则由肾脏随尿液排出人体，如此才不会累积在血液循环系统中，对身体造成伤害。

四、食物蛋白质的营养价值及评价指标

各种食物中蛋白质的组成成分各异，其营养价值也各不相同。各种食物中蛋白质营养价值高低，受很多因素影响，主要是食物中蛋白质的数量和组成及性质。评价一种食品中蛋白质营养价值有许多方法，从“量”的角度测定食品中蛋白质的含量，从“质”的角度观察蛋白质被人体利用的程度。但任何一种方法都是以某一种现象，作为观察评定指标，所以往往有一定局限性，所表示的营养价值也是相对的，因此具体评价一种食品蛋白质营养价值时，应该采用不同方法综合分析。下面介绍几种主要的常用方法。

（一）食品中蛋白质含量

食品中蛋白质含量是评定一种食品蛋白质营养价值的基础指标。尽管食品中蛋白质含量的多少不能完全决定一种食品蛋白质营养价值的高低。不能脱离含量单纯考虑营养价值，因为即使某食品的蛋白质营养价值很高，但含量较低，亦不能满足人体需要，无法发挥优良蛋白质应有的作用。

食品蛋白质含量的测定一般可通过凯氏定氮法测定其含氮量。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），即为蛋白质含量。虽然各种食物蛋白质中含氮量略有差异，但按16%粗略计算，实际出入不大。

日常食物中，谷类每500g含蛋白质40g左右。豆类150g、蔬菜5～10g、肉类80g、蛋类60g、鱼类 50～60g。

（二）蛋白质消化率

蛋白质消化率是指食物蛋白质可被消化酶分解的程度。蛋白质消化率愈高，则被人体吸收利用的可能性越大，其营养价值也越高。食品中蛋白质的消化率可以蛋白质中能被消化吸收的氮的数量与该种蛋白质含氮总量的比值来表示：

蛋白质消化率=食物中被消化吸收氮的数量÷食物中含氮总量×100%

蛋白质真实消化率=［食物中含氮总量-（粪中排出氮量-肠道代谢废物氮）］÷食物中含氮总量×100%

粪中排出氮量代表食物中不能被消化吸收的氮，但因为粪中还有一部分氮来自脱落肠黏膜细胞和死亡的肠道微生物，故称为“肠道代谢废物氮”。这一部分氮并非来自未被消化吸收的蛋白质，故不能计入吸收蛋白质中未被消化吸收氮的数量。当受试人完全不吃含蛋白质食物时，测定其粪便中含氮量，即“肠道代谢废物氮”。一般肠道代谢废物氮为0.9～1.2g/d。在测定食物蛋白质消化率时，如将肠道代谢废物氮略去不计，则测得的结果称为表观消化率。由于表观消化率比实际消化率为低，所以对蛋白质营养价值作了较低的估计，而不是较高的估计，因此具有更大的安全系数，而且测定表观消化率较为简便，故一般多采用表观消化率。

按一般常用方法烹调食物时，蛋白质消化率在奶类为97%～98%，肉类为92%～94%，蛋类为98%，米饭为82%，面包为79%，马铃薯为74%，玉米面窝头66%。

上述消化率测定方法也适用于脂肪和碳水化合物等营养素。

（三）蛋白质的生物价

生物价是指食物蛋白质在体内被吸收的氮与吸收后在体内储留真正被利用的氮的数量比值，用以表示蛋白质被吸收后在体内被利用的程度。

蛋白质生物价=氮在体内的储留量÷氮在体内的吸收量×100%

氮的储留量=食物中含氮量-（粪中含氮量-肠道代谢废物氮）-（尿中含氮量-尿内源氮）

氮的吸收量=食物中含氮量-（粪中含氮量-肠道代谢废物氮）。

其中所谓尿内源氮是人体不摄蛋白质时，尿中所含有的氮，它是来自组织蛋白质分解。

生物价是表示蛋白质的生物价值最常用的方法。蛋白质的生物价受很多因素的影响。同一食物蛋白质可因实验条件不同，而出现不同的生物价。此外，蛋白质在膳食中占的比例和实验时间长短，都可影响食品的蛋白质生物价。例如蛋白质在膳食比例占总热能的8%，其生物价为91；蛋白质在膳食比例占总热能的12%时，其生物价为84；如果蛋白质在膳食比例占总热能的16%时，其生物价仅为62。因此，一般进行蛋白质生物价测定时，多用初断奶大鼠，膳食中蛋白质含量为10%。对不同蛋白质生物价进行比较时，应将实验条件统一，才较合理。

（四）蛋白质净利用率

蛋白质净利用率表示摄入蛋白质在体内被利用情况，即在一定条件下，在体内储留的蛋白质在摄入蛋白质中所占的比例。事实上蛋白质净利用率即将蛋白质生物价与消化率结合起来，评定食物蛋白质的营养价值，目前使用较多。

蛋白质净利用率=氮储留量÷氮摄入量×100%

并可简化为蛋白质净利用率=生物价×消化率

（五）蛋白质功效比值

用以测定生长发育中的幼小动物每摄入1g蛋白质所增加的体重克数来表示蛋白质在体内被利用的程度。一般可将初断奶的大鼠用含9%蛋白质的饮料喂养28天，然后计算相当动物摄入每1g蛋白质所增加的体重。增加较多者，蛋白质营养价值亦较高。

蛋白质功效比值=动物体重增加克数÷摄入食物蛋白克数

蛋白质功效值有一定特点，其数值并不与受试蛋白质的营养价值成正比。例如一种蛋白质功效值为1.5，而其营养价值并不相当于功效值为3.0的蛋白质的50%。但相对蛋白质值可克服这一缺点。

（六）食物蛋白质必需氨基酸含量与氨基酸评分

不同食物蛋白质中所含氨基酸的种类和数量都不同，一方面是所含必需氨基酸的种类越多，含量越高，则蛋白质的营养价值也越高。但更重要的一方面是由于人体所需的氨基酸的种类及其相互比值是一定的，所以一种营养价值较高的蛋白质不仅所含必需氨基酸的种类齐全，含量丰富，而且必需氨基酸数量相互间的比例也要适宜，与人体的需要相符合。反之，即使必需氨基酸含量较多，但相互比例与人体需要不相适应，其营养价值也较低。如果某一种或几种必需氨基酸缺少或数量不足，就使食物蛋白质合成为人体蛋白质的过程受到限制，亦即限制了此种蛋白质的营养价值，这一种或几种氨基酸就称为限制氨基酸。而且，在一种蛋白质中，如果某一种氨基酸含量超过一定水平，则此种蛋白质在人体中的利用也将受到影响。这一现象是由于氨基酸不平衡所引起。当蛋白质摄入量较低时，此种现象尤为明显。

为了评定食物蛋白质的营养价值，通常将鸡蛋蛋白质或人奶中所含氨基酸相互比例作为参考标准，因为这两种蛋白质是已知营养最好的蛋白质，它们的生物价最接近100，即在体内将近100%可被利用。通常将鸡蛋蛋白作为参考蛋白质，并根据它所含必需氨基酸的构成比例提出参考氨基酸构成比例。有时为了方便，也可将其中含量最少的色氨酸作为1，并计算出其他必需氨基酸的相应比例（表2-7），评定一种蛋白质的营养价值时，可将其必需氨基酸含量逐一与此种参考氨基酸构成比例相比较，并按下式计算其氨基酸构成比例评分。

蛋白质的氨基酸评分=每克待评蛋白质中某种必需氨基酸量（mg）÷每克参考蛋白质中某种必需氨基酸量（mg）

此种评分一般亦可简称为氨基酸评分或“蛋白质评分”或“化学分”。

一种蛋白质的氨基酸评分越接近100，表示其含量越接近人体的需要。从理论上来说，评定一种食物蛋白质营养价值时，应当根据其8种必需氨基酸的构成比例计算其氨基酸来全面综合评定。事实上，目前实际工作只采用赖氨酸，含硫氨基酸或色氨酸中的一种即可。因为这3种氨基酸在普通食物或膳食中是主要的限制氨基酸。此种评定方法，目前国际上采用较多。

五、膳食中蛋白质摄入量与人体必需氨基酸需要量

确定人体对蛋白质的需要量一般有两种途径。一种是测定在能量供给充足的情况下，膳食中不含蛋白质量，通过尿、粪和皮肤所排出的氮的数量，即内源性代谢氮的量。同时，还要确定人体合成组织细胞形成时所需要的氮量，两者相加，即为人体对氮的最低生理需要量。另一种途径是测成人维持氮平衡或儿童能满足正常生长发育所需的最低氮量，并以此作为人体对氮的最低生理需要量。然后在满足此种最低生理需要基础上，增加一定数量，作为摄入量。

一般来说，蛋白质摄入量应占热量摄入量的10%～14%；儿童少年应为12%～14%，以保证生长发育的需要；成人维持正常生理功能10%～12%即可。

随着劳动强度的增强，膳食中热能摄入量也随之增加，膳食中蛋白质摄入量也将相应增多。但体力劳动强度增加时，所增加的热能消耗，应该主要来自富含碳水化合物的谷类食品，因此，来自蛋白质的热能所占比重可相对较少，达到10%即可。至于劳动强度增加时，是否可影响人体对蛋白质的需要量以及蛋白质摄入量是否应随之增加的问题，目前尚无定论，所以可暂不考虑。

当制定个体蛋白质的摄入量时，应该考虑提供足量的碳水化合物和脂肪。如果热能供给不足，则膳食中蛋白质不能有效地被利用，甚至不能维持平衡状态，则人体中原有蛋白质将分解燃烧并给能量，弥补其他能量来源不足。所以必须对人体供给充足的能量，才能发挥蛋白质应有的作用。

六、膳食中蛋白质的来源

动物性食物是优质蛋白质的主要来源，植物性食物中大豆及其制品也是优质蛋白质的来源。常见含蛋白质较多的食物为肉类和鱼类，其蛋白质含量一般为10%～30%；奶类的蛋白质含量一般为1.5%～3.8%；蛋类的蛋白质含量一般为11%～14%；干豆类的蛋白质含量一般为20%～49.8%，这是植物性食物中含量较高的；坚果类如花生、核桃、莲子等含有15%～26%的蛋白质，其他坚果类的蛋白质含量一般为6%～19%；而薯类的蛋白质含量一般为2%～3%。蛋白质的供给，除了粮食作物中的蛋白质外，还应考虑有一定比例的动物性蛋白与豆类蛋白，动物性蛋白如能争取达到占蛋白量的20%～30%，则对蛋白质的利用与效果将会有更大的好处。但要注意烹饪方法对蛋白质营养价值的影响。

（邬晓婧）