第三节　蛋白质

蛋白质是由氨基酸通过肽键链接起来的生物大分子，相对分子质量可达到数万甚至百万，并具有复杂的立体结构。它是生物体细胞和组织的基本组成成分，是各种生命活动中起关键作用的物质。而且蛋白质在遗传信息的控制、高等动物的记忆及识别等方面都具有十分重要的作用。

一、蛋白质的组成和分类

1.蛋白质的组成

构成蛋白质的元素除了碳、氢、氧、氮4种元素外，有的蛋白质还含有硫和磷，此外，在少量的蛋白质中还含有铁（如肌红蛋白）、铜（如铜蓝蛋白、细胞色素C氧化酶等）、锌（如输氧的碳酸酐酶、骨骼生长所需的碱性磷酸酶）、碘等微量元素。

2.蛋白质的分类

蛋白质种类繁多，功能各异，不同研究领域有不同的分类方法。食品营养学中，根据蛋白质营养价值的高低，常用以下分类方法：

（1）完全蛋白质　这类蛋白质含有人体生长所需要的各种氨基酸，且氨基酸比例接近人体需要，当这类蛋白质为唯一蛋白质来源时，能促进机体健康生长。动物来源的蛋白质大多为完全蛋白质，如奶中的酪蛋白、乳白蛋白，蛋类中的卵白蛋白、卵黄磷蛋白，肉类中的白蛋白、肌蛋白和大豆中的大豆蛋白等。

（2）不完全蛋白质　这类蛋白质缺少一种或几种人体所需的氨基酸，当仅用这种蛋白质作为唯一蛋白质来源时，它不能促进机体生长，甚至不能维持其生存，如玉米胶蛋白、动物结缔组织、蹄筋胶质及由动物皮等制得的白明胶等。

（3）半完全蛋白质　介于上述两种蛋白质之间，含有人体所必需的各种氨基酸，但氨基酸组成比例不平衡。以其作为唯一蛋白质来源时，能维持机体生命，但不能促进机体生长发育，如小麦、大麦中的麦胶蛋白等。

二、蛋白质的生理功能

1.构成和修补人体组织

作为基础物质构成机体和生命是蛋白质的最重要的作用。蛋白质是构成生物细胞原生质的重要组成成分。人体内很多的酶类、激素、各种抗体、肌动球蛋白、血红蛋白、肌红蛋白、核蛋白等都是由蛋白质构成。

人体组织中的蛋白质始终处于合成和分解的动态平衡之中，人体每天约有3％的蛋白质参与代谢，不同年龄的人合成代谢速度不同，婴幼儿和儿童蛋白质的代谢速度最快。机体生长发育及补充新陈代谢所损失的氮，都需要从食物中获得氮源，食物只有提供含必需氨基酸种类齐全、配比适当的蛋白质，才能保证机体的生长和发育。

2.调节体液和维持酸碱平衡

机体细胞内、外液的渗透压必须保持平衡，这种平衡是由蛋白质和电解质的相互调节而达到的。当人体摄入蛋白质不足时，血浆蛋白浓度减低，渗透压下降，水无法全部返回血液循环系统而积蓄在细胞间隙内，就会出现水肿。同时，蛋白质是两性物质，能维持血液的酸碱平衡。

3.增强免疫力

人体的免疫物质主要是由白细胞、抗体、补体等构成，合成白细胞、抗体、补体需要充足的蛋白质。吞噬细胞的作用与摄入蛋白质数量有密切关系，大部分吞噬细胞来自骨髓、脾、肝、淋巴组织，体内缺乏蛋白质，这些组织显著萎缩，制造白细胞、抗体和补体的能力大为下降，使人体对疾病的免疫力降低，易于感染疾病。

4.提供能量

当碳水化合物或脂肪所供热能不足或蛋白质摄入量超过体内蛋白质更新的需要时，蛋白质也是热能来源。每克蛋白质可提供17.1kJ（4kcal）的热能。但蛋白质在体内的主要功能不是供能，而且，利用蛋白质作为能量的来源也是很不经济的。

三、氨基酸与必需氨基酸

根据机体氨基酸的来源不同，营养学上氨基酸分为必需氨基酸、条件必需氨基酸及非必需氨基酸。

1.必需氨基酸和非必需氨基酸

组成人体蛋白质的20多种氨基酸中，已确定8种人体自身不能合成或合成速度不能满足机体需要，必须从食物中获得的氨基酸，称为必需氨基酸，包括赖氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苏氨酸。此外，组氨酸和精氨酸是婴儿营养所必需的。非必需氨基酸并非机体不需要，只是因为体内能自行合成，或者可由其他氨基酸转变而来，可以不必由食物供给。

2.条件必需氨基酸

除了必需氨基酸和非必需氨基酸之外还存在着第三类氨基酸，称为“条件必需氨基酸”。这类氨基酸有两个特点：第一，它们在合成中用其他氨基酸作为氮的前体，并且只限于某些特定的器官，这是与非必需氨基酸在代谢上的重要差别；第二，它们合成的最大速度可能是有限的，并可能受发育和病理生理因素所限制。例如，半胱氨酸在体内可部分代替蛋氨酸，因为机体是利用蛋氨酸来合成半胱氨酸。同样，由于苯丙氨酸在代谢中可以参与合成酪氨酸，故酪氨酸亦可代替部分苯丙氨酸。因此，当膳食中半胱氨酸及酪氨酸的含量丰富时，体内即不必耗用蛋氨酸和苯丙氨酸来合成这两种氨基酸，则人体对蛋氨酸和苯丙氨酸的需要量可分别减少30％和50％。所以，人们将半胱氨酸和酪氨酸称为“条件必需氨基酸”或“半必需氨基酸”。在计算食物必需氨基酸组成时，常将蛋氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸合并计算。

3.限制氨基酸

如某一种或某几种必需氨基酸缺少或数量不足，将使食物蛋白质合成机体蛋白质的过程受到限制，也因此限制了此种蛋白质的营养价值。将食物蛋白质中各种必需氨基酸的数量与人体需要量模式进行比较，相对不足的氨基酸称为限制氨基酸，其中含量最低的称为第一限制氨基酸，其次称为第二限制氨基酸，其他的以此类推。食物中主要的限制氨基酸为赖氨酸和蛋氨酸。在谷物蛋白质和一些其他植物蛋白质中，赖氨酸含量较低，在大豆、花生等蛋白质中，蛋氨酸的含量相对不足。正因如此，在一些焙烤食品，特别是以谷类为基础的婴幼儿食品中常要添加适量的赖氨酸予以强化。几种常见食用植物蛋白质中的限制氨基酸见表2.3。

4.必需氨基酸模式

构成人体各种组织蛋白质的氨基酸间有一定的比例，为了满足蛋白质合成的要求，膳食蛋白质所提供的必需氨基酸除数量充足外，各种必需氨基酸之间应有一个适宜的比例。这种必需氨基酸之间相互搭配的比例关系称为必需氨基酸模式。计算方法是将该种蛋白质中的色氨酸含量定为1，分别计算出其他必需氨基酸的相应比值，这一系列的比值就是该种蛋白质的氨基酸模式。几种食品蛋白质的必需氨基酸模式见表2.4。

四、氨基酸、蛋白质与人体健康

食物的种类千差万别，各种食物的蛋白质含量、氨基酸模式也都不一样。评价食物中蛋白质营养价值高低受很多因素影响，主要包括食品中蛋白质的含量、组成与性质。总的说来，一是从“量”的角度，二是从“质”的角度来进行综合评价。

1.食物中蛋白质的含量

蛋白质含量是食物蛋白质营养价值的基础，虽然含量不等于质量，但是没有一定的数量，再好的蛋白质其营养价值也是有限的。食物中蛋白质含量测定一般用微量凯氏定氮法，先测定食物中的氮含量，再乘以由氮换算成蛋白质的换算系数，就可以得到食物蛋白质的含量。一般来说，各种蛋白质含氮量比较接近，约占蛋白质质量的16％，由氮计算蛋白质的换算系数为6.25，食物中蛋白质含量换算公式为：

粗蛋白质的质量分数（含量）=氮的质量分数（％）×6.25

2.蛋白质的消化率

蛋白质消化率（digestibility）是指一种食物蛋白质可被消化酶分解的程度。蛋白质消化率越高，则被机体吸收利用的可能性越大，营养价值也越高。食物中蛋白质的消化率可由人体或动物实验测得，以蛋白质中能被消化吸收的氮的量与该种蛋白质含氮量的比值来表示。蛋白质的消化率为：

粪氮指食物中不能被消化吸收的氮。

粪代谢氮指受试人完全不吃含蛋白质的食物时，测定其粪便中的含氮量。

表观消化率在实际应用中往往不考虑粪代谢氮，这样不仅试验方法简单，而且因所测得的结果比真消化率要低，具有一定安全性。几种食物蛋白质的消化率见表2.5。

3.蛋白质的利用率

蛋白质的利用率指食物蛋白质被消化、吸收后在体内被利用的程度。测定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。

（1）蛋白质生物价　蛋白质生物价（biological value，BV）以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氮的数量比来表示，即蛋白质被吸收后在体内被利用的程度。

尿内源氮指机体不摄入蛋白质时，肠内所含有的氮，来自组织蛋白质的分解。

生物价对指导蛋白质互补以及肝、肾病患者的膳食很有意义。对肝、肾病患者来讲，生物价高，表明食物蛋白质中氨基酸主要用来合成人体蛋白，极少有过多的氨基酸经肝、肾代谢而释放能量或由尿排出多余的氮，从而大大减轻肝、肾的负担，有利于其恢复。

（2）蛋白质净利用率　蛋白质净利用率（net protein utilization，NPU）以机体的氮储留量与氮食入量之比表示蛋白质实际被利用的程度。因为考虑了蛋白质在消化、利用两个方面的因素，因此更为全面。

（3）蛋白质功效比　蛋白质功效比（protein efficiency ratio，PER）是用幼小动物体重的增加与所摄食的蛋白质之比来表示将蛋白质用于生长的效率。由于所测蛋白质主要被用来提供生长之所需，所以该指标被广泛用作婴儿食品中蛋白质的评价。

此法通常用生后21～28天刚断乳的大鼠（体重50～60g），以含受试蛋白质10％的合成饲料饲喂28天来测定。该法简便实用，已被美国公职分析化学家协会（AOAC）推荐为评价食物蛋白质营养价值的必测指标，其他国家也广泛应用。

由于同一种食物蛋白质，在不同的实验室所测得的PER值重复性不佳，故通常设酪蛋白对照组，并将酪蛋白对照组的PER值换算为2.5，然后进行校正。

几种常见食物蛋白质的PER值，全鸡蛋为3.92、牛乳为3.09、鱼为4.55、牛肉为2.30、大豆为2.32、精制面粉为0.60、大米为2.16。

（4）相对蛋白质值　相对蛋白质值（relative protein value，RPV）是动物摄入待评蛋白的剂量（生长曲线A）和摄入参考蛋白的剂量（生长曲线B）之比，即

将受试食物的蛋白质按3～4种不同剂量喂养刚断乳大鼠（6只/组），用大鼠体重增加质量（g）与受评蛋白的进食质量（g）求得回归方程，如方程为Y1=2.35X1-0.36；同时用同样方法以乳白蛋白（参考蛋白）喂养动物，求得参考蛋白回归方程，假定是Y1=4.12X1-0.28，则待评蛋白的相对蛋白质值为RPV=（2.35/4.12）×100=57。由待评食物蛋白质测得的回归方程，斜率越大，蛋白质利用率越高。

（5）氨基酸评分法　氨基酸评分法（amino acid score，AAS）是一种广为采用的食物蛋白质营养价值评价法，它反映了食物蛋白质与人体蛋白质构成模式的接近程度。以生物学价值最高的鸡蛋蛋白质作为参考蛋白质，计算出每克待测食物蛋白质中每种必需氨基酸的含量占等量参考蛋白质中该氨基酸含量的百分数，此百分数即为氨基酸评分。食物蛋白质氨基酸模式与人体蛋白质构成模式越接近，其营养价值越高。计算公式如下：

食物蛋白质的第一限制性氨基酸评分值即为食物蛋白质的最终氨基酸分。显然，由于婴儿、儿童和成人的必需氨基酸需要量不同，对于同一蛋白质的氨基酸评分亦不相同。不同人群需要的氨基酸评分模式见表2.6。

氨基酸评分的优点是方法比较简单，缺点是对食物蛋白质的消化率还欠考虑。因此，在20世纪90年代初FAO/WHO通过了一种新的方法，即经消化率修正的氨基酸评分（protein digestibility corrected amino acids core，PDCAAS）。这种方法代替蛋白质功效比，适用于对除了孕妇和1周岁以下婴儿以外的所有人群的食物蛋白质进行评价，表2.7是几种食物蛋白质的经消化率修正的氨基酸评分。计算公式如下：

PDCAAS=氨基酸评分×真消化率

从氨基酸评分可以说明，鸡蛋、牛乳的蛋白质构成最接近人体蛋白质需要模式，故在天然食物中蛋白质营养价值很高，而植物性的食物往往缺少某种氨基酸，营养价值相对较低。

除了上述方法和指标外，还有一些蛋白质营养评价方法和指标，如相对蛋白质比值（relative protein value，RPV）、净蛋白质比值（net protein ratio，NPR）、氮平衡指数（nitrogen balance index，NBI）等，一般使用较少，这里不再详述。

五、蛋白质的供给量和食物来源

1.蛋白质的供给量

根据我国的饮食习惯、膳食构成以及各年龄段人群的蛋白质代谢特点，我国营养学会推荐了中国居民膳食蛋白质推荐摄入量，按此推荐量摄入蛋白质是较为安全和可靠的。从能量角度，蛋白质供给体内的热量占总热量的11％～14％为好，其中成人为11％～12％，儿童和青少年因处于生长发育时期应适当高些，为13％～14％，老年人为15％，可防止负氮平衡出现。蛋白质的需要量与能量不同，满足蛋白质的需要和大量摄食蛋白质引起有害作用的量相差甚大。一般情况下，一个健康人摄取比推荐的摄入量高2～3倍的蛋白质均无不利影响。

通过整合分析相关的研究数据，WHO在2007年发布的“Technical Report Series 936:Protein and amino acid requirements in humann utrition”中修订了不同人群的蛋白质需要量，其中健康成年人氮的需要量中值是105mg/（kg·天）［相当于0.66g/（kg·天）蛋白质］。对于能够覆盖97.5％人群的需要量分别是氮元素133mg/（kg·天）、蛋白质0.83g/（kg·天）。均比1985年FAO/WHO/UNN提出的相应值高约10％。对于早、中、晚孕期，每天分别增加1g、9g和31g蛋白质。

研究蛋白质需要量的方法依照年龄的不同而不同：对婴儿是以母乳为基础的测量方法；对成人来说主要有两种，一是要因加算法，二是氮平衡法。

（1）要因加算法　基本原理是以补偿从尿、粪便、皮肤以及其他途径排除的必然丢失氮为基础，再加上诸多因素来确定蛋白质需要量的方法。

（2）氮平衡法　该法通常以健康人为实验对象，给予不同水平的蛋白质膳食，收集每日排出氮；根据摄入氮和排出氮数据，求出直线回归方程；该回归方程式的斜率与氮平衡为零时的交叉点（截距）即为蛋白质需要量。此法常用于蛋白质代谢、机体蛋白质营养状况评价和蛋白质需要量的研究。

2.蛋白质的食物来源

动物性食品蛋白质质量较高，畜、禽、肉和鱼类蛋白质含量为16％～20％，蛋类为11％～14％，鲜乳类为2.7％～3.8％。植物性食品蛋白质含量较高的是干豆类，为20％～40％，花生、核桃等坚果为15％～30％，薯类为2％～3％，谷物为7％～10％。植物蛋白质生理价值一般较动物蛋白质低，但对于我国居民来讲，植物蛋白是重要的蛋白质来源。

我国居民的膳食主要以谷类为主，大约一半以上来自于粮谷类。但是从营养学的角度讲，单纯摄入谷类蛋白是不合理的。因此，为提高日常膳食中蛋白质的营养价值，应当注意食物多样化，精粗兼用，防止偏食，适当摄入动物性蛋白质和大豆制品，充分发挥多种蛋白质的互补作用，提高蛋白质的利用率。