第四章 蛋白质——赖以生存的营养素

第一节 蛋白质的消化吸收及代谢

一、蛋白质的消化

蛋白质未经消化不易吸收，有时某些抗原、毒素蛋白可少量通过黏膜细胞进入体内，会产生过敏、毒性反应。一般情况下，食物蛋白质水解成氨基酸及小肽后方能被吸收。由于唾液中不含水解蛋白质的酶，所以食物蛋白质的消化从胃开始，但主要在小肠。

（一）胃内消化

胃内消化蛋白质的酶是胃蛋白酶（pepsin）。胃蛋白酶是由胃黏膜主细胞合成并分泌的胃蛋白酶原（pepsinogen）经胃酸激活而生成的；胃蛋白酶也能再激活胃蛋白酶原生成新的胃蛋白酶。胃蛋白酶的最适宜作用的pH值为1.5～2.5，对蛋白质肽键作用的特异性较差，主要水解芳香族氨基酸、蛋氨酸或亮氨酸等残基组成的肽键。胃蛋白酶对乳中的酪蛋白（casein）有凝乳作用，这对婴儿较为重要，因为乳液凝成乳块后在胃中停留时间延长，有利于充分消化。

（二）小肠内消化

食物在胃内停留时间较短，蛋白质在胃内消化很不完全，消化产物及未被消化的蛋白质在小肠内经胰液及小肠黏膜细胞分泌的多种蛋白酶及肽酶的共同作用，进一步水解为氨基酸。所以，小肠是蛋白质消化的主要部位。蛋白质在小肠内消化主要依赖于胰腺分泌的各种蛋白酶，可分为2类：（1）内肽酶（endopeptidase）可以水解蛋白质分子内部的肽键，包括胰蛋白酶、糜蛋白酶和弹性蛋白酶；（2）外肽酶（exopeptidase）可将肽链末端的氨基酸逐个水解，包括氨基肽酶（aminopeptidase）和羧基肽酶（carboxypeptidase）。肠黏膜细胞的刷状缘及细胞液中还存在一些寡肽酶（oligopeptidase）。例如，氨基肽酶及二肽酶（dipeptidase）等。氨基肽酶从肽链的末端逐个水解释放出氨基酸，最后生成二肽。二肽再经二肽酶水解，最终生成氨基酸。

二、蛋白质的吸收

（一）氨基酸和寡肽的吸收

经过小肠腔内和膜的消化，蛋白质被水解为可被吸收的氨基酸和2～3个氨基酸的小肽。过去认为只有游离氨基酸才能被吸收，现在发现2～3个氨基酸的小肽也可以被吸收。

（二）整蛋白的吸收

在低等动物，吞噬是摄入大分子的基本方式。而在高等动物，只有在胚胎动物仍保持这种低级的原始机制。例如，母乳中的抗体可通过肠黏膜细胞的吞噬作用传递给婴儿。关于成年人对整蛋白吸收问题已有许多研究。有人将胰岛素和胰蛋白酶抑制剂同时注入大鼠的隔离肠袢，发现可引起血糖降低，说明有一部分胰岛素被吸收；人的血液中存在食物蛋白质的抗体，这说明食物蛋白质可进入血液而起抗原的作用。但一般认为，大分子蛋白质的吸收是微量的，无任何营养学意义，只是应当注意肠内细菌的毒素、食物抗原等可能会进入血液成为致病因子。

第二节 蛋白质的营养作用及评价

蛋白质（protein）是化学结构复杂的一类有机化合物，是人体的必需营养素。蛋白质一词源于希腊文的proteios，是“头等重要”的意思，表明蛋白质是生命活动中头等重要物质。现已证明，生命的产生、存在和消亡都与蛋白质有关，蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。

人体的神经、肌肉、血液、骨骼、甚至毛发没有一处不含蛋白质。人体的新陈代谢是通过成千上万种化学反应来实现的，而这些反应都需要酶来催化，酶能在正常体温下，广泛参加人体各种各样的生命活动。如肌肉收缩、血液循环、呼吸、消化、生长、发育和繁殖以及各种各样的思维活动。如果没有酶的参加，生命活动就无法进行。而这些具有各种各样特异作用的酶，和调节生理功能的一些激素一样，本身也是蛋白质。由此可见，在生命活动中蛋白质是无处不存在的，而且具有多种多样的重要功能。

一、蛋白质的生理功能

（一）蛋白质是构成组织和细胞的重要成分

如肌肉、骨骼及内脏主要由蛋白质组成。一切细胞的原生质都以蛋白质为主，动物的细胞膜及细胞间质也主要由蛋白质组成。

（二）用于更新和修补组织细胞

蛋白质是构成细胞、组织和器官的主要材料。体内组织的生长（胎儿、儿童等）、细胞更新（红细胞、皮肤细胞）与组织破损修复（烧伤、外科手术）等都需要新的蛋白质的合成，所以，蛋白质不足，儿童发育便会受到影响；成人则会发生体质下降，易患疾病，病后不易恢复等现象。

（三）参与物质代谢及生理功能的调控

机体的新陈代谢是通过成千上万种化学反应来实现的，而这些反应都需要酶来催化，酶能在正常体温下，广泛参加人体各种各样的生命活动。如肌肉收缩、血液循环、呼吸、消化、生长、发育和繁殖以及各种各样的思维活动。如果没有酶的参加，生命活动就无法进行。

（四）氧化供能

虽然蛋白质的主要功能不是供给能量，但当食物中蛋白质的氨基酸组成和比例不符合人体的需要，或摄入蛋白质过多，超过身体合成自身蛋白质的需要时，多余的食物蛋白质就会被当作能量来源氧化分解放出热能。此外，在正常代谢过程中，衰老的组织和细胞中的蛋白质也会分解释放出能量。每克蛋白质可产生16.7kJ（4kcal）热能。蛋白质的供能作用，一般可由糖、脂肪的供能作用所代替。所以，蛋白质不是机体的主要供能物质，但在长期饥饿或长时间较大强度运动时，蛋白质可参与供能。

（五）其他功能

蛋白质大分子的胶体性质，可调节细胞内水的平衡；蛋白质带电的性质，使其既可结合氢离子，也可释放氢离子。所以，蛋白质是体内缓冲体系的组成成分，对维持体内的酸碱平衡发挥重要作用。此外，随着科学研究的深入，蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性、神经冲动的发生和传导以及高等动物的记忆等方面的作用已逐渐确立。

总之，在生命活动中蛋白质是无处不存在的，而且具有多种多样的营养功用。生物体一旦失去蛋白质，那么一切生命活动即将停止。所以说，蛋白质是生命活动的执行者。

二、蛋白质分类及营养评价

（一）蛋白质分类

氨基酸（amino acid）是组成蛋白质的基本单位，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种。基本元素组成为碳（50%～55%）、氢（6%～7%）、氧（19%～24%）、氮（13%～19%），且平均含氮量16%。因此在任何生物样品中，每克氮相当于6.25g蛋白质（即100 ÷16），其折算系数为6.25。只要测定生物样品中的含氮量，就可以算出其中蛋白质的大致含量：

样品中蛋白质的百分含量（g%）=每克样品中含氮量（g）×6.25×100%。

在人体和食物蛋白质的20余种氨基酸中，只有一部分可以在体内合成，其余的则不能合成或合成速度不够快。不能合成或合成速度不够快的氨基酸，必须由食物供给，故称为必需氨基酸（essential amino acid）；能在体内合成的则称为非必需氨基酸（nonessential amino acid）。非必需氨基酸也是人体需要，但可在体内合成，食物中缺少了也无妨。已知人体的必需氨基酸有8种，它们是赖氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸和色氨酸。对于儿童来讲，组氨酸也是一种必需氨基酸。

氨基酸除了必需与非必需氨基酸之外还有第3类氨基酸，即“条件必需氨基酸”（conditionally essential amino acid）。半胱氨酸和酪氨酸在体内可分别由蛋氨酸和苯丙氨酸转变而成，如果膳食中能直接提供这2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，半胱氨酸和酪氨酸称为条件必需氨基酸或半必需氨基酸（semiessential amino acid）。

1．蛋白质在营养学上的分类

食物蛋白质的营养价值取决于所含氨基酸的种类和数量，所以在营养上尚可根据食物蛋白质的氨基酸组成，分为完全蛋白质、半完全蛋白质和不完全蛋白质3类。

完全蛋白所含必需氨基酸种类齐全、数量充足、比例适当，不但能维持成人的健康，并能促进儿童生长发育，如乳类中的酪蛋白、乳白蛋白，蛋类中的卵白蛋白、卵磷蛋白，肉类中的白蛋白、肌蛋白，大豆中的大豆蛋白，小麦中的麦谷蛋白，玉米中的谷蛋白等。

半完全蛋白所含必需氨基酸种类齐全，但有的氨基酸数量不足，比例不适当，可以维持生命，但不能促进生长发育，如小麦中的麦胶蛋白等。

不完全蛋白所含必需氨基酸种类不全，既不能维持生命，也不能促进生长发育，如玉米中的玉米胶蛋白，动物结缔组织和肉皮中的胶质蛋白，豌豆中的豆球蛋白等。

二、氨基酸模式及限制氨基酸

（一）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。几种食物蛋白质和人体蛋白质氨基酸模式，见表4-1。

（二）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、鱼等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，因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（reference protein）。而食物蛋白质中一种或几种必需氨基酸含量相对较低，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（limiting amino acid）。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、蛋白质营养评价

食物蛋白质的营养价值，取决于其含量、成分以及在体内的消化吸收、利用等情况。可根据以下几方面综合评定。

（一）蛋白质含量

蛋白质在量上满足人体十分必要。因此，我们选择蛋白质食物，首先应考虑蛋白质含量的多少。如果食物中蛋白质含量很少，即使营养价值很高，也不能满足人体需要。在常用的每100g食物中，肉类含蛋白质10～20g；鱼类含15～20g；全蛋含13～15g；豆类含20～30g；谷类含8～10g；蔬菜、水果含1～2g；动物性食物比植物性食物含量多，豆类含量很多，质上比动物性食物也不差。

（二）消化率

蛋白质的消化率反映某种食物蛋白质被机体吸收的程度。蛋白质被人体消化、吸收得越彻底，其营养价值就越高。蛋白质的消化率可用下式表示：

蛋白质消化率=（被吸收的氮量÷食物含氮量）×100%

食物品种、烹调加工、消化酶的作用等因素可影响食物蛋白质的消化率。植物蛋白质的消化率（平均为78%）低于动物蛋白质（平均为92%），是由于植物蛋白质被植物纤维包围，防碍与消化酶充分接触。有的食物含有防碍蛋白质消化的因素，如大豆中的抗胰蛋白酶，蛋清中的抗生物素等，因而使蛋白质的消化率降低。烹调加工可以去除植物纤维素或使其软化，加热可破坏抗胰蛋白酶等防碍消化的物质，因而可以提高蛋白质的消化率。如整粒大豆的消化率为60%，做成豆腐、豆浆后可提高到90%。其他蛋白质在煮熟后吸收率也能提高，如乳类为98%，肉类为93%，蛋类为98%，米饭为82%。蒸煮一般对提高消化率较好，但过高温的煎炸不仅可降低消化率，还会破坏氨基酸，降低蛋白质的营养价值。

（三）蛋白质生物价

生物价是营养学的一个专用术语，主要用来评价蛋白质的价值，它表示食物中的蛋白质成分在人体内真正被利用的程度，因此也叫蛋白质的生理价值。生物价可用下式表示：

蛋白质生物价=（氮在体内储留量÷氮在体内吸收量）×100%

一般情况下，生物价越高的蛋白质食物，被机体利用程度高，其营养价值也越高。动物蛋白质的生物价一般比植物蛋白质高。常用食物蛋白质的生物价如下表（表4-2）。蛋白质的生物价主要取决于其中氨基酸含量的相互比值。

（四）蛋白质所含氨基酸的种类和数量

在饮食中对蛋白质的需求，实际上就是对氨基酸的需求，而人体通过食物蛋白质所补充的主要是一些机体不能自身合成的必需氨基酸。通常，机体在蛋白质的代谢过程中，对每种必需氨基酸的需要和利用都是按一定比例进行的。某一种氨基酸过多或过少都会影响其余氨基酸的利用。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。因此，吸收后的氨基酸只有在数量和种类上都能满足人体需要，身体才能利用它们合成自身的蛋白质。

显然一种蛋白质中若所含的必需氨基酸都充足，并且相互间的比例又接近于人体蛋白质必需氨基酸相互间的比例关系，那么这种蛋白质非常容易被机体所利用，其营养价值也越高。相反，若一种蛋白质缺乏一种或几种必需氨基酸，单独食用时，无论摄入多少，都不能构成人体蛋白质，不能促进婴幼儿的生长发育，这种蛋白质的生理价值就低。

（五）蛋白质的互补作用

2种或2种以上食物蛋白质混合食用，其中所含有的必需氨基酸取长补短，相互补充，达到较好的比例，从而提高蛋白质利用率的作用，称为蛋白质互补作用（protein complementary action）。例如，玉米、小米、大豆单独食用时，其生物价分别为60、57、64，如按23%、25%、52%的比例混合食用，生物价可提高到73，如将玉米、面粉、干豆混合食用，蛋白质的生物价也会提高。这是因为玉米、面粉、小米、大米蛋白质中赖氨酸含量较低，蛋氨酸相对较高；而大豆中的蛋白质恰恰相反，混合食用时赖氨酸和赖氨酸两者可相互补充；若在植物性食物的基础上再添加少量动物性食物，蛋白质的生物价还会提高。

四、运动训练对蛋白质的需求及影响因素

运动员较正常人来说，具有较高的蛋白质需求量。但运动员对蛋白质的需求量差异变化很大，因此要针对运动训练情况、年龄、运动项目等，综合来制定膳食计划。比如说现今的体重、能量总摄入量、是否需要增体重或是减体重、碳水化合物的可用程度、训练的强度和持续时间、训练的基本情况、日常饮食中摄入蛋白质的多少，以及年龄的不同，在计算蛋白质和制订膳食计划的时候，都应该考虑到。

（一）不同项目蛋白质需要

最早也是最有效的决定个体蛋白质需求的方法是通过体重来计算日常需求量。对一般人来说，日常的推荐摄食量为每千克体重摄入0.8～1.0g蛋白质。现在大多数研究都建议运动员要比常人摄入更多的蛋白质，但是摄入量的范围还是存在争议的。

从事力量训练的个体，从体外获得的蛋白质，一部分用来维持体内的氮平衡，防止肌肉组织降解，以及在抗阻训练中和训练后增加蛋白质的合成等作用。目前对于力量运动员蛋白质的推荐量是1.4～2.0g/kg体重，也有的人认为上限可以达到2.5g/kg体重，目前还没有确定一种安全有限的摄入最大值。但是每天的摄入量在1.4～2.0g/kg体重这个范围内，也就是说由蛋白质提供的能量占总能量的15%～20%。

耐力运动项目的个体对蛋白质的日常需求也是增加的。主要因为耐力训练时重复的肌肉收缩、大强度的训练的消耗、线粒体以及和有氧代谢相关的酶的需求增加，以及一些氨基酸的氧化供能增强等。相关研究建议耐力运动员每天的蛋白质需求量最少要在1.2g/kg体重左右，尤其是对那些超远距离的运动员，每天要训练4～6 h甚至更长，他们的日常能量消耗差不多在3000～6000kcal之间，甚至更多，蛋白质相对的在1.2～2.0g/kg体重左右。

（二）训练的强度及持续时间影响蛋白质需求

训练时的强度大小以及持续时间的长短，都是引起对蛋白质的需求量增加的原因。尽管蛋白质在体内的功能性和结构性的作用多过供能作用，但是当身体代谢增加时，蛋白质供能也会增加。随着运动强度的增加和时间的延长，运动员的代谢速率也会增加，蛋白质的利用也相应增加。对于耐力运动员，尤其当训练时碳水化合物的储量耗尽或者较低的时候，随着运动强度的增加，机体会消耗肝脏和肌肉中储存的糖原，当碳水化合物的水平降低时，蛋白质的利用就会增加。

与耐力训练不同的是，单次的抗阻训练，不管强度和训练量的大小，都不会出现蛋白质的利用增加的情况。但是在训练后补充氨基酸的量需要增加，这也就说氨基酸在对肌肉修复以及重建上的作用要多过供能。蛋白质不仅可以为耐力运动员提供能量，还有着抗阻训练后修复与合成肌肉的作用。

（三）训练情况及适应程度

参与不熟悉的运动或者对运动训练不适应的运动员来说，蛋白质利用的程度较高。耐力训练刚开始的2周内，体内的氮平衡会受到影响；而抗阻训练开始的1周内，蛋白质为了维持新肌肉的生长，需求量也会相对增加。当运动员继续训练时，氮平衡就会恢复常态，经过1～2周的训练后，身体开始适应训练，蛋白质的利用量就会减少。由此我们可以了解到，在开始训练的几周内，蛋白质需求量会增加，随后又回到正常的水平。基于这一点，我们可以让运动员在刚开始训练的短期内，或者是在训练周期的新阶段开始时增加个体蛋白质的摄入量。

（四）膳食蛋白质的种类

运动员通常需要补充足够的必需氨基酸来维持蛋白质的功能。经常摄入动物性蛋白质的运动员，比较容易获得所有的必需氨基酸。素食的运动员对蛋白质的需求量相对较高，因为他们摄入的不完全蛋白质较多。素食的运动员也应该仔细计划以下通过补充的植物蛋白来满足日常水平。但是不管运动员补充动物蛋白或者是植物蛋白，补充的种类才是摄入必需氨基酸的关键。

五、蛋白质补充过量的副作用

虽然蛋白质对运动员来说很重要，但不是多多益善。通常不建议机体摄取蛋白质的量超过总能量的35%，事实上，太高的蛋白质摄入水平会阻碍运动能力和身体健康。所有的运动员都应该了解蛋白质摄入过量的这种潜在的安全与健康的问题。

（一）增加肝脏及肾脏的负担

当蛋白质摄入过量，机体无法利用这么多蛋白质的时候，多出来的这部分蛋白质转换成脂肪，增加体重。含氮量较高的氨基在肝脏会转化为尿素，然后通过血液运输到肾脏中，肝脏及肾脏负担着氨的解毒、中间代谢产物重吸收和终末代谢产物排泄的重任。若长期过多摄入蛋白质就会增加肾脏负荷，特别是患有糖尿病、肾炎、肾功能不全等疾病的病人，其肾脏受损的程度更为严重。

（二）高蛋白饮食也会引起机体脱水

在蛋白质消化时，肽键水解需要水的参与。此外，蛋白质降解产生的尿素需要通过尿液排出体外，就会造成水分的丢失。如果运动员蛋白质摄入量过多，机体对液体的需求也会增加，如果满足不了对水分的要求，就会造成脱水，这不仅会影响运动员的运动能力，也会对身体健康带来危害。

（三）高蛋白的摄入还会增加骨骼中钙的排泄

当过量的蛋白质摄入时，会生成大量的酸性物质，这时机体不仅需要排泄，还要维持酸碱平衡。当酸性物质增加时，机体会丢失骨骼中的钙质，导致骨骼矿物质的丢失，潜在地增加了患骨质疏松症的可能。

因此，运动员要摄入适量的蛋白质，包括蛋白质的种类，同时要满足日常总能量的需求。运动营养师要尽量避免让运动员摄入过多的蛋白质，而且尽量通过食物补充蛋白质，而不是其他的补给品。如果蛋白质摄入量过多，应该告知运动员要增加水分的补充，防止脱水的发生。

六、常见食物蛋白质食物来源及含量

蛋白质的食物来源可分为植物性蛋白质和动物性蛋白质两大类。植物蛋白质中，谷类含蛋白质10%左右，蛋白质含量不算高，但由于是人们的主食，所以仍然是膳食蛋白质的主要来源。豆类含有丰富的蛋白质，特别是大豆含蛋白质高达36%～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。蛋类含蛋白质11%～14%，是优质蛋白质的重要来源。奶类（牛奶）一般含蛋白质3.0%～3.5%，是婴幼儿蛋白质的最佳来源。肉类包括禽、畜和鱼的肌肉。新鲜肌肉含蛋白质15%～22%，肌肉蛋白质营养价值优于植物蛋白质，是人体蛋白质的重要来源。为改善膳食蛋白质质量，在膳食中应保证有一定数量的优质蛋白质。一般要求动物性蛋白质和大豆蛋白质应占膳食蛋白质总量的30%～50%。（表4-3）