營養學/食物蛋白質
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2.7.1 食物氮的存在形式
食物來源於動、植物，其中氮的存在形式有很大差別。肉類絕大部分的氮以蛋白質形式存在，僅有少量游離胺基酸或肽以及核酸、磷脂氮、肌酸、鵝肌肽；魚類則非蛋白氮含量豐富，約佔總氮量的10～30%；乳氮約20%屬於非蛋白氮。植物性食物含氮化合物的成分差異更大，種子類幾乎95%的氮存在於蛋白質，而根莖類如土豆、胡蘿卜等，蛋白質少於50%，多數氮以肽和游離胺基酸的形式存在，特別是土豆富含谷氨醯胺和門冬氨酸。此外，植物組織中含有不少非蛋白胺基酸，這些胺基酸有些能在體內代謝，而多數原樣不變從尿排出；還有少量是有毒的，如刀豆中的刀豆氨酸、蠶豆中的β氰基丙氨酸。新的蛋白質來源如單細胞蛋白含核蛋白很高，其量可達蛋白質總量的50%。由於核酸在人體內最終代謝產物為尿酸，大量食用可引起血漿尿酸濃度增高，易形成尿結石和痛風症。因此，單細胞蛋白不經去核酸處理，不宜作為人類食物的來源。
食物中蛋白質的含量一般採用凱氏定氮法進行測定，然後換算成蛋白質的量。動、植物性食物蛋白的含氮量約為15.7～19%，平均16%。將測得的氮值乘以6.25（蛋白質換算係數），即得該食物的粗蛋白的含量。需要比較準確地計算時，可採用不同的換算係數（表2-7）。
表2-7 氮換算成蛋白質的換算係數
| 換算係數 | |
| 麵粉（中或低出粉率） | 5.70 |
| 全麥 | 5.83 |
| 大米 | 5.95 |
| 花生 | 5.46 |
| 黃豆 | 5.71 |
| 芝麻 | 5.30 |
| 乳類 | 6.38 |
這種計算方法是按食物總氮全部以蛋白質的形式存在而計算的，對含非蛋白氮高的食物來說，蛋白質的計算的值無疑過高。因此用定氮法測得的蛋白質，稱之為粗蛋白。
2.7.2 常用食物的蛋白質含量
食物成分表上食物的蛋白質含量是以每100g食物中的量表示的。這個量沒有表達該食物的蛋白質和熱能的關係。因為人體的熱量需要決定了食物的攝取量。因此，食物作為蛋白質來源的價值也決定於其本身的熱值。如我國成年男子從事輕體力勞動時，每日膳食熱能供給量為10920kJ，蛋白質供給量為80g。由食物蛋白提供的熱能約佔總熱能的11%。適宜的食物，其中蛋白質提供的熱能佔總熱能的10～15%。因此，將食物中蛋白質用蛋白質的熱能占食物總熱能的百分數表示（表2-8），可以大體判斷該食物作為蛋白質來源的價值。從表2-8看，花生、黃豆、魚、瘦豬肉都是很好的食物蛋白的來源；如果選擇大米作為膳食唯一的食物來源。其蛋白質顯然不能滿足人體蛋白質的需要量。
表2-8 幾種食物的蛋白含量及其熱能與食物總熱能的比（%）
| 蛋白質 | ||
| g.100g-1食物* | kJ.100kJ-1食物** | |
| 蘋果 | 0.3 | 2.8 |
| 稻米（上白梗） | 6.7 | 7.8 |
| 帶魚 | 18.1 | 52.1 |
| 小麥粉（富強粉） | 9.4 | 10.7 |
| 土豆 | 2.3 | 11.9 |
| 花生米 | 26.2 | 19.2 |
| 瘦豬肉 | 16.7 | 20.2 |
| 雞蛋 | 14.7 | 34.6 |
| 黃豆 | 36.3 | 35. |
| 豆腐（北） | 7.4 | 41.1 |
| 牛肉 | 20.1 | 46. |
- 摘自中國醫學科學院衛生研究所:食物成分表
-
- 按食物成分表計算得出
2.7.3 膳食蛋白質的質量評價
膳食的蛋白質的營養價值在很大程度上，取決於為機體合成含氮化合物所能提供必需胺基酸的量和模式。所有評定蛋白質質量的方法都是以此概念作為基礎的。評價的方法有許多種，但任何一種方法都以一種現象作為評定指標，因而具有一定的局限性，所表示的營養價值也是相對的，因此，具體評價一種食物或混合食物蛋白時，應該根據不同的方法綜合考慮。以下敘述幾種常用的評價方法。
（1）蛋白質消化率（digestibility,D）食物的蛋白質消化率是指食物蛋白受消化酶水解後吸收的程度，用吸收氮量和總氮量的比值表示：
D=吸收N/攝入N×100
食物蛋白質真實消化率（ture digestibility,TD）可用進食實驗測得：
TD=［攝入N-（糞N-糞代謝N）］/攝入N×100
糞氮不全是未消化的食物氮，其中有一部分來自脫落腸粘膜細胞、消化酶和腸道微生物。這部分氮稱為糞代謝氮，可在受試者攝食無蛋白膳時，測得糞氮而知，其量約為0.9～1.2g.24h-1。如果糞代謝氮忽略不計，即為表觀消化率(apparent digestibility,AD):
AD=(攝入N-糞N)/攝入N×100
表觀消化率比真實消化率低，對蛋白質營養價值的估計偏低，因此有較大的安全係數。此外，由於表觀消化率的測定方法較為簡便，故一般多採用。
用一般烹調方法加工的食物蛋白的消化率為：奶類97～98%、肉類92～94％、蛋類98%、大米82%、土豆74%。植物性食物蛋白由於有纖維包圍，比動物性食物蛋白的消化率要低，但纖維素經加工軟化破壞或除去後，植物蛋白的消化率可以提高。如大豆蛋白消化率為60%，加工成豆腐後，可提高到90%。
（2）蛋白質的生物價值（biological value,BV）蛋白質的生物價值是為維持和/或生長而在體內保留氮和吸收氮的比值：
BV=［攝入N-（糞N-糞代謝N）-（尿N-尿內源N）］/［攝入N-（糞N-糞代謝N）］×100
蛋白質生物價值受很多因素的影響。對不同食物蛋白的生物價值進行比較時，實驗條件應該一致，否則即使同一種食物也會得出不一致的結果。如雞蛋蛋白的熱能佔總熱能8%時，生物價值為91；佔16%時為62。一般情況下，實驗動物多採用初斷乳的大鼠，飼料中蛋白質含量佔10%。幾種食物蛋白的生物價值見表2-9。
表2-9 幾種食物蛋白的生物價值
| 生物價值 | 生物價值 | 生物價值 | |||
| 大米 | 77 | 土豆 | 67 | 全雞蛋 | 94 |
| 小麥 | 67 | 大豆 | 64 | 牛肉 | 76 |
| 麵粉 | 52 | 蠶豆 | 58 | 豬肉 | 74 |
| 甘薯 | 72 | 花生 | 59 | 蝦 | 77 |
| 玉米 | 60 | 白菜 | 76 | 牛奶 | 85 |
（3）蛋白質淨利用率（net proteinutilization,NPU）蛋白質生物價值沒有考慮在消化過程中未吸收而丟失的氮，所以Miller等建議將生物價值乘以消化率，稱之為蛋白質淨利用率：
NPU=BV×D=保留N/攝入N
動物的蛋白質淨利用率也可用體氮法進行測定。用同窩斷乳大鼠分別飼以含維持水平蛋白質的實驗飼料（A組）和無蛋白的飼料（B組）各10d。記錄各組每日食量。實驗終了時測定各組動物屍體總氮量和飼料含氮量，按下列計算：
NPU=（BF-BK+IK）/IF
式中: IF=A組N攝入量
BF=A組屍體總N量
BK=B組屍體總N量
IK=B組N攝入量
也可測定實驗動物屍體的乾重和含水量，利用已知的幼鼠屍體N/H2O的平均比值計算屍體含氮量，則操作更為簡便。
（4）蛋白質效力比（protein efficiencyratio,PER）蛋白質效力比是攝入單位重量蛋白質的體重增加數：
PER=體重增加（g）/攝入蛋白質（g）
通常用雄性斷乳大鼠為實驗對象。Osborne等證明PER隨飼料中蛋白質的水平而改變，因而建議在適宜的蛋白質的水平上進行實驗。習慣上用含10%蛋白質的飼料，AOAC提出的標準步驟則用含9.09%蛋白質的飼料飼養動物。
此測定最大的缺點是沒有把維持所需的蛋白質考慮在內，因而所得結果常不成比例。例如PER為2時，其質量不等於PER為1時的兩倍。不同實驗測得的PER的重複性往往不佳，為了減少實驗室間的變異，假設酪蛋白（參考蛋白）的PER值：
校正的PER=PER×（2.5/酪蛋白的實測PER）
（5）相對蛋白質價值（realative proteinvalue,RPV）相對蛋白質價值是動物攝食受試蛋白的劑量-生長曲線斜率（A）和攝食參考蛋白的劑量-生長曲線斜率（B）比：
RPV=A/B×100
以含3～4種不同劑量的受試食物蛋白餵養斷乳大鼠，將大鼠體重增長數（Y）對受試蛋白的進食克數（X）繪製回歸方程，求其斜率（A）。同時用含不同劑量的乳白蛋白（參考蛋白）餵養動物，同法得劑量-生長回歸方程及斜率（B）。假設前一回歸方程為Y1=2.35X1-0.36，後一回歸方程為Y2=4.12X2-0.28，則此受試蛋白的相對蛋白質價值可計算如下：
RPV=2.35/4.12×100=57
由受試蛋白測得的回歸方程，斜率越大蛋白質利用率越高。
（6）胺基酸評分（amino acid score）或化學評分（chemicalscore） 1946年Block等指出在合成蛋白質的場所，構成蛋白質所必需的胺基酸（AA）必須同時存在，缺乏其中任何一種就會影響合成，因此用食物蛋白胺基酸的組成評價蛋白質。查表計算或測定某種受試食物蛋白或混合食物蛋白中每一種必需胺基酸的含量，與參考蛋白進行比較，以每種胺基酸與參考蛋白胺基酸的比值表示。比值最低的那種胺基酸，即為第一限制胺基酸，此最低比值即受試食物蛋白的胺基酸評分或化學評分。胺基酸評分可計算如下：
胺基酸評分=每克受試蛋白的某種AA含量（mg）/每克參考蛋白的該種AA含量（mg）×100
或 胺基酸評分=受試蛋白每克N的某AA含量(mg)/參考蛋白每克N的該種AA含量（mg）×100
食物蛋白中胺基酸的含量可用比較的參考蛋白的關係表示或用每克氮的關係表示。Block等原用卵蛋白作為與受試蛋白比較的參考蛋白，經後人修改現多採用FAO/WHO（1973）根據學齡前兒童最低需要量制定的理想胺基酸需要量模式（表2-10）與受試蛋白進行比較。
根據理想模式測得的胺基酸評分適用於兒童對食物蛋白利用率的評價；但對成年人則低估了該蛋白質的質量，因為成年人對每克蛋白質胺基酸的需要量較低。
表2-10 理想的胺基酸需要量模式
| 含量（mg.g-1蛋白質） | |
| 異亮氨酸 | 40 |
| 亮氨酸 | 70 |
| 賴氨酸 | 55 |
| 蛋氨酸+胱氨酸 | 35 |
| 苯丙氨酸+酪氨酸 | 60 |
| 蘇氨酸 | 40 |
| 色氨酸 | 10 |
| 纈氨酸 | 50 |
表2-11 幾種食物蛋白的胺基酸評分
| 蛋白質來源 | 胺基酸含量（mg.g-1蛋白質） | 胺基酸評分（限制胺基酸） | |||
| 賴氨酸 | 含硫氨酸 | 蘇氨酸 | 色氨酸 | ||
| 理想模式 | 55 | 35 | 40 | 10 | 100 |
| 稻穀 | 24 | 38 | 30 | 11 | 44（賴氨酸） |
| 豆 | 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（蘇氨酸） |
- 根據Pellett,Pl etal(1978):「Nutritional Evaluation of Protein Foods」計算
2.7.4 蛋白質的互補作用
幾種食物混食，由於必需胺基酸的種類和數量互相補充，而能更接近人體需要量的比值，使生物價值得到相應的提高，這種現象稱為蛋白質的互補作用。如小麥、小米、牛肉、大豆各個單獨食用時，其蛋白質生物價值分別為67、57、69、64，而混食的生物價值可高達89。中美洲和巴拿馬營養研究所（INCAP）製成一種植物混合食物，稱為「Incaparina」，其中含玉米粉29%、高梁29%、棉籽粉38%、啤酒酵母3%、碳酸鈣1%及維生素A。這種混合食物是營養不良地區低蛋白膳食的良好補助食物，其蛋白質的生物價值僅略次於牛乳蛋白。
用限制胺基酸補充到相應的食物中，如用賴氨酸補充穀類蛋白，用蛋氨酸、賴氨酸和蘇氨酸補充花生粉，同樣可以起到互補作用。如在麵粉中添加賴氨酸0.2%，麵粉蛋白的生物價值可由47提高到71，學齡兒童食用這種賴氨酸強化食品一年後，身高、體重和抵抗力等均較對照組有顯著提高。
因為組成蛋白質胺基酸必須同時存在才能合成蛋白質，而且機體內胺基酸的儲存量很少，因此膳食中不同蛋白質必須在同一餐攝入才能起到互補作用。如每3h單獨以一種必需胺基酸飼養大鼠，氨酸的利用不佳，大鼠不能生長。
2.7.5 加工對食物蛋白營養價值的影響
食物加工的方法有加熱、冷凍、攪拌、高壓、鹽腌等，其中以加熱對蛋白質的影響最大。蛋白質經過加熱處理，構型（Configuration）改變，固有的生物活性喪失，這種變化稱為變性。如蛋清受熱凝固、瘦肉受熱收縮變硬都是變性現象。各種蛋白質的耐熱性能不一，多數在60～80℃開始變性。變性不同於變質，蛋白質的一級結構未變。
烹調和防止食物腐敗往往採用100～200℃的加熱法。在上述溫度下和沒有糖存在時，蛋白質發生變性，維持蛋白質空間構象（Conformation）的次級鍵發生斷裂，破壞了肽鍵原有的空間排列。原來在分子內部的一些非極性基團暴露到分子表面，使蛋白質的溶解度降低，甚至凝固。同時各種反應基團如-NH2、-COOH、-OH、-SH釋放出來，使蛋白質易於酶解，也變得容易消化。食物中胺基酸的損失不大。
某些食物中含有阻礙酶作用的抑制劑。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熱後因變性而失去活性。解除了對酶的抑制作用，從而提高了食物的營養價值。
大部分食品除蛋白質外，還含有具還原性的糖類。蛋白質過度加熱，尤其在有還原糖存在的條件下，可產生非酶的美拉德（Maillard）反應。食物變成棕褐色，其中胺基酸主要是賴氨酸遭到破壞，減低了蛋白質的生物價值。同時蛋白質的酶解也下降，使食物不易消化。美拉德反應的過程甚為複雜，即使在較低溫度下也能進行，只是反應速率相當緩慢。
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