01第二篇 饮食与健康

第二篇饮食与健康第一章：生活能量化学第二章：生活中美的化学第三章：生物中的营养素第四章：厨房和烹饪化学第五章：饮品与健康第六章食品贮存、污染及预防第二篇饮食与健康第一章生活能量化学1.1生活中的能量化学1.2能量的需要、供给和来源1.3能量转换和利用1.4低能量食品1.了解生活中的能量化学2.了解生活能量的来源、供给及利用3.了解低能量食品本章教学要求1.1生活中的能量化学1.1.1生活能量的消耗人体活动中能量的变化相当复杂，如肌肉运动的机械能，人体生化反应时的化学能，神经冲动传导时的电能……。尽管各种能量变化形式不同，但它们之间是密切相关的。就肌肉活动而言，有电能的活动、有化学能的变化，但主要表现形式是机械能的改变。人体活动所需要能量的来源是食物，即储存在供能化合物（碳水化合物、脂肪、蛋白质）中的化学能。生活能量是指维持人体生化反应所需要的化学能，保证这些反应正常进行的环境所需的热能（体温），以及日常活动所消耗的能量.(1)基础代谢基础代谢（Basalmetabolism）是指维持机体基本生命活动中能量的消耗。一般是指清晨睡醒后，人体空腹静卧在床上的状态，此时只有肺的呼吸、心脏的搏动等基本的生命活动，而没有食物的消化吸收和体力活动。由于年龄、性别和体表面积影响基础代谢，因此用基础代谢率（Basalmetabolismrate）表示，即每千克体重每小时所消耗的能量。影响基础代谢的因素有体表面积、年龄、性别和内分泌。（1.1）体表面积:体表面积愈大，散热面积愈大。体表面积又与身高和体重有关，可以通过三者的线形回归方程求得：体表面积（m2）=0.00607（身高cm）+0.0127(体重kg)－0.00698如一个身高175cm、体重60kg的人的体表面积1.75m2。学龄前儿童的体表面积计算公式是:体表面积（m2）=42.3356(身高cm）+175.6882(体重kg)－272.2716（1.2）年龄:人的一生中，婴幼儿阶段是整个代谢最活跃的阶段，青春期出现一个较高的代谢阶段，成年人随着年龄的增长代谢率缓慢地降低。（1.3）性别:在同一年龄，同一体表面积的情况下，女性机体所消耗的能量比男性低。其差别在于女性体内脂肪组织比例大于男性，而去脂肪组织的比例女性较男性低；另外，育龄妇女在排卵期前后有基础体温（BasalBodyTemperature,BBT）的波动，对基础代谢亦有微小的影响。（1.4）内分泌:内分泌腺分泌的激素不仅对物质代谢起调节作用，而且对能量代谢也起一定作用，其中以甲状腺素的影响为最大。（2）体力活动体力活动是人体影响能量消耗的最主要因素。在体力活动中，人体本身的重量是一种负荷，人体活动需要肌肉及其他组织做功。成年人的一般活动，消耗能量约116（10000kJ/day）。几类主要活动的能耗为：睡眠，70瓦；站立，140瓦；步行（4.8km/h）,280瓦；跑步（33km/h）,1120瓦；写作时300瓦。大学生正常能量需求：一个60Kg男生，平均每日能量消耗为12600KJ（3000kcal），平均输出功率为145瓦；一55Kg女生，平均每日能量消耗为8820KJ（2100kcal），平均输出功率为102瓦。(3)食物特殊动力作用食物特殊动力作用是指摄取食物所引起能量消耗增加的现象。如摄取6694KJ（1600kcal）碳水化合物，按理只能产生6694KJ（1600kcal）的能量，实际产生了7096KJ（1600kcal）的能量，增加了6%。摄取脂肪和蛋白质时能量分别增加了4%-5%和30%。其原因是来源于体内储备的能量（营养物）的消耗，不是能量的来源。成年人的能量消耗包括基础代谢，体力活动，食物特殊动力作用三个方面。(4)生长发育儿童和孕妇所消耗的能量还包括生长发育的能量。新生儿按kg体重与成人比较，能量消耗多2～3倍。3～6个的婴儿，每天摄取的能量约有15%～23%被机体用于生长发育的需要而保留在体内。孕妇既要供给本身机体的能量，又要供给胎儿的生长发育，因此孕妇需要增加营养物质以补充能量的需要。国际卫生组织规定的温饱线是人均日摄取热量为10000KJ。据1982年的统计，全国男女老少日平均摄入热量约为10400KJ,表明基本解决了温饱问题,经过二十年的变迁,现在我国人民基本达到了小康水平。能量的需要是指维持机体正常生理功能所需要的数量，若低于这个数量就会对机体产生不利的影响；能量的供给是指在已知需要量的前提下，按食物的生产水平与人们的饮食习惯，同时考虑到人群中个体差异和照顾群体的绝大多数所设置的个体安全量。能量的来源于食物，通常包括食物主体（碳水化合物、脂肪、蛋白质）、维生素和矿物质（特别是微量元素）。1.1.2能量的需要、供给和来源1.1.2.1食物主体|H—C—OH＋O2＝CO2＋H2O＋500KJ|1g碳水化合物约提供17KJ能量；1g脂肪提供37KJ能量；1g蛋白质提供17KJ能量。每天每人需要:300～400g碳水化合物,占总能量的35～45%;100～150g脂肪,(由于脂肪的摄入量与心脏病有关，因此脂肪的摄入应降低）,占总能量的30～35%;80～120g蛋白质，占总能量的10～15%。食物主体（碳水化合物、脂肪、蛋白质）提供人体正常的能量需求，提供能量的基本反应是：1.1.2.2微量成分微量成分维生素微量元素维生素和微量元素（也称生物催化剂）起促进化学变化、转换能量、维持各种代谢的独特作用。维生素、酶、激素之间在物质和功能方面有着紧密的关系，许多维生素是辅酶的组分。有机体能合成自身的酶和激素，但不能合成维生素，因此必须从饮食中获得，即从含有游离的、或结合的维生素的食物中获得，或者如维生素A、D从维生素的前体获得。已知的维生素约20种，分为:脂溶性维生素（包括维生素A、D、E、K）水溶性维生素（包括维生素B族、Vc）。维生素的化学性质不同，在中间代谢过程中具有特殊作用，它们的作用可能是相互的，但是它们不能相互替代，如维生素E（生育酚）的抗氧化性能够保护机体中的维生素A，因此在维生素A能贮存于肝脏中，体内必须有充分的维生素E供应。缺乏某种维生素会引起特定的疾病，如缺乏维生素A导致夜盲症；缺乏维生素D导致佝偻病等。为了保护和保持食品中的维生素，食品化学家和工艺学家需要对维生素有完整的知识，包括物理和化学性质—如对空气（氧）、酸、碱、微量元素、温度、光、离子辐射等的反应性，在水中或脂质中的溶解性，以及它们在生产、处理和贮存过程中的性质。1.1.3能量转换和利用食物主体和微量成分可以提供能量，但它们本身不是能量,需要经过转换被机体加以利用。1.1.3.1消化作用从化学观点看，消化作用是指被摄取的食物经过水解得到小分子化合物，尔后通过肠壁吸收到体液中并参与新陈代谢的过程。这些水解反应需要酶催化，每种水解反应都有特定的酶作催化剂。碳水化合物、脂肪、蛋白质水解分别产生单糖、脂肪酸、氨基酸，尔后在酶的催化下氧化释放出能量。（1）碳水化合物：碳水化合物的定义来源于其中的C、H、O三元素的比例多为Cn（H2O）n。糖类是指多羟基醛或多羟基酮以及水解后产生多羟基醛或多羟基酮的化合物。膳食中的碳水化合物分为:人可利用的糖类（淀粉和蔗糖等）人不可利用的糖类（纤维素等）一些糖类衍生物（如葡萄糖还原生成山梨醇）。口腔唾液中的淀粉酶使淀粉部分水解成二糖（如麦芽糖)，但由于食物在口腔中停留时间短，该淀粉酶在胃中仍继续维持其作用，直到胃酸侵入食团为止，此时pH降低使淀粉酶失去活性。食团进入肠道后由胰腺分泌的淀粉酶对未消化和部分消化的淀粉继续水解成麦芽糖和葡萄糖，接着是小肠粘膜细胞刷状缘中的糊精酶、麦芽糖酶、乳糖酶和蔗糖酶等继续对上述产物水解，最终产物是单糖，如葡萄糖，果糖，半乳糖等。这些糖被吸收进入血液后成为血糖，其浓度受激素胰岛素的调节和控制。若血糖过高，单糖将在肝中转化为多糖糖元即肝糖，在人肝中约为6%。若血糖过低，肝中贮存的糖元被水解，以补充人体中血糖水平。在酶催化下，被吸收后转化产生的单糖如葡萄糖才燃烧，提供人体所需要的能量：C6H12O6＋O2＝6CO2＋6H2O＋2889KJ（2）脂类（Lipids）是指化学结构相似或完全不同，但不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、丙酮等有机溶剂的有机化合物。脂类包括脂肪（Fats）和类脂（Lipoids），体内的脂类都以液态或半固态形式存在，人体脂类总量占正常体重的10%～20%，超过正常体重的30%为肥胖，超过正常体重的60%为过度肥胖。(2.1)脂肪是体内重要的贮能和供能物质，分布在皮下、腹腔等脂肪组织及心、肾等内脏包膜中，称“储存脂”，约占体内总脂量95%，随膳食、能量消耗变化而变化。（2.2）类脂主要包括磷脂（Phospholipide）和胆固醇（Cholesterol）等，约占体内总脂量5%，是细胞质膜、核膜等膜结构的主要成分，是机体各器官组织特别是大脑神经组织的基本组织成分。脂类的消化主要是在小肠中通过胆汁酸盐的乳化作用，分散成乳糜微团，尔后在胰脂肪酶、共脂肪酶、肠脂肪酶、磷脂肪酶等作用下水解被人体吸收。（3）蛋白质（Protein）是生命的物质基础。蛋白质分子的元素组成主是C、H、O、N、S，一些蛋白质还含有Fe、Zn、Mn、P、I等。蛋白质元素组成的特点是含有相对恒定的氮元素，即不同食物蛋白质中氮的含量比较接近。蛋白质是动物体内含量最多的固体成分，约占体重的15%～19%。蛋白质是人类膳食中的重要成分。人类依靠食物维持生命和健康，食物中碳水化合物和脂肪以提供能量为主；蛋白质除提供能量外，还担负着重要的生理功能，因此人必须每天从膳食中得到补充和供应，这对儿童的生长发育，妇女妊娠哺育及创伤后修复，疾病后的康复都非常重要。蛋白质营养上的重要性决定于组成中的氨基酸，主要是营养必须氨基酸的含量和比例。（3.1）食物中各种不同的蛋白质，分别被消化道中一系列消化蛋白酶连续水解作用，最终以游离的氨基酸的形式被人体的肠壁吸收。胰蛋白酶主要水解蛋白质分子中的碱性氨基酸羧基形成的肽键；糜蛋白酶主要水解蛋白质分子中的芳香族氨基酸羧基形成的肽键；弹性蛋白酶主要水解蛋白质分子中的中性脂肪氨基酸羧基形成的肽键；而胃蛋白酶对食物蛋白质水解肽键的特异性较低，部分消化水解的蛋白质在肠道中继续在胰蛋白酶、小肠氨基肽酶、小肠粘膜三肽酶、小肠粘膜二肽酶作用下，彻底水解成游离的氨基酸被机体吸收。（3.2）人体能合成许多自身构成需要的氨基酸和脂肪酸，但仍有为正常生长发育必须的成分由食物供给，它们被称为必需氨基酸和必要脂肪酸。必需氨基酸：组氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸；体内能自身合成的重要氨基酸有丙氨酸、精氨酸、（半）胱氨酸、谷氨酸、酪氨酸等14种。必要脂肪酸：亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。缺乏必要脂肪酸时得皮炎，生长缓慢，水分消耗增加和生殖能力下降。1.1.4.能量的转换机制和代谢H2N—CH2—CO—NH—CH2COOH→NH2—CH2—COOH1.1.4.1能量的转换机制能量的转换过程中，酶起专一催化作用，参与一切生化过程。酶的基体是蛋白质，称谓主体酵素（Agoenzyme）亦称酶朊，基体不具有活性；在基体上附有活动辅助剂或者分子结构中含有相当于此辅助剂的活性基方可发生效力，这种辅助剂称谓辅助酵素（Coenzyme）又称辅酶。要使酶具有活性，酶朊与辅酶必须首先结合。如甘氨酰甘氨酸在水解酶和Co2+（辅酶）作用下水解：这个热量就是我们赖以生存的能量（其中ADP是二磷酸腺甙）。ATP的产生是由高能物质如葡萄糖通过能量代谢得到，有氧时，葡萄糖氧化的同时生成ATP；无氧时，葡萄糖在糖酵解体系中分解生产生成乳酸的同时也生成ATP。反应方程式为:C6H12O6+6O2+34ADP+34H3PO4=6CO2+34ATP+34H2OC6H12O6+2ADP+2H3PO4=2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O三磷酸腺甙（ATP）最重要的辅酶。生物体运动包括从肌肉运动到精神活动的能量转换时，所有的细胞都有1～15mmol的ATP。ATP的特点是随时可以发生反应，1mol的ATP