第七節(jié) 基本營養(yǎng)素能量值

一、能量單位

    營養(yǎng)學慣用“千卡”這個單位，直到今天仍然如此。大多數(shù)營養(yǎng)學方面的書籍或數(shù)據(jù)，還一時適應不了國際單位制(SI)，所以，有必要在這里敘述有關的單位問題。

    所謂1千卡是1000g水由15℃上升到16℃時所需要的能量。符號為kcal。

    國際單位制(SI)規(guī)定的能量或熱能單位為焦，符號為J。lJ是指用1N的力把1kg質量的物體移動lm所需要的能量。1000焦為1千焦，符號為kJ。1 000千焦為1兆焦，符號為 MJ。兆焦在營養(yǎng)或食品學領域中，是一個經(jīng)常使用到的單位。其主要的原因，是由于在能量計算處理方面，經(jīng)常涉及到兆焦級的能量供求問題。   

    為了與現(xiàn)有領域相適應，本書中也將兩種能量單位并存使用。如果需要進行數(shù)據(jù)換算處理的話，以下關系式是一種正式推薦：

lkcal=4.184kJ

1000kcal=4184kJ=4.184MJ

    lkJ=0.239kcal

    1000kJ=239kcal

    1MJ=239kcal

    大多數(shù)情況下，可以取l000kcal=4.2MJ，1MJ=240kcal。

二、熱量與功的等值性意義

    熱量與功的單位都是焦，所以熱量與功在實質上可以認為是等值能量。這種等值性對于我們計算人的能量需要量具有重要的實際意義。一個人的能量需要量，必須是包括維持機體恒溫、對外做功、機體代謝過程中所需要的能量等全部功和熱的和。這種和的計算，是確定人體必須能量掇入量的基礎，存在著熱量和功在概念上相加的困難。熱量與功的等值性，圓滿地解決了這個加和值的問題。

    人體攝入多少食品(營養(yǎng)素)后才能滿足能量需要量，也存在著一個熱量與功等值比較的問題。我們在判斷食品營養(yǎng)素的燃燒值(體外燃燒)與人體利用代謝反應保持恒溫和做功的總能量值(體內生化反應)是否處于平衡時，必須借助于熱量與功等值的關系。這直接關系到我們設計膳食、配制食品的工作。

三、營養(yǎng)素的能量值

    (一)能量源   

在食品的所有構成成分中，原則上講，只有碳水化合物、脂肪和蛋白質對食品的能量構成具有實際意義。大多數(shù)的其他成分，一是在代謝過程中，本身就不產(chǎn)生能量(無分解變化或反應過程中產(chǎn)能很少或需要能量)，如水、無機質、維生素和蠟等；二是在食品中的含量很小，沒有實際產(chǎn)能意義，如乙醇、呈味成分等。

但是，在一些特殊的攝食情況下，由于食品的構成發(fā)生反常，例如大量飲酒，使得乙醇的成分，在總進食量中占有很大的比例，就會出現(xiàn)一些新的食物能量源。通過對絕大多數(shù)的人類飲食活動的分析和觀察，發(fā)現(xiàn)就是在這些反常情況時，也只有乙醇具有能改變食物能量構成的能力。因此，在食品營養(yǎng)學領域，常將碳水化合物、脂肪、蛋白質和乙醇作為真正的能量構成成分，而忽略其他所有成分的能量貢獻。同時，將碳水化合物、脂肪、蛋白質三種基本營養(yǎng)素稱作為三大類營養(yǎng)素。

    (二)能量值

    營養(yǎng)素的燃燒過程與營養(yǎng)素在機體內的代謝反應有著本質的不同，但是只要終極產(chǎn)物相同，它們的全部反應過程的能量變化就應該相等。由于燃燒過程是一步性的極端激烈的氧化反應，所以如果要求能量變化相同，則必須保證相對應的營養(yǎng)素的全部代謝反應的每一步驟都不發(fā)生物質量的損失，全部參加最終生成終極產(chǎn)物的反應。3個月內的嬰兒一般只能利用食物中能量的85％，其余15％則以不能消化吸收的營養(yǎng)素成分被排泄掉了。對于成年人來講，一般情況下，將會有5％左右的食物能量，以不能消化和吸收的形式被排泄掉。在成人的進食食物中，隨著碳水化合物比例的增加，這種能量損失量將減小；而隨著蛋白質攝入量的增加，這種能量損失量將會增加。

    在機體代謝過程中營養(yǎng)素的能量損失，還有另外一種形式。這就是那些未參加生成終極產(chǎn)物的營養(yǎng)素成分。對于以這種所謂副反應的形式而損失掉的營養(yǎng)素能量值，目前尚沒有很好的數(shù)據(jù)說明。這樣，營養(yǎng)素在機體內的能量變化結果，由于其在機體內的代謝損失，肯定地會低于營養(yǎng)素在體外氧化反應的能量變化值。對于營養(yǎng)素的這種在體外、體內氧化過程中，所產(chǎn)生的有差別的能量變化值，在食品與營養(yǎng)學領域中采用了兩種概念加以區(qū)別。這就是所謂的食物粗卡價值和生理卡價值。  

    1、食物粗卡價值

    食物粗卡價值是指食物在體外完全氧化反應(燃燒)所釋放出的熱能。這種能量變化值—般使用彈式量熱計測定的。

    對于完全氧化反應來講，蛋白質、脂肪和碳水化合物將生成終極產(chǎn)物二氧化碳、水和二氧化氮。食物粗卡價值，也即lg蛋白質、脂肪和碳水化合物燃燒以后所釋放出來的熱能值，分別為0.024、0.040和0.017MJ，或24、40、17KJ。由于蛋白質、脂肪和碳水化合物是三大類化合物種類十分豐富的有機物，因此，上述粗卡價值是平均取定值。

    2、食物生理卡價值

    顯然，食物在機體內經(jīng)過氧化反應后所釋放出來的熱能值就是食物生理卡價值。由于不包括營養(yǎng)素成分的消化吸收損失，以及蛋白質被排泄出體外的未達到終極產(chǎn)物的成分所具有的可以進一步氧化而釋放出來的能量損失，因此，食物生理卡價值要低于粗卡價值。

    對于脂肪和碳水化合物，其消化吸收損失率分別為5％和2％，由于這兩類化合物在機體內都可以被完全氧化，所以，可以按下式計算它們各自的生理卡價值。即：

    生理卡價值=粗卡價值×(1—消化吸收損失率)

    對應的計算值分別為0.038、0.017MJ·g^-1，或38、17kJ·g^-1

    蛋白質的消化吸收損失率約為8％，要比脂肪和碳水化合物高些。蛋白質在人機體內的氧化反應情況，也與脂肪和碳水化合物不一樣，它不能產(chǎn)生終極產(chǎn)物，而是以生成尿素、肌酸苷、尿酸等含氮化合物的形式隨尿排泄掉。所有這些含氮化合物，它們在體外仍然可以進一步地氧化分解，生成二氧化碳、水和二氧化氮。這種被排泄掉的未達到終極氧化產(chǎn)物的含氮化合物，測定結果表明，每lg蛋白質所產(chǎn)生的含氮化合物在完全被氧化時，將產(chǎn)生熱能5.43kJ。因此，蛋白質的生理卡價值應為：

     (24.00—5.43)×(1—8％)=17.08(kJ·g^—1)

    取整數(shù)，則蛋白質的生理卡價值為17kJ·g^-1，或0.017MJ·g^—1。

    3、營養(yǎng)素兩種卡價值的比較

    三大營養(yǎng)素的兩種卡價值對比列于表3-1。由于數(shù)值都取整數(shù)，可能會帶來與真實計算值約1％～2％的差距。

    對于碳水化合物，兩種卡價值之間的差值為0，這說明機體對碳水化合物的代謝非常徹底，最終都生成了二氧化碳和水。

表2-9  三大營養(yǎng)素的粗卡價值與生理卡價值

    對于脂肪，兩種卡價值的差為2kJ·g^-1。這個數(shù)值相對于食物粗卡價值40kg·g^－1”來講，是很小的，所以，絕大多數(shù)的脂肪，在人們食用后，是得到了完全的代謝利用。

    對于蛋白質，二種卡價值之差則為7kJ·g^－1”。這個數(shù)值相對于食物粗卡價值24kg·g^－1”來講，就比較大了，達到29％。造成這樣大差值的原因，一是蛋白質在體內的消化吸收率相對地比較低，只有92％；二是蛋白質在機體代謝過程中，并沒有完成達到生成終極產(chǎn)物的最后過程，還有一部分應釋放的能量被貯留在這些應進一步氧化的代謝物中，這一點也是蛋白質與碳水化合物和脂肪的能量代謝過程最大的不同之處。

    (三)乙醇的卡價值

在計算和處理能量值時，除上述的碳水化合物、脂肪和蛋白質外，有時還需要包括乙醇(俗稱酒精)所提供和代謝的能量。乙醇的粗卡價值和生理卡價值分別為29.9、29kJ·g^－1，或0.030、0.029Mg·g^－1、。