能量及其食物来源


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 能量单位 

 人体在生命活动过程中,都需要能量,如物质代谢的合成和分解反应、心脏跳动、肌肉收缩、腺体分泌等。而这些能量来源于食物。已知,生物的能量来源于太阳的辐射能。其中,植物借助叶绿素的功能吸收利用太阳辐射能,通过光合作用将二氧化碳和水合成碳水化合物;植物还可以吸收利用太阳辐射能合成脂类、蛋白质。而动物在食用植物时,实际上是从植物中间接吸收利用太阳辐射能,人类则是通过摄取动、植物性食物获得所需的能量。

“能”(energy)在自然界有多种形式有如太阳能、化学能、机械能、电能,它们之间可以相互转换。国际统一单位,即焦耳(Joule,J),或卡(calorie)。lkcal 指1000g 纯水的温度由15℃上升到16℃所需要的能量。而1 焦耳(joule,J)则是指用1 牛顿(N)力把lkg 物体移动lm 所需要的能量。1000J 等于1“千焦耳”(kilo joule,kJ); 1000kJ等于1“兆焦耳”(mega joule,MJ)。两种能量单位的换算如下: 

1kcal=4.184kJ  lkJ=0.239kcal 

1000kcal=4.184MJ  1MJ=239kcal 

产能营养素

动、植物性食物中所含的营养素可分为五大类:碳水化合物、脂类、蛋白质、矿物质和维生素,如果加上水,则为六大类。其中,碳水化合物、脂类和蛋白质经体内代谢可释放能量。三者统称为“产能营养素”或能源物质。

1.碳水化合物 

 碳水化合物是机体的重要能量来源。我国人民所摄取食物中的营养素,以碳水化合物所占的比重最大。一般说来,机体所需能量的50%以上是由食物中的碳水化合物提供的。食物中的碳水化合物经消化产生的葡萄糖被吸收后,有一部分以糖原的形式贮存在肝脏和肌肉中。肌糖原是骨骼肌中随时可动用的贮备能源,用来满足骨骼肌在工作的情况下的需要。肝糖原也是一种贮备能源,贮存量不大,主要用于维持血糖水平的相对稳定。脑组织消耗的能量相对较多,在通常情况下,脑组织消耗的能量均来自碳水化合物的有氧的条件下氧化,因而脑组织对缺氧非常敏感。另外,脑组织细胞贮存的糖原又极少,代谢消耗的碳水化合物主要来自血糖,所以脑功能对血糖水平有很大的依赖性。 

2. 脂类 

 机体内的脂类分为组织脂质和贮存脂质两部分。组织脂质主要包括胆固醇、磷脂等,是组织、细胞的组成成分,在人体饥饿时也不减少,但不能成为能源。贮存脂质主要是脂肪,也称甘油三酯或中性脂肪。在全部贮存脂质中,脂肪约占98%。其中一部分是来自食物的外源性脂肪;另一部分是来自体内碳水化合物和氨基酸转化成的内源性脂肪。脂肪含能量最高是体内各种能源物质的主要贮存形式。 

 在正常情况下,人体所消耗的能源物质中有40%~50%来自体内的脂肪,其中包括从食物中摄取的碳水化合物所转化成的脂肪;在短期饥饿情况下,则主要由体内的脂肪供给能量。脂肪酸可直接供给很多组织利用,也可在肝脏转化成丙酮酸再供给其他组织利用。不但骨骼肌、心肌等可利用脂肪酸和酮体,在饥饿时,脑组织也可利用酮体。所以,脂肪也是重要的能源物质,但它不能在机体缺氧条件下供给能量。 

3. 蛋白质 

 蛋白质是由氨基酸构成的,在机体蛋白质代谢中,也主要是利用氨基酸进行合成和分解代谢。体内氨基酸有两个来源,一是来自食物蛋白质消化所产生的氨基酸,由小肠吸收入血;二是在机体新陈代谢过程中,组织、细胞蛋白质分解所产生的氨基酸。这两部分氨基酸主要用于合成细胞成分以实现自我更新,也用于合成酶、激素等生物活性物质。氨基酸也可以作为能源物质,但这是用较高的代价而取得的。 

 氨基酸在体内经过脱氨基作用或氨基转换作用,分解为非氮成分和氨基。其中非氮成分(α-酮酸)可以氧化供能,氨基则经过处理后主要由肾脏排出体外。人体在一般情况下主要利用碳水化合物和脂肪氧化供能。但在某些特殊情况下,机体所需能源物质供能不足,如长期不能进食或消耗量过大时,体内的糖原和贮存脂肪已大量消耗之后,将依靠组织蛋白质分解产生氨基酸来获得能量,以维持必要的生理功能。 

 进食是周期性的,而能量消耗则是连续不断的,因而贮备的能源物质不断被利用,又不断补充。当机体处于饥饿状态时,碳水化合物的贮备迅速减少,而脂肪和蛋白质则作为长期能量消耗时的能源。 

食物的卡价 

人体所需要的能量来源于动物性和植物性食物中的碳水化合物、脂类和蛋白质三种产能营养素。每克产能营养素在体内氧化所产生的能量值称为“食物的热价”或“食物的能量卡价”,亦称“能量系数”。 

1. 食物体外燃烧热 

 物质燃烧时所释放出的热,称为燃烧热。食物可在动物体内氧化,也可在动物体外燃烧。体外燃烧和体内氧化的化学本质是一致的,每克产能营养素在体外燃烧时所产生的能量值称为“物理卡价”。 

 食物的燃烧热通常采用“弹式热量计”测定。“弹式热量计”的基本构造是两中空形金属球(或带盖小钢罐),即钢弹。钢弹内安放能放电的电极及其引出的导线。操作时先将定量的食物或产能营养素样品置于钢弹内电极附近,然后紧闭钢弹,从气口充人纯氧至一定压力;置钢弹于定量的特制水箱内,水箱中置一精密温度计。导线通电后可使钢弹内食物或产能营养素样品在纯氧的环境中充分燃烧;燃烧所产生的热量经过钢弹传导给水箱中的水,于是水温上升,再根据样品的重量、水箱中的水量和水温上升的度数推算出所产生的燃烧热。 

2. 食物体内燃烧热 

 产能营养素在体内的燃烧(生物氧化)过程和在体外燃烧过程不尽相同,体外燃烧是在氧作用下完成的,化学反应激烈,伴随着光和热;体内氧化是在酶的作用下缓慢进行的,比较温和;特别是最终产物不完全相同,所以产生的热量(即能量)也不完全相同。据用“弹式热量计”测定,lg 碳水化合物在体外燃烧时平均产生能量17.15kJ(4.1kcal);1g 脂肪平均产能39.54kJ(9.45kcal);lg 蛋白质平均产能23.64kJ(5.65 kcal)。但在体内氧化时,碳水化合物和脂肪与体外燃烧时的最终产物均为二氧化碳和水,所产生的能量也相同。蛋白质在体内氧化时的最终产物为二氧化碳、水、尿素、肌酐及其他含氮有机物;而在体外燃烧时的最终产物则为二氧化碳、水、氨和氮等,体内氧化不如体外燃烧完全。若将lg 蛋白质在体内氧化的最终产物收集起来,继续在体外燃烧,还可产生能量5.44kJ(1.3 kcal)。

如果用“弹式热量计”体外燃烧试验推算体内氧化产生的能量值应为:lg 碳水化合物17.15kJ(4.1kcal) , lg 脂肪: 39.54kJ(9.45 kcal) , lg 蛋白质则为23.64-5.44=18.2kJ(4.35kcal)。 另外,食物中的营养素在消化道内并非100%吸收。一般混合膳食中碳水化合物的吸收率为98%、脂肪95%、蛋白质92%。所以,三种产能营养素在体内氧化实际产生能量则为: 

1g 碳水化合物:17.15kJ×98%=16.81kJ(4.Okcal) 

1g 脂肪:39.54kJ×95%=37.56kJ(9.Okcal) 

1g 蛋白质:18.2kJ×92%=16.74kJ(4.0kcal)

能量来源分配 

 三类产能营养素在体内都有其特殊的生理功能并且彼此相互影响,如碳水化合物与脂肪的相互转化及它们对蛋白质有节约作用。因此,三者在总能量供给中应有一个恰当的比例。根据我国的饮食特点,成人碳水化合物供给的能量以占总能量的55%~65%,脂肪占20%~30%,蛋白质占10%~15%为宜。年龄越小,蛋白质及脂肪供能占的比例相应增加。成人脂肪摄入量一般不宜超过总能量的30%。 肿瘤营养代谢治疗科  杏




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