糖類、脂類、蛋白質、維生素、無機鹽、水和纖維素七大類，通常被稱為營養物質。它們和通過呼吸進入細胞的氧氣一起，經過新陳代謝過程，轉化為構成維持生命活動的能量。所以，它們是維持生命體的物質組成和生理機能不可缺少的要素，也是生命活動的物質基礎。
基本介紹
- 中文名：營養物質
- 外文名：Nutrients
- 套用學科：環境工程
- 適用領域範圍：環境生態
- 屬性：物質
- 分類：糖類、脂類、蛋白質、維生素等
簡介,糖類,脂類,蛋白質,動物蛋白,植物蛋白,血紅蛋白,維生素,膳食纖維,無機鹽,元素,生理功能,水,相互轉化,三大營養物質的吸收,糖的吸收,蛋白質的吸收,脂肪的吸收,
簡介
如果將人體的一個細胞或組織從體內取出，放在試管內進行分析，就會發現它們都是由水、鹽類、碳氫化合物等組成的。進一步分析碳氫化合物，就可以發現這些有機物主要是蛋白質、脂類和糖類。現在已經知道，人體含水55%～61%，蛋白質15%～18%、脂類10%～15%、無機鹽3%～5%，糖類1%～2%。蛋白質、脂類、糖類等都是極複雜的很大的分子，它們的種類也很多，如蛋白質，估計有100億種以上，人體內的蛋白質也有十萬種。這些大分子家族，其實都是由幾種基本單元構成的。蛋白質由胺基酸構成，糖類由單糖構成，脂類由甘油和脂肪酸構成。正是這些小而簡單的分子，在人體中按一定的規律互相連線，依次形成生物大分子，再組成細胞的結構、細胞組織和器官，最後在神經體液的溝通和聯繫下形成一個有生命的整體。
糖類、油脂和蛋白質都是天然的有機化合物，在自然界分布很廣。它們除了供人類食用外，還可以作為工業原料，用來製造紡織品、日用品、藥物和某些化工產品等。下面就來學習有關它們的知識。
糖類
糖的化學式大多是（CH2O）。其中C就是碳，H2O是水的化學式，這也是它們被稱為碳水化合物的原因所在。糖可以分為四大類：單糖、雙糖、多糖以及糖化合物。單糖結構簡單，最容易被人體吸收，其中對人體最重要的單糖是葡萄糖，其次是果糖和半乳糖。雙糖包括蔗糖、麥芽糖和乳糖，經消化酶作用，分解為單糖之後才能被吸收；多糖包括澱粉和纖維素，昧不甜，需要經澱粉酶分解為葡萄糖才能被人體吸收；糖化合物包括糖蛋白等。可以看到，糖類物質包括的不只有蔗糖，作為主食之一的澱粉（麵粉、米飯的主要營養成分）也屬於糖類。糖是人體最主要的熱能來源，占人體總能量來源的40%～50%。
光合作用是世界上涉及物質數量最多的化學反應，據估計，每年由光合作用合成的糖類（主要是澱粉和纖維素）約為二十五億噸。
首先強調一點，這裡提到的糖類決不僅僅局限於日常以為的蔗糖，而是範圍很廣的一個群體。
糖是一種碳水化合物，它們的化學式大多是(CH2O)n。其中C就是碳，H2O是水的化學式，這也是他們被稱為碳水化合物的原因所在。糖可以分為四大類：單糖（葡萄糖等），寡糖（蔗糖、乳糖、麥芽糖等等），多糖（澱粉、纖維素等）以及糖化合物（糖蛋白等等）。
可以看到，糖類物質包括的不只有蔗糖，作為主食之一的澱粉（麵粉，米飯的主要營養成分）也屬於糖類。
許多人對糖類的營養存在誤解，如多吃糖會得糖尿病等等。無可否認，糖尿病患者因為體內代謝系統無法正常進行糖代謝，故此不宜吃高糖食品。但是糖尿病的病因卻並非真的來自於糖類，更多的還是因為遺傳或者其他因素導致人體代謝系統的缺陷才導致無法正常代謝從而造成高血糖。
相反的，對於正常人來說，糖類是一種不可缺少的營養物質。肌肉組織的營養來源主要是糖類而不是脂肪物質。而且單糖對於體弱的病患者來說則是最主要最快捷的營養來源，這正是醫院裡為無法進食的病人輸葡萄糖的原因。糖類食物可提高人體的血糖水平，並向肌肉供能。多糖食物能夠向脈搏率達到每分鐘120～150次的中等運動程度的運動員提供直接的能量。糖類還可使身體更有效地利用蛋白質，並有助於保持體內適宜的酸鹼平衡。
脂類
脂肪是人體的重要組成部分，又是含熱量最高的營養物質，脂肪是由碳、氫、氧元素所組成的一種很重要的化合物。有的脂肪中還含有磷和氮元素，是機體細胞生成、轉化和生長必不可少的物質。我國成年男子體內平均脂肪含量約為13.3%，女性稍高。人體脂肪含量因營養和活動量而變動很大，飢餓時由於能量消耗可使體內脂肪減少。
脂肪是貯備人體能量的形式，脂類更多的營養價值在於它是機體代謝所需能量儲存運輸的主要方式，與糖類所提供營養的區別主要體現在被利用的快慢上。顯而易見的，沒有人身上會有許多糖類物質作為能量儲存，反而如果血糖濃度過高還是一種病態——糖尿病，而幾乎所有人都會有多餘的脂肪組織，在需要的時候，這些脂肪可以被利用來“燃燒”產生人體所需能量。
但是過多食用高脂肪食品，往往會引起各種疾病，如脂肪肝、肥胖症等等。西方人的飲食結構比較單一，多是高脂肪的食品（烤肉、漢堡、牛奶等等），所以相對肥胖的人要比中國多得多，從而各種所謂“富貴病”的發病率也往往高於中國。
一般來說，多食用植物油（如花生油）比多食用動物油對人體更有好處。
蛋白質
蛋白質是一種對健康至關重要的營養物質，是生命的物質基礎，我們的皮膚、肌肉、內臟、毛髮、韌帶、血液等都是以蛋白質為主要成分的形式存在的。食物中蛋白質的功用主要有兩個方面：一是維持人體組織的生長、更新和修復，以實現其各種生理功能；二是供給能量。
蛋白質由胺基酸組成，是另一種重要的供能物質，每克蛋白質提供4卡路里的熱量。但蛋白質的更主要的作用是生長發育和新陳代謝。過量的攝入蛋白質會增加腎臟的負擔。因此蛋白質的攝入要根據營養狀況、生長發育要求達到供求平衡。通常攝入的蛋白質所產生的熱量約占總熱量的20%左右為宜。
胺基酸是構成蛋白質的基本單位，許多胺基酸手牽手排列成長鏈，再經過複雜的空間結構，變成蛋白質。食物中的蛋白質可分為完全蛋白質和不完全蛋白質。完全蛋白質含有人體所需的所有必需胺基酸，98%可被人體吸收。這部分蛋白質大多是動物性蛋白。不完全蛋白質多為植物蛋白，一般有80%左右可被人體吸收。參與人體蛋白構成的有20種胺基酸，其中12種在人體內可以合成，被稱為“非必需胺基酸”，還有8種在人體內無法合成，只能通過食物來攝取，被稱為必需胺基酸。蛋白質可以為機體提供能量，每克蛋白質大約能產生4 cal能量。但蛋白質不是能量的主要供應物質，一般只有在糖類儲備和脂肪儲備消耗殆盡之後才會大量消耗蛋白質。蛋白質的更主要的作用是生長發育和新陳代謝，蛋白質的生理作用是構成組織細胞、參與組織修復、調節人體生理功能、生長發育、影響神經中樞活動、控制遺傳、增強人體抵抗力。
動物蛋白
是蛋白質的主要來源，如肉類及禽蛋類等，這些食物在提供蛋白質的同時也會使我們食入飽和脂肪和膽固醇等對身體不利的成分。因此選用瘦肉、魚、去皮雞肉和蛋清最佳，它們被稱為“優質蛋白”。
植物蛋白
是蛋白質的另一來源，主要存在於豆類食物中，植物蛋白含飽和脂肪及膽固醇都很低，同時含有大量膳食纖維，而且物美價廉，適合糖尿病
植物蛋白
植物蛋白病友食用。
血紅蛋白
血紅蛋白又稱血色素，是紅細胞的主要成分。
主要作用：血紅蛋白的主要生理功能是在體內輸送氧氣，能把氧輸送到體內各組織，組織在利用氧來氧化糖、脂肪等能源物質，釋放能量供運動需要。氧運輸多，運動時供氧就多，所以血紅蛋白的數量和運動能力相關。
血紅蛋白（Hb）是人和其他脊椎動物紅細胞的成分，主要功能是運輸O2和CO2。Hb能與氧迅速結合成氧合血紅蛋白（HbO2），也能迅速分離。其結合與分離取決於血液中氧分壓的高低，當血液流經肺部時，氧分壓增高，使得大部分Hb與O2結合成HbO2，血液顏色鮮紅，為動脈血；血液流經組織時，氧分壓下降，一部分HbO2解離，釋放出O2，供組織利用，血液變為顏色暗紅的靜脈血。此外Hb也能與CO結合，其與CO的親合力比與O2的親合力高約200倍，所以空氣中只要有少許CO存在，即可有大量一氧化碳血紅蛋白（HbCO為鮮紅色）生成，而且結合後不易分離，這樣Hb就失去與O2結合的機會，造成組織缺氧，即CO中毒。
隨著食品科學的發展，人類對酶的認識逐漸深入。酶是由生物的活細胞產生的具有催化作用的特殊蛋白質，是極為重要的活性物質。存在於人、動植物及微生物體內的細胞和組織中，各種食品都有酶。酶是控制並能加速食品中物質代謝反應，而本身並不發生變化。如對酶不加控制，則在周圍環境適宜的條件下，將使物質分解代謝食品，營養質量和感官質量將急劇下降。將食品進行低溫冷凍貯藏，其中一個重要的原理，即是抑制食品酶的活性，控制生物體內的化學變化，從而能在一定時期內保持食品的新鮮度和質量。
人們消化吸收食物就是靠酶的催化作用完成的。
維生素
維生素（Vitamin），也叫做維他命，是另一種重要的營養物質。與糖類和脂類不同的是它不是直接供應能量的營養物質，與蛋白質不同的是它不是生命的基本單位，而且最關鍵的一點在於它無法通過人體自身合成。
化學角度看維生素是一種有機化合物，在天然的食物中含量很少，但這些極微小的量對人體來說卻是必須的。當人體缺乏維生素時，會出現各種維生素缺乏症。比如壞血病、腳氣病（不是俗稱的真菌感染所引起的“腳氣”）等等。說明這些有機化合物在生命活動中有著重要的作用。
維生素對於生命的重要作用主要是參與體內的各種代謝過程和生化反應途徑，參與和促進蛋白質、脂肪、糖的合成利用。許多維生素還是多種酶的輔酶重要成分，所謂的維生素缺乏症就是因為維生素缺乏時，酶的合成就會受阻，使人體的代謝過程發生紊亂，從而引起的身體疾病。輕者症狀不明顯，但會降低身體的抵抗力和工作效率，重者會表現出血、腳氣、夜盲等各種典型症狀，甚至導致死亡。維生素對人類生命的重要性是不容置疑的。
維生素A：防止夜盲症和視力減退，有助於對多種眼疾的治療（維生素A可促進眼內感光色素的形成）；有抗呼吸系統感染作用；有助於免疫系統功能正常；促進發育，強壯骨骼，維護皮膚、頭髮、牙齒、牙床的健康；有助於對肺氣腫、甲狀腺機能亢進症的治療。
維生素B1：促進成長；幫助消化。
維生素B2：促進發育和細胞的再生；增進視力。
維生素B5：有助於傷口痊癒；可製造抗體抵抗傳染病。
維生素B6：能適當的消化、吸收蛋白質和脂肪。
維生素C：治療受傷、灼傷、牙齦出血；具有抗癌作用；可治療普通的感冒；預防壞血病。
維生素D：提高肌體對鈣、磷的吸收；促進生長和骨骼鈣化。
膳食纖維
膳食纖維是第七類營養素。膳食纖維一詞在1970年以前的營養學中尚不曾出現，是一般不易被消化的食物營養素，主要來自於植物的細胞壁，包含纖維素、半纖維素、樹脂、果膠及木質素等。纖維可減緩消化速度和最快速排泄膽固醇，所以可讓血液中的血糖和膽固醇控制在最理想的水平。 膳食纖維是一種不能被人體消化的碳水化合物，以溶解於水中可分為兩個基本類型：水溶性纖維與非水溶性纖維。纖維素、半纖維素和木質素是3種常見的非水溶性纖維，存在於植物細胞壁中；而果膠和樹膠等屬於水溶性纖維，則存在於自然界的非纖維性物質中。常見的食物中的大麥、豆類、胡蘿蔔、柑橘、亞麻、燕麥和燕麥糠等食物都含有豐富的水溶性纖維，水溶性纖維可減緩消化速度和最快速排泄膽固醇，有助於調節免疫系統功能，促進體內有毒重金屬的排出。所以可讓血液中的血糖和膽固醇控制在最理想的水準之上，還可以幫助糖尿病患者改善胰島素水平和三酸甘油脂。
非水溶性纖維包括纖維素、木質素和一些半纖維以及來自食物中的小麥糠、玉米糠、芹菜、果皮和根莖蔬菜。非水溶性纖維可降低罹患腸癌的風險，同時可經由吸收食物中有毒物質預防便秘和憩室炎，並且減低消化道中細菌排出的毒素。大多數植物都含有水溶性與非水溶性纖維，所以飲食均衡攝取水溶性與非水溶性纖維才能獲得不同的益處。
什麼原因使它成了第七類營養素呢？吃糠咽菜，粗茶淡飯，是不會缺乏膳食纖維的。隨著生活水平的提高，有些人又不注意合理營養、偏愛高蛋白、高脂肪的飲食，攝入膳食纖維過少，才出現了健康問題。纖維素等膳食纖維能夠促進胃腸的蠕動和排空。所以，多吃一些富含膳食纖維的食物，還有利於降低人體內過高的血脂和血糖等，從而有利於維護心腦血管的健康，有利於預防糖尿病，有利於維持正常的體重。由於膳食纖維具有如此重要的保健作用，因此，一些科學家把它說成是人體的“第七類營養素”。
無機鹽
元素
人體內的元素除碳、氫、氧、氮以有機形式存在外，其餘的統稱為無機鹽。無機鹽分為常量元素和微量元素，共有20多種，其中體內含有量較多（>0.01%體重）。每日膳食需要量都在100mg以上者，稱為常量元素，有鈣、鎂、鉀、鈉、磷、氯共六種。
生理功能
無機鹽的生理功能主要是：構成機體組織的重要組分，如骨骼、牙齒中的鈣、磷、鎂，蛋白質中的硫、磷等；細胞內外液的成分，如鉀、鈉、氯與蛋白質一起，維持細胞內外液適宜滲透壓，使組織能瀦留一定量的水分；維持體內酸鹼平衡，如鉀、鈉、氯離子和蛋白的緩衝作用；參與構成功能性物質，如血紅蛋白中的鐵甲狀腺素中的碘，超氧化物酶中的鋅，谷胱甘肽中過氧化物酶中的硒等；維持神經和肌肉的正常和興奮性及細胞的通透性。
水
大家都知道，水是生命之源。但為什麼這樣說，恐怕能夠說出充分理由的不多。其實，在人體組織成分中含量最多的組成成分，就是水。成年人的機體，水占人體體重的50%～60%，如果是嬰幼兒，則占60%～70%甚至更高。水對人體有非常重要的作用，是維持人體正常生理活動的重要營養物質。水在人體中分布很廣：肌肉重量的65%～75%是水，脂肪重量的25%是水。水主要儲存在細胞內液和細胞外液中。水參與物質代謝過程，有助於物質的消化、吸收、生物氧化及排泄。水是人體內幾乎所有生化過程的溶劑和載體，絕大多數生化反應都需要在水環境裡進行。水還能調節體溫，保持人體的正常溫度；水也是器官、關節及肌肉的潤滑劑；水還能保持腺體分泌，充實體液。人不吃飯，能夠活12天甚至更長，但離開水，最多能活5天。
人對水的需要量與人的體重、熱能消耗成正比。每消耗1 cal熱能，需要1 mL的水分；一個人每天每千克體重需要30～40 mL的水分，如70 kg的人就需要2100～2800 mL水。正常情況下，人體內水分的出入量是平衡的。一個健康的成年人每天需2000～2700 mL水（包括飲水、食物中的水，代謝中產生的水）。若飲水過少，會使血液濃縮，黏稠度增高，不利於血液循環及營養的吸收。人體若喪失20%的水分就會有生命危險。在炎熱、高溫、發燒和體力勞動量大的情況下．飲水量應相應增加。喝水是人體所需水分的直接來源，如喝白開水或茶水；但人體內能量物質氧化時也能產生水，而且人體需要的水還可從飲食中取得，如大米含水15%、肉類含水50%等。所以，一個沒有較大運動量的健康人每日直接飲水量並不需要2 L。運動期間和前後，體重因流汗而減少2%～3%時，血液總量下降，會明顯影響人體的運動能力等，所以要及時飲水，並以少量、多次為原則。同時，我們建議飲接近血漿滲透壓的淡鹽水或功能飲料，以保持體內水鹽的平衡。
相互轉化
三大營養物質，及糖類、脂質、蛋白質在一定條件下可以相互轉化。糖類（特指血糖）經過基團轉化可以轉化為胺基酸經合成轉化為蛋白質，同時血糖還可以轉化為脂質。脂質通過分解作用再經一系列的轉化可以形成糖類。蛋白質經分解形成胺基酸，在經過脫氨基作用脫去氨基在經過轉化可形成糖類和脂質。總結起來，糖類與脂質、糖類與蛋白質可以相互轉化，但脂質與蛋白質只能單向轉化，只由蛋白質轉化為脂質。
三大營養物質轉化圖示
三大營養物質轉化圖示三大營養物質的吸收
在小腸中被吸收的物質不僅是由口腔攝入的物質，由各種消化腺分泌人消化管內的水分、無機鹽和某些有機成分，大部分將在小腸中被重吸收。例如，人每日分泌入消化管內的各種消化液總量可達6～7L之多，每日還從口腔攝入1L多的水分，而每日由糞便中丟失的水分只有150ml左右。因此，重吸收回體內的液體量每日可過8L。這樣大量的水分如果不被重吸收，勢必嚴重影響內環境的相對穩定而危及生命，急性嘔吐和腹瀉時，在短時間內損失大量液體的嚴重性就在於此。
糖的吸收
糖類只有水解為單糖時才能被小腸上皮細胞所吸收。各種單糖的吸收速率有很大差別，己糖的吸收很快，而戊糖則較慢。在己糖中，又以半乳糖和葡萄糖的吸收為最快，果糖次之，甘露糖最慢。
單糖的吸收是消耗能量的主動過程，它可以逆著濃度差進行，能量來自鈉泵，屬於繼發性主動轉運。在腸黏膜上皮細胞的紋狀緣上存在著一種轉運體蛋白，叫Na-葡萄糖和Na-半乳糖同向轉運體，它能依靠細胞內外Na的濃度差，選擇性地把葡萄糖和半乳糖從紋狀的腸腔面運入細胞內，然後再擴散入血。各種單糖與轉運體蛋白的親和力不同，從而導致吸收的速率也不同。
轉運體蛋白在轉運單糖的同時，需要鈉的存在。一般認為，一個轉運體蛋白可與兩個Na和一個葡萄糖分子結合。由此可見，鈉對單糖的主動轉運是必需的。給予抑制鈉泵的毒毛花苷，或者使用能與Na競爭轉運體蛋白的K，均能抑制糖的主動轉運，從而抑制葡萄糖和半乳糖的吸收。
蛋白質的吸收
無論是食入的蛋白質或內源性蛋白質（25～35g/d），經消化分解為胺基酸後，幾乎全部被小腸吸收。經煮過的蛋白質因變性而易於消化，在十二指腸和近端空腸就被迅速吸收，未經煮過的蛋白質和內源性蛋白質較難消化，需進入迴腸後才基本被吸收。
胺基酸的吸收是主動性的。目前在小腸壁上已確定出3種主要的轉運胺基酸的特殊運載系統，它們分別轉運中性、酸性或鹼性胺基酸。一般來講，中性胺基酸的轉運比酸性或鹼性胺基酸速度快。與單糖的吸收相似，胺基酸的吸收也是通過與鈉吸收偶聯的，鈉泵的活動被阻斷後，胺基酸的轉運便不能進行。胺基酸吸收的路徑幾乎完全是經血液的，當小腸吸收蛋白質後，門靜脈血液中的胺基酸含量即增加。
脂肪的吸收
在小腸內，脂類的消化產物脂肪酸、一醯甘油、膽固醇等很快與膽汁中的膽鹽形成混合微膠粒。由於膽鹽有親水性，它能攜帶脂肪消化產物通過覆蓋在小腸絨毛表面的非流動水層到達微絨毛上。此時，脂類消化產物包括一醯甘油、脂肪酸和膽固醇等又逐漸地從混合膠粒中釋出，它們透過微絨毛的脂蛋白膜而順濃度梯度擴散入黏膜細胞（膽鹽被遺留於腸腔內）。
長鏈脂肪酸及甘油酯被吸收後．在腸上皮細胞的滑面內質網中大部分發生酯化，重新合成為三醯甘油，並與腸上皮細胞中生成的載脂蛋白合成乳糜微粒。乳糜微粒一旦形成即進入高爾基複合體中，乳糜微粒被包裹在一個囊泡內成為分泌顆粒。囊泡移行到細胞底—側膜時，便與細胞膜融合，釋出乳糜微粒進入細胞間隙，再擴散入淋巴。
