什麼是營養

生物從外界攝取養料以維持其生命的作用。營養學即是研究食物對生物的作用的科學。營養學家對營養所作的解釋是：食物中的營養素和其他物質間的相互作用與平衡對健康和疾病的關係，以及機體攝食、消化、吸收、轉運、利用和排泄物質的過程。營養學在其發展的過程中，不僅包括食物進入機體內的變化，如參與生化反應和結合到組織細胞中；還包括指導人們如何選擇食物以保障機體的正常生長、發育與繁殖。所以營養學除了有其生物學意義外，還有其社會經濟意義。

生物從低級到高級，從單細胞生物到高等動植物，從水中生活到陸地生活，所處的環境不同，生態各異。因之，所需要的養料和攝取養料的方式也不相同。生物所需的養料，其元素組成，大量的有氫、氧、氮和碳。這些是組成生物體的蛋白質和儲存能量的主要元素。此外，還有少量的硫、磷、鈣、鎂、鉀、鈉、氯和多種微量元素。有些微量元素在生物體內僅有痕量。

含有葉綠素和紫色素的植物和微生能夠經過根、葉或細胞膜直接從外界吸取這些無機化合物，並利用日光的能量來合成自身生長、發育等生命活動所需的有機物質，如蛋白質、脂質和碳水化合物（糖類）等。具有這樣營養方式的生物稱為自養型或無機營養型生物。另一些生物（如動物）不能直接利用外界的無機物合成自身生命所需的有機物，必須從自養型生物或其它同類生物獲取養料。通過代謝過程將攝取的物質轉變成自身所需的蛋白質、脂質、碳水化合物等有機物。具有這樣營養方式的生物則稱為異養型生物。

營養素是維持正常生命活動所必需攝入生物體的食物成分。現代營養學對於營養素的研究，主要是針對人類和禽畜的營養素需要。營養素分蛋白質、脂質、碳水化合物、維生素和礦物質5大類。

蛋白質

機體組織細胞成分主要為蛋白質，體液也含蛋白質。蛋白質的營養作用在於它的各種氨基酸。組成食物蛋白質的氨基酸有20餘種，其中有數種不能在人體與動物體內合成，而必須獲自食物，這些氨基酸被稱為“必需氨基酸”，即蛋氨酸、賴氨酸、色氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和異亮氨酸。此外，幼兒生長尚需組氨酸，禽類如雞還需精氨酸和甘氨酸。除這些必需氨基酸以外的其他氨基酸，因為都能在機體內合成，故被稱為“非必需氨基酸”。

各種蛋白質的氨基酸種類與含量是不相同的。有的蛋白質缺少某種必需氨基酸，如明膠蛋白不含色氨酸，玉米膠蛋白不含賴氨酸。因此，評價一種食物蛋白質的營養價值，主要應視其所含的各種必需氨基酸量是否能滿足機體的需要。不足時，機體就不能有效地合成體蛋白質，其他種氨基酸只能經脱氨代謝，生成糖(糖原異生)和作為燃料供給熱能。由此可知，食物蛋白質的氨基酸模式是決定其質的優或劣的關鍵。現在國際上以全雞蛋的必需氨基酸模式，或人乳中必需氨基酸模式，或根據人體所必需的氨基酸量提出的假設模式，作為評價食物蛋白質營養價值的標準。這就是所謂蛋白質營養價值的化學分評價法。另外，還有生物評價法，是根據食物蛋白質在機體內的利用率作出營養評價。常用的有“蛋白質生理價值”（簡寫為BV，為體內存留氮量與吸收氮量的百分比）、“淨蛋白質利用率”（簡寫為NPu，為體內存留氮量與攝入氮量的百分比，即BV×蛋白質的消化率）、或“蛋白質效能比值”（簡寫為PER，為攝入每克蛋白質的體重增加量）。

脂質

包括中性脂肪和類脂。前者主要是供給能量，後者多具有重要的生理功能。脂質的基本組成為脂肪酸，有必需脂肪酸和非必需脂肪酸之分。必需脂肪酸主要有3種，即亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸。這3種必需脂肪酸的生物活性不相同，以花生四烯酸的為最大，亞油酸的為其次，亞麻酸的為最小。由亞麻酸衍生的20碳與22碳的長鏈脂肪酸，在腦與視網膜的發育與功能中有着特殊的作用。動物缺乏必需脂肪酸時，生長遲緩，出現皮膚症狀（脱毛、濕疹性皮炎、鱗皮等）。有人報道幼兒缺乏必需脂肪酸時也有同樣症狀。但成年動物和人很難產生缺乏症狀，這是因為體內有較大量亞油酸儲存之故。必需脂肪酸缺乏，可引起細胞膜磷脂的脂肪酸組成的改變，因而影響膜的功能；並可減低前列腺素的合成。前列腺素的前體為18碳和20碳的多不飽和脂肪酸。有人建議以測定血中三烯酸和四烯酸的比值，作為必需脂肪酸是否缺乏的指標。這是由於脂肪酸代謝過程中有酶系統的競爭作用。當亞油酸缺乏時，由亞油酸延長碳鏈並經脱飽和作用而生成花生四烯酸的量減少，另一族脂肪酸──油酸的代謝加強，大量生成二十碳三烯酸，因此血中三烯酸與四烯酸的比值乃有增高。人的必需脂肪酸需要量按其熱量計約為每日熱能需要量的1～2％。

碳水化合物（糖類）

供給生物熱能的一種主要營養素。食物中的碳水化合物是多糖(澱粉)和纖維素。多糖的降解產物單糖，可為絕大多數生物所利用，而纖維素則僅在具有纖維素酶的生物體內才能被降解和利用。在膳食熱量攝入不足時，機體的脂肪組織和蛋白質將被分解以補充熱量的不足。表現為生長停滯，體重下降。嚴重時可致死亡。人類的飲食習慣不同，膳食碳水化合物供給的熱量一般佔總熱能消耗的45～80％。在經濟不發達地區可高達90％以上，這是因為碳水化合物是最廉價的熱能來源。若膳食碳水化合物的熱量過低，脂肪熱量過高將會發生酮症。減肥的人常過多的限制碳水化合物，以限制熱量的攝入，並增強勞動以消耗體脂，在這種情況下也會出現酮症。因此，來源於碳水化合物的熱能不宜少於總熱能的45％。

纖維不能為人和多數動物所消化利用。膳食纖維包括纖維素、半纖維素、果膠、藻多糖和木質素。早年在測定纖維時，用酸、鹼消化植物組織，其殘渣為粗纖維，其餘的纖維組分大部分在測定過程中遭受損失。現在的新方法可分別測定纖維的各種組分。膳食纖維經胃腸道中細菌的纖維素酶發酵，可有大部分被酶解為短鏈脂肪酸。草食動物即以此為能量來源。

流行病學及實驗室工作證明，膳食纖維可降低腫瘤的發生，如結腸癌。其原因在於它們的親水性和形成凝膠的能力，增大糞便體積，利於排出，從而加速致腫瘤活性的固醇代謝物的排泄，減少了與結腸接觸的時間。膳食纖維也有利於對其他疾病，如冠心病、高血脂症、糖尿病等的防治，此項研究尚在繼續中。

蛋白質、脂質和碳水化合物都屬於產生熱能的營養素。在進行一切生物反應時必須要有足夠的熱能。膳食蛋白質、脂質和碳水化合物所供給的熱能，在扣除未被消化吸收部分後的熱能值，稱為生理熱能值。每克蛋白質、脂肪和碳水化合物的生理熱能值分別為4.0、9.0和4.0千卡。這就是通常用以計算膳食熱量的數據。

熱量的攝入與消耗，在正常情況下，應處於平衡狀態，即攝入量與消耗量相等，是為能量平衡。生物在生長階段，機體的物質在增加，尤其是蛋白質和脂質，因而有能量的儲存。但攝入量超過需要時，即以脂質的形式存於體內。與此相反，在攝入量低於需要時，將消耗自身的物質導致消瘦。

礦物質

19世紀中葉就發現僅用蛋白質、脂肪和碳水化合物飼餵動物不能維持其生命，因而認為食物燃燒後的灰分必具有生理作用。但補充飼以灰分後動物仍死亡。直到20世紀初發現了維生素，並逐漸闡明瞭礦物質的重要作用，才對營養素有了較全面的瞭解。人體內有數十種礦物元素，廣泛分佈於全身。目前尚未能證明這些元素全部都具有生理功能。其中少部分元素具有生理功能的，被稱為必需元素。按其在體內的含量又分為大量營養元素和微量營養元素。前者有鈣、磷、鎂、鉀、鈉、氯、硫。後者有鐵、銅、鋅、錳、鉬、鉻、鈷、鎳、釩、錫、碘、硒、硅、氟等。

鈣、磷、鎂是骨骼和齒的主要成分。鎂又是植物葉綠素的重要成分。鈣、磷、鎂的生理功能為：鈣與鎂在肌纖維收縮、神經傳導、激活生化反應中，以及鈣在凝血作用中都起着極重要的作用。磷與能量代謝有關。三磷酸腺苷 (ATP)是儲存和釋放能量的重要化合物。鎂為產生三磷酸腺苷的激活物質。鎂、鉀、鈉、氯都是維持體液酸鹼平衡和適宜滲透壓的重要電解質。硫為含硫必需氨基酸──蛋氨酸和胱氨酸，和幾種維生素，如硫胺素、泛酸和生物素的組分。硫與氫組成的巰基在生物反應中有重要作用。

在微量營養元素中，鐵是血紅蛋白的重要成分，為攜帶氧的載體。銅與鐵在血紅蛋白合成中有協同作用。碘是甲狀腺素的主要成分。鉻是糖耐量因子的成分。鈷是維生素B12的成分。已知鋅是40餘種酶的輔基，缺乏時將導致生長停滯和性發育不成熟。錳、鉬、硒也都是酶的成分。氟由於具有防齲齒作用，因此，也是必需元素。其餘的元素如鎳、釩、錫、硅在動物實驗中發現有缺乏表現，但其機制尚未闡明。必需元素攝入過量時，對機體也可產生不利影響。

維生素

為機體所必需的微量有機化合物（見維生素）。每種維生素都有各自的生理功能。缺乏時引起特殊的疾病，嚴重缺乏可致死亡。它分為脂溶性和水溶性兩類。現在已知的脂溶性維生素有A、D、E、K。水溶性維生素有抗壞血酸、硫胺素、核黃素、煙酸、維生素B6、葉酸、鈷胺素、生物素、泛酸、膽鹼、肌醇等。