15.1 熱能和生熱營養素
15.1.1 熱能
人體所有的生命活動包括心跳呼吸都需要消耗熱能，營養學上所說的熱能是飲食中潛在的能量在人體內經過生物氧化以後釋放出供給機體所需的熱能。人體熱能的來源是飲食中的碳水化合物、脂肪和蛋白質，這三大營養素在體內進行生物氧化釋放出的熱能，一部分用於維持體溫和向外界環境散發，另一部分形成三磷酸腺苷（ATP）儲存於高能磷酸鍵中，在生理代謝過程中釋放出熱能供機體各種活動利用。
（1）熱能的計量單位及三大營養素的熱能係數
人體所需的熱能國際上統一以焦耳（Joule簡稱J）為單位表示，日常實際應用的熱能單位是千焦耳（KJ）或兆焦耳（MJ），1000焦耳（J）為1千焦耳（KJ），1000千焦耳（KJ）為1兆焦耳（MJ）。以前我國營養學上常用千卡（Kcal）為熱能單位，千卡與千焦耳之間的換算關係如下：
1Kcal=4.184KJ 1KJ=0.239Kcal 1MJ=239Kcal
食物中的營養素在人體內不能被完全消化利用，一般在體內的供熱量可按16.8 KJ（4Kcal）/克蛋白質、37.8 KJ（9Kcal）/克脂肪、16.8 KJ（4Kcal）/克碳水化合物計算，這個數值稱為熱能係數。
（2）人體對熱能的需要
人體對熱能的需要與其消耗是一致的。能量消耗包括基礎代謝、各種體力活動需要、食物特殊動力作用等。
①基礎代謝。基礎代謝能量是處於清醒、空腹、安靜的狀態下維持體溫和髒器活動最基本生命活動所需的最低能量。基礎代謝可以根據身高、體重求出體表麵積，再按體表麵積與基礎代謝率計算基礎代謝的熱能。基礎代謝與體表麵積成正比，基礎代謝率受年齡、性別、內分泌腺的分泌狀態、氣溫、種族和營養狀態的影響。兒童和青少年基礎代謝率比成人高，男性比女性高，寒冷氣候下比溫熱氣候下高，身體發熱時基礎代謝率增高，甲狀腺功能亢進者，基礎代謝率明顯增高。長期熱能攝入不足、營養不良者基礎代謝率偏低。
②各種體力活動。不同強度的活動消耗能量不同，主要與肌肉活動量成正比，同時與勞動的熟練程度、勞動環境、氣象條件等亦有關。輕體力勞動時，增加消耗熱能約相當基礎代謝的20%～28%，中等體力勞動約增加1-2倍、重體力勞動約增加2-10倍，兒童活動量增加，也可使能量的消耗增多。
③食物特殊動力作用。食物特殊動力作用，是指機體由於攝取食物而引起體內能量消耗增加的現象。三種生熱營養素攝取過程中所消耗的能量各不相同，蛋白質約為它所供熱能的30%，碳水化合物為5%～6%，脂肪為4%-5%。混合食物的特殊動力作用為人體每日基礎代謝的10%。
（3）膳食攝入量和來源
人體熱能的需要量因受勞動強度、年齡、性別、生理特點等因素影響而有所不同。正常情況下，人體熱能的攝入量與消耗量保持平衡，即成年人食欲得到滿足，體重維持不變，兒童維持在正常生長發育水平，即說明所攝入的熱量是恰當的。如果熱能消耗量大於攝入量，人體可以通過把體內貯存的脂肪轉變成為可利用的熱能來補償這種短缺。如果長期熱能供給不足，其他營養素在體內也不能很好地被利用，這樣就會容易生病。當一個人消耗的熱能低於食物所含能量的總和時，過多的熱能將以脂肪的形式貯存起來，長期下去，就會表現為肥胖。肥胖會增加患糖尿病、高血壓、冠心病、脂肪肝、膽石症和痛風等的危險性。
由於人們的飲食習慣不同，熱能來源有較大差別，西方國家人民的飲食習慣以動物性食物為主，其熱能主要來源於脂肪和蛋白質，這種膳食會因為攝入過多的動物脂肪而常引起一些心血管疾病高發。我國人民的飲食習慣以糧食為主，動物性食物為輔，是一種既經濟實惠又有利於健康的飲食。一般要求膳食中三大生熱營養素占總熱能的比例，以蛋白質10%～15%、脂肪20%～30%、碳水化合物55%～65%為宜，小兒膳食中蛋白質和脂肪應取上限值為好。
15.1.2 蛋白質
蛋白質是由氨基酸組成的含氮化合物，多數蛋白質含氮量為16%，可以用測定食物中的含氮量乘以6.25即為粗蛋白含量。食物中的蛋白質需經消化分解成氨基酸及小分子肽，吸收後才可被人體利用。
（1）蛋白質的生理作用
①是組成人體的重要成分之一。蛋白質占人體重量的16.3%左右，即一個60kg體重的成年人其體內約有蛋白質9.8kg。處於生長發育期的嬰幼兒、兒童、青少年，對蛋白質的需要量相對高於成年人。
②維持機體組織更新、生長、修複。蛋白質在體內不斷進行代謝與更新，被食入的蛋白質在體內經消化分解成氨基酸，吸收後在體內主要用於重新按需要組合成人體蛋白質，同時新的蛋白質又在不斷代謝與分解，時刻處於動態平衡中。因此，食物蛋白質的質和量、各種氨基酸的比例，關係到人體蛋白質合成的量，尤其是嬰幼兒、兒童的生長發育、孕產婦的優生優育，都與膳食中蛋白質的質和量有著密切的關係。
③調節生理功能。蛋白質在人體各種生理活動中起著重要作用，例如構成催化各種代謝反應的酶、調節體內代謝過程的激素、具有免疫功能的抗體等。另外體內酸堿平衡的維持、許多重要物質的運轉等都需要蛋白質的參與。
④經代謝後可為機體提供熱能。
（2）必需氨基酸和蛋白質的營養價值
①必需氨基酸。人體內蛋白質的種類很多，其性質、功能各異，但都是由20種氨基酸按不同比例組合而成的，其中有八種在人體內不能合成，必須由食物供給，稱為必須氨基酸。它們是賴氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸、蘇氨酸和纈氨酸。由於嬰兒體內不能合成足夠量的組氨酸，所以對嬰兒來說，必需氨基酸有九種。其餘的氨基酸在人體內可以合成，稱為非必需氨基酸。
②蛋白質的營養價值。食物蛋白質營養價值的高低主要取決於人體對蛋白質的吸收程度和蛋白質中所含必需氨基酸的種類、數量及其相互間的比例與人體需要的一致性。按蛋白質的營養價值可將其分為完全蛋白質（優質蛋白質）和不完全蛋白質。完全蛋白質含有人體全部必需氨基酸，而且含量與比值和人體需要的必需氨基酸的比值接近，機體對蛋白質的可利用率較高，因此營養價值較高。不完全蛋白質中缺乏一種或幾種必需氨基酸，使機體對蛋白質的可利用率降低，因此營養價值較低。
（3）食物來源
完全蛋白質主要存於動物性食品和大豆及其製品中，不完全蛋白質主要存在於植物性食物中。大多數植物性食品如大米、玉米、小麥、高梁等所含蛋白質數量少、必需氨基酸的種類不全或某種必需氨基酸的比值過低，長期食用某種單一植物性食品對健康不利。若將多種食物按比例混合搭配，同時食用，不同食物必需氨基酸的種類和數量相互取長補短，可提高蛋白質的營養價值，稱之為蛋白質的互補作用。例如，按我國人民的飲食習慣，蛋白質主要來自糧穀類，而糧穀類食物蛋白質普遍缺乏賴氨酸，若與富含賴氨酸的大豆混合食用，就可發揮其蛋白質的互補作用。因此，在經濟條件較差的山區應大力提倡多吃大豆製品。
15.1.3 脂肪
脂肪是由一分子的甘油和三分子的脂肪酸組成，又稱甘油三脂。根據其分子結構中是否有不飽和雙鍵及不飽和雙鍵的多少，可分將脂肪酸分為飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸。一般植物性脂肪含有較多的不飽和脂肪酸，在常溫下呈液態。動物性脂肪中含有較多的飽和脂肪酸，常溫下呈固態。
（1）生理功能
①提供熱能。脂肪進入人體後通過脫氫氧化可釋放出大量熱能，是人體熱能的重要來源。同時脂肪也是機體儲存熱能的有效方式，當攝入熱能多於消耗量時，多餘部分即以脂肪形式儲存，當需要時再向機體提供能量。
②構成組織細胞。脂肪是人體細胞重要的組成成分，細胞膜是由糖脂、磷脂、膽固醇和蛋白質共同組成的。細胞膜對於維持細胞內環境的穩定和正常生理代謝具有十分重要的作用。
③供給必需脂肪酸。多不飽和脂肪酸中的亞油酸和α――亞麻酸是維持人體正常生長發育和健康所必需的，在人體內不能合成，每日必須由食物供給，是人體必需脂肪酸，缺乏時可導致嬰兒生長發育遲緩。
④促進脂溶性維生素的吸收。脂肪是脂溶性維生素A、D、E、K的有機溶劑，有利於這些維生素的吸收利用。
⑤隔熱和保溫作用。體內貯存脂肪有利於保持體溫。髒器間的脂肪能使其免受震動損傷。
⑥促進食欲和維持飽腹感。食物脂肪可增加食物的色、香、味，提高人的食欲和維持飽腹感。
當必需脂肪酸攝入不足時，可出現皮膚幹燥、濕疹、脫發，影響機體的正常生長發育。但脂肪攝入過多，又可使機體過於肥胖，兒童期的肥胖症可導致成年後某些有關疾病高發。
（2）食物來源
動物性脂肪來自肉、魚肝油、骨髓、蛋黃等食物，以肥豬肉中脂肪含量最高（90.8%）。動物性食物主要提供飽和脂肪酸，但魚類含多不飽和脂肪酸較多。植物性食物以油料作物如大豆、花生、油菜籽、葵花籽、核桃仁等含油量豐富，且以不飽和脂肪酸為主。
對小兒來說，年齡越小脂肪所占的比例要求越大，我國居民的膳食脂肪適宜攝入量以脂肪能量占總能量的百分比計，半歲以內為45%～50%，7-12個月為35%～40%，兒童與青少年為25%～30%，成年及中老年人皆為20%～30%。多不飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸及飽和脂肪酸的比例應為1：1：1.
15.1.4 碳水化合物
由碳、氫、氧三種元素組成，其中氫和氧之比為2：1，與水相同，故有此稱。根據食物中碳水化合物的分子結構可將其分為單糖、雙糖、多糖。多糖又可分為人體可利用和不可利用兩大類，可被人體利用的多糖有澱粉、糊精、糖元等，將不可被人體利用的多糖纖維素、半纖維素、木質素、果膠等，通稱為膳食纖維。
（1）生理功能
①供給熱能。碳水化合物是人類從膳食中取得熱能最經濟和最主要的來源。
②是構成機體組織成分的重要物質。糖脂參與細胞膜的結構，糖蛋白參與結締組織的構成，核糖與脫氧核糖是核酸的重要組成部分。
③是維持心髒和神經係統正常活動不可缺少的物質。血糖低下可導致昏迷，嚴重者甚至可休克、死亡。
④保肝解毒作用。當肝糖原貯存充足時，肝髒對毒物有很強的解毒作用。
⑤抗生酮作用。當碳水化合物攝入充足時，有抗生酮作用，可防止酸中毒的發生。
⑥節約蛋白質作用。由於有充足碳水化合物存在，可免於過多地動用蛋白質作為機體的熱能來源而消耗，有利於充分發揮蛋白質特有的生理功能。
⑦維持胃腸道正常生理功能。膳食纖維可以增加胃腸道內容物的體積，刺激胃腸蠕動，有利於預防便秘和有害物質的排出。
（2）食物來源
機體可利用的多糖類如澱粉等主要來自穀類、薯類、根莖類食物，單糖與雙糖類，除部分來自天然食物外，大部分以製成品的形式（如葡萄糖與蔗糖）直接攝取。麩皮、蔬菜、水果中含有大量膳食纖維。
膳食中碳水化合物適宜攝入量為總熱能攝入量的55%～65%。當碳水化合物攝入不足，主要是熱能缺乏，出現消瘦、生長緩慢，低血糖、頭暈、無力，甚至休克；若長期碳水化合物攝入過量，可導致肥胖、血脂升高等。
15.2 無機鹽與微量元素
無機鹽與微量元素是人體的重要組成成分，並具有重要的生理功能。存在於人體內的各種元素，除碳、氫、氧、氮主要以有機化合物的形式出現以外，其餘各種元素，無論其存在形式如何，含量多少，統稱為無機鹽。其中含量較多，大於體重0.01%的有鈣、鎂、鉀、鈉、磷、硫、氯七種，約占人體的60%～80%，稱為常量元素。另有一些機體內含量小於體重0.01%的元素，稱為微量元素。目前技術水平在人體內可測出約70種微量元素，但已確認機體必需的微量元素共有14種，它們是鐵、鋅、銅、錳、鎳、鑽、鉬、鉻、碘、氟、錫、矽、釩和硒。
無機鹽在體內的生理作用主要有：①是構成機體組織的重要材料。如鈣、磷是骨骼和牙齒的重要成分，磷、硫是構成機體內某些蛋白質的成分。②維持細胞內外液的滲透壓。鈉、鉀、鈣、鎂和氯等無機鹽是細胞內、外液的重要成分，與蛋白質一起維持著細胞內外液的滲透壓，在體液的瀦留和移動過程中起著重要的作用。③維持體內酸堿平衡。酸性、堿性無機離子的適當配合，加上重碳酸鹽和蛋白質的緩衝作用維持機體的酸堿平衡。含鈣、鎂、鉀和鈉較多的食物，稱為成堿性食物，如蔬菜、水果和奶類等。含硫、磷和氯較多的食物，稱為成酸性食物，如糧穀類和肉、魚、蛋等。膳食中該兩類食物適當的搭配，對維持體內酸堿平衡具有重要的意義。④維持神經肌肉興奮性。鉀、鈉、鈣、鎂等是維持神經肌肉興奮性、細胞膜通透性及各種細胞正常功能的必要條件。⑤構成某些具有特殊生理功能物質的重要成分。如血紅蛋白中的鐵、甲狀腺素中的碘和穀胱甘肽過氧化物酶中的硒等。
無機鹽與微量元素均不能在體內合成，每天依靠食物或從飲水中供給，當膳食調配不當、機體代謝不平衡、生理需要量增加、生活環境特殊時均可引起缺乏。有些必需微量元素的生理作用劑量和產生毒作用的劑量之間差異不大，過量攝入不僅無益反而有害，應引起特別注意。我國小兒膳食中比較容易缺乏的有鈣、鐵、碘、鋅、硒等，分別闡述如下。