为维持生命和从事劳动，人体每天必须得到一定的能量。劳动需要能量，安静状态下，维持心脏跳动、血液循环和肺的呼吸等许多重要生理功能也需要能量。能量来源是每天食物中碳水化物、脂肪和蛋白质中所含的热能。食物中的无机盐和维生素不能供给能量。一般在比较长时间内，人体通过食物所摄入的能量和所消耗的能量应基本保持平衡，否则将出现体重减轻或超重。不利于健康。

食物中碳水化物、脂肪及蛋白质的能量系数 人体所需能量国际上用焦耳(Joule简写J)为单位。1焦耳为用1牛顿的力使1公斤物质移动1米所消耗的能量。常用焦耳的1000倍，称千焦耳(kJ)，或其106倍，称兆焦耳(MJ)作为单位。如以千卡(kcal)作单位。1千卡为使1立升15℃纯水升至16℃时所吸收的热量。千卡(kcal)与千焦耳(kJ)及兆焦耳(MJ)的换算关系如下：

1kcal=4.184kJ，1kJ=0.239kcal

1000kcal=4184kJ，1000kJ=239kcal

1000kcal=4.184MJ，1MJ=239kcal

食物中所含蛋白质、脂肪和碳水化合物三大营养素，若用弹式测热器测其燃烧热，则每克物质的平均值如下：

碳水化物 17.15kJ (4.1kcal)

脂 肪 39.54kJ(9.45kcal)

蛋 白 质 23.64kJ(5.65kcal)

碳水化物和脂肪在体内被完全氧化，所产生的热量与测热器所测得者完全相同。蛋白质在体内不能完全燃烧，其最终代谢产物为尿素、肌酐、尿酸等。由1g蛋白质所产生的这些产物，在测热器中平均尚可产生5.44kJ(1.3kcal)热量，应予以扣除。此外在消化过程中，尚有少量损失，亦应除去，故实际所得净值即能量系数为：

碳水化物： 消化率98%17.15kJ×0.98=16.8kJ

　　　　　　　　4.1kcal×0.98=4kcal

脂 肪： 消化率95%39.54kJ×0.95=37.6kJ

　　　　　　　　9.45kcal×0.95=9kcal

蛋 白质： 消化率92% (23.64kJ-5.44kJ)×0.92

　　　　　　　　　=16.7kJ(4.35kcal-1.3kcal)×0.92

　　　　　　　　　=4kcal

在体内每氧化1g碳水化物、脂肪、或蛋白质所需的氧量和产生的二氧化碳量等见表。

由表看出，碳水化物的耗氧量最小，故缺氧环境中工作人员的膳食组成，可能条件下，应以碳水化物为主。

人体的能量消耗 人体所消耗的能量， 主要用于三个方面，即：维持基础代谢满足食物特殊动力作用的消耗和人类各种体力活动。

碳水化物、脂肪、蛋白质的耗氧量和产热量表

维持基础代谢所消耗的能量 机体在清醒状态下，空腹、安静时的能量消耗，即为基础代谢消耗的能量。其小部分(10%)用于体内机械工作，如心跳、呼吸等; 大部分用于维持细胞内外液电解质的浓度差，或用于蛋白质及其他大分子物质的生物合成。

单位时间内人体每平方米体表面积所消耗的基础代谢热量称为基础代谢率 (BMR)。我国正常人的基础代谢率见下表：

我国正常人每小时基础代谢率平均值

基础代谢不仅与人的性别、年龄、体表面积有关，且受高级神经活动、内分泌系统状态、外界气象条件等因素的影响。影响基础代谢的主要因素有：

(1)年龄： 婴幼儿生长发育较快，其基础代谢率最高;随着年龄的增长，基础代谢率不断下降，12岁以前下降很快，12岁以后则下降变慢。一般成人比儿童的BMR约低10～12%，老年人又比成人为低。

(2)身体大小及肥瘦程度： 基础代谢随体表面积的增大而增加，即与身体大小成正比。身体的肥瘦程度对基础代谢率也有一定影响，胖人的基础代谢率常较瘦人为低，这是因胖人的瘦体质所占比例较少所致; 而基础代谢主要决定于瘦体质的多少。

(3)性别： 女性比男性的基础代谢率约低2～12%，是由于女性的瘦体质比男性所占比例较小所致。如以单位体重瘦体质表示基础代谢率，则男女差别即可消失。(4)气候：不仅生长于热带的居民基础代谢率较低，从温带移居热带居民的基础代谢率亦有所下降。一般热带居民基础代谢率较温带同类居民约低10%。

食物特殊动力作用所消耗的能量 由于吃入食物而引起多消耗能量的现象称为食物特殊动力作用。蛋白质的食物特殊动力作用最强，相当于蛋白质本身所产生能量的30%左右，碳水化物为其本身所产生能量的5～6%，脂肪约为4～5%。吃普通混合膳食时，食物特殊动力作用所引起的额外能量消耗约为628～837kJ(150～200kcal)，相当于基础代谢的10%。引起食物特殊动力作用的原因，至今尚不十分清楚。

各种体力活动所消耗的能量 任何消耗体力的机械活动均消耗能量，活动本身、移动整个身体或部分身体均需消耗能量。能量的消耗不仅决定于体力活动的性质和强度，且决定于体重与动作的熟练程度。

动作熟练程度对能量消耗影响很大，一般动作不熟练，消耗能量较多，熟练则消耗能量较少，但一般研究体力活动所消耗的能量，均未涉及熟练因素。通常各工种消耗能量的数据，均指熟练工而言。现将成年人几种有代表性的体力活动的能量消耗列表于下：

几种活动的能量消耗表

确定人体能量需要的方法 一个人群能量的需要，可用以下两种方法估计。

膳食调查法 通过记录一群人的每日平均摄入食物量并观察其健康情况估计他们的能量需要量。当食物供应充足，人们可自由选用时，健康成年人一般均能相当准确地摄入他所需要的能量;只要人体健康状况良好，则所摄入的能量一般能符合生理要求。但此种计算方法的缺点是： ①当食物供应品种不多又不能自由选择时，摄入的能量有可能不足。②因系通过食物消耗量间接计算能量消耗，食物成分表上的成分与食物实际成分间的差异可能给估计造成一定误差。

能量消耗调查法 首先记下每人每日各种活动的时间(min)，然后按各种活动应消耗的能量(表3)予以计算。各种活动所消耗的能量(包括基础代谢和食物特殊动力作用在内)亦可用气体代谢法(间接测热法)自行测定。例如体重65kg的成年男子，每日睡眠8h，作手工木工8h，其余8h(包括休息、娱乐和其他家务及生活上的活动)相当于轻度活动，其24h能量需要量为

8h睡眠： 4.52kJ×480=2169.6kJ(519kcal)

8h木工工作：16.74kJ×480=8035.2kJ(1920kcal)

8h轻微活动：10.46kJ×480=5020.8kJ(1200kcal)

24h消耗能量总计 15225.6kJ(3639kcal)

用本法估计人们能量需要量时，其误差主要为对各种活动记录的精细程度： 如上例，对其余8h的活动记录较为粗糙，因而与实际需要量间必然有一定误差。为补足一些漏记的动作所消耗的能量，建议于计算总量的基础上再加5～10%，以保安全。

制定各种不同劳动种类人群的能量需要量标准时，最好两种方法同时采用，并将所得结果予以比较。若实际膳食调查数据高于计算数据且被调查者健康状况良好，则以实际调查数据为准。若计算数据高于实际调查数据，而被调查者的健康状况又不甚理想，则应按计算数据改进营养，并于一定时间后观察其效果，予以确定。有时虽计算数据高于实际调查数据，但被调查者的健康状况却无明显问题，则应与其他地区的相同工种进行比较，找出他们相互间在膳食和健康上有何差异，以便决定最适宜的能量需要量。

成年人能量供给标准 我国不同劳动强度的成年男女能量供给量见《合理营养》条目供给量表。其中男性按五级分类，即极轻体力劳动、轻体力劳动、中等体力劳动、重体力劳动、极重体力劳动，而女性仅分四级，无极重体力劳动一级。一般，全天工作以坐为主，每日活动仅散步或站立2小时，为极轻体力劳动;打字、教学、实验室工作，有一定量的步行，为轻体力劳动;从事以站为主的工作，如园艺、木工、轻工业工作等，为中等体力劳动;林业工作、农业劳动等为重体力劳动;伐木、人力搬运等为极重体力劳动。同一工种间，尚存在个体差异，个体间有不同的工作效率和不同的积极程度，工作以外的活动也可能有很大不同，因而上述分级是从总体而言，对个体尚应作具体的分析。(沈治平)蛋白质

蛋白质是由许多氨基酸组成的高分子化合物，其分子中含有碳、氢、氧和氮，尚可能有硫和磷。食物另两种重要营养素碳水化物和脂肪中，仅含有碳、氢和氧，并不含氮。因此蛋白质是人体氮的唯一来源，是一种非常重要的营养素，是构成人体的基本成分。

蛋白质的生理意义 蛋白质是构成生物组织的重要成分。成人体内约含蛋白质16.3%。蛋白质不仅是构成组织精细结构的基本材料，且具有很重要的生理活性;如催化代谢的酶、调节代谢的激素以及作为保护机制的抗体均由蛋白质或其衍生物组成。此外人体内多种物质的运输、体液pH的调节、体内液体的平衡以及遗传信息的传递等极其复杂的生理过程，无一不与蛋白质有关。所以蛋白质是生命的物质基础，是生命存在的一种形式。食物蛋白质被人体消化吸收后，用于合成新的组织(如婴幼儿、青少年、孕妇、乳母)和维持组织蛋白质分解代谢与合成代谢的动态平衡。人体对蛋白质的生理需要比较固定，过少不能满足生理需要，过多则排出体外造成浪费，为蛋白质不同于脂肪和糖类的一个特点。

成年人组织蛋白质的更新量每日约为400g。大部分用于合成新的组织蛋白质，仅一小部分进一步分解成脲及其他代谢产物，排出体外。据测定证明，即使膳食中完全不含蛋白质，65kg体重的成年男子，每日仍从身体排出氮约3.5g，相当于22g蛋白质，为不可避免的损失。故欲维持成年人氮平衡(摄入与排出氮相等)，每日至少应从膳食中供给优质蛋白质22g。对于少年儿童，尚应考虑生长发育和新组织形成的需要。

不同组织，蛋白质分解和更新的速率相差很大。小肠粘膜可能1～2d更新一次，红细胞寿命约为120d，而胶原的更新则很慢，可长达几年。因此蛋白质供给不足时蛋白质更新愈快的组织所受的影响也愈大。肠粘膜及分泌消化液的腺体首先受累，结果引起消化吸收不良，导致腹泻、失水、失盐。这常是蛋白质营养不良的早期临床表现。继之，肝脏也受影响，表现为脂肪浸润，不能合成血浆蛋白，从而使血浆白蛋白含量下降，最后导致水肿。以后骨胳肌正常结构也不能维持，因而使肌肉萎缩。骨髓也不正常，影响血细胞的产生而导致贫血。由于胶原破坏和更新的速率很慢，故对结缔组织影响较少。中枢神经系统受的影响也较小，仅于幼年各组织均处于旺盛的发育时期时，若遭受严重的蛋白质缺乏，可引起智力障碍。

蛋白质摄入量不足时，首先表现为负氮平衡，即摄入的氮少而排出的氮较多，即意味着组织蛋白破坏。此时幼儿及青少年表现为生长发育迟缓、消瘦、体重过轻，甚至智力发育障碍;成人则表现疲倦，体重显著下降，肌肉萎缩、贫血、泌乳量少、血浆蛋白质降低，逐渐形成营养性水肿。

蛋白质营养不良时，血浆蛋白质浓度降低，以血浆白蛋白较为明显，白蛋白低于35g/L，表示蛋白质严重缺乏，更严重时，可低至15g/L以下。

必需氨基酸 组成蛋白质的氨基酸有20多种，其中8种在哺乳动物及人体内不能合成，必需从食物供给，否则不能维持成年人及动物的氮平衡，称必需氨基酸，它们是异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。对婴儿组氨酸也是必需氨基酸。此外胱氨酸及酪氨酸可分别由蛋氨酸和苯丙氨酸转变而成，故膳食中胱氨酸和酪氨酸充裕时，可节约蛋氨酸和苯丙氨酸。WHO和FAO等国际组织归纳的必需氨基酸需要量的研究资料(1983年)见下表：

表1 每日必需氨基酸需要量的估计(mg/kg体重)

机体蛋白质代谢过程中，既要利用必需氨基酸，也要利用非必需氨基酸;合成的蛋白质不同，利用的氨基酸种类和数量也不同。正常情况下，每种必需氨基酸的需要和利用是按照人体需要，并有一定范围;各种必需氨基酸之间，存在着一个相对比值。根据实验结果，WHO提出了暂订蛋白质的氨基酸组成模式(表2)。若一种蛋白质或膳食中混合蛋白质的必需氨基酸含量能达到或至少接近以上模式的数值，则按蛋白质安全摄入量进食，不仅可满足人体生理需要，且所有氨基酸均能被充分利用。这样的蛋白质即是利用率最高的蛋白质，也是营养价值最好的蛋白质。

表2 暂订蛋白质的氨基酸组成模式

*以色氨酸为1进行比较

若蛋白质中某一种或某几种必需氨基酸缺乏或数量不足，使合成组织蛋白质受到限制，即限制了此种蛋白质的营养价值，这一种或几种氨基酸，称为限制氨基酸。但若蛋白质中某种氨基酸含量过多，也可干扰另一些氨基酸的利用，降低食物蛋白质的营养价值。

食物蛋白质的营养价值 食物蛋白质的营养价值，决定于以下三个因素： ①食物中蛋白质的含量; ②食物中蛋白质的消化率; ③食物蛋白质中必需氨基酸的含量及其相互比值。

(1)食物中蛋白质的含量： 从膳食中得到蛋白质的数量，决定于食物摄取量及食物中蛋白质的含量。人类食物摄取量主要决定于满足能量的需要，而不是为了满足蛋白质的需要。因此评价食物中蛋白质营养价值时，绝不能脱离所含的数量，因含量太低，即使营养价值很高，也无法满足机体所需要的数量，也不能发挥其优质作用，食物中蛋白质含量的测定，一般采用凯氏定氮法。由于多数蛋白质的平均含氮量为16%，故将测得的氮量乘以100/16(即6.25)，即得该食物的粗蛋白质含量。由于各种食物蛋白质的组成成分并不相同，如要求更精确计算，可使用各种食物的蛋白质换算系数(见表3)。

表3 常用食用蛋白质的换算系数

(2)食物中蛋白质的消化率： 食物中蛋白质的消化率反映蛋白质在机体消化酶作用下分解的程度，可在人或大白鼠利用进食试验求得。

粪氮并非全是不能被人体消化吸收的食物氮，其中部分氮来自肠道微生物、脱落的肠粘膜细胞以及由肠道分泌的消化液，这部分氮总称为粪代谢氮。可于受试者完全不吃含蛋白质的食物时从粪中测得。一般24h粪代谢氮约为0.9～1.2g。如在测定中不减去粪代谢氮，则所得结果称为表观消化率;如减去粪代谢氮，则称为真消化率。由于表观消化率实际比真消化率低，对蛋白质的营养价值是较低估计，具有更大的安全系数;且其测定方法较为简便，故一般多用表观消化率。

蛋白质的消化率与同时存在的膳食纤维有关，因之植物性蛋白质的消化率一般较动物性蛋白质低。如能将与植物性蛋白质同时存在的纤维物质除去或使之软化，则可提高其消化率。如大豆中的蛋白质整粒食用时，其消化率仅为60%，如将其蛋白质析出做成豆腐或豆浆，其消化率可增至90%以上。植物性食物如豆类，特别是生大豆中存在的抗胰蛋白酶因素，亦可降低大豆蛋白质的消化率。

表4 几种食物粗蛋白的必需氨基酸含量及其相互比值

(3) 食物蛋白质中必需氨基酸的含量和相互间的比值： 表4列出几种常用食物蛋白质的必需氨基酸含量和其相互比值。若以氨基酸组成模式作为标准，则必需氨基酸的总量，除花生蛋白质较低外，所有列出的动物性蛋白质均高于模式或高甚多，而面粉、大豆、大米等植物性蛋白质则与标准大致相同。氨基酸的相互比值(以含量最低的色氨酸为1)，以几种动物性蛋白质较接近于模式，其中又以全鸡蛋蛋白质更为理想。植物性蛋白质则相差很大。如大豆及花生蛋白质的蛋氨酸，米及面粉蛋白质的赖氨酸，无论是绝对值或相对比值均低于模式很多。若以其中任何一种(特别是面粉和米)作为蛋白质唯一来源喂饲动物或供人食用，其利用率均不及动物性蛋白质。若粮豆混吃，则可互相取长补短，大大提高混合蛋白质的利用率;这种作用称蛋白质互补作用。如在粮豆之外，再补充适量的动物性蛋白质，则效果更为显著。

虽然动物性蛋白质利用率一般均较植物性蛋白质为高，但也有少数例外，如角质蛋白、白明胶等间质蛋白质，因缺乏多种必需氨基酸(色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸和缬氨酸)。植物性蛋白质也有利用率较高者如酵母、玉米胚、小麦胚及大豆等。

用化学法测出的氨基酸含量不一定均能为人体所利用，因而考虑食物中必需氨基酸含量时，尚应注意其可利用率问题。

虽然各种食物蛋白质的各种氨基酸的可利用率均有一定差异，但在营养上值得特别重视的是赖氨酸。因为不仅有些食物中天然存在着影响赖氨酸可利用率的因素(如棉籽饼中的棉酚)，而且过度加热(如用滚筒干燥法制奶粉)也可大大降低赖氨酸的可利用率。几种食物蛋白质赖氨酸的可利用率见下表。

食物蛋白质营养价值的衡量指标 衡量指标有：

(1)生物学价值(BV)：表示蛋白质吸收后在体内贮留的程度。生物学价值愈大，说明其利用率愈高。

表5 各种食物蛋白质的赖氨酸利用率(%)