人类重要的营养物质(三)

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维生素微量元素食品添加剂

人类重要的营养物质(三)

搞懂维生素、微量元素与添加剂的化学原理

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维生素微量元素食品添加剂

人类重要的营养物质(三)

搞懂维生素、微量元素与添加剂的化学原理

1第 1 页 · 人类重要的营养物质(三)

葡萄糖的氧化放能

前页讲到六大营养物质里糖类是主要供能物质,而糖类最终要拆成葡萄糖才能被细胞用。那葡萄糖进入细胞后,靠什么机制把储存的化学能'放'出来?

氧化分解
葡萄糖与氧气反应,逐步拆解碳氢键,把化学能释放出来
总反应方程式
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 能量
能量两种归宿
约40%储存在ATP中供细胞做功,其余约60%以热能散失
典型应用
细胞呼吸链、有氧运动、大脑日常运转都依赖这条供能路线
木柴在柴火炉里燃烧对应 →葡萄糖在线粒体内氧化

都需O₂、都产生CO₂和H₂O、都放热;区别是炉子一步烧完,细胞分多步控速

C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{能量}
2第 2 页 · 葡萄糖的氧化放能

血糖

血糖:定义、要点与典型应用

血糖
血糖:定义、要点与典型应用
3第 3 页 · 血糖

纤维素

血糖话题里我们提过,粗粮比精米白面升糖慢——关键就在今天的主角:纤维素。

纤维素
由葡萄糖通过 β-1,4 糖苷键连接形成的多糖,是植物细胞壁的主要成分
人体不能消化
人体缺乏分解 β 键的酶,纤维素在小肠中不分解也不被吸收
膳食纤维的作用
促进肠道蠕动、帮助排便、有助于维持肠道菌群平衡
辅助稳定血糖
减缓糖类被消化吸收的速度,让餐后血糖不会飙升
同一种砖(葡萄糖)对应 →不同的砌法(α键 vs β键)

砖一样,砌法决定能否被拆除——α键的淀粉可消化,β键的纤维素不能

4第 4 页 · 纤维素

蔗糖

前面学过葡萄糖进细胞放能、纤维素为何人消化不了。今天回到厨房——白糖、红糖、奶茶里加的糖,主成分都是蔗糖。它其实是两分子单糖手拉手抱成的团。

二糖结构
一分子葡萄糖 + 一分子果糖,通过 α-1,2 糖苷键脱水缩合而成
酶水解
蔗糖酶在小肠黏膜把它拆成两种单糖,分别被肠上皮细胞吸收
血糖反应快
水解产物直接入血,GI 约 65,比等量淀粉升血糖更迅速
高甜度来源
果糖是天然糖中最甜的(约葡萄糖 1.7 倍),赋予蔗糖特有口感
项链上相邻的两颗珠子对应 →蔗糖分子

葡萄糖和果糖像两颗珠子,糖苷键是串起它们的接头扣,蔗糖酶专门剪开这个扣

C12H22O11+H2O蔗糖酶C6H12O6(葡萄糖)+C6H12O6(果糖)C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{\text{蔗糖酶}} C_6H_{12}O_6\,(\text{葡萄糖}) + C_6H_{12}O_6\,(\text{果糖})
5第 5 页 · 蔗糖

植物油与动物脂肪

炒菜用菜籽油色金黄、炖汤撇猪油香浓郁——同样叫'油',为何一种透明流动、一种白腻凝固?差别藏在脂肪酸的'弯直'里。

油脂的化学本质
1分子甘油与3分子高级脂肪酸脱水形成的甘油三酯,动植物油皆如此
核心差异:饱和度
饱和脂肪酸无C=C双键、链直挺;不饱和脂肪酸含C=C双键、链弯折
直链堆紧,弯链松散
饱和链规则紧密→常温固态如猪油;不饱和链弯折难靠拢→液态如菜籽油
供能 + 必需脂肪酸
油脂产能约糖的2倍多;亚油酸、亚麻酸人体不能合成,必须由食物摄取
整齐木棍与弯曲铁丝对应 →饱和与不饱和脂肪

直棍紧挨堆成方块→固态;弯铁丝松散堆叠→液态

6第 6 页 · 植物油与动物脂肪

油脂的供能作用

上一页我们分辨了植物油和动物脂肪——外观、来源、状态各异。但长跑跑到血糖耗尽,人还在跑;饿一整天,脑子还能转——持续的能量从哪来?答案就藏在脂肪里。

能量密度最高
每克脂肪完全氧化放能约 38 kJ,是同质量葡萄糖(约 17 kJ/g)的约 2.25 倍
身体的储能仓库
摄入能量过剩时,转化为甘油三酯,储存在皮下和内脏周围,构成脂肪组织
缓慢持久供能
脂肪氧化路径长、耗氧多,但释放慢、续航久,撑起长跑、禁食等持续耗能场景
仓库里的燃料油桶对应 →体内的脂肪储备

油桶能量密度高、可长期密封储存;血糖像炉子里正在烧的柴火,烧完就没了

38 kJ/g (脂肪)17 kJ/g (葡萄糖)2.25\frac{38\text{ kJ/g (脂肪)}}{17\text{ kJ/g (葡萄糖)}} \approx 2.25
7第 7 页 · 油脂的供能作用

人体脂肪储备与健康

上一页说油脂供能多——但能量多就意味着身体能囤多少?糖原只够撑一天,脂肪却能撑一个月。这背后是脂肪细胞独特的储存机制。

储存形式
多余能量以甘油三酯形式,被打包存进脂肪细胞
储能容量
糖原总量有限(约 500 g),脂肪则可囤十几公斤
持续动态
甘油三酯随时被水解、重新合成,并非死库存
过剩代价
超量储备引发胰岛素抵抗、血脂异常等慢病风险
内分泌角色
脂肪细胞分泌瘦素等激素,参与食欲与代谢调节
银行长期定存 vs 钱包现金对应 →脂肪储备 vs 血糖糖原

现金花光就停摆;定存金额大、可随时支取,撑住长期生存

脂肪: 9 kcal/g糖原: 4 kcal/g\text{脂肪: } 9\text{ kcal/g} \quad\big|\quad \text{糖原: } 4\text{ kcal/g}
8第 8 页 · 人体脂肪储备与健康

维生素缺乏症

大航海时代,水手在船上几个月吃不到新鲜蔬果,结果牙龈出血、皮下淤血,甚至大量死亡。当时谁也说不清原因——后来才发现,这是身体里缺少一种叫维生素的微量物质。

本质特征
某一代谢环节因缺维生素卡住,表现出与该环节对应的特定症状
脂溶性案例
VA 缺 → 夜盲症、干眼;VD 缺 → 佝偻病、软骨病
水溶性案例
VB1 缺 → 脚气病;VC 缺 → 坏血病
缺乏原因
摄入不足(饮食单一)或吸收障碍(消化疾病、特定人群)
汽车的火花塞对应 →维生素

汽油给能量但要靠火花塞点燃才能做功,代谢底物要靠维生素启动每一步

9第 9 页 · 维生素缺乏症

维生素的食物来源

上页讲到缺乏维生素会得各种病,那这些维生素从哪儿补?答案就藏在一日三餐里——但每种维生素各有各的「主阵地」。

维生素A:动物肝脏
鸡肝、猪肝含量最高;胡萝卜里的β-胡萝卜素能在体内转化为维生素A
B族:粗粮与瘦肉
全谷物、动物内脏、瘦肉、蛋、奶提供B1、B2、B12等B族成员
维生素C:新鲜蔬果
青椒、柑橘、猕猴桃、番茄含量高;久放或长时间加热会大量流失
维生素D:阳光与食物
皮下经紫外线照射可自身合成;蛋黄、鱼肝油、深海鱼是膳食补充
厨房调料架对应 →不同食物提供不同维生素

盐、糖、酱油各有各的瓶子,没有万能调料;同样没有单一食物能补齐所有维生素

10第 10 页 · 维生素的食物来源

黄曲霉毒素及其危害

长辈常叮嘱「发霉的花生玉米扔掉别可惜」——这不是矫情,因为霉变食物中可能藏着一种被国际癌症研究机构列为1类致癌物的毒素:黄曲霉毒素。

来源
黄曲霉等霉菌产生的次级代谢产物,多见于霉变花生、玉米、坚果、大米
致癌性极强
IARC一类致癌物,是已知最强的天然致癌物之一
靶向肝脏
长期低剂量摄入可诱发肝癌,是我国肝癌的重要诱因
耐高温
280℃以上才裂解,普通蒸、煮、炒、炸都无法破坏
防范原则
粮食控水低温储存,霉变粒整袋弃掉,不吃霉变食物
表面完整、内里已烂的水果对应 →被黄曲霉毒素污染的粮食

一颗霉变粒周边的「好」粒也可能已被毒素渗透,肉眼难辨

11第 11 页 · 黄曲霉毒素及其危害

吸烟的危害

上页讲的黄曲霉毒素来自霉变食物,是健康威胁的一类。还有更常见的一类——香烟。一支烟点燃后产生上千种化学物质,其中三类对身体伤害最直接。

焦油
含苯并芘等强致癌物,黏附肺泡长期刺激,诱发肺癌
尼古丁
兴奋交感神经使血压升高、心率加快,并具强成瘾性
一氧化碳
与血红蛋白结合力约为 O₂ 的 200 倍,严重削弱血液输氧
多系统受损
呼吸、心血管、消化、神经系统全面受累,是早死重要诱因
工厂持续向河里排废水对应 →吸烟持续向血液里排毒素

每次量小但从不停止,毒素累积终成大病

12第 12 页 · 吸烟的危害

平衡膳食与营养搭配

前几页我们逐个认识了糖、脂肪、蛋白质、维生素——它们各有分工。但人体不能只挑一种营养素,而是要把所有营养素按比例搭在一起。这就是平衡膳食。

食物多样
没有任何单一食物含有人体所需的全部营养素,必须多类食物搭配
比例合理
三大供能营养素:糖类55-65%、脂肪20-30%、蛋白质10-15%(按能量计)
协同互补
营养素相互促进:维C促进铁吸收,维D促进钙吸收
总量匹配
摄入能量≈消耗能量,能量失衡→肥胖或消瘦
因人而异
根据年龄、性别、活动量、健康状况调整搭配
交响乐团演奏对应 →平衡膳食

每种乐器(营养素)不可或缺,音量(比例)要协调,单独一种演奏不出完整交响乐

能量占比:糖类55-65%+脂肪20-30%+蛋白质10-15%100%\text{能量占比}:\text{糖类}55\text{-}65\%+\text{脂肪}20\text{-}30\%+\text{蛋白质}10\text{-}15\%\approx 100\%
13第 13 页 · 平衡膳食与营养搭配

本节要点

  • 糖类与油脂是主要供能物质,供能效率与功能不同
  • 维生素不供能但参与代谢,缺一不可
  • 平衡膳食靠多样搭配,无单一完美食物
  • 有毒物质破坏营养吸收,需从源头识别
延伸主题:食物热价与基础代谢膳食纤维的健康机制食品安全的检测方法
14第 14 页 · 本节要点

课后思考

先独立想3分钟,再对照参考答案。每题背后都对应前面讲过的原理。

1为什么同样是糖,葡萄糖能被细胞直接利用,蔗糖却要先被分解?

参考答案葡萄糖是单糖,可直接被小肠吸收入血。蔗糖是二糖,必须先经蔗糖酶水解为葡萄糖和果糖,才能被细胞利用。

2如果一个人长期只吃精米白面、几乎不吃蔬菜水果,身体可能出现哪些问题?

参考答案可能缺乏维生素引发缺乏症(如坏血病、脚气病);缺乏纤维素导致便秘、肠蠕动减弱;营养单一,破坏平衡膳食。

3脂肪摄入是不是越少越好?从供能和保护器官两个角度分析脂肪不足的风险。

参考答案不是。每克脂肪供能9千卡,是糖类的2倍多;皮下脂肪还具保温、保护内脏的作用。摄入过少会降低供能效率与抗寒能力。

15第 15 页 · 课后思考
人类重要的营养物质(三) · 知识图解