1、营养与化学元素刘彧（四川师范大学化学与材料科学学院）摘要 介绍生物体中的化学元素的分类和主要功能以及营养与健康，还有怎样树立平衡营养观念。关键词 化学元素 营养 健康Nutrition and chemical elementsLiu Yu (Sichuan Normal University ,College of Chemistry and Materials Science)Abstract: Classification introduced organisms chemical elements , and main features ,and nutrition and healt
2、h ,as well as how to establish the concept of balanced nutrition.Key word: chemical element Nutrition health人类通过摄取食物来不断供给机体必须的物质和能量，以维持机体的正常生长和发育，维持健康和修补等等，这些作用的总和，就叫做营养 1。食物中具有营养功能的物质称为营养素。然而这些营养素是有丰富多样的化学元素构成，人体构成离不开这些营养物质，维持人类的生命活动，因此化学元素与人体营养及营养成分与人体健康长寿密切相关。1 生物体中的化学元素的分类和主要功能对人体而言，人体所含必需的化学元素分
3、为常量元素和微量元素，常量元素是指含量占人体重量 0.01 %以上，有十一种，即：C, H, O, N, S, Ca, P, K, Na, Cl, Mg，微量元素包括：Fe、I、Cu、Zn 、Mn、Se、F、Co、Mo、Cr。非必需元素存在于组织中，浓度变化和生物效用有待研究 2。有害元素对机体有显著毒害作用的元素， Pb, Cd, Hg【11】 等。（1）必需元素A 生命过程的某一环节（一个或一组反应）需要该元素的参与， 即该元素存在于所有健康的组织中;B 生物体具有主动摄入并调节其体内分布和水平的元素；C 存在于体内的生物活性化合物的有关元素；D 缺乏该元素时会引起生化生理变化，当补充后即
4、能恢复。人体内必需常量元素的平均含量元素名称 含量(%) 元素名称 含量(%)氧（O）碳（C）氢（H）氮（N）钙（Ca）磷（P）61.023.010.02.61.41.2硫（S）钾（K）钠（Na）氯（Cl）镁（Mg）0.230.200.160.140.029 钙元素占人体重的 1.5%2.0 %，且 99 %存在于骨骼和牙齿中，主要以羟基磷灰石(Ca10(OH)2(PO4)6)的形式存在，其余 1.0 %存在于软组织细胞外液和血液中，而且钙元素来源广泛。钙元素还是正常肌肉收缩所必需的重要成分，人体对刺激作出正常的神经反应，钙元素也功不可没，除此之外，钙元素还是矿物元素之间的协调者以及血液凝固所
5、必须的成分。如果人体缺乏钙元素，对于儿童，会导致骨质生长不良和骨化不全，会出现囟门晚闭、出牙晚， “鸡胸”或佝偻病；对于成年人，会导致患软骨病，易发生骨折并发生出血和瘫痪等疾病，而且高血压、脑血管病等也与缺钙有关。每日人体所需钙量组别 钙的供给量(毫克)组别 钙的供给量(毫克)婴幼儿 400-800 母乳期 1000-2000青少年 1000-1200 绝经妇女 1200-1500成年男女 800 老年人 1000-1200 磷元素对人体极其重要，磷元素占人体重的 1.0 % ,体内无机盐的 1/4，90%的磷以磷酸根 PO43-的形式存在，85%90% 存在于牙齿和骨骼中，其余分散于体液、血
6、细胞之中，而且磷元素来源也广泛。磷元素有助于维持体液的中性，是正常细胞功能必不可少的许多分子的组分。 钠、钾和氯分别约占人体重的 0.15、0.35和 0.15，以离子状态存在于一切组织液之中，细胞内 K+含量多，细胞外液 （血浆、淋巴、消化液） Na+含量多Na+、Cl来自食盐，K+来自水果、蔬菜等。这三种离子控制着细胞，组织液和血液中的电平衡，对正常的肌肉收缩和神经反应有重要作用，而且是产生助消化分泌物事必需的，更重要的是眼对光的正常反应所必需的。我们日常生活所食用的盐就包含这三种元素，人长期不吃盐或吃盐很少时，血液中钠、钾、氯等电解质离子比例失调时，轻者使人疲乏无力、厌食嗜睡、消化不良，
7、重者导致呕吐、抽搐、昏迷不醒、心律失常等症状。食盐摄入量过多可对健康造成诸多危害：高钠饮食人群易患高血压；摄入过多食盐易导致骨质疏松；高盐膳食易导致胃炎、胃溃疡；食盐摄入量过多易引起感冒。食盐摄入量标准，据中国成年居民膳食营养素适宜摄入量，钠每日摄入量为 2200mg，氯为 3400mg，世界卫生组织建议，成人每日食盐用量不超过 6g 为宜。有高血压家族史者和高血压、心血管疾病患者，每日用盐量应减少到 5g 以下，以 1.5g 至 3g 为宜，同时可以选用低钠碘盐。（2）微量元素人体内必需微量元素的平均含量 【12】元素名称 含量(%) 元素名称 含量(%)铁（Fe） 0.006 锰（Mn）
8、0.00002氟（F） 0.0037 碘（I） 0.00002锌（Zn） 0.0033 硒（Se） 0.00002铜（Cu） 0.0001 铬（Cr） 0.00002溴（Br） 0.0001 钼（Mo） 0.00001钒（V） 0.00003 钴（Co） 0.000002锡（Sn） 0.00002A 必需微量元素主要通过形成结合蛋白 (如血红蛋白，铜蓝蛋白等 )、酶、激素和维生素等而起作用。B 微量元素需要量甚微，一般膳食中并不缺乏，若补给过多，则有害无益，甚至会发生中毒症。C 必需微量元素缺乏的因素如下：a 饮食和饮水中供应的必需微量元素不足；b 膳食中必需微量元素的吸收率降低；c 需要量增
9、加；d 遗传性缺陷病。 微量元素中碘元素对人体十分重要，碘元素主要来源于膳食，成人每天需碘量为150g，主要去路是合成甲状腺素。若成人缺碘可引起甲状腺增生，称甲状腺肿，胎儿期和新生儿期缺碘可引起呆小病。 铜元素对人体也很重要，人对铜的最低需要量约为每日 1.52.0 mg，而推荐量则为每日 23 mg，肝是调节体内铜代谢的主要器官，铜元素的主要功能是合成血浆铜蓝蛋白，铜也是许多酶的组分。人体内缺乏铜元素会导致白细胞减少、骨骼脱盐、贫血、动脉壁弹性减弱及神经组织脱髓鞘等。稍有不慎，会引起铜中毒，会导致蓝绿粪及唾液，急性溶血及肾功能异常等。 锌元素也是必不可少的元素，成人每日需锌 1520 mg，
10、铜能竞争血浆清蛋白分子上锌的结合部位，主要功能：锌在基因调控过程中有重要作用（锌指结构） 。儿童缺锌可引起生长不良及生殖器官发育受损，伤口愈合迟缓等。缺锌还可影响皮肤健康，出现皮肤粗糙和干燥。唾液中味多肽含有锌，为味蕾发育所必需，锌缺乏时，味觉敏感性减退。 锌元素广泛分布于除脂肪以外的所有组织中，成人每天需供给硒 50g，硒是谷胱甘肽过氧化物酶的成分；硒可促进人体生长，保护心血管、心肌健康，解除体内重金属毒性作用，锌元素的缺乏会导致克山病。 氟元素 90积存于骨骼及牙齿中，成人每天需供给 0.71mg。氟在骨骼及牙齿的形成中有重要的作用（生成氟磷灰石） ，可以防止龋齿的发生。氟可直接刺激 G
11、蛋白，从而激活腺苷酸环化酶或磷脂酶 C，启动相关信息系统，引起广泛的生物学效应。氟是烯醇化酶的高效抑制剂，使酵解被阻断。氟元素的缺乏会导致龋齿、骨质硫松症，氟中毒还会使牙釉质受损伤而呈现斑纹；使成骨作用失常。 钼元素是黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶及亚硫酸盐氧化酶等的组成成分 。先天性缺乏此亚硫酸盐氧化酶的婴儿将丧失其脑的功能，表现为去脑样病 。 铬元素是葡萄糖耐量因子中的成分之一，铬缺乏的主要症状为葡萄糖耐量受损，使胰岛素的效力降低。 钴元素是维生素 B12 的组成成分，钴缺乏可能与甲状腺功能紊乱有关。有些元素可同时在几个方面发挥作用。例如 K，Na 和 Cl在体内的作用 3是错综复杂而又相互联系的
12、。 152 营养与健康 健康：一个人只有在躯体健康、心理健康、社会适应良好和道德健康四个方面健全，才是健康的人。人体对营养最基本的要求：供给热量和能量，使其能维持体温，满足生理活动和从事劳动的需要；构成身体组织，供给生长、发育及组织自我更新所需要的材料；保护器官机能，调节代谢反应，使身体各部分工作能正常进行。人体内人体 6 种营养素：糖类、脂肪、蛋白质、维生素、无机盐、水。人体必需三大营养物质：糖类、脂肪、蛋白质。 5 糖类：糖类在生命活动过程中起着重要的作用，是一切生命体维持生命活动所需能量的主要来源。植物中最重要的糖是淀粉和纤维素，动物细胞中最重要的多糖是糖原。当碳水化合物的摄入量超过了人
13、体正常所需要的量时，它主要是转化成 糖原和脂肪组织储存于体内，这样势必造成肥胖，诱发糖尿病、高脂血症、脂肪肝等疾病。食糖过多不利于伤口愈合；食糖过多还易患龋齿、近视眼等。 脂类：脂肪和类脂总称为脂类(lipid) ，又称脂质。脂类是人体需要的重要营养素之一，在供给人体能量方面起着重要作用。脂类也是人体细胞组织的组成成分，如细胞膜、神经髓鞘都必须有脂类参与。脂肪 甘油三酯（triglyceride，TG） 。类脂 固醇及其酯（cholesterol ester, CE） ，磷脂（phospholipid, PL）及糖脂等。适当的脂肪利于健康，不适当的脂肪有害健康摄入过多，容易诱发心脑血管疾病，会
14、导致肥胖等，还将诱发高血压、糖尿病等。 蛋白质：生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。因此，它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。若摄入不足，会导致生长发育迟缓，体重减轻，容易 疲劳，易感染其它疾病。摄入过多会加重肾脏负荷，含硫氨基酸过多，导致骨质疏松。【10】 维生素：维生素是机体维持正常功能所必需，但在体内不能合成或合成量很少，必须由食 物供给的一组低分子量有机物质。依据维生素的溶解性，可以将其分为脂溶性维生素和水溶性维生素，如维生素 A,D,另外还有 B 族维生素，如 B1、B2、泛酸、PP、B6、生物素、叶酸、B12、对氨基苯甲酸等。脂溶性维生素均为非极性疏水的异戊二烯
15、衍生物；不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂；在食物中与脂类共存，并随脂类一同吸收；吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白及某些特殊结合蛋白特异结合而运输。维生素 A 对人体极为重要，化学本质：含 -白芷酮环的多聚异戊二烯复合物。主要类型：A1 （视黄醇） 、A2（脱氢视黄醇） ；主要分布： A1 - 咸水鱼的肝脏、A2 - 淡水鱼的肝脏；维生素 A 的活性形式：视黄醇、视黄醛、视黄酸；视黄酸与细胞内特异 CRBP（细胞视黄醇结合蛋白）结合，进一步与核蛋白结合，调节特定基因表达 13。VA1VA213（视黄醇）植物来源的 - 胡萝卜素及其他类胡萝卜素可在人体内合成维生素 A， - 胡萝卜素的转换效率最高。在
16、体内，在 - 胡萝卜素-15 ，15-双氧酶（双加氧酶） 7催化下，可将 - 胡萝卜素转变为两分子的视黄醛（ratinal） ，视黄醛在视黄醛还原酶的作用下还原为视黄醇。但 - 胡萝卜素也可以合成虾青素（astaxanthin，强抗氧化剂） ，但是目前研究存在难度，到试产阶段还得假以时日。缺乏维生素 A 会导致夜盲症、干眼病、皮肤干燥和毛囊丘疹等。维生素 D 又名抗佝偻病维生素 /钙化醇，化学本质：类固醇激素；主要类型： D2（麦角钙化醇） 、D3（胆钙化醇） ，V-D3 原：7- 脱氢胆固醇，V-D2 原：麦角固醇；V-D3 在肝内的储存及血液中运输的形式：25-(OH)-D3。维生素 D
17、的主要是作用于小肠粘膜、肾及肾小管，促进钙磷吸收，有利于新骨的形成、钙化。儿童缺乏会导致佝偻病，成人缺乏会导致软骨病。部分水溶性维生素的生理作用 6名称 最低需要量/日 食物来源 功能 缺乏时的症状维生素 B1(硫胺)1.5mg 谷物,豆,肝,脑,心,肾脏形成与柠檬酸循环有关的酶脚气病,心力衰竭,精神失常维生素 C(抗坏血酸)75mg 柑橘属水果,绿色蔬菜使结缔组织和碳水化合物代谢正常坏血病,牙龈出血,牙齿松动,关节肿大叶酸 0.10.5mg 酵母,动物内脏,麦芽合成核蛋白 抑制细胞的分裂维生素并非多多益善，长期大量服用维生素 E，有引起血栓性静脉炎、肺栓塞、高血压、肌肉萎缩、全身倦怠等病症的
18、危险。长期大量服用维生素 A, 会出现毛发干枯、脱落, 皮肤干燥骚痒,食欲不振,体重减轻,四肢疼痛等。长期大量服用维生素 D, 会引起小儿低热、烦躁哭闹、厌食、体重下降、肝脏肿大、骨骼硬化等病症,比佝偻病的危害更大。服用过量的维生素 B1，会引起头痛、眼花、烦躁、心率失常、浮肿和神经衰弱。大量内服维生素 C，可引起腹泻、胃酸过多、胃液反流、肾结石,并可降低妇女的生育能力。 8 无机盐又称矿物质，构成骨、齿和体液的重要成分，维持正常的酸碱平衡和渗透作用，保持神经、肌肉的兴奋性K+ 、Na+ 离子提高兴奋性Ca2+、Mg2+离子降低这种作用促进酶的活性Mg 酶激活剂,稳定 DNA 和 RNA 的结
19、构。另外其他微量元素对人体也十分重要，前面已经指出，就不多做赘述。 水，由氢氧两种元素组成，是人体重要组成部分。维持组织的正常形态和功能促进物质代谢是良好溶剂，提供反应环境作为反应物，直接参与代谢调节体温， 润滑作用：唾液、泪液、关节液、粘液等。3 树立平衡营养观念（1）平衡营养：通过食物补充人体所需的热能和营养素，以满足人体的正常生理需要，并且各种营养素之间比例要适当 4，以利于营养素的吸收和利用。（2）平衡膳食A 谷类、薯类和杂粮，统称粮食。B 动物肉类和豆类C 蔬菜类和水果类D 油脂类 (3) 饮食原则 【9】A 不要暴饮暴食。 B 不吃肥甘厚味。所谓肥甘厚味，是指太油腻、太咸、太甜的精
20、致食物。 C 不可偏食。 D 不勉强进食。 E 不可在发怒后进食。 F 不可吃过烫或过冷的食物。(4) 饮食中酸碱平衡A 人体内的一切生理活动都需要酸性与碱性的相对平衡，失去平衡，就造成疾病。人体的血液，在正常情况下保持呈弱碱性(pH 值在 7.35-7.45 之间 )，当酸性较大时，称为酸性体质；当碱性较大时，称为碱性体质。B 人体体质的酸性、碱性平衡是物质正常代谢的结果，与摄入膳食和食品的酸性、碱性有密切关系。C 食品的酸、碱性决定于食品中的元素种类与数量。(5) 酸性食物A 食品中氯、硫、磷等非金属元素的含量较高，在体内分解代谢后，最终产生酸性物质，这类食品就称为酸性食品（或酸性食物）
21、。B 常见的酸性食物有：猪肉、牛肉、鸡肉、鸭肉、鱼类、奶酪、奶油、各种畜禽类、各种蛋及蛋制品、大米、面粉、酒类、甜食类等。(6) 碱性食物A 食品中钙、铁、钾、镁、锌等金属元素含量较高，在体内经过分解代谢后最终产生碱性物质，这类食品就叫碱性食品（或称碱性食物） 。B 常见的碱性食品有：蔬菜、水果、豆类及其制品、杏仁、椰子、茶叶、海带、柠檬、洋葱、豆腐等。(7) 合理搭配饮食与人体健康的关系 A 饮食搭配不当，尤以摄入酸性食品超过碱性食品时，体内代谢积累过多酸性物质，使血液 pH 值偏离正常值范围，易引起人体生理上酸碱失调，这就是酸碱失衡。B 一般日常饮食中，酸性食品容易超标(人们的主食多属酸性
22、食品)，导致血液偏酸。C 血液偏酸会增加钙、镁、铁等碱性元素的消耗，引起人体出现缺钙症或贫血。D 会使血液的色泽加深，黏度增大。E 还会引起各种酸中毒症。F 儿童易发生酸中毒，易患皮肤病、神经衰弱、胃酸过多、便秘、龋齿、软骨病等。G 中老年人发生酸中毒，易患神经痛、血压增高、动脉硬化、脑溢血、癌症等病。(8) 保持人体酸碱平衡A 如今人们生活富裕，普遍吃的过好，导致营养过剩。B 这种饮食结构，属于酸性食品偏多，更应注意增加碱性食品的摄入量，以中和因酸性食品摄入过多带来的酸性代谢物质，才能保持生理上的酸碱平衡，防止酸中毒。(9) 十大健康食品 豆类食品 十字花科蔬菜 牛奶 海鱼 菌菇类 番茄 胡
23、萝卜 绿茶 荞麦 禽蛋总之，要合理运用化学知识，了解日常摄入的营养元素，养成良好的饮食生活习惯，才能拥有健康的体魄。参考文献1 营养与健康作 者：于康，出版社：科学出版社，出版时间： 2010 年 01 月2 王夔主编 生命科学中的微量元素 北京： 中国计量出版社， 19913 Molly M.Bloomfied. 化学阶梯.万振中等译.北京： 科学出版社，1983 4 王夔，唐有祺 . 化学与社会. 北京: 高等教育出版社，19975 陈学存编应用营养学 ，人民卫生出版社+1984，1 5O 28O6 复旦大学生物系编生物基础知识 ，上海人民出版社， 1975，4OO4167 郑寿序编微生物
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