生物从低级到高级,从单细胞生物到高等动植物,从水中生活到陆地生活,所处的环境不同,生态各异。因之,所需要的养料和摄取养料的方式也不相同。
生物所需的养料,其元素组成,大量的有氢、氧、氮和碳。这些是组成生物体的蛋白质和储存能量的主要元素。此外,还有少量的硫、磷、钙、镁、钾、钠、氯和多种微量元素。有些微量元素在生物体内仅有痕量。
含有叶绿素和紫色素的植物和微生物能够经过根、叶或细胞膜直接从外界吸取这些无机化合物,并利用日光的能量来合成自身生长、发育等生命活动所需的有机物质,如蛋白质、脂质和碳水化合物(糖类)等。具有这样营养方式的生物称为自养型或无机营养型生物。另一些生物(如动物)不能直接利用外界的无机物合成自身生命所需的有机物,必须从自养型生物或其它同类生物获取养料。通过代谢过程将摄取的物质转变成自身所需的蛋白质、脂质、碳水化合物等有机物。具有这样营养方式的生物则称为异养型生物。
营养学即是研究食物对生物的作用的科学。营养学在其发展的过程中,不仅包括食物进入机体内的变化,如参与生化反应和结合到组织细胞中;还包括指导人们如何选择食物以保障机体的正常生长、发育与繁殖。所以营养学除了有其生物学意义外,还有其社会经济意义。
营养素是维持正常生命活动所必需摄入生物体的食物成分。现代营养学对于营养素的研究,主要是针对人类和禽畜的营养素需要。营养素分蛋白质、脂质、碳水化合物(糖类)、维生素和矿物质(无机盐)、水、纤维素7大类。
蛋白质
机体组织细胞成分主要为蛋白质,体液也含蛋白质。蛋白质的营养作用在于它的各种氨基酸。组成食物蛋白质的氨基酸有20余种,其中有数种不能在人体与动物体内合成,而必须获自食物,这些氨基酸被称为“必需氨基酸”,即蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸、苏氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和异亮氨酸。此外,幼儿生长尚需组氨酸,禽类如鸡还需精氨酸和甘氨酸。除这些必需氨基酸以外的其他氨基酸,因为都能在机体内合成,故被称为“非必需氨基酸”。
各种蛋白质的氨基酸种类与含量是不相同的。有的蛋白质缺少某种必需氨基酸,如明胶蛋白不含色氨酸,玉米胶蛋白不含赖氨酸。因此,评价一种食物蛋白质的营养价值,主要应视其所含的各种必需氨基酸量是否能满足机体的需要。不足时,机体就不能有效地合成体蛋白质,其他种氨基酸只能经脱氨代谢,生成糖(糖原异生)和作为燃料供给热能。由此可知,食物蛋白质的氨基酸模式是决定其质的优或劣的关键。国际上以全鸡蛋的必需氨基酸模式,或人乳中必需氨基酸模式,或根据人体所必需的氨基酸量提出的假设模式,作为评价食物蛋白质营养价值的标准。这就是所谓蛋白质营养价值的化学分评价法。另外,还有生物评价法,是根据食物蛋白质在机体内的利用率作出营养评价。常用的有“蛋白质生理价值”(简写为BV,为体内存留氮量与吸收氮量的百分比)、“净蛋白质利用率”(简写为NPu,为体内存留氮量与摄入氮量的百分比,即 BV×蛋白质的消化率)、或“蛋白质效能比值”(简写为PER,为摄入每克蛋白质的体重增加量)。
脂肪
包括中性脂肪和类脂。前者主要是供给能量,后者多具有重要的生理功能。脂质的基本组成为脂肪酸,有必需脂肪酸和非必需脂肪酸之分。必需脂肪酸主要有3种,即亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。这3种必需脂肪酸的生物活性不相同,以花生四烯酸的为最大,亚油酸的为其次,亚麻酸的为最小,碳的长链脂肪酸,在脑与视网膜的发育与功能中有着特殊的作用。动物缺乏必需脂肪酸时,生长迟缓,出现皮肤症状(脱毛、湿疹性皮炎、鳞皮等)。有人报道幼儿缺乏必需脂肪酸时也有同样症状。但成年动物和人很难产生缺乏症状,这是因为体内有较大量亚油酸储存之故。必需脂肪酸缺乏,可引起细胞膜磷脂的脂肪酸组成的改变,因而影响膜的功能;并可减低前列腺素的合成。前列腺素的前体为18碳和20碳的多不饱和脂肪酸。有人建议以测定血中三烯酸和四烯酸的比值,作为必需脂肪酸是否缺乏的指标。这是由于脂肪酸代谢过程中有酶系统的竞争作用。当亚油酸缺乏时,由亚油酸延长碳链并经脱饱和作用而生成花生四烯酸的量减少,另一族脂肪酸——油酸的代谢加强,大量生成二十碳三烯酸,因此血中三烯酸与四烯酸的比值乃有增高。人的必需脂肪酸需要量按其热量计约为每日热能需要量的1~2%。