翻译：王晶冰；校对：山寨盲流，田不野

“蛋白质”这个词是瑞典化学家永斯·雅各布·贝采里乌斯（Jöns Jakob Berzelius）在1838年创造的。在这之前的150多年里，只有“动物物质”的概念，人们认为这些“物质”稍稍变化就组成了肌肉、皮肤和血液。最初，这些不同形式的“物质”都被认为是类胶质（只是有胶质的性质，但不是胶质，因此文中用了gluey，我觉得翻译成类胶质比较好）。但在加热时，它们会变成坚硬的角状物质；在潮湿、温暖的环境中则腐烂变臭，产生碱性的挥发物。这与在潮湿、温暖的储藏环境中产生酸性物质的淀粉、糖类和多数的植物体截然不同。

对营养学感兴趣的人一定会问：“动物界从整体来看是完全靠植物界维生的，它们是如何将吃进去的东西转换成似乎完全不同的‘动物物质’的呢？”自然，人类也包括在动物界中，人类的食物供给系统和动物的本质上没什么不同。18世纪的一些发现揭开了蒙在这个问题上的面纱一角。

1728年，意大利学者雅可布·贝卡利（Jacopo Beccari）宣布发现白面粉中存在具有“动物物质”全部特性的东西。将和好的生面团在水中揉搓清洗，除去细小的白色淀粉颗粒，剩下的就是粘性的面筋团。如果不知道它是从哪儿来的，人们就会以为它来自动物。贝卡利认为，这些“动物物质”成分使得小麦特别有营养。作为一个整体，面粉并没有表现出动物物质特性，这是因为大量淀粉的存在掩盖了面筋的性质。

营养中的氮

18世纪末，随着新化学的发展，（这类物质中）主要的元素被确定下来。氨，也就是“挥发碱”，被证明是一种氮氢化合物。而面筋和动物组织一样含有氮元素，淀粉、脂肪和糖类则没有。

起初人们认为，动物消化过程中肯定有一步是把植物性食物中的营养和大气中的氮结合，使营养物“动物化”。尤其是，这个理论似乎可以解释反刍动物缓慢的消化过程和巨大的胃。可是，在法国，进一步的研究推翻了这个理论。

首先，弗朗西斯·马让迪（François Magendie）在1816年公布，只吃不含氮的脂肪和糖类食品的狗只能存活几个星期（可怜的小狗狗，总是被实验党迫害的主要对象）。接着，19世纪30年代，让·布森戈（Jean Boussingault）证明，牛每天吃掉的干草和土豆中含有的氮元素数量足以抵消产奶和日常氮元素流失的总额。所以，假设动物营养中的氮来自大气是没必要的。由于氮元素在营养学中的重要性，布森戈认为应该根据植物食品的相对含氮量来评价其营养价值。因此，氮含量是谷物两倍的干蚕豆，营养价值也是谷物的两倍。

现在，对植物组成的进一步研究表明，尽管植物中都有含氮化合物，但其中大多数和小麦面筋不同：它们溶于水，可通过加热或加入酸沉淀出来。1838年，自学了化学分析的荷兰医生盖里特·穆尔德（Gerritt Mulder）发表文章称，他分析过的所有重要的“动物物质”都具有相同的基本组成：40个碳原子，62个氢原子，10个氮原子和12个氧原子，可以简单的表示为：C40H62N10O12。这些“动物物质”表现出不同的性质仅仅是因为依附于它们的硫或磷原子的个数不同。他把文章寄给了瑞典的化学权威雅各布·贝采里乌斯（Jacob Berzelius）。贝采里乌斯答复说：这是对“动物营养的基本或主要物质”的最重要的发现，这种物质应当以希腊海神普罗透斯（Proteus，具有预言能力，但会变换成各种形状以逃避回答问题——译者注）为名，称为“蛋白质（protein）”。

德国头号有机化学家，贾斯特斯·李比希（Justus Liebig）证实了穆尔德的发现并进一步主张：从化学的看，只有植物才具有制造蛋白质的能力，动物的消化作用仅仅是打破了蛋白质分子间的结合，使它们能够溶解和吸收到血液之中，直接进入动物体内。法国的主要科学家们接受了这一观点，同时认为动物也同样需要植物油和碳水化合物在体内燃烧以保持体温。

蛋白质——肌肉燃料

李比希自己并没有进行任何生理学的研究，却武断地得出了一系列关于营养在生物体内功能的结论。他认为，肌肉收缩所需要的能量只来源于它们自身蛋白质的分解，这些蛋白质碎片进一步分解成含氮的尿素，出现在尿液中。因此，一个人对蛋白质的需求量和他（或她）所从事的体力劳动成正比。 脂肪和糖的作用仅仅是（与侵入的氧发生反应，以）保护生物组织免受氧损伤。所以，蛋白质是唯一真正的营养物质。

尽管李比希的观点极受重视，但有许多值得质疑的地方。例如，一直研究伦敦监狱中囚犯的健康和饮食情况的医生和生理学家，爱德华•史密斯（Edward Smith），在1862年发表了关于尿素日产生量影响因素的研究。这些每天吃同样口粮，每周三天参加重体力劳动的囚犯，无论当天是不是劳动日，每天白天加上当晚排出的总尿素量是几乎是相同的。但是劳动会使二氧化碳呼出量大大增加。影响尿素产生量的主要因素看来是过去24小时中食用的蛋白质数量。

1865年，一所瑞士大学的职员，阿道夫•菲克（Adolf Fick）和约翰尼斯•卫斯理色努斯（Johannes Wislicenus）继续了该方面的研究。实验前的24小时内，他们的饮食里不含任何蛋白质，然后攀登了大约2000米高度到达附近的一座山顶。之后，计算攀登期间的所做的功，并测定尿液中的含氮量。根据计算，每个人大约代谢了37克蛋白质。他们在英国的朋友，爱德华•弗兰克兰（Edward Frankland）则计算出每代谢一克蛋白质会产生4.37千卡热量。

这时“能量守恒定律”原则已经被广泛接受，詹姆斯•焦耳（James Joules）已估算出一千卡大约相当于机械克服重力做功423千克米。这些蛋白质（37克）释放出的能量折合约6万8千千克米。不过，每位科学家上升到山顶所需的净功约为14万千克米，大约是这些能量的两倍。同时，进一步的研究表明，肌肉的能效大约是百分之二十五，所以能量需求量应当是最小理论值的四倍。他们由此得出结论：肌肉做功所需的能量主要不是来自蛋白质，而是膳食中的脂肪和碳水化合物。

虽然李比希的宏伟体系已不足信，但是人们——尤其是德国研究者仍然认为高蛋白摄入对保持体力和精力非常有好处。他们的理由是，来自主要吃素食和低蛋白食品的国家的人缺乏魄力和热情，以及无论哪里的人群，一旦摆脱了贫困，可以想吃什么吃什么的时候，都会选择大量肉类和高蛋白食品。农业部营养学专家威尔伯•阿特沃特（Wilbur Atwater），在十九世纪末颁布的美国第一个国家标准走了同样的路线，建议从事体力劳动的男性每天应当食用125克蛋白质。

不过，这种观点并非没有争议。1840年起，美国出现了素食主义“学派”，认为食肉对人体产生过度刺激，并且导致纵欲而损耗受到刺激的机体。约翰•哈维•凯洛格（John Harvey Kellogg，Kellogg早餐食品公司的共同创办人）相信肉和其他过多的蛋白质会在大肠中腐坏，导致自体中毒。科学机构认为这些观点不科学、不值得重视。不过，1902年，耶鲁大学生理化学教授罗素•齐藤登（Russell Chittenden）向“高蛋白”学派发起了严肃的挑战。

齐藤登和他的六个同事，十二个陆军医护兵，以及一组耶鲁大学的运动员，在六个月的时间内每天只摄入不到阿特沃特推荐量一半的蛋白质。这些人都保持着健康和活跃的身心。齐藤登在1904年发表的报告中总结说，这样的饮食不仅足以满足需要，也更可取，因为它们降低了肾脏排泄尿素和不易溶解的尿酸的压力。

他的发现引发了医学界激烈的争论。大多数人认为齐藤登的研究结果作为推行大规模的饮食变更的理由并不充分。例如，他的研究对象没有经历骤然压力或在一段时期内食物不足必须依靠自身储存的情况。此外，只给狗以低蛋白质食物的实验显示，尽管它们能在一个时期内保持健康和氮平衡，但最后总是衰弱而死。但齐藤登在自己的实验室延续了同样的实验，得出结论认为狗在长期实验中死亡并不是因为缺少蛋白质，而是因为食物中长期缺乏一种或多种未知的微量元素。这一结论激发了后来40多年中营养学方面最重要的研究，最终发现了维生素。

营养学中的氨基酸

1905年，另一个重要的问题得到重视：那些从众多食物中分离出来的蛋白质是否具有相同的营养价值？人们很早就知道，高压蒸煮骨头所得的凝胶，虽然含氮量和普通的组织蛋白一样，但对狗的生长发育却没有什么作用。而且它们具有一些不同的物理性质，比如在沸水中保持溶解状态，因而不被归入蛋白质。

对蛋白质的进一步研究需要更清楚的知道它们的组成。蛋白质不能扩散通过细孔膜说明它们是大分子。但是在消化过程中它们的物理性质发生了巨大变化。当人们从屠宰后的牲畜胃壁中分离得到消化介质“胃蛋白酶”，从胰液中分离得到“胰蛋白酶”后，这个过程得到了更细致的研究。

早在19世纪60年代初，研究者就在有胰液参与的蛋白质消化过程的研究中意外地发现了“亮氨酸”和“酪氨酸”。这两种化合物现在已广为人知。这些可以通过把蛋白质与硫酸一起煮沸得到的化合物已被证明是“氨基酸”——意思是有一个酸根和一个碱基（氨基）组成的化合物，每种氨基酸的原子数都少于25个，是相对较小的分子。不过，因为生产过程条件非常苛刻，和消化系统内温和的条件不同，也有人认为它们是热和强酸条件下的产物。

随着体外消化、蛋白质的弱酸或碱分馏的应用，人们逐渐得到了全部氨基酸，用于定量分析成分的近似法也日渐成熟。而且，不断积累的证据说明消化后被肠壁吸收的化合物就是简单的氨基酸。早期的研究者认为大自然不大可能采取这样一种系统，因为先分解然后再在体内重新组装为同样的蛋白质似乎非常浪费。它们果真是一样的化合物吗？

一些最早的比较不同蛋白质营养价值的实验是拉法叶•孟德尔（Lafayette Mendel）（来自齐藤登小组）和植物化学家托马斯•奥斯本（Thomas Osborne）进行的。它们发现食用脂肪，碳水化合物，矿物质，天然维生素浓缩物和纯酪蛋白（一种牛奶蛋白）的幼鼠会正常生长。而以玉米蛋白（玉米中提取的一种蛋白质）作为蛋白质来源，幼鼠就不会发育生长，除非饮食中同时加入赖氨酸和色氨酸。化学分析表明，玉米蛋白缺乏这两种氨基酸，因此这两种氨基酸被定性为“必需氨基酸”，意即它们是幼鼠饮食中最基本的和不可缺少的部分。这个结果也说明动物使用氨基酸来构建它们自己体内的蛋白质。

经过20多年进一步的类似实验，罗斯（W.C.Rose）和他的同事们发现即使不喂蛋白质，而是以氨基酸混合物来替代的幼鼠也能生长得很好。表IV.C.2.1总结了他们发现的20多种存在于动物蛋白中的氨基酸，一些是必不可少的（必需的），一些是如果饮食中没有，小鼠能够自己合成的（非必需的）。进一步的工作方向是推导出小鼠获得最佳生长所需的每一种必需氨基酸的量。

另一系列研究比较了不同蛋白质来源（或混合物）对小鼠生长的相对价值。来自不同素食（谷物、豆类等）的混合蛋白质都支持小鼠的生长，但是和牛奶、肉类或蛋类带来的增长程度不大一样。大多数谷物中的第一限制性氨基酸（意即单独增加这种氨基酸会促进生长）是赖氨酸。这是可以预想到的，我们已经知道赖氨酸是小鼠生长中所需要的，而谷物中赖氨酸分析值很低。相应的，大多数豌豆和蚕豆的第一限制性氨基酸是甲硫氨酸。因为这两种食材有不同缺陷，人们猜想谷类和豆类的混合物会使小鼠生长得更好，并得到了实验证实。

人类需求

小老鼠，用来做模型还可以，但和人类有太多的不同（即使是在本文范畴中差异也是巨大的）。人类的一生中大多数时间都是成熟的个体，不再发育成长，但是需要蛋白质来“维护保养”。和鼠类相比，童年时期人类的生长相当缓慢。结果，我们要花大约6个月时间体重才会较出生时增长一倍，而小鼠只需要几天。到六个月时，小鼠就已经完全成熟了，而人类婴儿才长到成年体重的十分之一。此外，尽管鼠类的组织蛋白质和人类的相似，毛发蛋白质却非常不同，鼠类需要自己合成的蛋白质比例更高一些。

因此，研究人类的必需氨基酸是不是和小鼠一样是有必要的。但是让孩子长期食用不适当的实验性饮食来比较他们的成长率并不现实（也不道德），一般的实验方法是让成年志愿者食用以 氨基酸混合物代替蛋白质的实验性饮食，为期大约两周。

没有必需氨基酸，身体在很短的几天里就会表现出氮失衡（有负氮平衡这个术语吗，我觉得用失衡好一点），也就是说在尿液和粪便中排出的结合氮加上头发和皮肤脱落时损失的少量的氮，超过了每日氮摄入量。幸运的是，短期的失衡对人类没有什么坏处，恢复正常饮食后身体就会迅速恢复氮储备。

这项研究的第一个主要发现就是人类对必需和非必需氨基酸的需求和幼鼠是一样的。不过，研究人员惊讶地发现为了保持氮平衡而需要的每种必需氨基酸的需求量都相当低。实际上，所有必需氨基酸的需求总量只占蛋白质需求量的16%，即使它们组成的蛋白质大约占人体蛋白质的45%。因此，似乎任何达到最低蛋白质需求总量的食物组合，都能自动满足成年人对每一种必需蛋白质的需求。但对于幼小的孩子，似乎还是设置一个较高的氨基酸标准比较安全，差不多和母乳中蛋白质的组成一致。年龄大一些的孩子，正式建议采用折中的方案，选取保持成年人氮平衡的蛋白质需求量和母乳中蛋白质含量间的中间数值。这些标准总结在表IV.C.2.2里。

对于只根据短期氮平衡实验结果制定的最低标准的实施，最近有些批评的声音，麻省理工学院（MIT）的V•R•杨（V.R.Young）（1986）及其同事（1988，1989）认为这种实验方法本身就有误差来源。这些研究人员进行了以饮食中氨基酸含量为基础的精密研究，使用同位素标记单个氨基酸以便追踪它的新陈代谢。他们认为，相对于总蛋白需求量的必需氨基酸需求率，和它们在体内存在的比例十分接近。即使受试者来得及调整自身以应对低摄入，但身体组织的更新率同时也会降低，在一段时间之后，就有可能产生消极效果。

就像一个多世纪前阿特沃特提出的那样，摄入高于氮平衡需求的蛋白质，长期而言可能会有一些微妙的益处。不过，目前还没有相关研究来弄清楚人在长期蛋白质含量仅够维持氮平衡，而其他营养供应良好的条件下的生存状况。不管怎么说，虽然麻省理工学院研究小组建议的氨基酸水平更高，但大多数人的日常饮食显然完全满足这一要求，至少在发达国家如此。

不同食品的蛋白质含量

标明食品中蛋白质含量的最直观的方式是重量百分比，如“克每100克”。但是这种衡量方法可能导致误解。例如，普通白面包的蛋白质含量可能是牛奶的3倍，因为牛奶中90%都是水，而面包中只有34%的水分。另一种方法是比较干重相同的物质中蛋白质的含量，但是衡量绝大多数干物质的营养价值的常用方法是指出它能产生多少可用能量，这个方法并不区分干物质是碳水化合物、脂肪还是蛋白质。因此，营养学家发现，比较不同食物中蛋白质与总卡路里值的比例更有帮助。这可以表示为“克每100千卡”，但是将浓度表示为“蛋白质卡路里占总卡路里的百分比”（PCals%）会更为容易（因为蛋白质本身的平均能量值是4千卡/克）。

虽然大多数时间人们本能地吃足够多的食物来满足能量需求，但这些食物中是否含有足够的蛋白质仍然存疑。

回到牛奶和面包这里，我们可以做如下的比较

就PCals%而言，牛奶比面包的蛋白质含量高，这意味着，从要从面包中得到同一杯牛奶等量的蛋白质，必须吃进更多的总热量。同样也可以看到，虽然一杯全脂牛奶和一杯脱脂牛奶（脱除奶油）具有相同的蛋白质含量，但PCals%值相去甚远，脱脂牛奶的更高一些。从猪排和鸡胸的比较中可以看出，不同的肉制品也有很大的差异：

也就是说，一个炸猪排中，每克蛋白质（即4千卡）还附加了12千卡来自脂肪的热量，而烤鸡胸中，每克蛋白质只额外附送1.6千卡脂肪热量。表IV.C.2.3中列出了一些食品的PCals百分比值。有“平均”或“典型”两种数值。不同动物的肉，脂肪含量不同，植物性食品的组成则受生长环境和收割时机的影响很大。比如小麦，就可以根据面粉用途不同而选择蛋白质含量高或低的品种。

动物制品的蛋白质含量确实通常比植物制品的更高，富裕的“西方化”国家食用的动物制品更多一些。不过富裕人群的蛋白质总摄入量并没有那么高。在这些人群中，糖、脂肪和酒精饮料的高消耗是抵消因素，这些东西贡献卡路里但是不含蛋白质。此外，在许多发展中国家，一些富含蛋白质的豆类构成了日常饮食的一部分。相同的计算结果表明在富裕国家和贫穷国家，蛋白质形式的能量都占到总卡路里数的10.5%到12.5%之间。

联合国粮食及农业组织（粮农组织FAO）公布了不同国家的人均日常饮食评估数据。这里有三个例子：

基于最新数据的对比，我们可以看到在欧洲相对贫穷的罗马尼亚，人均动物蛋白摄入量只有美国的60%左右，但是总蛋白质摄入量却几乎相等。这是因为罗马尼亚人摄入的脂肪和糖类少得多，相应地从谷物中得到了更多的卡路里，通常有10-13 PCals%。不过，当主食并不是谷物而是只有1-3PCals%的含大量淀粉的植物根茎，就像在通常以木薯为主食的西部非洲，这个优势就没有了。加纳的数据说明了这一点。尽管脂肪和糖的摄入量很低，整体而言人均食品供应中蛋白质只有8.4PCals%。当然，这些数据中的第一个“红灯”是总摄入热量过低，和美国相比只有60%。其实在美国并不是所有的食品都被吃掉：脂肪被从肉中剔除，旧的食物被抛弃，有很多浪费。而在加纳则可能有一些没有被记录在案的食物来源。不过总的来说，即使含淀粉块根类食品供应充足，它们的“大块头”也使得人们很难吃进足够多的量来满足能量需求，尤其是对儿童来说，既不能满足能量需求也不能满足蛋白质需求。

夸休可尔症（kwashiorkor恶性营养不良病）首次得到研究就是在西非，这一点也不出人意料。这种病袭击1到3岁的儿童，使他们出现浮肿，但是肌肉却萎缩了。他们往往肌肤溃烂、脱落，非常凄惨。得不到治疗就极有可能死亡。现在一般认为这种症状是多种营养不良（蛋白质和能量）和感染共同引起的。喂给营养食品，患者就会迅速恢复，如有必要，一开始可以先用胃管喂食。混合食品不一定需要高蛋白质含量，已经证实低至5PCals%的食物就很有效。

除了那些依靠体积大但蛋白质含量低的主食维持生活的儿童以外，所有能够摄入足够能量的人群似乎都没有蛋白质缺乏的问题，除非他们的饮食非常特别。下面列出美国对于三种人群规定的蛋白质建议摄入量（RDAs），表中还列出了个人从事一般性活动所需的能量估计值：

有趣的是，当计算不同人所需的蛋白质需求比例（PCals%）时，得到的计算结果很令人意外。传统上，妻子会认为男人是“养家糊口的人”，需要的肉最多，孩子们则至少需要一些额外的乳品蛋白，但就像你所看到的，实际上女人自己需要的膳食蛋白质比例最高。对于从事更多体力活动的人来说，所有的证据都表明他们的热量需求会大大增加，但是蛋白质需求却不需要增加，由此使得他们的PCals%需求反而下降了。换一个说法，他们用来满足额外能量需求的食物中蛋白质的含量可以相当低。同样的，虽然一到三岁的孩子每千克体重的蛋白需求量比成人高了50%，每千克体重的能量需求几乎是成人的百分之二百，于是PCals%也是降低的。

回头再看加纳的平均营养价值情况，可以看到食谱中蛋白质含量在最低限度附近。不过，囊括了除能量之外的所有其他营养物质的蛋白质推荐量，还是留有一定的安全余量的，且在发展中国家机械运力较少，体力劳动较重。

像美国或罗马尼亚这样的国家，蛋白质的供给显然远远超过标准需求。因此，大量摄入富含蛋白质的肉类是不合理的。实际上，富裕人群蛋白质摄入量可能明显偏高正是目前主要的担忧。不少人因肾脏无力处理蛋白质代谢中产生的大量尿素而出现问题。即使是在健康人群中，高蛋白食品也引起越来越多的尿钙损失。这种影响在中老年人比例越来越大的社会中绝对不受欢迎，越来越多的人因为大量矿物质（大部分是磷酸钙）损失而患上骨质疏松症。我们现在建议蛋白质日食用量不要超过推荐日摄食量两倍以上。这可能意味着体重为63千克（139磅）的女性每天最多只能吃100g蛋白质。

Kenneth J. Carpenter

肯尼思•J•卡彭特

Bibliography

参考书目

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