Giáo trình Dinh dưỡng người

Nội dung text: Giáo trình Dinh dưỡng người

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ GIÁO TRÌNH DINH DƯỠNG NGƯỜI Mã số: CB 320 Biên soạn: Ths. NGUYỄN MINH THỦY NĂM 2005
2. CHƯƠNG I. DINH DƯỠNG NGƯỜI - MỐI QUAN HỆ GIỮA LƯƠNG THỰC–THỰC PHẨM, NÔNG NGHIỆP VÀ SỨC KHOẺ I Định nghĩa về dinh dưỡng người Dinh dưỡng là chức năng mà các cá thể sử dụng thức ăn để duy trì sự sống, nghĩa là thực hiện các hoạt động sống như: sinh trưởng, phát triển, vận động. Khoa học về dinh dưỡng nghiên cứu mối quan hệ giữa các cá thể và thức ăn, chế độ ăn uống, sinh lý nuôi dưỡng, biến đổi bệnh lý Thành ngữ “dinh dưỡng và sức khoẻ cộng đồng” dùng để chỉ mối quan hệ giữa chế độ ăn uống và sức khoẻ hoặc bệnh tật trong một phạm vi cộng đồng dân số xác định, với mục đích đấu tranh chống các bệnh tật do ăn uống không đúng cách. Trong khái luận về dinh dưỡng, mối liên quan giữa dinh dưỡng với các lãnh vực khác được thể hiện: Dinh dưỡng với sức khoẻ Dinh dưỡng với sự sinh trưởng và phát triển Dinh dưỡng với suy lão Dinh dưỡng với miễn dịch Dinh dưỡng với ưu sinh II Vài nét về sự phát triển của khoa học Dinh dưỡng Hypocrate-danh y thời cổ đã nêu lên vai trò của ăn uống trong việc bảo vệ sức khoẻ. Trong việc sử dụng ăn uống để trị bệnh, ông đã viết: “thức ăn cho bệnh nhân phải là một phương tiện để điều trị và trong phương tiện điều trị phải có chất dinh dưỡng” hoặc “hạn chế và ăn thiếu chất bổ rất nguy hiểm đối với những người mắc bệnh mãn tính”. Sidengai-nhà y học người Anh cho rằng “để nhằm mục đích điều trị cũng như phòng bệnh, trong nhiều bệnh chỉ cần cho ăn những khẩu phần ăn (diet) thích hợp và sống một đời sống có tổ chức hợp lý”. A.L. Lavoisier là người đầu tiên trong những năm 1770-1777 đã chứng minh thức ăn đi vào cơ thể và súc vật sẽ bị đốt cháy, sử dụng O2, giải phóng CO2 và sinh nhiệt. Năm 1783 cùng với Laplace và Réamur đã chứng minh trên thực nghiệm hô hấp là một dạng đốt cháy trong cơ thể và đo lường được lượng oxy tiêu thụ và lượng CO2 thải ra ở người khi lao động, nghĩ ngơi và sau khi ăn. Nghiên cứu của ông đã đặt cơ sở cho vấn đề tiêu hao năng lượng, giá trị sinh năng lượng của thực phẩm và các nghiên cứu về chuyển hoá. 1
3. Giai đoạn thứ hai bắt đầu từ sự phát hiện các thành phần cơ bản của thực phẩm, tổ chức và dịch thể. Công trình của nhà bác học Đức J. Liebig vào giữa thế kỹ XIX và phát triển bởi Voit, Rubner, Atwater và đã chỉ ra rằng thức ăn chứa ba nhóm chất hữu cơ cơ bản: protein, carbohydrate, lipid và các chất vô cơ là tro. Tiếp theo là thời kỳ tìm hiểu vai trò của đạm trong dinh dưỡng phát triển và phát hiện sự khác nhau về giá trị sinh học của chúng. Cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX, công trình của nhà bác học Nga M. Lunin và nhiều người khác cho biết thêm một số yếu tố dinh dưỡng mà bấy giờ chưa biết: các vitamin và phát hiện ra hàng loạt các vitamin. Từ cuối thế kỷ 19 tới nay, những công trình nghiên cứu về vai trò của các axít amin các vitamin, các acid béo không no, các vi lượng dinh dưỡng ở phạm vi tế bào, tổ chức và toàn cơ thể đã góp phần hình thành, phát triển và đưa ngành dinh dưỡng lên thành một môn học. Cùng với những nghiên cứu về bệnh suy dinh dưỡng protein năng lượng của nhiều tác giả như Gomez (1956), Jelliffe (1959), Welcome (1970), Waterlow (1973). Những nghiên cứu về thiếu vi chất như thiếu vitamin A và bệnh khô mắt (Bitot 1863, M. Collum 1913, Block 1920), thiếu máu thiếu sắt, thiếu kẽm. Ngoài ra cũng có nhiều nghiên cứu giải thích mối quan hệ nhân quả và các chương trình can thiệp ở cộng đồng. Ngày nay đã biết khoảng 60 chất dinh dưỡng mà cơ thể người có thể sử dụng được, trong đó có khoảng 40 chất cơ thể cần thiết tuyệt đối: 8-10 acid amin, 1-2 đường đơn, 2-3 acid béo chưa no, hơn 13 nguyên tố khoáng và hơn 15 sinh tố, và cũng đã có tương đối đầy đủ cơ sở khoa học cho sản xuất, bảo quản, chế biến, dinh dưỡng tập thể và tiết chế. III Khái niệm về các chất dinh dưỡng và thành phần lương thực thực phẩm Các chất dinh dưỡng là các chất hữu cơ được hình thành và tích lũy trong những bộ phận nhất định của cơ thể động vật và thực vật, nó cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của cơ thể người và các cơ thể động vật khác. Năm 1824, Prout (1785-1850) là thầy thuốc người Anh đầu tiên đã chia các hợp chất hữu cơ thành 3 nhóm: protein, lipid và carbohydrate. 3.1Protein Năm 1816, Magendie đã chứng minh các thực phẩm chứa nitơ cần thiết cho sự sống-albumin. Năm 1838 nhà hoá học Hà Lan Mulden gọi albumin là protein. Năm 1839 sự cân bằng nitơ đã được Boussingault thực hiện ở Pháp vì ông nhận thấy các loài động vật không thể sử dụng trực tiếp dạng nitơ vô cơ hoặc nitơ không khí mà phải ăn các thức ăn chứa các hợp chất có nitơ của thực vật và động vật để duy trì sự sống. Sau đó mãi đến thế kỷ 20, bằng nhiều công trình nghiên cứu khác nhau người ta mới phát hiện ra protein của cơ thể không chỉ khác nhau về thành phần, trình tự các acid amin mà còn khác nhau cả về cấu trúc. Cũng chính vì vậy mà nó hoàn thành các chức năng đặc thù cho từng loại cơ thể. 2
4. Trong tất cả các tế bào động thực vật, sự phân chia bắt đầu từ nhân, nhân lại được tạo thành từ hai hợp chất có liên quan mật thiết với nhau là protein và acid nucleic. Chính vì thế mà các quá trình sống không thể có được nếu không có protein. Nói cụ thể quá trình dinh dưỡng không thể tiến hành được nếu không có protein hoặc thiếu vắng một trong các acid amin không thay thế. Bệnh thiếu protein đã được người Pháp phát hiện từ năm 1929, gọi tên là bouffissure d’Annam, người Anh phát hiện ở Châu Phi năm 1932 gọi là kwashiorkor. Sau đó những bệnh suy dinh dưỡng do thiếu protein hoặc các acid amin không thay thế được phát hiện vào năm 1959, Jelliffe đã gọi bệnh suy dinh dưỡng năng lượng, protein hay protein-energy-malnutrition (PEM). Đây là loại bệnh còn tương đối nhiều ở các nước đang phát triển. 3.2 Lipid Sự xác định hai cấu tử cơ bản có trong lipid là glycerin và acid béo là do công của Chevreul, người Pháp vào năm 1828. Năm 1845, Boussingault đã chứng minh được rằng, trong cơ thể carbohydrate có thể chuyển thành lipid. Về giá trị dinh dưỡng trong cơ thể người: Chất béo là nguồn giàu năng lượng nhất so với các hợp chất khác như protein, carbohydrate. Chất béo tham gia vào thành phần nguyên sinh chất tế bào Bảo vệ cho các cơ quan khỏi bị chấn động và bảo vệ cho cơ thể khỏi bị lạnh Chất béo còn là dung môi hoà tan rất tốt các vitamin tan trong chất béo. Ngày nay vai trò của chất béo trong dinh dưỡng người được đặc biệt quan tâm khi có những nghiên cứu chỉ ra mối quan liên quan giữa số lượng và chất lượng của chất béo trong khẩu phần với bệnh tim mạch. 3.3 Carbohydrate Là chất dinh dưỡng chủ yếu trong khẩu phần ăn người Việt Nam. Trong cơ thể carbohydrate và các dẫn xuất của chúng hoàn thành các nhiệm vụ sau: Carbohydrate là nguồn năng lượng cho mọi hoạt động sống Carbohydrate cần thiết cho sự oxy hoá bình thường các chất béo và protein. Khi thiếu carbohydrate thì sự oxy hoá các chất trên không thể tiến hành đến cùng. Carbohydrate là nguồn dinh dưỡng dự trữ, đồng thời tham gia vào cấu tạo các protein phức tạp, một số enzyme và hooc mon. Carbohydrate còn đóng vai trò bảo vệ cơ thể khỏi bị nhiễm trùng, khỏi bị các độc tố thâm nhập, nó tham gia vào quá trình thụ thai và quá trình phục hồi và điều hoà phản ứng enzyme. 3.4 Chất khoáng Năm 1713 người ta phát hiện Fe trong máu, năm 1812 phân lập được iode ở tyrosine của tuyến giáp trạng. Tuy nhiên vào sau nửa thế kỷ XIX, các nhà chăn nuôi mới chứng minh được sự cần thiết của chất khoáng trong khẩu phần, đặc biệt là khi cơ chế của toàn bộ quá trình trao đổi chất trong cơ thể người được làm sáng 3
5. tỏ thì người ta cũng chứng minh các đặc thù của các ion calci, phosphor, magne, đồng, coban, kẽm trong mỗi khâu cũng như trong toàn bộ quá trình chuyển hoá của cơ thể. Các bệnh thiếu máu dinh dưỡng hoặc thiếu iode còn khá phổ biến ở các nước đang phát triển ngày nay cũng khẳng định vai trò thiết yếu của chất khoáng trong dinh dưỡng người. 3.5Vitamin Nếu như Lind (1753) là người đầu tiên phát hiện về vai trò của thức ăn đối với bệnh tật có liên quan với vitamin (tác dụng của nước chanh đối với bệnh hoại huyết) thì Nicolai Ivanovich Lunin là người sáng lập ra học thuyết vitamin. Tiếp đó các công trình của Hopkin, Eijkman đều đã chứng minh vai trò thiết yếu của vitamin trong việc chống lại một số bệnh tật, đặc biệt là việc tách vitamin B1 từ cám gạo của Funk. Cho đến nay người ta đã phát hiện khoảng 30 chất thuộc vào nhóm vitamin nhưng trong số này chỉ có khoảng 20 chất có ý nghĩa trực tiếp đối với sức khoẻ và dinh dưỡng người. 3.6 Nước Chiếm khoảng 55-75% trọng lượng cơ thể. Nước sử dụng như vật liệu xây dựng trong tất cả các tế bào của cơ thể. Mô mỡ chứa khoảng 20% nước, cơ chứa khoảng 75%, huyết tương máu chứa 90%. Nước trong cơ thể được sử dụng như: Các dung môi Một phần chất bôi trơn Chất gây phản ứng hoá học Chất gây điều hoà nhiệt độ cơ thể Chất duy trì hình dạng và cấu trúc cơ thể Nước phân bố trong và giữa tế bào, trong các cơ quan. Nước được đưa vào cơ thể nhờ thực phẩm, đồ uống và qua sự trao đổi chất. Nó được thải ra khỏi cơ thể bằng nước tiểu, phân, mồ hôi và hô hấp của phổi. 3.7Chất xơ Có nhiều trong thành tế bào thực vật, nó có tác dụng làm cho phân đào thải nhanh ra khỏi cơ thể, chống được các bệnh táo bón, viêm ruột thừa, trĩ Một số chất xơ hoà tan có tác dụng làm tăng chuyển hoá cholesterol, tránh được bệnh xơ vữa động mạch. IV Mối quan hệ giữa dinh dưỡng, lương thực - thực phẩm, nông nghiệp và sức khoẻ Quá trình sinh ra, lớn lên và tồn tại của mỗi người không thể tách rời sự ăn uống hay là sự dinh dưỡng. Sự dinh dưỡng được quyết định bởi nguồn lương thực-thực phẩm do con người tạo ra. Nguồn và những đặc tính của lương thực - thực phẩm 4
6. do nền sản xuất nông nghiệp chi phối. Tất cả những điều trên đã liên quan mật thiết tới sức khoẻ của mỗi cá nhân và của cả cộng đồng. Sức khoẻ ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ hệ thống sản xuất nông nghiệp, quyết định số lượng, chất lượng của nông sản phẩm làm ra. Điều đó nói lên rằng các yếu tố dinh dưỡng, lương thực-thực phẩm, nông nghiệp và sức khoẻ có liên quan hữu cơ, gắn bó nhau trong một hệ thống chung. 3 con đường chính mà thông qua nó có chính sách và chương trình nông nghiệp ảnh hưởng đến tình trạng dinh dưỡng sức khoẻ của mỗi cá nhân. Đó là: Sự tăng thu nhập của mỗi cá nhân và hộ gia đình sẽ dẫn đến việc tăng tiêu dùng thực phẩm. Giá cả lương thực-thực phẩm ổn định và có phần hạ thấp khi nền nông nghiệp phát triển và có các chính sách thích hợp và ngược lại. Ảnh hưởng tới sức khoẻ và vệ sinh môi trường ở mức cá nhân và cộng đồng, điều này có thể làm tăng hoặc giảm bệnh tật. Ảnh hưởng tới sự phân bố thời gian, đặc biệt là của các bà mẹ, do đó có thể làm tăng hoặc giảm thời gian nuôi dưỡng, chăm sóc trẻ. Thực tế dinh dưỡng cho thấy cần nắm được nhu cầu dinh dưỡng để từ đó dựa vào khả năng sản xuất nông nghiệp, tập tục ăn uống của địa phương mà tính ra nhu cầu thực phẩm. Căn cứ vào nhu cầu thực phẩm để đặt kế hoạch sản xuất nông nghiệp cân đối giữa xuất khẩu và nhập khẩu có lợi cho việc đảm bảo các nhu cầu dinh dưỡng. Có thể biểu thị bằng sơ đồ Hình 1.1 và Hình 1.2 như sau: Và sự phát triển của Điều kiện nông nghiệp kém vòng xoáy trôn ốc Sản xuất nông Giảm khả nghiệp thấp kém năng làm việc Điều kiện sống thấp Thu nhập thấp Thiếu dinh dưỡng Tiêu thụ thực phẩm thấp Hình 1.1 Vòng xoáy trôn ốc nguy hiểm đối với tình trạng sản xuất nông nghiệp kém (Harper, 1984) 5
7. Hình 1.2 Sơ đồ biểu thị mối liên quan giữa nông nghiệp, lương thực thực phẩm và dinh dưỡng (FAO, 1984) 6
8. CHƯƠNG II CẤU TRÚC CƠ THỂ VÀ NHU CẦU DINH DƯỠNG I Cấu trúc cơ thể người 1.1 Khái quát Con người từ khi sơ sinh đến lúc trưởng thành, cân nặng của cơ thể tăng lên đến 20 lần. Để có sự phát triển về trọng lượng như vậy, cơ thể lấy các nguyên liệu từ thức ăn, nước uống. Nhiều thực nghiệm đã chứng minh chế độ ăn ảnh hưởng đến cấu trúc cơ thể. Cấu trúc của cơ thể thay đổi theo từng nhóm tuối (Bảng 2.1) và giới tính, gene và chủng tộc. Ngoài ra các yếu tố như dinh dưỡng và tập luyện, lao động thể lực đều có ảnh hưởng tới cấu trúc cơ thể. Bảng 2.1 Ảnh hưởng của quá trình tăng trưởng, trưởng thành và mức độ béo phì đến thành phần của cơ thể và mô không chứa chất béo (Garrow và cộng sự, 2000) Bào Trẻ Trẻ Trẻ Người lớn Trẻ Người thai 20- trước đủ 1 (Người suy béo 25 tuần khi tháng tuổi trưởng dinh phì sanh thành) dưỡng Cân nặng (kg) 0,3 1,5 3,5 20 70 5 100 Nước (%) 88 83 69 62 60 74 47 Protein (%) 9,5 11,5 12 14 17 14 13 Chất béo (%) 0,5 3,5 16 20 17 10 35 Phần còn lại (%) 2 2 3 4 6 2 5 Trọng lượng 0,3 1,45 2,94 8,0 58 4,5 65 không chứa béo (kg) Nước (%) 88 85 82 76 72 82 73 Protein (%) 9,4 11,9 14,4 18 21 15 21 Na (mmol/kg) 100 100 82 81 80 88 82 K (mmol/kg) 43 50 53 60 66 48 64 Ca (g/kg) 4,2 7,0 9,6 14,5 22,4 9,0 20 Mg (g/kg) 0,18 0,24 0,26 3,5 0,5 0,25 0,5 P (g/kg) 3,0 3,8 5,6 9,0 12,0 5,0 12,0 1.2 Phương pháp xác định cấu trúc cơ thể Sử dụng các số đo cấu trúc cơ thể để xác định và đánh giá tình trạng dinh dưỡng đã trở thành một trong những phương pháp được áp dụng rộng rãi, có ý nghĩa thực tiễn cao trong nghiên cứu dinh dưỡng và trong việc theo dõi sức khoẻ. Ở trẻ em, tăng cân là một biểu hiện của phát triển bình thường và dinh dưỡng hợp lý. Ở người trưởng thành quá 25 tuổi cân năng thường duy trì ở mức ổn định quá béo 7
9. hay quá gầy đều không có lợi đối với sức khỏe. Người ta thấy rằng tuổi thọ trung bình của người béo thấp hơn và tỷ lệ mắc các bệnh tim mạch cao hơn người bình thường. Có nhiều công thức để tính tính cân nặng "nên có" hoặc các chỉ số tương ứng. Chỉ số được sử dụng nhiều và được Tổ chức Y tế thế giới (1985) khuyên dùng là chỉ số khối cơ thể BMI (Body Mass Index): W BMI = H 2 Trong đó: W: Cân nặng tính theo kg H: Chiều cao tính theo mét Theo khuyến nghị của tổ chức Y tế thế giới: chỉ số BMI ở người bình thường nên vào khoảng 18,5 – 24,99. Có thể thấy sự tương ứng giữa chiều cao và chỉ số BMI ở Hình 2.1. Hình 2.1 Bảng xác định BMI theo chiều cao và cân nặng ( II Nhu cầu dinh dưỡng Nhu cầu dinh dưỡng vừa là nhu cầu cấp bách hàng ngày của đời sống, vừa là nhu cầu thiêng liêng bảo tồn, nhu cầu cơ bản đảm bảo sự phát triển bình thường thể lực và trí lực của con người, vừa đảm bảo sức khoẻ, khả năng học tập sáng tạo, 8
10. sức lao động sản xuất, sự phát triển của xã hội. Nhu cầu dinh dưỡng gồm hai phần: nhu cầu năng lượng và nhu cầu các chất dinh dưỡng. Để xác định nhu cầu năng lượng, theo tổ chức Y Tế thế giới, cần biết các nhu cầu cho chuyển hoá cơ bản và cho các hoạt động thể lực khác trong ngày. III Nhu cầu năng lượng Nghiên cứu về nhu cầu năng lượng là một ngành của khoa dinh dưỡng nhằm tìm hiểu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau tới cường độ của các quá trình chuyển hoá vật chất trong các điều kiện sinh lý. Cơ thể người cần năng lượng để cung cấp cho các hoạt động sau: Các quá trình chuyển hoá Hoạt động của cơ Giữ cân bằng nhiệt của cơ thể Năng lượng cho hoạt động của não, các mô thần kinh. 3.1 Hình thái năng lượng Trong hệ thống sinh học, có rất nhiều dạng năng lượng: Năng lượng bức xạ Năng lượng hoá học Năng lượng cơ học Năng lượng điện Năng lượng nhiệt Động vật và thực vật không loại trừ khả năng tuân theo định luật thứ nhất nhiệt động học, rằng năng lượng không thể tự sinh ra và mất đi mà nó chỉ thay đổi giữa các dạng khác nhau. Tuy nhiên khác với động vật, thực vật có thể sử dụng nguồn năng lượng bức xạ để tổng hợp các phân tử phức tạp như carbohydrate, protein, chất béo, trong khi nguồn năng lượng của động vật dựa chủ yếu vào nguồn năng lượng hoá học của thực vật thông qua nguồn thực phẩm (Hình 2.2). Năng lượng hoá học được sử dụng như năng lượng của hoạt động cơ (như sự co cơ), năng lượng điện (như duy trì gradient của ion qua màng) và năng lượng hoá học (tổng hợp các hợp chất phân tử lượng lớn). Tuy nhiên, sự chuyển hoá năng lượng thực phẩm không phải là một quá trình hiệu quả hoàn toàn, khoảng 75% năng lượng thực phẩm có thể bị hao phí như là nguồn nhiệt trong quá trình chuyển hoá. Năng lượng sinh ra sẽ là nguồn duy trì nhiệt độ cơ thể trong điều kiện khí hậu thông thường, đặc biệt nếu cơ thể được cách nhiệt tốt bằng y phục. 3.2 Đơn vị năng lượng Đơn vị năng lượng theo hệ SI là joule (J), là năng lượng được sử dụng khi 1 kilogram (kg) di chuyển qua một metre (m) bằng lực 1 Newton (N). Tuy nhiên giá trị 1 joule là rất bé khi thể hiện đơn vị năng lượng, do đó trong hầu hết khái niệm trong dinh dưỡng, đơn vị kJ (= 103 J) hoặc MJ (= 106J) được sử dụng phổ biến. 9
11. Đơn vị năng lượng còn được thể hiện bằng calorie, được xác dịnh là năng lượng cần thiết để đưa 1 g nước từ 14,5oC tăng lên 15,5oC. Trong ứng dụng thực tế của dinh dưỡng học, thường lấy 1000 calo tức 1 kilo calo (Kcal) làm đơn vị sử dụng phổ biến. Có thể chuyển hoá giữa Kcal và kJ như sau: 1 Kcal = 4,184 kJ; 1 kJ = 0,239 Kcal hay 4,2 kJ = 1 Kcal. Năng lượng mặt trời Không phục hồi Quang hợp Đất liền Nhiên liệu Đại dương Dầu khí, than đá, khí gas Đất trồng trọt Phân bón, cày cấy Vận chuyển Vật nuôi Bao gói Vận chuyển Làm lạnh Nấu nướng Gia súc, cừu, lơn, gia cầm Phế liệu Chế biến, làm lạnh ATP (năng lượng hóa học) Làm việc CO2, H2O, nhiệt lượng Hình 2.2 Nguồn năng lượng từ mặt trời đến con người ( 10
12. 3.3 Năng lượng thực phẩm Năng lượng hoá học của thực phẩm có thể xác định bằng bom calori (Hình 2.3). Năng lượng đo được bằng cách này gọi là năng lượng thô (Gross energy) của thực phẩm, và nó biểu thị tổng năng lượng hoá học của thực phẩm. Nhiệt kế Cánh khuấy Bộ phận đánh lửa Nguồn năng lượng chủ yếu cần cho cơ thể được bắt nguồn từ carbohydrate (đường), lipid (mỡ) và protein (đạm), 3 chất dinh dưỡng này qua oxy hoá trong cơ thể đều có thể sản sinh ra năng Môi trường lượng, được gọi chung là chất dinh H2O chứa oxi dưỡng sinh nhiệt hoặc nguồn nhiệt. Giá trị sinh năng lượng của thực phẩm là Mẫu chứa trong cốc năng lượng hoá học của carbohydrate, lipid, protein và rượu chuyển sang nhiệt khi bị đốt cháy. Lượng nhiệt thải ra đo Hình 2.3 Bom calorie bằng bom calorie. ( Cốc nhỏ đựng thức ăn được đặt trong khối hình trụ bằng thép. Phía trên có dây điện nhỏ để dòng điện chạy qua. Đóng chặt bom và cho oxy vào với áp suất cao. Đặt bom vào thùng nước có thành làm bằng chất cách nhiệt tốt. Khi nối dòng điện, thực phẩm bắt lửa. Lượng nhiệt thải ra đo bằng tăng nhiệt của nước trong thùng. Khi đốt ở bom calorie: 1g carbohydrate cho 4,1 Kcal (16,74 kJ) Æ glucose 3,9 Kcal 1g lipid cho 9,1 Kcal (37,66 kJ) 1g protein cho 5,65 Kcal (23,64 kJ) 1g rượu ethylic cho 7,1 Kcal (gan sử dụng rượu 100 mg/kg cân nặng/giờ) Cả 3 loại chất dinh dưỡng sinh nhiệt qua oxy hoá trong cơ thể đều sinh ra năng lượng, và cả 3 loại đều có thể chuyển hoán được cho nhau trong quá trình chuyển hoá, nhưng không thể thay thế nhau hoàn toàn, trong các bữa ăn hợp lý cần phải có sự phân bổ theo một tỷ lệ thoả đáng. Tuy nhiên không phải hầu hết năng lượng này hiện hữu trong cơ thể người vì hai lý do: Sự tiêu hoá không hoàn toàn (người khoẻ mạnh ăn hỗn hợp hấp thu khoảng 99% carbohydrate, 95% lipid và 92% protein). Quá trình đốt cháy các dinh dưỡng không hoàn toàn (nhất là đạm) - Urê và các sản phẩm chứa nitơ khác ra theo đường nước tiểu chứa khoảng 1,25 Kcal cho 1g protein. - Acid hữu cơ, các sản phẩm thoái hoá carbohydrate và lipid (vài g/ngày). Bảng 2.2 cho biết năng lượng thải ra của các chất dinh dưỡng chính được tính toán bởi Atwater. Giá trị Kcal/g được gọi là hệ số Atwater và tương đối đúng cho phần lớn các chế độ ăn uống thường gặp trừ khi chứa quá nhiều chất không tiêu hoá 11
13. Bảng 2.2 Năng lượng chuyển hoá của các chất dinh dưỡng chính (Southgate và Durnin, 1970) Chất dinh Năng Phần Năng Mất theo Năng Hệ số dưỡng lượng thô trăm hấp lượng nước tiểu lượng Atwater (kJ/g) thu tiêu hoá (kJ/g) chuyển (Kcal/g) (kJ/g) hoá (kJ/g) Tinh bột 17,5 99 17,3 - 17,3 4 Glucose 15,6 99 15,4 - 15,4 4 Chất béo 39,1 95 37,1 - 37,1 9 Protein 22,9 92 21,1 5,2 15,9 4 Rượu 29,8 100 29,8 Vết 29,8 7 3.4 Tiêu hao năng lượng Mức năng lượng mà cơ thể hấp thu được cần phải đủ để tiêu hao. Sự hấp thu và tiêu hao năng lượng ở người lớn khoẻ mạnh về cơ bản là cân bằng, được thể hiện chủ yếu ở mức cố định tương đối về trọng lượng cơ thể. 3.4.1 Chuyển hoá cơ bản (CHCB) CHCB là năng lượng cần thiết để duy trì sự sống con người trong điều kiện nhịn đói, hoàn toàn nghĩ ngơi và nhiệt độ môi trường thích hợp. Đó chính là năng lượng tối thiểu để duy trì các chức phận sinh lý cơ bản như: tuần hoàn, hô hấp, hoạt động các tuyến nội tiết, duy trì thân nhiệt Các yếu tố ảnh hưởng đến CHCB: Tình trạng hệ thống thần kinh trung ương Cường độ hoạt động các hệ thống nội tiết và men (chức phận một số hệ thống nội tiết làm tăng CHCB (tuyến giáp trạng), trong khi hoạt động một số tuyến nội tiết khác làm giảm CHCB (tuyến yên). Tuổi và giới (ở phụ nữ thường thấp hơn nam giới 5 - 10%, CHCB của trẻ em thường cao hơn người lớn tuổi, tuổi càng nhỏ CHCB càng cao. Ở người đứng tuổi và già, CHCB thấp dần). Trong trường hợp nhịn đói hay thiếu ăn, CHCB giảm. Tình trạng thiếu ăn nặng kéo dài, CHCB giảm tới 50%. Trong những trường hợp cần thiết, người ta đo CHCB. Đơn giản nhất là cách tính CHCB bằng 1 Kcal cho 1 Kg cân nặng trong một giờ. Tuy nhiên CHCB còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Hợp lý hơn là tính toán CHCB theo tiết diện da. Tiết diện da phụ thuộc chiều cao và cân nặng có thể tính toán theo công thức đơn giản sau: 12
14. S = 0,0087 (W + H) – 0,26 Trong đó: S: tiết diện da (m2) W: trọng lượng cơ thể (kg) H: chiều cao (cm) Tiết diện da còn được tính theo toán đồ tính diện tích da (Hình 2.3). Từ toán đồ tính diện tích da, có thể tính được chuyển hoá cơ bản của một người theo Bảng 2.3 Bảng 2.3 Chuyển hoá cơ bản tính theo kcal/m2 diện tích da/giờ (Hoàng Tích Mịnh và Hà Huy Khôi, 1977) Tuổi Nam Nữ Tuổi Nam Nữ 6 53 50,5 16 44,0 38,5 7 52 49,5 17 43,5 37,5 8 51 48,0 18 42,5 37,0 9 50 46,5 19 42,0 37,0 10 49 45,5 20 - 30 39,5 37,0 11 48,5 44,5 30 - 40 39,5 36,5 12 47,5 43,0 40 - 50 38,5 35,5 13 47,0 42,0 50 - 60 37,5 35,0 14 46,0 41,0 60 - 70 36,5 31,0 15 45,0 39,5 70 - 80 35,5 33,5 Ngoài ra người ta còn có thể tính CHCB theo nhiều phương pháp khác. Bảng 2.4 biểu thị cách tính chuyển hoá cơ bản dựa vào cân nặng. Bảng 2.4 Công thức tính CHCB dựa theo cân nặng (Hà Huy Khôi, 1996) Nhóm tuổi Chuyển hoá cơ bản (kcal/ngày) Năm Nam Nữ 0 – 3 60,9 W – 54 61,0 W - 51 3 - 10 22,7 W + 495 22,5 W + 499 10 - 18 17,5 W + 651 12,2 W + 746 18 - 30 15,3 W + 679 14,7 W + 496 30 - 60 11,6 W + 879 8,7 W + 829 Trên 60 13,5 W + 487 10,5 W + 596 13
15. Hình 2.3. Toán đồ tính diện tích da (Tver and Russell, 1989) 3.4.2 Hoạt động thể lực Ngoài chuyển hoá cơ bản ra, hoạt động thể lực là nhân tố chủ yếu nhất ảnh hưởng đến sự tiêu hao năng lượng của cơ thể. Trong hoạt động thể lực, trọng lượng của cơ thể người là một loại phụ tải. Hoạt động của cơ thể đòi hỏi cơ bắp và các tổ chức khác sinh công. Quá trình này, ngoài việc tiêu hao cơ năng ra, tế bào và các cơ quan tổ chức có liên quan khi hợp thành nhiều chất mang năng lượng như protein, lipid, glycogen cũng đòi hỏi tiêu hao năng lượng. Hoạt động cơ bắp càng mạnh và thời gian hoạt động càng nhiều thì năng lượng tiêu hao càng lớn. Trình độ quen việc của lao động chân tay cũng ảnh hưởng đến mức tiêu hao năng lượng. Phương pháp đo chính xác mức tiêu hao năng lượng là tương đối phức tạp, và chỉ có thể dùng vào nghiên cứu khoa học. Phương pháp tương đối đơn giản là dùng “phương pháp quan sát sinh hoạt” được biểu thị bằng tiêu hao năng lượng cho các hoạt động thể lực ở Bảng 2.5. 14
16. Bảng 2.5 Tiêu hao năng lượng tính theo Kcal/kg cân nặng/giờ của người trưởng thành khi thực hiện các hoạt động khác nhau và nghĩ ngơi (Hoàng Tích Mịnh và Hà Huy Khôi, 1977) Loại lao động Năng lượng tiêu hao Năng lượng tiêu ngoài CHCB hao gộp cả CHCB (Kcal/kg/giờ) (Kcal/kg/giờ) Nằm nghĩ ngơi 0,10 1,10 Ngồi yên 0,43 1,43 Đọc to 0,50 1,50 Đứng thoải mái 0,50 1,50 May tay 0,50 1,50 Ngủ 0,57 1,57 Đứng nghiêm 0,63 1,63 Đan bằng que đan 0,66 1,66 Hát 0,74 1,74 Ăn cơm 0,84 1,84 May máy 0,95 1,95 Nghe giảng, ghi bài 0,96 1,96 Đánh máy chữ nhanh 1,00 2,00 Ủi quần áo (bàn ủi 2,5 kg) 1,06 2,06 Rửa chén đĩa 1,06 2,06 Quét nhà (138 động tác/phút) 1,41 2,41 Bọc bìa đóng gáy sách 1,43 2,43 Bài tập thể dục nhẹ 1,43 2,43 Khâu giày 1,57 2,57 Dạo chơi thong thả (4km/giờ) 1,86 2,86 Rèn luyện thể lực khá nặng 3,14 4,14 Thợ mộc, cơ khí 2,43 3,43 Đi khá nhanh (6 km/giờ) 3,28 4,28 Thợ đá 4,71 5,71 Lao động nặng 5,43 6,43 Chặt cây 5,43 6,43 Bơi 6,14 7,14 Chạy (gần 8,5 km/giờ) 7,14 8,14 Lao động rất nặng 7,57 8,57 15
17. 3.4.3 Đo năng lượng tiêu hao a. Phương pháp đo năng lượng trực tiếp Phương pháp đo năng lượng trực tiếp gồm quá trình đo lường năng lượng tiêu hao ở giai đoạn nhất định bằng cách đo lượng nhiệt mất đi từ cơ thể người. Về mặt nguyên lý, đây là phương pháp đo đơn giản, và số lượng phòng được thiết kế xây dựng cho quá trình đo cho con người phải được bảo vệ tránh sự mất nhiệt. Dụng cụ đo của Atwater có phòng nhỏ để người có thể ở lâu trong vài ngày, có giường nằm và xe đạp tại chỗ để theo dõi các động tác lao động. Thức ăn và chất thải ra qua lỗ nhỏ. Thành ngoài cách nhiệt tốt, lượng nhiệt do cơ thể phát ra sẽ do nước chảy theo các ống chung quanh hấp thu. Dựa vào nhiệt độ của nước tăng lên sẽ tính được lượng nhiệt thải ra. Một hệ thống luân chuyển không khí khép kín đảm bảo độ thoáng khí của phòng. Không khí trong phòng đi qua các bình chứa nước chất hấp phụ CO2, sau đó O2 được tăng cường để duy trì nó ở mức độ bình thường. Nguyên lý của máy đo này đơn giản nhưng thiết kế và sử dụng rất khó khăn và tốn kém về thực hành. Nhược điểm của phương pháp đo trực tiếp là chỉ có thể thực hiện trong vòng vài giờ hoặc hơn, do kỹ thuật giả định rằng không có sự tăng hoặc giảm nhiệt độ của cơ thể người trong thời gian đo năng lượng. b. Phương pháp đo năng lượng gián tiếp Phương pháp này dựa vào sự oxy hoá thực phẩm trong cơ thể người, oxy được tiêu thụ và CO2 được sinh ra. Điều này được thể hiện từ phương trình hoá học lượng pháp diễn tả sự oxy hoá 1 mol glucose: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + nhiệt (180 g) (6 x 22,4 l) (6 x 22,4 l) (6 x 18 g) (2,78 MJ) Năng lượng toả ra từ sự oxy hoá 1 g glucose là 15,4 kJ (2780/180) và do đó mỗi lít oxy tiêu thụ tương đương với lượng nhiệt sinh ra là 20,7 kJ (2780/6 x 22,4). Vì vậy nếu số lượng oxygen tiêu thụ có thể được đo lường thì có thể tính toán được lượng nhiệt sinh ra. Các phương trình tương tự có thể được viết cho quá trình oxy hoá protein, chất béo và alcohol, được biểu diễn ở Bảng 2.6, cho thấy năng lượng tiêu hao cho 1 lit oxy sử dụng là 19,8, 19,3 và 20,4, tương ứng. Thương số hô hấp RQ cho mỗi chất dinh dưỡng được thể hiện đồng thời ở Bảng 2.6, xác định tỷ lệ thể tích của CO2 sinh ra và thể tích O2 sử dụng cho quá trình oxy hoá số lượng các chất dinh dưỡng đặc biệt. Bảng 2.6 Giá trị oxy hoá của các chất dinh dưỡng chính (Brockway, 1987) + Chất dinh O2 tiêu thụ CO2 sinh ra RQ Năng Năng dưỡng (l/g) (l/g) lượng sinh lượng sinh ra (kJ/g) ra (kl/1O2) Tinh bột 0,829 0,8324 0,994 17,49 21,10 Glucose 0,746 0,742 0,995 15,44 20,70 Chất béo 1,975 1,402 0,710 39,12 19,81 Protein 0,962 0,775 0,806 18,52 19,25 Rượu 1,429 0,966 0,663 29,75 20,40 16
18. + RQ: Thương số hô hấp Năng lượng tiêu hao có thể xác định chính xác từ quá trình oxy hoá hỗn hợp các chất dinh dưỡng, Lượng CO2 sinh ra cần được đo và sự đánh giá hoặc cần thiết đo lượng urê tạo thành (từ sự bài tiết nitơ theo đường tiết niệu). Công thức phổ biến sử dụng tính toán năng lượng tiêu hao của người được phát triển bởi Weir (1949) (Công thức 6.1): EE (kJ) = 16,489 VCO2 (l) + 4,628 VCO2 (l) – 9,079 N (g) (6.1) Trong đó VCO2 và VCO2 là thể tích của O2 tiêu thụ và thể tích CO2 sinh ra, tương ứng và N là lượng bài tiết theo đường tiết niệu. Nếu lượng nitơ bài tiết ra theo đường tiết niệu không đo được thì công thức tương tự (công thức 6.2) có thể được sử dụng: EE (kJ) = 16.318 VO2 (l) + 4.602 VCO2 (l) (6.2) Trong đó: EE (Energy Expenditure): năng lượng tiêu hao VO2 và VCO2 là thể tích O2 tiêu thụ và thể tích CO2 sinh ra. N là lượng nitơ bài tiết theo nước tiểu Các công thức tính tương tự cũng được phát triển bởi nhiều tác giả khác, với sự khác biệt nhỏ từ quá trình tiêu thụ các chất dinh dưỡng khác nhau như carbohydrate hoặc protein hay lipid Sự khác biệt này dẫn đến sự khác biệt trong cách tính toán tiêu hao năng lượng trong khoảng nhỏ hơn 3% dưới các điều kiện chế độ ăn uống thông thường (Brockway 1987). Để tính toán số lượng carbohydrate, protein và lipid bị oxyhoá, các giá trị thể hiện ở Bảng 2.6 và giả định 6,25g protein chứa 1 g nitơ có thể sử dụng để thiết lập công thức sau: Oxy hoá carbohydrate (g) = 4,707 VCO2 (l) – 3,340 VO2 (l) – 2,714 N (g) Oxy hoá chất béo (g) = 1,786 VCO2 (l) – 1,778 VO2 (l) – 2,021 N (g) Oxy hoá protein (g) = 6,25 N (g) Thiết bị đo năng lượng gián tiếp: Thiết bị sử dụng đo năng lượng tiêu hao bằng phương pháp gián tiếp có thể thay đổi từ thiết bị đơn giản được thiết kế hoạt động trong điều kiện điều khiển từ xa cho tới phòng thiết kế cho người phức tạp hơn. Hệ thống đơn giản nhất là dùng kỹ thuật túi Douglas. Với kỹ thuật này, cho phép đo lượng oxy sử dụng trong thời gian từ 5 đến 15 phút. Lượng không khí thở ra được Hình 2.4 Túi Douglas để đo chuyển tách đưa vào một túi nhỏ và mẫu không hoá năng lượng ( khí này được đưa đi phân tích (Hình 2.4) 3.4.4 Nhu cầu năng lượng cả ngày Hai phương pháp có thể được sử dụng để tính toán nhu cầu năng lượng cả ngày: 17
19. a) Nhu cầu năng lượng của người trưởng thành dựa vào chuyển hoá cơ bản (CHCB) và được tính theo hệ số thuộc loại lao động được thể hiện ở Bảng 2.7. Bảng 2.7 Hệ số nhu cầu năng lượng cả ngày của người trưởng thành từ CHCB Loại lao động Nam Nữ Lao động nhẹ 1,55 1,56 Lao động vừa 1,78 1,61 Lao động nặng 2,10 1,82 Nhu cầu năng lượng của nhóm lao động nam lứa tuổi 18 - 30, cân nặng trung bình 55kg, loại lao động nặng được tính như sau: Theo Bảng 2.7 CHCB = (15,3 x 55) + 679 = 1520,5 Kcal Nhu cầu năng lượng cả ngày được tính theo Bảng 2.7 1520 x 2,10 = 3193,05 Kcal b) Nhu cầu năng lượng cả ngày dựa vào cách tính gộp: bao gồm + Nhu cầu năng lượng cho chuyển hoá cơ bản + Nhu cầu năng lượng cho tác dụng động lực đặc hiệu của thức ăn + Nhu cầu năng lượng cho hoạt động thể lực 3.5 Lượng cung cấp năng lượng Việc quy định lượng cung cấp năng lượng chủ yếu là lấy cường độ lao động thể lực làm cơ sở. Đối với trẻ em, thanh thiếu niên, phụ nữ mang thai, phụ nữ nuôi con thì phải đảm bảo lượng cung cấp năng lượng mà nhu cầu sinh lý cần thiết cho quá trình sinh trưởng và phát triển. 3.5.1 Cường độ lao động Lao động cực nhẹ: công việc ngồi làm là chính, như công việc văn phòng, công việc lắp đặt và sửa chữa máy thu thanh, đồng hồ có kèm theo các hoạt động văn thể nghiệp dư nào đó Lao động nhẹ: Công việc đứng hoặc đi lại ít như nhân viên bán hàng, thao tác trong phòng thí nghiệm, giáo viên giảng bài Lao động vừa: như hoạt động thường ngày của học sinh, lái xe cơ động, lắp mắc điện, cắt gọt gia công kim loại Lao động nặng: lao động nông nghiệp phi cơ giới, luyện thép, nhảy múa, vận động thể dục Lao động cực nặng: như các loại bốc vác, chặt gỗ, khai thác khoáng sản và đập đá phi cơ giới. 3.5.2 Tình trạng sinh lý Trẻ em và thanh thiếu niên trong thời kỳ sinh trưởng phát triển, chiều cao, cân nặng và lượng lao động tăng lên từng ngày, vì vậy lượng cung cấp năng lượng 18
20. cũng tăng lên tương ứng, nhằm đáp ứng nhu cầu về sinh trưởng và phát triển của chúng. Lượng cung cấp năng lượng tăng thêm cho người mẹ đang nuôi con là mức năng lượng dùng để bù đắp cho việc tiết sữa. 3.5.3 Khí hậu và vóc dáng Do có sự cải thiện về điều kiện ăn mặc và ở, mà thường khí hậu ảnh hưởng không lớn đến nhu cầu năng lượng của cơ thể. Chỉ có trong điều kiện khí hậu nóng bức hoặc giá lạnh tương đối lâu thì đòi hỏi phải có sự điều chỉnh thích đáng (Bảng 2.8). Những người có vóc dáng khác nhau, tỷ lệ chuyển hoá cơ bản cũng khác nhau nên khi hoạt động cần tăng hoặc giảm lượng tiêu hao năng lượng một cách tương ứng. Để tránh béo phì hoặc quá gầy, phải điều chỉnh hợp lý cho cân nặng và chiều cao đạt được mức chuẩn. Bảng 2.8 Nhu cầu năng lượng của người lớn theo nhiệt độ trung bình hàng năm ở cân nặng và tuổi (Hoàng Tích Mịnh & Hà Huy Khôi, 1977) Nhiệt độ trung bình Phần trăm của Kcal/ngày hàng năm (oC) chuẩn Nam Nữ (%) -5 104,5 3344 2404 0 103,0 3296 2369 5 101,5 3248 2335 10 100,0 3200 2300 15 97,5 3120 2243 20 95,0 3040 2185 25 92,5 2960 2128 30 90,0 2880 2070 IV Cân bằng năng lượng Trong quá trình trao đổi chất, sự cân bằng năng lượng theo sau định luật nhiệt động lực học, để xác định rằng dưới những điều kiện lý tưởng, năng lượng làm việc bằng với năng lượng sản sinh ra. Đây là nội dung của luật dự trữ năng lượng. Khi cân bằng năng lượng được hoàn toàn thì khối lượng không thay đổi. Khi nguồn năng lượng vượt quá năng lượng tiêu dùng thì năng lượng được dự trữ trong cơ thể dưới dạng mỡ và làm tăng trọng lượng. Khi nguồn năng lượng thực phẩm ít hơn nhu cầu năng lượng tiêu dùng thì sẽ dẫn đến tình trạng giảm trọng lượng cơ thể. Trong khẩu phần ăn, khi năng lượng nhận vào thấp hơn năng lượng sử dụng thì sự khác biệt được thành lập bằng cách đốt cháy các chất mỡ trong cơ thể và có sự mất trọng lượng cân bằng với sự trao đổi chất béo. 19
21. Khi tính toán cân bằng năng lượng, năng lượng thu nhận vào dễ dàng xác định bằng cách đo tổng số calori trong thực phẩm tiêu hoá. Năng lượng dùng hết hoặc tiêu phí thường khó xác định chính xác. Cân bằng năng lượng = năng lượng nhận vào - năng lượng sản sinh (sự sinh nhiệt). - Năng lượng nhận vào = 1. năng lượng thực phẩm 2. nhiệt trao đổi 3. nhiệt môi trường - Năng lượng sản sinh = 1. năng lượng từ sự bài tiết 2. nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh V Dự trữ năng lượng Cơ thể gồm ba nguồn dự trữ năng lượng chính, trong đó dự trữ chủ yếu là lipid nằm trong các tổ chức mỡ. Bình thường lipid chiếm khoảng 10% trọng lượng nam và 25% ở nữ. Chất béo dự trữ chủ yếu nhiều nhất dưới da và trong các ổ bụng. Trong các tổ chức, chất béo dự trữ vẫn thường có các trao đổi hoá học. Khi đói cơ thể sử dụng khoảng 150 g/mỡ/ngày, lượng dự trữ có thể đủ trong khoảng 40 ngày. Lượng carbohydrate dự trữ dưới dạng glycogen ở gan và cơ chỉ khoảng 100 - 200 g. Phần dự trữ chỉ đủ cho cơ thể sử dụng trong 1 ngày. Trong cơ thể có khoảng 300 g đạm ở dạng dự trữ cơ động. Chúng tập trung chủ yếu ở bào tương tế bào và ở gan. Dự trữ này có thể dùng hết trong 4 - 6 ngày. Sau đó đạm của các tổ chức bị phân hủy. VI Các bài toán về trao đổi vật chất 6.1Cơ thể đốt carbohydrate C6H12O6 + 6 O2 6CO2 + 6H2O 180 gr glucose khi bị đốt sẽ dùng hết (6 x 22,4 lit) = 134,4 lit Oxy = VCO2 V Thương số hô hấp = CO2 = 1 V O2 1 lit oxy đốt được 1,231 g carbohydrate và tạo ra 5,047 Kcal nhiệt lượng Một thanh niên nằm nghĩ 15 phút đã hấp thu 3 lít Oxy và thải 3 lit khí CO2, Số oxy sử dụng một giờ là : 3 x 4 = 12 lit. Số năng lượng đã dùng là : 12 x 5,047 Kcal = 60,56 Kcal Ở trạng thái nghĩ ngơi, mỗi ngày cơ thể cần: 60,56 x 24 = 1453 Kcal 20
22. 6.2 Cơ thể đốt lipid C18H36 O2 + 26 O2 18 CO2 + 18 H2O Thương số hô hấp = (18/26) = 0,7 1 g carbohydrate đốt cháy cần 0,83 lit oxy 1 g lipid đốt cháy cần 2,03 lit oxy 1 lit oxy dùng đốt lipid sẽ tạo ra 4,74 Kcal * Bài tập: Một cơ thể nhịn đói kéo dài đã hấp thu trong 15 phút một lượng oxy là 3,164 lit và đào thải 2,215 lit khí carbonic. Hỏi cơ thể này sử dụng nguồn dự trữ nào và trong 24 giờ đã chi phí bao nhiêu năng lượng? 2,215 Giải: Tính hệ số hô hấp = = 0,7 3,164 (Sử dụng lượng mỡ dự trữ) Lượng oxy sử dụng 24 giờ được tính là : 3,164 x 24 x 4 = 303,75 lit, Nếu chỉ đốt lipid thì oxy này sinh được : 303,75 x 4,74 = 1440 Kcal 6.3Cơ thể dùng năng lượng từ nguồn protein Từ số carbon (C) thải ra phổi, lượng oxy phải có để tạo ra khí carbonic (CO2) như sau: - Lượng khí carbonic tạo ra : 77,52 lit - Lượng oxy cần : 96,70 lit 77,52 Thương số hô hấp là = = 0,8 96,7 Cách tính đơn giản Bảng 2.9 Quan hệ giữa thương số hô hấp và % calo thuộc carbohydrate hay lipid Thương số hô hấp Mỗi lít oxy sẽ Số % calo Số % calo thuộc (CO2/O2) sinh ra (Kcal) thuộc lipid carbohydrate 0,70 4,88 0,0 98,9 0,75 4,739 15,6 84,4 0,80 4,801 33,4 66,6 0,85 4,862 50,7 49,3 0,90 4,924 67,5 32,5 0,95 4,985 84,0 16,0 1,00 5,047 100,0 0,0 21
23. Bài tập: Một cơ thể mỗi giờ hấp thu trung bình 15 lit oxy, thải ra 13,5 lit khí CO2 1) Hỏi: trong giờ đó, cơ thể đã sử dụng bao nhiêu năng lượng? Giải: Tính thương số hô hấp = 13,5/15 = 0,90 Tra Bảng 2.9, biết 1 lit oxy sẽ tạo ra 4,924 Kcal, vậy trong một giờ cơ thể này đã “đốt” lượng thức ăn có 73,86 Kcal năng lượng, 2) Hỏi: trong số năng lượng kể trên, carbohydrate đóng góp bao nhiêu? Giải: Carbohydrate đóng góp 67,5%, tức là (73,86 x 67,5)/100 = 49,86 Kcal Phần còn lại là của lipid = 24 Kcal VII An ninh thực phẩm 7.1 Định nghĩa - Có đủ lương thực thực phẩm (availability) - Có lương thực ở mọi nơi, mọi lúc với giá cả ổn định (stability) - Có khả năng tiếp cận thực phẩm, có thu nhập, có tiền để mua thực phẩm (accessibility). Theo cộng đồng Châu Âu, an ninh thực phẩm khi vắng bóng nạn đói và nạn suy dinh dưỡng. 7.2 Yêu cầu - Thực phẩm phải đảm bảo đủ số lượng - Cân đối về mặt chất lượng - Không là nguồn gây bệnh 7.3 Cần chú ý đối với các loại thực phẩm Protein động vật có đủ 8 acid amin thay thế ở tỷ lệ cân đối hoặc có dư 1 hoặc nhiều acid amin. Protein thực vật thường thiếu một hoặc nhiều acid amin cần thiết hoặc có đủ nhưng ở tỷ lệ không cân đối. Do đó cần ăn các món ăn hỗn hợp nhiều loại thực phẩm. Thịt là protein động vật được sử dụng phổ biến, có giá trị dinh dưỡng cao, nhưng không nên ăn nhiều nhất là khi ăn không có rau. Đối với thịt rang, nướng do có ướp đường nên làm vô hiệu hoá lysine do phản ứng Maillard gắn lysine với carbohydrate thành hợp chất khó phân hủy bởi men tiêu hoá. Lysine là yếu tố cần thiết cho quá trình phát triển, do vậy không nên cho trẻ ăn các món thịt nướng, rang khô Thịt heo có khả năng nhiễm giun xoắn (thịt heo gạo), thịt ếch nhái thường hay bị sán nên phải ăn chín. Trong da, phủ tạng của trứng cóc có chứa chất độc buphotoxin gây chết người. Thịt bị hư hỏng có histamin (gây dị ứng) hoặc ptomain gây ngộ độc có thể chết người. 22
24. Cá có hàm lượng protein cao, chất lượng tốt, dễ tiêu hoá, ăn gỏi cá sống không những bị ngộ độc do vi khuẩn, nhiễm độc sán lá gan mà còn bị thiếu vitamin B1 do cá sống có men thiaminase là men phân hủy thiamin (B1). Tôm, lươn, cua có nhiều calci và yếu tố vi lượng đồng, selenium. Cua đồng rang ăn bổ do carbonate calci dễ tiêu hoá hấp thu hơn phosphate calci của xương. Trứng là loại thực phẩm bổ dưỡng nhưng không nên ăn trứng sống vì lòng trắng trứng chứa avidin rất độc (có thể phá hủy bằng cách đánh bông lên). Trứng có thể nhiễm ký sinh trùng hoặc vi sinh vật gây bệnh. Trứng vịt lộn chứa nhiều nội tiết tố kích thích chuyển hoá cơ thể người ăn. Sữa là loại thức ăn toàn diện, chỉ thiếu vitamin C và sắt. Đối với trẻ em, sữa mẹ là tốt nhất. Sữa các loại động vật khác tuy protein nhiều hơn nhưng chứa nhiều betalactoglobulin, một loại protein có phân tử lượng cao, lạ đối với trẻ em, có thể gây dị ứng (chảy máu ruột, chàm, hen ). Sữa bột tách bơ chứa nhiều lactose, trẻ em có thể hấp thu dễ dàng do có men lactase. Ngũ cốc: trong các loại ngũ cốc, chất lượng protein của gạo là tốt hơn cả vì tỷ lệ các acid amin tương đối cân đối, sau đó là bột mì và bắp. Ngũ cốc nói chung đều thiếu lysine và methionin, bắp còn thiếu cả tryptophan. Các chất dinh dưỡng quý đều có ở lớp ngoài cùng của hạt gạo và trong mầm hạt. Đậu có hàm lượng protein cao, chứa nhiều lysine hỗ trợ tốt cho ngũ cốc. Chú ý loại đậu nành và đậu phộng, mè vừa giàu protein vừa giàu lipid. Rau quả: - là nguồn vitamin - là nguồn chất khoáng - là nguồn kháng sinh thực vật - nguồn tinh dầu hương liệu kích thích ăn ngon miệng - nguồn chất chất chống oxy hoá (antioxydant) chống lại các gốc tự do phá hoại các màng tế bào gây rối loạn chuyển hoá, gây ung thư. - nguồn chất xơ phòng táo bón, quét sạch các chất độc và cholesterol thừa ra khỏi ống tiêu hoá. 23
25. CHƯƠNG III. PROTEIN I Mở đầu Protein đóng vai trò đặc biệt đối quan trọng đối với sức khoẻ con người. Nhờ có chất đồng vị phóng xạ, đến nay người ta đã xác định là một nửa chất protein của cơ thể được đổi mới trong vòng 80 ngày. Một nửa protein ở gan, ở máu nhanh đổi mới trong vòng 10 ngày. Trong một đời người, chất protein có thể đổi mới tới 200 lần. Thông qua những hậu quả trực tiếp và gián tiếp, suy dinh dưỡng do thiếu protein là nguyên nhân chủ yếu của tình trạng sức khoẻ kém. Tình trạng thiếu protein thường đi kèm theo thiếu năng lượng và các yếu tố dinh dưỡng khác ở các mức độ khác nhau. Suy dinh dưỡng do thiếu protein và năng lượng có thể gặp bất kỳ ở lứa tuổi nào nhưng hay gặp nhất ở thời kỳ sau thôi bú. Ngoài ảnh hưởng tới tốc độ lớn, thiếu protein nhẹ hay trung bình làm cho trẻ đặc biệt nhạy cảm với đường hô hấp và đường ruột. Nhiều nghiên cứu còn cho thấy thiếu protein trong hai năm đầu của cuộc đời không những đưa tới tình trạng bé nhỏ ở tuổi trưởng thành mà còn làm chậm phát triển trí tuệ. Thiếu protein còn ảnh hưởng rõ rệt tới phụ nữ có thai và cho con bú. Người ta thấy có mối liên quan giữa chế độ ăn thiếu của người mẹ với tình trạng đẻ non hay thiếu cân của trẻ sơ sinh. Do bài tiết sữa nhu cầu của người mẹ tăng lên rất nhiều. khi ăn thiếu đạm protein trong cơ thể mẹ bị sử dụng để sản xuất sữa. Nhiều nhà khoa học cho rằng suy dinh dưỡng do thiếu protein là một trong những vấn đề sức khoẻ hàng đầu và cấp thiết trong thời đại hiện nay. II Cấu trúc và tính chất lý hoá học cơ bản của protein 2.1 Cấu trúc Các thành tựu nghiên cứu về protein cho thấy trong phân tử protein ngoài các nguyên tố carbon, hydro, oxy giống như glucid, lipid thì còn có mặt các nguyên tố nitơ và lưu huỳnh. Một số phân tử protein còn chứa các nguyên tố khác như phosphor, sắt, kẽm, đồng Các nguyên tố kể trên có trong phân tử protein theo một tỷ lệ xác định (Bảng 3.1). Bảng 3.1 Tỷ lệ các nguyên tố chủ yếu trong protein (Lê Doãn Diên và Vũ Thị Thư, 1996) Các nguyên tố Tỷ lệ (%) C 50,6 – 54,5 H 6,5 – 7,3 O 21,5 – 23,5 N 15,0 – 17,6 S 0,3 – 1,5 24
26. Chúng tham gia cấu tạo nên phân tử acid amin, trong cơ thể sinh vật thường gặp dạng acid α- amin. Công thức tổng quát: R CH COOH NH2 Cơ thể người chỉ có thể đồng hoá được acid α-amin có trong protein và thức ăn thực vật, các dạng β và γ không được cơ thể đồng hoá và hấp thu. Acid amin là mắt xích cơ bản tạo nên phân tử protein, chúng được liên kết với nhau bằng liên kết peptid ( CO NH ). Cơ thể thực vật có thể tổng hợp được tất cả các acid amin từ các hợp chất vô cơ có chứa nitơ, nhưng ở người và động vật thì không thể tổng hợp được, các acid amin đều lấy từ thực vật; ngược lại chỉ có thể tổng hợp một số acid amin từ những hợp chất hữu cơ khác và được tiến hành ở gan nhờ enzyme aminotransferase mà nhóm ngoại là phosphopyridoxal. Các α-cetoacid được tạo thành trong quá trình chuyển hoá trung gian glucid như acid pyruvic, được tạo thành trong chu trình Krebs như acid α-cetoglutaric, acid oxaloacetic đều chịu sự amin hoá bằng cách khử để tạo thành các acid amin. Từ acid pyruvic sẽ tạo được alanin acid oxaloacetic sẽ tạo được acid aspartic acid α-cetoglutaric sẽ tạo được acid glutamic Các phân tử acid amin này trùng hợp với nhau thông qua liên kết peptid để tạo thành các polypeptid. Trong phân tử protein có thể có một hay nhiều chuỗi polypeptid. 2.2 Thành phần hoá học Protein được phân thành hai loại: - Protein đơn giản: trong thành phần chỉ chứa acid amin. Ví dụ prolamin, albumin, globulin - Protein phức tạp: ngoài acid amin ra, trong phân tử của chúng còn chứa các hợp chất khác như acid nucleic, glucid, lipid (Bảng 3.2) Bảng 3.2 Các protein phức tạp (Lê Doãn Diên và Vũ Thị Thư, 1996) Protein phức tạp Nhóm ngoại Nucleoproteid Ribosome ARN Lipoproteid Lipoproteid của huyết thanh Phospholipid cholesteroid, lipid trung tính Glicoproteid γ-globulin Hexosamin, Galactose Orozomocaid của huyết thanh Galactose, Manose, N-acetyl galactosamine Phosphoproteid Casein (sữa) Nhóm phosphate Hemoproteid 25
27. Hemoglobin Protoporphyrin Fe III Thành phần và hàm lượng protein trong các nông sản phẩm chính (nguồn cung cấp protein trong thực phẩm) Thức ăn cung cấp cho người gồm hai nhóm lớn: nguồn thức ăn động vật (thịt, cá, trứng, sữa ), nguồn thức ăn thực vật (gạo, khoai tây, bánh mì, một số loại rau, đậu đỗ ). Các thức ăn có nguồn gốc động vật có chứa hàm lượng protein nhiều hơn thức ăn thực vật (Bảng 3.3). Hàm lượng protein có trong thức ăn thường được biểu hiện bằng số phần trăm năng lượng mà protein của thức ăn cung cấp. Chế độ dinh dưỡng tốt là chế độ trong đó protein cung cấp khoảng 10 - 15% năng lượng. Vì thế người ta đã phân loại thực phẩm dưạ vào giá trị năng lượng của protein có trong thực phẩm (Bảng 3.4). Bảng 3.3. Hàm lượng protein trong một số loại thực phẩm quan trọng (Norton và cộng sự, 1978) Tên thức ăn Hàm lượng protein Tên thức ăn Hàm lượng (%) protein (%) Gạo nếp 8,2 Chuối tiêu 1,5 Gạo tẻ 7,6 Đu đủ 1,0 Khoai lang 0,8 Cam 1,9 Khoai tây 2,0 Táo 0,8 Ngô 8,0 - 10,0 Thịt heo 18 - 22 Kê 12 Thịt bò 21 Bánh mỳ 7,8 - 8,0 Thịt gà 20 Đậu Hà lan 21,6 Gan bò 22 Đậu nành 36,8 Gan heo 19,8 Đậu xanh 22,0 Cá 17 - 20 Đậu phộng 24,3 Trứng gà toàn phần 13 – 14,8 Mè 20,1 Sữa mẹ 1,2 – 1,5 Đậu cô ve 22,1 Sữa bò tươi 3,5 – 3,9 Cà rốt 1,0 – 1,5 Xúp lơ 2,0 – 2,5 Xu hào 2,0 – 2,8 Rau muống 2,6 – 3,2 Rau ngót 4,7 – 5,3 Cần tây 3,0 – 3,7 26
28. Bảng 3.4 Sự phân loại thực phẩm dựa vào giá trị năng lượng của protein (Lê Doãn Diên và Vũ Thị Thư, 1996) Phân loại Nguồn thức ăn chứa protein Tỷ lệ năng lượng của protein % Nghèo Bột sắn 3,3 Dưa hấu 4,0 Khoai lang 4,4 Khoai sọ 6,8 Đủ Khoai tây 7,6 Gạo 8,0 Ngô 10,4 Kê 11,6 Bột mì trắng 13,2 Tốt Đậu phộng 13,8 Sữa bò (3.5% mỡ) 21,6 Đậu Hà lan 25,6 Thịt bò 38,4 Đậu nành 45,2 Cá có mỡ 45,6 Cá khô 61,6 IV Vai trò và chức năng của protein trong dinh dưỡng Thuật ngữ protein có xuất xứ từ tiếng Hy Lạp “protos” nghĩa là trước nhất, quan trọng nhất. Protein là thành phần cơ bản của vật chất sống, nó tham gia vào thành phần của mỗi một tế bào và là yếu tố tạo hình chính. Quá trình sống là sự thoái hóa và tân tạo thường xuyên của protein. 4.1 Protein là thành phần nguyên sinh chất tế bào Ở nguyên sinh chất tế bào không ngừng xảy ra quá trình thoái hoá protein cùng với sự tổng hợp protein từ thức ăn. Protein cũng là thành phần quan trọng của nhân tế bào và các chất giữa tế bào. Một số protein đặc hiệu có vai trò quan trọng do sự tham gia của chúng vào hoạt động các men, nội tố, kháng thể và các hợp chất khác. Ví dụ globin tham gia vào thành phần huyết sắc tố, miosin và actin đảm bảo quá trình co cơ, γ- globulin tham gia vào sự tạo thành rodopsin của võng mạc mắt, chất này giúp cho quá trình cảm thụ ánh sáng được bình thường. 27
29. 4.2 Protein cần thiết cho sự chuyển hoá bình thường của các chất dinh dưỡng khác Mọi quá trình chuyển hoá của glucid, lipid, acid nucleic, vitamin và chất khoáng đều cần có sự xúc tác của các enzyme mà bản chất hoá học của enzyme là protein. Các quá trình chuyển hoá của các chất dù là phân giải hay tổng hợp đều cần một nguồn năng lượng lớn, một phần năng lượng đáng kể do protein cung cấp. Các quá trình chuyển hoá của các chất đều liên quan mật thiết với quá trình chuyển hoá protein, nói cách khác mọi quá trình chuyển hoá trong cơ thể đều liên quan với nhau, có thể thấy ở sơ đồ Hình 3.1. Hình 3.1 Quá trình chuyển hoá của chuỗi amino acid ( Glucid qua quá trình đường phân sẽ tạo thành acid pyruvic (CH3CO.COOH). Từ acid pyruvic khi bị khử carboxyl hoá bằng cách oxy hoá, với sự tham gia của enzyme pyruvate decarboxylase thì sản phẩm thu được của quá trình này là acetyl CoA. Acetyl CoA là nguyên liệu để tổng hợp nên các acid béo no và chưa no trong chất béo. Đường hướng biến đổi thứ hai của acetyl CoA là đi vào chu trình Krebs. Trong quá trình biến đổi của chu trình Krebs thì ngoài năng lượng được tạo thành dưới dạng các nucleotide khử (NADH2, FADH2), CO2 và H2O, còn tạo ra hàng loạt các sản phẩm trung gian, trong đó qua trọng hơn cả là α-Ketoglutarate, oxaloacetate, fumarate. Đây là các ketoacid, nếu chúng bị amin hoá bằng cách khử hoặc amin hoá trực tiếp thì sẽ tạo thành các acid amin. Các acid amin thường gặp trong trường hợp này là alanine, acid aspartic và acid glutamic. Từ các acid amin ban đầu này bằng đường hướng chuyển amin hoá với ketoacid với sự tham gia của enzyme aminotranferase sẽ tạo thành hàng loạt các acid amin khác-nguyên liệu để tổng hợp protein. 4.3 Protein tham gia vào cân bằng năng lượng của cơ thể Protein là nguồn năng lượng quan trọng cho cơ thể, cung cấp khoảng 10 - 15% năng 28
30. lượng của khẩu phần. Các acid amin không tham gia vào tổng hợp protein hoặc được phân giải từ protein, từ các đoạn peptid nhờ enzyme carboxy peptidase hay amino peptidase của ruột non sẽ bị khử amin hoá bằng cách oxy hoá, kết quả tạo thành nhóm –NH2 và α-cetoacid. Nhóm amin phần lớn đựơc tạo thành urê qua chu trình ormithin, còn một phần tồn tại dưới dạng amoniac. Các α-cetoacid tiếp tục bị biến đổi theo đường hướng β oxy hoá để tạo thành acetyl CoA và năng lượng, acetyl CoA lại tiếp tục đi vào chu trình Krebs để tạo ra CO2, H2O, năng lượng và các sản phẩm trung gian. Như vậy các acid amin biến đổi theo đường hướng khử amin hoá sẽ cho nguồn năng lượng lớn. Các acid amin cũng có thể bị khử carboxyl hoá để tạo thành các amin hay diamin. Các amin này lại bị oxy hoá tiếp tục để tạo thành NH3, H2O, aldehyde tương ứng, đồng thời giải phóng nguồn năng lượng đáng kể. Như vậy khi thiếu glucid, lipid thì một phần protein thừa có thể chuyển hoá thành glucid hay acid béo để tham gia vào quá trình đốt cháy và cung cấp năng lượng. Khi đốt cháy trong cơ thể, 1 g protein cho 4 Kcal. 4.4 Protein điều hoà chuyển hoá nước và cân bằng kiềm toan trong cơ thể Protein đóng vai trò như chất đệm, giữ cho pH máu ổn định do khả năng liên kết với H+ và OH-. Các hoạt động của cơ thể rất nhạy cảm với sự thay đổi pH máu, vì vậy vai trò duy trì cân bằng pH là rất quan trọng. Protein có nhiệm vụ kéo nước từ trong tế bào vào mạch máu, khi lượng protein trong máu thấp, dưới áp lực co bóp của tim, nước bị đẩy vào khoảng gian bào gây hiện tượng phù nề. 4.5 Protein bảo vệ và giải độc cho cơ thể Cơ thể con người chống lại sự nhiễm trùng nhờ hệ thống miễn dịch. Hệ thống miễn dịch sản xuất ra kháng thể có bản chất là các protein bảo vệ. Mỗi kháng thể gắn với một phần đặc hiệu của vi khuẩn hoặc yếu tố lạ nhằm tiêu diệt hoặc trung hoà chúng. Cơ thể có hệ thống miễn dịch tốt khi được cung cấp đầy đủ acid amin cần thiết để tổng hợp nên kháng thể. Cơ thể luôn bị đe doạ bởi các chất độc được hấp thụ từ thực phẩm qua hệ thống tiêu hoá hoặc trực tiếp từ môi trường, các chất độc này sẽ được gan giải độc. Khi quá trình tổng hợp protein bị suy giảm do thiếu dinh dưỡng thì khả năng giải độc của cơ thể giảm. 4.6 Protein là chất kích thích ngon miệng Do chức năng này mà protein giữ vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận các chế độ ăn khác nhau. Trong cơ thể người protein là chất có nhiều nhất sau nước. Gần 1/2 trọng lượng khô của người trưởng thành là protein và phân phối như sau: 1/3 ở cơ, 1/5 có ở xương và sụn, 1/10 ở da, phần còn lại ở các tổ chức và dịch thể khác, trừ mật và nước tiểu bình thường không chứa protein. Protein cần thiết cho chuyển hóa bình thường các chất dinh dưỡng khác, đặc biệt là các vitamin và chất khoáng. Khi thiếu protein, nhiều vitamin không phát huy đầy đủ chức năng của chúng mặc dù không thiếu về số lượng. Tóm lại nếu không có protein thì không có sự sống. Ba chức phận chính của vật chất sống là phát triển, sinh sản và dinh dưỡng đều liên quan chặt chẽ với protein. 29
31. V Những thay đổi xảy ra trong cơ thể thiếu protein Thiếu protein thường dẫn đến tình trạng suy dinh dưỡng. Nếu tình trạng này kéo dài sẽ dẫn đến tình trạng chung của cơ thể và phát triển của nó cũng như đến sự hình thành các đặc điểm thể chất của con người. Những dấu hiệu của cơ thể thiếu protein: - Chậm lớn, ít lớn. Đây là biểu hiện rối loạn chuyển hoá nước và tích chứa nước của các tổ chức nghèo lipid. - Loạn dinh dưỡng, marasmus & kwashiorkor (Hình 3.2) + Loạn dinh dưỡng và marasmus là những bệnh suy dinh dưỡng nói chung trong sự thiếu đạm, năng lượng đóng vai trò chính kèm theo thiếu tất cả các chất dinh dưỡng khác. Tình trạng này thường dẫn đến suy mòn mà không gây phù. + Kwashiorkor là bệnh thiếu protein đơn thuần thường gặp ở các tầng lớp có đời sống thấp của các nước, nhất là các nước thuộc địa trước đây. Bệnh hay gặp ở trẻ em dưới 5 tuổi ăn chế độ ăn chủ yếu là glucid và protein từ nguồn gốc động vật quá thấp. Các triệu chứng của bệnh thường gặp là: * Chậm lớn và chậm phát triển * Biến đổi màu da * Biến đổi tình trạng các niêm mạc * Giảm hoạt động mọi chức phận, đặc biệt là hệ thống tiêu hoá dẫn đến rối loạn chức phận dạ dày, ruột, khó tiêu và tiêu chảy kéo dài. Ở các trường hợp bệnh nặng có thể gây phù và giảm sút khả năng hoạt động trí tuệ. Hình 3.2 Các biểu hiện bệnh thiếu protein ( - Giảm chức năng bảo vệ của cơ thể: + Cơ thể kém chịu đựng khi thiếu protein và nhạy cảm đối với các tác nhân không thuận lợi của môi trường bên ngoài, đặc biệt đối với cảm lạnh và nhiễm trùng. + Thiếu protein về lượng dẫn đến các biến đổi bệnh lý ở tuyến nội tiết (tuyến sinh dục, tuyến yên, tuyến thượng thận) và hạ thấp chức phận của chúng. Hàm lượng adrenalin trong tuyến thượng thận bị hạ thấp. - Rối loạn sự tạo thành choline ở gan mà hậu quả là gan bị xâm nhiễm mỡ cũng đáng được chú ý. Sự tạo mỡ ở gan tăng lên khi thiếu methionin là một acid amin chứa lưu hùynh và nhóm methyl (-CH3). Chất này giúp tạo thành choline và do đó đề phòng 30
32. gan bị nhiễm mỡ. Khi gan bị tích mỡ, gan không hoàn thành được nhiệm vụ tổng hợp albumin của huyết thanh và gây phù. - Ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh trung ương và ngoại biên - Thành phần hoá học và cấu trúc xương cũng bị thay đổi. Cấu trúc cơ xương yếu ớt, lỏng lẻo, giảm hồng cầu, dẫn đến hiện tượng thiếu máu của cơ thể. VI Các acid amin và vai trò dinh dưỡng của chúng Acid amin là thành phần chính của phân tử protein. Do kết hợp với nhau trong những liên kết khác nhau, chúng tạo thành các phân tử khác nhau về thành phần và tính chất. Giá trị dinh dưỡng của protein được quyết định bởi mối liên quan về số lượng và chất lượng của các acid amin khác nhau trong protein đó. Nhờ quá trình tiêu hoá protein thức ăn được phân giải thành acid amin. Các acid amin từ ruột vào máu và tới các tổ chức, tại đây chúng được sử dụng để tổng hợp protein đặc hiệu cho cơ thể. Các acid amin cần thiết và không cần thiết được trình bày ở Bảng 3.5. Tiêu chuẩn để xác định giá trị sinh học và vai trò sinh lý của các acid amin là khả năng duy trì sự phát triển súc vật của chúng. Một vài acid amin khi thiếu sẽ làm cho súc vật ngừng lớn, xuống cân mặc dù các thành phần khác của khẩu phần đều đầy đủ. Các acid amin này được gọi là các acid amin cần thiết hay không thể thay thế được vì chúng không thể tự tổng hợp trong cơ thể hoặc tổng hợp với tốc độ không thể đáp ứng được nhu cầu của cơ thể mà chúng phải được đưa vào đầy đủ trong đạm thức ăn. Bảng 3.5 Các acid amin cần thiết và không cần thiết ( Acid amin không cần thiết Acid amin cần thiết Alanine Arginine Asparagine Histidine Aspartate Isoleucine Cysteine Leucine Glutamate Lysine Glutamine Methionine Glycine Phenylalanine Prolin Threonine Serine Tryptophan Tyrosine Valine Những acid amin không cần thiết có thể tổng hợp được trong cơ thể. Do đó khi thiếu chúng trong cơ thể, cơ thể có thể bù trừ sự thiếu hụt đó nhờ các quá trình tổng hợp bên trong. Một số acid amin có vị ngọt kiểu đường (alanin, valine). Muối natri của acid glutamic có vị ngọt kiểu đậm được sử dụng làm gia vị. Giá trị dinh dưỡng một loại protein cao khi thành phần acid amin cần thiết trong đó 31
33. cân đối và ngược lại. Các loại protein nguồn gốc động vật (thịt, cá, trứng, sữa) có giá trị dinh dưỡng cao, còn các loại protein thực vật có giá trị dinh dưỡng thấp hơn, nếu biết phối hợp các nguồn protein thức ăn hợp lý sẽ tạo nên giá trị dinh dưỡng cao của khẩu phần. Ví dụ gạo, ngô, mì nghèo lysine còn đậu tương, lạc, vừng hàm lượng lysine cao, khi phối hợp gạo hoặc mì hoặc ngô với đậu tương, vừng, lạc sẽ tạo nên protein khẩu phần có giá trị dinh dưỡng cao hơn các protein đơn lẻ. 6.1 Giá trị sinh học của các acid amin cần thiết Ngoài 8 acid amin cần thiết phổ biến, arginine và histidine cũng là acid amin cần thiết đối với sự phát triển của trẻ em. Nếu thiếu một trong những acid amin cần thiết sẽ dẫn đến rối loạn cân bằng đạm và rối loạn sử dụng ở tất cả các acid amin còn lại. Đạm thực vật nhìn chung kém giá trị hơn đạm động vật do thiếu hay hoàn toàn không có một số các acid amin cần thiết. Vai trò của các acid amin không chỉ giới hạn ở sự tham gia của chúng vào tổng hợp đạm cơ thể mà chúng còn có nhiều chức phận phức tạp và quan trọng khác. * L-histidine (acid α-amino β-imidasolyl propionic) Có nhiều trong hemoglobin. Khi thiếu histidine mức hemoglobin trong máu hạ thấp. Histidine có vai trò quan trọng trong sự tạo thành hemoglobin. Khi cần thiết hemoglobin có thể bị phân giải để giải phóng histidine. Khử carboxyl Hemoglobin → Histidine → Histamin Histamin là chất giữ vai trò quan trọng trong việc làm giãn mạch máu. Thiếu hay thừa histidine làm giảm sút các hoạt động có điều kiện. * L-valine (acid α-amino isovalerianic) Vai trò sinh lý của valine chưa được biết rõ ràng nhưng các thí nghiệm trên chuột cho thấy khi thiếu valine, chuột ít ăn, rối loạn vận động, tăng cảm giác và chết. Khi bổ sung valine vào, các rối loạn trên sẽ khỏi. * L-leucine (acid α-amino isocapric) Những thử nghiệm trên chuột cho thấy nếu thiếu leucine chuột ngừng lớn, xuống cân, có các biến đổi ở thận và giáp trạng. * L-lysine (acid α, ε diamino propionic) Lysine là một trong các acid amin quan trọng nhất. Đây là một trong bộ ba acid amin được đăc biệt chú ý khi đánh giá chất lượng dinh dưỡng của khẩu phần (lysine, tryptophan, methionine). Thiếu lysine trong thức ăn dẫn đến rối loạn quá trình tạo máu, hạ thấp số lượng hồng cầu và hemoglobin. Ngoài ra khi thiếu lysine cân bằng protein bị rối loạn, cơ suy mòn, quá trình cốt hoá bị rối loạn và có hàng loạt các biến đổi ở gan và phổi. Lysine có chủ yếu trong fromage, thịt, cá, chứa khoảng 1,5 g lysine/100 g thực phẩm và có nhiều trong sữa và các chế phẩm của sữa, thịt, nhiều nhất trong đạm cơ-miosin và đạm máu-hemoglobin. Lysine hiện diện rất ít trong ngũ cốc. * L-methionine (acid α-amino γ-methionine n-butyric) Methionine thuộc loại acid amin chứa lưu huỳnh. Lưu hùynh của methionine bền vững 32
34. đối với kiềm hơn các acid amin có chứa lưu huỳnh khác (cystine và cysteine). Methionine có vai trò quan trọng trong chuyển hoá vật chất, đặc biệt là quá trình gắn và trao đổi nhóm methyl trong cơ thể. Methionine là nguồn cung cấp chính các nhóm methyl dễ biến trong cơ thể. Các nhóm methyl được sử dụng để tổng hợp choline, một chất có hoạt tính sinh học cao. Choline còn là chất tổng hợp mỡ mạnh nhất: ngăn ngừa mỡ hoá gan. Ngoài ra còn có ảnh hưởng cụ thể vào chuyển hoá lipid và phosphatid trong gan và giữ vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa và chữa xơ vữa động mạch Nguồn methionine tốt nhất là sữa, fromage, lòng trắng trứng. Methionine còn hiện diện trong đậu nành, bột mì, cá thu, thịt gà, bò, thỏ * L-threonine (acid α-amino β-oxybutyric) Thiếu threonine súc vật ngừng lớn, xuống cân và chết. * L-tryptophan (acid α-amino β-indolepropionicic) Đây là một trong những acid amin quan trọng nhất mà vai trò của nó liên quan chặt chẽ với tổng hợp tổ chức, các quá trình chuyển hoá và phát triển. Tryptophan có nhiều trong thịt, sữa, trứng, fromage Ngoài ra còn có nhiều trong đạm lúa mì, đậu nành * L-phenylalanine (acid α-amino β-phenylpropionic) Tham gia vào việc tổng hợp tyrosine (là chất tiền thân của adrenalin) và là loại acid amin chính trong việc tạo thành đạm tuyến giáp. 6.2 Nhu cầu của các acid amin cần thiết Theo tổ chức FAO cho thấy khi lượng đạm đầy đủ, chất lượng đạm được quyết định bởi tính cân đối của các acid amin trong đó hơn là số lượng tuyệt đối của các acid amin cần thiết khác nhau. Những tác dụng qua lại giữa các acid amin rất nhiều và phức tạp. Một hỗn hợp không cân đối có thể ảnh hưởng xấu về mặt dinh dưỡng ngay cả khi lượng acid amin cần thiết đầy đủ cho một cơ thể bình thường. Nhu cầu tối thiểu của các acid amin cần thiết được trình bày ở Bảng 3.6. Bảng 3.6 Nhu cầu tối thiểu của các acid amin cần thiết của người (Hoàng Tích Mịnh và Hà Huy Khôi, 1977) Acid amin Trẻ em Nữ trưởng thành Nam trưởng thành (mg/kg) (g/ngày) (g/ngày) Isoleucine 126 0,45 0,70 Leucine 150 0,62 1,1 Lysine 103 0,50 0,80 Methionine 45 0,35 - 0,2 (a) Tổng số acid amin chứa S - 0,55 1,1 - 1,01 Phenylalanine 90 0,22 1,1 - 0,3 (b) Tổng số acid amin thơm - 1,12 1,1 - 1,4 Threonine 87 0,30 0,5 Tryptophan 22 0,15 0,25 33
35. Valine 105 0,65 0,80 a. Khi lượng cystine đầy đủ b. Khi lượng tyrosine đầy đủ Tỷ lệ cân đối giữa các acid amin cần thiết theo F.A.O là: Tryptophane-1, phenylalanine và threonine-2, methionine + cystine, valine-3, isoleucin và leucine-3,4. Theo Leverton (1959) khi đánh giá tỷ lệ cân đối của các acid amin cần thiết thì chỉ cần tính theo bộ ba: tryptophane, lysine và acid amin chứa lưu hùynh (methionine + cystine) và tỷ số giữa chúng nên là 1: 3: 3. 6.3 Các acid amin không cần thiết Các acid amin không cần thiết (có thể thay thế được) chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần đạm thức ăn. Cơ thể có thể tổng hợp được nhưng quá trình tổng hợp bên trong chỉ đáp ứng được nhu cầu tối thiểu của cơ thể. Do đó cần đưa hợp lý các acid amin này vào thành phần đạm của thức ăn. Các acid amin có thể thay thế bao gồm: alanine, asparagine, acid asparaginic, glycine, glutamin, acid glutamic, oxyprolin, proline, serine, tyrosine, cystine, cysteine Acid glutamic tham gia tích cực vào quá trình chuyển hoá đạm. Một trong những tính chất của nó là góp phần bài xuất các sản phẩm có hại của quá trình chuyển hoá đạm ra khỏi cơ thể. Vai trò của cystine và tyrosine cũng không kém phần quan trọng. Tyrosine và cystine có thể được tổng hợp trong cơ thể: Phenylalanine Æ Tyrosine Methionine Æ Cystine Tuy nhiên quá trình ngược lại không thể xảy ra trong cơ thể. 80 - 90% nhu cầu của methionine có thể thoả mãn bằng cystine và 70 - 75% nhu cầu của phenylalanine có thể được thoả mãn bằng tyrosine. Do các acid amin không cần thiết có thể được tự tổng hợp trong cơ thể nên việc xác định nhu cầu của chúng rất khó khăn. VII Những yếu tố ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của protein Giá trị dinh dưỡng của protein thức ăn phụ thuộc vào chất lượng và số lượng protein trong đó. Chất lượng của protein được quyết định chủ yếu bởi thành phần acid amin và mức độ sử dụng của chúng trong cơ thể. Những yếu tố sau đây ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của protein 7.1 Ảnh hưởng của năng lượng cung cấp Khi năng lượng cung cấp không đầy đủ thì hiệu quả sử dụng protein bị giảm sút, triệu chứng thiếu đạm xuất hiện nhanh chóng khi năng lượng cung cấp dưới nhu cầu. 7.2 Ảnh hưởng của vitamin và muối khoáng Các vitamin và muối khoáng cần thiết cho chuyển hoá và phát triển, đồng thời giữ vai 34
36. trò nhất định trong sử dụng protein thức ăn. Để điều trị tình trạng thiếu protein, một số vitamin và chất khoáng có tầm quan trọng như: niacine, kali và phosphor. 7.3 Khả năng sử dụng các acid amin Cơ thể không hoàn toàn sử dụng acid amin có trong thức ăn. Lượng đó thường giảm vì những lý do sau: - Sự tiêu hoá và hấp thu không hoàn toàn - Sự có mặt của một số chất ức chế các men tiêu hoá ở một số thức ăn - Sự biến chất protein và các acid amin do nhiệt hoặc các tác dụng khác Tỷ lệ hấp thu các acid amin rất cao ở phần lớn các protein động vật nhưng ở protein thực vật thường kém hơn. Ở chế độ ăn hoàn toàn nguồn gốc thực vật, lượng nitơ của phân lên tới 20% lượng nitơ ăn vào hoặc hơn. Khi chưa bị nhiệt làm giảm hoạt tính, các chất ức chế đặc hiệu các men tiêu hoá cũng làm giảm tiêu hoá và hấp thu protein. Tác dụng nhiệt quá mạnh cũng làm giảm mức độ sử dụng và hấp thu protein. Tác dụng này hay gặp nhất là ở thức ăn giàu glucid. Lysine và các acid amin chứa lưu hùynh chịu ảnh hưởng nhiều nhất. 7.4 Tính cân đối của các acid amin trong khẩu phần - Yếu tố hạn chế Tất cả các acid amin cần thiết phải có mặt đầy đủ, đúng lúc với tỷ lệ thích hợp để tham gia vào quá trình tổng hợp protein. Nếu một trong các acid amin đó có với lượng không đầy đủ, nó tạo thành "yếu tố hạn chế", nghĩa là cơ thể chỉ sử dụng tất cả các acid amin khác ở mức độ cân đối với "yếu tố hạn chế" này, phần còn lại sẽ bị tiêu phí đi. "Protein chuẩn" là protein trong đó các acid amin ở tỷ lệ cân đối nhất, thích hợp nhất cho tổng hợp tế bào, thường chọn protein trứng làm chuẩn. VIII Các phương pháp xác định giá trị dinh dưỡng của protein 8.1 Phương pháp sinh vật học a. Hệ số tăng trọng lượng (Protein efficiency ratio PER) Là trọng lượng tăng thêm của một con vật đang phát triển chia cho lượng Protein ăn vào. Trọng lượng súc vật tăng theo g PER = Lượng protein đã sử dụng tính theo g Hệ số tăng trọng càng cao chứng tỏ đạm càng tốt. Thông thường ngũ cốc = 1 - 2, sữa = 2.8, trứng gà toàn phần = 3.8. b. Giá trị sinh vật học (biological value BV): là tỷ lệ protein giữ lại so với protein hấp thu. N giữ lại BV = * 100 35
37. N hấp thu Bò: 75 Cá: 75 Casein: 75 Sữa: 93 Bắp: 72 Gạo: 86 Trứng: 100 Bột mì: 44 c. Hệ số sử dụng protein (net protein utilization NPU): là tỷ lệ protein giữ lại so với protein ăn vào N giữ lại NPU = BV * D = * 100 N ăn vào Các xét nghiệm trên chỉ đánh giá về mặt chất lượng protein. Nhiều tác giả đã tính "phần trăm năng lượng protein sử dụng" (Net dietary Protein Calories Percent NDpCals%) để thể hiện cả về chất và lượng protein trong khẩu phần. NDpCal% = NPU x % năng lượng do protein 8.2 Chỉ số hoá học (Chemical score CS) Do có mối liên quan về giá trị sinh vật học và yếu tố hạn chế của protein thức ăn. Do đó chỉ số hoá học được tính là tỷ số giữa các acid amin trong protein nghiên cứu so với thành phần tương ứng của chúng ở protein trứng trong cùng một lượng protein ngang nhau. a x 100 a: % hàm lượng acid amin trong đạm nghiên cứu CS = b: % hàm lượng acid amin trong đạm trứng b Acid amin có chỉ số hoá học thấp nhất sẽ là "yếu tố hạn chế". Các giá trị dinh dưỡng của protein và sắp xếp giá trị dinh dưỡng của protein trong thức ăn được trình bày ở Bảng 3.7 và Bảng 3.8. Bảng 3.7 Các loại protein thức ăn (Hoàng Tích Mịnh và Hà Huy Khôi, 1977) Protein CS NPU BV Trứng 100 94 100 Thịt bò 67 80 75 Sữa bò 60 75 95 Gạo 53 59 86 Bắp 49 52 72 Lúa mì 53 48 44 Bảng 3.8 Sắp xếp protein thức ăn 36
38. Loại thức ăn Yếu tố hạn chế NPU CS Trứng toàn phần 100 100 Thịt bò Cystine + methionine 80 80 Cá Tryptophan 83 75 Sữa bò Cystine + methionine 75 60 Gạo Lysine 57 75 Bột mì 52 50 Bột đậu phộng Cystine + methionine 48 70 Bột bắp Tryptophane 55 45 8.3 Tiêu hoá và hấp thu protein Protein cao phân tử được hấp thu trong ruột, dưới tác dụng của nhiều loại enzyme tiêu hoá (như pepsin, trypsin ) phân giải thành peptide ngắn và acid amin trong ruột dạ dày. Sau đó được hấp thu trong ruột non, theo tĩnh mạch chủ ở gan, vào trong gan. Một bộ phận acid amin trong gan sẽ tiến hành phân giải hoặc tổng hợp protein; một bộ phận acid amin khác tiếp tục theo tuần hoà máu, phân bố đến các tổ chức cơ quan, tổng hợp nên các loại protein mô riêng biệt. Protein không thể được tiêu hoá hấp thu hoàn toàn trong đường tiêu hoá, phần chưa được tiêu hoá dưới tác dụng của các vi khuẩn trong ruột già sẽ sinh thối rữa, sản sinh ra các chất độc như amoniac, phenol, benzpyrol Trong đó, đại bộ phận theo phân thải ra ngoài cơ thể, một số ít được niêm mạc ruột hấp thu, theo tuần hoàn máu chuyển vào gan, tiến hành giải độc sinh lý, sau đó theo nước tiểu thải ra, như vậy mới có thể làm cơ thể không bị độc. IX Nhu cầu protein của cơ thể Các tổ chức FAO/OMS đã thống nhất dùng phương pháp toàn phần để tính nhu cầu. Phương pháp này dùng để tính gộp lại các nhu cầu khác nhau gồm: lượng mất nitơ không tránh khỏi để duy trì và nhu cầu cho phát triển, để chống đỡ các kích thích. 9.1 Lượng mất nitơ không tránh khỏi gồm: - Lượng mất nitơ theo nước tiểu Uk: tính bằng cách theo dõi lượng nitơ ra theo nước tiểu ở chế độ đủ calo nhưng không có protein, khoảng 3g nitơ/ngày tức là khoảng 46 mg/kg cân nặng ở người chuẩn. - Lượng mất nitơ theo phân Fk: (cũng đo chế độ 1g nitơ/ngày - 20 mg/kg cân nặng) - Lượng mất nitơ theo da P (mồ hôi, móng, tóc- khoảng 20 mg/kg cân nặng) - Nhu cầu cho phát triển C: công trình của Holt cho là lượng N giữ lại bằng 2.9% trọng lượng tăng thêm trong quá trình phát triển ở trẻ em trên một tuổi. 9.2 Ảnh hưởng của các kích thích Nhu cầu toàn bộ: theo FAO/OMS nhu cầu này được tính theo mg N/ kg cân nặng bằng 37
39. tổng số nhu cầu trên nhân với hệ số 1,1 (tăng thêm 10% nhu cầu) để tính đến việc bù trừ tiêu phí do các kích thích hàng ngày. K = (Uk + Fk + P + C) x 1,1 Trong đó, K: nhu cầu N theo kg cân nặng/ngày Uk: lượng mất nitơ không tránh khỏi theo nước tiểu (mg/kg cân nặng/ngày) Fk: lượng mất nitơ không tránh khỏi theo phân (mg/kg cân nặng/ngày) P: lượng mất nitơ theo da (mg/kg cân nặng/ngày) C: lượng tăng nitơ trong thời gian phát triển/kg cân nặng/ngày 1,1: sự tăng thêm 10% để bù trừ tiêu phí do các kích thích gặp trong đời sống hàng ngày. Nhu cầu theo đạm chuẩn = K x 6,25 Tính theo công thức trên cho người trưởng thành: (46 + 20 + 20) x 1,1 = 95 mg N/kg cân nặng Nhu cầu theo đạm chuẩn = 95 mg x 6.25 = 0,59 g/kg Thêm 20% cho các thay đổi cá biệt Æ 0,71 g/kg cân nặng Phương pháp tính trên thể hiện nhu cầu đối với protein chuẩn, nghĩa là với protein hoàn toàn cân đối. Vì thế phải điều chỉnh nhu cầu trên khi biết chất lượng protein ăn vào. Nhu cầu theo protein chuẩn Nhu cầu thực tế = NPU của protein ăn vào Theo FAO: - Các nước đã phát triển: NPU = 70 - 80 - Các nước đang phát triển: NPU = 60 - 70 - Các nước có phần ăn cơ bản không phải là ngũ cốc (sắn) NPU = 50 - 60 38
40. CHƯƠNG IV. LIPID I Mở đầu Lipid là hợp phần quan trọng của khẩu phần ăn, được trình bày ở Hình 4.1. (a) Triacylglycerols (b) Phosphatidyl choline Hình 4.1 Cấu trúc của các lipid của cơ thể và vài loại thực phẩm quan trọng (a) Triacylglycerols (hay triglycerides) là chất béo dự trữ chủ yếu. (b) Phosphoglycerides: là nhóm được phân loại chung cho các lipid có chứa phosphor, hay được gọi là phospholipid. R biểu thị chuỗi hydrocarbon của các acid béo (c) Cholesterol (c) Cholesterol: là sterol chủ yếu của mô động vật (Garrow, 2000) Lipid là thành phần thay đổi một cách đáng kể trong thành phần và cấu trúc. Chúng được tìm thấy ở cả hai loại thực phẩm thực vật và động vật, và cũng thay đổi rất rộng về tính chất lý hoá học. Hầu hết các loại dầu mỡ tự nhiên đều chứa khoảng 98 - 99% glyceride, phần còn lại rất nhỏ bao gồm monoglyceride, acid béo tự do, phospholipid và các chất không xà phòng hoá. Tính chất lý hoá học của các chất dầu mỡ ảnh hưởng bởi kích thước của hạt phân tử béo và bởi số lượng của các acid béo bão hoà hoặc chưa bão hoà mà chúng chứa. Thông thường với chất béo bão hoà nhiều và khối lượng phân tử cao thì chúng ở dạng rắn. Glycolipid hoặc cerebroside là những hợp phần của acid béo với carbohydrate và chứa nitrogen nhưng không có acid phosphoric. Cerebroside được tìm thấy trong màng tủy (myelin) của sợi thần kinh trong trạng thái kết hợp với lecithin. Phospholipid hoặc phosphatide chứa cả hai nitrogen và phosphorus. Chất được biết là lecithin rất phong phú trong lòng đỏ trứng. Ngoài ra còn được tìm thấy trong óc, mô thần kinh và trong tất cả các tế bào của cơ thể. Sterol là những hợp chất monohydroxyalcohol phức có khối lượng phân tử cao, được tìm thấy dưới dạng tự nhiên kết hợp với acid béo. Chúng chứa carbon, hydrogen và 39
41. oxy. Được biết nhiều nhất là cholesterol, phân phối rất rộng trong cơ thể, thường hiện diện trong tủy sống bao bọc mô thần kinh, trong máu và trong tất cả các tế bào của cơ thể. Chất béo dạng lipid đơn giản hay phức tạp đều bị hydro hoá hoặc enzyme phân hủy thành dạng lipid dẫn xuất. Ba thành phần quan trọng của nhóm này là: acid béo, glyceride và steroid. Hầu hết sự tiêu hoá lipid xảy ra ở đường ruột. Mật nhủ tương hoá chất béo và chuyển chúng thành dạng có thể cho phép các quá trình thủy phân bởi đường ruột và enzyme của dịch tụy. Trong quá trình này chất béo có thể bị thủy phân thành acid béo, glycerol và monoglyceride. Muối mật và choline giúp cho sự nhủ tương hoá các hợp chất thủy phân này, sinh ra hợp chất hấp thu được. Suốt quá trình hấp thu chất béo, glycerol và monoglyceride tổng hợp lại thành chất béo. II Cấu trúc và các tính chất lý hoá cơ bản 2.1 Cấu trúc Dầu mỡ là hỗn hợp các ester của glycerin và các acid béo (Hình 4.2). Tùy theo một, hai hay ba nhóm OH của glycerin tạo ester với các acid béo mà ta có mono, di và triglyceride. Các acid béo có trong dầu mỡ luôn có số nguyên tử carbon chẵn vì chúng được tổng hợp từ hợp chất 2C (Acetyl CoA). Có 2 loại: Acid béo no (bão hoà): acid caproic, acid caprylic, acid lauric, acid myristic, acid palmitic, acid stearic, acid arachidic Hình 4.2 Triglyceride Acid beó chưa no (chưa bão hoà): acid oleic ( (C18H34O2), acid linoleic (C18H32O2), acid linolenic (C18H30O2), acid arachidonic (C20H32O2). Phopholipid là diacilglycerin liên kết với H3PO4 bằng liên kết ester ở vị trí nhóm OH thứ 3 của glycerin, sau đó gốc phosphate bị ester hoá bởi rượu chứa nhóm amin (cholin, etanolamin), acid hydroxyamin (serin) Phospholipid có mặt ở bất kỳ tế bào thực vật nào vì nó là cấu tử bắt buộc của màng tế bào, đặc biệt là các cây lấy dầu và các cây họ đậu. Trong đó quan trọng và nhiều hơn cả là phosphotidinetanolamin (hợp chất phụ là ethanolamin NH2-CH2-CH2OH) và + phosphatidincholin (hợp chất phụ là cholin: (CH3)3 - N - CH2 - CH2OH). Các hợp chất này là thành phần cấu trúc của tế bào thần kinh, não, tim, gan, tuyến sinh dục, đặc biệt đóng vai trò quan trọng trong tính thấm màng tế bào. 2.2 Các tính chất của lipid Các chỉ số cơ bản phản ánh tính chất của dầu và mỡ là: - Nhiệt độ nóng chảy: phụ thuộc vào thành phần của acid béo. Nếu trong thành phần dầu và mỡ có nhiều acid béo no thì chúng có nhiệt độ nóng chảy cao hơn và thường ở trạng thái rắn. Ngược lại trong thành phần có nhiều acid béo chưa no thì chúng có 40
42. nhiệt độ nóng chảy thấp, thường ở trạng thái lỏng (Bảng 4.1). Đa số dầu thực vật ở trạng thái lỏng trong điều kiện nhiệt độ bình thường. Bảng 4.1 Tính chất của một số loại dầu mỡ (Lê Doãn Diên & Vũ Thị Thư, 1996) Loại mỡ Nhiệt độ nóng chảy Loại dầu Nhiệt độ nóng chảy Mỡ bò + 35 - 38oC Dầu bông 1 - 6oC Mỡ lợn + 35 - 45oC Dầu olive 2 - 6oC Mỡ cừu + 44 - 50oC Dầu hướng dương 16 - 18oC Khối lượng riêng của dầu thực vật ở 15oC là 90-98 Kg/m3, chỉ số chiết quang: 1,44– 1,48. Nhiệt độ đông đặc của dầu thực vật thường là độ âm, còn mỡ có nhiệt độ đông đặc gần 40oC. Do khối lượng triglyceride cao nên dầu thực vật không bay hơi ngay cả điều kiện chân không cao. Ở nhiệt độ 204 - 250oC, triglyceride sẽ bị phân giải thành các sản phẩm bay hơi của sự phân hủy hoá học. Trong hạt có dầu khi nảy mầm hoặc trong các cơ quan tiêu hoá của người và động vật đã xảy ra quá trình phân giải dầu và mỡ dưới tác dụng của enzyme lipase, với sự tham gia của H2O. CH2OCO R1 CH2OH R1COOH CHOCO R2 + H2O CHOH + R2 COOH CH2OCOR3 CH2OH R3COOH Dầu mỡ (triglyceride) Glycerin Acid béo Glycerin và acid béo sẽ được chuyển hoá tiếp tục, tạo ra một nguồn năng lượng khá lớn cung cấp cho mọi hoạt động sống. Glycerin có thể được dùng để tổng hợp nên các đường 6C hoặc bị phosphoryl hoá rồi được phân giải như glucid. Các acid béo sẽ được chuyển hoá theo đường hướng β oxy hoá tạo ra acetyl CoA và các nucleotide khử (NADH2, FADH2). Acetyl CoA lại tiếp tục đi sâu vào chu trình Krebs cung cấp cho cơ thể một nguồn năng lượng lớn. Chẳng hạn một phân tử acid béo no bị oxy hoá qua 1 vòng β oxy hoá đã giải phóng ra 1 FADH2, 1 NADH2 và 1 phân tử Acetyl CoA, 1 phân tử CoA đi vào chu trình Krebs cho ta 12 ATP. Tổng năng lượng của một vòng β oxy hoá là 17 ATP, trừ đi 1 ATP dùng để hoạt hóa ban đầu còn 16 ATP. Nếu acid béo có mạch Carbon là 16 thì phải quay 8 vòng β oxy hoá, như vậy ta có: 8 x 16 ATP = 128 ATP x 12 Kcal = 1536 kcal. Đó là nguyên nhân dự trữ và cung cấp năng lượng của chất béo. 41
43. 2.3 Thành phần và hàm lượng lipid trong một số nông sản phẩm chính Thành phần và hàm lượng lipid hoàn toàn khác nhau ở các nguồn thức ăn có nguồn gốc động vật và thực vật. Trong thức ăn thực vật: nhóm lấy tinh bột như các loại gạo, các loại khoai, ngô, sắn thì ngô có hàm lượng cao hơn cả khoảng 3 - 8% và tập trung ở phần phôi hạt. Trong lúa mì, đại mạch và luá gạo thường có khoảng 1,6 - 3,2%; khoai lang, khoai tây, sắn tươi hàm lượng lipid không đáng kể 0,1 - 0,3%. Các loại rau hầu như chứa rất ít lipid, trừ các loại rau đậu: đậu Hà lan, đậu cô-ve, hàm lượng lipid khoảng 1 - 2%. Các loại quả chín, trừ gấc có hàm lượng lipid cao, còn lại chứa khoảng 0,1 - 0,5% lipid. Chỉ riêng hạt và quả các loại cây lấy dầu là có hàm lượng lipid rất cao, cao hơn bất kỳ loại thức ăn nào, trong đó phải kể đến cùi dừa, đậu phộng, mè, đậu nành, đậu rồng, cọ dầu (Bảng 4.2). Có thể nói những thực phẩm này là nguồn lipid vô cùng quý giá có thể dùng làm thức ăn trực tiếp, có thể là nguyên liệu sản xuất dầu thực vật. Bảng 4.2 Hàm lượng lipid tổng số trong một số loại thức ăn chính (% khối lượng khô) STT Tên thực phẩm Hàm lượng lipid tổng số (%) 1 (*) Gạo nếp 2,0 2 Gạo tẻ 1,5 3 Khoai lang 0,3 4 Khoai tây 0,1 5 Sắn tươi (khoai mì tươi) 0,2 6 Ngô 4,6 7 * Đậu nành 23,5 8 Hạt đậu phộng 40,2 – 60,7 9 Cùi dừa 62,9 – 74,0 10 Nhân cọ dầu 47,5 – 53,8 11 Đậu rồng 17,0 12 Vừng (mè) 46,4 13 Thầu dầu 66,0 – 68,2 14 Hướng dương 64,3 – 66,5 15 Đậu Hà lan 1,3 16 Đậu xanh 1,0 17 Đậu cô ve 1,7 18 Cà chua 0,0 19 Cải bắp 0,0 20 Rau muống 0,0 21 Rau ngót 0,0 22 Nấm hương khô 4,0 23 Gấc 7,9 24 Chuối tiêu 0,4 25 Đu đủ chín 0,1 26 Thịt bò 3,8 27 Thịt heo 21,5 28 Gan heo 7,5 29 Cá chép 3,6 30 Trứng gà 11,6 31 Sữa mẹ 3,0 32 Sữa bò tươi 4,4 42
44. (*) Theo FAO, 1972 * Theo Norton và cộng sự, 1978 Theo bảng TPTAVN, 1995 III Vai trò của lipid trong dinh dưỡng người 3.1 Cung cấp năng lượng Lipid là một trong ba thành phần hoá học chính trong khẩu phần hàng ngày, nhưng khác với protein và glucid, lipid cung cấp năng lượng nhiều hơn (1g lipid cung cấp khoảng 9 kcal), gấp đôi so với mức năng lượng do carbohydrate và protein sản sinh ra. Trong khẩu phần ăn hợp lý, nhu cầu năng lượng do lipid cung cấp khoảng từ 15 -20%. Thức ăn giàu lipid là nguồn năng lượng đậm đặc cần thiết cho người lao động nặng, cần thiết cho sự phục hồi sức khoẻ đối với phụ nữ sau khi sinh và các cơ thể mới ốm dậy, chất béo dự trữ nằm ở dưới da và mô liên kết. 3.2 Cấu thành các tổ chức Như màng tế bào là lớp mỡ do lipoid, glucolipid và cholesterol hợp thành; tủy não và các mô thần kinh có chứa lipid và glucolipid. Cholesterol là nguyên liệu cần thiết để chế tạo ra steroit hormoon. 3.3 Duy trì nhiệt độ cơ thể, bảo vệ các cơ quan trong cơ thể Lipid là chất dẫn nhiệt không tốt ngăn ngừa sự mất nhiệt dưới da, có tác dụng giữ nhiệt, giúp ích cho việc chống rét, đồng thời còn làm cho lượng nhiệt ở bên ngoài đã được hấp thu không truyền dẫn vào bên trong cơ thể, có tác dụng cách nhiệt. Lipid phân bố không đều trong cơ thể người với tổng hàm lượng khoảng 10%. Lượng chất béo chủ yếu tập trung ở các tổ chức dưới da tạo thành lượng mỡ dự trữ để cơ thể sử dụng khi cần thiết. Một phần chất béo còn bao quanh phủ tạng như là tổ chức bảo vệ, để ngăn ngừa các va chạm và giúp chúng ở vị trí đúng đắn. Nó còn giúp cơ thể tránh khỏi các tác động bất lợi của môi trường ngoài như nóng, lạnh. Người gầy thì lớp mỡ dưới da mỏng, do vậy mà cơ thể kém chịu đựng với sự thay đổi của thời tiết. 3.4 Thúc đẩy việc hấp thu các vitamin tan trong chất béo Vitamin A, D, E, K không tan trong nước mà tan trong chất béo hoặc dung môi hoà tan chất béo. Lipid có trong thức ăn sẽ làm dung môi để thúc đẩy sự hấp thu chúng. Nếu hàm lượng lipid trong bữa ăn thấp thì sẽ ảnh hưởng đến việc hấp thu caroten trong rau xanh (trong cơ thể caroten chuyển thành vitamin A). 3.5 Làm tăng cảm giác no bụng Lipid ngừng ở dạ dày với thời gian tương đối lâu, cho nên khi ăn những thức ăn có hàm lượng lipid cao sẽ lâu bị đói. 3.6 Nâng cao giá trị cảm quan của thức ăn Thức ăn có nhiều chất béo sẽ có mùi thơm và ngon, do vậy làm tăng sự thèm ăn. 43
45. IV Các acid béo Tính chất của các acid béo được thể hiện ở Bảng 4.3 Bảng 4.3 Hàm lượng các acid béo trong một số thức ăn (Hoàng Tích Mịnh và Hà Huy Khôi, 1977) Hàm lượng các acid béo theo % Nhiệt độ Mỡ Acid béo no Acid béo chưa no nóng chảy Miristic Palmitic Stearic Oleic Linoleic Linolen (oC) -ic Cừu 2 - 4,6 24,6-27,2 25-30,5 33-43,1 2,7-4,3 - 44-55 Bò 2 - 2,5 27-29 24-25 43-45 0-2,6 - 43-51 Heo - 24-32,2 7,8-15 50-60 0-10 - 36-48 Ngựa - 29,5 6,8 55,2 6,7 1,7 29,5-43,2 4.1 Các acid béo no Chủ yếu nằm trong thành phần mỡ động vật, các acid béo có trọng lượng phân tử cao (stearic, arachic, palmitic ) ở thể rắn. Các acid béo có trọng lượng phân tử thấp (butyric, caprinic ) ở thể lỏng, trọng lượng phân tử càng cao thì nhiệt độ tan chảy càng cao. Giá trị sinh học của các acid béo no kém hơn các acid béo chưa no do chúng có tác dụng không tốt đối với chuyển hoá mỡ, chức phận và tình trạng gan và cả vai trò của chúng trong phát triển bệnh xơ vữa động mạch. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tình trạng cholesterol quá cao trong máu thường đi kèm với chế độ ăn năng lượng cao và nhiều mỡ động vật. 4.2 Các acid béo chưa no Các acid béo chưa no hiện diện rộng rãi trong chất béo ăn, đặc biệt là các loại dầu thực vật (Bảng 4.4). Các acid béo chưa no một, hai hoặc ba nối đôi hay gặp nhiều trong thành phần thức ăn. Những chất béo có hoạt tính sinh học cao là các chất béo chứa các acid beó có từ hai nối đôi trở lên trong thành phần của nó. Mỡ cá và động vật sống ở biển thường có nhiều acid béo nhiều nối đôi. Các acid beó chưa no rất nhạy với phản ứng oxy hoá và phản ứng liên kết nên thường không bền vững. Đồng thời thông qua các phản ứng này, các acid béo chưa no chuyển thành các acid béo no và trở nên rắn. Các acid béo chưa no thường gặp nhất là acid oleic. Acid béo này có hầu như ở tất cả các chất béo động và thực vật, do đó dễ dàng thoả mãn nhu cầu của cơ thể. Ngoài ra 44
46. các acid béo chưa no khác như: acid linoleic, acid linolenic, acid arachidonic là những acid béo có nhiều nối kép và là những chất có hoạt tính sinh học rõ ràng nhất. Vai trò sinh học của các acid béo chưa no cần thiết rất quan trọng và đa dạng. Một số tổ chức như tim, gan, não, tuyến sinh dục có nhu cầu rất cao về các acid đó. Khi thiếu chúng trong thức ăn, các rối loạn thường xuất hiện trước hết ở các cơ quan này. Vai trò sinh học của các acid béo chưa no cần thiết có thể được tóm tắt như sau: • Kết hợp với cholesterol tạo thành các ester cơ động, không bền vững và dễ dàng bài xuất ra khỏi cơ thể. Điều này có ý nghĩa trong việc ngăn ngừa bệnh xơ vữa động mạch. Trong trường hợp thiếu chúng, cholesterol sẽ ester hoá với các acid béo no và tích lại ở thành mạch. Các acid béo chưa no cần thiết sẽ tạo điều kiện chuyển cholesterol thành acid cholic và bài xuất chúng ra khỏi cơ thể. • Có tác dụng điều hoà thành mạch máu • Đề phòng nhồi máu cơ tim và các rối loạn của hệ thống tim mạch • Chống ung thư • Cần thiết cho chuyển hoá các vitamin nhóm B, nhất là pyridoxin và thiamin • Đề phòng các tổn thương ở da (do hoạt tính của men citocromosidase giảm). Trong cơ thể acid arachidonic là loại có hoạt tính sinh học cao nhất, 2 - 3 lần hơn acid linoleic. Cơ thể có thể chuyển acid linoleic thành acid arachidonic khi có sự hiện diện của pyridoxin. Bảng 4.4 Hàm lượng các acid béo chưa no trong một số dầu mỡ ăn (Hoàng Tích Mịnh và Hà Huy Khôi, 1977) Mỡ Hàm lượng acid béo theo Dầu Hàm lượng acid béo theo % động % thực vật Linole Linole- Arachid vật Linole- Linole- Arachid -ic nic -onic ic nic - onic Bơ 4,0 1,2 0,2 H.dương 68,0 - - Mỡ heo 5,3 - 0,6 Dầu đậu 58,8 8,1 - Mỡ bò 15,6 - 2,1 nành Mỡ ngỗng 19,3 - - Dầu bắp 50-60 0,1–0,7 - Mỡ gà 21,3 - 0,6 Dầu Ôliu 15 - - Xét về hoạt tính sinh học và hàm lượng các acid béo chưa no cần thiết, có thể chia chất béo thành ba nhóm: • Nhóm có hoạt tính sinh học cao: hàm lượng các acid béo chưa no cần thiết khoảng 50 - 80% và với số lượng 15 – 30 g/ngày có thể thoả mãn nhu cầu cơ thể. Thuộc nhóm này có: dầu hướng dương, đậu nành, bắp • Nhóm có hoạt tính sinh học trung bình: hàm lượng acid béo chưa no cần thiết khoảng 15 - 22% và cơ thể cần 50 – 60 g/ngày để đảm bảo nhu cầu. Thuộc nhóm này có: mỡ lợn, mỡ ngỗng, gà và dầu olive 45
47. • Nhóm có hoạt tính sinh học thấp: hàm lượng acid béo chưa no cần thiết không quá 5 - 6% và về thực tế không đáp ứng được nhu cầu cơ thể về các acid này, thường gồm các loại: mỡ cừu, mỡ bò và margarine. V Phosphatide Phosphatide là thành phần cần thiết của tế bào và tổ chức, tập trung nhiều nhất ở các tổ chức thần kinh và tổ chức não, tim, gan, tuyến sinh dục Hàm lượng của chúng phân bố như sau: Thịt bò: 1,8 - 1.9% Tim: 2 – 2,1% Gan: 3,5 – 3,6% Não: 6.0 – 6,1% Phosphatide tham gia tích cực vào quá trình chuyển hoá tế bào và chuyển hoá mỡ, ảnh hưởng tới cường độ hấp thu và sử dụng chất béo trong cơ thể. Nguồn phosphatide chủ yếu là lòng đỏ trứng, gan, não nhiều chất béo nhất là các loại dầu thực vật là nguồn phosphatide quan trọng. Phosphatide hay gặp trong thực phẩm là lecithin (Hình 4.3) và phần ít phổ biến hơn là cephalin (Hình 4.4). Lecithin có tác dụng điều hoà lượng cholesterol trong máu, ngăn ngừa tích lũy cholesterol, thúc đẩy các quá trình phân tích và bài xuất chúng ra khỏi cơ thể. Duy trì cân bằng sinh học giữa lecithin và cholesterol là yếu tố quan trọng để đề phòng và ngăn ngừa xơ vữa động mạch. Bình thường ở người khoẻ tỷ lệ lecithin/cholesterol = 1/1. Bơ là nguồn lecithin quý. Do các vai trò trên, cơ thể cần cung cấp phosphatide đầy đủ theo thức ăn. Ngoài các loại dầu thực vật cũng cần chú ý bổ sung các loại thực phẩm khác giàu lecithin như trứng gà toàn phần. Hình 4.3 Lecithin Hình 4.4 Cephalin VI Sterol và vitamin 6.1 Sterol Là thành phần thường xuyên đi kèm theo mỡ. Đây là chất có cấu tạo phức tạp và thuộc nhóm chất không xà phòng hoá. Trong mỡ động vật có cholesterol, dầu thực vật có sitosterol. Hàm lượng sterol trong mỡ động vật khoảng 0,2 – 0,5%, chất béo thực vật có nhiều hơn. a. Sitosterol 46
48. Sitosterol (Hình 4.5) có hoạt tính sinh học cao và giữ vai trò quan trọng trong điều hoà chuyển hoá mỡ và cholesterol. Sitosterol kết hợp với cholesterol tạo thành những hợp chất không tan và không được cơ thể hấp thu. Do đó ngăn ngừa được sự tăng Hình 4.5 Sitosterol cholesterol trong máu. b. Cholesterol Là chất có hoạt tính sinh học rất quan trọng. Cholesterol có trong các tế bào và tổ chức, ở não 4%, gan 0,3%, cơ 0,2 – 0,25%, máu 0,12 - 0,16%. Cholesterol (Hình 4.6) tham gia vào các quá trình thẩm thấu và khuếch tán trong tế bào. Đồng thời tham gia vận chuyển các acid béo dự trữ đến gan để được đốt cháy cho cơ thể Hình 4.6 Cholesterol sử dụng khi cần thiết. Cholesterol bị oxy hoá ở gan cho các acid mật. Các acid mật có vai trò nhủ tương hoá ở ruột. Cholesterol tham gia vào việc tổng hợp các nội tiết tố vỏ thượng thận (testosterol, vitamin D3, nội tiết tố sinh dục ). Cholesterol là yếu tố chính tham gia vào sự hình thành và phát triển xơ vữa động mạch, vì với chế độ ăn nhiều cholesterol thì cholesterol trong máu tăng. Theo nhiều nghiên cứu cho thấy cholesterol huyết gây ứ đọng cholesterol ở thành mạch máu và gây ra các biến đổi xơ vữa động mạch. Trong những năm gần đây người ta cũng đã nêu lên mối quan hệ giữa cholesterol với sự phát triển của khối u ác tính. Ở các tế bào ung thư, lượng cholesterol gấp 4 lần cao hơn các tổ chức bình thường. Tuy nhiên vẫn còn đang nghiên cứu tiếp tục. 6.2 Vitamin Chất béo là nguồn vitamin A, D và E. Với lượng chất béo sử dụng đầy đủ sẽ làm cho các sinh tố tan trong dầu được sử dụng hoàn toàn và có hiệu quả. Chất béo giàu các acid béo chưa no cần thiết hỗ trợ hấp thu vitamin A và caroten. Các chất béo giàu tocopherol kích thích sử dụng vitamin A và D trong cơ thể. Khi chất béo có chất lượng tốt và bảo quản hợp lý thì lượng vitamin trong đó cũng được đảm bảo. Khi chất béo bị hư hỏng thì các vitamin trong đó cũng bị phân giải. Vitamin A chỉ có trong mỡ động vật, các loại dầu thực vật lại chứa carotene. Mỡ động vật còn chứa vitamin nhóm D, chúng là dẫn xuất của ergosterol hay cholestetol. Vì vậy có thể coi cholesterol là nguồn vitamin D chính trong cơ thể. Chất béo cũng là nguồn vitamin E (tocopherol). Một lượng đầy đủ tocopherol trong chế độ ăn giúp tích chứa vitamin A trong các nội tạng (gan, thận ) Về phương diện vệ sinh, tính chất chống oxy hoá của vitamin E đặc biệt quan trọng trong việc ngăn ngừa sự hư hỏng mỡ. Tocopherol có nhiều trong dầu thực vật, mỡ động vật chứa ít tocopherol nên rất khó bảo quản. 47
49. Nhu cầu vitamin E phụ thuộc vào lượng các acid béo chưa no cần thiết trong khẩu phần. Để ngăn ngừa biểu hiện thiếu vitamin E, tỷ lệ vitamin E (theo mg ∝-tocopherol) và các acid béo chưa no cần thiết (theo gram) sẽ tương đương 0,6. Các chất béo thực vật khác ngoài tocopherol còn chứa các chất chống oxy hoá tự nhiên như sesamol (dầu mè), gosipol (dầu bông). Tuy nhiên gosipol (C30H30O8) là chất độc đối với cơ thể với hàm lượng khoảng 0,08 đến 2% ở dầu bông. Quá trình tinh chế cho phép loại trừ các chất độc đó. VII Giá trị dinh dưỡng của chất béo Để đánh giá giá trị dinh dưỡng của chất béo, các tiêu chuẩn sau đây được sử dụng: • Hàm lượng vitamin A, D và tocopherol • Hàm lượng các phosphatide (lecithin) • Hàm lượng các acid béo chưa no (acid linoleic) • Hàm lượng các sterol, nhất là β-sitosterin • Dễ tiêu hoá và tính chất cảm quan tốt Chất béo động vật và chất béo thực vật cũng không hoàn toàn đáp ứng được các nhu cầu trên. Các loại mỡ động vật có vitamin A, D nhưng lại không có hoặc có rất ít các acid béo chưa no cần thiết. Chất béo của sữa tuy có đặc tính sinh học cao do trong thành phần có chứa acid arachidonic nhưng lại rất nghèo các acid béo chưa no cần thiết khác. Ngược lại dầu thực vật không có vitamin A, D hay acid arachidonic nhưng lại có nhiều acid linoleic, phosphatid, tocopherol và sitosterin. Việc sử dụng phối hợp các chất béo động vật và thực vật mới có thể tạo nên nguồn chất béo có giá trị sinh học cao. Về mặt giá trị sinh học, tỷ lệ chất béo nguồn gốc động vật nên khoảng 60 - 70% và nguồn gốc thực vật 30 - 40%. Ở người đứng tuổi, tỷ lệ dầu thực vật sử dụng nên tăng. Tính cân đối của các acid béo trong mỡ ăn cũng rất quan trọng. Tỷ lệ đó trong khẩu phần nên là 10% các acid béo chưa no có nhiều mạch kép, 30% các acid béo no và 60% acid oleic. VIII Hấp thu và đồng hoá chất béo Chất béo trong cơ thể là chất béo trung tính triglyceride. Các acid béo trong phân tử của chúng có các liên kết không no khác nhau và có các chuỗi liên kết với các độ dài khác nhau, vì vậy tỷ lệ tiêu hoá hấp thu của chúng cũng khác nhau. Các chất béo dễ tan chảy thường hấp thu tốt. Các chất béo tan chảy có nhiệt độ nóng chảy trên 40oC đều hấp thu kém. Về mặt đồng hoá có thể chia chất béo thành ba nhóm: • Các chất béo có độ tan chảy thấp hơn thân nhiệt: độ đồng hoá 97 - 98% • Các chất béo có độ tan chảy trên 37oC: độ đồng hoá khoảng 90% • Các chất béo có độ tan chảy trên 50 - 60oC: độ đồng hoá 70 - 80% 48
50. Tính cân đối và đặc điểm các acid béo trong khẩu phần ảnh hưởng tới hấp thu chất béo. Nếu trong khẩu phần ăn có quá nhiều acid béo no hoặc chưa no, độ đồng hoá đều giảm xuống. Nếu hàm lượng các acid béo chưa no có nhiều nối đôi cao quá 15%, chúng sẽ không đồng hoá. Gan Cholesterol ca.0.5g/ngày Chất béo Muối mật Hoá lỏng Mật Tá tràng Túi mật Dạ dày Acid mật tạo Nhũ tương dầu/nước phức với albumin huyết thanh Tĩnh Hình thành Lipase tuyến tụy mạch mixen cửa Tuyến tuỵ gan Ruột chay Hấp thu béo 99% Ruột hồi 1% ca. 0,5g/ ngày phân Hình 4.7 Vai trò của muối mật và sự tiêu hoá chất béo Đường (- - - -) biểu diễn sự tuần hoàn của muối mật TG: triacyl glycerol MG: monoacylglycerol 49
51. FA: chuỗi acid béo Nguồn: Harper's Review of Biochemistry, 19th ed., Long Medical Publications, Los Altos, Calif. (1983) Quá trình hấp thu chất béo được biểu diễn ở Hình 4.7. Chất béo được hấp thu ở ruột non. Trong dạ dày chất béo sẽ được nhủ tương hoá sơ bộ và đi vào tá tràng, tốc độ và nhịp điệu đi vào sẽ khác nhau tùy thuộc vào hàm lượng của chất béo trong thức ăn, tỷ lệ càng nhiều thì thời gian dừng lại trong dạ dày càng lâu. Khi chất béo vào đến tá tràng, gặp mật và enzyme lipase của tuyến tụy sẽ phân giải các phân tử triglyceride, đầu tiên hình thành 1-diglyceride và 2-diglyceride và tách 1 phân tử acid béo ra, sau đó tiếp tục phân giải để hình thành 2 đơn glyceride và 1 phân tử acid béo khác. Tốc độ tác dụng phân giải do enzyme cũng khác nhau tùy theo độ dài của liên kết chất béo, tốc độ phân giải của acid béo không no nhanh hơn acid béo no. Độ đồng hoá của một số chất béo như sau: Bơ: 93 - 98% Mỡ heo: 96 - 98% Mỡ bò: 80 - 96% Mỡ cừu: 80 - 90% Dầu mè: 98% Dầu đậu nành: 97,5% IX Nhu cầu chất béo Lượng chất béo ăn hàng ngày được các nước trên thế giới rất khác nhau. Nhiều nước Châu Âu, Bắc Mỹ sử dụng hơn 150 g chất béo hàng ngày (theo đầu người). Trong khi đó ở các nước Á Phi lượng chất béo không quá 15 – 20 g/đầu người/ngày. Nhu cầu chất béo phụ thuộc theo tuổi, tính chất lao động, đặc điểm dân tộc và khí hậu (Bảng 4.7). Ở xứ lạnh, tỷ lệ calo do chất béo nên khoảng 35% tổng số calori của khẩu phần, ở vùng ôn đới, xứ nóng 15 - 25%. • Ở người trẻ tuổi và trung niên, tỷ lệ đạm: béo = 1/1 • Đứng tuổi: tỷ lệ đạm: béo = 1/0,7 • Già và béo phì: 1/0,5 Bảng 4.7 Nhu cầu chất béo theo g/kg cân nặng Đối tượng Nam Nữ Người còn trẻ và trung niên Lao động trí óc + cơ giới 1,5 1,2 Lao động chân tay 2,0 1,5 Người luống tuổi Không lao động chân tay 0,7 0,5 Có lao động chân tay 1,2 0,7 50
52. CHƯƠNG V. CARBOHYDRATE I Mở đầu Carbohydrate tên gọi chung của nhóm phân tử hữu cơ và chúng cung cấp khoảng 48% nhu cầu năng lượng của khẩu phần. Carbohydrate được phân nhóm tùy thuộc vào số lượng của nguyên tử carbon trong phân tử, như triose (3 đơn vị carbon), pentose (5 đơn vị carbon), hexose (6 đơn vị carbon). Về mặt dinh dưỡng loại carbohydrate có tầm quan trọng là hexose và trong đó D-glucose là loại quan trọng nhất. Lượng carbohydrate cung cấp đầy đủ sẽ làm giảm phân hủy protid đến mức tối thiểu. Trong cơ thể chuyển hoá của các carbohydrate có liên quan chặt chẽ với chuyển hoá lipid và protid. Các thức ăn thực vật là nguồn carbohydrate của khẩu phần. Các thực phẩm động vật có glycogen và lactose. Glycogen có một ít trong gan, cơ và các tổ chức khác và có đặc tính của tinh bột. Lactose có trong sữa trên 5%. Các carbohydrate quan trọng nhất trong thực phẩm được trình bày ở Bảng 5.1 Bảng 5.1 Các carbohydrate Monosaccharides Glucose, Fructose Disaccharides Sucrose, Lactose Oligosaccharides Raffinose, Stachyose, Fructo-oligosaccharides Polysaccharides Cellulose, Hemicelluloses, Pectins, β-Glucans, Fructans, Gums, Mucilages, Algal polysaccharides Sugar alcohols Sorbitol, Mannitol, Xylitol, Lactitol, Maltitol II Vai trò sinh lý của carbohydrate 2.1 Cung cấp năng lượng Là vai trò sinh lý chủ yếu của carbohydrate. Carbohydrate có trong cơ bắp là nguồn năng lượng hữu hiệu nhất của hoạt động cơ. Carbohydrate được oxy hoá trong cơ thể cả theo con đường hiếu khí và kỵ khí. Carbohydrate và các đồng phân lập thể của chúng tham gia vào thành phần tổ chức của cơ thể, có chức phận và tính đặc hiệu cao. Trong dinh dưỡng người vai trò chính của carbohydrate là sinh năng lượng. Hơn 1/2 năng lượng của khẩu phần ăn là do carbohydrate cung cấp, 1 g carbohydrate đốt cháy trong cơ thể cho 4 Kcal. Hoạt động của tim cũng chủ yếu dựa vào năng lượng của phosphoric acid, glucose và glycogen oxy hoá. Hệ thần kinh ngoài glucose ra, không thể sử dụng được năng lượng do 51
53. các chất dinh dưỡng khác cung cấp. Glucose trong máu là năng lượng duy nhất của hệ thần kinh, khi lượng đường huyết thấp sẽ xuất hiện hôn mê, ngất, thậm chí tử vong 2.2 Thành phần cấu tạo nên các tổ chức thần kinh Ngoài vai trò sinh năng lượng ở mức độ nhất định, carbohydrate còn có vai trò tạo hình. Mặc dù cơ thể luôn phân hủy carbohydrate để cung cấp năng lượng, mức carbohydrate trong cơ thể vẫn ổn định nếu ăn vào đầy đủ. Tất cả các tổ chức và tế bào thần kinh đều có chứa carbohydrate. Desoxyribonucleic acid (DNA) là cơ sở vật chất của di truyền sinh học có chứa đường ribose là loại pentose. 2.3 Bảo vệ gan, giải độc Khi glycogen gan được dự trữ đã tương đối đầy đủ, gan sẽ có khả năng giải độc tương đối mạnh đối với chứng độc huyết do một vài loại hoá chất độc (như carbon tetra-chloride, cồn, thạch tín) và do bị nhiễm các loại vi sinh vật gây bệnh gây nên. Vì thế đảm bảo việc cung cấp đường, duy trì trong gan đủ lượng glycogen với mức độ nào đó sẽ bảo vệ gan tránh được những tổn hại của các tác động có hại; đồng thời sẽ duy trì được chức năng giải độc bình thường của gan. 2.4 Chống tạo thể cetone Lipid oxy hoá trong cơ thể sẽ dựa vào năng lượng do carbohydrate cung cấp. Khi carbohydrate cung cấp không đủ, cơ thể do bị bệnh (như bệnh tiểu đường) không thể tận dụng được nguồn carbohydrate, nguồn năng lượng phần lớn cần thiết do lipid cung cấp, và khi lipid oxy hoá không hoàn toàn thì sẽ sinh thể cetone, đây là chất mang tính acid, nếu tích đọng trong cơ thể nhiều sẽ dẫn đến ngộ độc acid. Vì vậy có thể xem carbohydrate có tác dụng chống tạo thể cetone và phòng ngừa ngộ độc acid. III Carbohydrate tinh chế và carbohydrate bảo vệ 3.1 Carbohydrate tinh chế Carbohydrate tinh chế chỉ những thực phẩm giàu carbohydrate đã thông qua nhiều mức chế biến làm sạch, đã mất tối đa các chất kèm theo carbohydrate trong thực phẩm. Mức tinh chế càng cao, lượng mất các thành phần cấu tạo càng lớn, chất xơ bị loại trừ càng nhiều, hàm lượng carbohydrate càng tăng và thực phẩm trở nên dễ tiêu hơn. Carbohydrate tinh chế là nguyên nhân chính trong vấn đề gây béo phì, rối loạn chuyển hóa mỡ và cholesterol ở người nhiều tuổi, người già ít lao động chân tay. Thuộc loại carbohydrate tinh chế cao có: - Các loại đồ ngọt, trong đó lượng đường quá 70% năng lượng hoặc tuy có hàm lượng đường thấp (40 - 50%) nhưng mỡ cao (30% và hơn). - Bột ngũ cốc tỉ lệ xay xát cao, hàm lượng cellulose ở mức 0,3% hoặc thấp hơn cũng thuộc loại carbohydrate tinh chế vì chúng dễ tạo mỡ để tích chứa trong cơ thể. 52
54. Người nhiều tuổi, người già, người ít vận động thể lực nên hạn chế lượng carbohydrate tinh chế dưới 1/3 tống số carbohydrate khấu phần. 3.2 Carbohydrate bảo vệ Gồm những carbohydrate thực vật chủ yếu ở dạng tinh bột với hàm lượng cellulose cao hơn 0,4%. Carbohydrate loại này thường được bảo vệ bởi cellulose trước men tiêu hoá vì vậy chậm tiêu, đồng hoá chậm và rất ít được sử dụng để tạo mỡ. Thay thế carbohydrate tinh chế bằng carbohydrate bảo vệ mà không làm thay đổi các thành phần khác trong khẩu phần làm tăng cảm giác no bụng. IV Các carbohydrate đơn giản Thuộc loại này gồm có mono và disaccharide. Chúng có đặc tính chung là dễ hoà tan trong nước, đồng hoá và sử dụng nhanh để tạo glycogen. Các carbohydrate đơn giản đều có vị ngọt, khi vào cơ thể xuất hiện tương đối nhanh trong máu. 4.1 Monosaccharide Các monosaccharide thường gặp là fructose và glucose. Về thành phần hoá học chúng la những hexose nghĩa là trong phân tử có 6 nguyên tử carbon, ứng với 12 nguyên tử H và 6 nguyên tử O (C6H12O6). a. Glucose Cấu trúc của phân tử glucose thể hiện ở Hình 5.1. Glucose có khả năng đồng hoá nhanh và được sử dụng nhanh nhất trong cơ thể để tạo thành glycogen. Chất này cần thiết cho dinh dưỡng các cơ đang hoạt động, kể cả cơ tim để duy trì mức đường huyết và tạo thành dự trữ glycogen ở gan. Glucose là nguồn cung cấp năng lượng chính cho hệ thống thần kinh trung ương. Phần lớn carbohydrate đưa vào cơ thể được chuyển thành glucose để cung cấp năng lượng cho các tổ chức. Glucose được xem là thức ăn tốt nhất cho người sau khi mổ, ốm yếu hoặc bị bệnh nặng. Hình 5.2 Fructose Hình 5.1 Glucose Trong tự nhiên glucose có nhiều trong các loại quả. Hàm lượng của chúng trong một số loại quả như sau: chuối 4,7%, táo 2,5 – 5,5%, mận 1,4 – 4,1%. b. Fructose Cấu trúc phân tử của fructose thể hiện ở Hình 5.2. Fructose được coi là loại carbohydrate thích hợp nhất cho người lao động trí óc đứng tuổi và người già. Đây cũng là loại 53