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能量不是一种营养素，但是能量需求贯穿于人体的各种生命活动中。机体新陈代谢、发挥生理功能、肌肉活动、产热、生长发育以及组织合成等都要消耗能量，这就要求人体必须每天从外界环境中摄取食物，通过将食物中的碳水化合物、脂肪和蛋白质这三大产能营养素进行氧化分解获得所需能量。在机体的氧化过程中，产能营养素在一系列酶的作用下，分子结构中的碳氢键出现断裂，释放出化学能，并生成二氧化碳和水。能量的一部分用于机体基础代谢、体力活动以及生长发育等各种生命活动；另一部分则转变为热能，用于维持体温。
根据能量守恒定律，当机体能量摄入与消耗长期失衡时，将会导致一系列健康问题。其中能量摄入量长期低于消耗，就可能导致生长发育缓慢，消瘦；反之，若能量摄入量长期大于消耗，则会使过剩的能量以脂肪形式储存于身体，导致异常的脂肪堆积，从而引起肥胖。因此，机体应根据个体需要摄入合适的能量，维持能量摄入与消耗的动态平衡，以保证生命健康。
目前，我国法定的能量计量单位为焦耳（joule，J），1J指的是1牛顿的力将1千克的物体移动一米所消耗的能量。而为了使用方便，日常一般用千焦耳（kJ）或兆焦耳（MJ）作为衡量单位。此外，营养学中常用卡路里（cal）或千卡（kcal）来计算能量，1kcal的定义为，在1个标准大气压下使1升纯水从15℃上升至16℃所需的能量。两种单位的换算关系如下：1kcal=4.184kJ，1MJ=1000kJ，1kJ=1000J。
人体所需能量主要是来源于动、植物性食物中的三大产能营养素，即碳水化合物、蛋白质和脂类。
（1）碳水化合物：
碳水化合物也称糖类，是人体最主要的供能物质。中国营养学会提出碳水化合物适宜摄入量应占总能量的55%～65%。机体内碳水化合物经消化吸收后，主要通过糖原的形式储存在肌肉和肝脏中。肝糖原约储存体内1/3的糖原，可根据需要分解为葡萄糖并进入血液循环，为机体尤其是脑组织、神经组织以及红细胞供能。而肌糖原仅供自身使用，可提供机体运动所需能量。机体内糖原储存一般只能满足人体大约12小时的需要，当碳水化合物供能不足时，虽然可以依靠其他产能营养素供给能量，但是会对机体其他生理功能造成影响，因此，每日必须多次从膳食中补充足够的碳水化合物，以满足机体能量需要。
（2）脂肪：
脂肪是食物中产生能量最高的一种营养素，其单位重量完全氧化时产生的能量比等量蛋白质和碳水化合物高约1.3倍。脂肪主要作为体内的能量贮存形式存在，当人体摄入能量不能及时被利用，都会以脂肪的形式储存下来。当机体需要时，脂肪可被动员分解，释放出甘油、脂肪酸，并供给能量。成人每日所需能量中约20%～30%，婴儿所需能量35%～50%由脂肪代谢提供。
（3）蛋白质：
蛋白质在机体内的主要作用在于构成和修复人体组织，供给能量并非其主要生理功能。人体每日所需能量中约10%～15%来自蛋白质，蛋白质在体内经脱氨基作用生成α-酮酸，同时释放能量。
人体一般情况下是利用碳水化合物和脂肪进行生物氧化提供能量，但在长期能量摄入不足或消耗过大时，体内糖原和储存脂肪大量消耗后，机体将主要依靠分解组织蛋白获得能量，维持必要生命活动。但是通过分解蛋白质获取能量是不经济且不科学的。一方面，蛋白质如果被当作机体能量的主要来源，则会对机体组织蛋白的合成造成影响；另一方面，蛋白质在分解过程中会产生尿酸和尿素等物质，对组织器官造成额外负担。
每克产能营养素在体内氧化所产生的能量值称之为能量系数（calorific coefficient）或生热系数。
食物中每克碳水化合物、脂肪和蛋白质在体外充分氧化燃烧可分别产生17.2kJ（4.1kcal）、39.5kJ（9.5kcal）和23.6kJ（5.5kcal）的能量。但是，由于食物中的营养素无法被机体完全消化吸收（混合膳食中碳水化合物、脂肪和蛋白质吸收率分别为98%、95%和92%），加之蛋白质在体内不能被完全氧化，最终的代谢产物除了二氧化碳和水外，还会产生尿素、尿酸和肌酐，因此，蛋白质在体内氧化产生的能量较体外氧化燃烧更低。在实际应用中，产能营养素的能量系数需经消化率校正，最终的能量系数如下：
1g碳水化合物产能为16.7kJ（4.0kcal）；
1g脂肪产能为37.6kJ（9.0kcal）；
1g蛋白质产能为16.7kJ（4.0kcal）。
人体每日的能量消耗主要为了满足基础代谢、体力活动、食物热效应的需要，另外，对处于生长发育过程中的婴幼儿、儿童、青少年等人群还需要额外提供生长发育所需的能量。
基础代谢（basal metabolism，BM）指的是维持生命的最低能量需要，即机体处于安静和恒温条件下（18～25℃），禁食12小时后，静卧、放松而又清醒时的能量代谢。人体基础代谢时消耗的能量称为基础能量消耗（basal energy expenditure，BEE）。基础代谢率（basal metabolic rate，BMR）指单位时间内人体基础代谢所消耗的能量，可用单位时间内人体每平方米体表面积（或每千克体重）基础代谢消耗的能量表示，单位为kJ/（m 2 ·h）或kcal/（m 2 ·h）、kJ/（kg·h）或kcal/（kg·h）。
根据1984年赵松山提出的适合中国人的体表面积与身高、体重的线性回归方程可计算BEE：
体表面积（m 2 ）=0.00659×身高（cm）+0.0126×体重（kg）-0.1603
BEE=体表面积（m 2 ）×基础代谢率[kJ/（m 2 ·h）]
基础代谢率可按性别、年龄查表获得，人体正常基础代谢率见表2-1。
表2-1 人体基础代谢率
影响基础代谢率的因素很多，概括起来主要有以下几个方面：
（1）体表面积及体成分：
基础代谢与体表面积及瘦体组织（肌肉、内脏等）比重成正比。体表面积越大，通过体表散热也越多，消耗的基础代谢能量也就越高。同理，由于瘦体组织耗能占基础代谢70%～80%，因此，在同等体重情况下，瘦体组织比重越高，基础代谢消耗能量也就越高。
（2）年龄及性别：
基础代谢与年龄基本成反比。在人的一生中，婴幼儿阶段代谢最为活跃，到青春期又出现一次代谢较高的阶段，成年之后代谢逐渐降低。由于孕妇和乳母需要为胎儿的发育和合成乳汁消耗额外能量，基础代谢较一般女性要更高。
由于男性瘦体组织较女性多，因此，在年龄和体表面积相同的前提下，男性基础代谢水平比女性高5%～10%。
（3）内分泌：
体内众多腺体分泌的激素，如肾上腺素、去甲肾上腺素及甲状腺素等都对能量代谢具有较大的影响。当上述激素分泌亢进时，会导致能量代谢升高，继而对基础代谢造成影响。
（4）生活和工作环境：
环境温度对基础代谢有明显影响，温度过高和过低都会导致代谢升高，寒冷气候下基础代谢比温热气候下更高。劳动强度较大、精神紧张者的基础代谢也会出现不同程度的升高。
体力活动（physical activity，PA）的能量消耗也称为运动的生热效应（thermic effect of exercise，TEE），是影响人体能量消耗的主要因素之一。一般而言，体力活动的耗能占机体总消耗能量的15%～30%，并且受到活动强度的大小、时间的长短、动作的熟练程度、体重及肌肉所占比重等因素的影响。
中国营养学会专家委员会在世界卫生组织的基础上，将中国成年人体力活动强度按照身体活动水平（physical activity level，PAL）分为三级：轻体力活动、中体力活动、重体力活动。详见表2-2。
表2-2 建议中国成人活动水平分级
食物热效应（thermic effect of food，TEF）又称食物特殊动力作用（specific dynamic action，SDA），指的是人体在摄食过程中所引起的额外能量消耗。
膳食成分对于食物热效应的影响至关重要。食物中蛋白质的热效应最大，是其本身产能的30%～40%，碳水化合物为5%～6%，脂肪为4%～5%。混合膳食的食物热效应一般约增加基础代谢的10%。此外，摄食量和进食速度都会影响食物热效应，吃得越多越快，食物热效应也越大。由于食物热效应只能增加体热的外散，并不能为机体利用，因此，在摄食时需考虑食物热效应导致的额外能量消耗，保证摄入能量和消耗能量的平衡。
健康成年人的能量代谢不需要满足生长发育的需要，但是婴幼儿、儿童及青少年等处于生长发育阶段的人群还需要额外补充能量，主要用于形成新的组织及新组织的新陈代谢。同时，对于孕妇而言，子宫、乳房增长、胎盘、胎儿发育等需要额外能量摄入；对于乳母而言，乳汁合成与分泌也需要比孕期摄入更多的能量。
人类膳食能量的主要来源为食物中的碳水化合物、脂肪和蛋白质。这三类产能营养素普遍存在于各种食物中，它们虽然都可以向机体提供能量，但是各自又有其特殊的生理作用。粮谷类和薯类食物富含碳水化合物，且能量密度适中，是膳食中的最佳能量来源；油料作物中脂肪含量丰富，属于高能量食物；动物性食物、大豆和植物种子等含有较丰富的脂肪和蛋白质，一般而言，动物性食物的脂肪及蛋白质含量比植物性食物更高，但是大豆和坚果类除外，它们也富含脂肪及蛋白质；蔬菜水果中因为脂肪、蛋白质含量很少，且碳水化合物中的一部分为膳食纤维，因此一般含能量较低。
三大产能营养素之间必须保持比例合理，促进膳食平衡，才能达到合理营养。根据中国人的传统膳食习惯，可保持植物性食物为主，动物性食物为辅的组合，中国营养学会建议膳食中碳水化合物、脂肪及蛋白质的供能比应分别为：碳水化合物55%～65%、脂肪20%～30%、蛋白质10%～15%。
蛋白质是一切生命的物质基础，是由不同氨基酸通过肽键连在一起形成一定空间结构的复杂大分子。组成蛋白质的主要元素为：碳、氢、氧、氮，部分蛋白质还含有少量的硫、磷、铁、碘等其他元素。蛋白质是人体氮的唯一来源。正常人体中，蛋白质约占体重的16%～19%，并始终处于不断分解又不断合成的动态平衡之中，每天约有3%的蛋白质被更新。
蛋白质是构成人体的基本物质，由氨基酸组成，而氨基酸是构成人体，包括骨骼、皮肤、肌肉、脑等组织和器官的物质基础。身体的生长发育过程可视为蛋白质的不断积累的过程，所以蛋白质的摄入对处于生长发育期的婴幼儿、儿童、青少年以及孕妇及乳母等人群尤为重要。
人体中的蛋白质在新陈代谢的过程中，会不断进行组织的更新和修复。如：消化道黏膜细胞的寿命为3天，红细胞的寿命为3～4个月，肝脏细胞、皮肤细胞等也在不断地死亡和更新。食物中的蛋白质可以支持所有的细胞更新和机体的生长发育，只有摄入足够的蛋白质才能维持组织细胞的更新。当某些疾病发生时，大量组织和细胞的破坏分解，也需要蛋白质的修复。当饮食中蛋白质缺乏时，对于儿童，会影响生长发育，对于成人，会引起体质下降或免疫功能减退，疾病恢复缓慢等。
蛋白质可通过合成酶、激素、免疫物质等生理活性物质参与调节生理功能。如：通过蛋白酶催化体内化学反应；通过激素调节机体内环境的稳态；通过膜蛋白进行物质的交换和运输；通过免疫蛋白维持机体的免疫功能等。
正常人血浆和组织液之间的水分不断交换，处于动态平衡。血浆中蛋白质的含量和电解质可调节水分在体内的分布，血浆中的蛋白质（以白蛋白为主）的浓度可调节胶体渗透压。如果膳食中长期蛋白质供给不足时，血浆中蛋白质含量降低，胶体渗透压降低，血液中的水分便会渗入组织液中，出现蛋白质营养不良性水肿。
蛋白质是能量的来源之一，当体内碳水化合物和脂肪的供能不满足机体需求时，或蛋白质摄入量过多时，蛋白质会分解释放能量。1g蛋白质在体内约产生16.7kJ（4.0kcal）的能量，蛋白质供能占总能量的15%左右。
蛋白质广泛存在于许多动物性和植物性食物中，但不同食物中蛋白质组成不同，氨基酸变化也很大，加之机体消化、吸收、利用程度的不同，所以蛋白质营养价值的高低也不同。常用于评价蛋白质营养价值的指标如下：
蛋白质的含量是评价食物蛋白质营养价值的基础。由于蛋白质是人体氮的唯一来源且蛋白质中氮含量的相对恒定（一般食物蛋白质的含氮量为16%），故常用凯氏定氮法，测出食物氮含量后，乘蛋白质换算系数6.25，即得到食物中蛋白质含量。
蛋白质消化率是反映摄入蛋白质被消化酶分解程度和消化后的氨基酸和肽被吸收程度的指标。蛋白质消化率越高，被机体吸收的数量越多，其营养价值越高。计算公式如下：
粪代谢氮是指未被消化道吸收的肠道内源性氮，是在试验对象完全不食用蛋白质时检测到的粪中的含氮量。但实际应用中往往不计算内源粪代谢氮，即蛋白质表观消化率。蛋白质表观消化率测量方法简便，而且由于蛋白质表观消化率所测结果低于真消化率，所以安全性更高。
食物蛋白质消化率受到食物蛋白质在食物中存在形式、结构和不利于蛋白质吸收的其他因素影响。一般来说，动物性蛋白质的消化率比植物性蛋白质高，这是因为植物性蛋白质被纤维素包围，使其与消化酶接触的程度较差，因此消化率低。蛋白质的消化率可通过改变食品加工和烹调方式而改变，将植物的纤维素破坏、软化或除去，植物性蛋白质消化率可适当提高，如：豆制品（豆腐、豆浆等）的蛋白质消化率较大豆整粒食用时蛋白质的消化率可提高30%；采用湿热法烹饪时可提高蛋白质消化率，干热法烹饪时可降低消化率。
蛋白质利用率是指食物蛋白质被消化吸收后在体内被利用的程度。测定蛋白质利用率的指标如下：
（1）蛋白质生物价：
是反映食物蛋白质吸收后，被机体利用程度的指标。生物价越高，表明食物蛋白在体内利用率越高，营养价值也越高，最大值为100。其优点是能直接反映出供试动物对待测蛋白质的消化、吸收及利用状况，缺点是费时，且需要经过繁琐的过程。
氮储留量=氮吸收量-（尿氮-尿内源氮）
氮吸收量=摄入氮-（粪氮-粪代谢氮）
食物蛋白质的生物价高，表明食物蛋白质的必需氨基酸比值与人体必需氨基酸比值接近，食物蛋白质中的氨基酸主要用于合成人体蛋白质，极少有过多的氨基酸经肝、肾代谢而释放能量或由尿排出多余的氮，从而减轻肝肾负担。故蛋白质生物价对肝、肾病病人的膳食具有重要指导意义。常见的食物蛋白质的生物价见表2-3。
表2-3 常用食物蛋白质的生物价
续表
（2）蛋白质净利用率：
表示食物蛋白质实际被利用的程度，包括食物蛋白质消化和吸收两个部分，不仅考虑到蛋白质被机体利用的部分，还考虑到了在消化过程中未被吸收而丢失的这部分氮，因此更为安全。
（3）蛋白质功效比值：
生物体是一个复杂的有机体，依靠前述的化学方法进行蛋白质营养价值评价存在较大误差。蛋白质功效比值是指实验期内，处于生长阶段的幼年动物（一般选用刚断奶的雄性大鼠），以含10%待测蛋白质的膳食喂养28天后，计算出平均每摄入1g蛋白质所增加的体重克数。即试验动物体重增重与摄入的蛋白质质量之比。由于待测蛋白质主要用于提供生长发育的需求，所以，该指标被广泛用于婴幼儿食品中的蛋白质评价。
同一食物在不同实验条件下，所测的功效比值往往差异较大，为了使实验结果具有一致性和可比性，因此所得结果需要校正处理，用标化的酪蛋白作为对照，将酪蛋白功效比值均换算为2.5，所测蛋白质的校正功效比值为：
（4）氨基酸评分：
又称蛋白质化学评分，是通过分析食物蛋白质的氨基酸组成，评价蛋白质营养价值，是目前广为应用的一种食物蛋白质营养价值评价方法，不仅适用于单一食物蛋白质的评价，还可用于混合食物蛋白质的评价。确定某一食物蛋白质评分分两步：第一步计算被测蛋白质每种必需氨基酸的评分值；第二步是在上述计算结果中，找出最低的必需氨基酸（第一限制氨基酸）评分值，即为该蛋白质的氨基酸评分。
膳食蛋白质的营养价值很大程度取决于其氨基酸的组成。对于非必需氨基酸，机体可自身合成，一般不会引起缺乏，但对于只能从膳食中获取的必需氨基酸，一旦缺乏则会使蛋白合成终止。日常膳食蛋白质中容易缺乏的必需氨基酸有：赖氨酸、苏氨酸、色氨酸和含硫氨酸，所以长期食用单一食物，会使体内某种必需氨基酸缺乏。可以通过氨基酸评分，设计出发挥蛋白质互补作用的食谱，提高膳食营养价值。在配制食谱时通常遵循以下原则：食物生物学种属越远越好，搭配种类越多越好，各种食物的食用时间越近越好，最好能同时食用。
膳食蛋白质的食物来源主要分为动物性食物和植物性食物两大来源。其中动物性蛋白质量多，易消化吸收、质量好，属于优质蛋白质，但动物性食物中脂肪（尤其是饱和脂肪酸含量）高，考虑到膳食成分的均衡性，故选择动物性食品应有限度。常见的动物性食物蛋白质含量为：瘦肉16%～20%、鱼类15%～25%、蛋类12%、乳类3.4%。植物性食物如日常食用的粮食、蔬菜、水果，蛋白质含量虽然不高，但是由于摄入量大，仍是食物蛋白质的主要来源。植物性食物中大豆的蛋白质含量最高，可达到30%左右，是最为经济的蛋白质来源。
蛋白质摄入过多或缺乏都会对人体产生危害。蛋白质缺乏时，会引起生长发育迟缓，体重减轻；并可出现虚弱、免疫力低下，严重者可致肌肉萎缩，营养不良性水肿。蛋白质营养不良主要因为贫穷和饥饿引起，我国不属于蛋白质缺乏国家，出现蛋白质营养不良的概率较低。但在慢性消耗性疾病如癌症、艾滋病患者中较为常见。
蛋白质摄入过多尤其是动物蛋白摄入过多也会对机体造成伤害，其主要危害有：
蛋白质摄入过多，会加重胃肠道的负担，多余的蛋白质被肠道菌分解，发生腐败，产生有毒的代谢残留物，影响胃肠道功能。
适量的蛋白质摄入有利于肝细胞的修复和再生，但高蛋白质的摄入过量，会使蛋白质变为脂肪贮存，导致脂肪肝的形成。另一方面，由于蛋白质过多，腐败产物的量增加，会加重肝脏负担，严重者可伤害肝脏，对于肝病患者，由于血氨含量增加，会引起氨中毒，促发肝昏迷。
摄入动物蛋白质过多，会增加含硫氨基酸的摄入，这样会加速骨骼中钙质的流失，易产生骨质疏松。
人体不能贮存蛋白质，过剩的蛋白质经过脱氨分解，氮由尿排出。排出大量的代谢废物和水分，加重肾脏负担。若肾病患者食用过多蛋白质食物，会加重氮质血症和尿毒症病情，故出现氮质血症和肾功能不全者，应限制蛋白质的摄入量并以优质蛋白为主。
大量的蛋白质摄入还会导致机体脱水、痛风。高蛋白对水和无机盐代谢不利，有可能引起泌尿系统结石和便秘。故在食用蛋白质时，应控制好蛋白质的摄入量，不要盲目补充，也不要缺乏，通过膳食平衡原则，进行合理饮食，将蛋白质摄入控制在推荐范围内。
脂类（lipids）是脂肪（fat）和类脂（lipoid）的总称，其共同特点是难溶于水而易溶于有机溶剂。人类脂类总量约占体重的10%～20%。脂肪是由甘油（glycerin）和脂肪酸（fatty acids）组成的甘油三酯（triglycerides），约占体内脂类总量的95%，是体内重要的储能和供能物质，类脂主要包括磷脂（phospholipids）和固醇类（sterols），约占全身脂类总量的5%，是细胞膜、机体组织器官，尤其是神经组织的重要组成成分。除了作为人体组织的重要组成成分，脂类也是重要的食物成分，烹饪时赋予食物特殊的色、香、味，增进食欲，适量摄入对满足机体生理需要，促进维生素A、维生素E等脂溶性维生素的吸收和利用，维持人体健康发挥重要作用。
脂肪酸种类很多，根据碳链的长短、饱和程度和空间结构不同，脂肪酸有不同的分类方法。
脂肪酸按其碳链长度可分为长链脂肪酸（long-chain fatty acid，LCFA），含14～24碳，中链脂肪酸（medium-chain fatty acid，MCFA），含8～12碳，短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA），含6碳以下。脂肪组织中含有各种长度的脂肪酸。食物中主要以18碳脂肪酸为主，并且具有重要的营养学价值。中链脂肪酸因其特有的营养学作用及安全性，目前受到了越来越多的关注。中链脂肪酸可以直接与甘油作用酯化形成甘油三酯，不需要催化剂；由于其水溶性较好，不需要胆汁乳化，可直接被小肠吸收，而吸收后无需形成乳糜微粒，可由门静脉直接进入肝脏，并在细胞内可快速氧化产生能量。因此，此类脂肪在特殊食品生产（如运动员食品）和临床上（如用来治疗高脂蛋白血症、急性和慢性肾功能不全等）开始受到重视。人体内短链脂肪酸主要来源于食物中膳食纤维、抗性淀粉、低聚糖和糖醇等在结肠内被肠道微生物发酵的产物。短链脂肪酸主要生理供能包括：①提供机体能量；②促进细胞膜脂类物质合成；③可预防和治疗溃疡性结肠炎；④可预防结肠肿瘤；⑤对内源性胆固醇的合成有抑制作用。目前，短链脂肪酸在临床上已有应用。
脂肪酸按其饱和程度可分为饱和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）和不饱和脂肪酸（unsaturated fatty acid，USFA），饱和脂肪酸的碳链中没有不饱和键，不饱和脂肪酸含有一个或多个不饱和双键。不饱和脂肪酸又可分为单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）和多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid），最多见的单不饱和脂肪酸是油酸（oleic acid），膳食中最主要的多不饱和脂肪酸为亚油酸（linoleic acid）和α-亚麻酸（linolenic acid），主要存在于植物油中。人体细胞中不饱和脂肪酸的含量是饱和脂肪酸的两倍，但各种组织中两者的组成有很大差别，在一定程度上与膳食中脂肪的种类有关。
在多不饱和脂肪酸中，有一些机体不能合成，但是人体又不能缺少，必须通过食物来供给的脂肪酸，叫做必需脂肪酸（essential fatty acid，EFA），EPA有亚油酸和α-亚麻酸。EPA主要有以下功能：①构成磷脂的组成成分；②前列腺素合成的前体；③参与胆固醇代谢；④与动物精子的形成有关。EPA的缺乏可以引起生长缓慢、生殖障碍、皮肤损伤（出现皮疹）以及肾脏、肝脏、神经和视觉疾病，多发生在婴儿、以脱脂奶粉或低脂膳食喂养的幼儿、长期全胃肠外营养的病人，也可出现在患有慢性肠道疾病的病人中。
脂肪酸按其空间结构不同可分为顺式脂肪酸（cis-fatty acid）和反式脂肪酸（trans-fatty acid），自然状态下，大多数的不饱和脂肪酸为顺式脂肪酸，只有少数的是反式脂肪酸（主要存在于牛奶和奶油中）。近年来，关于反式脂肪酸对人体的危害越来越引起人们的重视。有些研究发现反式脂肪酸可升高低密度脂蛋白胆固醇，降低高密度脂蛋白胆固醇水平，从而增加冠心病的风险，人造脂肪中的反式脂肪酸可诱发肿瘤、2型糖尿病等疾病，这些对人体健康不利影响还需更多的证据。目前，各国政府都已行动起来控制食物中的反式脂肪酸。
（1）供给和储存能量：
脂肪产生的能量远高于蛋白质和碳水化合物，在机体内每克脂肪可产生能量37.6kJ（9.0kcal）以供利用，是能量密度最大的营养素。当机体摄入过多的能量物质时，不论来自哪种产能营养素，都可以脂肪的形式储存。体内脂肪细胞储存和供给有两个特点：①脂肪细胞可以不断地储存脂肪，至今未发现其吸收脂肪的上限，所以摄入过多能量物质是形成肥胖症的基本原因。②机体不能利用脂肪酸分解产生的乙酰辅酶A来合成葡萄糖，所以脂肪不能直接给脑、神经细胞以及成熟红细胞提供能量。当能量物质供给不足时必须消耗自身的糖原和蛋白质来满足这些细胞的能量需要。
（2）机体重要构成成分：
细胞膜中含有大量脂肪酸，是细胞维持正常的结构和功能的重要成分。
（3）保温和润滑作用：
脂肪不仅可直接提供能量，还是热的不良导体，阻止身体表面散热，起到隔热保温作用，维持体温正常和恒定，因此肥胖者冷天一般相对不怕冷。脂肪组织在体内对器官有支撑和衬垫作用，可保护内部器官免受外力伤害以及减少器官间的摩擦，如心脏、肾脏等脏器四周脂肪对内脏也起到保护和防震作用。腹腔大网膜中大量脂肪在胃肠蠕动中起到润滑作用，甚至皮脂腺分泌脂肪对皮肤也起到润滑护肤作用。
（4）节约蛋白质作用：
脂肪在体内代谢分解的产物，可以促进碳水化合物的能量代谢，使其更有效地释放能量。充足的脂肪可保护蛋白质（包括食物蛋白质）不被用来作为能源物质，而使其有效地发挥其他生理功能，脂肪的这种功能被称为节约蛋白质作用。
（5）内分泌作用：
现已发现的由脂肪组织所分泌的因子有瘦素、肿瘤坏死因子α、白细胞介素-6、白细胞介素-8、雌激素、胰岛素样生长因子-1、脂联素及抵抗素等。这些脂肪组织来源的因子参与机体的代谢、免疫、生长发育等生理过程。脂肪组织内分泌功能的发现是今年内分泌领域的重大进展之一，也是人们进一步认识脂肪组织作用的新起点。
（1）增加饱腹感：
食物脂肪由胃进入十二指肠时，可刺激十二指肠产生肠抑胃素（enterogestrone），使胃蠕动受到抑制，造成食物由胃进入十二指肠的速度相对缓慢。食物中脂肪含量越多，胃排空速度越慢，所需时间越长。
（2）改善食物的感官性状：
脂肪作为食物烹调的重要材料，可以改善食物的色、香、味、形。许多天然食物的色素、香味物质都能溶于脂肪。另外，食物脂肪还能刺激消化液的分泌，从而促进食欲。
（3）供给和促进脂溶性维生素的吸收：
食物脂肪中同时含有各种脂溶性维生素，如维生素A、维生素E、维生素K等。脂肪不仅是这类脂溶性维生素的食物来源，也可以促进它们在肠道内的吸收。
（4）供给必需脂肪酸：
必需脂肪酸在人体内不可缺少而自身又不能合成，必须通过食物摄取，目前认为ω-3系中的α-亚麻酸和ω-6系中的亚油酸是人体的两种必需脂肪酸。ω-3系和ω-6系中的许多脂肪酸，如花生四烯酸、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）等，都是人体不可缺少的脂肪酸，但可以由亚油酸和α-亚麻酸合成。必需脂肪酸有多种生理供能，如促进发育、维持皮肤和毛细血管的健康、与精子形成和前列腺素合成关系密切、可减轻放射线造成的损伤，还有促进胆固醇代谢、防治冠心病的作用。
（1）提供能量：
和甘油三酯一样，磷脂也可以提供能量。
（2）细胞膜成分：
由于磷脂具有极性和非极性双重特性，可帮助脂类或脂溶性物质如脂溶性维生素、激素等顺利通过细胞膜，促进细胞内、外的物质交流。磷脂的缺乏会造成细胞膜结构受损，使毛细血管脆性和通透性增加，皮肤对水的通透性增高引起水代谢紊乱，产生皮疹。
（3）乳化剂作用：
磷脂可以使体液中的脂肪悬浮在体液中，有利于其吸收、转运和代谢。由于磷脂的乳化作用，在食品加工中也被广泛应用，如在人造奶油、蛋黄酱和巧克力生产中常以磷脂（如卵磷脂）作为乳化剂。
（4）改善心血管作用：
磷脂能改善脂肪的吸收和利用，防止胆固醇在血管内沉积、降低血液的黏度、促进血液循环，对预防心血管疾病具有一定作用。
（5）改善神经系统功能：
食物磷脂被机体消化吸收后释放出胆碱，进而合成神经递质乙酰胆碱，可促进和改善大脑组织和神经系统的供能。
固醇类是一类含有多个环状结构的脂类化合物，广泛存在于动物和植物食物中。胆固醇（cholesterol）是最重要的一种固醇，是细胞膜的重要成分，人体内90%的胆固醇存在于细胞之中，也是人体内许多重要的活性物质的合成材料，如胆汁、性激素（如睾酮）、肾上腺素（如皮质醇）等，因此肾上腺皮质中胆固醇含量很高，主要作为激素合成的材料。胆固醇还可以在体内转变成7-脱氢胆固醇，后者在皮肤中经紫外线照射可转变成维生素D 3 。
根据食物中脂类的来源可将脂肪分为两大类：动物性脂肪和植物性脂肪。动物性脂肪中饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸含量多，而多不饱和脂肪酸含量较少。供给动物性脂肪的食物主要有禽、畜肉及猪油、牛油、乳脂、蛋类及其制品。植物性脂肪主要来源于菜油、大豆油、花生油、葵花籽油等植物油及硬果类食品中，其特点是含有较多的不饱和脂肪酸。亚油酸普遍存在于各种植物油中，亚麻酸在豆油和紫苏油中较多。磷脂含量较高的食物有蛋黄、肝脏、大豆、麦胚和花生。胆固醇存在于所有的动物性食物中，以动物内脏，尤其脑组织中含量丰富，还存在于蛋类，鱼子和贝壳类中含量也较高，鱼肉及乳类中含量较低。
表2-4列出了常用食用油中主要脂肪酸的组成。部分食物的脂肪含量见表2-5。
表2-4 常用食用油中主要脂肪酸的组成（%）
表2-5 部分食物的脂肪含量
碳水化合物（carbohydrate）是由碳、氢和氧三种元素组成，由于它所含的氢氧的比例为2∶1，和水一样，故将其称为碳水化合物。由于碳水化合物的广泛存在，它成为为人体提供热能的三种主要的营养素中最廉价的营养素。碳水化合物是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源。它不仅是营养物质，而且有些还具有特殊的生理活性。碳水化合物是粮谷类、薯类、某些豆类及蔬菜水果的主要组成成分，对人体有多种重要的生理功能，是人类主要的供能物质。
食物中的碳水化合物可分成两大类：一类是人体可以吸收利用的有效碳水化合物；另一类具有糖类的结构，但很难或不能为人体所利用，如膳食纤维，但这一类多糖却在人体的消化过程中起重要的作用。根据化学结构可大致分为糖、寡糖、多糖等。
糖主要为单糖、双糖和糖醇。
（1）单糖：
单糖（monosaccharide）是不能被水解的最简单的碳水化合物，单糖包括葡萄糖（glucose）、果糖（fructose）和半乳糖（galactose）。单糖有D型和L型，人体只能代谢D型而不能利用L型，所以有人用L型葡萄糖作甜味剂，可达到增加食品的甜味而又不增加能量摄入的双重目的。葡萄糖是构成食物中各种碳水化合物的基本单位。有些碳水化合物完全由葡萄糖构成，如淀粉；有些由葡萄糖与其他单糖共同组成，如蔗糖。果糖的主要来源是水果和蜂蜜。果糖比糖类中的其他糖都甜，尤其是β果糖的甜度最大。果糖很容易消化，适于幼儿和糖尿病患者食用，它不需要胰岛素的作用，能直接被人体代谢利用。果糖吸收后，经肝脏转变成葡萄糖被人体利用，也有一部分转变为糖原、乳酸和脂肪。半乳糖很少以单糖形式存在于食品之中，而是乳糖、棉籽糖和琼脂等物质的组成成分，可以被乳酸菌发酵。
（2）双糖：
双糖（disaccharide）是由两分子单糖组合而成。常见的天然存在于食品中的双糖有蔗糖（sucrose）、乳糖（lactose）和麦芽糖（maltose）等。蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖结合而成。甘蔗、甜菜中含量较多，是蔗糖的主要来源，日常食用的白砂糖即是蔗糖。蔗糖易于发酵，并可以产生溶解牙齿珐琅质和矿物质的物质。它与牙垢中的某些细菌和酵母发生作用，在牙齿上形成一层黏着力很强的不溶性葡聚糖，同时产生作用于牙齿的酸，引起龋齿。因此，黏附在牙齿上的食物和黏性甜食对牙齿甚为有害，必须保持良好的口腔卫生（不常吃含有蔗糖的甜食对防止龋齿有利）。麦芽糖是由两个分子葡萄糖结合而成。麦芽糖主要存在于发芽的大麦（麦芽）和谷粒、麦芽抽提物以及由淀粉分解而得到的糖浆中，很容易在酸或酶的作用下发生分解。动物体内除淀粉水解外不含麦芽糖。淀粉在酶的作用下可降解生成大量的麦芽糖，制糖制酒工业中大量使用麦芽中淀粉酶就是这一目的。乳糖是由葡萄糖和半乳糖组合而成，主要存在于乳制品中。乳糖是婴儿主要食用的糖类物质。
（3）糖醇：
糖醇（sugar alcohol）是由单糖还原为相应的多元醇。糖醇虽然不是糖，但具有某些糖的属性。目前开发的有山梨糖醇、甘露糖醇、赤藓糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、木糖醇等，这些糖醇对酸、热有较高的稳定性，不容易发生美拉德反应，成为低热值食品甜味剂，广泛应用于低热值食品配方。国外已把糖醇作为食糖替代品，广泛应用于食品工业中。
寡糖（oligosaccharides）是指由3～10个单糖构成的聚合物。比较重要的寡糖是存在于豆类食品中的棉籽糖和水苏糖。前者是由葡萄糖、果糖和半乳糖构成的三糖，后者是在前者的基础上再加上一个半乳糖的四糖。这两种糖都不能被肠道消化酶分解而消化吸收，但在大肠中可被肠道细菌代谢，产生气体和其他产物，造成胀气，因此必须进行适当加工以减小其不良影响。
多糖（polysaccharides）是10个以上的糖单元连接在一起而形成的长链聚合物。性质不同于单糖和低聚糖。一般不溶于水，没有甜味，不形成结晶，没有还原性。在酶或酸的作用下可水解成单糖残基数不等的片段，最后成为单糖。
（1）淀粉：
淀粉（starch）是由许多葡萄糖聚合而成的、能被人体消化吸收的植物多糖，淀粉主要储存在植物细胞中，尤其是根、茎和种子细胞之中。薯类、豆类和谷类含有丰富的淀粉，是人类碳水化合物的主要食物来源，它为人类提供了70%～80%的热量，也是最丰富、最廉价的能量营养素。淀粉和淀粉水解产品是膳食中可消化的碳水化合物。根据淀粉的结构可分为直链淀粉（amylose）和支链淀粉（amylopectin）。前者易使食物老化形成难消化的抗性淀粉，后者易使食物糊化，从而提高消化率。
（2）膳食纤维：
膳食纤维（dietary fiber）主要包括纤维素、木质素、抗性低聚糖、果胶、抗性淀粉等，以及其他不可消化的碳水化合物。纤维素是指存在于植物体中不能被人体消化吸收的多糖。纤维素是最为丰富的有机化合物和最为丰富的碳水化合物，它是高等植物细胞壁的主要成分。木质素是植物木质化过程中形成的非碳水化合物，是由苯丙烷单体聚合而成，不能被人体消化吸收。果胶（pectin）是被甲酯化至一定程度的半乳糖醛酸多聚体，它为白色至黄褐色粉末，无嗅，不溶于乙醇和其他有机溶剂，可溶于水。这种不可消化的多糖通常存在于水果和蔬菜的软组织中，尤其是柑橘类和苹果中含量较多。果胶分解后产生甲醇和果胶酸，这就是过熟或腐烂的水果中及各类果酒中甲醇含量较多的原因。
碳水化合物是组成生命细胞的重要成分及主要供能物质，并承担调节细胞活动的重要功能。机体中碳水化合物的存在形式主要有三种，葡萄糖、糖原和含糖的复合物，碳水化合物的生理功能与其摄入食物的碳水化合物种类和在机体内存在的形式有关。
膳食碳水化合物是人类获取能量的最经济和最主要的来源。一克葡萄糖在体内氧化可以产生4kcal的能量。在维系人体健康所需的能量中，通常有50%以上由碳水化合物供给。糖原是碳水化合物在体内的储存形式，在肝脏和肌肉中含量最多。碳水化合物的来源广泛，在体内消化、吸收、利用相对于其他热源物质更迅速、完全并且安全，即使在缺氧的情况下，仍能通过酵解作用提供身体必需的能量。葡萄糖在人体内释放能量较快，供能也快，它不仅是肌肉活动最有效的燃料，而且是心脏、脑、红白细胞等重要组织细胞唯一依赖的能量来源，对维持其正常功能、增加耐力、提高工作效率有极其重要的意义。
碳水化合物也是构成机体组织的重要物质，并参与细胞的组成和多种活动，每个细胞都含有碳水化合物，主要的存在形式是糖脂、糖蛋白和蛋白的多糖形式等，分布在细胞膜、细胞器膜、细胞质以及细胞间质中。如核糖和脱氧核糖是细胞中核酸的成分；糖与脂类形成的糖脂是组成神经组织与细胞膜的重要成分；糖与蛋白质结合的糖蛋白，是某些具有重要生理功能的物质如抗原、抗体、酶、激素的组成成分。占体重2%的大脑的能量消耗占基础代谢的25%。脑组织内无能量储备。血糖下降，脑组织供能不足，会影响其正常功能，出现注意力不集中，严重时甚至会昏迷休克。
脂肪在体内代谢也需要碳水化合物的参与，脂肪在体内代谢所产生的乙酰基必须与草酰乙酸结合进入三羟酸循环中才能被彻底氧化，而草酰乙酸是由糖代谢产生，因此，如果膳食中碳水化合物的摄入量过少，体内脂肪或事物脂肪被利用并快速分解为脂肪酸来供应能量，草酰乙酸供应相应减少，导致脂肪氧化不全而产生过多的酮体积聚在体内引起酮血症和酮尿症。碳水化合物的充分供给使酮体生成减少，从而防止了机体酮体的积累。这就是碳水化合物的抗生酮作用。
机体的一切生命活动都以能量为基础。当碳水化合物供应不足时，机体为了满足自身对葡萄糖的需要，将通过糖原异生作用产生葡萄糖，由蛋白质、脂肪产能来满足能量的需求。碳水化合物是机体最直接、经济的能量来源，若食物能提供足量的可利用的碳水化合物，人体会首先利用它作为能量来源，从而减少了蛋白质作为能量的消耗，使更多的蛋白质参与组织构成等更重要的生理功能，因此碳水化合物起到了节约蛋白质的作用。此外，膳食中碳水化合物的充分补给，体内有足够的ATP产生，也有利于氨基酸的主动转运。如果采取节食减肥往往会对机体造成一定的危害，不仅可造成体能酮体的大量积累而且还使组成体积的蛋白质分解，使体重减轻，危害健康。
经糖醛酸途径生成的葡萄糖醛酸，是体内一种重要的结合解毒剂，在肝中能与许多有害物质，如细菌毒素、酒精、砷等结合，以消除这些物质的毒性或生物活性，起到解毒作用。机体肝糖原足够时对有害物质的解毒作用增强，肝糖原不足时，机体对有害物质的解毒作用显著下降，当糖原充足时，肝脏对四氯化碳、酒精、砷等有害化学物质的解毒作用较强；葡萄糖醛酸与体内毒素（如：药物、胆红素）结合进而解毒。摄入足够的碳水物可增加肝糖原的贮存，提高机体对毒物的解毒能力，保护肝脏少受化学药品的毒害。
非淀粉多糖类如纤维素和果胶，抗性淀粉、功能性低聚糖等抗消化的碳水化合物，虽不能在小肠消化吸收，但刺激肠道蠕动，增加了结肠发酵率，发酵产生的短链脂肪酸和肠道菌群增殖，有助于正常消化和增加排便量。不能被人体消化和吸收的一些碳水化合物被称为“益生元”，这些物质能够选择性地促进宿主肠道内原有的一种或几种有益细菌生长繁殖，通过有益菌的繁殖增多而抑制有害细菌的生长，从而能达到调节肠道菌群，促进机体健康的目的。
碳水化合物还能提供膳食纤维，膳食纤维在肠内相对地不溶解，但结肠中的细菌酶可使其部分分解，产物为短链脂肪酸和一些气体刺激肠黏膜，从而促进粪便排泄。此外，膳食纤维吸水力很强，可促进胃肠蠕动，可吸附肠道中胆酸使之由粪便排出，从而使血清胆固醇下降，减少胆固醇沉积在血管壁的量，利于防止动脉硬化。还可减少小肠对糖的吸收，使血糖不会因为近视而快速升高，因此也可以减少体内胰岛素的释放，对平衡血糖也有相当大的作用。膳食纤维的饱腹感可以减少患有相关慢性病的病人的进食量。
2000年，中国营养学会结合了中国的实际情况，建议除了2岁以下的婴幼儿，人们每天应有55%～65%的热量来自碳水化合物的摄入。由于碳水化合物的种类不同，在人体中的作用也不同，人们在饮食上应尽量避免单一的碳水化合物来源。
谷薯杂豆类是碳水化合物的良好来源，谷薯类均含有丰富淀粉，并常常作为中国居民的主食原料。谷类中淀粉约占70%～80%，其利用率较高，是人类最理想、最安全、最经济的能量来源。赤豆、芸豆、绿豆、豌豆、鹰嘴豆、蚕豆等都属于杂豆类，与大豆类相比，这类豆中碳水化合物含量较高，所以也常常成为居民的主食。薯类中碳水化合物含量25%左右，含有丰富的纤维素、半纤维素和果胶等，可促进肠道蠕动，促进排便、预防便秘。
蔬菜水果、大豆是膳食纤维的重要来源。蔬菜中的膳食纤维一般含量在2%左右。由于不同的采摘季节、加工方法等，蔬菜中的膳食纤维含量也不同。一般来说，水果含碳水化合物比蔬菜高，大约在5%～30%之间，主要以双糖或单糖形式存在，如苹果和梨以果糖为主，葡萄、草莓以葡萄糖和果糖为主。一些水果含有丰富的膳食纤维，尤其是果胶，这种可溶性膳食纤维有利于肠道蠕动。大豆中碳水化合物含量约为30%～37%，近半是膳食纤维。
食物多样是平衡膳食模式的基本原则，在选择主食时，应尽量搭配多种谷薯杂豆类，多吃全谷物食物来代替精制谷物。水果和蔬菜也对人体各有不同的作用，在选择时不能互相替代，每天都应当适量摄入。
人体组织中含有自然界的各种元素，除主要构成有机物和水分的碳、氢、氧、氮外，其余的元素均称为矿物质（minerals），亦称为无机盐或灰分。基于在体内的含量，可将矿物质分为常量元素（macro element）和微量元素（microelement或trace element）两大类。常量元素在体内的含量大于体重的0.01%，包括钙、磷、硫、钾、钠、氯、镁7种元素。微量元素在体内的含量小于体重的0.01%，其中，铁、锌、硒、铜、碘、钼、钴和铬被认为是必需微量元素；锰、硅、硼、矾、镍为可能必需微量元素；铅、氟、镉、汞、砷、铝、锡和锂为具有潜在毒性，但低剂量可能具有功能作用的微量元素。
矿物质是人体生长发育、日常活动及维持体内正常生理功能所必需的，也是各种激素、维生素及核酸的重要组成部分，是体内许多酶系统的活化剂或辅助因子。矿物质无法通过人体自身产生和合成，必须每天从食物中摄取到一定数量才能保证身体的日常需要。
钙（calcium）是人体中含量最多的矿物质元素，约占成人体重的1.5%～2.0%，其中约99%的钙集中在骨骼和牙齿中，剩余约1%的钙分布于软组织、细胞外液和血液中，这1%的钙统称为混溶钙池（miscible calcium pool）。
钙的生理功能包括：①构成骨骼和牙齿的成分：钙的磷酸盐是人体骨骼和牙齿中无机物的主要成分，骨骼中的钙与混溶钙池保持着相对的动态平衡，从而使骨骼不断更新，使机体具有坚硬的结构支架，对机体起到支持和保护的作用；②维持神经和肌肉的活动：钙离子具有维持神经肌肉正常生理功能的作用，如神经肌肉的兴奋性、神经冲动的传导、心脏的搏动等。当血浆钙离子浓度明显下降时可引起手足抽搐和惊厥，而血浆钙离子浓度过高则可引起心脏和呼吸衰竭；③促进细胞信息传递：钙离子是细胞内重要的“第二信使”之一，广泛作用于多种组织及细胞间的反应；④其他：钙离子还具有促进血液凝固、调节机体酶活性、维持细胞膜的稳定性等生理功能。
钙的缺乏会导致儿童生长发育迟缓，钙严重不足可导致佝偻病，又称为软骨病，主要表现为“O”形或“X”形腿。中老年人钙缺乏的主要表现为骨质疏松，尤其是绝经妇女因雌激素分泌减少，会导致钙丢失加快，易引起骨质疏松。此外，长期缺钙会导致牙齿变得疏松，易被口腔中的细菌腐蚀而患龋齿。
钙的良好食物来源有牛奶、酸奶、豆制品、芝麻酱、蚕豆、虾皮、大豆粉、燕麦片等。不同食物中钙的含量差异较大，选择食物时要结合其钙含量和吸收率进行综合评价。如奶及奶制品中的钙不仅含量高且吸收率高；而菠菜虽然钙含量高，但吸收率低。常见食物的钙含量及钙吸收率见表2-6。
表2-6 可吸收钙的食物来源比较
成人体内含磷（phosphorus）约为600～700g。磷是细胞膜和核酸的组成成分，也是构成骨骼的必要物质。磷的生理功能包括：①构成骨骼和牙齿的重要成分：在骨的形成过程中每2g钙需要1g磷以形成无机磷酸盐，主要成分为羟磷灰石；②参与能量代谢：磷酸化合物如三磷酸腺苷（ATP）等是代谢过程中储存、转移、释放能量的物质；③其他：磷酸基团是核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的组成成分，同时也是体内许多辅酶的重要构成物质；组成体内磷酸盐缓冲体系，调节体液的酸碱平衡。
磷常与蛋白质共存，分布在多种蛋白质食物中，当膳食中能量与蛋白质供给充足时不会引起磷的缺乏。瘦肉、蛋、奶、动物的肝、肾含磷量都很高，海带、紫菜、芝麻酱、花生、干豆类、坚果、粗粮含磷也较高。另外，膳食中钙、磷的吸收相互影响，其钙、磷比值维持在1～1.5∶1之间较好，过低会影响钙的吸收，过高会影响磷的吸收。如牛奶、酸奶及某些海产品中的钙磷比值合理，是这两种矿物质的丰富来源；而蔬菜是钙高、磷低，肉类是钙低、磷高，因此建议一起食用。
正常成人体内含镁（magnesium）约20～28g。镁主要分布在细胞内，细胞外液的镁不超过体内含量的1%。镁的生理功能有：①促进骨骼生长；②是多种酶的激活剂：参与和能量代谢有关的200多种酶的合成和激活；③调节神经肌肉的兴奋性：能抑制中枢神经与肌肉交接点处的神经纤维的冲动传导，从而制止骨骼肌的兴奋和收缩，使肌肉放松，消除抽搐；④其他：镁还具有促进胃肠道功能、影响甲状旁腺激素的分泌等作用。
叶绿素是镁卟啉的螯合物，所以绿叶蔬菜等富含镁。其他如坚果、肉、鱼、蛋、乳类、动物内脏中含镁也较多。除食物外，从饮水中也可获得少量的镁，硬水中含有较高的镁盐，而软水中其含量相对较低。
钾（potassium）为人体主要阳离子之一，约占人体无机盐的5%。钾主要存在于细胞内，约占体内钾总量的98%，其余存在于细胞外。钾是人体生长和发育所必需的常量元素，其生理功能包括：①维持细胞内的渗透压：钾是细胞内的主要阳离子，在维持细胞内液的渗透压方面起着重要的作用；②维持细胞内外的酸碱度：钾和细胞外液中的钠合作，维持细胞与体液间水分的平衡，以及保持细胞内外适当的酸碱度；③其他：钾是细胞内碳水化合物和蛋白质代谢所必不可少的成分；钾参与营养肌肉组织，尤其是心肌，可协同钙和镁维持心脏正常功能。细胞内钾的缺乏，将直接影响细胞的正常代谢，长期缺钾则会引起细胞变性、萎缩；血液中钾含量过高时，会导致高钾血症，主要表现为四肢乏力等症状。
正常成年人每日钾的需要量约为2.5g。食物中的钾含量丰富，每日合理的膳食即可供给2～4g的钾，足以满足机体的生理需要。钾广泛分布于各种食物中，其中蔬菜和水果是钾最好的来源。
成人体内含钠（sodium）约为6200～6900mg，钠是细胞外液中的主要阳离子，构成细胞外液渗透压，调节与维持体内水量的恒定。另外，钠还可维护血压正常，维持体内酸碱平衡，增强神经肌肉兴奋性。
人体内钠的主要来源是饮食中的食盐（氯化钠）。另外，酱油、味精、盐渍或腌制肉，酱咸菜等也是钠的食物来源。《中国居民膳食指南（2016）》推荐成人每天食盐不超过6g，若长期吃盐太少，体内缺钠会出现疲倦、头晕、恶心、腹泻、抽搐等症状；吃盐太多，钠摄入过量则可引起小动脉痉挛，加速肾小动脉硬化而使血压升高。因此，应合理控制每日食盐的摄入量。
铁（iron）是人体重要的必需微量元素。正常人体内含铁总量约4～5g，可分为功能性铁和贮存铁：功能性铁约占体内铁总量的70%，大部分存在于血红蛋白和肌红蛋白中，少部分存在于含铁酶类和运输铁中；贮存铁主要以铁蛋白和含铁血黄素的形式存在于肝、脾和骨髓的单核-吞噬细胞系统中。
铁为血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素A及一些呼吸酶的成分，参与体内氧与二氧化碳的转运、交换和组织呼吸过程；铁与红细胞的形成和成熟有关，能维持正常的造血功能；体内铁水平与许多杀菌的酶成分、淋巴细胞转化率、吞噬细胞功能等有关，参与维持正常的免疫功能；铁还可催化促进β-胡萝卜素转化为维生素A、嘌呤与胶原的合成、抗体的产生、脂类从血液中转运以及药物在肝脏的解毒等。
婴幼儿、怀孕和哺乳期女性、青春期和成年女性要特别注意对铁的摄取，预防体内铁缺乏及缺铁性贫血。缺铁的常见症状有疲乏无力、心慌气短、头晕，严重者出现面色苍白、口唇黏膜和睑结膜苍白、肝脾轻度肿大等，儿童缺铁可伴神经功能和心理行为障碍，学习记忆能力降低。另外，体内铁的储存过多与多种疾病如心脏、肝脏疾病、糖尿病及某些肿瘤有关。
膳食中铁的平均吸收率为10%～20%。含铁丰富且吸收率高的食物有动物血和肝脏；含铁较高的食物有瘦肉、红糖、蛋黄、干果等。常见食物中铁含量见表2-7。
表2-7 常见食物中铁的含量〔mg/（100g可食部）〕
健康成人体内含碘（iodine）为15～20mg，其中70%～80%存在甲状腺组织内。碘在体内主要参与甲状腺素的合成，其生理功能主要是通过甲状腺素的生理作用显示出来。碘的生理功能主要包括以下几个方面：①参与能量代谢：碘能促进蛋白质、脂类与碳水化合物的分解代谢；参与能量转换、增加氧耗量、加强产热作用；参与维持与调节体温。②促进代谢和体格的生长发育：碘参与人体细胞的分化与生长；发育期儿童的身高、体重、肌肉、骨骼的增长和性发育都必须有甲状腺激素的参与。③促进神经系统发育。④垂体激素作用：碘代谢与甲状腺激素合成、释放及功能作用受垂体前叶促甲状腺激素（TSH）的调节。TSH的分泌则受血浆甲状腺激素浓度的反馈影响。
碘缺乏的典型症状为甲状腺肿大。孕妇严重缺碘可影响胎儿神经、肌肉的发育；婴幼儿缺碘可引起生长发育迟缓、智力低下，甚至呆小症。另外，较长时间的高碘摄入也可导致高碘性甲状腺肿等高碘性危害。
海产品中含碘较丰富，如海带、紫菜、鲜海鱼、淡菜、龙虾等是碘良好的食物来源。但补碘最方便、经济安全、有效的办法是食用碘盐。需要注意的是甲亢病人不宜多补碘。常见食物含碘量见表2-8。
表2-8 常见食物中碘的含量〔μg/（100g可食部）〕
成人体内含锌（zinc）约2～3g，分布于人体所有组织、器官、体液及分泌物，头发含锌量为125～250μg/g，发锌含量可反映膳食中锌的长期供给水平。锌的生理作用主要有：①金属酶的组成成分或酶的激活剂：含锌酶在参与组织呼吸、能量代谢及抗氧化过程中发挥重要作用；②促进机体免疫功能：锌可通过促进淋巴细胞有丝分裂，增加T细胞的数量与活力；锌可通过控制免疫调节因子（如白细胞介素-1、肿瘤坏死因子-α等）的分泌和产生，调节机体免疫功能；③促进生长发育：锌对胎儿生长发育、促性器官和性功能发育都有重要作用；④维持细胞膜结构：锌能增强细胞膜的稳定性和抗氧自由基的能力，保护细胞膜的完整性；⑤增进食欲、保护皮肤和视力。
通常边缘性锌缺乏或者轻度锌缺乏因为没有任何临床症状而被忽视。体内缺锌可导致食欲减退、异食癖、生长发育停滞等症状。儿童长期缺乏锌可导致侏儒症，成人长期缺锌可导致性功能减退、精子数减少、胎儿畸形、皮肤粗糙、免疫力降低等症状。盲目过量补锌或误食含锌高的食物可引起锌过量或锌中毒，成人摄入2g以上锌可发生锌中毒，引起急性腹痛、腹泻、恶心呕吐等临床症状。
一般来说贝壳类海产品、红色肉类、动物内脏类都是锌的极好来源；干果类、谷类胚芽和麦麸也富含锌。常见食物含锌量见表2-9。
表2-9 常见食物中锌的含量〔mg/（100g可食部）〕
人体含硒（selenium）总量约为14～20mg，硒是人体必需的微量元素，体内的硒一种是来自膳食中以非调节储存形式存在的硒蛋氨酸，另一种是具有生物活性的硒蛋白中的硒半胱氨酸。硒的生理作用主要是通过硒蛋白发挥的，主要包括以下几个方面：①抗氧化作用。②维持正常免疫功能。③预防与硒缺乏相关的地方病：一种是克山病，是以多发性灶状心肌坏死为主要病变的地方性心肌病；另一种是大骨节病，是一种地方性、多发性、变形性骨关节病。④抗肿瘤作用。⑤抗艾滋病作用。⑥维持正常生育功能。⑦延缓衰老作用：补硒能增强抗氧化和免疫力，从而延缓人体衰老进程。
缺硒能引起克山病和大骨节病。过量的硒也可引起中毒，其中毒症状为头发和指甲脱落，皮肤损伤及神经系统异常，肢端麻木，抽搐等，甚至死亡。
海产品和动物内脏是硒的良好食物来源。常见食物含硒量见表2-10。食物中的含硒量随地域不同而异，特别是植物性食物的含硒量与地表土壤层中硒元素的水平有关。
表2-10 常见食物中硒的含量[μg/（100g可食部）]
正常人体内含氟（fluorine）总量约为2.6g，主要存在于骨骼和牙齿中，少量分布在毛发、指甲及其他组织中。其生理作用主要有防治龋齿和骨质疏松。在高等动物及人类尚未发现有确切或特异的氟缺乏症，但氟缺乏可引起龋齿和骨质疏松的发病率增加。过量氟可引起中毒，急性中毒多见于特殊职业环境，慢性中毒主要是因为高氟地区居民长期摄入含氟高的饮水。氟中毒能导致骨骼、牙齿及神经系统的损害，儿童摄入过量的氟可能会出现智力发育障碍等情况。
一般食物中含氟量较低，但茶叶、海鱼、海带、紫菜等少数食物含氟较高。饮水是氟的主要来源，而饮水中的含氟量取决于地理环境中氟元素水平。
维生素（vitamin）是维持机体生命活动过程中所必需的一类微量的低分子有机化合物。大多数维生素在人体内不能合成，或合成的数量不能满足人体的需要（如维生素D）。虽然人体对维生素的需要量很小，它们既不是构成各种组织的主要原料，也不是体内能量的来源，但是对于人体的物质和能量代谢具有非常重要的作用。维生素有四种命名方法：一是按其被发现的顺序，以英文字母命名，如维生素A、B、C、D、E等；二是根据生理功能命名，如抗坏血酸等；三是按化学结构命名，如视黄醇、核黄素和硫胺素等；四是根据维生素的溶解性分为两大类，即脂溶性维生素和水溶性维生素。前者指不溶于水而溶于脂肪及有机溶剂中的维生素，包括维生素A、D、E、K。后者指溶于水的维生素，包括B族维生素（维生素B 1 、B 2 、PP、B 6 ，叶酸，维生素B 12 等）和维生素C。
维生素A类是指含有视黄醇（retinol）结构，并具有其生物活性的一大类物质，包括已形成维生素A和维生素A原以及其代谢产物。机体内的维生素A活性形式有三种：包括视黄醇、视黄醛和视黄酸。
维生素A对酸和碱稳定，一般烹调和罐头加工不易破坏；密封、低温冷冻组织中的维生素A可以稳定几年；当维生素A与其他抗氧化剂共同存在时，维生素A比较稳定。维生素A是脂溶性维生素，脂肪酸败可引起严重破坏。
维生素A的主要作用是维持人的正常视觉。当维生素A不足时，合成视觉细胞内感光物质“视紫红质”合成受影响，会导致暗适应时间延长，而严重缺乏时则导致夜盲症的发生。儿童维生素A缺乏最重要的临床诊断体征是毕脱斑（Bitot’s spots）。维生素A还与细胞生长和分化有关。维生素A的活性形式“视黄酸”可以通过多种基因影响蛋白的表达，继而调节机体多种组织细胞的生长分化等。因此，缺乏维生素A的儿童会出现生长发育迟缓，骨骼发育不良等现象。维生素A还有调节细胞和体液免疫（也被称为“抗感染”维生素）、抗氧化剂抑制肿瘤生长等作用。此外，过量摄入维生素A可引起急性、慢性及致畸毒性。摄入普通食物一般不会引起维生素A过多，绝大多数是因为过多摄入维生素A浓缩剂引起（慢性中毒比急性中毒常见）。
维生素A最好的食物来源是各种动物肝脏、鱼肝油、鱼卵、全奶、奶油及禽蛋等；许多有色植物中（黄、橙和红色）中含有可以在体内转化成维生素A的类胡萝卜素（即维生素A原）主要包括菠菜、韭菜、油菜、胡萝卜、芹菜叶、空心菜、香菜、荠菜、辣椒、莴笋叶、西兰花、豌豆苗和茶叶，以及杏和柿子等。
维生素D类是指具有钙化醇活性的一大类物质，主要包括维生素D 2 和维生素D 3 。前者是由麦角固醇经日光或紫外线照射后形成，后者是由贮存于皮下的7-脱氢胆固醇在紫外线照射下转变而成。由于维生素D 3 是在皮肤中产生，且要运往靶器官后才能发挥生理作用，因此它也被认为实质上是一种激素。
维生素D为白色晶体，溶于脂肪和脂类溶剂，化学性质比较稳定，通常的烹调加工不会引起维生素D的损失，但脂肪酸败可引起其被破坏。
食物中的维生素D经小肠吸收后，掺入乳糜微粒，经淋巴入血，然后被转运到肝脏进行羟化，首先被氧化成25-羟维生素D 3 ，分泌入血进入肾脏，进一步被羟化成具有生物活性的1，25-羟维生素D 3 ，继而由肾脏分泌入血，发挥生物学效应。维生素D与钙、磷代谢关系密切，其主要生理作用是促进小肠对钙、磷的吸收；通过促进骨对矿物质的吸收，它也直接作用于骨钙化的过程；在肾脏，维生素D促进对磷的排泄。婴儿维生素D缺乏可引起佝偻病；成人，尤其是孕妇、乳母和老人缺乏维生素D可发生手足痉挛症、骨质软化症和骨质疏松。
过量摄入维生素D可引起维生素D过多症，中毒症状主要包括食欲减退、体重减轻、恶心、呕吐等以致发展成组织转移性钙化和肾结石，严重的维生素D中毒可导致死亡。预防维生素D中毒最有效的方法是避免滥用。
维生素D主要由皮肤合成，在自然界的分布并不广泛，主要存在于海水鱼（如沙丁鱼）、肝脏、蛋黄等动物性食品及鱼肝油制剂中。
维生素E类指具有α-生育酚生物活性的一类物质。维生素E对碱不稳定，对氧极为敏感。维生素E是脂溶性维生素，油脂酸败可加速维生素E的破坏。食物中维生素E一般烹调时损失不大，但油炸时维生素E的活性会明显降低。
维生素E具有较强的抗氧化作用，它可与体内其他抗氧化物质及抗氧化酶一起构成体内抗氧化系统，保护生物膜及其他蛋白质免受自由基的攻击。维生素E可预防衰老，补充维生素E可减少细胞中的脂褐质（俗称“老年斑”）的形成。维生素E与动物的生殖功能和精子生成有关，故临床上常用维生素E治疗习惯性流产和先兆流产。除此之外，维生素E还具有调节血小板黏附力和聚集、降低血胆固醇水平及抑制肿瘤细胞生长和增殖的作用等。在脂溶性维生素中，维生素E的毒性相对较小。大剂量维生素E摄入有可能出现中毒症状如肌无力、视觉模糊、恶心、呕吐等。
维生素E广泛存在于自然界中，一般不会缺乏。植物油（橄榄油、椰子油除外）、麦胚、种子类、豆类等中维生素E含量较多，蔬菜、水果、肉类、鱼类含量较少。
维生素B 1 （也称抗脚气病因子和抗神经炎性因子），因分子中含有硫和氨，故又称硫胺素。维生素B 1 在体内以不同的焦磷酸化形式存在，其中大约80%为焦磷酸硫胺素（thiamine pyrophosphate，TPP）。维生素B 1 有易溶于水且在碱性条件下易受热分解的特性，所以过分淘米或烹调中加碱可导致维生素B 1 大量损失。一般温度下烹调食物时维生素B 1 损失不多，高温烹调时损失可达10%～20%。
维生素B 1 在维护神经、消化、循环等系统的正常功能中起着非常重要的作用，影响心肌、骨骼肌等组织的能量代谢。当维生素B 1 缺乏时，首先影响神经组织的能量供应，易出现手足麻木、四肢无力等多发性周围神经炎的症状，严重者引起心跳加快、心脏扩大和心力衰竭等，称为“脚气病”，多发生在较多食用加工精细的米面的人群。此外，长期酗酒的人群也极易因酒精中毒而引起维生素B 1 缺乏导致Wernicke-Korsakoff综合征，也称为脑型脚气病。
人体对维生素B 1 的需要量与体内能量代谢密切相关。维生素B 1 主要存在与谷类、豆类及干果类，日常膳食中维生素主要来自谷类食物，因它多存在于表皮和胚芽中，米、面研磨过于精细可造成维生素B 1 大量损失。此外，动物内脏（心、肝、肠、肾等）、禽类、瘦肉及蛋中含量也很多。
维生素B 2 又称核黄素，为黄色粉末状结晶，水溶性较低，水溶液呈现黄绿色荧光。维生素B 2 在酸性及中性条件下对热稳定，碱性条件下易被热和紫外线破坏。
维生素B 2 参与体内生物氧化和能量代谢以维持蛋白质、脂肪和碳水化合物的正常代谢，促进生长发育，维持皮肤和黏膜的完整性。维生素B 2 缺乏的原因主要包括膳食摄入不足、食物储存和加工不当导致维生素B 2 破坏和丢失、吸收和利用不良或排泄增加等，主要临床表现为眼、口腔和皮肤的炎症反应。
维生素B 2 广泛存在于动植物性食品中，动植物性食品较植物性食品含量高。动物肝脏、肾脏、心脏、乳汁及蛋类含量尤为丰富；植物性食品以绿色蔬菜、豆类含量较高，而谷类含量较少。
叶酸又称维生素B 9 、维生素M，为淡黄色结晶粉末，不溶于冷水和乙醇、乙醚及其他有机溶剂，微溶于热水。在水中对光敏感，易被破坏，在中性和碱性溶液中对热稳定，在酸性溶液中温度超过100℃即分解，pH<4可被破坏。
作为“一碳基团”（如甲基、亚甲基、甲酰基等）转移酶系的辅酶，携带碳原子参与嘌呤和嘧啶核苷酸的合成，促进细胞分裂与增殖，如促进红细胞成熟，预防巨幼红细胞性贫血；参与血红蛋白合成，预防贫血；催化二碳氨基酸与三碳氨基酸的相互转化，在甘氨酸与丝氨酸、组氨酸与谷氨酸、同型半胱氨酸与蛋氨酸之间的相互转化过程中充当碳原子基团的载体；预防胎儿神经管畸形，促进胎盘正常发育，有利于孕妇正常生产；促进同型半胱氨酸向胱氨酸转化，预防高同型半胱氨酸血症。
叶酸广泛分布于各类食物中，如动物肝脏、肾脏、禽蛋、豆类、坚果类、小白菜、油菜、香菜、芹菜、莴笋、柑橘、香蕉等叶酸含量较丰富。
维生素B 12 又称钴胺素，因含金属元素钴而呈红色结晶体，无臭无味，熔点高，溶于水和乙醇，不溶于三氯甲烷和乙醚，在强酸强碱环境中易被破坏，在中性溶液中耐热，对光、氧化剂、还原剂敏感，易被破坏。
维生素B 12 在体内转变为甲基钴胺素（甲基B 12 ）和腺苷钴胺素（辅酶B 12 ）参与体内生化反应。以辅酶形式参与同型半胱氨酸甲基化为蛋氨酸，减少同型半胱氨酸的堆积，预防同型半胱氨酸血症；维持组织中游离四氢叶酸的含量，提高叶酸的利用率，促进嘌呤和嘧啶的合成，预防巨幼红细胞性贫血和痛风；促进蛋白质的合成，有利于婴儿的生长发育；促进脂肪酸的正常合成，参与神经细胞的正常代谢，维持神经系统功能，预防由维生素B 12 缺乏引起的神经疾患。
膳食中的维生素B 12 主要来源于肉类食品中，极少数植物性食品含有维生素B 12 。动物内脏（肝、心、肾）、鱼类及蛋类含量丰富，牛肉、猪肉、鸡肉、蛤类、虾蟹类也含量较多，奶类及乳制品含量较少。植物性食物中只有大豆中含有少量维生素B 12 。
维生素C又称坏血酸，呈片状晶体，无色无味，不溶于脂溶性溶剂，稍溶于丙酮与低级醇类，易溶于水。其水溶液不稳定，遇空气、热、光、碱性物质、氧化酶、微量铜、铁等重金属离子可促进其氧化。
维生素C的作用如下：①作为羟化过程底物和酶的辅助因子，促进脯氨酸与赖氨酸羟基化，形成羟脯氨酸、羟赖氨酸残基，最终形成胶原分子的正常三级结构，生成胶原蛋白，促进组织的修复和伤口愈合。②作为羟化酶辅酶，参与一些神经介质的合成，如多巴胺合成去甲肾上腺素、色氨酸合成5-羟色胺。③参与类固醇的羟化过程，使胆固醇代谢为胆酸，转变为皮质激素和性激素，促进类固醇的代谢，降低血清胆固醇，预防动脉粥样硬化。④可将运铁蛋白中三价铁还原为二价铁，从而使铁与铁蛋白结合，提高肠道对铁的吸收率，促进肝脏对铁的利用，有利于对缺铁性贫血的治疗；可在胃中形成一种酸性介质，促进钙的吸收；抗坏血酸可将叶酸还原为四氢叶酸，对巨红细胞性贫血有预防作用。⑤对于维持细胞代谢、解毒作用具有重要的生理意义。⑥作为一种强抗氧化剂，可还原氧化型谷胱甘肽、超氧化物、羟基、次氯酸等氧化剂，使DNA正常转录，保护DNA、蛋白质和膜结构不受损伤。⑦可清除
和OH
-
等自由基，起抗衰老作用。⑧抗坏血酸可使血浆甘油三酯和胆固醇水平降低，预防血管内动脉硬化。⑨可促进抗体的形成，增强人体免疫力。⑩维生素C在缓解体内有毒物质（汞、铅、砷、苯、某些药物及细菌毒素等）毒性、抑制炎症也有一定作用。
维生素C主要存在于新鲜蔬菜瓜果中。其中叶菜类和酸味水果含量较多。蔬菜如花菜、青辣椒、西红柿、卷心菜、茴香、油麦菜、荠菜、苋菜、苜蓿等，水果如橙子、柠檬、柑橘、柚子、樱桃、草莓、猕猴桃、酸枣、刺梨等。
膳食纤维属于碳水化合物中的一类，是食物中的非营养成分，但是对人类健康有益。在早年的营养学中曾将膳食纤维称为粗纤维，并认为该纤维会影响人体对一些营养素的吸收，非但对人体健康无益反而有害。但通过近30年的实验研究与流行病学的调查研究，已确认膳食纤维对人体健康有益，与人类一些慢性病的发生有关。
1953年前，营养学中并没有“膳食纤维”这一名词，1953年，Hipsley第一次提出“膳食纤维”的概念。膳食纤维有别于“粗纤维”，粗纤维是指经酸和碱消化后所剩余的残渣，此种测定方法不能表示生理上所不能消化的“纤维”，其检测结果低估了食物中纤维的真实含量。因此，用“膳食纤维”的概念替代“粗纤维”。由于膳食纤维的组成成分非常复杂，结构、分类与理化性质尚不十分明确，至今膳食纤维的定义仍没有统一定论。目前国内比较认可的是中国营养学会对膳食纤维的定义，即膳食纤维一般是指不易被人体消化酶消化的多糖类食物成分，主要来自于植物的细胞壁，包含纤维素、半纤维素、树胶、果胶及木质素等。
膳食纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素三种成分，这三种成分构成植物体的支持骨架。其中，纤维素组成微细纤维，构成纤维细胞壁的网状骨架，而半纤维素和木质素则是填充在纤维之间和微细纤维之间的“黏合剂”和“填充剂”。在一般的植物纤维中，这三种成分的含量约为80%～95%。
（1）纤维素：
纤维素（cellulose）是构成植物细胞壁的主要成分，也是膳食纤维最基本的化学成分。纤维素是由数千个葡萄糖分子通过β-1，4糖苷键连接起来的直链淀粉。虽然它的化学结构与淀粉相似，但物理性质却与淀粉截然不同。纤维素的特性是不被小肠中的酶所水解，也不被酸所水解，水溶性较小。纤维素因具有吸水膨胀的能力同时不溶于水，故可增加食物体积，同时也刺激肠道运动而有利于消化。纤维素在人的肠道中一般不能被肠道微生物分解。
（2）半纤维素：
半纤维素（hemicellulose）是植物细胞壁中除纤维素和木质素之外的另一种重要组分，是由五碳糖和六碳糖连接起来的支链淀粉。
半纤维素比纤维素易水解，主要包括戊聚糖、木聚糖、阿拉伯木聚糖和半乳聚糖等。不同种类的半纤维素其水溶性也不同，有的可溶于水，但绝大部分不溶于水。半纤维素聚合度较低，容易吸水膨胀，在小肠内不能被消化酶水解，但可在结肠中被细菌分解。半纤维素的存在以及含量的多少对膳食纤维的理化性质、生理功能以及产品的加工性能都带来不同程度的影响；在加工过程中应尽可能地保留半纤维素。
（3）果胶：
果胶含有许多甲基化羟基的果胶酸。果胶易溶于水，具有亲水性及与离子结合的能力，包括与胆酸结合而排出一部分的胆固醇。果胶在谷类纤维中的含量较少，但在豆类及果蔬纤维中含量较高。
（4）β-葡聚糖：
β-葡聚糖（β-glucan）是燕麦和大麦细胞壁纤维中的主要成分，为葡萄糖聚合物。与纤维素相比，β-葡聚糖的葡萄糖单位间的连接是无规则的，它具有支链结构小，黏性高、可溶于水等特点。
抗性淀粉（resistant starch）和抗性糊精（resistant dextrin）是膳食纤维的重要组成部分。具有不溶于水、不可消化的特性。
（1）抗性淀粉：
目前认为有四类抗性淀粉，包括物理结构上的包埋淀粉（RS 1 ）、天然淀粉颗粒（RS 2 ）、回生直链淀粉（RS 3 ）、化学改性淀粉（RS 4 ）。RS 1 指那些因细胞壁的屏障作用或蛋白质的隔离作用而不能被淀粉酶接近的淀粉。如部分研磨的谷物和豆类中，一些淀粉被裹在细胞壁里，在水中不能充分膨胀和分散，不能被淀粉酶接近，因此不能被消化。但是在加工和咀嚼之后，往往变得可以消化；豆类是RS 1 的主要来源。RS 2 指那些天然具有抗消化性的淀粉，主要存在于生的马铃薯、香蕉和高直链玉米淀粉中。RS 3 是指糊化后在冷却或储存过程中结晶而难以被淀粉酶分解的淀粉。RS 4 主要指经过物理或化学变性后，由于淀粉分子结构的改变以及一些化学官能团的引入而产生的抗酶解淀粉部分。
（2）抗性糊精：
抗性糊精是以淀粉为原料，通过加热和酶处理制得的一种低热量葡聚糖，属于低分子水溶性膳食纤维。抗性糊精为白色到淡黄色粉末，略有甜味，其水溶液黏度很低，具有耐热、耐酸、耐冷冻的特性。
木质素（Lignin）存在于植物细胞中，不是多糖类物质，因难以与纤维素分离，故在膳食纤维的定义中包含了木质素。木质素的亲水性差，几乎不受生物化学分解。人和动物均不能消化木质素。
根据目前的分析方法所测出的膳食纤维的组分大致可以分为总膳食纤维、可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维和非淀粉多糖。
膳食纤维的分类方法主要由以下几种：一是按照其组分含量状况而言，分为纤维素类和非纤维素类（半纤维素、木质素、果胶等）两大类；二是按照化学结构和聚合度，分为非淀粉多糖（纤维素、半纤维素、果胶等）、抗性低聚糖（低聚果糖、低聚半乳糖以及其他抗性低聚糖）、抗性淀粉（包括RS 1 、RS 2 、RS 3 、RS 4 ）以及其他类如木质素等；三是按照水溶性分为可溶性膳食纤维（果胶、树胶等）和不可溶性膳食纤维（纤维素等）；四是按照食物来源分为谷物纤维、豆类纤维、蔬菜纤维、水果纤维等。
富含膳食纤维的膳食或者膳食纤维中的组分在人体内可起到降血糖、降胆固醇以及改善大肠功能等的作用。膳食纤维的生理作用与其理化性质有关。
（1）持水性：
膳食纤维化学结构中含有很多亲水基团，一般具有高于本身4～6倍重量的持水力。不同膳食纤维的持水性也不同，通常可溶性膳食纤维的持水性比不可溶性膳食纤维强，木质素持水性最小。肠道中膳食纤维的持水量与粪便的体积和重量呈正相关。
（2）溶解性：
主碳链或侧链为不规则形排列的多为可溶性膳食纤维，直线结构多为不可溶性膳食纤维。
（3）黏性：
与膳食纤维的持水性有关。果胶、树胶、β-葡聚糖等具有较好的黏性，能在消化道形成黏胶。
（4）结合有机物：
膳食纤维具有结合胆汁酸和中性胆固醇的作用，抑制人体对胆固醇的吸收。
（5）结合和交换阳离子的作用：
与多糖中的酸性糖的羧基有关。可与阳离子，尤其是有机阳离子进行可逆的交换，改变离子的瞬间浓度，并促进它们的排除。
（6）发酵特性：
膳食纤维不被人的肠道所消化，但可在结肠内被肠道内微生物不同程度地发酵分解。与谷物纤维相比，富含半纤维素和果胶的水果、蔬菜膳食纤维更容易被完全发酵。膳食纤维被酵解可产生大量短链脂肪酸，包括乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐等。
（1）减少和预防胃肠道疾病：
膳食纤维具有很强的持水能力，在胃中吸水膨胀，增加了食糜的体积，刺激胃肠道的蠕动，缩短了食物在肠道内的停滞时间，促进排便，防止便秘，减少粪便中有害物质与肠道的接触，保持肠道清洁，从而减少和预防胃肠道疾病。
（2）降低胆固醇，预防高脂血症和高血压等心脑血管疾病：
膳食纤维具有吸附胆汁酸、胆固醇等的作用，因此膳食纤维对降低人体血浆和肝脏组织中的胆固醇水平有着显著作用。在脂类代谢中，膳食纤维可以抑制或延缓胆固醇与甘油三酯在淋巴中的吸收，维持体内血脂和脂蛋白代谢的正常进行，从而预防高血压、动脉粥样硬化等。大量临床观察表明，增加饮食中可溶性膳食纤维的含量，可明显地降低人体血液中总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇的浓度，具有减少和预防心脑血管疾病的作用。
（3）影响餐后血糖和胰岛素水平，预防和辅助治疗糖尿病：
科学研究发现，膳食纤维能抑制糖尿病患者餐后血糖浓度的急剧上升和日平均血糖浓度的升高。膳食纤维能够延缓葡萄糖的吸收，推迟可消化性糖类如淀粉等的消化。此外，膳食纤维还能改善组织对胰岛素的需求量，使得胰岛素的分泌下降或提高胰岛素的敏感性，从而预防和辅助治疗糖尿病。
（4）预防有害重金属对人体的毒害作用：
膳食纤维对阳离子具有较强的结合和交换能力，可以与铅、汞等有毒有害重金属离子进行交换，而吸附在膳食纤维上的有毒有害重金属离子随粪便排出，可以有效延缓和减少有毒重金属在肠道的吸收，从而减少和预防饮食中有害物质对人体的毒害。
（5）增加饱腹感，控制体重：
膳食纤维吸水后明显膨胀，可比原有的体积和重量增加10～15倍，既增加人的饱腹感，又能减少食物中脂肪的吸收，相对控制和降低膳食摄入的总能量，避免摄入过多热量导致体内脂肪堆积，达到控制体重的目的。
（6）改善肠道菌群，维持体内的微生态平衡：
膳食纤维可改变肠道系统中微生物的组成，具有改善肠内菌群的功能。膳食纤维虽然不能被人体消化吸收，但能为肠道菌群提供发酵底物，被正常存在于人体肠道中的微生物所分解。膳食纤维可被大肠内有益菌发酵产生乙酸、乳酸等有机酸，降低肠道pH，同时诱导肠道菌群中的好气性微生物的生长，抑制厌氧菌的生长和繁殖，改善肠道菌群比例。一方面，增加肠道中有益菌群如双歧杆菌等的优势，减少有害菌活动所产生的有毒物质，防止肠道黏膜萎缩，维持肠道微生态平衡和健康。另一方面，有利于肠道有益菌合成维生素B 3 、维生素B 6 、维生素K等维生素以供人体利用。
各种谷类、豆类、坚果以及植物性食物如水果、蔬菜等均含有较为丰富的膳食纤维。蔬菜和水果中水分含量较高，因此膳食纤维含量相对较低，因此膳食中膳食纤维的主要来源是谷物。在谷类中，全谷粒和麦麸等富含膳食纤维，而精加工的谷类食品膳食纤维则含量较少。
食物中含量最多的是不可溶膳食纤维，它包括一些纤维素、木质素和一些半纤维素。谷物的麸皮、全谷粒和干豆类、干的蔬菜和坚果是不可溶膳食纤维的良好来源，而可溶性膳食纤维富含于燕麦、大麦、水果和一些豆类中。
综上所述，膳食纤维与人体健康关系密切，尤其与一些慢性非传染性疾病有关。随着生活水平的提高，食物加工精细程度和膳食模式的改变导致人们膳食纤维的摄入量趋于下降。因此，应重视膳食纤维与健康的问题，并注意改善膳食模式以达到健康化的目的。
水是维持生命必不可少的物质基础，也是人体内含量最多的成分。人不吃食物只饮水可以存活数周，但若不补充水分，5～7日便会死亡。水参与构成机体成分，约占人体组成的50%～80%。水不仅作为各种物质的溶媒参与细胞代谢，还构成细胞赖以生存的外环境。
人体内水分主要分布在细胞内和细胞外。细胞内液聚集在细胞膜内，约占人体内总水分的2/3。细胞外液又被称为体液，约占人体内总水分的1/3。细胞外液又可分为三部分：血管内液体，指动脉、静脉和微血管内的血浆；组织间液，指血液以外存在于细胞间隙中的液体；其他液体，如淋巴、脑脊液等有特殊作用的液体。水在人体内各组织器官的分布差别较大，其中以血液最多，具体分布见表2-11。
表2-11 各组织器官的含水量（以重量计）
蛋白质胶体中的水直接参与构成细胞与组织，这种结合水使组织呈溶胶状态才能进行正常代谢。人体内水分含量可因性别、年龄和身材的胖瘦而存在明显的个体差异：
（1）性别：
男性体内含水量多于女性，成年男性总体水约为体重的60%，而女性则为50%～55%。
（2）年龄：
人体内含水量随年龄增长而逐渐降低，新生儿总体水最多，约占其体重的70%～75%；随后逐渐减少至正常成人水平，60岁以上男性总体水为体重的51.5%，女性为45.5%。
（3）体型：
由于肌肉组织的含水量高于脂肪组织，所以肥胖者往往相对于匀称身材者体内含水量少。
水是良好的溶剂，具有很强的溶解性，电解力也较大，能促进电解质的解离。因此，水是体内各种生化反应中不可缺少的介质，营养物质的吸收、转运以及代谢废物的排出都需要溶解在水中才能顺利进行。
水的比热容高，热容量大，当机体产热增加或减少时不会引起体温的巨大波动。与此同时，水具有很高的蒸发热，当气温升高或剧烈运动导致身体产热过多时，汗液的少量蒸发即可散发大量的热，对体温的稳定发挥着重要作用。
水以体液的形式在机体中起着润滑作用，可以减少体内脏器的摩擦，防止损伤，使各器官可以灵活地运动。如泪液可以防止眼球干燥，唾液、消化液有利于吞咽和肠胃的消化，关节腔内的润滑液有助于关节活动等。
在正常情况下，水经由皮肤、呼吸道以及尿和粪便的形式排出体外，应补充相当数量的水，才能维持动态平衡，也就是说水的摄入量和排出量应基本保持相等，称为“水平衡”。水的摄入和排出大约维持在2500ml/d，具体见表2-12。
表2-12 一般成年人每天水的平衡量
体内水的平衡受口渴中枢、垂体后叶分泌的抗利尿激素以及肾脏调节。体内水的含量取决于水的摄入量与排出量的平衡情况，水摄入量的控制主要根据渴觉，而排出量的控制主要取决于血浆中抗利尿激素的浓度，即通过抗利尿激素来调节尿量的多少。当人饮水不足体内失水过多或吃的食物过咸时就会引起细胞外液渗透压升高，刺激下丘脑渗透压感受器，一方面产生兴奋并传至大脑皮层，通过产生渴觉直接调节水的摄入；另一方面刺激由下丘脑神经细胞分泌并由垂体后叶释放的抗利尿激素增加，促进肾小管和集合管对水的重吸收。
水摄入不足或丢失过多，便会引起机体内失水，从而给人体健康造成危害。当机体失水量为体重的2%左右时，是以细胞外液和间液水分丢失为主，此时下丘脑的口渴中枢受到刺激，出现意识性摄水需求，出现尿少及尿钾丢失量增加；如果失水达到体重的10%及以上时（为严重脱水），会使心血管、呼吸和体温调节系统受到损伤，可出现烦躁、眼球内陷、皮肤失去弹性、体温增高、脉搏细弱、血压下降、面色苍白、四肢冰冷、眩晕、头痛、行走困难；当失水超过体重的20%时，就会引起狂躁，虚脱，昏迷，导致死亡。由此可见，失水给人的威胁往往更甚于饥饿，人在疲劳、负伤等情况下，首先需要的是水。根据水与电解质丧失比例的不同，可分为以下三种类型：
（1）高渗性脱水：
以水分丢失为主，电解质丢失相对较少。多见于饮水不足，如高温作业大量出汗，或病人的非显性失水仍在进行，从而使水排出量增多。
（2）等渗性脱水：
水和电解质按比例丢失，体液渗透压不发生改变，是临床上较为常见的一种类型。常见于呕吐和腹泻等丧失消化液的时候，此时患者体液电解质浓度无改变。
（3）低渗性脱水：
以电解质丢失为主，与水相比，电解质的丢失较多。多由丢失体液时，只补充水而不补充电解质而引起，如胃肠道消化液的丧失（腹泻、呕吐等）以及大量出汗情况下，仅补充水分而没有补充从消化液和汗液中所丧失的电解质。
如果摄入水的量超过机体排出水的能力，就会导致体内水过量甚至引起水中毒。水的摄入和排出均受神经系统的控制，水排出经肾、肺、皮肤及肠等多种途径调节，正常人一般不会发生水中毒。在水分和电解质损失的情况下，如手术、外伤或患有某种疾病（肾、肝、心脏疾病等），给病人补充大量水分且补水方法不当时会发生水中毒。水过量时，可因脑细胞肿胀、脑组织水肿、颅内压增加而引起头痛、恶心、呕吐、记忆力减退、举止异常，甚至可产生渐进性精神迟钝，恍惚、昏迷、警觉等症状，严重者可导致死亡。
人体所需要的水主要来源于三个方面：液态食物、固态食物和代谢水。
（1）液态食物：
包括饮用水及各类饮料、茶水、汤汁等，是人体水的重要来源。正常环境温度下，人每日通过饮水摄入约1400ml水。但当天气炎热或剧烈运动时汗液大量蒸发，人体需大量补水，日需饮水量可上升至5000ml。
（2）固态食物：
各种固态食物中也都含有一定比例的水。每日来源于固态食物的水约为800ml，占人体需水量的30%左右。
（3）代谢水：
指蛋白质、脂肪、碳水化合物在体内氧化分解时产生的水。在体内氧化时，1g蛋白质产生0.4ml水，1g脂肪产生1.1ml水，1g碳水化合物产生0.6ml水，混合膳食每天产水约300ml。
人体对水的需要量主要受年龄、体力活动、外界环境温度等因素的影响，故其变化很大。成人每消耗4.184kJ能量，需要1ml水，同时考虑到活动、汗液蒸发以及溶质负荷的变化，水的需要量可增值1.5ml/4.184kJ。因此，《中国居民膳食指南（2016）》推荐，轻体力活动的成年人在一般情况下每人每天至少饮水1500～1700ml（约7～8杯）。体力活动水平较高和（或）暴露于特殊环境下的个体，其需水量应适当增加。
饮水不足或过多都会对人体健康造成不利影响。膳食中的水分大约占1/3，推荐一天中饮水和整体膳食（包括食物中的水，如汤、粥、奶等）水摄入共计2700～3000ml之间。
目前，我国居民的饮用水主要有自来水、纯净水、人造矿化水、矿泉水和天然水。
（1）自来水直接取自天然水源，随后经过一系列的加工处理、净化消毒后再输入到各居民家中，是我国目前最为普遍的生活饮用水。
（2）白开水是最符合人体需要的饮用水，具有很多优点：首先，自来水煮沸后，既能达到清洁、无菌的目的，又能使水的硬度降低，同时还能保持原水中某些有益的矿物质。其次，白开水廉价易得，安全卫生，方便饮用，因此是满足人体健康、最经济实惠的首选饮用水。
（3）纯净水指的是不含杂质的H 2 O，简称净水或纯水。纯净水一般来源于城市自来水，但是在把有害物质过滤的同时，也损失了钾、钙、镁、铁、锌等人体所需的矿物元素。
（4）饮用矿物质水是通过人工添加矿物质来改善水的矿物质含量。这样的水虽然增加了纯净水中部分矿物元素的含量，但是添加的矿物质能在何种程度上被人体吸收、利用以及对人体健康是否有副作用还有待进一步研究。
（5）矿泉水是指从地下深处自然涌出或人工开采所得到的未受污染的天然地下水，经过过滤、灭菌、灌装而成。矿泉水含有一定的矿物盐，其中的矿化物多呈离子状态，容易被人体吸收。
世界卫生组织（WHO）根据对世界长寿地区的大量调查结果，提出优质饮用水的6条标准是：
（1）水中不含细菌、杂质、有机物、重金属等，是无公害的水。
（2）水中含有适当比例的矿物质及微量元素，且呈离子状态存在，适合人吸收。
（3）pH值呈弱碱性，能中和人体内多余酸素。
（4）小分子集团水，渗透力强，溶解性好。
（5）负电位，能消除人体内多余自由基。
（6）含有适量的氧（5mg/L左右）。
饮水首选优质的白开水和矿泉水，其次天然的果汁和蔬菜汁、纯净水和淡化海水。经常适量饮茶对人体健康有益。不能喝污染水、生水、老化水、千滚水、蒸锅水、重新煮开的水。杜绝开水的重复利用，重复煮沸。饮料不宜大量饮用。饮料中大都含有甜味剂、色素、香精和防腐剂等添加剂。饮料也不能送服药物。
一般人每天喝8杯水，达到1500～1700ml。一次性大量饮水会加重肠胃负担，导致胃液稀释，影响消化功能。
当人感到口渴时，此时即机体已经处于缺水状态了，经常等到口渴才喝水是不利于身体健康的。饮水方式应是少量多次，分配在一天中的任何时间，每次适宜饮水量为200ml左右（大约为1杯水）。
最佳的水温为18～45℃。温开水不但利于吸收，还能更快止渴。温开水对人刺激小而且有利于提高酶的活性。冬天以喝温热的水为宜。老年人和小孩最好是饮用温开水。
早晨起床后可空腹喝一杯水，因为睡眠时的隐性出汗和尿液分泌会导致水分的丢失，起床后虽然没有口渴的感觉，但体内的血液仍会因为缺水而黏稠度增大。睡觉前也可喝一杯水，有利于预防夜间血液黏稠度增大。其他日常时间饮水量应均匀分布。运动时由于机体水分丢失加快，如果不及时补充可引起饮水不足，运动后，应根据需要及时补充足量的饮水。
（成 果）