蛋白质是人体必需的宏量营养素，对于维持生命活动、促进生长发育和修复组织具有至关重要的作用。然而，并非所有蛋白质的营养价值都相同。评价蛋白质的营养价值是一个多维度的过程，涉及蛋白质在体内的消化、吸收、利用效率等多个环节。在营养学中，我们通常使用一系列科学指标来综合评估蛋白质的质量。这些指标包括蛋白质的消化率（Digestibility）、氨基酸评分（Amino Acid Score, AAS）、生物价（Biological Value, BV）、蛋白质功效比值（Protein Efficiency Ratio, PER）和净蛋白质利用率（Net Protein Utilization, NPU）。本文将详细阐述这五个核心指标的定义、计算方法、实际意义及其局限性，并通过实例进行说明。

一、 蛋白质的消化率 (Protein Digestibility)

1. 定义与核心概念

蛋白质的消化率是指摄入的蛋白质在小肠内被消化酶分解并吸收进入血液的比例。它是评价蛋白质营养价值的第一步，也是最基本的前提。如果蛋白质不能被有效消化和吸收，无论其氨基酸组成多么完美，都无法被身体利用。消化率通常用百分比表示。

2. 计算公式

蛋白质的消化率可以根据不同的测定方法分为真消化率（True Digestibility, TD）和表观消化率（Apparent Digestibility, AD）。

  • 表观消化率 (AD): $\( AD (\%) = \frac{I - (F - F_k)}{I} \times 100 \)$ 其中：

    • I = 摄入的氮量 (Ingested Nitrogen)
    • F = 粪便中排出的氮量 (Fecal Nitrogen)
    • F_k = 代谢性氮量 (Metabolic Nitrogen)，指来自消化道分泌物、脱落细胞和肠道微生物的氮，通常在无氮饮食下测定。

    表观消化率未校正粪便中的内源性氮，因此数值通常偏低。

  • 真消化率 (TD): $\( TD (\%) = \frac{I - (F - F_k)}{I} \times 100 \)$ （公式形式与AD相同，但F_k的测定方法和应用场景不同，更准确地反映了外源蛋白质的消化情况）。

3. 实际意义与影响因素

  • 意义: 消化率直接决定了有多少蛋白质能进入体内进行下一步的代谢。例如，一个消化率仅为50%的蛋白质，即使其氨基酸评分很高，其实际利用价值也会大打折扣。
  • 影响因素:
    • 食物来源: 动物性蛋白（如乳、蛋、肉）的消化率通常较高（90%-97%），而植物性蛋白（如豆类、谷物）的消化率相对较低（70%-85%），部分原因是植物细胞壁和抗营养因子的存在。
    • 加工方式: 加热、发酵等加工可以提高蛋白质的消化率（如大豆中的胰蛋白酶抑制剂在加热后失活）。
    • 膳食纤维: 过高的膳食纤维可能干扰蛋白质的消化，降低消化率。

4. 实例说明

假设某人摄入了10克氮（相当于62.5克蛋白质），收集的粪便中测得总氮为1.5克，其中代谢性氮（F_k）为0.2克。

  • 表观消化率: (10 - 1.5) / 10 = 85%
  • 真消化率: (10 - (1.5 - 0.2)) / 10 = (10 - 1.3) / 10 = 87% 这说明，摄入的蛋白质中有87%被真正消化吸收了。

二、 氨基酸评分 (Amino Acid Score, AAS)

1. 定义与核心概念

氨基酸评分，也称为蛋白质化学评分（Chemical Score），是评价蛋白质质量最常用的指标之一。它通过比较待测蛋白质中每种必需氨基酸（EAA）的含量与参考蛋白质（通常是人体必需氨基酸需要量模式）中相应氨基酸的含量，来确定该蛋白质的限制性氨基酸及其缺乏程度。

2. 计算公式

\[ AAS = \frac{1克待测蛋白质中某种必需氨基酸的含量（mg）}{1克参考蛋白质中同种必需氨基酸的含量（mg）} \times 100 \]

  • 参考模式: 目前广泛使用的参考模式是WHO/FAO提出的“氨基酸评分模式”（Amino Acid Scoring Pattern），针对不同年龄段的人群有不同的标准。例如，对于2-5岁儿童，其模式与成人不同。
  • 限制性氨基酸: 分数最低的那种必需氨基酸被称为“第一限制性氨基酸”，它决定了整个蛋白质的营养价值。

3. 实际意义与局限性

  • 意义: AAS指出了蛋白质在氨基酸组成上的短板。如果某种必需氨基酸得分低于100，说明该蛋白质无法满足人体对该氨基酸的需求，必须通过其他食物补充。
  • 局限性: AAS仅基于化学分析，未考虑消化率和氨基酸的生物利用率。例如，某种植物蛋白的赖氨酸含量可能符合标准，但如果其含有抗赖氨酸吸收的因子，实际的AAS效果会打折扣。

4. 实例说明

我们来比较鸡蛋蛋白和大米蛋白的氨基酸评分（以成人模式为例，假设色氨酸为100mg/g蛋白）。

  • 鸡蛋蛋白: 含有色氨酸 120 mg/g蛋白。 $\( AAS = \frac{120}{100} \times 100 = 120 \)$ （大于100通常记为100，说明鸡蛋蛋白的氨基酸组成非常均衡，无限制性氨基酸）。

  • 大米蛋白: 含有色氨酸 80 mg/g蛋白，赖氨酸 35 mg/g蛋白（参考模式赖氨酸为58 mg/g蛋白）。

    • 色氨酸得分: 80⁄100 = 80
    • 赖氨酸得分: 35⁄58 ≈ 60
    • 结论: 大米蛋白的AAS为60，其第一限制性氨基酸是赖氨酸。这就是为什么提倡谷豆搭配（如米饭配豆类），因为豆类富含赖氨酸，可以弥补谷物的不足。

三、 生物价 (Biological Value, BV)

1. 定义与核心概念

生物价（BV）是一个衡量蛋白质被吸收后，在体内保留和利用效率的指标。它反映了蛋白质在消化吸收后，有多少氮被保留在体内用于合成自身组织，而不是被分解代谢排出体外。

2. 计算公式

\[ BV = \frac{保留在体内的氮量}{被吸收的氮量} \times 100 \]

\[ 保留在体内的氮量 = 摄入氮 - (粪便氮 - 代谢性氮) - (尿氮 - 内源性尿氮) \]

  • 内源性尿氮: 指体内蛋白质代谢产生的废物（如尿素），即使不摄入蛋白质也会产生。
  • BV值范围: 通常在0-100之间，极少数情况下（如生长发育期的婴幼儿）可能超过100。

3. 实际意义与影响因素

  • 意义: BV越高，说明蛋白质被吸收后用于构建身体组织的效率越高，浪费越少。
  • 影响因素:
    • 蛋白质质量: 氨基酸组成越接近人体需要，BV越高。
    • 能量摄入: 如果能量摄入不足（如饥饿或节食），身体会分解蛋白质供能，导致BV降低。
    • 生理状态: 生长发育期、疾病恢复期的人群对蛋白质的利用率高，BV相对较高。

4. 实例说明

  • 鸡蛋蛋白: BV约为94-97。这意味着每吸收100克鸡蛋蛋白，约有94-97克被身体保留利用。
  • 全牛奶: BV约为91。
  • 牛肉: BV约为80。
  • 大豆蛋白: BV约为73。
  • 玉米蛋白: BV约为60。 这解释了为什么在增肌或康复饮食中，首选鸡蛋和乳清蛋白，因为它们的BV极高，能最大化肌肉合成。

四、 蛋白质功效比值 (Protein Efficiency Ratio, PER)

1. 定义与核心概念

蛋白质功效比值（PER）是评价蛋白质促进生长效果的指标。它主要通过动物实验来测定，观察单位重量的蛋白质对实验动物（通常是幼鼠）体重增长的贡献。

2. 计算公式

\[ PER = \frac{实验期间动物体重的增加量（g）}{实验期间摄入的蛋白质重量（g）} \]

3. 实际意义与局限性

  • 意义: PER是一个非常直观的指标，直接反映了蛋白质的“生长促进能力”。对于儿童、孕妇、运动员等需要合成代谢的人群，PER高的蛋白质更有价值。
  • 局限性:
    • 动物实验: 结果不能完全直接推导至人类。
    • 仅关注生长: 它只测量体重增加，不考虑脂肪增加或维持体重的能力。
    • 参考值: 酪蛋白（一种牛奶蛋白）的PER通常被设为标准值2.5。如果某蛋白质PER为2.5，说明其与酪蛋白促生长效果相当。

4. 实例说明

  • 酪蛋白: PER = 2.5（基准）。
  • 鸡蛋蛋白: PER ≈ 3.8 - 4.0。说明鸡蛋蛋白促进体重增长的效果比酪蛋白好得多。
  • 明胶: PER ≈ 0。因为明胶严重缺乏色氨酸和色氨酸，虽然它是蛋白质，但无法支持生长。
  • 大豆蛋白: PER ≈ 2.0 - 2.2。虽然低于鸡蛋，但也是良好的植物蛋白来源。

五、 净蛋白质利用率 (Net Protein Utilization, NPU)

1. 定义与核心概念

净蛋白质利用率（NPU）是将蛋白质的消化率和生物价结合起来的指标。它表示摄入的蛋白质最终有多少被身体实际保留。这是评价蛋白质营养价值最全面的指标之一。

2. 计算公式

\[ NPU = TD \times BV \times 0.01 \]

或者直接定义为： $\( NPU = \frac{保留在体内的氮量}{摄入的总氮量} \times 100 \)$

3. 实际意义

  • 意义: NPU同时考虑了“能不能消化”（消化率）和“消化后能不能利用”（生物价）两个方面。因此，它能最真实地反映食物蛋白质在实际饮食中的营养价值。
  • 应用: 在制定膳食计划或评价不同食物蛋白质质量时，NPU是一个非常关键的综合数据。

4. 实例说明

让我们对比全鸡蛋和全大豆：

  • 全鸡蛋:

    • 消化率 (TD) ≈ 97%
    • 生物价 (BV) ≈ 94
    • NPU = 0.97 × 94 = 91
    • 解读：吃100克鸡蛋蛋白，约有91克被身体保留。

  • 全大豆:

    • 消化率 (TD) ≈ 86%
    • 生物价 (BV) ≈ 73
    • NPU = 0.86 × 73 = 63
    • 解读：吃100克大豆蛋白，约有63克被身体保留。

  • 互补作用: 如果我们将大米（NPU较低，约60）与大豆（NPU约63）混合食用，由于氨基酸互补，混合蛋白质的BV会提高，从而使得混合膳食的NPU显著提升，接近肉类水平。

六、 综合比较与总结

为了更清晰地理解这五个指标的关系，我们可以通过下表进行总结：

指标名称 英文缩写 核心关注点 计算基础 优缺点
消化率 TD 蛋白质能否被吸收 粪便氮 基础指标，但不反映体内利用。
氨基酸评分 AAS 氨基酸组成是否平衡 化学分析 简单快速，但忽略消化率和生物利用率。
生物价 BV 吸收后的保留效率 吸收氮 反映体内代谢效率，但忽略了消化率。
功效比值 PER 促进生长的能力 体重增加 直观反映生长，但仅限动物实验且不全面。
净蛋白质利用率 NPU 摄入后的最终保留率 摄入氮 最全面，结合了消化率和生物价。

结论

评价蛋白质的营养价值不能仅看单一指标。

  1. 消化率是基础，决定了蛋白质能否被利用。
  2. 氨基酸评分指出了蛋白质的结构缺陷（限制性氨基酸）。
  3. 生物价和净蛋白质利用率反映了蛋白质在体内的代谢效率，其中NPU最为综合。
  4. 功效比值则侧重于生长促进作用。

在实际生活中，我们不需要精确计算每种食物的这些指标。最重要的是理解蛋白质互补的原理：通过混合食用不同来源的蛋白质（如谷物+豆类，肉类+蔬菜），弥补各自的氨基酸短板，从而提高整体膳食蛋白质的利用率（即提高混合蛋白质的BV和NPU），达到最佳的营养效果。