Human nutrition

學習筆記：B7 人類營養 (Co-ordinated Sciences 0654)

哈囉各位未來的科學家！這一章的主題是你的身體如何攝取、處理並利用你所吃的食物。營養是生命的基石，為你跑跳、學習和成長提供所需的能量，讓我們一起深入探索食物在你體內這段迷人的旅程吧！

B7.1 均衡飲食的重要性

什麼是均衡飲食？

均衡飲食 (Balanced diet) 是指能夠提供身體維持健康所需的所有營養素，且分量和比例都恰到好處的飲食。想像一下這就像是調校一輛汽車——它需要精確數量的燃料、機油和冷卻液才能完美運行。

如果你的飲食不均衡（某些營養素攝取過多或過少），你就可能患上營養不良 (Malnutrition)。

主要飲食來源與重要性（七大營養素）

我們將營養素分為七大類。你需要知道它們的主要來源以及為什麼它們如此重要：

1. 碳水化合物 (Carbohydrates)

• 來源： 穀物（米、小麥）、薯仔、麵包、意粉、糖。
• 重要性： 它們是身體主要的能量來源（呼吸作用的燃料）。

2. 脂肪與油類 (Fats and Oils / Lipids)

• 來源： 牛油、食油、堅果、肉類、芝士。
• 重要性： 提供高濃度的能量儲備，並能保持體溫及保護重要器官。它們也有助於吸收某些維生素。

3. 蛋白質 (Proteins)

• 來源： 肉類、魚類、雞蛋、乳製品、豆類。
• 重要性： 對於組織（如肌肉、頭髮和皮膚）的生長和修復至關重要。它們也被用於製造酶和某些激素。

4. 維生素 (Vitamins)（微量調節者）

身體需要少量維生素來維持正常功能。我們重點關注兩種特定維生素：

• 維生素 C (Vitamin C)（抗壞血酸）：
  • 來源： 柑橘類水果、新鮮蔬菜。
  • 重要性： 維持健康組織（特別是牙齦）的必要成分，並有助於抵抗感染。
• 維生素 D (Vitamin D)：
  • 來源： 多脂魚類、雞蛋，並在皮膚接觸陽光時產生。
  • 重要性： 對於吸收鈣和磷至關重要，有助於骨骼和牙齒健康。

你知道嗎？與碳水化合物、脂肪和蛋白質不同，維生素和礦物質不能直接提供能量，但它們對於從其他食物中釋放能量至關重要！

5. 礦物質離子 (Mineral Ions)（化學幫手）

這些是身體少量需要的無機物質。我們重點關注兩種：

• 鈣 (Calcium, Ca²⁺)：
  • 來源： 牛奶、芝士、深綠色葉菜。
  • 重要性： 構建強壯的骨骼和牙齒，並對血液凝固和肌肉收縮不可或缺。
• 鐵 (Iron, Fe²⁺)：
  • 來源： 紅肉、肝臟、深綠色蔬菜。
  • 重要性： 製造血紅蛋白 (Haemoglobin) 所必需的成分，這是一種血液中的紅色色素，負責運輸氧氣。

6. 膳食纖維 (Fibre / Roughage)

• 來源： 全麥麵包、水果和蔬菜的皮、穀物。
• 重要性： 為食物提供體積（粗糙物），幫助腸道肌肉推動食物（蠕動）。這能預防便秘。纖維大部分是不會被消化的。

7. 水 (Water)

• 來源： 飲料、水果、蔬菜。
• 重要性： 體內所有化學反應的重要溶劑，同時是運輸媒介（血液），對體溫調節亦至關重要。

常見的營養缺乏病

• 壞血病 (Scurvy)： 由缺乏維生素 C 引起。症狀包括牙齦出血、疲倦和傷口癒合緩慢。
• 佝僂病 (Rickets)： 由缺乏維生素 D 或鈣引起。症狀包括骨骼軟弱，導致骨骼畸形（特別是羅圈腿）。

B7.2 人類消化系統

食物處理的五個階段

消化系統透過五個主要步驟處理食物：

1. 攝食 (Ingestion)： 將物質（如食物和飲料）放入體內，通常是透過口腔。
2. 消化 (Digestion)： 將大且不溶的食物分子分解成小且可溶的分子。這透過物理方式（咀嚼、攪拌）和化學方式（酶的作用）進行。
3. 吸收 (Absorption)： 小且可溶的營養分子從腸道進入血液的過程。
4. 同化 (Assimilation)： 身體細胞攝取並利用被吸收的營養素。例如，葡萄糖被肌肉細胞攝取用於呼吸作用。
5. 排遺 (Egestion)： 將未消化的食物（糞便）從肛門排出體外。（注意：這不是排泄 (Excretion)，排泄是指移除代謝廢物。）

階段記憶法： I Dip And Act Eventually（Ingestion, Digestion, Absorption, Assimilation, Egestion）

消化系統的主要器官

1. 消化道 (Alimentary Canal)

這是食物通過的長管道：

• 口腔： 攝食和物理消化（咀嚼）。
• 食道： 通過蠕動將食物從口腔推向胃的肌肉管道。
• 胃： 用於攪拌（物理消化）和蛋白質化學消化的肌肉囊。
• 小腸： 化學消化和吸收的主要場所。分為兩部分：
  • 十二指腸 (Duodenum)： 大多數化學消化發生的位置。
  • 迴腸 (Ileum)： 由於表面積大，大多數吸收發生的位置。
• 大腸： 主要用於吸收水分和礦物質離子。包括：
  • 結腸 (Colon)： 水分吸收。
  • 直腸 (Rectum)： 暫時儲存糞便。
  • 肛門 (Anus)： 排遺的出口。

2. 輔助器官（幫手）

這些器官分泌消化所需的物質，但食物不會經過它們：

• 唾腺： 分泌含有澱粉酶的唾液到口腔。
• 胰臟： 分泌胰液（含澱粉酶、蛋白酶和脂肪酶）到十二指腸。
• 肝臟： 製造膽汁。
• 膽囊： 在釋放到十二指腸之前儲存膽汁。

B7.3 消化（分解過程）

物理消化 vs. 化學消化

1. 物理消化 (Physical/Mechanical Digestion)

• 定義： 將食物分解成較小的碎塊，但不改變食物分子的化學結構。
• 例子： 咀嚼（口腔）、攪拌（胃）。
• 作用： 物理消化增加了食物的表面積，使其能更容易、更快速地與消化酶接觸。

2. 化學消化 (Chemical Digestion)

• 定義： 利用消化酶將大且不溶的分子（如澱粉、蛋白質）分解成小且可溶的分子（如葡萄糖、氨基酸）。
• 作用： 這個過程至關重要，因為大分子無法穿過腸壁進入血液。化學消化產生的可溶性小分子才能被吸收。

酶：生物切割機

酶是蛋白質分子，作為生物催化劑，加快消化過程中的特定分解反應。

關鍵消化酶的功能

酶的作用位置

• 澱粉酶： 由唾腺分泌（作用於口腔/食道）及由胰臟分泌（作用於小腸）。
• 蛋白酶： 由胃壁和胰臟分泌（分別作用於胃和小腸）。
• 脂肪酶： 由胰臟分泌（作用於小腸）。

鹽酸和膽汁的作用

胃內的鹽酸 (HCl)

胃液含有強力的鹽酸 (HCl)，主要有兩個功能：

1. 殺死有害微生物： 低酸性 pH 值（約 1.5–3.5）能殺死大部分隨食物攝入的細菌和病原體，保護身體免受疾病侵害。
2. 為蛋白酶提供最佳 pH 值： 它為胃內蛋白酶（如胃蛋白酶）提供有效工作的酸性環境。如果 pH 值為中性，胃蛋白酶將失去活性。

膽汁（由肝臟產生，儲存於膽囊）

膽汁是一種鹼性混合物，從膽囊進入十二指腸，發揮兩個關鍵作用：

1. 中和作用： 它能中和從胃進入十二指腸的酸性食糜。這種中和作用為胰臟酶（澱粉酶、蛋白酶、脂肪酶）在小腸中發揮最佳功能提供了合適的鹼性 pH 環境。
2. 乳化作用： 膽汁能將大脂肪滴物理分解成微小的脂肪滴（這過程稱為乳化作用）。這極大地增加了脂肪的表面積，使脂肪酶更容易進行化學消化。