本书为“新工科·食品科学与工程类融合创新型系列教材”之一。在内容上体现多学科的交叉融合，在编写理念上注重科教产的深度融合。全书首先介绍了食品营养学知识，包括基本营养素的分类与功能、消化与吸收、营养健康作用等，在此基础上引出精准营养的概念与范畴，介绍了不同生命周期、疾病状态和运动人群的精准营养，并引入个性化制造、靶向递送、营养组学等新技术，从食品学科发展前沿与学科交叉融合的角度构建食品精准营养知识体系。全书章后配有思维导图，方便读者知识整合，梳理思路。同时，本书配套精美课件，可供相关授课教师参考。

目录
总序
前言
第一章 绪论 1
第一节 食品营养学的发展历程 1
一、国际食品营养学的发展历程 1
二、我国食品营养学的发展历程 1
第二节 食品营养学的发展方向与重要进展 2
一、食品营养成分分析 2
二、 食品成分健康效应及作用机制研究 .2
三、食品营养与疾病的关系 3
四、食品营养与加工技术 3
第三节 未来的食品营养问题 3
一、保障营养供给 4
二、健康诉求升级 4
三、个性化需求凸显 5
第二章 碳水化合物 7
第一节 碳水化合物的分类与功能 7
一、自然界中碳水化合物的存在形式 7
二、碳水化合物的功能 12
第二节 碳水化合物的消化与吸收 14
一、碳水化合物的消化 14
二、碳水化合物的吸收 15
三、 血糖浓度的恒定控制、血糖生成指数与血糖负荷 16
第三节 碳水化合物与营养健康 18
一、碳水化合物与生长发育 18
二、碳水化合物与疾病预防 19
三、碳水化合物与疾病治疗 21
四、碳水化合物与术前口服 22
第三章 脂类 26
第一节 脂类的分类与功能 26
一、脂类的分类 27
二、脂类的功能 28
第二节 脂类的消化与吸收 30
一、脂肪的消化与吸收 30
二、类脂的消化与吸收 31
三、脂类运输 32
第三节 脂类与营养健康 33
一、脂类的营养性评价指标 33
二、常用油脂的营养评价 34
三、 脂类缺乏和过量摄入对人体健康的影响 35
四、高脂饮食与人体健康 36
五、脂肪酸与人体健康 37
六、反式脂肪酸的危害 37
第四章 蛋白质 41
第一节 蛋白质和氨基酸的分类与功能 41
一、蛋白质的分类与功能 41
二、氨基酸的分类与功能 43
第二节 蛋白质的消化与吸收 44
一、蛋白质的消化 44
二、蛋白质的吸收 45
三、氮平衡作用 45
四、蛋白质的营养评价 46
第三节 蛋白质与营养健康 49
一、蛋白质的营养价值 49
二、蛋白质营养不良 52
第五章 维生素 55
第一节 脂溶性维生素 55
一、维生素A 55
二、维生素D 57
三、维生素E 59
四、维生素K 61
第二节 水溶性维生素 62
一、维生素B1 62
二、维生素B2 64
三、维生素B3 65
四、维生素B6 66
五、维生素B9 68
六、维生素B12 68
七、其他B族维生素 69
八、维生素C 71
第六章 矿物质 75
第一节 矿物质的分类与生理功能 75
一、矿物质的分类 75
二、矿物质的生理功能 75
第二节 矿物质的吸收与利用 79
一、钙的吸收与利用 79
二、磷的吸收与利用 79
三、钠的吸收与利用 80
四、钾的吸收与利用 80
五、氯的吸收与利用 81
六、镁的吸收与利用 81
七、铁的吸收与利用 82
八、锌的吸收与利用 82
九、硒的吸收与利用 82
十、碘的吸收与利用 83
十一、氟的吸收与利用 84
十二、锰的吸收与利用 85
第三节 矿物质与营养健康 85
一、钙与营养健康 85
二、磷与营养健康 86
三、钠与营养健康 87
四、钾与营养健康 88
五、氯与营养健康 88
六、镁与营养健康 88
七、铁与营养健康 89
八、锌与营养健康 90
九、硒与营养健康 90
十、碘与营养健康 90
十一、氟与营养健康 91
十二、锰与营养健康 92
第七章 水 95
第一节 水的分类与功能 95
一、水的分类 95
二、水的功能 97
第二节 水的营养与健康作用 99
一、水在体内的分布 99
二、水的营养作用 100
三、机体对水的调节机制 100
四、人体内的水平衡 101
五、水的健康作用 102
第八章 精准营养 105
第一节 精准营养的定义与理论基础 105
一、精准营养的定义 105
二、精准营养的理论基础 106
第二节 精准营养的功能与作用 108
一、 精准营养对患有遗传疾病人群的功能与作用 109
二、 精准营养对患有慢性病人群的功能与作用 110
三、 精准营养对健康人群的功能与作用 111
第三节 精准营养的研究内容 112
一、大数据的构建 112
二、营养干预策略的设计 114
三、精准监测与数据分析 114
第四节 精准营养的维度划分 116
一、分层营养 116
二、个性化营养 118
三、定向基因型指导的营养 119
第九章 生命周期的精准营养 124
第一节 婴幼儿精准营养 124
一、婴幼儿的生长发育特点 124
二、婴幼儿的营养需求 125
三、婴幼儿常见营养问题及预防 127
四、婴幼儿膳食指南 128
第二节 儿童精准营养 130
一、儿童时期的生长发育特点 130
二、儿童时期的营养需求 130
三、儿童常见营养问题及预防 133
四、儿童膳食指南 134
第三节 孕妇精准营养 135
一、孕妇的生理特点 135
二、孕妇的营养需求 136
三、 孕妇常见营养问题及膳食营养建议 138
四、孕妇膳食指南 140
第四节 乳母精准营养 141
一、乳母的生理特点 141
二、乳母的营养需求 141
三、乳母常见营养问题及预防 143
四、乳母膳食指南 143
第五节 老年人精准营养 144
一、老年人的生理特点 144
二、老年人的营养需求 145
三、老年人常见营养问题及预防 146
四、老年人膳食指南 148
第十章 疾病状态的精准营养 153
第一节 代谢性疾病的精准营养 153
一、糖尿病 153
二、肥胖 164
三、痛风 170
第二节 肿瘤患者的精准营养 174
一、概述 174
二、营养与肿瘤 175
三、恶性肿瘤营养不良的代谢特点 178
四、恶性肿瘤的营养治疗 179
第三节 围手术期患者的精准营养 181
一、围手术期患者概述 181
二、围手术期患者的营养代谢特点 181
三、围手术期患者的营养治疗 182
四、围手术期患者的免疫营养治疗 184
第十一章 运动人群与精准营养 189
第一节 运动人群与精准营养概述 189
一、精准营养与运动的关系 189
二、精准营养对运动人群的作用 190
第二节 营养素与运动的关系 190
一、糖类与运动 190
二、脂质与运动 191
三、蛋白质与运动 193
四、矿物质与运动 194
五、维生素与运动 194
六、水与运动 194
七、膳食纤维与运动 195
第三节 能量与运动的关系 195
一、能量概论 195
二、能量单位 195
三、 运动供能的营养素及其能量系数 196
四、运动的供能体系 196
五、 运动的热能代谢特点、能量需要量的推算及测定方法 198
六、能量营养对运动能力的影响 201
第四节 运动员的营养需求 203
一、运动员的合理营养 203
二、运动员不同情况下的营养需求 205
三、不同群体运动员的营养需求 207
第十二章 精准营养与个性化制造 214
第一节 食品营养组分在热加工过程中的变化及相互作用 214
一、 食品营养组分在热加工过程中的变化 214
二、 主要食品营养组分在热加工过程中的相互作用 217
第二节 食品加工对营养组分消化吸收的影响 221
一、 热加工对主要食品营养组分消化性的影响 221
二、 热加工对主要食品营养组分发酵特性的影响 225
第三节 热加工对食品体系营养特性的影响 227
一、 热加工对谷物类食品营养特性的影响 227
二、 热加工对豆类食品营养特性的影响 229
三、 热加工对肉、蛋、奶食品营养特性的影响 229
四、 热加工对果蔬类食品营养特性的影响 231
第四节 食品智能制造 231
一、食品智能制造概述 231
二、食品智能制造与精准营养 233
第十三章 食品功能因子靶向递送与精准营养 239
第一节 食品功能因子的稳态化靶向递送 239
一、食品功能因子 239
二、食品功能因子与精准营养 239
三、 食品功能因子稳态化、靶向递送与响应性释放 239
第二节 食品功能因子靶向载体设计与营养递送 240
一、靶向载体的设计 240
二、载体的类型 242
第三节 食品功能因子对精准营养的促进作用 244
一、在精准干预结肠炎方面的应用 244
二、 在精准干预非酒精性脂肪性肝病方面的应用 245
三、在精准干预肥胖方面的应用 246
四、 在精准干预胰岛素抵抗方面的应用 247
五、 在精准干预心脑血管疾病方面的应用 248
六、在延缓衰老方面的应用 248
第四节 食品功能因子靶向递送对实现精准营养的重要意义 249
第十四章 精准营养与组学技术 254
第一节 组学与精准营养 255
一、营养基因组学 255
二、表观遗传学 257
三、转录组学 257
四、代谢组学 258
五、微生物组学 259
第二节 精准检测与深度表型分析 260
一、膳食营养摄入的评估 260
二、体力活动的精准检测 262
三、生物标志物的精准检测 262
第三节 数据整合与大数据分析 264
一、数据整合 264
二、大数据分析 265
第四节 基于组学技术的精准营养产业发展 266
一、 基于组学技术的精准营养产业现状 266
二、 基于组学技术的精准营养产业展望 269
第十五章 精准营养展望 273
第一节 精准营养发展面临的机遇 273
一、 精准营养发展迎合了国民健康需求 273
二、科技进步推动精准营养发展 273
三、政策指引精准营养发展 274
第二节 精准营养发展面临的挑战 274
一、精准营养发展的技术挑战 274
二、精准营养中的伦理学问题 275
三、精准营养标准体系有待完善 275

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　　第一章 绪论
　　学习目标：
　　（1）了解国际和国内食品营养学的发展历程；
　　（2）掌握食品营养学的主要发展方向和重要进展；
　　（3）理解未来的食品营养问题。
　　食品营养学是研究食品对机体健康影响的一门科学，是营养学的一个分支。其研究内容包括
　　食品中营养素的消化、吸收、生理功能，人体对营养素的需求，以及提高食品营养价值的措施。
　　随着我国社会经济的发展，食品供给能力显著增强，国民营养健康状况明显改善，但仍存在居民营养不足与过剩并存、营养相关疾病多发等问题。食品营养学的发展将面向国民健康需求，通过食品工业技术解决营养与健康问题，对提升国民健康水平、促进食品工业发展有重要意义。
　　第一节　食品营养学的发展历程
　　一、国际食品营养学的发展历程
　　食品营养学起源于古人对饮食文化、养生学和医学的研究。2000多年前，《黄帝内经》提出“五谷为养，五果为助，五畜为益，五菜为充”的饮食模式，这是古人根据实践经验加以总结而形成的古代朴素的营养学说。而西方医学之父希波克拉底提出了“把你的食物当药物，而不是把你的药物当食物”（Let food be thy medicine and medicine be thy food），也强调了食物营养对健康的作用。
　　现代营养学起源于18世纪末期，在认识到食物与人体的基本化学元素组成的基础上，逐渐形成了营养学的概念和理论，并且逐步建立了食物成分的化学分析方法和动物实验方法，明确了一些营养缺乏病的病因。1934年美国营养学会成立，营养学正式成为一门学科。从19世纪到20世纪初，研究者分离和鉴定了食物中的主要营养素，该时期是发现营养素的鼎盛时期，也是营养学发展的黄金时期。在开展宏观营养研究的同时，营养学逐渐向微观方向发展，营养素的消化、吸收、分布、代谢及生理功能活性和作用机制的研究成为营养学研究的重点。
　　人类对营养素生理作用的认识经历了由整个机体水平向器官、组织、亚细胞结构及分子水平这样一个逐渐深入的过程。分子生物学技术和理论向各学科的逐渐渗透，特别是1985年分子营养学概念的提出，标志着营养学研究进入分子时代。分子营养学从更加微观的角度研究营养与基因之间的相互作用及其对人类健康的影响。
　　食品营养学是基于营养学、食品科学，乃至医学、生物化学、化学、农学等学科的发展而形成的。当前的食品营养研究主要集中在不断开发新方法、新技术，探索食物成分结构与健康的关系及其作用机制，研发保持和提升食品营养性的技术，提供有益健康的营养食品。
　　二、我国食品营养学的发展历程
　　我国古代就已开始研究食物的功效性质，神农尝百草的传说就是我国古代人民勇敢探索食物功效的真实写照。约在20世纪初我国建立了现代营养学，并于1913年首次发布了我国食物营养成分分析和一些人群营养状况调查报告，在此基础上第一次提出了营养素供给量建议。
　　1945年中国营养学会成立，1952年出版了我国第一本《食物成分表》，1955年提出了新中国成立后第一个每日膳食中营养素供给量（recommended dietary allowance，RDA），1956年《营养学报》创刊，1959年开展了我国历史上第一次全国性营养调查，1989年提出了我国第一个膳食指南建议。近些年来，我国在食品营养学领域开展了较多工作，特别是中国居民膳食指南修订、膳食营养素参考摄入量标准的制定、中国居民营养与健康监测，这些工作为提升我国居民健康水平做出了重要贡献。
　　为了进一步提升国民健康水平，我国国务院办公厅印发了《国民营养计划（2017—2030年）》，提出加强营养能力建设、强化营养和食品安全监测与评估、发展食物营养健康产业、大力发展传统食养服务、加强营养健康基础数据共享利用等实施计划。党的二十大报告指出：“人民健康是民族昌盛和国家强盛的重要标志。把保障人民健康放在优先发展的战略位置，完善人民健康促进政策。”这些发展规划对我国食品营养学的发展提出了新的要求，也指引了我国食品营养学未来的发展方向。
　　第二节　食品营养学的发展方向与重要进展
　　经过近现代营养学的积累，食品营养学已经逐渐发展成为一门成熟的分支学科，形成了大量的观点、学说和理论。特别是分子生物技术、仪器分析技术等现代科技的飞速发展，助推了食品营养学成果的积累。对于食品营养学的发展方向与重要进展，总结起来主要有如下几方面。
　　一、食品营养成分分析
　　食品营养价值体现在其所含营养素、健康相关成分分布及含量水平、其与体内代谢及组学变化间的关系、其对人体健康的影响及量效关系等。食品的营养成分主要包括碳水化合物、蛋白质、酶类、油脂、矿物质、维生素类及膳食纤维等，营养素成分在食物物质中的分子结构和成分含量不同，作为食物进入人体的消化吸收机制和提供的功能活性也不尽相同。对食物营养成分的分析将为制定改善食品营养价值措施提供依据，不仅是对营养学理论的支撑，也有利于食品工业发展。除营养素之外，食物中的非营养素成分（包括功效成分）也是研究食物中化学物质的关键。食品营养成分分析的工作内容包括利用化学、色谱、光谱、酶学、显微技术等开展适用于食品的成分分析方法研究，有计划、有系统地深入开展食品成分分析、食品营养素质量分析，逐步建立多组分在线分析或快检、活性成分筛选等。目前人类在食品营养成分分析方面已经取得了丰硕的成果，特别是随着分析技术和数据共享等方面的不断进步，人类对食品营养成分组成有了较为全面深入的了解。
　　二、食品成分健康效应及作用机制研究
　　针对食品成分的健康效应评价，以及食品营养成分化学结构与营养功能之间的关系（构效关系）是食品营养学的重要研究方向，其中的科学问题包括营养成分结构的阐明、营养功能及其作用机制的探究，以及结构与功能之间关系的诠释等。除了营养素维持生存和生长发育的作用，营养素对健康，甚至保健的作用也受到了关注。例如，膳食纤维在预防肠炎、结肠癌、降血脂、调节血糖方面的作用被多项研究证实，已经作为第七大营养素被认可。对n-3多不饱和脂肪酸在促进大脑和神经系统发育、降低心血管疾病风险等方面的作用也被研究证实，推动了n-3多不饱和脂肪酸在婴儿配方奶粉等食品中的应用。目前对食品营养成分的研究已经推进到分子水平，人类对食品成分的健康效应机制的了解在不断加深。值得注意的是，近些年来，肠道菌群在维持人体健康中的作用成为研究热点，有研究表明很多营养素和活性成分通过调控肠道菌群而影响人体的生理甚至心理状态，但具体的作用机制还有待进一步探究。
　　三、食品营养与疾病的关系
　　摄入食物的营养组成对癌症、心脑血管疾病、肥胖、糖尿病等疾病的发生和发展都有重要影响，也是食品营养学的重要研究方向。已经有大量研究证明，钠摄入过多会增加高血压的发病率；脂肪摄入过多会增加心脑血管疾病风险，且与乳腺癌、前列腺癌、结肠癌的发病率呈正相关；游离糖摄入过多易导致肥胖和超重；叶酸、维生素B12、维生素B6摄入不足会引起体内同型半胱氨酸堆积，增加患冠心病风险。这些研究与发现对慢性病的防控有重要意义，也引导了食品工业的发展。
　　同时，对患病人群营养需求的研究工作也在持续开展。对于一些进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱或者特定疾病状态人群，普通食品难以满足他们的营养需求，因此，各类特殊医学用途配方食品经研发诞生。特殊医学用途配方食品的应用能够改善患者营养状况，促进患者康复。近些年来，特殊医学用途配方食品受到了越来越多的关注，全球产业已经进入快速发展期。
　　四、食品营养与加工技术
　　由于食品加工业的快速发展，以及人们对食品营养属性的日益重视，一些在减少营养损失、提升营养价值方面具有优势的食品加工新技术发展迅速，如冷杀菌技术、真空冷冻干燥技术、微波技术、膜分离技术、超临界流体萃取技术、微胶囊技术等。冷杀菌技术，又称非加热杀菌技术，包括放射线辐照杀菌、超声波杀菌、放电杀菌、高压杀菌、紫外线杀菌、磁场杀菌、静电杀菌、感应电子杀菌和强光脉冲杀菌等，它们的特点是不对物料进行加热，利用其他灭菌机制杀灭微生物，从而避免了食品营养成分因热而被破坏。微波技术相较于传统的烘干或蒸煮方式加热速度更快，因此其对维生素等营养物质的损耗较小，能够较好地保存热敏维生素。微胶囊技术可以对一些食品功能因子进行包裹，防止食品内源性/外源性成分的降解、挥发、氧化、变性和变质等，提高了功能因子的稳态化。为了推动食品的营养品质提升，研究加工技术对食品营养的影响及其机制也是食品营养学的一个重要方向。
　　第三节　未来的食品营养问题
　　随着社会和经济的变化发展，人们对食品营养的需求也在不断发生着变化。未来全球营养供给的保障仍是食品营养的重要问题，而同时需要关注的是，人们对食品的营养要求越来越高、个性化越来越突出。科学技术发展是解决未来食品问题的关键，人们对食品营养的诉求将进一步推动多学科交叉融合发展，食品科技创新迭代加速。面向未来的食品营养问题，“大食物观”、“人工智能”、“生物技术”、“大数据”、“植物基食品”、“精准营养”、“免疫健康”、“肠道健康”、“nutrient”（营养素）、“gut microbiota”（肠道微生物群）、“sustainability”（可持续性）、“omics”（组学）等备受关注（图1-1）。
　　一、保障营养供给
　　到2050年全球人口预计将达到97亿，这是对全球营养供给的一个巨大挑战。《2022年世界粮食安全和营养状况》显示，2021年全球受饥饿影响的人数已达7.02亿～8.28亿，约有4500万五岁以下儿童出现消瘦，这是最为致命的营养不良形式，将导致儿童死亡风险提高12倍。人口增加、地缘冲突、极端气候和经济冲击是造成国际粮食安全问题和居民营养不良的主要因素。另外，由于全球碳排放压力的增加，营养素生产方式也逐渐受到重视。畜禽养殖方式获取动物蛋白资源占用较多，环境影响较大，而植物蛋白和微生物蛋白具有较好的减碳效果，具有更高的资源和环境效益。因此，基于植物工厂、藻类工厂、细胞工厂、人工合成等新型食物生产方式也将是未来重要发展方向，以实现高效生产粮食、蔬菜、肉、淀粉、油脂、蛋白质和功能性营养素等食品和组分，解决人类未来的营养供给问题。
　　二、健康诉求升级
　　随着农业技术（包括生物技术）的发展，全球食品供给显著提升，人类营养状况不断改善。但是，农业产值的增加并不能保证饮食健康。高糖、高盐、高热量、低营养的过度加工食品在全球范围内的消费以年均20%～90%的速度增加，而这些过度加工食品的摄入与成人的超重/肥胖、癌症、代谢综合征、心血管疾病、抑郁症等多种慢性非传染性疾病的风险增加相关。《柳叶刀》报道，2017年饮食因素造成了全球1100万成人死亡，占全球总死亡人口的22%。随着健康意识的逐步觉醒，尤其是经历新冠肺炎疫情后，人们对健康的诉求不断升级，健康观念开始由“被动治疗”转变为“主动预防”，对食品营养与功能性愈加重视。
　　图1-1　未来食品营养的词云图
　　三、个性化需求凸显
　　随着经济与社会的发展，人们更加重视自我需求的实现，追求消费体验感，提升自身生活质量，随之而来的是，人们的营养消费理念也逐渐从“大众化”向“个性化”转变，个性化食品是未来食品发展的大趋势，个性化营养将成为大健康产业的重要新兴领域。个性化营养对孕妇、围手术期患者、运动员、学龄儿童等群体的试验应用都呈现出了显著积极的效果，向更多人群推广将有助于人们的健康水平提升。基于食物营养、人体健康、食品制造大数据、靶向生产的精准营养食品更能满足消费者对营养与健康的个性化需求。随着食品相关技术不断发展，大数据、云计算、物联网、基因工程技术、人工智能、生物技术等深度交叉融合，将为个性化营养的开展提供条件，催生一批新产业、新模式、新业态。我国科技部“面向2035愿景规划”食品战略总体组提出的中国食品科技的发展愿景中，已将“精准营养”列为催生的四大新业态之一。
　　思考题
　　1．食品营养学的发展方向主要有哪几个？
　　2．你认为未来人们在食品营养方面会有哪些需求？
　　参考文献