115 年 國立臺灣大學食品科技研究所乙組《營養學》

水溶性纖維 (Soluble fiber) 是一類在水中可溶解的膳食纖維。它們的結構與植物細胞壁的成分有關，主要包括果膠 (pectin)、β-葡聚醣 (β-glucan)、阿拉伯木聚醣 (arabinoxylan) 和膠質 (gums) 等。

生理功能與特性：

1. 增加飽足感： 在腸道中吸水膨脹，延緩胃排空，增加飽足感。
2. 調節血糖： 減緩碳水化合物的消化吸收速度，有助於穩定餐後血糖。

食物熱效應 (Thermic effect of food, TEF)，又稱為特定動力學效應 (Specific dynamic action, SDA) 或膳食誘導產熱 (Diet-induced thermogenesis, DIT)，是指人體在消化、吸收、代謝和儲存食物過程中，所消耗的額外能量。

重要概念：

1. 能量消耗： 這是總能量消耗 (Total Energy Expenditure, TEE) 的一部分，大約佔 TEE 的 10% 左右。
2. 營養素種類差異： 不同營養素的食物熱效應不同。

營養素密度 (Nutrient density) 指的是一份食物中，相對於其所含的熱量，所能提供的營養素（如維生素、礦物質、蛋白質、膳食纖維等）的量。

概念說明：

• 高營養素密度食物： 提供較多營養素，但熱量相對較低。這些食物對維持健康、預防營養缺乏症非常重要。
  • 範例： 蔬菜（如菠菜、花椰菜）、水果（如藍莓、草莓）、瘦肉、魚類、豆類、全穀物。
• 低營養素密度食物： 提供較多熱量，但營養素相對較少，或含有較多精緻糖、不健康脂肪和鈉。

Incidental food additives，中文可譯為「附帶性食品添加物」或「非預期性食品添加物」，是指在食品加工過程中，並非為了達到特定功能而有意添加，但在正常加工、儲存或包裝過程中，可能無意間進入食品中的物質。這些物質通常是其他食品成分的一部分，或來自於加工設備、包材等。

重點：

• 非有意添加： 與一般食品添加物（如防腐劑、色素、甜味劑）不同，它們不是為了改善食品的風味、質地、保存期限或外觀而添加的。
• 可能的存在： 雖然非有意，但在某些情況下，它們可能以微量形式存在於最終食品中。
• 監管： 雖然非有意，但許多國家/地區的食品安全法規對這些物質也有一定的管制，以確保其在食品中的含量在安全範圍內。

舉例說明：

1. 抗氧化劑 (Antioxidants)： 在包裝材料（如塑膠袋、薄膜）中，可能含有少量作為抗氧化劑的物質，這些物質在食品儲存過程中，可能微量遷移到食品中。

Recommended Dietary Allowances (RDAs)，中文稱為「建議攝取量」，是一組由國家academies of Sciences, Engineering, and Medicine (NASEM) 的 Food and Nutrition Board 所制定的營養素參考值。RDAs 是針對特定年齡層、性別和生理狀況（如懷孕、哺乳）的健康人群，為預防營養素缺乏、維持最佳健康所建議的每日平均攝取量。

核心概念：

1. 預防性： RDAs 的主要目的是預防營養素缺乏症的發生。
2. 涵蓋率： RDAs 通常設定在滿足某一特定群體中絕大多數（約 97-98%）健康個體需求的水平。這意味著它們比大多數人的實際需求量要高，以確保足夠的緩衝。
3. 動態調整： RDAs 會根據最新的科學研究不斷更新和修訂。

升糖負荷 (Glycemic Load, GL) 是衡量食物對餐後血糖影響的另一個指標，它結合了食物的升糖指數 (Glycemic Index, GI) 和該食物所含的碳水化合物總量。

計算公式：
$GL = \frac{GI \times \text{食物中碳水化合物的克數}}{100}$

概念說明：

• 升糖指數 (GI)： 衡量攝取特定份量 (通常是 50 克可利用碳水化合物) 的食物後，血糖上升的速度與標準食物 (如葡萄糖或白麵包) 的比例。
• 升糖負荷 (GL)： 考量了「食物的種類」 (GI) 和「實際攝取的份量」 (碳水化合物克數)。因此，GL 更能真實地反映一餐或一份食物對血糖的整體影響。

極低密度脂蛋白 (Very-low-density lipoprotein, VLDL) 是一種脂蛋白，主要在肝臟中合成，負責將肝臟合成的甘油三酯 (triglycerides) 和少量膽固醇運輸到身體的周邊組織（如脂肪組織和肌肉）。

結構與功能：

1. 組成： VLDL 主要由甘油三酯 (約 50-60%)、膽固醇酯 (cholesterol esters)、游離膽固醇 (free cholesterol) 和磷脂 (phospholipids) 組成，並攜帶一種名為 ApoB-100 的載脂蛋白 (apolipoprotein)。
2. 運輸途徑：
   • 肝臟合成 VLDL，並將其釋放到血液中。
   • 在血液循環中，VLDL 上的甘油三酯被脂蛋白脂肪酶 (lipoprotein lipase, LPL) 水解，釋放出游離脂肪酸供組織利用。

誇大症 (Kwashiorkor) 是一種嚴重的營養不良症，主要發生在嬰幼兒時期，特別是當嬰兒在斷奶後，飲食中蛋白質攝取嚴重不足，但碳水化合物攝取相對充足時。它與另一種營養不良症「單純性體重不足 (Marasmus)」不同，誇大症除了蛋白質不足外，其他營養素的攝取可能相對較高。

主要特徵：

1. 水腫 (Edema)： 最顯著的特徵是全身性水腫，尤其是在腳踝、腿部、臉部和腹部。這是由於血漿蛋白質（特別是白蛋白）嚴重不足，導致血漿膠體滲透壓降低，水分從血管滲入組織間隙。
2. 生長遲緩 (Growth Retardation)： 體重和身高明顯低於同齡兒童。
3. 皮膚和頭髮改變：
   • 皮膚可能出現脫屑、潰瘍、色素沉澱（形成斑駁狀的「旗幟樣」改變）。
   • 頭髮變得稀疏、乾燥、易斷裂，失去光澤，顏色變淺（如紅褐色）。

鈣質 (Calcium, Ca$^{2+}$) 的吸收主要發生在小腸，特別是十二指腸和空腸，其吸收效率受多種因素影響，並涉及兩種主要的分子機制：一種是生理性調節的「維生素D依賴性主動運輸」，另一種是較不具選擇性的「旁細胞途徑 (paracellular pathway)」。

分子機制：

1. 維生素D依賴性主動運輸 (Vitamin D-dependent active transport)：
這是鈣吸收的主要途徑，尤其是在鈣攝取量較低或生理需求較高（如生長、懷孕、哺乳）時。此途徑發生在小腸絨毛細胞的頂端膜 (apical membrane)，並需要維生素D的活化形式 1,25-二羥維生素D$_3$ (1,25(OH)$_2$D$_3$，即活化型維生素D) 的調控。

• 步驟一：進入細胞 (Entry into the cell)

  • TRPV6 鈣離子通道： 鈣離子 (Ca$^{2+}$) 從腸腔進入小腸絨毛細胞的頂端膜，主要通過一種高度選擇性的鈣離子通道——暫態受體電位陽離子通道 subfamily V member 6 (TRPV6)。TRPV6 的表達受到 1,25(OH)$_2$D$_3$ 的誘導，其活性和數量決定了鈣進入細胞的速率。
  • 鈣離子結合蛋白 (Calbindin)： 一旦進入細胞，細胞質中游離的 Ca$^{2+}$ 濃度會被維持在很低的水平，以防止細胞毒性並維持濃度梯度。這主要通過一種鈣離子結合蛋白——鈣結合蛋白 (Calbindin-D$_{9k}$ 或 Calbindin-D$_{28k}$，依物種和部位而異) 來實現。Calbindin 與 Ca$^{2+}$ 結合，將其從頂端膜運送到基底側膜 (basolateral membrane)。

• 步驟二：穿過基底側膜 (Exit across the basolateral membrane)

  • 鈉-鈣交換器 (Na$^{+}$-Ca$^{2+}$ exchanger, NCX1)： 在基底側膜，Ca$^{2+}$ 主要通過一種能量依賴性的蛋白質——鈉-鈣交換器 (NCX1) 被泵出細胞進入血液。NCX1 利用細胞內外的鈉離子濃度梯度（由 Na$^{+}$-K$^{+}$-ATPase 維持）來驅動鈣離子的外排。
  • 質子-鈣 ATP酶 (H$^{+}$-Ca$^{2+}$ ATPase, PMCA1b)： 另一種機制是質子-鈣 ATP酶 (PMCA1b)，它直接利用 ATP 水解的能量將 Ca$^{2+}$ 泵出細胞。PMCA1b 在維持細胞內極低游離鈣濃度方面也起作用。

硒 (Selenium, Se) 是一種重要的微量礦物質，其生理功能主要通過硒蛋白 (selenoproteins) 來實現。這些蛋白質的活性中心都含有一個特殊的硒代胺基酸。

1. 硒在蛋白質中存在的特殊胺基酸形式名稱：
硒在蛋白質中以 硒代半胱胺酸 (Selenocysteine, Sec 或 U) 的形式存在。硒代半胱胺酸是第 21 種天然胺基酸，其結構與半胱胺酸相似，只是將半胱胺酸的硫原子 (S) 替換為硒原子 (Se)。硒代半胱胺酸的合成和引入到蛋白質鏈中的機制非常特殊，它通常發生在核糖體上，並需要一個特殊的 mRNA 結構 (SECIS element) 和硒醯-tRNA 合成酶。

2. 兩種關鍵的硒蛋白酵素家族及其生化角色：

A. 抗氧化防禦 (Antioxidant Defense)：

• 酵素家族： 穀胱甘肽過氧化酶 (Glutathione Peroxidases, GPxs)
• 生化角色： GPxs 是一類重要的含硒酵素，它們利用還原型穀胱甘肽 (GSH) 作為還原劑，將過氧化氫 (H$_2$O$_2$) 和脂質過氧化物 (organic hydroperoxides) 還原成水或醇。
  • 機制： 在反應中，硒代半胱胺酸的硒原子會被氧化形成硒亞磺酸 (seleneni-sulfenic acid) 中間體。然後，這個中間體與兩個 GSH 分子反應，硒原子被還原，同時將兩個 GSH 分子氧化成穀胱甘肽二硫化物 (GSSG)。

許多植化素 (Phytochemicals) 確實不直接清除自由基，而是通過調節人體自身的抗氧化防禦系統，間接增強抗氧化能力。這種機制被稱為「間接抗氧化作用」或「誘導性抗氧化作用」。其核心是通過啟動細胞內的信號通路，增加內源性抗氧化酶的產生。

分子機轉與舉例：

植化素誘導抗氧化酵素的關鍵分子機轉通常涉及 核因子紅血球 2 相關因子 2 (Nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2) 途徑。

Nrf2 途徑的運作：

1. 靜止狀態 (Basal State)： 在沒有壓力或氧化應激時，Nrf2 主要位於細胞質中，與其抑制蛋白 Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) 結合。Keap1 是一種 E3 泛素連接酶複合物的組成部分，它會持續對 Nrf2 進行泛素化和降解，使細胞質中 Nrf2 的濃度維持在很低的水平。
2. 啟動與釋放 (Activation and Release)： 當細胞暴露於氧化應激、發炎因子，或接觸到某些植化素（作為「弱電刺激劑」）時，會產生 ROS 或其他信號。這些信號會改變 Keap1 的構象，或與 Keap1 上的特定半胱胺酸殘基發生反應（如氧化或烷基化）。這會導致 Keap1 無法再有效地將 Nrf2 泛素化，Nrf2 隨之從 Keap1 上解離。
3. 核轉位與結合 (Nuclear Translocation and Binding)： 解離後，Nrf2 在細胞質中穩定下來，並易位到細胞核。
4. 啟動基因轉錄 (Initiation of Gene Transcription)： 在細胞核內，Nrf2 與另一個轉錄因子 (Small Maf proteins) 形成異二聚體。這個複合物隨後結合到目標基因啟動子區域的 抗氧化反應元件 (Antioxidant Response Element, ARE) 或 電親和性反應元件 (Electrophile Response Element, EpRE) 上。
5. 誘導抗氧化酵素表達： 結合 ARE/EpRE 後，Nrf2 啟動下游多種抗氧化和解毒基因的轉錄。這些基因編碼的蛋白質包括：
   • 穀胱甘肽過氧化酶 (GPxs)
   • 過氧化氫酶 (Catalase, CAT)
   • 超氧化物歧化酶 (Superoxide Dismutase, SOD)
   • 血紅素加氧酶-1 (Heme oxygenase-1, HO-1)

多酚類化合物 (Polyphenols) 是一大類廣泛存在於植物中的天然化合物，因其潛在的健康益處（如抗氧化、抗炎）而備受關注。然而，它們在人體內的生物利用率 (Bioavailability) 通常很低，這意味著只有少量攝取的多酚能夠被吸收並在體內發揮作用。近年來的研究表明，腸道菌相 (Gut Microbiota) 在多酚的吸收、轉化和生物利用度方面扮演著至關重要的角色。

腸道菌相在多酚代謝中的關鍵角色：

1. 轉化為生物活性代謝產物 (Biotransformation into Bioactive Metabolites)：
   • 原始多酚的結構： 許多植物來源的多酚（如黃酮類、兒茶素、花青素）在腸道中以糖苷形式存在，或結構較大、極性較高，難以直接被腸道上皮細胞吸收。
   • 腸道菌的酶解作用： 腸道微生物（細菌、真菌）攜帶豐富的酶系統，如 β-葡萄糖苷酶 (β-glucosidases)、酯酶 (esterases)、水解酶 (hydrolases) 等。這些酶能夠：
     • 水解糖苷鍵： 將多酚上的糖分子（如葡萄糖）切除，釋放出游離的多酚結構（如黃酮醇 Aglycones），使其更容易被吸收。
     • 改變結構： 對多酚進行脫甲基化 (demethylation)、脫乙基化 (de-ethylation)、環化 (cyclization)、聚合 (polymerization) 或降解 (degradation) 等轉化。
   • 生成具有更高生物活性的代謝產物： 這些轉化後的產物，例如酚酸 (phenolic acids)、縮短鏈的酚類化合物，其分子量較小、脂溶性可能增加，因此更容易穿過腸道上皮細胞進入血液循環，並在體內產生更強的生理效應（如抗氧化、抗炎、調節腸道健康等）。

「瘦瘦針」通常是指一種用於減重治療的藥物，目前臨床上最常見且廣為人知的「瘦瘦針」是指使用 類升糖素胜肽-1 (Glucagon-like peptide-1, GLP-1) 受體促效劑 的注射劑，例如：Liraglutide ( Saxenda®)、Semaglutide ( Wegovy®) 等。這些藥物最初是為治療第二型糖尿病而開發，後來發現其顯著的減重效果，因此也被核准用於肥胖或體重過重的治療。

一、 瘦瘦針 (GLP-1 受體促效劑) 的主要作用機轉：

GLP-1 是一種腸泌素 (incretin) 激素，由腸道 L 細胞在進食後分泌。GLP-1 受體促效劑模擬了天然 GLP-1 的作用，主要通過以下幾個途徑來達到減重目的：

1. 促進胰島素分泌與抑制升糖素分泌 (Stimulation of Insulin Secretion and Suppression of Glucagon Secretion)：

   • 在血糖升高時，GLP-1 受體促效劑能刺激胰臟 β 細胞釋放胰島素，幫助降低血糖。
   • 同時，它也能抑制胰臟 α 細胞分泌升糖素 (glucagon)，減少肝臟產生葡萄糖。
   • 這兩個作用共同有助於血糖的穩定，並減少能量儲存的驅動。

2. 延緩胃排空 (Delayed Gastric Emptying)：

   • GLP-1 受體促效劑會減緩胃內容物排入小腸的速度。
   • 影響： 這會讓進食後有更長的飽足感，減少進食量，並降低餐間的飢餓感。

3. 抑制食慾與增加飽足感 (Appetite Suppression and Increased Satiety)：

   • GLP-1 受體促效劑作用於大腦中的特定區域（如下視丘），影響食慾調節信號。
   • 影響： 降低食物的渴望程度，增加進食後的飽足感，使個體在攝取較少食物後就感到滿足。這是減重藥物中最關鍵的作用之一。

4. 可能影響能量消耗 (Potential effects on Energy Expenditure)：

   • 雖然主要作用是抑制食慾，但有研究顯示，GLP-1 可能對能量代謝有額外的影響，例如可能稍微增加基礎代謝率或脂肪氧化，但這方面的作用相對次要且仍在研究中。

二、 間接改變個體的營養攝取型態：

由於上述作用機轉，尤其是延緩胃排空和抑制食慾，使用瘦瘦針會顯著改變個體的營養攝取型態：

1. 總熱量攝取減少： 這是最直接的改變。由於飽足感增強、飢餓感降低，個體自然而然地會減少進食的份量和頻率，導致總熱量攝取下降。
2. 食物選擇的變化：
   • 偏好高飽足感食物： 由於藥物延長飽足感，個體可能更傾向於選擇體積大、富含纖維、蛋白質含量較高的食物，因為這些食物能提供更持久的飽足感，並減少因飢餓而產生的對高熱量、低營養密度食物（如速食、甜點）的渴望。
   • 對高脂肪、高糖食物的厭惡感增加： 部分使用者報告，在使用藥物後，對油膩或過甜的食物會產生噁心感，這也間接促使他們避開這些食物，轉向更清淡、健康的選擇。

「增加嬰兒奶粉寡醣含量」不必然等同於「更接近母乳功能」，這涉及到對母乳寡醣 (Human Milk Oligosaccharides, HMOs) 的複雜功能、嬰兒奶粉配方設計的挑戰，以及在嬰幼兒食品中添加寡醣時應注意的公共健康問題。

一、 為何增加嬰兒奶粉寡醣含量不必然等同於「更接近母乳功能」：

母乳中的寡醣 (HMOs) 是一種結構極其複雜且種類繁多的碳水化合物，其功能遠不止於提供能量。它們在嬰兒健康發育中扮演多重、精細的角色，這些角色難以僅僅通過增加「總寡醣含量」來模擬：

1. HMOs 的結構多樣性與獨特性：

   • 母乳中含有超過 200 種不同的 HMOs，主要的有 2'-岩藻糖基乳糖 (2'-FL)、乳糖 (Lactose)、岩藻糖基乳糖 (Fucosyllactose, FL) 等。
   • 不同的 HMOs 具有不同的結構和生物學功能。例如，2'-FL 被認為是母乳中的主要 HMO，對免疫調節和腸道菌群有重要影響。
   • 嬰兒奶粉中添加的寡醣（如低聚果糖 FOS、低聚半乳糖 GOS）雖然也能模擬部分功能，但其種類和結構與母乳中的複雜 HMOs 組合仍有很大差異。即使是模仿母乳結構的關鍵 HMOs（如 2'-FL），其在奶粉中的添加量和比例也難以完全複製母乳的天然組成。

2. HMOs 的複雜生理功能：

   • 益生元作用 (Prebiotic Effect)： 某些 HMOs（如 2'-FL）能選擇性地促進嬰兒腸道中有益菌（如雙歧桿菌 Bifidobacteria）的生長，抑制有害菌，從而建立健康的腸道菌群。這對免疫系統發育、預防感染至關重要。
   • 抗感染作用 (Anti-infective Effect)：
     • 模擬受體： HMOs 可以作為「結構誘餌」 (structural decoys)，與病原體（如細菌、病毒）表面的特定受體結合，阻止這些病原體黏附到腸道上皮細胞，從而預防感染。
     • 調節免疫反應： HMOs 可以與腸道上皮細胞上的 TLRs (Toll-like receptors) 等免疫受體相互作用，調節先天和後天免疫反應，例如促進促炎細胞因子的產生，或誘導免疫耐受。
   • 影響腸道發育與屏障功能： HMOs 可能促進腸道絨毛的生長，增強腸道屏障的完整性，減少腸道通透性，進而減少過敏原和其他有害物質進入血液。
   • 影響營養素吸收： 部分 HMOs 可能會影響某些礦物質（如鈣、鐵）的吸收。

3. 「總量」與「結構/比例」的差異：

   • 母乳中 HMOs 的總量和種類會隨著哺乳時間、母親的飲食和個體差異而變化。
   • 嬰兒奶粉的配方設計，即使添加了寡醣，也難以完全複製這種動態的、複雜的組成。僅僅增加「總寡醣含量」可能無法達到模擬母乳所有關鍵生理功能的精確度。例如，某種單一寡醣（如 GOS）可能模擬了部分益生元作用，但無法完全替代多種 HMOs 在抗感染和免疫調節方面的綜合效應。

二、 在嬰幼兒食品中添加寡醣應注意的問題：