栄養素
栄養素（えいようそ）とは、生物が生存、成長、繁殖するために用いる物質のことである。食事からの栄養素摂取の必要性は、動物、植物、真菌、原生生物に当てはまる。栄養素は代謝目的のために細胞に取り込まれたり、細胞によって分泌されたりして、毛、うろこ、羽、外骨格などの非細胞構造を作り出す。栄養素の中には、エネルギーを放出する過程で代謝的に小さな分子に変換されるものがあり、例えば炭水化物、脂質、タンパク質、発酵生成物（エタノールや酢）などがあり、最終生成物は水と二酸化炭素になる。すべての生物は水を必要とする。動物にとっての必須栄養素は、エネルギー源、タンパク質を作るために組み合わされるアミノ酸の一部、脂肪酸のサブセット、ビタミン、および特定のミネラルである。植物は、根から吸収されるより多様なミネラルと、葉から吸収される二酸化炭素と酸素を必要とする。菌類は死んだ有機物や生きている有機物の上に住み、宿主から栄養の必要性を満たす。
生物の種類によって、必須栄養素は異なる。アスコルビン酸（ビタミンC）は、ヒトや他のいくつかの動物種にとっては必須、つまり十分な量を摂取しなければならないが、一部の動物や植物は合成することができる。栄養素には有機物と無機物がある。有機化合物には炭素を含むほとんどの化合物が含まれ、それ以外の化学物質はすべて無機物である。無機栄養素には鉄、セレン、亜鉛などの栄養素が含まれ、有機栄養素にはエネルギー供給化合物やビタミンなどが含まれる。
主に動物の栄養ニーズを説明するために使用される分類では、栄養素を大栄養素と微量栄養素に分けている。比較的大量（グラムまたはオンス）に消費される大栄養素（炭水化物、脂肪、タンパク質、水）は、主にエネルギーを生成するため、または成長と修復のために組織に取り込まれるために使用される。微量栄養素は、より少量（ミリグラムまたはマイクログラム）で必要とされる。微量栄養素は、血管機能や神経伝導のような細胞プロセスにおいて、微妙な生化学および生理学的役割を担っている。必須栄養素の量が不十分であったり、吸収を妨げる疾患があると、欠乏状態に陥り、成長、生存、繁殖が損なわれる。米国の食事摂取基準のような消費者向けの食事栄養素摂取勧告は、欠乏の結果に基づいており、摂取量の下限と上限の両方について、大栄養素と微量栄養素のガイドを提供している。多くの国では、重要な含有量の大栄養素および微量栄養素は、規制により食品ラベルに表示することが義務付けられている。身体に必要な量よりも多い栄養素は、有害な影響を及ぼす可能性がある。食用植物には、一般にファイトケミカルと呼ばれる、病気や健康に未知の影響を及ぼす何千もの化合物も含まれており、その中にはポリフェノールと呼ばれる非栄養素の状態を持つ多様な分類も含まれているが、2017年時点ではまだ十分に解明されていない。
種類
大栄養素
大栄養素にはいくつかの定義がある。
- ヒトが最も大量に消費する化学元素は、炭素、水素、窒素、酸素、リン、硫黄であり、CHNOPSとして要約される。
- 人間が最も大量に消費し、大量のエネルギーを供給する化合物は、炭水化物、タンパク質、脂肪に分類される。水も大量に消費されなければならないが、カロリー価値はない。
- カルシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、塩化物イオンは、リンや硫黄とともに、微量栄養素、すなわちビタミンやその他のミネラルと比較して大量に必要とされるため、大栄養素と共に記載されている。
大栄養素はエネルギーを供給する：
- 炭水化物は一種の糖からなる化合物である。炭水化物は糖単位の数によって分類される： 単糖類（グルコースやフルクトースなど）、二糖類（スクロースやラクトースなど）、オリゴ糖、多糖類（デンプン、グリコーゲン、セルロースなど）である。
- タンパク質は、アミノ酸がペプチド結合で結合した有機化合物である。アミノ酸の一部（必須アミノ酸と呼ばれる）は体内で作ることができないため、食事から補給する必要がある。消化によってタンパク質はプロテアーゼによって分解され、遊離アミノ酸に戻る。
- 脂肪はグリセリン分子に3つの脂肪酸が結合したものである。脂肪酸分子は分岐していない炭化水素鎖に-COOH基が単結合のみ（飽和脂肪酸）または二重結合と単結合の両方（不飽和脂肪酸）で結合している。脂肪は細胞膜の構築と維持、安定した体温の維持、皮膚と毛髪の健康維持に必要である。特定の脂肪酸（必須脂肪酸と呼ばれる）は体内で製造されないため、食事から摂取する必要がある。
- |エタノールは必須栄養素ではないが、カロリーはある。米国農務省は、食品エネルギーの計算にアルコール1グラムあたり6.93 kilocalories (29.0 kJ)（mlあたり5.47 kcal or 22.9 kJ）という数値を使っている。蒸留酒の場合、アメリカでの標準的な一杯は44 ml (1.5 US fl oz)であり、40%エタノール（80プルーフ）では14グラム、98カロリーとなる。
| 生体分子 | 1グラム当たりのキロカロリー | タンパク質 | 4 |
|---|---|---|---|
| 炭水化物 | 4 | ||
| エタノール | 7 | ||
| 脂肪 | 9 |
微量栄養素
微量栄養素は代謝をサポートする。
必須性
= 必須栄養素
必須栄養素とは、正常な生理機能に必要な栄養素のうち、体内で合成することができない、または十分な量を摂取することができない栄養素のことである。したがって、食事から摂取しなければならない。哺乳類の恒常性の維持に普遍的に必要な水を除けば、必須栄養素は様々な細胞の代謝過程や組織・器官の維持・機能に不可欠である。ヒトに必須と考えられている栄養素は、9種類のアミノ酸、2種類の脂肪酸、13種類のビタミン、15種類のミネラル、およびコリンからなる。さらに、ある種の発育状態や病的状態において不可欠であるため、条件付き必須栄養素とされる分子もいくつかある。
アミノ酸
必須アミノ酸とは、生物にとって必要なアミノ酸であるが、生物によってデノボ合成することができないため、食事から供給されなければならない。20種類の標準的なタンパク質生成アミノ酸のうち、9種類はヒトが内因性合成することができない： フェニルアラニン、バリン、スレオニン、トリプトファン、メチオニン、ロイシン、イソロイシン、リジン、ヒスチジンである。
脂肪酸
必須脂肪酸（EFAs）とは、ヒトやその他の動物が健康のために摂取しなければならない脂肪酸のことである。ヒトにとって必須であることが知られている脂肪酸は2つだけである： α-リノレン酸（オメガ3脂肪酸）とリノール酸（オメガ6脂肪酸）である。
ビタミン
ビタミンは、アミノ酸や脂肪酸に分類されない、生物にとって必須の有機分子である。一般に酵素補因子、代謝調節因子、または抗酸化物質として機能する。人間は食事に13種類のビタミンを必要とするが、そのほとんどは実際には関連分子のグループである（例えば ビタミンEにはトコフェロール類とトコトリエノール類が含まれる）： ビタミンA、C、D、E、K、チアミン（B1）、リボフラビン（B2）、ナイアシン（B3）などである、 パントテン酸（B5）、ピリドキシン（B6）、ビオチン（B7）、葉酸（B9）、コバラミン（B12）である。ビタミンDの必要量は条件付きで、太陽や人工的な光源から紫外線を十分に浴びた人は、皮膚でビタミンDを合成する。
ミネラル
ミネラルは生命にとって不可欠な外因性の化学元素である。炭素、水素、酸素、窒素の4元素は生命維持に必須であるが、これらは飲食物に豊富に含まれているため、栄養素とはみなされず、ミネラルとしての推奨摂取量はない。窒素の必要性は、窒素含有アミノ酸で構成されるタンパク質に設定された要求量によって対処される。硫黄は必須であるが、これも推奨摂取量はない。代わりに、硫黄含有アミノ酸であるメチオニンとシステインの推奨摂取量が特定されている。
ヒトの必須栄養素を|推奨食事許容量（質量で表す）の順に並べると、カリウム、塩化物、ナトリウム、カルシウム、リン、マグネシウム、鉄、亜鉛、マンガン、銅、ヨウ素、クロム、モリブデン、セレンである。さらに、コバルトはビタミンB12の成分であり、必須である。他にも、ホウ素やケイ素など、一部の動植物にとっては必須だが、人間にとっては必須かどうかわからないミネラルがある。
コリン
コリンは必須栄養素である。コリン類は水溶性の第4級アンモニウム化合物の一群である。コリンはコリン類の親化合物で、アミノ機能に3つのメチル置換基が結合したエタノールアミンからなる。コリンが欠乏した人工飼料を与えられた健康なヒトは、脂肪肝、肝障害、筋肉障害を発症する。人体はホスファチジルコリンの代謝によって少量のコリンを生成することができるため、当初コリンは必須栄養素には分類されていなかった。
条件付必須栄養素
条件付き必須栄養素とは、通常は生物によって合成されるが、特定の条件下では量が不足する特定の有機分子のことである。ヒトにおいては、早産、栄養摂取量の制限、急速な成長、特定の疾患状態などがそのような状態にあたる。イノシトール、タウリン、アルギニン、グルタミン、ヌクレオチドは条件付き必須アミノ酸に分類され、新生児の食事と代謝において特に重要である。
非必須栄養素
非必須栄養素とは、食品中に含まれる物質で、健康に重大な影響を及ぼす可能性のあるものである。不溶性食物繊維はヒトの消化管では吸収されないが、便秘を避けるために排便のかさを維持するのに重要である。水溶性食物繊維は大腸に存在する細菌によって代謝される。水溶性食物繊維は、「健康な」腸内細菌を促進するというプレバイオティクス機能を果たすものとして販売されている。水溶性食物繊維の細菌代謝はまた、酪酸のような短鎖脂肪酸を産生し、これは食物エネルギー源として腸細胞に吸収される可能性がある。
非栄養素
エタノール（C2H5OH）は必須栄養素ではないが、1グラムあたりおよそ29 kilojoules (7 kilocalories)の食物エネルギーを供給する。蒸留酒（ウォッカ、ジン、ラムなど）の場合、米国での標準的な1杯は44 millilitres (1 1⁄2 US fluid ounces)で、40% エタノール（80 プルーフ）では14グラム、410 kJ (98 kcal)となる。50% アルコールでは、17.5 g、513 kJ (122.5 kcal)となる。ワインとビールには、それぞれ150 and 350 mL (5 and 12 US fl oz)一人前の同程度のエタノールが含まれているが、これらの飲料はエタノール以外の成分からも食品エネルギー摂取に寄与している。150 mL (5 US fl oz)杯のワインは420 to 540 kJ (100 to 130 kcal)を含む。350 mL (12 US fl oz)杯のビールには400 to 840 kJ (95 to 200 kcal)が含まれる。米国農務省のNHANES2013-2014年調査によると、20歳以上の女性は1日平均6.8 グラム、男性は1日平均15.5グラムのアルコールを摂取している。これらの飲料のアルコール以外の寄与を無視すると、1日の食物エネルギー摂取量に対するエタノールの平均寄与はそれぞれ200 and 450 kJ (48 and 108 kcal)である。アルコール飲料はエンプティ・カロリー食品とみなされるのは、エネルギーを供給する一方で必須栄養素を供給しないからである。
定義上、ファイトケミカルには食用植物のすべての栄養成分と非栄養成分が含まれる。栄養成分として含まれるのはプロビタミンAカロテノイド類であり、栄養状態を持たないものは多様なポリフェノール類、フラボノイド類、レスベラトロール、リグナン類である。多くの植物性食品に含まれており、しばしば抗酸化作用があると主張されている。数多くの植物化学化合物が、ヒトの病気や健康に対する潜在的な影響について予備研究中である。しかし、試験管での特性が十分に定義されていない化合物の栄養素としての資格は、正確な食品表示を可能にするために、まず食事摂取基準レベルで定義されなければならないということである。
欠乏症と毒性
参照：ビタミン, ミネラル (栄養素), タンパク質 (栄養素)
栄養素の量が不十分であることを欠乏という。欠乏症は、食事性欠乏症と呼ばれる栄養 摂取量の不足、または生体内での栄養素の利用を 妨げるいくつかの条件のいずれかなど、多くの原因 による。 栄養素の利用を妨げる条件としては、栄養素の吸収の問題、栄養素を通常以上に必要とする物質、栄養素の破壊を引き起こす条件、栄養素の排泄を引き起こす条件などがある。 栄養毒性は、栄養素の過剰摂取が生物に害を及ぼす場合に起こる。
米国とカナダでは、必須栄養素の推奨摂取レベルは、「個人で定義された栄養レベルを維持する」最低レベルに基づいており、これは、世界保健機関や食糧農業機関が使用する「食事不足の病理学的に関連し、臨床的に検出可能な徴候を防ぐために必要な摂取レベルを示す基礎必要量」とはやや異なる定義である。
ヒトの栄養素ガイドラインを設定する際、政府機関は、欠乏症を避けるために必要な量や、毒性のリスクを避けるための最大量について、必ずしも合意していない。例えば、ビタミンCについては、推奨摂取量はインドの40 mg/日からEUの155 mg/日まで幅がある。下の表は、ビタミンとミネラルの米国の推定平均必要量（EAR）と推奨食事許容量（RDA）、欧州連合のPRI（RDAと同じ概念）、そして3つの政府機関が安全な上限摂取量とみなすものを示している。RDAはEARよりも高く設定され、平均よりも高い必要量を持つ人々をカバーしている。十分摂取量（AAI）は、EARやRDAを設定するのに十分な情報がない場合に設定される。各国は、有害な影響を引き起こす量に基づいて、上限値（UL）とも呼ばれる耐容上限摂取量を設定している。各国政府は、この種の情報の改訂に時間がかかる。米国の値については、カルシウムとビタミンDを除き、すべて1997年から2004年のデータである。
| 栄養素 | U.S. EAR | 最高 U.S. RDAあるいはAI |
最高 EU PRIあるいはAI |
上限 | 単位 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U.S. | EU | Japan | |||||
| Vitamin A/ja | 625 | 900 | 1300 | 3000 | 3000 | 2700 | µg |
| Vitamin C/ja | 75 | 90 | 155 | 2000 | ND | ND | mg |
| ビタミン D | 10 | 15 | 15 | 100 | 100 | 100 | µg |
| Vitamin K/ja | NE | 120 | 70 | ND | ND | ND | µg |
| α-トコフェノール (Vit E) | 12 | 15 | 13 | 1000 | 300 | 650-900 | mg |
| Thiamin/ja (ビタミンB1) | 1.0 | 1.2 | 0.1 mg/MJ | ND | ND | ND | mg |
| リボフラビン (ビタミンB2) | 1.1 | 1.3 | 2.0 | ND | ND | ND | mg |
| ナイアシン* (ビタミン B3) | 12 | 16 | 1.6 mg/MJ | 35 | 10 | 60-85 | mg |
| パントテン酸 (ビタミンB5) | NE | 5 | 7 | ND | ND | ND | mg |
| ビタミンB6 | 1.1 | 1.3 | 1.8 | 100 | 25 | 40-60 | mg |
| ビオチン (ビタミンB7) | NE | 30 | 45 | ND | ND | ND | µg |
| 葉酸 (ビタミンB9) | 320 | 400 | 600 | 1000 | 1000 | 900-1000 | µg |
| Cobalamin/ja (ビタミンB12) | 2.0 | 2.4 | 5.0 | ND | ND | ND | µg |
| Choline/ja | NE | 550 | 520 | 3500 | ND | ND | mg |
| Calcium/ja | 800 | 1000 | 1000 | 2500 | 2500 | 2500 | mg |
| Chloride/ja | NE | 2300 | NE | 3600 | ND | ND | mg |
| Chromium/ja | NE | 35 | NE | ND | ND | ND | µg |
| Copper/ja | 700 | 900 | 1600 | 10000 | 5000 | 10000 | µg |
| Fluoride/ja | NE | 4 | 3.4 | 10 | 7 | ____ | mg |
| Iodine/ja | 95 | 150 | 200 | 1100 | 600 | 3000 | µg |
| Iron/ja | 6 | 18 (女性) 8 (男性) |
16 (女性) 11 (男性) |
45 | ND | 40-45 | mg |
| Magnesium/ja* | 350 | 420 | 350 | 350 | 250 | 350 | mg |
| Manganese/ja | NE | 2.3 | 3.0 | 11 | ND | 11 | mg |
| Molybdenum/ja | 34 | 45 | 65 | 2000 | 600 | 450-550 | µg |
| Phosphorus/ja | 580 | 700 | 640 | 4000 | ND | 3000 | mg |
| カリウム | NE | 4700 | 4000 | ND | ND | 2700-3000 | mg |
| Selenium/ja | 45 | 55 | 70 | 400 | 300 | 330-460 | µg |
| Sodium/ja | NE | 1500 | NE | 2300 | ND | 3000-3600 | mg |
| 亜鉛 | 9.4 | 11 | 16.3 | 40 | 25 | 35-45 | mg |
*ナイアシンとマグネシウムの1日当たりの推奨量は、耐容上限値よりも高いが、これは両栄養素について、ULが栄養補助食品として摂取した場合に副作用のリスクを増加させない量を特定しているためである。ULを超えるマグネシウムの補給は下痢を引き起こす可能性がある。ULを超えるナイアシンの補給は、顔面紅潮や体温上昇を引き起こす可能性がある。各国または各地域の規制機関が、症状が発生する可能性がある場合を下回る安全マージンを決定しているため、ULは情報源によって異なる場合がある。
'EAR 米国の推定平均所要量
RDA 米国の推奨食事許容量。成人では子供より高く、妊娠中または授乳中の女性ではさらに高くなる可能性がある。
AI EARやRDAを設定するのに十分な情報がない場合に設定される。
PRI Population Reference Intake（人口基準摂取量）は、欧州連合（EU）のRDAに相当するもので、成人では子供より高く、妊娠中または授乳中の女性ではさらに高くなる可能性がある。チアミンとナイアシンについては、PRIは食品エネルギー消費量1メガジュール（239キロカロリー）あたりの量で表される。
Upper Limit 耐容上限摂取量レベル。
ND ULは決定していない。
NE EAR、PRIまたはAIはまだ設定されていないか、設定される予定もない（EUはクロムを必須栄養素とみなしていない）。
植物
植物の栄養素は、根から吸収される十数種類のミネラルと、葉から吸収または放出される二酸化炭素と酸素からなる。すべての生物は、周囲の環境からすべての栄養素を得ている。
植物は空気や土壌から炭素、水素、酸素を二酸化炭素と水の形で吸収する。その他の栄養素は土壌から吸収される（一部の寄生植物や肉食植物は例外）。これらを含めると、植物にとって重要な栄養素は17種類ある： すなわち、窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）、カルシウム（Ca）、硫黄（S）、マグネシウム（Mg）、炭素（C）、酸素（O）、水素（H）、そして微量栄養素である鉄（Fe）、ホウ素（B）、塩素（Cl）、マンガン（Mn）、亜鉛（Zn）、銅（Cu）、モリブデン（Mo）、ニッケル（Ni）である。炭素、水素、酸素に加えて、窒素、リン、硫黄も比較的大量に必要とされる。ビッグシックス "は共に、すべての有機体にとっての大栄養素である。 これらは無機物（例えば二酸化炭素、水、硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、窒素と特に酸素の二原子分子）と有機物（炭水化物、脂質、タンパク質）から供給される。
こちらも参照
外部リンク
