Tổng quan về Dinh dưỡng
Dinh dưỡng là khoa học về thực phẩm và mối quan hệ của nó tới sức khoẻ. Các chất dinh dưỡng là các chất hóa học trong thực phẩm được cơ thể sử dụng cho sự tăng trưởng, duy trì và hoạt động.

Cơ thể không thể tự tổng hợp được các chất dinh dưỡng và vì vậy phải được cung cấp từ chế độ ăn. Chúng bao gồm

Các vitamin
Các chất khoáng
Một số axit amin
Một số axit béo
Các chất dinh dưỡng mà cơ thể có thể tự tổng hợp từ những thành phần khác mặc dù chúng cũng có thể được cung cấp từ chế độ ăn, được coi là không thiết yếu.

Cơ thể có nhu cầu số lượng lớn các chất dinh dưỡng đa lượng; các dinh dưỡng vi lượng cần thiết ở khối lượng ít hơn.

Thiếu hụt các chất dinh dưỡng có thể dẫn đến suy dinh dưỡng, từ đó có thể gây ra các hội chứng thiếu hụt (như, suy dinh dưỡng thể phù (kwashiorkor), bệnh pellagra). Ăn quá nhiều các chất dinh dưỡng đa lượng có thể dẫn đến béo phì và các rối loạn liên quan; Sử dụng quá nhiều các chất dinh dưỡng vi lượng có thể gây độc. Ngoài ra, sự cân bằng của các loại dinh dưỡng khác nhau, như bao nhiêu axit béo no và axit béo không no được tiêu thụ, có thể dẫn đến việc phát sinh các rối loạn.

Các chất dinh dưỡng đa lượng
Các chất dinh dưỡng đa lượng cấu thành phần lớn của chế độ ăn và cung cấp năng lượng và nhiều dưỡng chất thiết yếu. Carbohydrate, Protein (bao gồm các axit amin thiết yếu), các chất béo (bao gồm các axit béo thiết yếu), các chất khoáng đa lượng và nước là các chất dinh dưỡng đa lượng. Carbohydrate, chất béo và protein có thể thay thế cho nhau thành nguồn năng lượng; chất béo cung cấp 9 kcal/g (37,8 kJ/g); protein và carbohydrate cung cấp 4 kcal/g (16,8 kJ/g).

Carbohydrate
Carbohydrate trong chế độ ăn được chuyển thành glucose và các monosaccharid khác. Carbohydrate làm tăng mức glucose trong máu, cung cấp năng lượng.

Carbohydrate đơn giản được tạo thành bởi các phân tử nhỏ, thường là các monosaccharid hoặc các disaccharid, làm tăng mức glucose trong máu nhanh.

Carbohydrate phức tạp được tạo thành bởi các phân tử lớn hơn, được chuyển thành các monosaccharid. Các carbohydrate phức tạp làm tăng mức đường trong máu chậm hơn nhưng trong một thời gian dài.

Glucose và sucrose là những carbohydrate đơn giản; tinh bột và chất xơ là các carbohydrate phức tạp.

Chỉ số đường huyết đo mức độ tăng đường trong huyết tương khi sử dụng carbohydrate. Giá trị dao động từ 1 (tăng chậm nhất) đến 100 (tăng nhanh nhất, tương đương với glucose nguyên chất – xem bảng Hàm lượng đường của một số thực phẩm). Tuy nhiên, tỷ lệ tăng thực tế cũng phụ thuộc vào loại thực phẩm nào được tiêu thụ với carbohydrate.
Carbohydrate với chỉ số đường huyết cao có thể làm tăng nhanh glucose huyết tương lên mức cao. Có giả thuyết cho răng hậu quả là mức insulin tăng, gây hạ đường huyết và đói, có xu hướng dẫn đến tiêu thụ calo vượt ngưỡng và tăng cân. Carbohydrate với chỉ số đường huyết thấp sẽ làm tăng chậm nồng độ glucose huyết tương, dẫn đến mức insulin sau ăn thấp hơn và ít đói hơn, có thể làm cho ít bị tiêu thụ calo vượt ngưỡng hơn. Những ảnh hưởng này được cho là dẫn đến một tình trạng lipid thuận lợi hơn và giảm nguy cơ béo phì, bệnh đái tháo đường, và các biến chứng của bệnh đái tháo đường nếu có.

Các Protein
Protein trong chế độ ăn được chuyển thành các peptide và amino acid. Protein cần phải có để duy trì, thay đổi, hoạt động và phát triển mô. Tuy nhiên, nếu cơ thể không nhận được đủ calo từ chế độ ăn hoặc kho dự trữ trong mô (đặc biệt là chất béo), protein có thể được sử dụng để lấy năng lượng.

Khi cơ thể sử dụng protein trong chế độ ăn cho sản xuất mô, có một sự tăng lên của protein (cân bằng nitơ tích cực). Trong các trạng thái dị hóa (ví dụ như đói, nhiễm trùng, bỏng), có thể sử dụng nhiều protein hơn (vì mô của cơ thể bị phân hủy) hơn là hấp thụ, dẫn đến giảm protein trên tổng thể (cân bằng nitơ âm). Cân bằng nitơ được xác định tốt nhất bằng cách lấy lượng nitơ tiêu thụ trừ lượng nitơ thải qua nước tiểu và qua phân.

Trong số 20 axit amin, 9 axit amin thiết yếu (EAAs); chúng không thể được tổng hợp và phải được lấy từ chế độ ăn. Tất cả mọi người có nhu cầu 8 axit amin thiết yếu (EAAs); Trẻ sơ sinh cần thêm histidine.

Điều chỉnh nhu cầu protein trong chế độ ăn dựa vào cân nặng có tương quan với tỷ lệ tăng trưởng, trong đó sẽ giảm từ trẻ sơ sinh đến tuổi trưởng thành. Nhu cầu protein trong chế độ ăn hàng ngày giảm từ 2,2 g/kg ở trẻ sơ sinh 3 tháng tuổi xuống 1,2 g/kg ở trẻ 5 tuổi và 0,8 g/kg ở người trưởng thành. Nhu cầu về protein tương ứng với các nhu cầu EAA (xem bảng Essential Amino Acid Requirements). Người trưởng thành khi muốn tăng khối lượng cơ cần thêm rất ít protein so với yêu cầu khuyến nghị.

Thành phần acid amin của protein thay đổi rất nhiều. Giá trị sinh học (BV) phản ánh sự tương đồng trong thành phần acid amin của protein so với mô của động vật; do đó, BV chỉ ra tỷ lệ của EAA được cung cấp cho cơ thể từ protein trong chế độ ăn:

Một sự kết hợp hoàn hảo là protein trong trứng, với giá trị là 100.
Protein động vật trong sữa và thịt có một chỉ số BV cao (~ 90).
Protein trong ngũ cốc và rau có chỉ số BV thấp hơn (~ 40)
Một số protein được chiết xuất (ví dụ, gelatin) có chỉ số BV là 0.
Mức độ mà các loại protein trong chế độ ăn cung cấp mỗi axit amin còn thiếu khác (Bổ sung) xác định tổng thể chỉ số BV của chế độ ăn. Nhu cầu khuyến nghị hàng ngày (RDA) đối với protein giả định chế độ ăn kết hợp trung bình có chỉ số BV là 70.
Các chất béo
Các chất béo được phân chia thành các axit béo và glycerol. Các chất béo là cần thiết cho sự tăng trưởng mô và sản xuất hocmon. Các axit béo bão hòa, thông thường trong mỡ động vật, có khuynh hướng đông cứng ở nhiệt độ phòng. Ngoại trừ dầu cọ và dừa, các chất béo có nguồn gốc từ thực vật có xu hướng ở dạng lỏng trong nhiệt độ phòng; những chất béo này chứa hàm lượng của các axit béo không bão hoà đơn hoặc các axit béo không bão hòa đa cao (PUFAs).

Việc hydro hóa một phần các axit béo không bão hòa (như xảy ra trong quá trình sản xuất thực phẩm) tạo ra các axit béo chuyển hóa ở dạng đông cứng hoặc nửa đông cứng trong nhiệt độ phòng. Ở Mỹ, nguồn các axít béo chuyển hóa trong chế độ ăn chính là dầu thực vật hydro hoá một phần, được sử dụng trong sản xuất một số thực phẩm (như bánh quy, bánh quy giòn, khoai tây chiên) để kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm. Các axit béo chuyển hóa có thể làm tăng cholesterol LDL và giảm HDL; Chúng cũng có thể tự làm tăng nguy cơ bệnh mạch vành.

Các axit béo thiết yếu (EFAs) là

Acid linoleic, axit béo omega-6 (n-6)
Axit linolenic, axit béo omega-3 (n-3)
Cơ thể cần các axit béo omega-6 khác (ví dụ axit arachidonic) và các axit béo omega-3 khác (ví dụ axit eicosapentaenoic, axit docosahexaenoic) nhưng chúng có thể được tổng hợp từ EFAs.

EFAs là cần thiết cho sự hình thành của các eicosanoid khác nhau (lipid hoạt tính sinh học), bao gồm prostaglandin, thromboxan, prostacyclin và leukotrien. Tiêu thụ các axit béo omega-3 có thể làm giảm nguy cơ bệnh động mạch vành.

Như cầu đối với EFAs khác nhau theo độ tuổi. Người trưởng thành cần lượng axit linoleic ít nhất 2% tổng lượng calo cung cấp và axit linolenic ít nhất là 0,5%. Nhiều loại dầu thực vật cung cấp axit linoleic và axit linolenic. Dầu làm từ hoa rum, hướng dương, ngô, đậu nành, anh thảo, bí ngô và mầm lúa mì cung cấp một lượng lớn axit linoleic. Dầu cá biển và dầu làm từ hạt lanh, bí ngô, đậu nành, và dầu canola cung cấp một lượng lớn axit linolenic. Dầu cá biển cũng cung cấp một số các axit béo omega-3 khác nhau với khối lượng lớn.

Các nguyên tố khoáng đa lượng
Natri, clorua, kali, canxi, phosphate, và magiê được yêu cầu với số lượng tương đối lớn mỗi ngày (xem bảng Các khoáng chất đa lượng, Các chế độ ăn uống tham khảo, và Hướng dẫn chế độ ăn uống hàng ngày).
Nước
Nước được xem là một chất dinh dưỡng đa lượng bởi vì cung cấp 1mL/kcal (0,24mL/kJ) của năng lượng đã được tiêu hao, hoặc khoảng 2500 mL/ngày. Nhu cầu dao động khi sốt, hoạt động thể chất, và thay đổi khí hậu và độ ẩm.

Các chất dinh dưỡng vi lượng
Các vitamin và các nguyên tố khoáng được yêu cầu một lượng nhỏ (nguyên tố khoáng vi lượng) là các chất dinh dưỡng vi lượng.

Vitamin tan trong nước là vitamin C (acid ascorbic) và 8 thành phần của phức hợp vitamin B: biotin, folate, niacin, pantothenic acid, riboflavin (vitamin B2), thiamin (vitamin B1), vitamin B6 (pyridoxin), và vitamin B12 (cobalamin).

Các vitamin tan trong chất béo là các vitamin A (retinol), D (cholecalciferol và ergocalciferol), E (alpha-tocopherol), và K (phylloquinone và menaquinone).

Chỉ có vitamin A, E, và B12 được dự trữ với mức độ đáng kể trong cơ thể; các vitamin khác phải được tiêu thụ thường xuyên để duy trì sức khỏe mô.

Các nguyên tố khoáng vi lượng cần thiết bao gồm crom, đồng, iốt, sắt, mangan, molybden (Chì), selenium, và kẽm. Ngoại trừ crom, mỗi loại này được kết hợp vào các enzyme hoặc các hocmon cần thiết trong quá trình trao đổi chất. Ngoại trừ những thiếu hụt của sắt và kẽm, các thiếu hụt chất khoáng vi lượng thường không phổ biến ở các nước phát triển.

Các nguyên tố khoáng khác (như nhôm, asen, boron, coban, florua, niken, silicon, vanadium) đã không được chứng minh là cần thiết cho con người. Florua, mặc dù không thiết yếu, giúp ngăn ngừa sâu răng bằng cách tạo thành một hợp chất với canxi (canxi florua [CaF2]), giúp ổn định khối khoáng chất trong răng.

Tất cả các nguyên tố khoáng vi lượng đều gây độc ở mức cao, và một số (asen, niken, và crom) có thể gây ung thư.

Các chất khác của chế độ ăn
Chế độ ăn uống hàng ngày của con người thường chứa khoảng 100.000 chất hóa học (ví dụ, cà phê chứa 1000). Trong số này, chỉ có 300 là các chất dinh dưỡng, chỉ một số trong đó là cần thiết. Tuy nhiên, nhiều chất phi dinh dưỡng trong thực phẩm rất hữu ích. Ví dụ, phụ gia thực phẩm (ví dụ, chất bảo quản, chất nhũ hóa, chất chống oxy hoá, chất ổn định) cải thiện sản xuất và ổn định của thực phẩm. Các thành phần vi lượng (ví dụ, gia vị, hương vị, mùi, màu sắc, hóa chất thực vật, nhiều sản phẩm tự nhiên khác) cải thiện hình dạng và vị giác.

Chất xơ
Chất xơ có nhiều dạng khác nhau (ví dụ như cellulose, hemicellulose, pectin, chất gum). Nó làm tăng nhu động ruột, ngăn ngừa táo bón, và giúp kiểm soát bệnh của túi thừa. Chất xơ loại bỏ nhanh các chất gây ung thư do các vi khuẩn sản xuất trong đại tràng. Bằng chứng dịch tễ gợi ý một mối liên hệ giữa ung thư đại tràng với lượng chất xơ ăn vào thấp và một ảnh hưởng có lợi của chất xơ ở bệnh nhân rối loạn chức năng ruột, bệnh Crohn, béo phì, hoặc bệnh trĩ. Chất xơ hòa tan (có trong trái cây, rau, yến mạch, lúa mạch, đậu) làm giảm tăng glucose trong máu sau ăn và insulin và có thể làm giảm mức cholesterol.

Chế độ ăn của phương Tây điển hình có hàm lượng chất xơ thấp (khoảng 12 g/ngày) vì lượng bột mì được tinh chế cao và lượng trái cây và rau quả thấp. Tăng lượng chất xơ đưa vào khoảng 30g/ngày bằng cách ăn nhiều rau, hoa quả, ngũ cốc và hạt được khuyến cáo chung. Tuy nhiên, lượng chất xơ đưa vào cao có thể làm giảm sự hấp thu của một số khoáng chất nhất định.