营养学是研究食物对人体健康和生长发育的影响，以及如何通过合理的膳食结构和营养素摄入来预防疾病、促进健康的一种科学，营养学必须研究的关键范畴包括以下几个方面：

1、食物与人体健康的关系的研究：营养学首先需要研究食物对人体健康的影响的机制，包括各种营养素(如蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质等)在人体中的生理功能、代谢途径和相互关系，以及食物中的有害物质(如添加剂、农药残留等)对人体健康的危害程度和可能的预防措施。

2、膳食结构与营养素需求的研究：营养学需要研究不同人群(如儿童、成人、老年人、孕妇、哺乳期妇女等)的膳食结构和营养素需求特点，以便为个体提供合适的膳食指导，还需要研究不同生活阶段(如生长发育期、孕期、产褥期、老年期等)对膳食结构和营养素需求的变化规律。

3、膳食干预与预防疾病的方法研究：营养学需要研究如何通过膳食干预来预防和控制各种疾病(如心血管疾病、肿瘤、糖尿病、肥胖症等),包括制定合理的膳食指南、推广科学的膳食教育、提倡健康的饮食习惯等。

4、营养素缺乏与过量的评价与调控：营养学需要研究如何评价个体或群体的营养素摄入状况，判断是否存在营养素缺乏或过量的问题，并提出相应的调控措施，这包括采用生化指标(如血浆蛋白、血脂、血糖等)、生物标志物(如尿液中的某些成分)和体征(如体重、体型、皮肤状态等)等方法进行评价，以及通过调整膳食结构、增加或减少某种食物的摄入量等手段进行调控。

5、食品安全与卫生的研究：营养学还需要关注食品安全与卫生问题，研究如何在生产、加工、储存、运输和消费过程中保证食物的安全性和卫生性，以及如何预防食物中的有害物质对人体健康的危害，还需要研究如何在食品中合理添加营养素，以满足人体的需求。

6、营养素与环境的关系研究：营养学还需要关注营养素与环境的关系，研究环境污染(如重金属污染、农药残留等)对食物中营养素含量和安全性的影响，以及如何通过改善农业生产条件、加强食品安全监管等手段减轻环境污染对人类健康的影响。

营养学必须研究的关键范畴涉及食物与人体健康的关系的多个方面，旨在为人类提供科学、合理的膳食指导，预防和控制疾病，促进人类的健康和福祉。