Фізіологічна теплотворна здатність - біологія
фізіологічна теплотворна здатність їжі вказує на специфічну енергію, яка може бути доступною в організмі організму при її метаболізмі (дихання клітин). З іншого боку, енергетичні зусилля, які організм повинен докласти для цього, не враховуються; тож вони є валовими величинами.
Фізіологічна теплотворна здатність, як правило, нижча за фізичну теплотворну здатність при повному згорянні в полум’ї.
У маркуванні харчових продуктів ЄС інформація в кДж (кілоджоулі) на 100 г. або для рідкої їжі в кДж на 100 мл відповідно; є додатково кДж на порцію дозволено, за умови, що продукт порціонований або вказаний передбачуваний розмір порції. Крім того, відповідні значення також повинні бути вказані в застарілій одиниці калорій, яка все ще частково використовується в харчовій науці, в кожному випадку з ккал (Кілокалорії) натомість кДж. [1]
Визначення фізіологічних калорій
На практиці виникає питання про те, як можна визначити калорійність для повсякденних продуктів. Для визначення термодинамічна теплотворна здатність використовується бомбовий калориметр, в якому їжа спалюється до попелу. Для фізіологічна теплотворна здатність оцінена теплотворна здатність перетравлених залишків віднімається з результату.
Отже, фізична теплотворна здатність - це те, що можна визначити об’єктивно; однак, оцінювана теплотворна здатність перетравлених залишків залежить від конкретної живої істоти. Значення, визначене калориметром, - це енергія, яка виділяється при перетворенні відповідної речовини з киснем.
Калорійність перетравлених залишків оцінюється наступним чином: за основу береться середнє травлення із середньою дієтою, потім оцінюється частина екскрементів, яка надходить з певної їжі. В іншому випадку вам доведеться виділити всі кишкові бактерії, що містяться в ній (приблизно 30%), а також клітини кишечника, які також були очищені. Тоді ви можете спалити решту в калориметрі і відняти значення з фізичної калорійності цікавить їжі.
Фізіологічна теплотворна здатність є лише приблизним орієнтиром для людини. Індивідуальна травна система відіграє певну роль. Загальні цінності також не стосуються однієї людини; травна система по-різному ефективна з точки зору часу та їжі. Крім того, склад їжі іноді зазнає значних природних коливань. Таким чином, показники теплотворної здатності є лише приблизним наближенням питомої енергії, фактично видобутої в конкретному випадку.
Надзвичайним прикладом різниці між тепловою та фізіологічною теплотворною здатністю може бути споживання брикету з кам’яного вугілля, який має дуже високу теплотворну здатність у калориметрі бомби, але який виводиться з організму людини неперетравленим. Подібна ситуація і при споживанні целюлози, яку людський організм - на відміну від жуйних - не може розбити.
Відношення до людського організму
Вказівка теплотворної здатності їжі не враховує певних енергетичних компонентів, таких як теплова енергія, яка залежить від температури. Людський організм не може отримати з води жодної енергії, яку можна використовувати безпосередньо для метаболізму. Тому ця їжа завжди має нульову теплотворну здатність для людини, незалежно від температури, навіть якщо тепла вода зберігає більше енергії, ніж холодна вода. На відміну від цього, в калориметрії саме ці відмінності виражаються за допомогою тих самих одиниць, що використовуються для фізіологічної теплотворної здатності.
Інші живі істоти, такі як бактерії або жуйні тварини, можуть отримувати енергію з різних непридатних для людини компонентів їжі, оскільки їх обмінні процеси відрізняються від людських. Ці речовини також відомі як харчові волокна в травній системі людини. Целюлоза для людини не засвоюється і тому не має для них теплотворної здатності. З іншого боку, жуйні тварини можуть використовувати мікроби рубця для отримання енергії для метаболізму з целюлози. Інформацію про калорійність харчових продуктів слід розглядати лише стосовно особливостей метаболізму людини.
Поняття калорійності в харчуванні
Поняття теплотворної здатності для їжі не слід розуміти в прямому розумінні цього слова, оскільки їжа не «спалюється» в організмі. Поняття кількості тепла та пов'язаної з ним теплотворної здатності виникло до 20 століття і використовувалося для опису перетворення енергії переважно парових машин нагріванням води. Для нагрівання використовуються процеси згоряння (окислення) відповідних паливних матеріалів, таких як деревина або вугілля. З іншого боку, живі істоти та люди мають зовсім інший спосіб отримання енергії, ніж парові машини: Їжа не спалюється, а для досягнення механічної роботи використовується термічне розширення, але метаболізм у клітинах перетворює її в хімічно набагато складніші процеси. Здебільшого перетворення та вироблення енергії відбуваються в кілька етапів; утворюється лише невелика кількість відпрацьованого тепла. Ефективність цього виробництва енергії також значно вища, ніж при виробництві теплової енергії та її верхня межа в процесі Карно - особливо, якщо врахувати невелику різницю температур між температурою тіла 37 ° C та звичайними температурами навколишнього середовища.
Перші систематичні дослідження щодо фізіологічної теплотворної здатності поживних речовин були проведені в кінці 19/на початку 20 століття [2] .
У випадку каталітичного окислення (горіння) частка води, яка враховується при теплотворній здатності, не заважає, вона просто зменшує частку окислюваної маси. Тому, наприклад, харчова цінність яблука з високим вмістом води нижче, ніж у картоплі фрі.
Критика виразності та вживання
Через згадані неточності є суперечливим, наскільки фізіологічна теплотворна здатність взагалі є значущою, наприклад для дієт. Критика в двох словах: Навіть фізична теплотворна здатність певної їжі в різних випадках сильно відрізняється, залежно від умов вирощування, переробки тощо. Пропорції, що виділяються через травлення після споживання, лише оцінюються і сильно варіюються в залежності від людини. Решта не спалюється в організмі, а розщеплюється найрізноманітнішими способами (часто з виділенням енергії) і, навпаки, знову збирається (з використанням енергії), іноді також виводиться із сечею. Значні частини їжі взагалі не використовуються енергетично, а використовуються як будівельні блоки в організмі.
У сукупності, отже, критику, фізіологічну теплотворну здатність, яка є справедливою для кожного, навіть наполовину правдоподібною, взагалі неможливо науково вивести. Більше того, нинішні цифри, які часто сильно варіюються від джерела до джерела, не дозволяють робити жодних висновків щодо метаболізму жирів. Крім того, споживання енергії людиною, наприклад, для певних фізичних навантажень, сильно відрізняється від випадку до випадку. Загалом, будь-який "розрахунок калорій" є скоріше шарлатанством чи вигодою, ніж серйозна наука. [3]
Енергообіг
Кількість енергії, яка потрібна людському організму на добу, щоб підтримувати свою функцію в повному спокої, називається базовим обміном речовин. Орієнтовне значення можна встановити на рівні 100 кДж на добу та кг маси тіла, тобто 7000 кДж (близько 1,9 кВт-год) на день для людини вагою 70 кг - трохи менше для жінок, ніж для чоловіків. Витрати енергії сильно залежать від людини, її фізичного розміру, стану, фізичної активності та температури навколишнього середовища. Це значення може майже подвоїтися під час фізичних навантажень за допомогою спорту або фізичної роботи. Екстремальні значення досягаються у провідних спортсменів (наприклад, велосипедистів під час Тур де Франс) або при роботі з екстремальними вимогами щодо терморегуляції (наприклад, на доменних печах).
На печінку та скелетні м’язи припадає найбільша частка базального рівня метаболізму в людському тілі - приблизно 26%, за ним слідує мозок - 18%, серце - 9%, нирки - 7%. Решта 14% припадає на решту організму.
Енергетичні потреби людини
Потреба в енергії залежить від основного та продуктивного обміну речовин, які варіюються залежно від віку, статі та інших факторів. За даними ФАО, середня потреба в енергії жінки у віці від 20 до 30 років - з вагою 55 кг та помірною фізичною активністю - становить 10 090 кДж (2410 кілокалорій) на добу. Для чоловіка у віці від 20 до 25 років - з вагою 68 кг і помірними фізичними навантаженнями - потреба в енергії становить 13 000 кДж (3 105 кілокалорій). [4]
Таблиця теплотворної здатності
| коровай | 0 795-1045 | 190-250 |
| Макарони, рис (сирий) | 1465 | 350 |
| Картопля, кукурудза, квасоля, сочевиця (суха) | 0 315-630 | 0 75-150 |
| Овочі (сирі) | 0 105-167 | 0 25-40 |
| М'ясо (сире) | 0 835-1130 | 200-270 |
| Риба (сира) | 0 335-835 | 0 80-200 |
| Куряче яйце | 0 627 | 150 |
| Масла | 3430-3810 | 820-910 |
| Бджолиний мед | 1390 рік | 332 |
| Какао (злегка знежирене) | 1885 рік | 450 |
| Молоко (залежно від жирності) | 0 193-268 | 0 46-64 |
| Кола/лимонад | 0 188-250 | 0 45-60 |
| фруктовий сік | 0 167-230 | 0 40-55 |
| Пиво (піл) | 0 200 | 0 48 |
| Фрукти/ягоди | 0 188-272 | 0 45-65 |
| банан | 0 400 | 0 95 |
| горіхи | 2090-2635 | 500-630 |
| торт | 1255-1885 | 300-450 |
| Молочний шоколад | 2345 | 560 |
| Фруктові ясна (клейкі ведмеді) | 1255-1465 | 300-350 |
Примітка: Коливання теплотворної здатності в межах категорії іноді значно більші. Це приблизний огляд, заснований на звичайних продуктах харчування. Слід також зазначити, що теплотворна здатність може суттєво коливатися внаслідок виготовлення, переробки та ступеня зрілості натуральних продуктів. Крім того, питома теплотворна здатність також відрізняється від людини до людини, оскільки травлення не витягує точно таку ж кількість енергії з певної їжі у кожної людини.
Інформація про калорійність у маркуванні харчових цінностей ЄС
На маркуванні харчової цінності ЄС не вказана теплотворна здатність харчового продукту, виміряна калориметром-бомбою (див. Вище). Швидше за все, калорійність компонентів їжі (жиру, вуглеводів, білків тощо) складається відповідно до їхньої частки в їжі. Теплотворна здатність відповідних компонентів (див. Таблицю нижче) визначена у пункті 1 статті 5 керівних принципів щодо маркування харчових продуктів [1].
| вуглеводи | 17-й | 4-й |
| Багатоатомні спирти (поліоли) | 10 | 2.4 |
| білка | 17-й | 4-й |
| жиру | 37 | 9 |
| Етанол (спирт) | 29 | 7-й |
| Органічні кислоти | 13 | 3 |
| Salatrims (низькокалорійний жир, "короткі та довгі ланцюги ацилтригліцеридів") | 25-й | 6-й |
| Клітковина | 8-й | 2 |
| Еритритол | 0 | 0 |
Зверніть увагу, що ці значення округлюються окремо, а отже, арифметичні співвідношення складають 4,0 (харчові волокна) до 4,333 (органічні кислоти) кДж/ккал - діапазон, який явно перевищує значення різних визначень калорій. Залежно від складу, інформація про вироби часто дає дві дуже різні енергетичні величини, хоча 3 - 4-значні цифри свідчать про високий ступінь точності.
Споживання енергії як показник процвітання
Споживання енергії їжі на душу населення може бути використано для визначення того, наскільки хороша продовольча ситуація в регіоні. Тому це може бути показником процвітання для класифікації держав.
Негативна теплотворна здатність
Деякі продукти харчування, особливо різні види овочів, іноді вважають негативною теплотворною здатністю, оскільки при споживанні організм витрачає більше енергії для травлення, ніж поглинає з них. Насправді зусилля, які організм повинен докласти до прийому їжі та її використання, за визначенням, повністю не враховуються при вказівці фізіологічних калорійностей; отже, мова йде про загальну інформацію. У цьому відношенні ніяких негативних калорій не може відбуватися, навіть якщо енергетична користь для організму повинна бути негативною в окремих випадках.
Холодна вода також згадується як приклад негативної теплотворної здатності, оскільки організм повинен виробляти енергію для нагрівання холодної води, яка була випита, до температури тіла. Наприклад, 105 кДж потрібно для підведення одного літра водопровідної води при температурі від 12 ° C до 37 ° C. Залежно від температури навколишнього середовища та активності, організм не обов'язково повинен виробляти цю додаткову кількість тепла, але натомість він може зменшити тепловіддачу в навколишнє середовище, зменшуючи приплив крові до зовнішніх шарів шкіри (терморегуляція).