Пищевая энергия
Пищевая энергия — это химическая энергия , которую животные (включая человека ) получают из пищи для поддержания своего метаболизма , включая мышечную активность. [1]
Большинство животных получают большую часть своей энергии за счет дыхания , а именно соединения углеводов , жиров и белков с кислородом воздуха воде или растворенным в аэробного . [2] Другие более мелкие компоненты рациона, такие как органические кислоты , полиолы и этанол (алкоголь), могут способствовать получению энергии. Некоторые компоненты диеты , которые обеспечивают мало или вообще не обеспечивают пищевой энергии, такие как вода , минералы , витамины , холестерин и клетчатка , все же могут быть необходимы для здоровья и выживания по другим причинам. У некоторых организмов вместо этого имеется анаэробное дыхание , при котором энергия извлекается из пищи посредством реакций, не требующих кислорода.
Энергетическое содержание данной массы пищи обычно выражается в (СИ) метрической единице энергии — джоуле (Дж) и кратном ей килоджоуле (кДж); или в традиционной единице тепловой энергии — калории (кал). В контексте питания последняя часто (особенно в США) является «большим» вариантом единицы, также обозначаемой как «калория» (с символом «Кал» с заглавной «С») или «килокалория» (ккал) и эквивалентная 4184 Дж или 4,184 кДж. [3] Так, например, наибольшее количество пищевой энергии на единицу массы имеют жиры и этанол — 37 и 29 кДж/г (9 и 7 ккал/г) соответственно. Белки и большинство углеводов содержат около 17 кДж/г (4 ккал/г), хотя между разными видами есть различия. Например, значения глюкозы, сахарозы и крахмала составляют 15,57, 16,48 и 17,48 килоджоулей на грамм (3,72, 3,94 и 4,18 ккал/г) соответственно. Различная энергетическая плотность пищевых продуктов (жиров, спиртов, углеводов и белков) заключается главным образом в различных пропорциях атомов углерода, водорода и кислорода. Углеводы, которые трудно усваиваются, такие как клетчатка или лактоза у людей с непереносимостью лактозы , приносят меньше энергии из пищи. Полиолы (включая сахарные спирты ) и органические кислоты составляют 10 кДж/г (2,4 ккал/г) и 13 кДж/г (3,1 ккал/г) соответственно. [4]
Энергетическое содержание сложного блюда или обеда можно приблизительно определить, сложив энергетическую ценность его компонентов.
История и методы измерений [ править ]
Прямая калориметрия горения [ править ]
Первые определения энергетической ценности пищи были сделаны путем сжигания высушенного образца в бомбовом калориметре и измерения изменения температуры в воде, окружающей аппарат, — метод, известный как прямая калориметрия . [5]
Система Этуотер [ править ]
Однако прямой калориметрический метод обычно переоценивает фактическую энергию, которую организм может получить из пищи, поскольку он также учитывает энергетическое содержание пищевых волокон и других неперевариваемых компонентов и не допускает частичного усвоения и/или неполного метаболизма некоторых веществ. . По этой причине сегодня энергетическое содержание пищи получается косвенным путем, используя химический анализ для определения количества каждого перевариваемого пищевого компонента (например, белков, углеводов и жиров) и добавляя соответствующее энергетическое содержание пищи, ранее полученное путем измерение метаболического тепла, выделяемого организмом. [6] [7] В частности, исключено содержание клетчатки. Этот метод известен как модифицированная система Этуотера в честь Уилбура Этуотера , который впервые провел эти измерения в конце 19 века. [1] [8]
Позже система была усовершенствована Аннабель Меррилл и Бернис Уотт из Министерства сельского хозяйства США , которые разработали систему, в соответствии с которой были предложены конкретные коэффициенты пересчета калорий для различных продуктов питания. [9]
Диетические источники энергии [ править ]
Типичный рацион человека состоит в основном из углеводов, жиров, белков, воды, этанола и неперевариваемых компонентов, таких как кости , семена и клетчатка (в основном целлюлоза ). Углеводы, жиры и белки обычно составляют девяносто процентов сухого веса пищи. [10] Жвачные животные могут извлекать пищевую энергию за счет дыхания целлюлозы благодаря бактериям в рубце , которые разлагают ее на легкоусвояемые углеводы.
Другими второстепенными компонентами рациона человека, которые способствуют повышению его энергетического содержания, являются органические кислоты, такие как лимонная и винная , и полиолы, такие как глицерин , ксилит , инозитол и сорбит .
Некоторые питательные вещества играют регуляторную роль, на которую влияют клеточные сигналы , а также обеспечивают организм энергией. [11] Например, лейцин играет важную роль в регуляции белкового обмена и подавляет аппетит человека. [12] Небольшие количества незаменимых жирных кислот , составляющих некоторых жиров, которые не могут синтезироваться организмом человека, используются (и необходимы) для других биохимических процессов.
Приблизительное содержание калорий в различных компонентах рациона человека, которое должно использоваться в маркировке упаковки в соответствии с правилами ЕС. [13] и правила Великобритании, [14] являются:
| Пищевой компонент | Плотность энергии | |
|---|---|---|
| кДж/г | ккал/г | |
| Толстый | 37 | 9 |
| Спирт этиловый | 29 | 7 |
| Белки | 17 | 4 |
| Углеводы | 17 | 4 |
| Органические кислоты | 13 | 3 |
| Полиолы ( сахарные спирты , подсластители ) (1) | 10 | 2.4 |
| Волокно (2) | 8 | 2 |
(1) Некоторые полиолы, такие как эритрит , не перевариваются и их следует исключить из подсчета.
(2) Эта запись существует в правилах ЕС 2008 года, [13] но не в правилах Великобритании, согласно которым волокно не учитывается. [14]
Более подробные таблицы для конкретных продуктов питания были опубликованы многими организациями, например, Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций также опубликовала аналогичную таблицу. [3]
Другие компоненты рациона человека либо некалорийны, либо обычно потребляются в таких небольших количествах, что ими можно пренебречь.
Использование энергии в организме человека [ править ]
Пищевая энергия, фактически получаемая при дыхании, используется организмом человека для широкого круга целей, включая основной обмен различных органов и тканей, поддержание внутренней температуры тела и применение мышечной силы для поддержания позы и выполнения движений. Около 20% используется для метаболизма мозга. [3]
Эффективность преобразования энергии дыхания в мышечную (физическую) силу зависит от типа пищи и типа использования физической энергии (например, какие мышцы используются, используются ли мышцы аэробно или анаэробно ). В целом эффективность мышц довольно низка: лишь 18–26% энергии дыхания преобразуется в механическую энергию. [15] Эта низкая эффективность является результатом около 40% эффективности выработки АТФ при дыхании пищи, потерь при преобразовании энергии АТФ в механическую работу внутри мышц и механических потерь внутри тела. Последние две потери зависят от типа упражнения и типа используемых мышечных волокон (быстросокращающиеся или медленносокращающиеся). При общем КПД 20 % один ватт механической мощности эквивалентен 18 кДж/ч (4,3 ккал/ч). Например, производитель гребного снаряжения показывает, что количество калорий, выделяемых при «сгорании» пищи, в четыре раза превышает фактическую механическую работу плюс 1300 кДж (300 ккал) в час. [16] что составляет около 20% эффективности при механической мощности 250 Вт. Чтобы «сжечь» 17 000 кДж (4 000 ккал), может потребоваться до 20 часов небольшой физической активности (например, ходьбы). [17] больше, чем в противном случае организм потреблял бы. Для справки: каждый килограмм жира примерно эквивалентен 32 300 килоджоулям пищевой энергии (т.е. 3500 килокалорий на фунт или 7700 килокалорий на килограмм). [18]
Рекомендуемая суточная доза [ править ]
Многие страны и организации здравоохранения опубликовали рекомендации по здоровому уровню ежедневного потребления пищевой энергии. Например, по оценкам правительства США, 8400 и 10900 кДж (2000 и 2600 ккал) необходимы женщинам и мужчинам в возрасте от 26 до 45 лет, чья общая физическая активность эквивалентна ходьбе. От 2,5 до 5 км ( 1 + 1 ⁄ от 2 до 3 миль) в день в дополнение к сидячему образу жизни. Эти оценки относятся к «эталонной женщине» ростом 1,63 м (5 футов 4 дюйма) и весу 57 кг (126 фунтов) и «эталонному мужчине» ростом 1,78 м (5 футов 10 дюймов) и весу 70 кг ( 154 фунта). [19] Поскольку потребность в калориях варьируется в зависимости от роста, активности, возраста, статуса беременности и других факторов, Министерство сельского хозяйства США создало калькулятор DRI для медицинских работников, чтобы определить индивидуальные потребности в калориях. [20] [21]
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций , средняя минимальная потребность в энергии на человека в день составляет около 7500 кДж (1800 ккал). [22] Хотя США со временем изменились с ростом населения и обработанных пищевых продуктов или продуктов питания в целом, сегодня американцы имеют примерно тот же уровень калорий, что и старшее поколение. [1]
Пожилым людям и людям, ведущим малоподвижный образ жизни, требуется меньше энергии; детям и физически активным людям требуется больше. Австралии Признавая эти факторы, Национальный совет здравоохранения и медицинских исследований рекомендует разное ежедневное потребление энергии для каждой возрастной и гендерной группы. [23] Тем не менее, на этикетках австралийских продуктов питания обычно указывается среднесуточное потребление энергии 8800 кДж (2100 ккал).
Минимальное потребление энергии также выше в холодных условиях. Повышенная умственная активность связана с умеренно повышенным потреблением энергии мозгом . [24]
Этикетки с пищевой ценностью [ править ]
Многие правительства требуют от производителей продуктов питания указывать энергетическую ценность своей продукции, чтобы помочь потребителям контролировать потребление энергии. Чтобы облегчить оценку потребителям, энергетическая ценность продуктов питания (и другие питательные свойства) на этикетках или в таблицах упаковки часто указывается в расчете на удобные количества продуктов питания, а не на грамм или килограмм; например, «калорий на порцию», «ккал на 100 г» или «кДж на упаковку». Единицы различаются в зависимости от страны:
| Страна | Обязательная единица (символ) | Второй блок (символ) | Общее использование |
|---|---|---|---|
| Соединенные Штаты | Калорийность (Кал) [25] | килоджоуль (кДж), опционально [25] | калория (кал) [26] |
| Канада | Калорийность (Кал) [ нужна цитата ] | килоджоуль (кДж), опционально [ нужна цитата ] | калория (кал) [ нужна цитата ] |
| Австралия и Новая Зеландия | килоджоули (кДж) [27] [28] | килокалория (ккал), по желанию [27] [28] | AU: килокалория (ккал) [ нужна цитата ] |
| Великобритания | кДж [14] | ккал, обязательно [14] | |
| Евросоюз | килоджоули (кДж) [29] | килокалория (ккал), обязательно [29] | |
| Бразилия | калория или килокалория (ккал) [30] | калория |
См. также [ править ]
- Система Этуотер
- Базальная скорость метаболизма
- Калорийность
- Химическая энергия
- Пищевая цепочка
- Состав пищи
- Теплота сгорания
- Этикетка с информацией о пищевой ценности
- Таблица пищевых питательных веществ
- Список стран по потреблению энергии в пищу
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б Эллисон Марш (2020): « Как подсчет калорий стал наукой: калориметры определяют пищевую ценность продуктов питания и мощность парогенераторов. Архивировано 21 января 2022 г. в Wayback Machine ». Интернет-статья о спектре IEEE. Архивировано 20 января 2022 г. на веб-сайте Wayback Machine от 29 декабря 2020 г. Доступ: 20 января 2022 г.
- ^ Росс, К.А. (2000c) Энергия и топливо, Литтлдайк М., Росс К.А. и Лакин Э. (ред.), Научные знания и окружающая среда. Лондон: Издательство Дэвида Фултона.
- ^ Перейти обратно: а б с Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (2003 г.): « Документ ФАО по продовольствию и питанию 77: Энергия пищевых продуктов - методы анализа и коэффициенты преобразования. Архивировано 24 мая 2010 г. в Wayback Machine ». Доступ осуществлен 21 января 2022 г.
- ^ «Приложение 7: Маркировка пищевой ценности» . Legislation.gov.uk . Национальный архив. 1 июля 1996 года . Проверено 13 декабря 2019 г.
- ^ Адриенн Юдим (2021): « Калории, заархивированные 4 августа 2013 г. в Wayback Machine ». Статья в интернет- издании Merck Manual Home Edition от декабря 2011 г. Доступ: 21 февраля 2022 г.
- ^ «Питательная ценность некоторых распространенных продуктов питания» (PDF) . Министерство здравоохранения Канады, PDF стр. 4 . 1997 год . Проверено 25 января 2015 г.
- ^ «Как производители продуктов питания рассчитывают калорийность упакованных продуктов?» . Научный американец . Проверено 8 сентября 2017 г.
- ^ «Почему этикетки на продуктах питания неправильные». Архивировано 13 ноября 2011 г. в Wayback Machine Биджалом Триведи, New Scientist , 18 июля 2009 г., стр. 30-3.
- ^ Аннабель Меррилл; Бернис Ватт (1973). Энергетическая ценность продуктов питания ... основы и выводы (PDF) . Министерство сельского хозяйства США. Архивировано из оригинала (PDF) 22 ноября 2016 года.
- ^ «Углеводы, белки, питание» . Руководство Мерк .
- ^ Джеффри С.Ф. (2006). «Регулирование энергетического баланса: субстрат наносит ответный удар». Наука : 861–864.
- ^ Чеснок, П.Дж. Роль лейцина в регуляции белкового обмена. Журнал питания, 2005. 135(6): 1553S–6S.
- ^ Перейти обратно: а б «Директива Совета 90/496/EEC от 24 сентября 1990 г. о маркировке пищевых продуктов» . Архивировано из оригинала 3 октября 2011 года . Проверено 18 марта 2010 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Соединенное Королевство Правила маркировки пищевых продуктов 1996 г. Архивировано 21 сентября 2013 г. в Wayback Machine - Приложение 7: Маркировка пищевой ценности. Архивировано 17 марта 2013 г. в Wayback Machine.
- ^ Стивен Зайлер, Эффективность, экономичность и выносливость. Архивировано 21 декабря 2007 г. в Wayback Machine (1996, 2005).
- ^ Гребной эргометр Concept II, руководство пользователя. Архивировано 26 декабря 2010 г. в Wayback Machine (1993).
- ^ Гайтон AC, Холл JE. Учебник медицинской физиологии, 11 изд., стр. 10. 887, Эльзевир Сондерс, 2006.
- ^ Вишнофски, М. Калорийный эквивалент набранного или потерянного веса. Американский журнал клинического питания (1958).
- ^ Национальные институты здравоохранения США (2015): « Руководства по питанию. Архивировано 1 марта 2016 г. в Wayback Machine ».
- ^ «Руководство по питанию для американцев на 2020–2025 годы» (PDF) . Dietaryguidelines.gov . Министерство сельского хозяйства США и HHS . Проверено 17 мая 2022 г.
- ^ «Калькулятор DRI для медицинских работников» . usda.gov . Министерство сельского хозяйства США . Проверено 17 мая 2022 г.
- ^ Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (2014): « Голод, заархивированный 20 декабря 2009 г. в Wayback Machine ». Доступ: 27 сентября 2014 г.
- ^ «Диетическая энергия» . Проверено 27 сентября 2014 г.
- ^ Оценка гипотезы умственных усилий для корреляции между корковым метаболизмом и интеллектом. Архивировано 23 октября 2012 г. в Wayback Machine , Intelligence, Volume 21, Number 3, ноябрь 1995 г., стр. 267-278 (12), 1995.
- ^ Перейти обратно: а б Федеральное правительство США (1977 г.), « Свод федеральных правил. Часть 101. Маркировка пищевых продуктов. Архивировано 21 января 2022 г. в Wayback Machine », из Федерального реестра 14308, 15 марта 1977 г.
- ^ Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (2019): « Калории в меню - информация заархивирована 20 января 2022 г. в Wayback Machine ». Онлайн-документ на веб-сайте FDA . Архивировано 15 сентября 2013 г. на Wayback Machine от 5 августа 2019 г. Доступ осуществлен 20 января 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Здоровье. «Кодекс стандартов на пищевые продукты Австралии и Новой Зеландии – Стандарт 1.2.8 – Требования к информации о пищевой ценности» . www.legislation.gov.au . Проверено 29 мая 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б «В чем разница между калорией и килоджоулем» . Здоровье Квинсленда . 21 февраля 2017 года . Проверено 29 мая 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Парламент Европейского Союза (2011 г.): « Регламент (ЕС) № 1169/2011. Архивировано 11 января 2022 г. в Wayback Machine ». Документ 02011R1169-20180101.
- ^ Министерство здравоохранения Бразилии (2020 г.): « Нормативная инструкция № 75. Устанавливает технические требования к декларированию пищевой ценности на упакованных пищевых продуктах. Архивировано 21 января 2022 г. в Wayback Machine », от 8 октября 2020 г., опубликовано на Diário. Официальный представитель Союза, 09.10.2020, стр. 113.
Внешние ссылки [ править ]
метаболизма Карта |
|---|
