Пищевая энергия - Food energy

Энергетический напиток емкостью 710 миллилитров (24 жидких унций США) с 1400 кДж (330 ккал), больше, чем чизбургер в фаст-фуде, и эквивалент 18 одноразовых пакетов сахара.

Пищевая энергия является химическая энергия это животные (включая люди ) вытекают из еда через процесс клеточное дыхание. Клеточное дыхание может включать химическую реакцию молекул пищи с молекулярными кислород[1] (аэробного дыхания ) или процесс реорганизации молекул пищи без дополнительного кислорода (анаэробное дыхание ).

Обзор

Людям и другим животным требуется минимальное потребление пищевой энергии для поддержания своего метаболизм и управлять своими мускулами. Пища состоит в основном из углеводы, жиры, белки, воды, витамины, и минералы. Углеводы, жиры, белки и вода составляют практически весь вес пищи, а витамины и минералы составляют лишь небольшой процент веса. (Углеводы, жиры и белки составляют девяносто процентов от сухого веса продуктов.[2]) Организмы получают пищевую энергию из углеводов, жиров и белков, а также из органические кислоты, полиолы, и этиловый спирт присутствует в рационе.[3] Немного диета компоненты, которые обеспечивают мало или совсем не дают энергии, такие как вода, минералы, витамины, холестерин и нерастворимая клетчатка могут быть необходимы для здоровья и выживания по другим причинам. Вода, минералы, витамины и холестерин не расщепляются (они используются организмом в той форме, в которой они усваиваются) и поэтому не могут использоваться для получения энергии. Клетчатка не может быть полностью переварена большинством животных, включая человека, которые могут извлечь из нее только 8,4 кДж / г (2 ккал / г) пищевой энергии. Жвачные животные может извлечь почти 17 кДж / г (4 ккал / г) из клетчатки с помощью бактерии в их рубцы[нужна цитата ].

С использованием Международная система единиц, исследователи измеряют энергию в джоули (J) или в его кратном количестве; то килоджоуль (кДж) чаще всего используется для определения количества, связанного с пищевыми продуктами. Более старый метрическая система единица энергии, до сих пор широко используемая в контексте пищевых продуктов, является калорийность; точнее, «пищевая калорийность», «большая калорийность» или килокалория (ккал или кал), равный 4184 джоуля. (Сравните «малую калорийность» (кал), равную 1/1000 калорийности пищи, которая часто используется в химия И в физика.) Внутри Европейский Союз, и килокалория («ккал»), и килоджоуль («кДж») отображаются на этикетки с питанием. Во многих странах отображается только одна из единиц; в Канаде и США на этикетках указывается единица измерения как «калория» или «калория».

Жиры и этанол содержат наибольшее количество пищевой энергии на грамм, 37 и 29 килоджоулей на грамм (8,8 и 6,9 ккал / г),[нужна цитата ] соответственно. Белки и большинство углеводов содержат около 17 кДж / г (4 ккал / г).[примечание 1] Разные плотность энергии пищевых продуктов (жир, спирт, углеводы и белки) заключается в основном в их различных пропорциях атомов углерода, водорода и кислорода.[1] Углеводы, которые трудно усваиваются, например клетчатка или лактоза в люди с непереносимостью лактозы, вносят меньше энергии в пищу. Полиолы (включая сахарные спирты ) и органических кислот составляют 10 кДж / г (2,4 ккал / г) и 13 кДж / г (3,1 ккал / г) соответственно.[4]

Измерение

Обычная пищевая энергия основана на теплоте сгорания в калориметр бомбы и поправки, которые учитывают эффективность переваривания и всасывания, а также выработку мочевина и другие вещества в моче. Американский химик Уилбур Этуотер разработал эти исправления в конце 19 века[5] (увидеть Водная система для более подробной информации). Основываясь на работе Этуотера, стало обычной практикой рассчитывать энергетическую ценность пищевых продуктов, используя 17 кДж / г (4 ккал / г) для углеводов и белков и 38 кДж / г (9 ккал / г) для липиды.[5] Позднее система была улучшена Аннабель Меррилл и Бернис Уотт из Министерство сельского хозяйства США, который разработал систему, в которой были предложены конкретные коэффициенты преобразования калорий для различных продуктов.[6]

Этикетки питания

Этикетка с информацией о пищевой ценности на упаковке Рис басмати в Соединенном Королевстве

Многие правительства требовать от производителей продуктов питания маркировать содержание энергии в их продуктах, чтобы помочь потребителям контролировать потребление энергии.[7] В Европейском союзе производители упакованных пищевых продуктов должны указывать питательную энергию своих продуктов как в килокалориях, так и в килоджоулях, когда это необходимо. В США на эквивалентных обязательных этикетках отображается только «Калории» (килокалории),[8] часто вместо названия измеряемой величины - пищевая энергия; дополнительная цифра в килоджоулей не является обязательной и используется редко. В Австралии и Новой Зеландии энергия пищи должна быть указана в килоджоулей (и, возможно, также в килокалориях), а другая информация о пищевой энергии аналогичным образом передается в килоджоулях.[9][10] Энергия, выделяемая при вдыхании пищи, обычно указывается на этикетках для 100 г, для типичного размера порции (согласно данным производителя) и / или для всего содержимого упаковки.[нужна цитата ]

Количество пищевой энергии, связанной с конкретным продуктом питания, может быть измерено путем полного сжигания высушенного продукта в калориметр бомбы, метод, известный как прямой калориметрия.[11] Однако значения, указанные на этикетках пищевых продуктов, не определены таким образом. Причина этого в том, что прямая калориметрия также сжигает пищевые волокна, и поэтому не допускает фекальных потерь; таким образом, прямая калориметрия дает систематические завышенные оценки количества топлива, которое фактически попадает в кровь в результате пищеварения. Вместо этого используются стандартные химические тесты или анализ рецептуры с использованием справочных таблиц для общих ингредиентов.[12] для оценки легкоусвояемых компонентов продукта (белок, углевод, жир, так далее.). Эти результаты затем преобразуются в эквивалентное значение энергии на основе следующей стандартизированной таблицы плотностей энергии.[4][13] Тем не мение "плотность энергии «Это вводящий в заблуждение термин, поскольку он еще раз предполагает, что энергия содержится в конкретной пище, тогда как это просто означает, что пища с« высокой плотностью »требует больше кислорода во время дыхания, что приводит к большей передаче энергии.[1][заметка 2]

Обратите внимание, что следующая стандартизованная таблица плотностей энергии[13] является приближением, и значение в кДж / г не преобразуется точно в ккал / г с использованием коэффициента преобразования.

Использование такой простой системы критиковали за то, что не принимали во внимание другие факторы, относящиеся к влиянию различных продуктов на ожирение.[5]

Пищевая составляющаяПлотность энергии[14]
кДж / гккал / г
Жир379
Этиловый спирт (употребление алкоголя)297
Белки174
Углеводы174
Органические кислоты133
Полиолы (сахарные спирты, подсластители )102.4
Волокно82

Все остальные питательные вещества в пище не калорийны и поэтому не учитываются.

Рекомендуемая суточная доза

Повышенная умственная активность связана с умеренно повышенным потребление энергии мозга.[15]Пожилые люди и люди с малоподвижный образ жизни требуют меньше энергии; детям и физически активным людям нужно больше.[нужна цитата ]

Согласно Продовольственная и сельскохозяйственная организация из Объединенные Нации, средняя минимальная потребность в энергии на человека в день составляет около 7 500 кДж (1800 ккал).[16]

В Соединенных Штатах Америки рекомендуются 10900 и 8400 кДж (2600 и 2000 ккал) для мужчин и женщин (соответственно) в возрасте от 31 до 35 лет, при уровне физической активности, эквивалентном ходьбе от 2 до 5 км (1 1⁄2 до 3 миль) в день со скоростью от 5 до 6 км / ч (от 3 до 4 миль в час) в дополнение к легкой физической активности, связанной с типичной повседневной жизнью.[17] Французское руководство предлагает примерно такие же уровни.[18]

Для маленьких детей расчетные потребности в калориях колеблются от 4200 до 8400 килоджоулей (от 1000 до 2000 ккал) в день. С другой стороны, рекомендуемая калорийность для детей старшего возраста и подростков сильно варьируется от 1400 до 3200 килокалорий (от 5900 до 13400 кДж) в день. Мальчикам в целом требуется больше калорий, чем девочкам.[17]

Признавая, что люди разных возрастных и гендерных групп имеют разный уровень повседневной активности, австралийские Национальный совет здравоохранения и медицинских исследований не рекомендует одноразовое ежедневное потребление энергии, а вместо этого дает соответствующие рекомендации для каждой возрастной и гендерной группы.[19] Тем не менее, этикетки на пищевых продуктах в Австралии обычно рекомендуют среднесуточное потребление энергии в размере 8 800 кДж (2100 ккал).

Использование энергии в организме человека

Основные статьи: Биоэнергетика и Энергетический баланс (биология)

Человеческое тело использует энергию, выделяемую при дыхании, для ряда целей: около 20% энергии используется для метаболизма мозга, большая часть используется для удовлетворения основных метаболических потребностей других органов и тканей, а часть используется для производства механическая энергия скелетных мышц для поддержания осанки и движения.

Эффективность мышц невысока: только 18–26% энергии, получаемой с пищей, превращается в механическую.[20] Такой низкий КПД является результатом около 40% эффективности генерации АТФ от дыхания пищи, потерь на преобразование энергии из АТФ в механическую работу внутри мышц и механических потерь внутри тела. Для общей эффективности 20% один ватт механической мощности эквивалентен 18 кДж (4,3 ккал) в час. Например, один производитель оборудования для гребли показывает количество калорий, потраченных на сжигание пищи, в четыре раза больше фактической механической работы плюс 1300 кДж (300 ккал) в час.[21] что составляет около 20% эффективности при механической мощности 250 Вт.

Изменения температуры тела - более высокая или более низкая - увеличивают скорость метаболизма, тем самым сжигая больше энергии. Продолжительное пребывание в очень теплой или очень холодной среде увеличивает базальная скорость метаболизма (BMR). Люди, живущие в таких условиях, часто имеют BMR на 5–20% выше, чем у людей в других климатических условиях.[нужна цитата ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Теплота сгорания глюкозы, сахарозы и крахмала составляет 15,57, 16,48 и 17,48 килоджоулей на грамм (3,72, 3,94 и 4,18 ккал / г) соответственно.
  2. ^ См., Например, раздел «Энергия» (после «Топливо») в Проблемы науки.

Рекомендации

  1. ^ а б c Шмидт-Рор К. (2015). «Почему процессы сгорания всегда экзотермичны, давая около 418 кДж на моль O2". J. Chem. Образовательный. 92 (12): 2094–2099. Bibcode:2015JChEd..92.2094S. Дои:10.1021 / acs.jchemed.5b00333.
  2. ^ Юдим, Адриенн. «Углеводы, белки и жиры». Руководство Merck: версия для потребителей. Merck & Co., Inc. Получено 13 декабря 2019.
  3. ^ Литтледайк, Майкл; Росс, Кейт; Лакин, Лиз (2000). «Энергия и топливо». Научные знания и окружающая среда: руководство для учащихся и учителей начального образования (1-е изд.). Лондон: Дэвид Фултон. С. 78–95. ISBN  1-85346-625-5.
  4. ^ а б «Таблица 7: Маркировка пищевой ценности». Legislation.gov.uk. Национальный архив. 1 июля 1996 г.. Получено 13 декабря 2019.
  5. ^ а б c Биджал Триведи (15 июля 2009 г.). «Заблуждение о калориях: почему этикетки на продуктах питания неправильные». Новый ученый.
  6. ^ Аннабель Меррилл; Бернис Уотт (1973). Энергетическая ценность продуктов питания ... основа и происхождение (PDF). Министерство сельского хозяйства США. В архиве (PDF) из оригинала от 22 ноября 2016 г.
  7. ^ «Маркировка пищевой ценности (до 2014 г.)». EUR-Lex. Бюро публикаций Европейского Союза. 24 сентября 1990 г.. Получено 13 декабря 2019.
  8. ^ «Раздел 101.9 - Маркировка пищевых продуктов». govinfo. Издательство правительства США. 1 апреля 2004 г.. Получено 13 декабря 2019.
  9. ^ «Панели информации о питании». Стандарты пищевых продуктов Австралии и Новой Зеландии. Декабрь 2015 г.. Получено 13 декабря 2019.
  10. ^ «8700 - Найди свою идеальную фигуру». 8700.com.au. Новый Южный Уэльс. Получено 12 декабря 2019.
  11. ^ Юдим, Адриенн. «Калории». Руководство Merck: версия для потребителей. Merck & Co., Inc. Получено 13 декабря 2019.
  12. ^ Питательная ценность некоторых распространенных продуктов питания. Министерство здравоохранения Канады. 2008. с. 4. ISBN  978-0-662-48082-2. Получено 13 декабря 2019.
  13. ^ а б «Директива Совета 90/496 / EEC от 24 сентября 1990 г. о маркировке пищевых продуктов». EUR-Lex. Бюро публикаций Европейского Союза. 24 сентября 1990 г.. Получено 11 июн 2018.
  14. ^ «Глава 3: Расчет энергосодержания пищевых продуктов - коэффициенты преобразования энергии». Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. Получено 30 марта 2017.
  15. ^ Ларсен, Джеральд; Хайер, Ричард; Лакасс, Лори; Хазен, Кей (ноябрь – декабрь 1995 г.). «Оценка гипотезы« умственного усилия »для корреляции между корковым метаболизмом и интеллектом». Интеллект. 21 (3): 267–278. Дои:10.1016/0160-2896(95)90017-9.
  16. ^ «Голод и отсутствие продовольственной безопасности». Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. Получено 13 декабря 2019.
  17. ^ а б «Приложение 2. Расчетная дневная потребность в калориях по возрасту, полу и уровню физической активности - Рекомендации по питанию на 2015–2020 годы». Управление профилактики заболеваний и укрепления здоровья. Министерство здравоохранения и социальных служб США и Министерство сельского хозяйства США. Декабрь 2015 г.. Получено 13 декабря 2019.
  18. ^ «Рекомендуемое потребление энергии» (PDF) (На французском). Французское агентство по пищевым продуктам, окружающей среде, гигиене и безопасности труда. Архивировано из оригинал (PDF) 26 ноября 2013 г.. Получено 30 апреля 2014.
  19. ^ «Диетическая энергия». Референсные значения питательных веществ для Австралии и Новой Зеландии. Национальный совет здравоохранения и медицинских исследований. 2014-03-13. Получено 13 декабря 2019.
  20. ^ Зайлер, Стивен (1996). «Эффективность, экономичность и долговечность». Архивировано из оригинал 21 декабря 2007 г.. Получено 13 декабря 2019.
  21. ^ «Эргометр для гребли Concept II - Руководство по эксплуатации» (PDF). Концепция2. Concept II, Inc. Весна 1993 года. Архивировано из оригинал (PDF) 26 декабря 2010 г.. Получено 13 декабря 2019.

внешняя ссылка