Nahrungsenergie

Nahrungsenergie ist chemische Energie diese Tiere (einschließlich Menschen) stammen aus ihrem Lebensmittel ihre aufrechterhalten Stoffwechsel, including their muskulös Aktivität.[1]

Die meisten Tiere leiten den größten Teil ihrer Energie aus aerobe Atmung, nämlich die Kombination der Kohlenhydrate, Fette, und Proteine mit Sauerstoff aus Luft oder gelöst in Wasser.[2] Andere kleinere Komponenten der Ernährung, wie z. organische Säuren, Polyolen, und Ethanol (Alkohol trinken) kann zum Energieeintrag beitragen. Etwas Diät Komponenten, die nur wenig oder gar keine Nahrungsmittelenergie liefern, z. Wasser, Mineralien, Vitamine, Cholesterin, und Faserkann aus anderen Gründen noch für Gesundheit und Überleben notwendig sein. Einige Organismen haben stattdessen anaerobe Atmung, die Energie aus Lebensmitteln durch Reaktionen extrahiert, die keinen Sauerstoff erfordern.

Der Energiegehalt einer bestimmten Nahrungsmasse wird normalerweise in der ausgedrückt Metrik (SI) Energieeinheit, die Joule (J) und es ist vielfältig die Kilojoule (KJ); oder in der traditionellen Wärmeenergieeinheit die Kalorie (Cal). In Ernährungskontexten ist letzteres immer die "große" Variante der Einheit, auch "Kalorien" (mit Symbol Cal, beide mit Kapital "C") oder "Kilocalorie" (KCal) und gleichwertig zu 4184 J oder 4,184 kJ entspricht .[3] So haben Fette und Ethanol beispielsweise die größte Menge an Nahrungsmittelenergie pro Masse der Einheit, 37 bzw. 29 kJ/g (9 bzw. 7 kcal/g). Proteine ​​und die meisten Kohlenhydrate haben etwa 17 kJ/g (4 kcal/g), obwohl es Unterschiede zwischen verschiedenen Arten gibt. Beispielsweise betragen die Werte für Glukose, Saccharose und Stärke 15,57, 16,48 und 17,48 Kilojoule pro Gramm (3,72, 3,94 bzw. 4,18 kcal/g). Unterschiedlich Energiedichte von Lebensmitteln (Fett, Alkohole, Kohlenhydrate und Proteine) liegt hauptsächlich in ihren unterschiedlichen Anteilen von Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen. Kohlenhydrate, die nicht leicht absorbieren, wie Faser, oder Laktose in Laktose-intolerante Individuen, bringen weniger Lebensmittelenergie bei. Polyolen (einschließlich Zuckeralkohole) und organische Säuren tragen 10 kJ/g (2,4 kcal/g) bzw. 13 kJ/g (3,1 kcal/g) bei.[4]

Der Energiegehalt eines komplexen Gerichts oder -mahlzeit kann durch Hinzufügen des Energiegehalts seiner Komponenten angenähert werden.

Messung des Energiegehalts von Lebensmitteln

Direktkalorimetrie der Verbrennung

Die ersten Bestimmungen des Energiegehalts von Nahrungsmitteln wurden durch Verbrennen einer getrockneten Probe in a getroffen Bombenkalorimeter und Messung der Temperaturänderung im Wasser, die den Apparat umgeben, eine Methode, die als direkt bekannt ist Kalorimetrie.[5]

Das Atwater -System

Die direkte kalorimetrische Methode überschätzt jedoch im Allgemeinen die tatsächliche Energie, die der Körper aus der Nahrung erhalten kann, da sie auch den Energiegehalt von zählt diätetische Ballaststoffe und andere unverdauliche Komponenten und ermöglichen keine teilweise Absorption und/oder unvollständige Stoffwechsel bestimmter Substanzen. Aus diesem Grund wird heute der Energiegehalt von Nahrungsmitteln stattdessen indirekt unter Verwendung einer chemischen Analyse erhalten, um die Menge jeder verdaulichen Nahrungskomponente (wie Protein, Kohlenhydrate und Fette) zu bestimmen und den jeweiligen Inhalt der jeweiligen Lebensmittelergie zu addieren, die zuvor erhalten wurden durch Messung der vom Körper freigesetzten Stoffwechselwärme.[6][7] Insbesondere wird der Fasergehalt ausgeschlossen. Diese Methode ist als die bekannt Modifiziertes Atwater System nach Wilbur Atwater der diese Messungen im späten 19. Jahrhundert Pionierarbeit leistete.[1][8]

Das System wurde später von Annabel Merrill und Bernice Watt von der verbessert USDA, der ein System abgeleitet hat, bei dem bestimmte Kalorienkonvertierungsfaktoren für verschiedene Lebensmittel vorgeschlagen wurden.[9]

Ernährungsquellen der Energie

Der typische Mensch Diät besteht hauptsächlich aus Kohlenhydraten, Fetten, Proteinen, Wasser, Ethanol und unverdaulichen Bestandteilen, wie z. Knochen, Saatgutund Faser (meistens Zellulose). Kohlenhydrate, Fette und Proteine ​​machen typischerweise neunzig Prozent des Trockengewichts von Nahrungsmitteln aus.[10] Wiederkäuer kann Lebensmittelenergie aus der Atmung von Cellulose aufgrund von extrahieren Bakterien in ihren Rumens Das zersetzt es in verdauliche Kohlenhydrate.

Andere kleinere Bestandteile der menschlichen Ernährung, die zu ihrem Energiegehalt beitragen, sind organische Säuren wie z. Zitronen und Tartarischund Polyole wie z. Glycerin, Xylitol, Inosit, und Sorbit.

Einige Nährstoffe haben regulatorische Rollen von beeinflusst von ZellsignalisierungNeben der Energieversorgung des Körpers.[11] Zum Beispiel, Leucin spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation des Proteinstoffwechsels und unterdrückt den Appetit eines Individuums.[12] Kleine Mengen von essentiellen Fettsäuren, Bestandteile einiger Fette, die vom menschlichen Körper nicht synthetisiert werden können, werden für andere biochemische Prozesse verwendet (und notwendig).

Der ungefähre Inhalt der Lebensmittelenergie in verschiedenen menschlichen Ernährungskomponenten, die in der Paketkennzeichnung gemäß den EU -Vorschriften verwendet werden sollen[13] und britische Vorschriften, Vorschriften,[14] sind:

Lebensmittelkomponente Energiedichte
KJ/g kcal/g
Fett 37 9
Ethanol 29 7
Proteine 17 4
Kohlenhydrate 17 4
Organische Säuren 13 3
Polyolen (Zuckeralkohole, Süßstoffe) (1) 10 2.4
Faser (2) 8 2

(1) Einige Polyole wie Erythritol, werden nicht verdaut und sollten von der Anzahl ausgeschlossen werden.

(2) Dieser Eintrag ist in den EU -Vorschriften von 2008 vorhanden.[13] aber nicht in den britischen Vorschriften, nach denen Faser nicht gezählt werden dürfen.[14]

Detailliertere Tabellen für bestimmte Lebensmittel wurden von vielen Organisationen veröffentlicht, wie die Organisation für Lebensmittel- und Landwirtschaft der Vereinten Nationen hat auch eine ähnliche Tabelle veröffentlicht.[3]

Andere Komponenten der menschlichen Ernährung sind entweder nicht kalorisch oder werden normalerweise in so geringen Mengen konsumiert, dass sie vernachlässigt werden können.

Energieverbrauch im menschlichen Körper

Hauptartikel: Bioenergetika und Energiebilanz (Biologie)

Die durch Atmung tatsächlich erhaltene Nahrungssenergie wird vom menschlichen Körper für eine Vielzahl von Zwecken verwendet, einschließlich Grundumsatz von verschiedenen Organen und Geweben, die die inneren beibehalten Körpertemperaturund anwenden muskulös zwingen, die Körperhaltung aufrechtzuerhalten und Bewegung zu erzeugen. Etwa 20% werden für den Hirnstoffwechsel verwendet.[3]

Die Umwandlungseffizienz der Energie durch die Atmung in Muskulatur (physisch) Energie hängt von der Art der Nahrung und von der Art der physischen Energieverbrauch ab (z. B. die Muskeln verwendet, unabhängig davon, ob der Muskel verwendet wird aerob oder anaerob). Im Allgemeinen ist die Effizienz der Muskeln eher niedrig: Nur 18 bis 26% der aus der Atmung verfügbaren Energie werden in mechanische Energie umgewandelt.[15] Diese geringe Effizienz ist das Ergebnis von etwa 40% Effizienz der Erzeugung ATP Aus der Atmung von Nahrung, Verlusten bei der Umwandlung von Energie von ATP in mechanische Arbeiten im Muskel und mechanische Verluste im Körper. Die beiden letztgenannten Verluste hängen von der Art der Übung und der Art der verwendeten Muskelfasern ab (schnell zuckt oder langsam zuckt). Bei einer Gesamtwirkungsgrad von 20%entspricht eine Watt mechanischer Leistung 18 kJ/h (4,3 kcal/h). Zum Beispiel zeigt ein Hersteller von Rudergeräten Kalorien aus "Burning" -Futter als viermal so hoch wie die tatsächliche mechanische Arbeit sowie 1.300 kJ (300 kcal) pro Stunde.[16] Welches beträgt etwa 20% Effizienz bei 250 Watt mechanischer Leistung. Es kann bis zu 20 Stunden lang wenig physischer Ausgabe (z. B. Gehen) dauern, um 17.000 kJ abzubrennen, 4.000 kcal)[17] Mehr als ein Körper würde sonst konsumieren. Als Referenz entspricht jedes Kilogramm Körperfett in etwa 32.300 Kilojoule Lebensmittelenergie (d. H. 3.500 Kilokalorien pro Pfund oder 7.700 Kilokalorien pro Kilogramm).[18]

Empfohlener täglicher Aufnahme

Viele Länder und Gesundheitsorganisationen haben Empfehlungen für ein gesundes Maß an täglicher Nahrungsmittelergie veröffentlicht. Zum Beispiel schätzt die Regierung der Vereinigten Staaten 8.400 und 10.900 kJ (2.000 und 2.600 kcal), die für Frauen und Männer im Alter von 26 und 45 Jahren benötigt werden, deren Gesamtkörperungsaktivität dem herumlaufen äquivalent ist 2,5 bis 5 km (1+1⁄2 bis 3 mi) pro Tag zusätzlich zu den Aktivitäten des sitzenden Lebens. Diese Schätzungen beziehen sich auf eine "Referenzfrau", die 1,63 m (5 Fuß 4 Zoll) groß ist und 57 kg (126 lb) und ein "Referenzmann" mit 1,78 m (5 ft 10 Zoll) groß ist und 70 kg (70 kg (wiegt). 154 lb).[19] Da die Kalorienanforderungen je nach Größe, Aktivität, Alter, Schwangerschaftsstatus und anderen Faktoren variieren, erstellte der USDA den DRI -Rechner für Angehörige der Gesundheitsberufe, um den individuellen kalorischen Bedarf zu bestimmen.[20][21]

Laut dem Ernährungs-und Landwirtschaftsorganisation des Vereinte NationenDer durchschnittliche Mindestenergiebedarf pro Person und Tag beträgt etwa 7.500 kJ (1.800 kcal).[22]

Ältere Menschen und diejenigen mit sitzende Lebensstile weniger Energie benötigen; Kinder und körperlich aktive Menschen benötigen mehr. Australiens erkennen diese Faktoren Nationaler Gesundheits- und medizinischer Forschungsrat empfiehlt unterschiedliche tägliche Energieaufnahmen für jede Alters- und Geschlechtergruppe.[23] Trotzdem empfehlen Ernährungsetiketten für australische Lebensmittel in der Regel die durchschnittliche tägliche Energieaufnahme von 8.800 kJ (2.100 kcal).

Die minimale Aufnahme von Nahrungsmittelenergie ist in kalten Umgebungen ebenfalls höher. Eine erhöhte mentale Aktivität wurde mit mäßig erhöhter Vergrößerung in Verbindung gebracht Gehirnenergieverbrauch.[24]

Ernährungsetiketten

Das Ernährungsinformationsetikett auf einer Packung von Basmati-Reis in Großbritannien

Viele Regierungen Erfordern Sie, dass Lebensmittelhersteller kennzeichnet Der Energiegehalt ihrer Produkte, um den Verbrauchern zu helfen, ihre Energieaufnahme zu kontrollieren. Um die Bewertung durch Verbraucher zu erleichtern, werden Nahrungsmittelergiewerte (und andere Ernährungseigenschaften) in Paketetiketten oder Tabellen häufig für bequeme Mengen der Lebensmittel und nicht pro Gramm oder Kilogramm angegeben; wie in "Kalorien pro Portion" oder "kcal pro 100 g" oder "kJ pro Paket". Die Einheiten variieren je nach Land:

Land Obligatorische Einheit (Symbol) Zweite Einheit (Symbol) Gemeinsame Nutzung
Vereinigte Staaten Kalorie (Cal)[25] Kilojoule (KJ), optional[25] Kalorie (Cal)[26]
Kanada Kalorie (Cal) Kilojoule (KJ), optional Kalorie (Cal)
Australien und Neuseeland Kilojoule (KJ)[27][28] Kilokalorie (Kcal), optional[27][28] AU: Kilokalorie (Kcal)
Vereinigtes Königreich KJ[14] Kcal, obligatorisch[14]
europäische Union Kilojoule (KJ)[29] Kilokalorie (Kcal), obligatorisch[29]
Brasilien Kalorie oder Quilokalorie (Kcal)[30] Kalorie

Siehe auch

Verweise

  1. ^ a b Allison Marsh (2020): "Wie das Zählen von Kalorien zu einer Wissenschaft wurde: Kalorimeter definierte den Ernährungswert von Lebensmitteln und die Ausgabe von Dampfgeneratoren"Online -Artikel über die IEEE -Spektrum Website vom 2020-12-29. Zugriff auf 2022-01-20.
  2. ^ Ross, K. A. (2000c) Energie und Kraftstoff in Littledyke M., Ross K. A. und Lakin E. (Hrsg.), Wissenschaftswissen und Umwelt. London: David Fulton Publishers.
  3. ^ a b c Organisation für Lebensmittel- und Landwirtschaft der Vereinten Nationen (2003): "FAO -Lebensmittel- und Ernährungspapier 77: Lebensmittelergie - Analyse- und Umwandlungsfaktoren". Zugegriffen am 2022-01-21.
  4. ^ "Schedule 7: Ernährungskennzeichnung". Gesetzgebung.gov.uk. Das Nationalarchive. 1. Juli 1996. Abgerufen 13. Dezember 2019.
  5. ^ Adrienne Youdim (2021): "Kalorien". Artikel in der Merck Manual Home Edition Online, datiert Dezember 2011. Zugriff auf 2022-02-21
  6. ^ "Nährstoffwert einiger häufiger Lebensmittel" (PDF). Health Canada, Kanada, PDF p. 4. 1997. Abgerufen 2015-01-25.
  7. ^ "Wie berechnen Lebensmittelhersteller die Kalorienzahl von verpackten Lebensmitteln?". Wissenschaftlicher Amerikaner. Abgerufen 2017-09-08.
  8. ^ "Warum Lebensmitteletiketten falsch sind" von Bijal Trivedi, Neuer Wissenschaftler, 18. Juli 2009, S. 30-3.
  9. ^ Annabel Merrill; Bernice Watt (1973). Energiewerte von Lebensmitteln ... Basis und Ableitung (PDF). Landwirtschaftsdeparment der Vereinigten Staaten von Amerika. Archiviert von das Original (PDF) am 22. November 2016.
  10. ^ "Kohlenhydrate, Proteine, Ernährung". Das Merck -Handbuch.
  11. ^ Jeffrey S. F. (2006). "Energiebilanz regulieren: Das Substrat schlägt zurück". Wissenschaft: 861–864.
  12. ^ Garlick, P. J. Die Rolle von Leucin bei der Regulation des Proteinstoffwechsels. Journal of Nutrition, 2005. 135 (6): 1553s - 6s.
  13. ^ a b Richtlinie der Rat 90/496/EEC vom 24. September 1990 zur Ernährungskennzeichnung für Lebensmittel
  14. ^ a b c d Vereinigtes Königreich Die Lebensmittelkennzeichnungsbestimmungen 1996 – Anhang 7: Ernährungskennzeichnung
  15. ^ Stephen Seiler, Effizienz, Wirtschaft und Ausdauerleistung (1996, 2005).
  16. ^ Konzept II Ruderergometer, Benutzerhandbuch (1993).
  17. ^ Guyton A. C., Hall J. E. Lehrbuch der medizinischen Physiologie, 11 Hrsg., P. 887, Elsevier Saunders, 2006.
  18. ^ Wishnofsky, M. Kalorienäquivalente von zugenommenem oder verlorenen Gewicht. Das American Journal of Clinical Nutrition (1958).
  19. ^ US National Institutes of Health (2015): "Ernährungsrichtlinien"
  20. ^ "Ernährungsrichtlinien für Amerikaner 2020 - 2025" (PDF). diätetische Güter.gov. USDA & HHS. Abgerufen 17. Mai, 2022.
  21. ^ "DRI -Taschenrechner für Angehörige der Gesundheitsberufe". USDA.gov. US -Landwirtschaftsministerium. Abgerufen 17. Mai, 2022.
  22. ^ Organisation für Lebensmittel- und Landwirtschaft der Vereinten Nationen (2014): "Hunger". Zugriff am 2014-09-27
  23. ^ "Ernährungsenergie". Abgerufen 27. September 2014.
  24. ^ Bewertung von a Geistige Anstrengung Hypothese für Korrelationen zwischen kortikalem Stoffwechsel und Intelligenz, Intelligence, Band 21, Nummer 3, November 1995, S. 267-278 (12), 1995.
  25. ^ a b Bundesregierung der Vereinigten Staaten (1977), "Kodex für Bundesvorschriften - Teil 101 - Lebensmittelkennzeichnung", aus dem Bundesregister 14308, 1977-03-15.
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  27. ^ a b Die Gesundheit. "Australien New Zealand Food Standards Code - Standard 1.2.8 - Ernährungsinformationsanforderungen". www.legislation.gov.au. Abgerufen 2020-05-29.
  28. ^ a b "Was ist der Unterschied zwischen Kalorien und Kilojoule". Queensland Gesundheit. 2017-02-21. Abgerufen 2020-05-29.
  29. ^ a b Parlament der Europäischen Union (2011): "Regulierung (EU) Nr. 1169/2011"Dokument 02011R1169-20180101
  30. ^ Ministério da Saúde, Brasilien (2020): "Instrução Normativa Nr. 75 - Estabelece Os Requisitos Técnicos Para Declaração rotulagem nos Alimentos Embalados", vom 2020-10-08, veröffentlicht auf Diário Oficial da União am 2020-10-09, Seite 113.

Externe Links