Fysiologisk brændværdi

Den fysiologiske brændværdi af fødevarer angiver specifikke energi eller energitætheden der kan stilles til rådighed i kroppen af en organisme , når det metaboliseres ( celle respiration ) . Den energiske indsats , som kroppen skal gøre for dette, tages ikke i betragtning; det er derfor et spørgsmål om bruttoværdier . Den fysiologiske brændværdi er generelt lavere end den fysiske brændværdi i tilfælde af fuldstændig forbrænding .

For fødevarer i EU's godstrafik har Food Information Regulation (LMIV) været bindende siden 13. december 2014. Ifølge dette skal energiindholdet i fødevarer angives i SI-enheden kilojoule (kJ) pr. 100 g. Den forældede enhed kilokalorie (kcal) kan kun nævnes yderligere , men derefter i parentes efter SI-enhedens kilojoule (kJ), som følgende eksempel viser: Brændværdi 210 kJ / 100 g ( 50 kcal / 100 g ). Det tidligere gyldige EU-direktiv om ernæringsmærkning (1990) er således blevet erstattet af fødevareinformationsforordningen (LMIV).

Bestemmelse af fysiologiske brændværdier

I praksis opstår spørgsmålet om, hvordan brændværdier kan bestemmes for hverdagsprodukter. For at bestemme den termodynamiske energiværdi vil man bombe kalorimeter, der bruges, hvor maden brændes til aske. For den fysiologiske brændværdi trækkes den estimerede brændværdi af de fordøjede rester fra resultatet. Værdien bestemt af et kalorimeter er den energi, der frigøres, når det respektive stof omdannes med ilt .

Brændværdien af ​​de fordøjede rester estimeres som følger: En gennemsnitlig fordøjelse med en gennemsnitlig diæt tages som basis, derefter estimeres den del af ekskrementer, der kommer fra en bestemt mad. Ellers bliver du nødt til at udskille alle tarmbakterier, der er indeholdt i den (ca. 30%) samt tarmceller, der også er blevet skrællet af . Derefter kunne du brænde resten i kalorimeteret og trække værdien fra den fysiske brændværdi af den mad, der er af interesse.

Den fysiologiske brændværdi er kun en grov vejledning for mennesker. Det enkelte fordøjelsessystem spiller en rolle. Der er heller ingen generelle værdier for en enkelt person; fordøjelsessystemet er forskelligt effektivt med hensyn til tid og mad. Derudover er fødevaresammensætningen undertiden udsat for betydelige naturlige udsving. Brændværditallene er derfor kun en grov tilnærmelse af den specifikke energi, der faktisk udvindes i det enkelte tilfælde.

Et ekstremt eksempel på forskellen mellem termisk og fysiologisk brændværdi ville være forbruget af en stenkulbriket , der har en meget høj brændværdi i bomberens kalorimeter, men som udskilles fra den menneskelige krop ufordøjet. Situationen er den samme, når man indtager cellulose , som den menneskelige krop - i modsætning til drøvtyggere  - ikke kan nedbrydes.

Forholdet til den menneskelige organisme

Angivelsen af ​​madens brændværdi tager ikke højde for visse energikomponenter, såsom termisk energi , der afhænger af temperaturen. Den menneskelige krop kan ikke få nogen energi, der kan bruges direkte til stofskifte fra vand. Denne mad har derfor altid en brændværdi på 0 for mennesker uanset temperatur, selvom varmt vand har mere energi opbevaret end koldt vand. I modsætning hertil er det i kalorimetri netop disse forskelle, der udtrykkes ved hjælp af de samme enheder, der bruges til den fysiologiske brændværdi.

Andre levende væsener, såsom bakterier eller drøvtyggere , kan få energi fra forskellige fødevarekomponenter, der er ubrugelige for mennesker, fordi deres metaboliske processer adskiller sig fra menneskers. Disse stoffer er også kendt som fiber i det menneskelige fordøjelsessystem . Cellulose er ufordøjelig for mennesker og har derfor ingen brændværdi for dem. Men drøvtyggere, der bruger vommen - mikrobiel cellulose, får energi til deres stofskifte. Oplysninger om brændværdi på mad bør derfor kun ses i forhold til det specifikke ved menneskelig stofskifte.

Begrebet brændværdi i ernæring

Begrebet brændværdi for mad skal ikke forstås i ordets direkte betydning, fordi mad ikke "brændes" i organismen. Begrebet mængden af ​​varme og den tilhørende brændværdi opstod inden det 20. århundrede og blev brugt til at beskrive energiomdannelsen primært af dampmaskiner ved opvarmning af vand. Forbrændingsprocesser (oxidation) af tilsvarende brændstofmaterialer såsom træ eller kul anvendes til opvarmning. På den anden side har levende væsener såvel som mennesker en helt anden måde at generere energi på end dampmaskiner: Mad brændes ikke, og termisk ekspansion bruges til at generere mekanisk arbejde, men metabolismen i cellerne omdanner det til kemisk meget mere komplekst processer. For det meste finder konverteringerne og energiproduktionen sted i flere forskudte faser; kun en lille mængde spildvarme genereres. Den effektivitet af denne energiproduktion er også signifikant højere end med termisk energiproduktion og dens øvre grænse i Carnot-processen - især når man betragter den lille temperaturforskel mellem legemet temperatur på 37 ° C, og de sædvanlige omgivelsestemperaturer.

De første systematiske undersøgelser af den fysiologiske brændværdi af næringsstoffer blev udført i slutningen af ​​det 19. / begyndelsen af ​​det 20. århundrede.

I tilfælde af katalytisk oxidation (forbrænding) forstyrrer ikke vandindholdet, som brændværdien tager i betragtning, det reducerer kun mængden af ​​oxiderbar masse. Derfor er ernæringsværdien af ​​et æble med dets høje vandindhold for eksempel lavere end pommes frites.

Kritik af udtryksevne og brug

På grund af de ovennævnte unøjagtigheder er det kontroversielt, i hvilket omfang den fysiologiske brændværdi overhovedet er meningsfuld, for eksempel til diæter . Kritikken i en nøddeskal: Selv den fysiske brændværdi for en bestemt mad er meget forskellig i individuelle tilfælde afhængigt af vækstbetingelser, forarbejdning osv. Proportionerne, der udskilles gennem fordøjelsen efter forbrug, estimeres kun og varierer meget fra person til person. Resten forbrændes ikke i kroppen, men nedbrydes på en lang række måder (ofte med frigivelse af energi) og omvendt (ved brug af energi) samles igen, undertiden også udskilles med urinen. Væsentlige dele af maden bruges overhovedet ikke energisk, men bruges som byggesten i kroppen.

Taget sammen, så kritikken, en fysiologisk brændværdi, der er gyldig for alle, selv halvvejs plausibel, kan slet ikke udledes videnskabeligt. Endnu mere så tillader de nuværende tal, som ofte varierer meget fra kilde til kilde, ikke nogen konklusioner om lipidmetabolisme. Derudover varierer en persons energiforbrug, for eksempel til bestemte fysiske aktiviteter, meget fra sag til sag. I sin mest radikale form afviser denne kritik enhver "beregning af kalorier" som kvakksalat eller fortjeneste i stedet for seriøs videnskab.

Energiomsætning

Den mængde energi, som den menneskelige krop har brug for pr. Dag for at opretholde sin funktion i fuldstændig hvile, kaldes den basale metaboliske hastighed. En retningslinje kan indstilles til 100 kJ pr. Dag og kg kropsmasse, dvs. 7000 kJ (ca. 1,9 kWh) pr. Dag for en person, der vejer 70 kg - lidt mindre for kvinder end for mænd.

De samlede energiforbrug (grundlæggende og præstationsudgifter ) afhænger stærkt af den respektive person, deres kropsstørrelse, tilstand samt fysiske aktivitet og den omgivende temperatur. Med fysisk stress gennem sport eller fysisk arbejde kan denne værdi groft fordobles. Ekstreme værdier nås med topatleter (f.eks. Cyklister under Tour de France), når der arbejdes med ekstremt behov for termoregulering (f.eks. På højovne) eller under andre meget fysisk anstrengende aktiviteter.

Lever- og skeletmusklerne tegner sig for den største andel af den basale metaboliske hastighed i menneskekroppen med ca. 26% hver efterfulgt af hjernen med 18%, hjertet med 9% og nyrerne med 7%. De resterende 14% tegnes af resten af ​​organismen.

Menneskers energibehov

Energibehovet afhænger af energiforbruget, som varierer afhængigt af alder, køn og andre faktorer. Ifølge FAO er det gennemsnitlige energibehov for en kvinde mellem 20 og 30 år - med en vægt på 55 kg og moderat fysisk aktivitet - 10.090 kJ (2.410 kilokalorier) pr. Dag. For en mand mellem 20 og 25 år - med en vægt på 68 kg og moderat fysisk aktivitet - er det daglige energibehov 13.000 kJ (3.105 kilokalorier).

Brændværditabel

Svingningerne i brændværdier inden for en kategori er undertiden endnu større. Dette er en grov oversigt baseret på almindelige fødevarer. Brændværdien kan svinge meget på grund af de naturlige produkters produktion, forarbejdning (vandindhold) og modenhedsgrad. Derudover adskiller brændværdien sig fra person til person, da fordøjelsen ikke får nøjagtigt den samme mængde energi fra en bestemt mad i hver person.

Oplysninger om brændværdi i EUs ernæringsværdimærkning

Når EU's ernæringsmærkning ikke er markeret med et bomberekalorimeter (s. O.) Målt brændværdi af et levnedsmiddel. I stedet tilføjes brændværdierne for komponenterne i en mad (fedt, kulhydrater, proteiner osv.) Alt efter deres andel. Brændværdierne for de respektive komponenter (se nedenstående tabel) findes i forordning (EU) nr. 1169/2011 - bilag XIV

Bemærk, at de to værdier afrundes separat, og resultatet er derfor forholdet mellem 4,0 (kostfiber) og 4,333 (organiske syrer) kJ / kcal - et interval, der klart overstiger de forskellige definitioner af den forældede enhed af kalorier . Afhængigt af sammensætningen kan oplysningerne om produkterne derfor indikere to helt forskellige energiværdier, selvom de 3 til 4-cifrede tal antyder en høj grad af nøjagtighed.

Energiforbrug som en indikator for velstand

Maden situation i en region eller stat kan bestemmes pr hoved, end på energiforbruget med mad indikator velfærd kan bruges.

Negativ brændværdi

Nogle fødevarer, især forskellige typer grøntsager , hævdes undertiden, at de har en negativ brændværdi, fordi kroppen bruger mere energi til fordøjelsen, end den tager fra dem. Faktisk ignoreres pr. Definition fuldstændigt den indsats, der skal gøres for fødeindtagelse og dets anvendelse, når der specificeres fysiologiske brændværdier, da det er grov information . I denne henseende finder du ikke mad med en specificeret negativ brændværdi, selvom den energiske fordel i enkelte tilfælde skulle være negativ.

Som et eksempel på en negativ brændværdi nævnes (beruset) koldt vand , fordi kroppen skal bruge energi til at varme det op til kropstemperaturen . For at opvarme en liter ledningsvand fra 12 ° C til 37 ° C kræves 105 kJ / 25,08 kcal. Afhængig af omgivelsestemperaturen og aktiviteten behøver denne mængde varme ikke nødvendigvis at genereres yderligere, eller i stedet kan varmeafledningen til miljøet reduceres ved at reducere blodgennemstrømningen til de ydre hudlag ( termoregulering ).

Individuelle beviser

1. ↑ Rådets direktiv 90/496 / EØF af 24. september 1990 om ernæringsmærkning af fødevarer i den konsoliderede version af 11. december 2008 (PDF; 67 kB).
2. ↑ Wladimir Glikin: Kalorimetrisk metode: En vejledning til bestemmelse af forbrændingsvarmen i organiske legemer, herunder næringsstoffer og metaboliske produkter, og til måling af animalsk varmeproduktion (tysk: Gebrüder Bornträger, Berlin 1911).
3. ↑ For eksempel: Udo Pollmer , Andrea Fock, Ulrike Gonder, Karin Haug: Skål! Syg af sund kost . 8. udgave. Kiepenheuer og Witsch, Köln 2006, ISBN 3-462-03012-4 .  I Spektrum der Wissenschaft gennemgik som følger [1] : ”Uden tvivl forsøger forfatterne at nedbryde den stive kemiske-mekanistiske struktur i den etablerede ernæringsvidenskab. Med rette, fordi det er bygget på sand. "
4. ^ Robert F. Schmidt, Florian Lang, Manfred Heckmann: Menneskets fysiologi med patofysiologi. 31. udgave. SpringerMedizin Verlag, Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-01650-9 , s. 838.
5. ↑ Energikrav og diætetiske energianbefalinger. Menneskelige energikrav . Rapport fra en fælles FAO / WHO / UNU eksperthøring. Rom, 17.-24. Oktober 2001.
6. ↑ Europa-Parlamentets og Rådets forordning (EU) nr. 1169/2011 af 25. oktober 2011 om forbrugeroplysning om mad og om ændring af forordning (EF) nr. 1924/2006 og (EF) nr. 1925/2006 af Europa-Parlamentet og Rådet og om ophævelse af Kommissionens direktiv 87/250 / EØF, Rådets direktiv 90/496 / EØF, Kommissionens direktiv 1999/10 / EF, Europa-Parlamentets og direktiv 2000/13 / EF Rådet, direktiv 2002/67 / EF og 2008/5 / EF og Kommissionens forordning (EF) nr. 608/2004