食物能量如何算？

　　随着唐朝盛世的灰飞烟灭，大众审美标准中的“体重”这项指标再也无法企及当时的高度，赫然成为中国女性体重历史K线图中最大的顶部，并且极可能在整个社会主义初级阶段都无法超越。于是乎当今世界对美还有追求的女性，不管60后还是90后，都争取控制体重，不至于只能用“要是在唐朝，我也是个……”这句话聊以自慰—不努力，人生极有可能成为一个“杯具”！

　　体重与热量

　　得益于科学的进步和知识的普及，大众普遍搞懂了新陈代谢、TCA循环的原理，知道了生命如何延续、身体如何发育，弄明白了体重与我们摄入和消耗的热量有关，更了解了热量的摄入途径—食物，热量的消耗途径—运动。这就意味着如果要符合大众审美，你就必须吃得少，动得多。

　　那究竟吃多少算少，运动多久算多呢？这个问题放在以前，可能还不太好答。但现在政府和商家的无形合作不知不觉回答了这个问题。首先是北美、欧洲等发达国家看到国民个个气球般的身材（特别是美国，据美国疾病控制预防中心曾经做过一项调查结果显示，全美超过1/3的成年人和16%的儿童超重），于是制定法律规定在食品包装上必须注明食品中所含热量，以指导消费者健康饮食。而广大从事减肥事业的厂家商家，设计出能计算消耗热量的健身器材，提示人们运动过程消耗了多少卡路里。这就使得爱美人士可以在享用美食后，能合理运动，保持体内热量的平衡，达到保持健康体重和健美体形的要求。而食品所含热量是如何计算出来的呢？且听《GEEK》为你一一揭密。

　　营养成分表的秘密

　　首先从我们了解食品所含热量的途径开始分析。现在你去超市买食品（前提是正规包装食品），在绝大部分包装背面能找到食品名称、配料清单、净含量等信息。而我们所提的“热量”（在标签中标为“能量”）属于营养成分表，不是所有食品都要求标识的，仅在某些国家规定的食品包装上必须标识，比如婴儿奶粉。所以如果你发现某些食品未标明营养成分、未列有能量信息，不要觉得这就是不合格产品。

　　如果你发现了营养成分表，那么表中正文内容的第一行肯定是“能量”—××千焦（kJ）。此处的“能量”是什么？首先看一下定义：能量（Energy）指食品中的蛋白质、脂肪和碳水化合物等营养素在人体代谢中产生的能量。推荐以千焦（kJ）或焦耳（J）标示，当以千卡（kcal）标示能量值时，应同时标示千焦（kJ）。彼此间的换算为1卡能量相当于4.184焦耳。规定以每100g（100mL）或每份（每餐）食品为基数。举个例子，某食品营养标签上标识“能量—1320kJ/100g”即理解为每100g该食品能提供燃烧热的能量为1320kJ，由此我们得到了所要了解的食物热量信息。那么，此处所标的热量（能量）是如何得到的呢？

　　能量的计算方法

　　食物所含能量的多少可由两种方法得出：一是测定（详细分析见后文），一是计算。我们从营养成分表上所看到的能量数字，一般是通过计算得来的。

　　计算的基础在于确定产能营养素所能产生能量的多少。众所周知营养素包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、矿物质、维生素五大类，其中碳水化合物、脂肪、蛋白质经体内生物氧化，将其内在的化学潜能变成热能并释放出来，以维持人体正常生理功能，三者统称为“产能营养素”或“热源质”。食物中可以提供热量的物质除碳水化合物、脂肪、蛋白质外，还有酒精和有机酸。由于各自化学成分的不同，单位重量（比如每g或每100g）的不同产能营养素产生的能量也不同。如果将食物中可食部分所有的产能营养素的成分列举出来，然后乘以各自对应的能量，就能计算出食物中总的能量有多少。这就是食物能量计算的基本原理。

　　就让《GEEK》举一个例子来说明食物能量是如何计算出来的。

　　Step 1

　　好吃又不贵的全麦面包是许多美女们不爱吃可又不得不吃的食物之一，原因是据说它健康热量低，那到底是不是这样呢？我们就来算算全麦面包所含的能量吧。

　　1000g全麦面包的成分（由生产厂家在标签上注明，不过大部分厂家只注明了成分，未标识含量）：

　　小麦粉500g、水257g、白糖100g、植物油脂45g、奶粉5g、酵母5g、盐3.5g。

　　Step 2

　　计算出各种成分所对应的产能营养素多少（可通过《中国食物成分表》查出折算系数。食物营养成分的测定是一门单独的学科，不同成分的测定方法各有不同，《中国食物成分表》对此有简略的说明。更具体的测定方法参见《实用食物营养成分分析手册》一书）：

　　小麦粉500g—碳水化合物＝500g×m%、蛋白质＝500g×n%，其中m和n的数值查表可得。其他成分以此类推。

　　Step 3

　　计算各种产能营养素总共产生能量的多少（即为该食物所含能量的多少）：

　　在此为计算方便，我们假定小麦粉、白糖、酵母全部为碳水化合物，植物油脂全部成分为脂肪，奶粉全部成分为蛋白质。

　　1000g全麦面包能量＝（500＋100＋5）×17＋45×37＋5×17＝11050＋1665＋85＝12800kJ怎么样，简单吧？配合食物成分表，你也能自己计算食物的能量了。

　　热能系数是怎样测定的？

　　那么产能营养素的热能系数又是用什么方法测得的呢？那就是通过燃烧直接测定它们的发热量。让我们先回忆一下中学课本里的两个概念：

　　发热量—单位质量的可燃烧物质完全燃烧时所放出的热量；

　　热力学第一定律（能量守恒定律）—能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。物质在燃烧时会释放热能，食物在人体内进行生物氧化代谢也能产生热量。很明显产能营养素在体内的燃烧（生物氧化）过程和体外燃烧过程是不一样的：体外燃烧是在有氧作用下完成，化学反应激烈，伴随光和热；体内氧化是在酶的作用下缓慢进行，比较温和。另外体内氧化也不如体外燃烧进行得完全，因为产能营养素在人体消化道内并非100%被消化吸收。那么这两个反应又有何相同点呢？对于碳水化合物和脂肪而言，无论是体内氧化还是体外燃烧，反应物和最终产物（二氧化碳和水）是完全一样的。

　　基于热力学第一定律，我们设计一个试验令产能营养素在密闭的环境中完全燃烧，并将整个燃烧过程中产生的热转化出来，比如利用其加热冷水，那么水温的升高，就能反映出燃烧产生热量的多少，从而得出产能营养素的体外燃烧时100%的发热量。然后我们再根据居民普通混合膳食中碳水化合物的吸收率（碳水化合物的吸收率为98%，脂肪吸收率为95%，蛋白质吸收率为92%），将测得的发热量乘以该系数，便能得到产能营养素在体内氧化代谢的最终发热量。这一结果就是我们之前所列的产能营养素的热能系数，这一试验也就是国标中规定的可燃物发热量测定方法。

　　试验仪器：在为了便于试验的进行，在实际测试中需用到一个特殊的试验装置—氧弹式热量计（Isoperibol Calorimeter）。该装置由燃烧氧弹、内筒、外筒、搅拌器、水、温度传感器、试样点火装置、温度测量和控制系统构成，其外层构造为充满水的双层夹套（外筒），内筒为充有过量氧气的密闭环境，可在其中放入单位质量的试样燃烧，原理就是根据试样燃烧前后水产生的温升计算试样（可燃物）的发热量。其余所需附属设备还有燃烧皿、点火装置、压饼机以及天平等。

　　计算公式为：

　　E—热量计的热容量，单位为焦耳每开尔文（J/K）；

　　q—点火热（点火丝的实际消耗量和点火丝放出的热量），单位为焦耳（J）；

　　m—试样质量，单位为克（g）；

　　H—贝克曼温度计的平均分度值，使用数字显示温度计时H＝1；

　　t0—点火时的内筒温度，单位为摄氏度（℃）；

　　tn—终点时的内筒温度，单位为摄氏度（℃）；

　　h0—t0的毛细孔径修正值，使用数字显示温度计时h0＝0；

　　hn—tn的毛细孔径修正值，使用数字显示温度计时hn＝0。

　　假定我们使用的氧弹式热量计用的是比较先进的数字显示温度计，那么我们还需要得到的参数有E、q、m。

　　试验方法：为了得到计算公式中所需参数，需进行两个独立的试验—热容量标定和试样燃烧试验。两个试验的方法完全相同，并且为了消除未受控制的热交换引起的系统误差，还要求两种试验进行时的条件尽量相同。E：热容量标定—在规定的条件下在氧弹式热量计中进行基准量热物质（苯甲酸）的燃烧试验。热容量的标定需进行5次重复试验，并且5次重复试验结果的相对标准差不应超过0.20%，若超过0.20%需再补做一次。E的计算公式为：

　　Q—苯甲酸的标准热值，单位为焦耳每克（J/g）。

　　利用5次试验结果计算出线性回归方程E＝a＋b△t，将△t（实际的温升）带入公式，就可求得该热量计的热容量E（10053J/K）。

　　Q：试样发热量的测定和计算。将称量后的试样（m＝1.0051g）放入热量计中进行燃烧，记录点火时内筒温度t0（t0＝0.254℃）和燃烧终点时的内筒温度tn（tn＝3.279℃），以及点火热q（79J）。

　　为了更清楚地说明，用一个实例进行计算，假设数据如上，已列入公式中。

　　计算结果如下：

　　碳水化合物和脂肪的发热量用上述方法计算，而蛋白质由于在体内氧化时的最终产物（二氧化碳、水、尿素、肌酐及其他含氮有机物）和体外燃烧时（二氧化碳、水、氨、氮）有所不同，体内氧化不如体外燃烧完全，产生的能量比体外燃烧时低。所以通过氧弹式热量计体外燃烧试验推算体内氧化产生的能量，需要再进一步修正。

　　综上所述，食物所含的能量既能通过查成分表计算，也能用氧弹法进行测定。当然后者得到的结果是体外燃烧热，如果需要换算成体内氧化能量，还需要经过修正：碳水化合物和脂肪的试验结果需经过最简单的修正—乘以吸收率；蛋白质的试验结果需要更复杂的修正；普通食物所含的成分更加花样百出，因此需要更加更加复杂的修正。而且人体本身就是一个庞大的生物机器，各种反应互相影响，各种成分交互变换，最终吸收的热量一定与包装上标注的有所差异。我们所介绍的试验方法只是用最绝对的情况为假设进行推导，所以当你用摄入、消耗的能量来控制体重时也不必太过执着于数字了。