Fysiologisk brennverdi

Den fysiologiske brennverdien av mat indikerer den spesifikke energien eller energitettheten som kan gjøres tilgjengelig i kroppen til en organisme når den metaboliseres ( celleånding ) . Den energiske innsatsen som kroppen må gjøre for dette blir ikke tatt i betraktning; det er derfor snakk om brutto verdier . Den fysiologiske brennverdien er generelt lavere enn den fysiske brennverdien i tilfelle fullstendig forbrenning .

For matvarer i EUs godstrafikk har Food Information Regulation (LMIV) vært bindende siden 13. desember 2014. I følge dette skal energiinnholdet i mat oppgis i SI-enheten kilojoule (kJ) per 100 g. Den utdaterte enheten kilokalori (kcal) kan bare nevnes i tillegg , men da i parentes etter SI-enhetens kilojoule (kJ), som følgende eksempel viser: Brennverdi 210 kJ / 100 g ( 50 kcal / 100 g ). Det tidligere gyldige EU-direktivet om ernæringsmerking (1990) er altså erstattet av Food Information Regulation (LMIV).

Bestemmelse av fysiologiske brennverdier

I praksis oppstår spørsmålet om hvordan brennverdier kan bestemmes for hverdagsprodukter. For å bestemme den termodynamiske energiværdien vil man bombe et kalorimeter som maten brukes i aske. For den fysiologiske brennverdien trekkes den estimerte brennverdien av de fordøyede restene fra resultatet. Verdien bestemt av et kalorimeter er energien som frigjøres når det respektive stoffet omdannes med oksygen .

Brennverdien av de fordøyede restene estimeres som følger: en gjennomsnittlig fordøyelse med et gjennomsnittlig kosthold blir lagt til grunn, deretter blir den delen av ekskrementen som kommer fra en bestemt mat estimert. Ellers må du skille ut alle tarmbakteriene i den (ca. 30%), samt tarmceller som også er skrellet av . Deretter kan du brenne resten i kalorimeteret og trekke verdien fra den fysiske brennverdien til maten av interesse.

Den fysiologiske brennverdien er bare en grov guide for mennesker. Det enkelte fordøyelsessystemet spiller en rolle. Det er heller ingen generelle verdier for en enkelt person; fordøyelsessystemet er forskjellig effektivt når det gjelder tid og mat. I tillegg er sammensetningen av mat noen ganger utsatt for betydelige naturlige svingninger. Brennverditallene er derfor bare en grov tilnærming av den spesifikke energien som faktisk utvinnes i det enkelte tilfelle.

Et ekstremt eksempel på forskjellen mellom termisk og fysiologisk brennverdi, vil være forbruket av en kullbrikett , som har en veldig høy brennverdi i bomberens kalorimeter, men som utskilles fra menneskekroppen ufordøyd. Situasjonen er lik når man bruker cellulose , som menneskekroppen - i motsetning til drøvtyggere  - ikke kan bryte ned.

Forhold til den menneskelige organismen

Angivelsen av matvarens brennverdi tar ikke hensyn til visse energikomponenter, for eksempel termisk energi , som avhenger av temperaturen. Menneskekroppen kan ikke skaffe energi som kan brukes direkte til metabolisme fra vann. Denne maten har derfor alltid en brennverdi på null for mennesker, uavhengig av temperatur, selv om varmt vann har mer energi lagret enn kaldt vann. Derimot er det i kalorimetri nettopp disse forskjellene som uttrykkes ved hjelp av de samme enhetene som brukes til den fysiologiske brennverdien.

Andre levende vesener, som bakterier eller drøvtyggere , kan få energi fra forskjellige matkomponenter som er ubrukelige for mennesker, fordi deres metabolske prosesser er forskjellige fra menneskers. Disse stoffene er også kjent som fiber i det menneskelige fordøyelsessystemet . Cellulose er ufordøyelig for mennesker og har derfor ingen brennverdi for dem. Imidlertid kan drøvtyggere som bruker vommen - mikrobiell cellulose få energi for stoffskiftet. Informasjonen om brennverdien om mat bør derfor bare sees i forhold til det spesifikke ved menneskelig metabolisme.

Begrepet brennverdi i ernæring

Begrepet brennverdi for mat skal ikke forstås i ordets direkte betydning, fordi mat ikke "brennes" i organismen. Konseptet med mengden varme og tilhørende brennverdi stammer fra det 20. århundre og ble brukt til å beskrive energiomdannelsen først og fremst av dampmotorer ved oppvarming av vann. Forbrenningsprosesser (oksidasjon) av tilsvarende drivstoffmaterialer som tre eller kull brukes til oppvarming. På den annen side har levende vesener så vel som mennesker en helt annen måte å generere energi enn dampmaskiner: Mat blir ikke brent og termisk ekspansjon brukes til å generere mekanisk arbeid, men metabolismen i cellene gjør det om til kjemisk mye mer kompleks prosesser. For det meste foregår konvertering og energiproduksjon i flere, forskjøvede stadier; bare en liten mengde spillvarme genereres. Den effektivitet av denne energiproduksjon er også vesentlig høyere enn med termisk energiproduksjon og dens øvre grense på Carnot-prosessen - særlig når man tar i betraktning den lille temperaturforskjellen mellom kroppstemperatur på 37 ° C, og de vanlige omgivelsestemperaturer.

De første systematiske studiene av næringsstoffers fysiologiske brennverdi ble utført på slutten av det 19. / begynnelsen av det 20. århundre.

Når det gjelder katalytisk oksidasjon (forbrenning), forstyrrer ikke vanninnholdet, som brennverdien tar hensyn til, det reduserer bare mengden oksiderbar masse. Dette er grunnen til at for eksempel næringsverdien til et eple med høyt vanninnhold er lavere enn pommes frites.

Kritikk av uttrykksevne og bruk

På grunn av ovennevnte unøyaktigheter er det kontroversielt i hvilken grad den fysiologiske brennverdien i det hele tatt er meningsfull, for eksempel for dietter . Kritikken i et nøtteskall: Selv den fysiske brennverdien for en bestemt mat er veldig forskjellig i individuelle tilfeller, avhengig av vekstforhold, bearbeiding osv. Andelene som skilles ut gjennom fordøyelsen etter inntak er bare estimert og varierer veldig fra person til person. Resten blir ikke brent i kroppen, men brutt ned på en rekke forskjellige måter (ofte med frigjøring av energi) og omvendt (med bruk av energi) satt sammen, noen ganger også utskilt med urinen. Viktige deler av maten brukes ikke energisk i det hele tatt, men brukes som byggesteiner i kroppen.

Til sammen kan kritikken, en fysiologisk brennverdi som er gyldig for alle, til og med halvveis plausibel, ikke i det hele tatt være vitenskapelig avledet. Enda mer, de nåværende tallene, som ofte varierer mye fra kilde til kilde, tillater ikke at det trekkes noen konklusjoner om lipidmetabolisme. I tillegg varierer energiforbruket til en person, for eksempel for visse fysiske aktiviteter, veldig fra tilfelle til tilfelle. I sin mest radikale form avviser denne kritikken enhver "beregning av kalorier" som kvakksalat eller fortjeneste i stedet for seriøs vitenskap.

Energiomsetning

Mengden energi som menneskekroppen trenger per dag for å opprettholde sin funksjon i fullstendig hvile kalles basal metabolsk hastighet. En retningslinje kan settes til 100 kJ per dag og kg kroppsmasse, dvs. 7000 kJ (rundt 1,9 kWh) per dag for en person som veier 70 kg - noe mindre for kvinner enn for menn.

Det totale energiforbruket (grunnleggende og ytelsesutgifter ) avhenger sterkt av den respektive personen, kroppsstørrelse, tilstand samt fysisk aktivitet og omgivelsestemperatur. Med fysisk stress gjennom sport eller fysisk arbeid, kan denne verdien grovt fordobles. Ekstreme verdier oppnås med toppidrettsutøvere (f.eks. Syklister under Tour de France), når du arbeider med ekstremt behov for termoregulering (f.eks. På masovner) eller under andre, veldig fysisk anstrengende aktiviteter.

Lever- og skjelettmuskulaturen utgjør den største andelen av den basale metabolske hastigheten i menneskekroppen med ca 26% hver, etterfulgt av hjernen med 18%, hjertet med 9% og nyrene med 7%. De resterende 14% utgjøres av resten av organismen.

Menneskets energibehov

Energibehovet avhenger av energiforbruket, som varierer avhengig av alder, kjønn og andre faktorer. Ifølge FAO er det gjennomsnittlige energibehovet til en kvinne mellom 20 og 30 år - med en vekt på 55 kg og moderat fysisk aktivitet - 10 090 kJ (2410 kilokalorier) per dag. For en mann mellom 20 og 25 år - med en vekt på 68 kg og moderat fysisk aktivitet - er det daglige energibehovet 13 000 kJ (3 105 kilokalorier).

Kaloriverditabell

Matkategori Brennverdi
(i kJ / 100 g) (i kcal / 100 g)
brød 0795-1045 190-250
Pasta , ris (ukokt) 1465 350
Poteter , mais , bønner , linser (tørr) 0315-630 075-150
Grønnsaker (rå) 0105-167 025-40
Kjøtt (rå) 0835-1130 200-270
Fisk (rå) 0335-835 080-200
Kyllingegg 0627 150
Oljer 3430-3810 820-910
Bi kjære 1390 332
Kakao (litt avoljet) 1885 450
Melk (avhengig av fettinnhold) 0193-268 046-64
Cola / sitronade 0188-250 > 45-60
fruktjuice 0167-230 040-55
Øl (pilsner) 0200 048
Vin ( hvit / rød / gløgg ) 0289/327/440 069/78/105
Frukt / bær 0188-272 045-65
banan 0400 095
nøtter 2090-2635 500-630
kake 1255-1885 300-450
Melkesjokolade 2345 560
Frukt tannkjøtt ( gummy bears ) 1255-1465 300-350
peanøttsmør 2500 600

Svingningene i brennverdiene innenfor en kategori er noen ganger enda større. Dette er en grov oversikt basert på vanlige matvarer. Brennverdien kan svinge sterkt på grunn av produksjonen, bearbeidingen (vanninnhold) og modenhetsgraden til de naturlige produktene. I tillegg er brennverdien forskjellig fra person til person, siden fordøyelsen ikke får nøyaktig samme mengde energi fra en bestemt mat i hver person.

Informasjon om brennverdi i EUs ernæringsverdimerking

Når Ernæringsmerking av EU ikke er merket med et bomberkalorimeter (s. O.) Målt brennverdi på et næringsmiddel. Snarere tilsettes brennverdiene til komponentene i en matvare (fett, karbohydrater, proteiner, etc.) i henhold til deres andel. Brennverdiene til de respektive komponentene (se tabellen nedenfor) finner du i forordning (EU) nr. 1169/2011 - vedlegg XIV

Grunnleggende komponent Brennverdi i kJ / g Brennverdi i kcal / g
karbohydrater 17. 4. plass
Flerverdige alkoholer ( polyoler ) 10 2.4
Proteiner 17. 4. plass
Fett 37 9
Etanol (alkohol) 29 7.
Organiske syrer 13 3
Salatrims (lav-kalori fett, "korte og langkjedet acyl triglycerid -molekyler") 25 Sjette
Fiber 8. plass 2
Erytritol (sukker erstatning) 0 0

Vær oppmerksom på at de to verdiene er avrundet hver for seg, og resultatet er derfor forholdstall 4,0 (kostfiber) til 4,333 (organiske syrer) kJ / kcal - et område som klart overgår de forskjellige definisjonene av den utdaterte kalorienheten . Avhengig av sammensetning kan informasjonen på produktene derfor indikere to ganske forskjellige energiverdier, selv om de 3 til 4-sifrede tallene antyder en høy grad av nøyaktighet.

Energiforbruk som en indikator på velstand

Matsituasjonen i en region eller stat kan bestemmes per hode enn på energiforbruk ved hjelp av matvelferdsindikator .

Negativ brennverdi

Noen matvarer, spesielt forskjellige typer grønnsaker , hevdes noen ganger å ha en negativ brennverdi fordi kroppen bruker mer energi til fordøyelsen enn den tar fra dem. Faktisk blir innsatsen som skal gjøres for matinntak og utnyttelse av den, per definisjon fullstendig ignorert når man spesifiserer fysiologiske brennverdier, siden det er grov informasjon . I denne forbindelse vil du ikke finne mat med en spesifisert negativ brennverdi, selv om den energiske fordelen i noen tilfeller skulle være negativ.

Som et eksempel på en negativ brennverdi, nevnes (full) kaldt vann fordi kroppen må bruke energi for å varme den opp til kroppstemperaturen . For å varme opp en liter vann fra 12 ° C til 37 ° C, kreves 105 kJ / 25,08 kcal. Avhengig av omgivelsestemperaturen og aktiviteten, trenger ikke denne mengden varme å genereres i tillegg, eller i stedet kan varmespredningen til miljøet reduseres ved å redusere blodstrømmen til de ytre hudlagene ( termoregulering ).

Individuelle bevis

  1. Rådsdirektiv 90/496 / EØF av 24. september 1990 om ernæringsmerking av matvarer i den konsoliderte versjonen av 11. desember 2008 (PDF; 67 kB).
  2. Wladimir Glikin: Kalorimetrisk metode: En guide for å bestemme forbrenningsvarmen til organiske legemer, inkludert næringsstoffer og metabolske produkter, og til å måle dyreproduksjon (tysk: Gebrüder Bornträger, Berlin 1911).
  3. For eksempel: Udo Pollmer , Andrea Fock, Ulrike Gonder, Karin Haug: Skål! Syk av sunn mat . 8. utgave. Kiepenheuer og Witsch, Köln 2006, ISBN 3-462-03012-4 . I Spektrum der Wissenschaft gjennomgått som følger [1] : “Uten tvil prøver forfatterne å rive ned den stive kjemiske-mekanistiske strukturen til etablert ernæringsvitenskap. Med rette, fordi den er bygget på sand. "
  4. ^ Robert F. Schmidt, Florian Lang, Manfred Heckmann: Fysiologi hos mennesker, med patofysiologi. 31. utgave. SpringerMedizin Verlag, Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-01650-9 , s. 838.
  5. Energikrav og kostholdsenergianbefalinger. Menneskelige energibehov . Rapport om en felles FAO / WHO / UNU eksperthøring. Roma, 17. - 24. oktober 2001.
  6. Europaparlaments- og rådsforordning (EU) nr. 1169/2011 av 25. oktober 2011 om forbrukerinformasjon om mat og om endring av forordning (EF) nr. 1924/2006 og (EF) nr. 1925/2006 av Europaparlamentet og Rådet og om oppheving av kommisjonens direktiv 87/250 / EØF, rådets direktiv 90/496 / EØF, kommisjonens direktiv 1999/10 / EF, europaparlaments- og direktiv 2000/13 / EF rådet, direktiv 2002/67 / EF og 2008/5 / EF fra Kommisjonen og kommisjonens forordning (EF) nr. 608/2004