一、能量單位
營(yíng)養(yǎng)學(xué)慣用“千卡”這個(gè)單位，直到今天仍然如此。大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)方面的書籍或數(shù)據(jù)，還一時(shí)適應(yīng)不了國(guó)際單位制(SI)，所以，有必要在這里敘述有關(guān)的單位問題。
所謂1千卡是1000g水由15℃上升到16℃時(shí)所需要的能量。符號(hào)為kcal。
國(guó)際單位制(SI)規(guī)定的能量或熱能單位為焦，符號(hào)為J。lJ是指用1N的力把1kg質(zhì)量的物體移動(dòng)lm所需要的能量。1000焦為1千焦，符號(hào)為kJ。1 000千焦為1兆焦，符號(hào)為 MJ。兆焦在營(yíng)養(yǎng)或食品學(xué)領(lǐng)域中，是一個(gè)經(jīng)常使用到的單位。其主要的原因，是由于在能量計(jì)算處理方面，經(jīng)常涉及到兆焦級(jí)的能量供求問題。
為了與現(xiàn)有領(lǐng)域相適應(yīng)，本書中也將兩種能量單位并存使用。如果需要進(jìn)行數(shù)據(jù)換算處理的話，以下關(guān)系式是一種正式推薦：
lkcal=4.184kJ
1000kcal=4184kJ=4.184MJ
lkJ=0.239kcal
1000kJ=239kcal
1MJ=239kcal
大多數(shù)情況下，可以取l000kcal=4.2MJ，1MJ=240kcal。
二、熱量與功的等值性意義
熱量與功的單位都是焦，所以熱量與功在實(shí)質(zhì)上可以認(rèn)為是等值能量。這種等值性對(duì)于我們計(jì)算人的能量需要量具有重要的實(shí)際意義。一個(gè)人的能量需要量，必須是包括維持機(jī)體恒溫、對(duì)外做功、機(jī)體代謝過程中所需要的能量等全部功和熱的和。這種和的計(jì)算，是確定人體必須能量掇入量的基礎(chǔ)，存在著熱量和功在概念上相加的困難。熱量與功的等值性，圓滿地解決了這個(gè)加和值的問題。
人體攝入多少食品(營(yíng)養(yǎng)素)后才能滿足能量需要量，也存在著一個(gè)熱量與功等值比較的問題。我們?cè)谂袛嗍称窢I(yíng)養(yǎng)素的燃燒值(體外燃燒)與人體利用代謝反應(yīng)保持恒溫和做功的總能量值(體內(nèi)生化反應(yīng))是否處于平衡時(shí)，必須借助于熱量與功等值的關(guān)系。這直接關(guān)系到我們?cè)O(shè)計(jì)膳食、配制食品的工作。
三、營(yíng)養(yǎng)素的能量值
(一)能量源
在食品的所有構(gòu)成成分中，原則上講，只有碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)對(duì)食品的能量構(gòu)成具有實(shí)際意義。大多數(shù)的其他成分，一是在代謝過程中，本身就不產(chǎn)生能量(無分解變化或反應(yīng)過程中產(chǎn)能很少或需要能量)，如水、無機(jī)質(zhì)、維生素和蠟等；二是在食品中的含量很小，沒有實(shí)際產(chǎn)能意義，如乙醇、呈味成分等。
但是，在一些特殊的攝食情況下，由于食品的構(gòu)成發(fā)生反常，例如大量飲酒，使得乙醇的成分，在總進(jìn)食量中占有很大的比例，就會(huì)出現(xiàn)一些新的食物能量源。通過對(duì)絕大多數(shù)的人類飲食活動(dòng)的分析和觀察，發(fā)現(xiàn)就是在這些反常情況時(shí)，也只有乙醇具有能改變食物能量構(gòu)成的能力。因此，在食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域，常將碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)和乙醇作為真正的能量構(gòu)成成分，而忽略其他所有成分的能量貢獻(xiàn)。同時(shí)，將碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)三種基本營(yíng)養(yǎng)素稱作為三大類營(yíng)養(yǎng)素。
(二)能量值
營(yíng)養(yǎng)素的燃燒過程與營(yíng)養(yǎng)素在機(jī)體內(nèi)的代謝反應(yīng)有著本質(zhì)的不同，但是只要終極產(chǎn)物相同，它們的全部反應(yīng)過程的能量變化就應(yīng)該相等。由于燃燒過程是一步性的極端激烈的氧化反應(yīng)，所以如果要求能量變化相同，則必須保證相對(duì)應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)素的全部代謝反應(yīng)的每一步驟都不發(fā)生物質(zhì)量的損失，全部參加最終生成終極產(chǎn)物的反應(yīng)。3個(gè)月內(nèi)的嬰兒一般只能利用食物中能量的85％，其余15％則以不能消化吸收的營(yíng)養(yǎng)素成分被排泄掉了。對(duì)于成年人來講，一般情況下，將會(huì)有5％左右的食物能量，以不能消化和吸收的形式被排泄掉。在成人的進(jìn)食食物中，隨著碳水化合物比例的增加，這種能量損失量將減�。欢S著蛋白質(zhì)攝入量的增加，這種能量損失量將會(huì)增加。
在機(jī)體代謝過程中營(yíng)養(yǎng)素的能量損失，還有另外一種形式。這就是那些未參加生成終極產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)素成分。對(duì)于以這種所謂副反應(yīng)的形式而損失掉的營(yíng)養(yǎng)素能量值，目前尚沒有很好的數(shù)據(jù)說明。這樣，營(yíng)養(yǎng)素在機(jī)體內(nèi)的能量變化結(jié)果，由于其在機(jī)體內(nèi)的代謝損失，肯定地會(huì)低于營(yíng)養(yǎng)素在體外氧化反應(yīng)的能量變化值。對(duì)于營(yíng)養(yǎng)素的這種在體外、體內(nèi)氧化過程中，所產(chǎn)生的有差別的能量變化值，在食品與營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域中采用了兩種概念加以區(qū)別。這就是所謂的食物粗卡價(jià)值和生理卡價(jià)值。
1、食物粗卡價(jià)值
食物粗卡價(jià)值是指食物在體外完全氧化反應(yīng)(燃燒)所釋放出的熱能。這種能量變化值—般使用彈式量熱計(jì)測(cè)定的。
對(duì)于完全氧化反應(yīng)來講，蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物將生成終極產(chǎn)物二氧化碳、水和二氧化氮。食物粗卡價(jià)值，也即lg蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物燃燒以后所釋放出來的熱能值，分別為0.024、0.040和0.017MJ，或24、40、17KJ。由于蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物是三大類化合物種類十分豐富的有機(jī)物，因此，上述粗卡價(jià)值是平均取定值。
2、食物生理卡價(jià)值
顯然，食物在機(jī)體內(nèi)經(jīng)過氧化反應(yīng)后所釋放出來的熱能值就是食物生理卡價(jià)值。由于不包括營(yíng)養(yǎng)素成分的消化吸收損失，以及蛋白質(zhì)被排泄出體外的未達(dá)到終極產(chǎn)物的成分所具有的可以進(jìn)一步氧化而釋放出來的能量損失，因此，食物生理卡價(jià)值要低于粗卡價(jià)值。
對(duì)于脂肪和碳水化合物，其消化吸收損失率分別為5％和2％，由于這兩類化合物在機(jī)體內(nèi)都可以被完全氧化，所以，可以按下式計(jì)算它們各自的生理卡價(jià)值。即：
生理卡價(jià)值=粗卡價(jià)值×(1—消化吸收損失率)
對(duì)應(yīng)的計(jì)算值分別為0.038、0.017MJ·g-1，或38、17kJ·g-1
蛋白質(zhì)的消化吸收損失率約為8％，要比脂肪和碳水化合物高些。蛋白質(zhì)在人機(jī)體內(nèi)的氧化反應(yīng)情況，也與脂肪和碳水化合物不一樣，它不能產(chǎn)生終極產(chǎn)物，而是以生成尿素、肌酸苷、尿酸等含氮化合物的形式隨尿排泄掉。所有這些含氮化合物，它們?cè)隗w外仍然可以進(jìn)一步地氧化分解，生成二氧化碳、水和二氧化氮。這種被排泄掉的未達(dá)到終極氧化產(chǎn)物的含氮化合物，測(cè)定結(jié)果表明，每lg蛋白質(zhì)所產(chǎn)生的含氮化合物在完全被氧化時(shí)，將產(chǎn)生熱能5.43kJ。因此，蛋白質(zhì)的生理卡價(jià)值應(yīng)為：
(24.00—5.43)×(1—8％)=17.08(kJ·g—1)
取整數(shù)，則蛋白質(zhì)的生理卡價(jià)值為17kJ·g-1，或0.017MJ·g—1。
3、營(yíng)養(yǎng)素兩種卡價(jià)值的比較
三大營(yíng)養(yǎng)素的兩種卡價(jià)值對(duì)比列于表3-1。由于數(shù)值都取整數(shù)，可能會(huì)帶來與真實(shí)計(jì)算值約1％～2％的差距。
對(duì)于碳水化合物，兩種卡價(jià)值之間的差值為0，這說明機(jī)體對(duì)碳水化合物的代謝非常徹底，最終都生成了二氧化碳和水。
表2-9 三大營(yíng)養(yǎng)素的粗卡價(jià)值與生理卡價(jià)值
|
營(yíng)養(yǎng)素 |
粗卡價(jià)值/kJ·g－1 |
生理卡價(jià)值/kJ·g－1 |
|
碳水化合物 |
17 |
17 |
|
脂肪 |
40 |
38 |
|
蛋白蛋 |
24 |
17 |
對(duì)于脂肪，兩種卡價(jià)值的差為2kJ·g-1。這個(gè)數(shù)值相對(duì)于食物粗卡價(jià)值40kg·g－1”來講，是很小的，所以，絕大多數(shù)的脂肪，在人們食用后，是得到了完全的代謝利用。
對(duì)于蛋白質(zhì)，二種卡價(jià)值之差則為7kJ·g－1”。這個(gè)數(shù)值相對(duì)于食物粗卡價(jià)值24kg·g－1”來講，就比較大了，達(dá)到29％。造成這樣大差值的原因，一是蛋白質(zhì)在體內(nèi)的消化吸收率相對(duì)地比較低，只有92％；二是蛋白質(zhì)在機(jī)體代謝過程中，并沒有完成達(dá)到生成終極產(chǎn)物的最后過程，還有一部分應(yīng)釋放的能量被貯留在這些應(yīng)進(jìn)一步氧化的代謝物中，這一點(diǎn)也是蛋白質(zhì)與碳水化合物和脂肪的能量代謝過程最大的不同之處。
(三)乙醇的卡價(jià)值
在計(jì)算和處理能量值時(shí)，除上述的碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)外，有時(shí)還需要包括乙醇(俗稱酒精)所提供和代謝的能量。乙醇的粗卡價(jià)值和生理卡價(jià)值分別為29.9、29kJ·g－1，或0.030、0.029Mg·g－1、。