02 671 04 11
od 6. do 8. ure in od 11. do 13. ure
popoldan od 12. do 16. ure

Kako merijo kalorije v hrani?

Jure Zupan¹

Kako znanstveniki izmerijo število kalorij, ki so zapisane na vrečki kikirikija? Ali še boljše, kako pridejo do kalorične vrednosti zelenjave, pire krompirja ali navadne goveje juhe? In kaj te kalorije pomenijo, ko jih vnesemo v organizem?

Preden se lotimo podrobnosti glede določanja energetske vrednosti hranil, si najprej poglejmo, kako se sedanji direktor Kalifornijskega Eksploratorija Paul Doherty spominja svoje prve izkušnje z velika količino energije, ki je shranjena v hrani: »Profesor George Benedek je s pogledom zaobjel polno predavalnico študentov biofizike na MIT in se nasmehnil. Ravnokar je zažgal kikiriki. To morda ne zveni impresivno, a je bilo. Profesor Benedek, mož srednjih let, športne postave. skrite za obleko iz tvida, in z obveznimi belimi nogavicami, je kikiriki najprej ovil z žico navadne papirnate sponke, nato pa vse skupaj pritrdil nad epruveto z desetimi grami vode. Pod kikirikijem je bila velika posoda z vodo. Velik gasilski aparat je stal na tleh nedaleč stran. Zdelo se mi je, da je gasilski aparat čisto pretiravanje, saj imamo opraviti le z navadnim kikirikijem. No, pravzaprav se mi je zdela odveč tudi posoda z vodo. Potem je profesor Benedek kikiriki prižga. Kikiriki je gorel, gorel in gorel ter nato gorel še nekoliko dlje. Kaplje gorečega olja so kapljale iz kikirikija v posodo z vodo. Nato je voda v epruveti začela vreti. Ko je kikiriki do konca dogorel, je bilo v epruveti le še osem gramov vode. Torej ne le, da je sežig enega kikirikija segrel deset gramov vode od sobne temperature do vrelišča, pač pa je nato še izparil dva grama vode!«

Ko sežgemo kikiriki, se z gorenjem sprošča energija, ujeta v kemijskih vezeh v snovi in se pretvarja v toplotni tok, ki ga lahko merimo - npr. prek segrevanja in izparevanja vode, kot je to naredil profesor Benedek. Podoben proces kot pri gorenju na zraku poteka tudi v našem telesu, ko pretvarjamo energijo, shranjeno v kemijskih vezeh v hrani. Energijo, ki je skrita v kikirikiju, tako zlahka izmerimo kar s sežiganjem. Seveda je v resnici vse skupaj izvedeno nekoliko bolj prefinjeno. Pri poskusu, ki ga je opravil profesor Benedek, je namreč veliko toplote ušlo v okolico. Tako se je pri gorenju v resnici sprostilo več energije, kot jo kažeta dva grama izparele vode. Zato znanstveniki za merjenje kalorične vrednosti hrane uporabljajo tako imenovani bombni kalorimeter. Vzorec hrane, ki ji želijo izmeriti kalorično vrednost, najprej posušijo in zmeljejo. Tako na primer iz goveje juhe dobijo prašnat vzorec. Nato ga postavijo v bombni kalo¬rimeter. To je v bistvu ojačana jeklena posoda, obdana z vodno ko-peljo. Posodo zatem napolnijo še s čistim kisikom pod tlakom okoli 30 atmosfer, nakar hrano vžgejo. Sproščanje energije je trenutno in zelo burno, nekako kot pri eksploziji bombe. Ojačana jeklena posoda zadrži udar eksplozije, sproščena toplota pa segreje okolišnjo vodo. Pri tem je pomembno, da je zaradi prebitka kisika gorenje popolno (v zraku kikiriki namreč ne zgori povsem ).Pri sežigu sproščeno ener¬gijo lahko nato preberemo iz dviga temperature vode v vodni kopeli.

Kako pomembno je merjenje toplote prek dviga temperature vode, nam pove že dejstvo, da je bila včasih v fiziki v veljavi enota za energijo 1 kalorija (cal). Ena kalorija je tista količina toplote, ki segreje en gram vode za eno stopinjo Celzija. Fiziki sedaj za energijo raje uporabljajo enoto 1 joule (J), saj se ta vklaplja v standardni sistem enot. Pri tem velja, da je 1 cal = 4,2 J. Kalorija pa je ostala v uporabi v povezavi z energetsko vrednostjo hrane. Običajno tu rabimo enoto kcal (kilokalorija,tisoč kalorij), torej 1 kcal = 4200 J. Na žalost pa je glede enot za energetsko vrednost živil kar precej zmede. Na emba¬1aži pogosto najdemo namesto kilokalorij zapisane kar kalorije (cal), čeprav so v resnici mišljene kilokalorije (kcal). Ob preštevanju kalorij je na mestu tudi nekaj pazljivosti z izdelki, ki prihajajo iz ZDA. Tam namreč namesto kcal uporabljajo oznako Calorie z velikim C. Od tu se je morda prenesla zmešnjava s kalorijami in kilokalorijami tudi na evropski konec. Da vemo, s čim imamo opraviti, s kcal ali cal, pomislimo na primer na to, da že gram ogljikovih hidratov vse¬buje okoli 4 kcal energije. Nato le še primerjajmo vsebnost ogljikovih hidratov v izdelku z zapisanimi kalorijami.

In koliko kalorij vsebuje navaden kikiriki? Iz poskusa profesorja Benedeka lahka izračunamo, koliko toplote je prejela voda v epruveti. Recimo, da je bila ta na začetku pri 20°C, nakar se je segrela do vrelišča, na 100 °C. Deset gramov vode se je torej segrelo za 80 sto¬pinj, za kar potrebujemo 8OO kalorij, medtem ko je za izparevanje dveh gramov vode potrebnih nadaljnjih 1080 kalorij. Torej je voda v epruveti pri sežigu kikirikija prejela skupaj 1880 kalorij ali okoli 1,9 kcal. Da dobimo nekaj občutka, koliko energije predstavlja 1,9 kcal, se poigrajmo s številkami. Ena kcal je na primer enaka delu, potrebnemu za dvig odraslega človeka dve nadstropji visoko! Da pridemo do te številke, upoštevamo, da je 1000 cal enako 4200 J, en joule energije pa je enak delu, opravljenemu ob dvigu sto gramske uteži za en meter. Ena kilokalorijja torej zadošča za dvig 70-kilo- gramskega človeka šest metro v visoko. Ali rečeno drugače – energija, sproščena ob sežigu enega kikirikija, zadosšča za dvig odraslega človeka štiri nadstropja visoko.

Kalorimetrija tudi razkrije, da ploščica Milky Way vsebuje več energije kot palica dinamita. Ploščica Milky Waya vsebuje okoli 200 kcal oziroma okoli 840 kJ! Torej skoraj megajoule! Megajoule pa je energija, ki zadošča za dvig odraslega človeka več kot kilometer vi¬soko. Noben dinamit ne more narediti česa takega! V resnici dinamit ob eksploziji sprosti le četrtino energije enake količine sladkorja ob gorenju. Seveda pa sladkor ob poskusu sežiganja na zraku ne bo eksplodiral. Ob teh presenetljivih številkah je seveda na mestu opom¬ba, da telo v delo ne more pretvoriti vse energije, ki jo prejme iz hrane. Največji delež energije gre za metabolizem, vzdrževanje temperature, nekaj pa za prebavo, miselne procese ... V povprečju lahko telo le okoli 20 % iz hrane prejete energije pretvori v delo.

Ko kikiriki zgori pri visoki temperaturi, se v procesu oksidacije razbijejo kemijske vezi med molekulami, ki se nato vezejo s kisikom. Ob tem se maščobe in ogljikovi hidrati pretvorijo v ogljikov dioksid in vodo, pri čemer se sprosti energija. Proces oksidacije poteka tudi pri presnovi hrane v našem organizmu, le da nekoliko drugače, brez plamenov in burnih procesov. Vse poteka postopno, kontrolirano in pri nižji temperaturi. Proces presnove se seveda začne v prebav¬nem traktu, kjer z razbijanjem vezi in ponovnim sestavljanjem spre-menimo prejeto hrano v drugačne kemične snovi, kot je nnpr, glukoza, enostavni sladkor. Glukozo krvožilni sistem nato prenese do mišičevja. Kisik prispe do mišičevja iz pljuč, vezan na hemoglobin v krvi. V procesu glukolize kisik nato oksidira glukozo, pri čemer se sprosti energija. Nekaj se je sprosti v obliki toplote, ostala pa tako, da iz adenozin difosfata (ADP) nastane bolj energetični adenozin trifostaf (ATP). Pri oksidaciji ene glukozne molekule nastane okoli 30 molekul ATP. Molekule ATP so rezerva energije v mišicah in jih te lahko porabijo za proženje mišičnih vlaken.

Koliko energije je skrite v hrani, je seveda odvisno od njene kemij¬ske sestave. Gram maščobe, na primer, vsebuje skoraj dvakrat več energije kot gram ogljikohidratov ali proteinov. Gram ogljikohidratov (škrob ali sladkor) vsebuje 16 kJ (3,75 kcal), gram proteinov 17 kJ (4 kcal); medtem ko gram maščob vsebuje kar 37 kJ (9 kcal) energije. Pri odločanju za dieto se je morda dobro zavedati tudi, da gram alkohola vsebuje okoli 29 kJ (7 kcal) energije. In koliko energije potrebuje odrasel človek? Našel sem podatek, da je v Veliki Britaniji povprečni dnevni vnos energije v telo 10.250 kJ (2450 kcal) pri moških in 7030 kJ (1680 kcal) pri ženskah. Verjetno nekaj podobnega velja tudi za Slovenijo. Koliko energije potrebuje posameznik, pa je seveda odvisno od njegovega metabolizma, aktivnosti in naporov, ki jim je izpostavljen. Če je vnos hrane prevelik, se pač začnejo nabirati maščobne obloge - kot zaloga za slabše čase. Kot lahko slu¬timo iz gornjih številk, so maščobne zaloge izredno dober vir ener¬gije. Kilogram maščobnih oblog vsebuje namreč kar 37 megajoulov energije, kar zadošča za kar okoli štiri dni normalnih življenjskih aktivnosti brez kakršnegakoli vnosa hrane.

1. Zupan J. Kako merijo kalorije v hrani? v: Kvarkadabra Zupan J. et al. Zakaj je nebo modro? Ljubljana: Krtina; 2004.

Sprehodi se v naravi!
Narava te napolni z energijo.