Что такое калория в физике
Калория и килокалория — что это такое и отличия
Подсчет калорий – важное занятие не только для тех, кто занимается спортом или является профессиональным тренером по фитнесу. Знать, что такое калория и килокалория, в чем отличия этих понятий и особенности рекомендуется также и тем людям, которые хотят сохранить здоровье или избавиться от целого ряда заболеваний. Также различия в понятиях помогают в кулинарии, так как в этом случае удается готовить не только вкусные, но и полезные блюда. Если сложно сбросить вес, занимаясь на тренажерах, то нужно начать с того, что понять, чем отличаются друг от друга калория и килокалория.
Определение понятий
Калория – так называется специальная единица, в которой производится измерение показателей энергетической ценности. Она присутствует у каждого продукта, ингредиента и готового блюда. Также калорией называют единицу измерения энергии и работы.
Килокалория – под таким названием прячется одна тысяча калорий. С помощью подобной единицы измеряют энергетическую ценность большинства блюд, применяют ее для составления программы питания или меню.
Сравнение
Несмотря на сложные названия в процессе сравнения этих двух понятий ничего сложного нет. Для удобства дальнейшего понимания различий рекомендуется начать с разбора, что же представляет из себя килокалория. Эта единица измерения состоит из 1000 калорий. В свою очередь калория – своеобразное выражение энергии, которую получает человеческий организм после того, как поест. Также в калориях может быть измерена тепловая энергия. Именно поэтому на многих упаковках рядом со значением калорийности стоит такая отметка, как джоуль. Еще из курса школьной программы известно, что в 1 калории находится 4,18 джоуля. Такой показатель применяется в большинстве случаев в медицине, научных работах или при проведении специальных расчетов. Показатель же калорийности применяется в кулинарии, спорте, медицине, так как позволяет определить ценность продуктов, составить определенное меню, создать оптимальный для каждого человека рацион с учетом возраста, веса, пола и состояния здоровья.
В процессе сравнения важно упомянуть о том, что калория показывает количество энергии, которая требуется человеку для того, чтобы нагреть 1 г воды на 1 градус. Подобное сравнение принято во всем мире, чтобы было легче подсчитывать энергетическую ценность всех видов продуктов питания и даже напитков.
В свою очередь важно учитывать, что для удобства продукты оцениваются в килокалориях (ккал). Так проще оценивать показатели и не запоминать значения в тысячах. Зная эти особенности, теперь можно не путаться, если на упаковке или в меню будут указываться калории или килокалории. Также легко будет ориентироваться, когда потребуется изучить показатели на тренажерах, в картах питания. Причина в том, что в клубах учитываются показатели по затрачиваемым во время тренировок калориям. Дневной же рацион питания оценивается в килокалориях, так как при подсчете не требуется учитывать и запоминать нули.
Для лучшего понимания проведенного сравнения рекомендуется представить цепочку последовательностей: человек съедает определенное блюдо или продукт. После попадания в организм все компоненты начинают превращаться в энергию. Она, в свою очередь, вырабатывает тепло, которое и является килокалориями, которые получил человек. Ученые подсчитали, что 1 г углеводов содержится 4 ккал. 1 г белкового компонента пищи содержит также всего 4 ккал. Если же взять 1 г жира, то количество ккал возрастает до 9. Отсюда становится понятно, что именно жирные продукты являются причиной набора веса и объемов, если их присутствует в рационе слишком много. На каждой упаковке продукта можно увидеть надпись, оповещающую о калорийности. Этот параметр очень важен в лечебном питании, когда организму требуется снижение нагрузки, связанной с перевариванием. Если разрабатывается программа тренировок, то калории подчитываются, как в питании (составляется меню на день или неделю), так и во время занятий на тренажерах. Значение в ккал важно при подборе диет, направленных на похудение, снижение объемов или для поддержания оптимальных параметров.
Выводы
Калория в результате проведенного сравнения – это составная единица килокалории. В 1 ккал содержится 1000 калорий. С их помощью производится измерение таких понятий, как пищевая и энергетическая ценность продукта, подсчитывается количество тепловой энергии, которую мог бы выработать человеческий организм. Зная особенности и различия этих терминов, становится проще рассчитывать нагрузки или составлять индивидуальные программы для физических тренировок. Калории могут сжигаться даже в процессе пеших прогулок, выполнения повседневной домашней работы. Именно поэтому многие заняты тем, что составляют для себя оптимальные меню.
Понятие о калории: перевод килокалорий в джоули
Часто в задачах по физике приводятся значения энергии для разных процессов в калориях. Однако в международной системе измерений (СИ) принятой единицей для этой физической величины является джоуль. В статье рассмотрим подробно вопрос перевода килокалорий в джоули.
Что обозначает величина?
Следует разобраться с самим понятием «калория». А затем переходить к рассмотрению вопроса, как перевести килокалории в джоули.
Введено оно в физику было в 1824 году французским ученым Николя Клеманом. В конце XIX века и в первой половине XX века калорию часто использовали для количественного описания энергетических процессов. Она использовалась в качестве измерения энергии в Технической системе единиц.
Вам будет интересно: Чем отличаются звуки от букв? Разбор темы с примерами
Величина получила название малой калории. Она представляет собой энергию (тепло), которую необходимо передать 1 грамму воды, чтобы нагреть его на 1 градус Цельсия.
Существует также и большая калория. Ее величина равна энергии, необходимой для нагрева на 1 градус уже 1 килограмма воды. С учетом приставок для единиц измерения, большую калорию записывают как 1 ккал = 1000 кал.
Чему равна 1 килокалория в джоулях?
Многим покажется этот вопрос простым. Действительно, для этого нужно взять 1 кг воды, нагреть его на 1 oC и измерить, какое тепло было передано в ходе этого процесса. Проблема заключается в том, что теплоемкость воды зависит от ее температуры.
Если посмотреть на табличные данные, то можно наблюдать, как в интервале температур от 0 oC до 100 oC теплоемкость H2O изменяется от 4174 кДж/кг до 4220 кДж/кг. Причем она сначала уменьшается, достигая минимума при 30-40 oC, а затем опять возрастает вплоть до температуры кипения.
Выход из этой непростой ситуации был найден. Ученые привязали внесистемную единицу измерения энергии к конкретной температуре воды. Чаще всего используются две температуры: 15 oC и 20 oC.
При решении задач по физике рекомендуется использовать большее из приведенных значений, то есть 1 кал = 4,1868 Дж, поскольку эта величина является стандартной, признанной во многих развитых странах мира.
Соответственно 1 килокалория в джоулях будет равна 4186,8 Дж или 4,1868 кДж.
Где важно это знание?
Как уже было сказано выше, калория не используется в науке. Там рекомендуется применять для измерения энергии джоуль.
Тем не менее при производстве продуктов питания на этикетки наносится энергетическая ценность их содержимого именно в килокалориях. Как правило, эти значения дублируются соответствующими цифрами в килоджоулях. Однако многие современные диеты основаны на использовании системы калорий.
Почему важно знать энергетическую ценность продуктов, которые употребляет в пищу человек? Потому что от разницы между расходом калорий и их поступлением в виде пищи зависит, будет увеличиваться вес или нет.
Каждый, кто сталкивался с этим вопросом в своей жизни, знает, что жиры содержат в 2,25 раза больше энергии на единицу массы, чем белки и углеводороды. Кроме того, существует такое понятие, как «пустые калории», которое говорит о вредности продуктов (они поставляют энергию в организм, но при этом не содержат питательных веществ и витаминов). Ярким примером продуктов с огромным содержанием пустых калорий являются алкогольные напитки.
Пример решения задачи
Приведем решение простой задачи на перевод килокалорий в джоули. Допустим, человек купил в магазине 2 кг мяса. Он знает, что этот продукт содержит 1250 ккал/кг. Необходимо найти соответствующую величину в джоулях.
Поскольку масса мяса равна 2 кг, тогда его калорийность составляет 2 [кг]*1250 [ккал/кг] = 2500 ккал. Зная, что 1 ккал = 4186,8 Дж, воспользуемся пропорцией. Получим: 2500*4186,8 = 10467000 Дж или 10,467 МДж.
Что такое калория?
Исторически сложилось так, что ученые определили калорию как единицу энергии или тепла, которая может поступать из различных источников
Калория — это единица энергии. Исторически сложилось так, что ученые определили «калорию» как единицу энергии или тепла, которая может поступать из различных источников, таких как уголь или газ. С точки зрения питания, все виды пищи — будь то жиры, белки, углеводы или сахар — являются важными источниками калорий, которые необходимы людям для жизни и функционирования.
Нашему мозгу, нашим мышцам — каждой клетке нашего тела — требуется энергия, чтобы функционировать в оптимальном состоянии.
Физика калорий
В 1863 году калория определялась как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 килограмма воды с 0 до 1 градуса Цельсия. В 1925 году калории получили научное определение в джоулях — единицах, обычно используемых физиками для описания количества работы, необходимой для того, чтобы заставить один ньютон пройти один метр.
Вот почему иногда калории называют килоджоулями. Одна калория равна 4,18 джоуля; 1 джоуль равен 0,000239006 калории.
Количество тепла, необходимое для получения калорий, различается при разных температурах, поэтому ученые решили создавать разные типы калорий в зависимости от температуры воды. Разные температуры дают разные типы калорий, такие как малые калории, также называемые граммовыми калориями или 15-градусными калориями. Эта калория означает количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды с 14,5 до 15,5 градусов по Цельсию.
На самом деле калорийность питания составляет 1000 из этих небольших калорий. Некоторые исследователи используют термин килокалории для обозначения пищевой единицы в 1000 маленьких калорий. Эти единицы из 1000 малых калорий также иногда называют большими калориями, диетическими калориями или пищевыми калориями.
Следовательно, то, что мы видим на этикетках продуктов питания, на самом деле является килокалориями или килоджоулями. То есть, если одно яблоко среднего размера содержит 95 калорий, на самом деле оно содержит 95 килокалорий. (В этой статье используется термин калория вместо килокалорий.)
Различные типы макроэлементов имеют стандартное количество калорий. Один грамм белка содержит 4 калории. Один грамм углеводов содержит 4 калории, в одном грамме жира содержится 9 калорий.
Сколько калорий нужно есть каждый день?
Количество калорий, необходимых человеку в день, зависит от его уровня активности и скорости метаболизма в состоянии покоя, которые можно измерить в кабинете врача или диетолога.
Существует расхожее мнение, что мужчины не должны потреблять менее 1500 калорий, а женщины — 1200 калорий, чтобы обеспечить баланс основных питательных веществ и микроэлементов.
Какими должны быть эти калории? Официальные диетические справочные нормы рекомендуют, чтобы для взрослого от 45 до 65 процентов калорий приходилось на углеводы, от 20 до 25 процентов — на жиры и от 10 до 35 процентов — на происходят из белка. Детям нужно больше жира, от 25 до 40 процентов их калорий. Не более 25 процентов калорий должно приходиться на добавленный сахар.
Какие продукты калорийны?
Продукты, которые считаются высококалорийными или калорийными, содержат большое количество калорий по сравнению с другими на размер порции. Масла, сливочное масло и прочие жиры; жареная еда; сладости — высококалорийные продукты. Хотя высококалорийные продукты часто ассоциируются с нездоровой пищей, некоторые из них также богаты питательными веществами.
К здоровым продуктам с высоким содержанием калорий относятся авокадо (227 калорий каждый), семена киноа (222 калории на чашку), орехи (828 калорий на чашку арахиса), оливковое масло (119 калорий на столовую ложку), цельнозерновые продукты и, в умеренных количествах, темный шоколад (648 калорий на плитку).
Изюм — пример высококалорийной пищи, которая может удивить некоторых людей; по данным исследования, вы можете съесть 1 стакан винограда и получить такое же количество калорий, как и четверть стакана изюма. Сухофрукты обычно калорийны; по этой причине они популярны среди путешественников, сжигающих много калорий.
Что такое низкокалорийные продукты?
Продукты, которые считаются низкокалорийными, содержат мало калорий по сравнению с размером их порции. Фрукты и особенно овощи обычно относительно низкокалорийны.
Например, в 2 чашках измельченного салата ромэн или шпината содержится 16 калорий, в большом стебле сельдерея — 10 калорий, в 1 большом початке кукурузы — 123 калории, в 1 чашке брокколи — 15 калорий, а в апельсине — 70 калорий.
Что такое пустые калории?
Пустые калории содержат мало питательных веществ или вообще не содержат их. Они часто поступают из добавленных сахаров и твердых жиров. Твердые жиры — это жиры, которые затвердевают при комнатной температуре, например масло и жиры, содержащиеся в некоторых видах мяса. Они могут возникать естественным путем, но их часто добавляют в пищу.
Многие продукты фаст-фуда содержат пустые калории. Мороженое, газированные напитки, сыр, пицца и мясные продукты, такие как хот-доги и сосиски выступают в качестве примеров популярных продуктов с высоким содержанием пустых калорий.
Некоторые из этих продуктов, такие как сыр и пицца, также содержат питательные вещества (сыр с высоким содержанием кальция и содержит белок; соусы для пиццы, начинки и корки могут содержать питательные вещества), но другие продукты, такие как газированные напитки и большинство конфет, содержат только пустые калории.
Калории и потеря веса
Хотя важно потреблять достаточное количество калорий, подсчет и сокращение калорий может помочь многим людям похудеть. Калории расходуются за счет физической активности. Например, по данным журнала Runner’s World, забег на два километра может сжечь около 112 калорий.
Ученые относятся к балансу сожженных и потребленных калорий как к калорийному балансу. Он функционирует как весы; когда вы находитесь в равновесии, потребляемые калории уравновешиваются сожженными калориями. Это означает, что вы сохраните свой вес.
Если вы поддерживаете свой вес, у вас сохраняется баланс калорий. Это означает, что каждый день вы потребляете примерно столько же калорий, сколько сжигаете. Если у вас избыток калорий, вы потребляете больше калорий, чем сжигаете, и вы набираете вес. Если у вас дефицит калорий, вы сжигаете больше калорий, чем едите, и вы худеете.
Когда люди хотят похудеть, они часто пытаются добиться дефицита калорий. Но даже человеку с дефицитом калорий необходимо потреблять достаточно калорий, чтобы функционировать и оставаться здоровым. По словам исследователей, потребление достаточного количества калорий помогает поддерживать мышечную массу в процессе похудания. Это также помогает сделать потерю веса устойчивой.
Потребление достаточного количества калорий во время процесса похудения также важно для поддержания нормального метаболизма. «Хроническое недоедание — потребление 800 или 1000 калорий в день с течением времени — снижает уровень метаболизма в состоянии покоя, что влияет на количество сжигаемых калорий и на ваш метаболический механизм», — говорят ученые.
Калория и ее история
Тучные земли
Нигде и никогда прежде я не видела такого количества огромных, тучных людей, как в штате Техас несколько лет назад. В толпе на улицах Остина я чувствовала себя дистрофиком.
Массовое ожирение в США остается предметом постоянных дискуссий в печати уже более десятка лет. Однако проблема эта возникла отнюдь не в начале ХХI века. Еще полвека назад, в 1958 году, Джон Кеннет Гэлбрейт, известный экономист из Гарварда, впервые написал в своем бестселлере «Общество изобилия», что все больше американцев умирает от переедания, а не от истощения. Он усматривал в этом экономические причины. Поскольку к середине пятидесятых годов основные потребности американцев в еде, крове и одежде были удовлетворены, корпорации начали придумывать и навязывать с помощью рекламы новые потребности, которые они спешили удовлетворить. Главное, чтобы покупали.
В результате к началу XXI века у 61% американцев уже появились проблемы со здоровьем, вызванные избытком веса. А ежедневное потребление энергии каждым жителем США с 1977 по 1995 год выросло почти на двести килокалорий, как пишет Грег Крицер в книге «Тучные земли: как американцы стали самыми толстыми людьми в мире» (“Fat Land: How Americans Became the Fattest People in the World”, Boston, MA: Houghton Mifflin, 2003).
Ожирение в США приняло характер эпидемии. Это не просто метафора: о «пандемии ожирения» заявляет и Всемирная организация здравоохранения. А в США скорость его распространения — самая высокая в мире: 13% населения в 1962 году, 19,4% — в 1997, 24,5% — в 2004, 26,6% — в 2007, 33,8% взрослых и 17% детей — в 2008, 35,7% взрослых и 17% детей — в 2010-м.
Подробные статистические данные по России найти нелегко. Часто пишут о 15–16% взрослого населения, но эти цифры относятся, вероятно, к началу 2000-х. В декабре 2012 года директор НИИ питания РАМН, главный диетолог Минздрава РФ В. А. Тутельян сообщил на пресс-конференции, что ожирением страдают более 25% россиян, избыточный вес наблюдается у 50%. Такое впечатление, что мы изо всех сил опять стараемся догнать Америку.
Ожирение убивает 100–400 тысяч американцев каждый год и обходится американскому обществу в 117 миллиардов долларов. Эти расходы сопоставимы с затратами на решение медицинских проблем, связанных с курением и алкоголизмом.
В чем же дело? Только ли в переедании, о котором писал Гэлбрейт? Грег Крицер в своей книге анализирует возможные причины, политические, социальные и экономические. Например, когда цены на продукты питания в 70-х годах достигли пика, президент Ричард Никсон потребовал принять меры. В результате реформ министра сельского хозяйства Эрла Буца были сняты ограничения на импорт дешевого пальмового масла, а из кукурузы было дозволено делать с помощью новых технологий сладкий глюкозо-фруктозный сироп. Эти дешевые, но высококалорийные продукты стали использовать при изготовлении подавляющего большинства продуктов питания, чтобы сделать их доступными.
Маркетологи фастфуда тоже не остались в стороне. Они просто заставили своих покупателей есть больше, начав выпускать бигмаки и прочие блюда суперразмера. В результате калорийность одного блюда в «Макдональдсе» возросла с 200 килокалорий в 1960 году до 610. А покупатели усердно поглощали раздувшиеся супербургеры — никто не может устоять против подаренной еды.
Наконец, Крицер описывает появление «новой культуры без границ», которая облегчает и делает модным потребление всех этих богатых жиром и бедных питательными веществами продуктов. Если в прежние времена приготовление домашних обедов было традицией, то в 80-х хозяйки перестали тратить на это время: можно ведь пойти куда-нибудь или заказать готовую еду на дом. Тем временем популярные книги и передачи навязывали теории, утверждающие, что ребенок сам знает, когда он или она сыт, когда и что надо есть. В результате родители перестали контролировать, что и когда их ребенок ест, даже если это только картофель фри и гамбургеры.
Чтобы как-то исправить ситуацию, американское правительство стало принимать меры, среди которых — закон 1990 года о маркировке (Nutrition Labling and Education Act, NLEA), обязывающий производителей писать калорийность продуктов и их состав на всех упаковках. А в 2008 году Нью-Йорк стал первым городом, где в ресторанных меню начали указывать калорийность блюд, чтобы посетитель мог сделать осознанный выбор, который не причинит вреда здоровью. Все в очередной раз заговорили о калориях и начали их подсчитывать.
Калория и калориметр
Раньше любой школьник знал, что такое калория: количество тепла, которое необходимо, чтобы нагреть один грамм воды на один градус. Термин «калория» (от латинского calor — тепло) ввел в научный оборот французский химик Николя Клеман-Дезорм (1779–1842). Его определение калории как единицы измерения тепла было впервые опубликовано в 1824 году в журнале «Le Producteur», а во французских словарях оно появилось в 1842 году. Однако задолго до появления этого термина были сконструированы первые калориметры — приборы для измерения теплоты. Первый калориметр изобрел английский химик Джозеф Блэк и в 1759–1763 годах с его помощью определил теплоемкости разных веществ, скрытую теплоту плавления льда и испарения воды.
Изобретением Д. Блэка воспользовались знаменитые французские ученые Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794) и Пьер Симон Лаплас (1749–1827). В 1780 году они начали серию калориметрических экспериментов, которые позволили измерить тепловую энергию. Это понятие встречается еще в XVIII веке в трудах шведского физика Иоганна Карла Вильке (1732–1796), который занимался исследованием электрических, магнитных и тепловых явлений и задумывался об эквивалентах, в которых можно измерять тепловую энергию.
Устройство, которое впоследствии начали называть калориметром, Лавуазье и Лаплас использовали, чтобы измерять количество теплоты, выделяющееся в различных физических, химических и биологических процессах. Тогда еще не было точных термометров, поэтому для измерения теплоты приходилось идти на ухищрения. Первый калориметр был ледяным. Внутренняя полая камера, куда помещали объект, излучающий тепло (например, мышку), была окружена рубашкой, заполненной льдом или снегом. А ледяная рубашка, в свою очередь, была окружена воздушной, чтобы лед не плавился под действием внешнего нагрева. Тепло от объекта внутри калориметра нагревало и плавило лед. Взвешивая талую воду, стекавшую из рубашки в специальный сосуд, исследователи определяли теплоту, выделенную объектом.
Простенький, казалось бы, прибор позволил Лавуазье и Лапласу измерить теплоту многих химических реакций: сгорания угля, водорода, фосфора, черного пороха. Этими работами они заложили основы термохимии и сформулировали ее основной принцип: «Всякие тепловые изменения, которые испытывает какая-нибудь материальная система, переменяя свое состояние, происходят в порядке обратном, когда система вновь возвращается в свое первоначальное состояние». Иными словами, чтобы разложить воду на водород и кислород, надо затратить столько же энергии, сколько выделяется при реакции водорода с кислородом с образованием воды.
В том же 1780 году Лавуазье поместил в калориметр морскую свинку. Тепло от ее дыхания растапливало снег в рубашке. Потом последовали и другие эксперименты, которые имели огромное значение для физиологии. Тогда-то Лавуазье высказал мысль, что дыхание животного подобно горению свечи, за счет которого в организме поддерживается необходимый запас тепла. Он также впервые связал три важнейшие функции живого организма: дыхание, питание и транспирацию (испарение воды). Видимо, с тех пор и заговорили о том, что пища сгорает в нашем организме.
Видимо, в похожем калориметре в тридцатых годах XIX века проводил первые опыты с пищей знаменитый немецкий химик Юстус фон Либих (1803–1873), который разделял идеи Лавуазье о том, что пища — это топливо для организма, как дрова для печки. Причем Либих назвал эти дрова: белки, жиры и углеводы. Он сжигал навески пищи в калориметре и измерял выделившееся тепло. На основании результатов этих опытов Либих вместе со своим коллегой Юлиусом фон Майером составил первые в мире таблицы калорийности продуктов питания и на их основе попытался рассчитать научно обоснованный рацион для прусских солдат.
Знаменитым последователем Юстуса фон Либиха стал американский агрохимик Уилбур Олин Этуотер (1844–1907). Он первым додумался измерять энергоемкость компонентов пищи и придумал схему подсчета калорийности любых продуктов питания. Ему не пришлось начинать с нуля. Три года (1869–1871) Этуотер провел в Германии, где изучал опыт европейских коллег-агрохимиков. Здесь он не только вдохновился идеями физиологической калориметрии, посеянными Либихом, но и освоил некоторые методики эксперимента.
Сегодня его называют отцом диетологии. «Большую часть сведений о пище и ее компонентах, которыми мы пользуемся сегодня, мы почерпнули из экспериментов Этуотера», — говорит Эрика Тэйлор, профессор химии Веслеанского колледжа в Коннектикуте, где в свое время работал У.О.Этуотер. Действительно, столь хорошо знакомые нам значения калорийности углеводов (4 ккал/г), белков (4 ккал/г) и жиров (9 ккал/г) впервые экспериментально получил Этуотер. Но и теперь, спустя сто двадцать лет, диетологи используют эти цифры при подсчете энергетической ценности продуктов питания. Система Этуотера по сей день лежит в основе маркировки продуктов. И в этом смысле, как верно подметил кто-то из журналистов, Уилбур Этуотер — самый цитируемый ученый в мире.
Основные факторы Этуотера
Однако одной теплоты сгорания недостаточно. Необходимо знать, сколько каждого из этих компонентов содержится в продуктах. Решение было найдено сугубо химическое. С помощью эфира Этуотер экстрагировал жир из измельченного кусочка пищи, вес которого ему был точно известен. А затем определял вес вещества (жира), перешедшего в эфир. Так можно было подсчитать содержание липидов в продукте. Кстати, этот же несложный метод применяют и в наши дни.
С белками пришлось повозиться, поскольку нет анализа, позволяющего определить общее количество белков в том или ином продукте. Однако Этуотер знал, что в среднем около 16% массы белка приходится на азот. Он придумал, как определять количество азота в пище, и через него рассчитывал содержание белка.
С углеводами похожая проблема: определять их общее содержание в пище тогда не умели. Здесь выручила арифметика. Этуотер сжигал навеску пищи и определял количество образовавшегося пепла, содержащего только неорганические вещества. Теперь не составляло труда определить общее содержание органики (исходный вес пищи минус пепел). Вычитая из этого значения массу жира и белка, Этуотер получал содержание углеводов.
Однако не вся съедаемая пища усваивается нашим организмом. Сколько же проскакивает вхолостую? Это важно было знать и учитывать при оценке энергетической ценности продукта. Чтобы ответить на этот вопрос, Этуотеру пришлось обследовать фекалии людей, чей рацион питания был точно известен. По его расчетам оказалось, что в среднем доля неусвоенной пищи составляет не более 10%.
В результате всех этих экспериментов и расчетов, которые заняли не один год, Этуотер наконец провозгласил: энергетическая ценность белков и углеводов, съедаемых человеком, составляет 4 ккал/г, а жиров — 9 ккал/г. Эти магические цифры назвали факторами Этуотера, его подход — системой Этуотера. К 1896 году он разработал таблицы калорийности. Именно ими пользовались составители справочника Министерства сельского хозяйства США «Национальная база данных питательных веществ» и справочника «Состав пищевых продуктов».
Система Этуотера оказалась на редкость универсальной и живучей. Достаточно сказать, что общие факторы и по сей день остаются неизменными. Но при этом система гибкая и открытая для разных дополнений и уточнений. Сам Этуотер со временем добавил в свою схему спирт (7 ккал/г), обоснованно считая его калорийным источником энергии. Правда, после того, как ученый опубликовал результаты исследования, производители алкогольной продукции немедленно ухватились за тезис «спирт дает много калорий человеческому организму» и стали активно использовать его в рекламе своей продукции. Это сильно огорчило Этуотера, и он посчитал необходимым каждый год обязательно читать студентам одну лекцию о вреде алкоголя и пользе умеренности во всем.
В ХХ веке биохимия питания развивалась чрезвычайно активно, позволяя исследователям получать все новые данные. Уже во второй половине прошлого столетия в систему внесли новые факторы для пищевых волокон (некрахмалистых полисахаридов). Известно, что эта группа веществ усваивается намного хуже углеводов, поэтому их энергетическая ценность была заметно ниже — 2 ккал/г. Удалось даже учесть энергию, которую расходует организм на производство мочи и газов.
В 1955 году общие факторы дополнили конкретными: белок яйца — 4,36 ккал/г, белок коричневого риса — 3,41 ккал/г и т. д. То же и с содержанием азота в белке: вместо среднего показателя в 16% стали использовать конкретные цифры — например, 17,54% для белка макарон и 15,67% для белка молока.
Впрочем, эффект от всех этих мелких уточнений оказался настолько мал, что многие диетологи по-прежнему используют общие факторы Этуотера. Гораздо более серьезные проблемы этой системы связаны с другим.
Неучтенные факторы
Первый крупный недостаток заключается в том, что система Этуотера не учитывает расход энергии на пищеварение. Люди тратят на пищеварение, конечно, значительно меньше энергии, чем, скажем, змеи и рыбы. Но тем не менее эти траты заметны. За переваривание пищи нам приходится расплачиваться энергией. Легче всего переваривается жир, затем углеводы, хуже всего — белки. Чем больше доля белка в пище, тем выше расходы на пищеварение. Рэнгем в своей книге упоминает одно исследование 1987 года, которое показало, «что люди, в рационе которых содержалось много жиров, получали такую же прибавку в весе, что и те, кто употреблял почти в пять раз больше калорий, но в виде углеводов». Однако значение имеет не только химический состав продукта, но и его физическое состояние. Очевидно, что организм будет тратить больше энергии на переваривание сырой пищи, а не вареной, жесткой, а не мягкой, состоящей из крупных частиц, а не из мелких, холодной, а не горячей. Получается, что калорийность пищи многократно обработанной, измельченной, пропаренной-проваренной и максимально размягченной выше, чем у приготовленной из тех же продуктов, но обработанной менее интенсивно.
Когда мы отправляемся в больницу навестить заболевшего друга или родственника, мы приносим с собой куриный бульон и отварную куриную грудку, или паровые котлетки, или пюре. Не потому, что это вкусно и просто приготовить (кто-то не любит куриные грудки). А потому, что это самое нежное мясо у курицы, где практически нет соединительных тканей. Оно очень мягкое, поэтому легко усваивается, не отбирая у больного лишней энергии на переваривание (она пригодится ему для выздоровления) и давая при этом больше калорий. В этом смысле калорийность куриных грудок выше, чем куриных окорочков.
Хорошая иллюстрация к сказанному — известное исследование, выполненное японским ученым Киоко Ока с соавторами (K.Oka et al, «Food texture Differences Affect Energy Metabolism in Rats», «Journal of Dental Research», 2003, 82, 491–494). Исследователи содержали 20 крыс в разных режимах питания: половине давали обычный гранулированный корм, над которым надо было потрудиться, чтобы его разгрызть, вторую половину животных кормили теми же гранулами, только вздутыми, как хлопья для завтрака. Условия содержания животных и их нагрузки были одинаковыми. Казалось бы, как может повлиять способ приготовления пищи на рост животных? Еще как может.
Крысы перешли на рацион с разными гранулами в возрасте четырех недель. На 22-й неделе различия стали заметны невооруженным глазом. Крысы, питавшиеся мягкой пищей, в среднем весили на 37 граммов (примерно на 6%) больше тех, кого кормили твердыми гранулами, а жира у них было больше в среднем на 30%, что уже классифицируется как ожирение. От мягкой, сильно переработанной пищи крысы толстели, потому что тратили значительно меньше энергии на пищеварение. Получается, что воздушные хлопья калорийнее твердых гранул.
Физическое состояние пищи — это ловушка для системы Этуотера. Он полагал, и это заложено в его системе в качестве одного из основных факторов, что в организме не переваривается 10% пищи, которая выводится с фекалиями. Этуотер думал, что эта величина постоянная и не зависит от консистенции пищи. Возможно, в его времена не было белоснежной муки невероятно тонкого помола. Но сегодня мы знаем, что именно эта мука усваивается на 100%. А если мы едим выпечку из муки крупного помола, то треть ее выводится из организма непереваренной.
У системы Этуотера есть еще один подводный камень, который можно назвать «биоразнообразием». Все мы очень разные, разные генетически, а значит — биохимически и метаболически. Сколько раз нам доводилось удивляться волчьему аппетиту худых людей, которые, несмотря на большие объемы поглощаемой пищи, не толстеют. А дело в том, что худые люди в норме затрачивают на пищеварение больше энергии, чем полные. Поэтому, съев пищу той же калорийности, полный человек прибавит в весе больше, чем худой.
Итак, в системе Этуотера не учтен весомый вклад, который вносят в калорийность пищи ее физические свойства и способы приготовления, наконец — метаболический портрет каждого из нас. А значит, мы не можем оценить с помощью этой системы реальную питательную ценность собственного рациона. На прилавках все больше калорийных продуктов, хотя они не выглядят таковыми, если судить по составу и заявленной калорийности на этикетках. Они вводят нас в заблуждение, потому что ничто из того, о чем мы говорили в этой главе, в этих надписях не учтено. А мы тем временем продолжаем толстеть от пищи, которую легко переваривать.
Можно ли все эти дополнительные, но столь важные факторы учесть в системе Этуотера? Чрезвычайно трудно, если вообще возможно. Методически это невероятно сложная задача. Ведь потребуется провести гигантское количество экспериментов, чтобы получить реальные значения питательной ценности конкретных продуктов, учитывающие их консистенцию, способ приготовления, сочетания с другими продуктами и нашу биохимическую индивидуальность.
Обойдемся без калорий?
А сколько человеку нужно калорий? На этот вопрос, который поставил перед собой Этуотер в самом начале своих исследований, он смог дать исчерпывающий ответ. Вместе со своими коллегами по Веслеанскому колледжу Эдвардом Росой и Френсисом Бенедиктом он сконструировал специальную вентилируемую камеру-калориметр, в которой мог находиться человек, работать и отдыхать. Выделяемое им тепло определяли по разности температур воды, которая протекала через систему трубок, проложенных в камере, — на входе и на выходе. С ее помощью в 1896 году он начал исследовать, сколько энергии человек тратит в состоянии покоя, бодрствования и при разного рода деятельности, сколько потребляет кислорода и сколько производит углекислого газа. Объектами исследования в первую очередь становились его студенты.
На основании результатов этих измерений Этуотер впервые подсчитал баланс между энергией, поступающей в организм с пищей и расходуемой человеком. Он подтвердил, что и в человеческом организме работает закон сохранения энергии: она никуда не исчезает, а переходит из одной формы в другую. Интересно, что до Этуотера в научных кругах бытовало мнение, будто первый закон термодинамики применим к животным, но никак не к человеку, поскольку человек уникален. Этуотер не только опроверг это заблуждение, но и впервые доказал: если человек не использует полностью энергию, поступающую в его организм с пищей, то она запасается в виде избыточных килограммов.
Этуотер изучал рационы огромного количества самых разных семей разных слоев общества. Анализируя результаты, он с грустью отмечал, что люди все больше едят жирного и сладкого и все меньше двигаются. Уже тогда он говорил о важности дешевой и эффективной диеты, которая включает больше белков, бобов и овощей вместо углеводов.
Этуотер внес огромный вклад в науку о питании. Это не только результаты более 500 научных работ и полутора сотен статей. Он сумел добиться создания Федерального фонда США по исследованию пищи. В 1894 году впервые по законопроекту правительство США ассигновало десять тысяч долларов на исследования пищевых продуктов и рационов. Большую их часть выполнил Этуотер. Спустя сто лет федеральная поддержка этих программ возросла до 82 миллионов долларов. И он предвидел то, что мы начнем толстеть, потому что больше едим и меньше двигаемся. Предвидел в конце XIX века.
Калорийность и химический состав по-прежнему подсчитывают по системе Этуотера, пусть и подправленной в ХХ веке. Да, сегодня мы понимаем, что она дает грубые оценки. Но это лучше, чем ничего.
Судя по всему, скрупулезный подсчет калорий в магазине и ресторане теряет смысл. На что же ориентироваться? На простые правила, которые прошли испытание временем и не нуждаются в корректировке: быть умеренным в еде, больше двигаться, избегать фастфуда и сладких напитков, больше овощей и фруктов, самому готовить домашнюю еду из свежих продуктов. Все это вы знаете не хуже меня.
Но вот еще один аргумент, достойный внимания. Джуди Макбрайд из Научно-исследовательской сельскохозяйственной службы Министерства сельского хозяйства США очень верно подметила: «Кто знает, сколько неизвестных компонентов, полезных и необходимых для нашего организма, мы еще не открыли или не заметили в пищевых продуктах? Именно поэтому крайне важно получать питательные вещества вместе со свежими натуральными продуктами, а не с витаминными добавками».
Напоследок предлагаю вам несколько правил (всего их 64), взятых из книги популярного американского журналиста Майкла Поллана «Библия питания», которую выпустило издательство «Астрель» в ушедшем году.