Hrana in kalorije. Kako jih izmerimo?

Pred kratkim je del ekipe Lačne Bučke zaradi službene poti zajtrkoval v hotelski samopostrežni restavraciji. Ponujena hrana je bila označena z ličnimi tablicami z oznakami, kot so na primer “vegansko”, “bogato z vlakninami”, “bogato z beljakovinami” in “malo maščobe”. Med drugim je bila tudi hrana označena kot “nizko kalorična” in pa hrana z “veliko energije”. Čeprav so s tema dvema izrazoma imeli v mislih v hrani isto stvar, to je energijo oz. kalorije, so na iznajdljiv način pri hrani bolj bogati s kalorijami uporabili izraz energija, saj ima beseda kalorija negativen prizvok.
V fiziki je kalorija merska enota za energijo. Tak način izražanja je podoben, kot da bi rekli, da ima nekdo nizko kilažo, drug pa veliko težo. Kalorije so torej merska enota za merjenje in navajanje količine energije. Vendar pa to ni več uradna enota, uradna enota je J (džul oz. joule). Kalorija je starejša enota, ki je bila včasih uradna, danes pa se v praksi še vedno uporablja na nekaterih področjih, med drugim tudi v prehrani.

Ena kalorija (1 cal) je definirana kot količina energije, ki je potrebna, da se en gram vode segreje za eno stopinjo Celzija. Fiziki sedaj raje uporabljajo enoto joule (J), ker se ta vklaplja v standardni sistem enot in je definirana kot energija, ki je potrebna, da za en meter premaknemo predmet s silo 1 N (en newton), kar približno ustreza dvigu 100 gramske uteži za en meter. Če želimo enoti pretvarjati eno v drugo, upoštevamo da je 1 cal = 4,2 J. Za večje količine uporabljamo tisočkrat večjo enoto, to je kcal (1 kilokalorija = 1 kcal = tisoč kalorij). Na žalost je glede enot za energijsko vrednost živil nekaj zmede. Pogosto namreč na embalaži najdemo namesto kilokalorij zapisane kar kalorije (cal), kar se nanaša na tako imenovane velike kalorije ali kilogramske kalorije, ki ustrezajo tisoč »običajnim« kalorijam, torej eni »običajni« kilokaloriji. Predvsem v ZDA pa namesto kcal uporabljajo oznako Cal z velikim c. V našem blogu uporabljamo v besedilu izraz kalorije in pri tem mislimo na velike oz. kilogramske kalorije. Zaradi jasnosti jih s kratico označujemo kcal.
Če ste pri branju nekega besedila o kaloričnosti hrane v dvomu, ali uporabljajo male ali velike kalorije, pomislite na to, da ena običajna porcija katerekoli hrane, vsebuje približno nekaj 10 ali nekaj 100 velikih kalorij (kcal). Če besedilo omenja več kot 10.000 kalorij v porciji, so zanesljivo mišljene male kalorije.

Merjenje kalorij in sežiganje

Kako izmerimo kaloričnost hrane si bomo pogledali na primeru arašida. Zgoraj smo izvedeli, da je ena kalorija (1 cal) definirana kot energija, ki segreje en gram vode za eno stopinjo. Poskus, ki ga opisujemo v nadaljevanju, smo izvedli usposobljeni raziskovalci z upoštevanjem vseh potrebnih varnostnih ukrepov. Če niste ustrezno usposobljeni, eksperimenta ne ponavljajte doma! Na iglo smo nabodli en nepražen in nesoljen arašid in ga postavili nad plamen vžigalnika, da je zagorel. Nad goreč arašid smo namestili epruveto s 15 ml vode in počakali, da je kikiriki popolnoma izgorel. Ob tem je voda v epruveti začela vreti, torej smo jo segreli iz sobne temperature na temperaturo vrelišča. Postopek si lahko pogledate tudi v priloženem videu.

Voda se je segrela malo pod 100 stopinj in da smo 15 g vode segreli za skoraj 80 stopinj (iz 20 na 100), smo rabili 15 x 80 = 1200 cal. Izmerili smo torej, da en arašid vsebuje vsaj 1200 cal. Tisti, izmed vas, ki veste, da povprečna oseba potrebuje 2000 kalorij dnevno, boste presenečeni nad našim rezultatom, vendar ne pozabite na zmedo z enotami. Pri meritvi smo uporabljali fizikalne (male) kalorije (cal), pri prehrani pa uporabljamo velike kalorije (kcal). Naš kikiriki je torej sprostil za 1,2 kcal energije, torej jih lahko odrasla oseba v enem dnevu poje kar precej.Vendar pa naša meritev ni bila povsem natančna, ker je veliko toplote ušlo v okolico. Zato znanstveniki za merjenje kalorične vrednosti hrane uporabljajo nekoliko bolj zapleteno napravo, ki jo imenujemo bombni kalorimeter in deluje po istem principu. Vzorec hrane, ki mu želijo izmeriti kalorično vrednost, najprej posušijo in zmeljejo. Nato ga postavijo v bombni kalorimeter, ki je jeklena posoda obdana z vodno kopeljo, vse skupaj pa je obdano še s toplotno izolacijo. Posodo zatem napolnijo s čistim kisikom in hrano vžgejo. Sproščanje energije je zelo hitro in burno, pravzaprav gre za eksplozijo. Pomembno je, da je količina kisika dovolj velika, da hrana popolnoma zgori. Sproščena toplota segreje okoliško vodo, kar izmerimo s termometrom in iz dviga temperature izračunamo celokupno količino energije v hrani. Prehranski strokovnjaki nato naredijo še dodatne popravke, pri katerih upoštevajo, da npr. vlaknine niso prebavljive in čeprav pri gorenju prav lepo sproščajo energijo, je v našem telesu ne bodo sprostile. S tako natančno meritvijo so znanstveniki izmerili, da 1 g težak arašid vsebuje 5,67 kcal. Torej je pri naši meritvi v okolico ušlo kar veliko toplote, ki jo nismo uspeli izmeriti, saj je meritev pokazala le 1,2 kcal na kikiriki težkega 0,64 g, oz. 1,88 kcal na gram.

Več energije kot palica dinamita

Ko sežgemo arašid, se z gorenjem sprošča energija ujeta v kemijskih vezeh molekul in se pretvarja v toploto. Podoben proces poteka tudi v našem telesu, le da se energija shranjena v kemijskih vezeh v hrani, lahko pretvarja tudi v delo. Da si bomo bolj slikovito predstavljali, koliko energije je v arašidu, naredimo nekaj izračunov. Ena kcal je enaka delu potrebnem za dvig odraslega človeka dve nadstropji visoko. To izračunamo tako, da upoštevajmo, da je 1000 cal enako 4200 J. En joule energije pa je enak opravljenem delu ob dvigu sto gramske uteži za en meter. Ena kilokalorija torej zadošča za dvig 70 kilogramskega človeka šest metrov visoko. Ali drugače povedano, en kikiriki zadošča za hojo vsaj 10 nadstropij visoko.Ko to vemo, nas ne bo več presenetila navedba iz zadnje platnice knjige Kvarkadabra v kuhinji, ki pravi: “Dve rebri čokolade vsebujeta več energije kot palica dinamita. Vsebujeta namreč okoli 200 kcal, oz. okoli 840 kJ! Torej skoraj megajoule! Megajoule pa je energija, ki zadošča za dvig odraslega človeka več kot kilometer visoko. Noben dinamit ne more narediti česa takega!”Res pa je, da je to teoretični izračun, ki ne upošteva izgub. V resnici telo ne more pretvoriti vse energije iz hrane v delo (npr. hojo po stopnicah), ampak v povprečju lahko le okoli 20%.

Dodatno branje

Kvarkadabra v kuhinji (knjiga), urednik: Samo Kreft, založba: Kvarkadabra-društvo za tolmačeje znanosti, 2009. https://books.google.si/books?id=m_onaZMeik8C&pg=PA2&lpg=PA2#v=onepage&q&f=false
– Paul Doherty, Counting Calories, http://isaac.exploratorium.edu/~pauld/activities/food/countingcalories.html

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *