Conținutul energetic al alimentelor

Carbohidrații, grăsimile și proteinele constau din blocuri organice:

Carbohidrați: glucoză/fructoză
Grăsimi: glicerină/acizi grași
Proteine: aminoacizi

În timpul digestiei în stomac și în special în intestinul subțire, cei trei nutrienți sunt descompuși în blocurile lor. Amidonul este apoi împărțit în glucoză, grăsimile în glicerină și acizi grași, iar proteinele în aminoacizi. Aceste blocuri de construcție sunt suficient de mici pentru a putea fi resorbite. În timpul acestei resorbții, micile blocuri de construcție intră în fluxul sanguin și de acolo în celulele țintă. Majoritatea acestor elemente de construcție sunt apoi defalcate mai departe în celulele țintă, și anume în dioxid de carbon și apă.

Moleculele de glucoză, de exemplu, trec prin trei etape importante în această defalcare:

În primul rând, moleculele de glucoză sunt descompuse în glicoliză în două molecule mai mici, fiecare constând din trei atomi de C și câțiva atomi de H și O.

Apoi, aceste corpuri C3 sunt descompuse în dioxid de carbon și hidrogen în ciclul acidului citric (ciclul acidului citric). Dioxidul de carbon pătrunde în sânge, de acolo până la plămâni și în cele din urmă este expirat. Hidrogenul este legat de anumite molecule de transport și apoi ajunge în mitocondrii, centralele electrice ale celulei.

A treia fază începe aici. Hidrogenul legat chimic reacționează cu oxigenul pe care l-am inhalat. Oxigenul ajunge în plămâni și în alveole trece în sânge. Cu ajutorul hemoglobinei, o moleculă de transport, aceasta este transportată către celulele țintă și acolo ajunge în mitocondrii. Acolo oxigenul reacționează cu hidrogenul de mai sus, care este încă legat de moleculele de transport. Apa este creată. Apoi respirăm din nou această apă, o observi, de exemplu, când ochelarii tăi se aburesc din nou pentru că respiri prin masca de protecție.

Prostia energiei stocate

Se citește adesea pe internet sau în literatură că moleculele organice precum glucoza stochează multă energie în legăturile lor, care este apoi eliberată în timpul respirației (= glicoliză + ciclul acidului citric + lanțul respirator).

Din punct de vedere chimic, acest lucru nu este pe deplin corect. Este corect că există legături chimice puternice între atomii de carbon, atomii de hidrogen și atomii de oxigen ai compușilor organici, așa-numitele legături de perechi de electroni. Cu toate acestea, trebuie să cheltuiți energie pentru a rupe astfel de legături. Nu se eliberează energie când rup legătura dintre doi atomi de carbon într-o moleculă de glucoză, dimpotrivă, trebuie să cheltuiesc o cantitate mare de energie.

Dar de ce se eliberează multă energie atunci când glucoza este oxidată? Să luăm în considerare ecuația simplă a reacției

$ C_H_O_ + 6 \ O_ \ to 6 \ CO_ + 6 \ H_O \ \ \ \ Delta H = -2822 kJ/mol $

Când 1 mol de glucoză este oxidat (aproximativ 180 de grame), se eliberează suma enormă de 2.822 kJ de energie. Dacă împărțiți această sumă la 180, obțineți 15,7 kJ/g.

Cu toate acestea, această energie nu este conținută în legăturile moleculei de glucoză, ci apare atunci când se formează legăturile de apă și dioxid de carbon.

Atunci când o legătură chimică este „ruptă”, trebuie consumată o cantitate de energie, așa-numita energie de disociere a legăturii. Dacă, pe de altă parte, se formează o nouă legătură chimică, această energie este eliberată.

Să luăm în considerare o legătură simplă C-C normală. Pentru a „rupe” o astfel de legătură, este necesară o cantitate de energie de aproximativ 350 kJ/mol. O legătură C-H este ceva mai stabilă; costă aproximativ 410 kJ/mol să o rupă.

Acum să vedem ce cantitate de energie este eliberată când se formează duble legături C = O, adică atunci când se formează molecule de CO2: 745 kJ/mol. Și când se formează molecule de apă, se eliberează aproximativ 460 kJ/mol pentru legăturile O-H.

În formarea a 6 H2O și 6 CO2, se eliberează mult mai multă energie decât este necesară pentru a „rupe” legăturile moleculei de glucoză. Prin urmare, o mare cantitate de energie este eliberată în general în timpul oxidării glucozei. Nu pentru că legăturile moleculei de glucoză „conțin” multă energie, ci pentru că se eliberează multă energie în formarea apei și a dioxidului de carbon.

Conținutul de energie

„Conținutul de energie” sau „puterea calorică” a unui nutrient este înțeles ca fiind entalpia de reacție care este eliberată atunci când acest nutrient este ars pentru a forma dioxid de carbon și apă.

Acest conținut de energie se măsoară în jouli sau de o mie de ori mai mult decât în kilojoule, sau kJ pe scurt. Definiția termenului „joule” este abundent fizică și nu este ușor de înțeles; Mai bună este definiția energiei de mult depășite, dar încă des folosită, unitatea calorie calorie sau kilocalorie kcal.

1 kilocalorie este cantitatea de energie necesară pentru a încălzi 1 litru sau 1 kg de apă de la 14,5ºC la 15,5ºC.

Această definiție este destul de ușor de înțeles, mai ales că este și baza pentru măsurarea energiei nutrienților și a altor compuși chimici.

Specificația temperaturii „de la 14,5 ºC la 15,5 ºC” este importantă deoarece „cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 g de apă se schimbă ușor la temperaturi mai mari sau mai mici” (Römpp Chemie Lexikon, cuvânt cheie „calorie”).

Ceea ce trebuie apoi amintit este următoarea scurtă definiție:

1 kcal = 4.184 kJ

Pentru viața de zi cu zi este de asemenea suficient dacă vă amintiți factorul 4.2, 1 kcal = 4.2 kJ.

calorimetru

Cum măsurați conținutul de energie al unui aliment? O cantitate cântărită cu precizie de nutrienți, de exemplu 0,1 g de glucoză, este introdusă într-un dispozitiv care se numește calorimetru ușor de reținut. Acest nutrient este apoi ars într-o cameră complet înconjurată de apă. Pentru a face acest lucru mai ușor, această cameră este umplută cu oxigen pur. O singură scânteie de la aprinderea electrică este suficientă și nutrienții arde. Energia de reacție eliberată în timpul acestei arderi complete este canalizată în apa din jur. Și apoi folosiți definiția caloriilor. Puteți măsura exact cât de mult este încălzită apa prin această combustie. Nu trebuie să fim interesați de modul în care funcționează acest calcul. Cu toate acestea, rațiunea ar trebui acum să fie clară.

Schiță simplă a unui calorimetru bombă.
Un desen în domeniul public al utilizatorului Lanzi. Din articolul Wikipedia Bomb Calorimeter.

Valorile calorice fizice

Dacă arzi 1 g de carbohidrați într-un astfel de calorimetru, poți măsura o ieșire de energie de exact 17,2 kJ. Cu 1 g proteină obțineți 23,4 kJ, iar cu 1 g grăsime chiar 38,9 kJ. Deci, dintre cei trei nutrienți, grăsimea este cea mai energică.

Puterea calorică fizică = cantitatea de energie eliberată atunci când se ard 1 g de compus.

Aceste valori sunt desigur valori medii care au fost determinate în sute de teste individuale. Valorile calorice ale diferiților carbohidrați diferă ușor între ele, la fel și valorile calorice ale diferitelor proteine și grăsimi. Alcoolul are, de asemenea, o putere calorică care nu poate fi neglijată și anume 29,0 kJ/g.

Valorile calorifice fiziologice

În tabelele nutriționale, în care cineva își place să caute dacă își poate permite bucata de tort, sunt date și valorile calorice pentru alimente. Cu toate acestea, aici nu veți găsi valorile calorifice fizice, ci valorile calorifice fiziologice. Valorile calorifice fiziologice sunt întotdeauna mai mici decât cele fizice, deoarece utilizarea alimentelor ingerate duce întotdeauna la pierderi, parțial datorită formării fecalelor, parțial datorită formării urinei și parțial datorită generării de căldură în timpul digestiei. Pentru detalii, consultați „Etapele recuperării energiei”.

În cazul carbohidraților și grăsimilor, valorile calorifice fiziologice corespund aproximativ cu cele fizice. Celulele corpului nostru ard carbohidrați și grăsimi aproape complet în dioxid de carbon și apă - similar cu arderea într-un calorimetru.

Dar arată diferit cu proteinele. Proteinele nu sunt arse 100% în dioxid de carbon și apă, dar atunci când proteinele sunt oxidate, se formează alți compuși organici care au în continuare o anumită putere calorică. Acest lucru se datorează în principal azotului conținut în aminoacizii din proteine; Azotul nu poate fi ușor oxidat.

Prin urmare, puterea calorifică fiziologică a proteinelor este mai mică decât puterea calorifică fizică. 100% din proteine sunt arse în calorimetru, dar nu și în corpul uman. Prin urmare, puterea calorifică fiziologică a proteinelor este de 17 kJ/g, care este aproximativ aceeași cu cea a carbohidraților.

Valorile calorifice fiziologice

Carbohidrați: 17,2 kJ/g
Proteine: 17,2 kJ/g
Grăsimi: 37 kJ/g

Cel mai bine este să înveți aceste valori pe de rost, ele sunt necesare din nou și din nou atunci când analizăm hrana și planurile zilnice.

Trebuie să fii atent cu puterea calorică a grăsimilor. În unele cărți, puterea calorică a grăsimilor este dată de 38,9 kJ/g. Dar acesta este aparent puterea calorică fizică. Potrivit lui Schlieper, puterea calorică fiziologică a grăsimilor este de 37,0 kJ/g. În consecință, grăsimile nu sunt utilizate 100% în corpul nostru.

Iadul ursului gumos

Puterea calorică a alimentelor poate fi demonstrată foarte frumos cu impresionantul experiment „Iadul ursului gumos”, al cărui videoclip este foarte mare pe YouTube. Mi-a plăcut mai ales acest videoclip.

Ca experiment: o eprubetă dificil de topit este umplută cu clorat de potasiu (aproximativ 2 cm înălțime), care este apoi topit cu arzătorul (declanșatorul, ecranul de protecție, poate fi foarte periculos!). Dacă cloratul de potasiu este lichid, un urs gumos este plasat în eprubetă.

După o scurtă întârziere de poate 1 secundă, începe o reacție chimică foarte violentă (vezi video), în timpul căreia se degajă o cantitate extrem de mare de căldură de ardere.

Material didactic

Legături interne:

31.07.2015: Pagină creată
6 iulie 2017: adaptat la noua foaie de stil, conținut ușor adăugat.
12/12/2019: Am corectat o eroare pe care mi-a subliniat-o domnul Rolf Thieme și a adăugat câteva informații.
28.08.2020: Pagina revizuită.