Что такое калории с точки зрения физики

Диетологи советуют подсчитывать калории, получаемые от еды, сверяясь со специальными табличками энергетической ценности продукта. А что такое калория и как определяется энергетическая ценность?

Слово «калория» происходит от латинского «calor» — «тепло».

Калория — это устаревшая (внесистемная) единица измерения энергии (количества теплоты, работы), которая раньше широко использовалась в физике, теплотехнике, энергетике, а теперь, по сохраняющейся пока традиции, используется при оценке энергетической ценности (калорийности) пищевых продуктов и в некоторых других случаях. Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) настаивает на скорейшем изъятии калории из обращения, но традиции пока сильны и калория своим присутствием продолжает нервировать учёных. (Калория ведёт своё происхождение от времён, когда в науке господствовало представление о некой гипотетической субстанции — теплороде. От теплорода давно отказались, поняв природу теплоты, а калория до сих пор осталась. «Теплород» — по латыни calorie. )

В Международной системе единиц физики используют другую единицу энергии, работы и количества теплоты — джоуль (обозначается Дж). Если сила в 1 ньютон переместила тело в направлении действия силы на расстояние 1 метр, то говорят, что совершена работа в 1 джоуль (или, что то же самое, затрачена энергия в количестве 1 джоуль). Тысяча джоулей равна одному килоджоулю: 1000 Дж = 1 кДж.

Миллион джоулей равен одному мегаджоулю: 1000000 Дж = 1 МДж.

Есть ешё большие единицы: гигаджоуль (миллиард джоулей), тераджоуль (триллион джоулей) и т. д.

Все расчёты потребляемой или генерируемой мощности двигателей, турбин, реакторов, генераторов, нагревателей основываются именно на джоуле, но никак не на калории. Например, мощность пылесоса или аудиоколонки указывается в ваттах (1 Вт = 1 Дж/1 с).

Что же такое калория?

1 калория — это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия при стандартном атмосферном давлении 101 325 Па.

Но нагревать воду можно при разной начальной температуре. Как оказалось, затрачиваемое на нагревание количество теплоты зависит от начальной температуры воды. Так, при нагревании 1 грамма воды от температуры 14,5°С до температуры 15,5°С необходимо затратить 4,1855 Дж энергии. Эта единица калории называется 15-градусной калорией (обозначается кал₁₅ или cal₁₅). Есть ещё 20-градусная калория равная 4,182 Дж. Есть целая куча других калорий (международная, термохимическая, 4-градусная). Значения их в джоулях не сильно различаются между собой, но всё же различаются, что создаёт трудности в унификации расчётов. Единственным выходом является полный отказ от использования калории и повсеместный переход к джоулю. Кстати, на этикетках продуктов энергетическая ценность уже указывается параллельно в калориях и в джоулях. Осталось законом отменить калории. Но этому мешает обычная инерция мышления: диетологи и производители продуктов, да и потребители не хотят менять свои привычки. Заметим, что калория — это маленькая величина и поэтому используется в тысячу раз большая величина — килокалория, которую диетологи иногда называют «Калорией» с большой буквы или «большой калорией», или «пищевой калорией», что вносит ещё большую путаницу.

На практике энергетическую ценность пищевых продуктов изначально измеряли, сжигая их в калориметре (100 гр продукта) и измеряя выделившуюся энергию (такая же примерно энергия выделяется в организме человека в процессе пищеварения). Сегодня пользуются уже готовыми таблицами, в которых указана энергетическая ценность отдельных химических составляющих продукта. Намного легче определить количество в продукте белков, углеводов, жиров, а потом произвести обычное умножение и сложение, согласно следующим коэффициентам:

белки — 3,8 ккал/г (16 кДж/г),

углеводы — 4,1 ккал/г (17 кДж/г),

жиры — 9,3 ккал /г (39 кДж/г),

алкоголь (этанол) — 7,1 ккал/г (26 кДж/г),

органические кислоты — 2,2 ккал/г (9 кДж/г),

многоатомные спирты — 2,4 ккал/г (10 кДж/г).

Что такое калория?

Любой человек, заботящийся о своей фигуре, лихо оперирует терминами, введенными в обиход диетологами, весьма туманно представляя себе, что такое калория. А между тем, это вполне точное физическое понятие, пусть и несколько устаревшее: международная метрологическая организация ратует за постепенное удаление термина из обращения как не совсем корректного.

Что такое калория с точки зрения физики

Изначально под этим термином подразумевалось количество теплоты, которое требуется для нагрева грамма воды на один градус по Цельсию в условиях стандартного давления. Почему же калория считается неточной? Потому что это количество разнится в зависимости от окружающей температуры. В результате калория в разных условиях не является константой.

Диетологическое значение термина

Для худеющих более значимым является термин «калорийность»: он обозначает потенциальное количество энергии, которое способен организм получить из определенного продукта. Знать, что такое калория, тем, кто сидит на диете, не так уж важно. Главнее уметь посчитать, сколько их в блюде, которое они намерены съесть. И каким образом «убить» лишние (о чем, кстати, рассказано в статье Как сжечь калории). Зная, что в сутки для нормальной жизнедеятельности человеку требуется 2500-5000 килокалорий (в зависимости от вида работы, веса и других параметров) и пользуясь для расчетов калорийности статьями наподобие Сколько калорий в хлебе, человек может контролировать калорийность своего питания.

Калория и ее история

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 (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 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. Но термин «калория» (от латинского calor — тепло) появился значительно позже. В 1842 году его ввел в научный оборот французский химик Николя Клеман-Дезорм (1779—1842). Что, впрочем, не помешало Антуану Лавуазье и Пьеру Симону Лапласу изобрести калориметр и провести первые калориметрические исследования в 1780 году.

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.

В XIX веке благодаря стараниям знаменитого французского химика Марселена Бертло (1827-1907), который опубликовал более 200 работ по термохимии, точность калориметрических методов сильно повысилась и появились более совершенные приборы, в том числе герметичная калориметрическая бомба. Она нам особенно интересна, потому что в ней можно В XIX веке появились более совершенные приборы — водяной калориметр и герметичная калориметрическая бомба. Последний прибор нам особенно интересен, потому что в нем можно измерять теплоту, выделяемую при очень быстрых реакциях — горении и взрыве. Навеску сухого исследуемого вещества насыпают в тигель, помещают внутри бомбы и герметично закрывают этот сосуд. Затем вещество поджигают электрической искрой. Оно сгорает, отдавая тепло воде в окружающей его водяной рубашке. Термометры позволяют точно фиксировать изменение температуры воды.

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

Как пишет американский антрополог Ричард Рэнгем в своей книге «Зажечь огонь: как кулинария сделала нас людьми» (Москва, Астрель, 2012), Этуотер мечтал устроить так, чтобы бедняки могли на свои скромные средства покупать достаточно еды, обеспечивая себя необходимой энергией. Для этого надо было понять, сколько калорий содержится в разных продуктах и сколько их нужно человеку, чтобы обеспечить энергией его жизнь. В то время наши сведения о составе продуктов были скудноваты. В 70-х годах XIX века еще не знали о витаминах, микроэлементах, антиоксидантах и их важности для организма. Значение кальция и фосфора признавали, но не понимали, какова их роль. Впрочем, Этуотер решал «энергетические» проблемы, а в то время уже точно знали, что энергию организму дают три основных компонента пищи: белки, жиры и углеводы. Здесь-то Этуотеру и понадобилась калориметрическая бомба. В ней он измерял, сколько тепла выделяется при полном сгорании точной навески типичных белков, жиров и углеводов. Конечно, есть различные белки, как, впрочем, жиры и углеводы. Но их теплотворная способность внутри каждой группы различалась не сильно.

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.

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 полторы сотни 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.

Правило1.Ешьте настоящую еду, а не промышленные новинки.

Правило 8. Избегайте пищевых продуктов, которые рекламируют как полезные для здоровья.

Правило 13. Ешьте только то, что потом испортится.

Правило 20. То, что просунули в окно вашей машины, пищей не считается.

Правило 27. Ешьте животных, которые и сами хорошо питались.

Правило 29. Питайтесь как всеядное существо.

Правило 37. Чем белее хлеб, тем быстрее в гроб.

Правило 39. Ешьте что угодно, если вы приготовили это сами.

Правило 42. К нетрадиционным блюдам относитесь скептически.

Правило 44. Платите больше, ешьте меньше.

Правило 47. Ешьте от голода, а не от скуки.

Правило 49. Ешьте помедленнее.

Правило 52. Покупайте маленькую посуду.

Правило 56. Перекусывайте только необработанной растительной пищей.

Правило 57. Не заправляйтесь там же, где машины.

Правило 58. Ешьте только за столом.

Правило 59. Старайтесь не есть в одиночестве.

Правило 63. Готовьте сами.

Правило 64. Время от времени нарушайте правила.

Что такое калории

Многие, особенно, желающие похудеть, подсчитывают съеденные за день калории, но не каждый знает, что это. Калории – это энергия, которая поступает в организм человека с пищей, особенно много ее в углеводах, а так же жирах и белках. Организм перерабатывает пищу, освобождая энергию, которую человек расходует на жизнедеятельность или откладывает в «закрома» в запас.

Калорийность – это энергетическая ценность пищи, сколько она может дать энергии после ее переработки. Не стоит думать, что калория – это показатель полноты. До начала 20 века данная единица означала количество тепловой энергии. В современном мире ею измеряют энергетическую ценность пищи. Далее будут рассмотрены вопросы, что такое калории, чем отличаются от килокалорий.

Выдержки из истории

Сам термин «калория» стал мелькать в обиходе с легкой руки французских ученых, обозначивших единицу измерения теплоты сгорания термином «calor», еще в 19 веке. В том же веке химики разделили пищу на белки, жиры и углеводы. А энергоценность любой пищевой группы стали измерять в калориях. Начиная с 20 века, люди, стремящиеся похудеть или набрать немножко жирку, стали подсчитывать эти ккал в употребляемой пище.

Что означает

Калория – это количество требуемого тепла для нагрева 1 мл воды на 1 градус по Цельсию. Традиционная физика для этого использует иную единицу измерения – джоуль. В обиходе все привыкли считать ее в калориях.

В чем разница

Следящие за массой тела и ведущие подсчет ккал, не особенно вдумываются, а что это означает. Снижение количества калорий ведется активно, не особенно вдаваясь, откуда она пришла и куда подевалась.

А главное, не задумываясь о том: калории и килокалории – в чем между ними разница:

• Калорийность продукта всегда указана на упаковке в килокалориях. Если на ней указано «N ккал», верить такому нельзя, все продукты имеют калорийность, пусть самую маленькую, а данный знак – это невежество производителя.
• Для внесения ясности, сколько калорий в килокалории? 1 ккал = 1000 калорий.
• На тренажерах в спортивном зале часто указывается неправильная информация о сжигаемых на нем ккал. Измерение производится в килокалориях.

Необходимо помнить, что продуктов с нулевыми или отрицательными ккал нет в природе, как бы ни утверждали их производители в своих рекламах.

Зачем ккал требуются организму

Для нормальной жизнедеятельности человека требуется энергия. Чтобы двигаться, дышать, гонять кровь по сосудам, и даже отдыхать. В организм энергия попадает извне, с едой. Сколько человек съест, столько энергии и будет.

Сколько килокалорий содержится в одном грамме составляющих пищу:

• углеводы – 4 ккал;
• белки – 4 ккал;
• жиры – 9 ккал.

Пища человека состоит из данных ингредиентов. Зная вес продукта в блюде, можно легко подсчитать калории, полученные с едой.

Самым популярным завтраком считается овсяная каша. В 100 г ее будет столько калорий:

• Жиров 6 г * 9 ккал = 54 ккал.
• Белков 12 г * 4 ккал = 48 ккал.
• Углеводов 51 г * 4 ккал = 204 ккал.

Получается, что в 100 г овсянки содержится 306 ккал. Метаболизм распорядится полученной энергией так: белки преобразует в аминокислоты, углеводы в глюкозу и другие простые сахара, а жиры перейдут в глицерин и жирные кислоты, требуемые нашему организму.

Куда потом уходят

Организм перерабатывает сложные составляющие продуктов на простые, а дальше они идут:

• Аминокислоты – из них образуется мышечная ткань, некоторые гормоны и ферменты.
• Глюкоза – идет на питание клеток. Избыток ее откладывается в «запасниках»: клетках мышц и печени.
• Жиры – тратятся, как горючее. Часть их идет в печень и перерабатывается в холестерин. Когда его поступило слишком много, то он откладывается в подкожной прослойке. Это именно те жиры, с которыми борются все представители женского пола и достаточное количество сильного пола.

Как распределяется калорийность питания, если требуется набрать вес:

• Белки – 30% общего рациона.
• Жиры – 35% пищи.
• Углеводы – 45% рациона.

Если требуется похудеть, то процентная составляющая меняется:

• Белки – 30% общего объема продуктов.
• Жиры – 20% продуктов.
• Углеводы – 50%.

Это важно: Количество ккал для суточной нормы человека следует рассчитывать индивидуально. В результате количество белков, жиров и углеводов будет существенно изменяться.

Как подсчитать калорийность продуктов

Довольно часто молодые девушки стараются похудеть за счет снижения количества калорийности. При этом они сохраняют привычное питание, только следят за балансом.

Важными принципами в данном способе похудения остаются:

• Объем килокалорий, съеденных за день, должно быть равно или меньше того количества энергии, которая расходуется в течение дня.
• Какие продукты употребляются при этом, значения не имеет. Важно не перешагнуть намеченный рубеж и не съесть лишнего.
• Нельзя значительно снижать норму ккал на день, чтобы не спровоцировать сбой в работе систем и не получить никаких болезней.

Калорийность продуктов рассчитывается, как показано на примере с овсяной кашей:

• Компоненты для приготовления каши: 200 г хлопьев, литр молока, 2 ложки песка, щепотка соли, ложка коровьего масла.
• Калорийность: хлопья – 732 ккал, молоко – 640 ккал, песок – 199 ккал, масло – 149,6 ккал, соль – 0 ккал.
• Окончательный итог полученной каши – 1720,6 ккал.

Численный индекс калорийности продукта имеется в таблице, которую можно найти в сети интернета или в специальной литературе.

При подсчете требуется учитывать некоторые нюансы:

• Показатель круп и макарон отварных меньше, чем тот же продукт в сыром виде в три раза.
• Вес вареного мяса довольно сильно снижается, а вот риса, наоборот, становится больше.
• У высушенных продуктов (фрукты, грибы, ягоды и сухари) калорийность намного выше, чем у тех же продуктов в первоначальном виде. Здесь рассчитывать нужно таким образом: сначала высчитывается показатель х – разница веса высушенного продукта, а затем показатель из таблицы умножить на х.
• В супе нужно рассчитать не только те продукты, которые заложены в бульон, но и приправы, сметану и все то, что обычно докладывается прямо в тарелку.

За питанием необходимо следить тщательно, максимально заботясь о поступлении в организм полезных продуктов.

Как подсчитать суточную норму калорийности

Чтобы определить калорийность, необходимо учитывать некоторые показатели:

• Метаболизм (ОВ). На него влияет режим работы, физические нагрузки, питание. Вычисляется ОВ так: вес умножить на 20 ккал.
• Возраст. Как вычислить: на каждые 10 лет, наступившие после 20-ти летнего возраста, уменьшить на 2%.
• Пол. Обычно мужскому полу калорий требуется больше.
• Ритм жизни. Вычисляется процент активности: не активный – 20%, сидячий с небольшой активностью (поход в магазин, уборка, прогулки и т.п.) – 30%, средняя – 40%, высокая (занятия спортом, физическая работа) – 50%.
• Физическая активность (ФА), рассчитывается так: ОВ требуется умножить на процент ритма жизни.
• Процент энергии при переваривании пищи (ПЭПП). Определяется так: (ФА суммируется с ОВ) и умножается на 10%.

Суточная норма употребляемых ккал равна – ПЭПП+ФА+ОВ. Итоговый показатель необходимо откорректировать под свой возраст, это вычесть из результата 2% за 10-тилетие после 20-ти летнего рубежа. Если итог нормы употребления ведется для сбрасывания веса, то результат следует уточнить: суточная норма калорий из которой вычитается (вес, помноженный на 7 ккал).

Обратите внимание: Необходимо учитывать энергетическую нужду каждого человека в отдельности. У детей и взрослых будут разные значения. Спортсменам и беременным норму калорий следует увеличивать.

Продукты с низкой и высокой калорийностью

Какие продукты имеют много или мало калорий. На это влияет химическое содержание. Самыми низкокалорийными являются те, чья энергетическая ценность меньше 40 ккал на 100 г.

В каких продуктах мало калорий:

• Овощная продукция: огурцы, салат, зелень, чеснок, сладкий перец, лук любой, свекла.
• Фрукты и ягоды: цитрусовые, ежевика, земляника, айва, вишня, ананас, алыча, брусника, киви, яблоко, гранаты и малина.
• Мясная продукция: курица, кролик, постная говядина, почки.
• Рыбная продукция: минтай, хек, путассу, камбала, креветки, корюшка и другие виды речных рыб.
• Молочные продукты: все, только с низким процентом жирности.
• Из сладкого: зефир и пастила, мармелад.
• Из мучного – ржаной хлеб.

Повышенную калорийность имеют те продукты, у которых от 500 до 900 ккал на 100 г. Употреблять их небезопасно для фигуры.

К данным продуктам относятся:

• Любые виды масел.
• Свинина жирная, сало.
• Сырокопченые колбасы.
• Торты с кремом.
• Орехи любого вида.
• Шоколад молочных сортов.

К высококалорийным продуктам относятся и спиртные напитки, к тому же они вызывают повышенный аппетит.

Мнение специалиста

Многие любители здорового питания не знают, что такое калории. Насколько велико количество энергии, которую тратит человек в сутки? Приведем простой пример. В статье приведена таблица однодневного меню человека с легким уровнем физической нагрузки. Она составляет примерно 2500 килокалорий в сутки. Как известно, одна калория нагревает 1 грамм, или 1 мл, воды на 1 градус. А что может сделать 2500 килокалорий, или 2,5 миллиона калорий? Прежде всего, такое количество энергии, правда, чисто теоретически, позволит нагреть 1 грамм воды на 2,5 миллиона градусов, а это – температура термоядерного синтеза, который происходит в недрах солнца и является источником всей энергии, получаемой Землей.

А вот второй пример, более «приземленный». Два больших хозяйственных ведра занимают суммарный объём в 24 л (по 12 литров каждое). Что может сделать с этим объемом воды тот же самый суточный расход? Простой подсчет: (2500000/24000 мл). В результате в остатке 104. Таким образом, количеством энергии, потребляемой за сутки человеком на «сидячей» работе, можно вскипятить два полных ведра воды. Поэтому человеку, находящемуся на низкокалорийной диете и стремящемуся похудеть, не стоит жаловаться, что он получает очень мало энергии. Достаточно вспомнить эти цифры, и ему тут же будет легче.

Как оставаться стройной

Калориями измеряется показатель энергии, поэтому непосредственно на вес она не влияет. Калории и килокалории – это одно и тоже, те же термины, обозначающие количество калорий. Непосредственно связаны между собой калорийность блюд и сброс или набор массы тела. Она выглядит так: употребленная пища перерабатывается в тепло, то есть калории.

В грамме жиров больше калорий, чем в той же массе белков. Поэтому жирная еда быстро приводит к набору веса из-за калорийности, особенно, если энергия совсем не тратится. Сжигание калорий обязательно должно соответствовать съеденному объему пищи. Для молодой девушки, ведущей не слишком активную жизнь, не подходит рацион спортсмена. Примерный расчет калорийности еды по категориям.

Взрослый человек, имеющий легкую физическую нагрузку:

Рацион на сутки для беременной женщины:

Для спортсмена суточная норма употребленных калорий должна составлять приблизительно 4200 ккал. Знать, что такое калория и, как с ее помощью можно похудеть, должен каждый. Сколько их требуется для организма человека, его нормальной жизнедеятельности, как правильно составлять рацион питания, для того, чтобы сбросить вес.

Калория – это единица измерения не только в мире еды, но и единица энергии в химии и физике. Когда мы говорим о еде, то на самом деле говорим о килокалориях (1 килокалория = 1000 «научных» калорий, но для простоты мы все называем ее калорией).

Количество килокалорий в продуктах определяется путем помещения еды в воду и измерения температуры воды в точке сжигания. Одна килокалория – это количество тепла, которое необходимо потратить, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус по Цельсию. И если вы хорошо разбираетесь в математике, то можете сами определить калорийность блюда.

Когда мир узнал о существовании калорий?

Слово «калория» происходит от французского calorie, а оно – от латинского calor, «тепло». Его впервые использовали в XIX веке по отношению к продуктам. В 1890 году Уилбур О. Этуотер начал изучать содержание калорий в разных продуктах и то, как калории связаны с весом человека. А в 1918 году вышла первая книга о похудении и подсчете калорий «Диеты и здоровье», автор — Лулу Хант Питерс.

Почему подсчет калорий так важен для похудения?

Подсчет калорий больше всего нужен для характеристики отдельных блюд – например, в кафе и ресторанах, чтобы мы могли иметь общее представление о самом блюде и о том, сколько мы можем съесть.

Если вы потребляете больше калорий, чем сжигаете, то они будут откладываться лишним весом. А если число калорий будет равно или меньше потраченных, то, как правило, вы будете худеть. Но это работает не для всех – нужно учитывать ваш уровень метаболизма. И надо помнить, что при беременности, болезнях и стрессе калории сжигаются быстрее.

Сколько калорий надо потреблять?

Норма калорий в день зависит от пола, возраста и уровня физической активности. Но все-таки этот показатель слишком индивидуален и к базовому перечню надо добавить ваш рост, текущий вес, уровень метаболизма и другие факторы. В интернете вы можете найти множество калькуляторов калорийности, но чтобы точнее понять свою норму, обратитесь к диетологу для измерения энергозатрат в состоянии покоя.

Откуда лучше всего получать калории?

На этот вопрос нет точного ответа, но существует общее разделение 40/30/30: 40% дневного рациона должны составлять углеводы и по 30% – белки и жиры. Но оно может и должно меняться в зависимости от целей и образа жизни. Например, спортсмену нужно порядка 65% углеводов, а худеющему человеку – всего 10% жиров. Для подсчета и распределения БЖУ на день тоже обратитесь к диетологу.

Какие существуют мифы о калориях?

Из-за того, что сама концепция калорийности довольно запутанна и абстрактна, возникает много неправильных представлений о них. Озвучим некоторые из них:

Вы должны считать калории, чтобы похудеть

Эта стратегия подходит не всем. Кому-то комфортнее чаще ходить на тренировки или придерживаться интуитивного питания.

Один килограмм веса равен 7700 калориям

Очень многие ориентируются на тезис, что для потери одного килограмма веса нужно сжечь 7700 калорий. Но это, опять же, индивидуально.

«Калория – это калория»

Можно ошибочно предполагать, что 100 калорий йогурта равны 100 калориям молока или любого другого продукта. На самом деле какое-то количество разных продуктов может быть с равной калорийностью, но при этом отличаться по содержанию БЖУ, химическим свойствам и наличию искусственных добавок.

Калории калориям рознь

Читатели Зожника знают, что мы принципиально и крепко стоим своими базовыми текстами на принципах закона энергетического баланса: изменение веса тела = разница между потребленными и потраченными калориями.

Для потери/набора веса калории разных продуктов с точки зрения физики и закона сохранения энергии – одинаковы. Но только для потери/набора веса, а не для общего состояния и здоровья.

К примеру, 100 ккал можно употребить огурцами (получится почти килограмм):

А можно то же самое количество – 100 ккал – съесть в виде 20 граммов сырокопченой колбасы:

Смотрите все варианты, как выглядят 100 ккал в нашем фоторепортаже.

Разумеется, в первых и во вторых 100 ккал будет разное количество белков, жиров, углеводов, клетчатки, витаминов и прочего.

По большому счету для похудения (или набора веса) не важно, из чего именно поступили калории – вот обзор исследований на эту тему – важен только дефицит (тогда точно худеете) или профицит (тогда полнеете).

Однако с точки зрения влияния на здоровье и общее состояние, конечно, все обстоит сложнее: в какой-то пище будет меньше важных нутриентов, в какой-то – больше. Залог успеха здесь простой – питаться максимально разнообразно. При этом не отказываясь даже от фастфуда – вопрос только в мере – ученый, диетолог Алан Арагон даже предлагает 10% рациона составлять из любимого “вредного” фастфуда.

В целом, опираться тут можно на рекомендации ВОЗ по распределению нутриентов в рационе: около 50% калорий получать из углеводов, и по четверти из белков и (по возможности ненасыщенных) жиров. А в гиде по витаминам есть рекомендуемые дозы и продукты, в которых содержатся разные витамины.

2 разных рациона на 2000 ккал

Американский диетолог Никола Уайтхед продемонстрировал 2 варианта суточного рациона на 2000 ккал с разным количеством, витаминов, вредных жиров и клетчатки.

Здоровый вегетарианский рацион на 2000 ккал:

Завтрак: яичница, тост с авокадо, чай. Ланч: морковный суп, яблоко. Ужин: карри с картофелем и горохом, груша. Снеки: палочки из моркови и сельдерея, ореховая паста, гранат с греческим йогуртом, попкорн, шоколад.

В этом рационе: рекомендуемое распределение БЖУ (белков, жиров, углеводов), много источников клетчатки, важных витаминов и микроэлементов.

А вот пример “нездорового” по мнению диетолога рациона на 2000 ккал:

Завтрак: шоколадные хлопья с молоком, кофе. Ланч: сендвич с ветчиной, чипсы, кола. Ужин: лазанья из супермаркета и половинка чесночного багета. Снеки: маленький сникерс, печенье, 3 кусочка шоколадки, 2 чашки кофе.

Эта диета повлияет на похудение / набор веса также, как и предыдущая, однако в ней, к примеру, почти в 2 раза больше насыщенных жиров, больше простых углеводов и меньше медленых, меньше клетчатки и витаминов.

В целом во втором случае, как пишет автор, есть вероятность быть более голодным в течение дня, так как углеводы преимущественно – быстрые, они быстрее попадают в кровь, в отличие от первого рациона, где поступление “углеводного топлива” – более равномерное, да и объем пищи в первом варианте больше. А значит, что удержаться в рамках тех же калорий намного проще при первом варианте диеты.

В долгосрочной перспективе постоянное питание по “нездоровому” рациону будет вреднее для вашего здоровья, чем по первому – делает вывод автор этих примеров.

Зожник напоминает: что закон энергетического баланса это никак не отменяет и полнеть / худеть ваше тело будет только при профиците / дефиците калорий.

Смотрите также на Зожнике: