食品营养学第三章能量

1）直接测热法（现已少用） 2）间接测热法
间接法就是不直接测量热量本身，而是以测量机体在代 谢过程中O2的被利用(V O2)与CO2的生成(V CO2 )，以及氮 在尿中的排出等来精确计算。
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间接测热法的经典方法是多氏装置法（Douglas),通过装
有呼吸活瓣的口鼻罩，把受试者一定时间内呼出的气体集 于多氏袋内，可知被利用O2(V O2)与CO2的生成(V CO2 )。
例：某一被测对象正在进行车床操作，经用口罩及气袋收集10分钟呼 出气100L（标准状态），同时收尿测定10分钟内尿氮排出0.06g。 测定呼出气中O2含量17.20%及CO23.20%，空气中O2 含量20.94%， CO20.03%。 O2的总消耗量=100×(20.94%－17.20%)=3.74 (L) CO2的总产生量=100×(3.20%－0.03)=3.17 (L) 蛋白质代谢量=0.06×6.25=0.375(g) 查表得出每克蛋白质耗O2量1.010，CO2产生量0.844L。 蛋白质代谢消耗O2=0.375×1.010=0.379(L) 蛋白质代谢产生的CO2 =0.375×0.844=0.316(L)
二、能量的单位、人体能量的来源及转化 1.能量的单位
以往能量以卡（calorie,cal)为单位，是指1克水从 15℃升高到16 ℃所吸收的能量。营养学上惯用千卡 （kcal)。1948年国际上确定1卡能量相当于4.184焦 耳（Joule),焦耳与卡之间换算关系如下：
1 cal = 4.184 J
4.人体能量平衡的意义是什么？
体外燃烧时的最终产物是CO2 、H2O和氮的氧化物等。
生理能值——指机体可利用的能值。
在体内，糖类和脂肪氧化的最终产物与体外燃烧时相同，
为CO2 和H2O，但考虑机体对它们的消化、吸收时，故二者 稍有不同。蛋白质在体内的氧化并不完全，尚有部分能量 的有机物如尿素、尿酸、肌酐等由尿排出。须考虑排出的 能量和消化率。
M(m2)=0.00659H(cm)+0.0126W(kg)-0.1603 根据体表面积,查表基础代谢率计算 如体表面积为 1.75 m2的男性,年龄为30岁 (赵松山,1984)
1.75m2 ×36.8 kcal/m2.h=64.4 kcal/h 64.4 ×24=1546 kcal/d
根据列线图解求得(见图) 2)基础代谢率与体体重有关 还可以用体重求得(见表)
CO2能当量=
=5.01(kcal/L)
脂肪氧化的呼吸商为0.7，以软脂酸甘油脂（分子量为806）为例 2C51H98O6 + 145O2 → 102CO2 +98H2O +15249.5kcal RQ= 102mol CO2 102×22.4 = 0.7 145mol O2 = 145×22.4
用同样的方法可以计算蛋白质在代榭中的能量释放。
人体能量消耗
人体能量需要与消耗是一致的，在理想的平衡状态下， 个体的能量需要量等于其消耗量。成年人的能量消耗 主要用于维持：1）基础代谢，2）体力活动，3）食物 特殊动力作用。 一、基础代谢及其影响因素 1.基础代谢
基础代谢(basal metabolism)是维持人体最基本生命活动 所必需的能量消耗。
人体能量消耗= BMR + k BMR + SDA 第三节 人体能量平衡
人体能量代谢的最佳状态是达到能量消耗与能量摄入的平衡。 这种能量平衡（energy balance)能使机体保持健康。
思考题: 1.一克蛋白质、脂肪和糖类的生理能值是多少？ 2.什么是基础代谢？影响的因素有哪些？ 3.什么是食物的特殊动力作用？
每克葡萄糖： O2 消耗量 =
6×22.4 =0.75 (L/g) 180 6×22.4 =0.75 (L/g) CO2 产生量 = 180
葡萄糖产能量 =
673.2 =3.74 (kcal/g) 180
把每消耗1L O2或产生1L CO2所释放的能量称为O2或CO2的能当量。 O2能当量= 673.2 =5.01(kcal/L) 6×22.4 673.2 6×22.4
29.7
微量
98
100
4.0
7.1
17
30
4
7
*纯酒精的吸收快，但在体内氧化产生的能量只以热的形式出现，不能用
于机体作功，故又称为空热。
二、能值的测定 1.食物能值的测定 食物能值通常采用氧弹量热计(bomb calorimeter)进行测定。
2.人体能量消耗的测定 人体能量的消耗实际上就是指人体对能量的需要。方法有：
临床上粗略估计 男性
BMR=1.0 kcal /kg.h
女性 BMR=0.95 kcal /kg.h
3.影响基础代谢的因素 1)年龄： 青少年 2)性别(lean body mass)： 3)营养及机能状况： 4)气候： 低气温 男性 疾病和感染
营养不良
二、体力活动 在人体的整个能量消耗中，肌肉活动或体力活动这一部分往往占较大的 比例。而在体力活动中，体力劳动是影响个体能量需要的重要因素。劳 动强度越大， 持续时间越长，其所需能量越多。我国对男性的劳动强度 分为五级。
即在清晨、空腹、静卧于舒适的环境下，无任何体力活动 和紧张的思维活动、全身肌肉松弛、消化系统处于静止状 态下，用于维持体温、心跳、呼吸、各器官组织和细胞基 本功能等生命活动的能量消耗。
基础代谢的水平用基础代谢率(basal metabolic rate, BMR)来表示，指单位时间内人体基础代谢所消耗的能量。 BMR的表示单位为：kJ/(m2· h)、kJ/(kg · 、MJ/d。 h) 2.基础代谢率的计算 1)基础代谢率与体表面积有关
几种营养素的食物能值和生理能值
食物能值
名称 Kcal/g 蛋白质 脂肪 5.65 9.45 kJ/g 23.6 39.5
Hale Waihona Puke 尿中损失Kcal/g kJ/g 1.25 5.2 -
吸收率
% 92 95
生理能值
Kcal/g 4.0 9.0 kJ/g 17 38
生 理 系 数 4 9
糖类
乙醇
4.1
7.1
17.2
间接法的基本原理：三大产能营养素在体内氧化分解释放能量时， 必须消耗O2 和生成CO2。 呼吸商（RQ) = V CO2 V O2
体内消耗的能源物质不同，其呼吸商也不同。 碳水化合物的呼吸商为1，以葡萄糖(分子量为180）为例： C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H2O + 673.2 kcal RQ = 6molCO2 6molO2 = 6×22.4 6×22.4 = 1.0
NPRQ=
3.17－0.316 =0.85 3.74－0.379
查表得出O2的能当量为4.863(kcal/L)；或CO2的能当量为5.721(kcal/L) 受试者的能量消耗量=4.863kcal/L×(3.74－0.379)L+0.379L×4.66kcal/L =18.11(kcal)
第三节
关于某些特定活动的能量消耗 如表所示。其能量为估计值， 并以 BMR×代谢系数表示。
三、对食物的代谢反应
又称食物的特殊动力作用(specific dynamic action,SDA)或食物的 热效应(thermic effect of food, TEF)。 虽然产生能量的食物都为人体提供能量，但摄入这些食物本身同时 也出现能量消耗额外地增加,这种现象称为食物的特殊动力作用。 各种营养素中蛋白质的这种反应最强，相当于其本身产能的30%，糖 类仅占5~6%，脂肪约4~5%。当摄入一般的混合膳食时 RDA=10%BMR。 SDA只能用于机体的产热与热的调节，而不能用于机体做机械功等耗 能。
在实验对象实测的O2的消耗与CO2的产生总量，是由糖、脂肪及蛋白质
的代谢形成的，那么如何计算它们提供的能量呢？ 如果已知尿中排出的氮量，就可求出蛋白质被代谢的数量。 然后在O2及CO2的总量中减去蛋白质分解的那一部分O2及CO2，余下的 为糖与脂肪在代谢中O2的消耗与CO2的产生量及相应的呼吸商，称非蛋 白呼吸商（non-protein respiratory quotient,NPRQ)。
1 kcal = 4.184 kJ 1kJ = 0.239 kcal 1MJ = 239 kcal 1MJ = 1000 kJ =106 J
2.人体能量的来源及转化
根据能量守恒定律……
植物 太阳能 光合作用（ 无机物：CO2, H2O 及NH3 等） （潜能） （有机物：糖类、脂肪、蛋白质）
动物
人体
机 械 能 （ 肌 肉 收 缩 ）
潜能
自由能去向
热 能 （ 维 持 体 温 ） 电 能 （ 大 脑 活 动 ） 渗 透 能 （ 吸 收 分 泌 ） 化 学 能 （ 生 物 合 成 ）
第二节
能值及其测定
一、食物能值与生理能值 食物能值——指食物彻底燃烧时所测定的能值，亦称物理 燃烧值或总能值。 糖类和脂肪彻底燃烧时的最终产物是CO2 和H2O。蛋白质在
食品营养学
FOOD NUTRITION
第三章 营养与能量平衡
第一节
能量与能量单位
一、能量的作用及意义
能量是营养学的基础。人体的一切活动都与能量代 谢分不开，如果体内能量代谢停止了，生命也就停 止了。 唯有通过食物源源不断提供能量，人体才能做机械 功、渗透功和进行各种化学反应，如心脏搏动、血 液循环、肺的呼吸、肌肉收缩、腺体分泌，以及各 种生物活性物质的合成。