感受燃烧:科学家如何计算卡路里?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


如今,计算卡路里就像查看杂货店的标签或细读餐厅的菜单一样容易。但是这些数字有多准确?食品制造商和餐厅最初是如何得出这些数字的呢?

在7月19日发表于《美国医学会杂志》上的一项研究中,塔夫茨大学营养研究中心的研究人员透露,当他们将自己对餐厅膳食卡路里含量的测试与菜单上的卡路里进行比较时,数字并不相符。尽管塔夫茨团队发现食物的热量平均只比餐厅标示的多10卡路里,但几乎20%的受测菜肴所含热量至少比标示的数字多100卡路里或更多。阅读关于新闻报道发现引发了一个科学问题:研究人员是如何收集他们的数据的?


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塔夫茨团队使用一种称为弹式量热法的方法测试了菜肴的卡路里含量,该方法涉及燃烧食物以发现它释放多少热量,从而告知科学家它包含多少能量。卡路里只是测量能量的单位。具体来说,菜单上的一卡路里实际上是一千卡路里,是将一公斤水加热一度摄氏度所需的能量。

但是卡路里测试的过程比仅仅点燃一根火柴要严格得多。首先,塔夫茨大学的研究人员从餐厅收集了269种不同的食物,并确保选择标有营养信息的菜肴。在实验室中,食物从可口变成了颗粒状。在称量每道菜后,研究人员将其与水一起放入食品加工机中,并将其搅拌成光滑的浓汤,将膳食的所有成分混合在一起。为了使这种汤状混合物易燃,他们对其样品进行了冷冻干燥。最后,科学家将其研磨成粉末,然后压制成颗粒。

研究人员将每个颗粒放在一个宽度小于五厘米的小杯子中,并在其上悬挂一根载流导线。然后,他们用尽可能多的层包围它,就像俄罗斯套娃一样:弹式量热仪机器装有一个水桶,水桶包围着一个气密圆筒,装有颗粒杯悬挂在其中。

弹式量热仪通过颗粒上的导线发送电流,产生火花,点燃颗粒。它产生的热量使圆筒中的空气变暖,从而加热了周围的水,炸弹量热仪中的探针检测到了这种变化。塔夫茨大学团队的营养研究员洛里恩·厄本说:“温度探头测量的是圆筒所处的水的温度变化。” 量热仪将温度变化转化为每克食物的卡路里。

知道食物在转化为颗粒之前的重量,研究人员可以反向推算出餐厅原始食物中含有多少卡路里。但是他们的工作并没有就此止步。“你从弹式量热仪中得到的数字将是总食物能量,但我们实际上无法吸收所有的卡路里,”厄本说。人体只能吸收可代谢能量,而餐厅报告的数字是这个数字,而不是量热仪测量的总能量。

食物中的可代谢能量取决于其脂肪、碳水化合物和蛋白质的比例(可以使用化学分析确定)。塔夫茨团队使用餐厅发布的关于其食物的营养成分,将菜单上列出的卡路里(可代谢能量)转化为总能量,并将此数字与他们用弹式量热仪测量的总能量进行了比较。

正如这篇2003年《请教专家》专栏在《大众科学》中解释的那样,还有其他方法可以计算食物的卡路里含量。然而,塔夫茨团队选择弹式量热法是因为他们之前已经在已知卡路里值的混合物上对其进行了测试,并发现它是准确的。他们的发现是否会影响食客的食物选择还有待观察。

图片由维基共享资源/亚瑟·扬·菲亚科夫斯基提供

Sophie Bushwick is tech editor at 大众科学. She runs the daily technology news coverage for the website, writes about everything from artificial intelligence to jumping robots for both digital and print publication, records YouTube and TikTok videos and hosts the podcast Tech, Quickly. Bushwick also makes frequent appearances on radio shows such as Science Friday and television networks, including CBS, MSNBC and National Geographic. She has more than a decade of experience as a science journalist based in New York City and previously worked at outlets such as Popular Science,Discover and Gizmodo. Follow Bushwick on X (formerly Twitter) @sophiebushwick

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