A tudomány feltárja, hogy a kalóriaszámolás miért hibás

Az emésztés túlságosan rendetlen folyamat ahhoz, hogy szép számmal pontosan átadja. Az élelmiszer-címkéken szereplő számok sok okból nagyban eltérhetnek a ténylegesen kivont kalóriáktól

Röviden

Szinte minden csomagolt élelmiszerben a kalóriaszám szerepel a címkéjén. Ezen számlálások többsége pontatlan, mert az átlagok rendszerén alapul, amely figyelmen kívül hagyja az emésztés bonyolultságát.
A legfrissebb kutatások azt mutatják, hogy mennyi kalóriát nyerünk ki az ételtől, attól függ, hogy melyik fajt fogyasztjuk el, hogyan készítjük el az ételünket, mely baktériumok vannak a bélben és mennyi energiát használunk fel a különböző ételek emésztéséhez.
A jelenlegi kalóriaszámítás nem veszi figyelembe ezeket a tényezőket. Az emésztés annyira bonyolult, hogy akkor is, ha megpróbáljuk javítani a kalóriaszámot, valószínűleg soha nem fogjuk tökéletesen pontosítani őket.

Iratkozzon fel a Scientific American ingyenes hírlevelére.

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.scientificamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Regisztráció "data-newsletterpromo button-link = "https://www.scientificamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "ArticleBody">

Pályafutásom egyik különösen furcsa pillanatában azon kaptam magam, hogy az emusok által termelt óriási kúpos halmokat szedegetem át - ezek az ostoba ausztrál rokonok a struccig. Arra próbáltam rájönni, hogy a magok milyen gyakran mennek végig az emu emésztőrendszeren, elég épek ahhoz, hogy csírázzanak. Kollégáimmal több ezer gyűjtött magot ültettünk és vártunk. Végül apró dzsungelek nőttek.

Nyilvánvaló, hogy az emuszt fogyasztó növények olyan magokat fejlesztettek ki, amelyek viszonylag sértetlenül képesek túlélni az emésztést. Míg a madarak a lehető legtöbb kalóriát szeretnék megszerezni a gyümölcsökből - beleértve a magokat is -, a növényeket befektetik utódaik védelmébe. Bár akkor még nem jutott eszembe, később rájöttem, hogy az emberek is egyfajta huzavonát folytatnak az elfogyasztott ételekkel, egy olyan csatában, amelyben mérjük a zsákmányt - a kalóriákat -, mind rosszul.

Az étel energia a test számára. A szájban, a gyomorban és a belekben lévő emésztőenzimek összetett táplálékmolekulákat egyszerűbb szerkezetekre bontják, például cukrokra és aminosavakra, amelyek a véráramon keresztül minden szövetünkbe eljutnak. Sejtjeink ezen egyszerűbb molekulák kémiai kötéseiben tárolt energiát használják fel a szokásos üzleti tevékenység folytatásához. Kiszámítjuk az összes élelmiszer rendelkezésre álló energiáját az étkezési kalória vagy kilokalória néven ismert egységgel - egy kilogramm víz egy Celsius-fokkal történő felmelegítéséhez szükséges energiamennyiséggel. A zsírok körülbelül kilenc kalóriát tartalmaznak grammonként, míg a szénhidrátok és a fehérjék csak négyet. A rost két kalóriát kínál, mivel az emberi emésztőrendszerben lévő enzimek nagy nehezen aprítják fel kisebb molekulákra.

Minden kalóriaszám minden ételcímkén, amelyet valaha látott, ezen becsléseken vagy azok szerény levezetésein alapul. Mégis, ezek a közelítések azt feltételezik, hogy a 19. századi laboratóriumi kísérletek, amelyeken alapulnak, pontosan tükrözik, hogy a különböző testű emberek sok energiát nyernek sokféle ételből. Új kutatások kimutatták, hogy ez a feltételezés legjobb esetben is túlságosan leegyszerűsített. A teljes kalória pontos kiszámításához, amelyet valaki egy adott ételből kap, figyelembe kell vennie egy szédítő tényezők halmazát, többek között azt, hogy az élelmiszer fejlődött-e az emésztés túlélése érdekében; hogyan változtatja meg az étel főzése, sütése, mikrohullámú sütése vagy flamingója annak szerkezetét és kémiáját; mennyi energiát költ a test a különféle ételek lebontására; és a bélben lévő baktériumok milliárdjai mennyiben segítik az emberi emésztést, és fordítva, ellopnak maguknak néhány kalóriát.

A táplálkozástudósok kezdenek eleget tanulni ahhoz, hogy hipotetikusan javítsák a kalóriacímkéket, de az emésztés olyan fantasztikusan összetett és rendetlen ügynek bizonyul, hogy valószínűleg soha nem fogunk levezetni képletet egy tévedhetetlen kalóriaszámhoz.

Kemény dió
A modern kalóriaszámlálás hibái a 19. században keletkeztek, amikor Wilbur Olin Atwater amerikai vegyész egy ma is alkalmazott rendszert dolgozott ki egy gramm zsír, fehérje és szénhidrát átlagos kalóriaszámának kiszámítására. Atwater mindent megtett, de egy étel sem átlagos. Minden ételt a maga módján emésztenek meg.

Fontolja meg, hogy a zöldségek hogyan változnak emészthetőségükben. Több száz különféle növény szárát, levelét és gyökerét fogyasztjuk. Egyes növények szárában és leveleiben a növényi sejtek fala sokkal keményebb, mint más fajoké. A sejtfalak tartóssága még egyetlen üzemen belül is eltérő lehet. Az idősebb levelek sejtfala általában szilárdabb, mint a fiataloké. Általánosságban elmondható, hogy az elfogyasztott növényi anyagban a gyengébb vagy jobban lebomlik a sejtfalak, annál több kalóriát kapunk belőle. A főzés könnyen felszakítja a sejteket mondjuk a spenótban és a cukkiniben, de a manióka (Manihot esculenta) vagy kínai vízgesztenye (Eleocharis dulcis) sokkal ellenállóbb. Ha a sejtfalak erősek, az ételek felhalmozzák értékes kalóriáikat, és épségben jutnak át a testünkön (gondoljunk csak kukoricára).

Egyes növényi részeken adaptáció alakult ki, hogy vagy inkább étvágygerjesztőek legyenek az állatok számára, vagy teljesen elkerüljék az emésztést. A gyümölcsök és a diófélék először a krétakorban fejlődtek ki (145–65 millió évvel ezelőtt), nem sokkal azután, hogy az emlősök elkezdtek futni a dinoszauruszok lába között. Az evolúció ízletes és könnyen emészthető gyümölcsöket részesítette előnyben, hogy jobban vonzza az állatokat, amelyek segíthetik a növényeket a magok szétszórásában. Azonban a dióféléket és a magokat is nehezen emészthette. Végül is a magoknak és a diónak túl kell élniük a madarak, denevérek, rágcsálók és majmok belét, hogy elterjesszék a bennük lévő géneket.

Tanulmányok szerint a földimogyoró, a pisztácia és a mandula kevésbé teljesen emészthető, mint más, hasonló fehérje-, szénhidrát- és zsírtartalmú ételek, vagyis kevesebb kalóriát mondanak le, mint amire számítani lehetne. Janet A. Novotny és munkatársai, az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériumának új tanulmánya azt mutatta, hogy amikor az emberek mandulát esznek, adagonként csak 129 kalóriát kapnak a címkén feltüntetett 170 kalória helyett. Erre a következtetésre jutottak azzal, hogy megkérték az embereket, hogy ugyanolyan étrendet kövessenek - kivéve az elfogyasztott mandula mennyiségét -, és megmérik az ürülékükben és vizeletükben fel nem használt kalóriákat.

Még azok az ételek is, amelyek nem az emésztés túlélése érdekében alakultak ki, jelentősen különböznek emészthetőségükben. A fehérjéknek ötször több energiára lehet szükségük az emésztéshez, mint a zsírokhoz, mert enzimjeinknek ki kell bontaniuk a szorosan feltekeredett aminosavakat, amelyekből a fehérjék épülnek. Az élelmiszer-címkék mégsem számolják el ezt a kiadást. Egyes ételeket, például a mézet, olyan könnyen felhasználnak, hogy emésztőrendszerünket alig használják fel. Lebomlanak a gyomrunkban, és gyorsan átcsúsznak a belünk falain a véráramba: vége a játéknak.

Végül egyes ételek arra ösztönzik az immunrendszert, hogy azonosítsa és kezelje az összes stoppos kórokozót. Senki sem értékelte komolyan, hogy ez a folyamat mennyi kalóriát tartalmaz, de valószínűleg elég sok. Egy kissé nyers húsdarab sok potenciálisan veszélyes mikrobát tartalmazhat. Még akkor is, ha immunrendszerünk nem támadja meg az ételünkben található egyik kórokozót, mégis energiát fogyaszt, hogy megtegye az első lépést a barát és az ellenség megkülönböztetésében. Nem beszélve arról a potenciálisan óriási kalóriaveszteségről, ha a főzetlen húsban előforduló kórokozó hasmenéshez vezet.

Mi a főzés?
A modern kalóriacímkék talán legnagyobb problémája, hogy nem számolnak el egy olyan mindennapi tevékenységgel, amely drámai módon megváltoztatja, hogy mennyi energiát kapunk az ételektől: ahogyan forralunk, sistergünk, pirítunk és más módon dolgozzuk fel, amit eszünk. A vad csimpánzok táplálkozási viselkedésének tanulmányozása során Richard Wrangham biológus, most a Harvard Egyetemen próbálta megenni azt, amit a csimpánzok ettek. Éhes lett, és végül engedett az emberi ételek fogyasztásának. Meggyőződése, hogy az étel feldolgozásának megtanulása - tűzzel főzés és kövekkel való dörzsölés - az emberi evolúció mérföldköve volt. Emus nem dolgozza fel az ételt; sem valódi mértékben, sem a majmok egyikét sem. Mégis, a világ minden emberi kultúrájában van technológia az ételeinek módosítására. Darálunk, melegítünk, erjesztünk. Amikor az emberek megtanultak főzni ételt - különösen húst -, drámai módon megnőttek volna az abból az ételből kinyert kalóriák száma. Wrangham azt javasolja, hogy az ételből származó több energia megszerzése lehetővé tette az emberek számára, hogy a testmérethez képest kivételesen nagy agyat fejlesszenek és táplálják. De kontrollált kísérlet során senki sem vizsgálta pontosan, hogy az élelmiszer feldolgozása hogyan változtatja meg az általa nyújtott energiát - mindeddig.

Rachel N. Carmody, a Wrangham laboratóriumának egykori végzős hallgatója és munkatársai felnőtt hím egereket édesburgonyával vagy sovány marhahússal etettek. Ezeket az ételeket nyersen és egészben, nyersen és dübörgve, főzve és egészben, vagy főzve és dübörögve tálalta, és hagyta, hogy az egerek négy napig annyit ettek, amennyit csak akartak. Az egerek körülbelül négy gramm súlyt vesztettek a nyers édesburgonyánál, de a főtt burgonyánál, dübörgötten és egészben. Ehhez hasonlóan az egerek egy gramm testtömeget is megtartottak, ha főtt húst fogyasztottak, nem pedig nyers húst. Ennek a reakciónak biológiai értelme van. A hő meggyorsítja a fehérjék kibomlását és ezáltal az emészthetőségét, valamint a baktériumok elpusztítását, feltehetően csökkentve azt az energiát, amelyet az immunrendszernek kell fordítania a kórokozók elleni küzdelemre.

Carmody megállapításai az ipari feldolgozásra is érvényesek. Egy 2010-es tanulmányban azok az emberek, akik 600 vagy 800 kalóriás teljes kiőrlésű kenyeret ettek napraforgómaggal, szemes maggal és cheddar sajttal, kétszer annyi energiát költöttek az étel megemésztésére, mint azok, akik ugyanannyi mennyiségű fehér kenyeret és „Olvasztott sajt termék.” Következésképpen a teljes kiőrlésű falatozók 10 százalékkal kevesebb kalóriát kaptak.

Még akkor is, ha két ember ugyanazt az édesburgonyát vagy egyformán főtt húsdarabot eszi, nem kap ugyanannyi kalóriát belőle. Carmody és munkatársai beltenyésztett egereket vizsgáltak, amelyek genetikailag nagyon hasonlóak. Az egerek mégis változtak abban a tekintetben, hogy mennyit nőttek vagy zsugorodtak egy adott étrenden. Az emberek szinte minden tulajdonságban különböznek egymástól, beleértve a nem feltűnő tulajdonságokat, például a bél méretét. A vastagbélmérés évek óta nem volt népszerű, de amikor az 1900-as évek elején ez volt az őrület az európai tudósok körében, tanulmányok felfedezték, hogy bizonyos orosz populációk vastagbélei átlagosan körülbelül 57 centiméterrel hosszabbak voltak, mint egyes lengyel populációké. Mivel a tápanyagok felszívódásának utolsó szakasza a vastagbélben következik be, az orosz, aki ugyanolyan mennyiségű ételt fogyaszt, mint a lengyel, valószínűleg több kalóriát kap belőle. Az emberek az általuk termelt enzimekben is eltérnek. Bizonyos mértékig a legtöbb felnőtt nem termeli a laktáz enzimet, amely a tejben lévő laktózcukrok lebontásához szükséges. Ennek eredményeként az egyik ember magas kalóriatartalmú latte a másik alacsony kalóriatartalmú esete.

Az emberek rendkívül különböznek abban is, amit a tudósok az emberi test extra szervének tekintenek - a belekben élő baktériumok közösségének. Emberben a baktériumok két phylája, a Bacteroidetes és a Firmicutes uralja a bélet. A kutatók azt találták, hogy az elhízott embereknek több Firicicute van a belükben, és azt javasolták, hogy néhány ember elhízott, részben azért, mert az extra baktériumok hatékonyabbá teszik őket az élelmiszer metabolizálásában: tehát ahelyett, hogy hulladékként veszítenének el, több tápanyag jut be a keringés, és ha fel nem használják, akkor zsírként tárolódnak. Más mikrobák csak meghatározott népekben fordulnak elő. Néhány japán egyednek például a belében van egy mikroba, amely különösen jól képes lebontani a moszatot. Kiderült, hogy ez a bélbaktérium ellopta a tengeri moszatot emésztő géneket egy tengeri baktériumból, amely a nyers alga salátákon maradt.

Mivel sok modern étrend olyan sok könnyen emészthető feldolgozott ételt tartalmaz, ezek csökkenthetik a bélmikrobák azon populációit, amelyek a saját enzimjeink által nem képes rostosabb anyag emésztésére alakultak ki. Ha továbbra is a bélünket kevésbé barátságos környezetté tesszük az ilyen baktériumok számára, kevesebb kalóriát kaphatunk olyan kemény ételekből, mint például a zeller.

Kevés ember próbálta javítani az élelmiszer-címkék kalóriatartalmát az emberi emésztésről alkotott jelenlegi ismereteink alapján. Megcsíphetnénk az Atwater rendszert, hogy figyelembe vegyük a dió által okozott különleges emésztési kihívásokat. Akár dióról dióra, vagy általánosabban, ételről ételre is tehetnénk. Az ilyen változásokhoz (amelyeket nem meglepő módon támogatott a kaliforniai Almond Board, egy érdekképviseleti csoport) meg kellene követelni a tudósoktól, hogy minden egyes ételt ugyanúgy tanulmányozzanak, mint Novotny és munkatársai mandulát, egy zsák székletet és egy üveg vizeletet. egy időben. Az fda szabályzata alapján nem valószínű, hogy az ügynökség megakadályozza az élelmiszer-eladókat abban, hogy ilyen új tanulmányok alapján módosítsák a kalóriaszámot. A nagyobb kihívás a címkék módosítása az elemek feldolgozása alapján; Úgy tűnik, senki sem indított semmilyen erőfeszítést e nagyobb változás érdekében.

Még akkor is, ha teljesen megújítanánk a kalóriaszámlálást, ezek soha nem lennének pontosan pontosak, mert az ételből kivont kalóriamennyiség az élelmiszer és az emberi test és sok mikrobája közötti ilyen összetett kölcsönhatástól függ. Végül mindannyian szeretnénk tudni, hogyan lehet a legokosabb döntéseket hozni a szupermarketben. A kalóriák puszta számlálása az élelmiszerek címkéin túlzottan leegyszerűsített megközelítés az egészséges táplálkozáshoz - ez nem feltétlenül javítja az egészségünket, még akkor is, ha segít a fogyásban. Ehelyett alaposabban át kell gondolnunk az energiát, amelyet ételeinkből kapunk az emberi biológia összefüggésében. A feldolgozott ételek olyan könnyen emészthetők a gyomorban és a belekben, hogy rengeteg energiát adnak nekünk nagyon kevés munkához. Ezzel szemben a zöldségfélék, a diófélék és a teljes kiőrlésű gabonák megizzasztanak bennünket a kalóriáinkért, általában sokkal több vitamint és tápanyagot kínálnak, mint a feldolgozott termékek, és boldoggá teszik bélbaktériumainkat. Tehát logikus lenne, ha azok az emberek, akik egészségesebbet szeretnének enni és kalóriát csökkenteni, az egész és a nyers ételeket részesítik előnyben a magasan feldolgozott ételekkel szemben. Nevezheted az emu módjának.

Ezt a cikket eredetileg "Minden rossz, amit tudsz a kalóriákról" címmel jelent meg a Scientific American 309, 3, 56-59 (2013. szeptember) címmel.

TOVÁBBI FELFEDEZÉS

Étkezés utáni energiaköltségek teljes élelmiszer- és feldolgozott élelmiszerekben: következményei a napi energiaköltségeknek. Sadie B. Barr és Jonathan C. Wright Élelmiszer- és táplálkozási kutatás, Vol. 54; 2010.

Ellentmondás az emberi táplálkozásban a mandula előre jelzett és empirikusan mért energiaértékei között. Janet A. Novotny, Sarah K. Gebauer és David J. Baer American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 96, 2. szám, 296–301. Oldal; 2012. augusztus 1.

TUDOMÁNYOS AMERIKAI ONLINE
Ha meg szeretné tekinteni az Instand Egghead videót arról, miért pontatlan a hagyományos kalóriaszám, látogasson el a ScientificAmerican.com/sep2013/calories oldalra

A SZERZŐRŐL

Rob Dunn az Észak-Karolinai Állami Egyetem biológusa és író, akinek cikkei megjelentek Természettörténet, Smithsonian és National Geographic, egyéb publikációk között. Legutóbbi könyve Testünk vad élete (Harper, 2011).