Élelmiszer energia

Az élelmiszer-energia a szénhidrátokból, zsírokból, fehérjékből és más szerves vegyületekből felszabaduló energia.

Kapcsolódó kifejezések:

Letöltés PDF formátumban

Erről az oldalról

Élelmiszerbiztonság: Élelmiszer-elemzési technológiák/technikák

Energia

Az élelmiszer-energia a szénhidrátokból, zsírokból, fehérjékből és más szerves vegyületekből felszabaduló energia. Ha egy élelmiszer három fő kalória-tápanyagát (szénhidrátok, zsírok és fehérjék) teljesen elégetik elég oxigénmennyiséggel, az energiát vagy étkezési kalóriákat szabadít fel, amelyek kilojoule-ban (kJ) vagy kilokalóriában (kcal) vannak kifejezve. Az élelmiszerenergiát általában egy bomba kaloriméterrel mérjük az égési hő alapján (Insel et al., 2012).

Egy adott étel által felszabadított energia kritikus paraméter a táplálkozásban. Számos olyan krónikus betegséget, mint az elhízás, a cukorbetegség és a szív- és érrendszeri megbetegedéseket, a túlzott energiafogyasztás okozott. Most minden élelmiszer-gyártónak fel kell tüntetnie termékei energiáját, hogy a fogyasztók könnyebben szabályozhassák energiafogyasztásukat. A zsírok tömegében a legnagyobb az élelmiszerenergia mennyisége, legfeljebb 9 kcal g −1. A legtöbb szénhidrát és fehérje körülbelül 4 kcal g –1, míg a rostokban kevesebb az emészthetősége és az emberi testben történő abszorpciója (Insel et al., 2012). A zsírokban és cukorban gazdag nagy energiájú ételek hosszú távú fogyasztásának korlátozása csökkentheti az elhízás és más betegségek előfordulását.

Bioenergetika az akvakultúra beállításaiban ☆

Az energiafelosztás egyszerű modellje

Az ételenergia (C) bruttó bevitel, általában napi arányban kifejezve, de nem mindez érhető el a halak számára. Némelyik ürül a székletben (F), és vannak veszteségek a vizeletürítéssel (U) és a test felszínéről történő diffúzió révén, beleértve a halak kopoltyúit is. Ebből két mennyiség határozható meg: emésztett és elnyelt energia (DE) és metabolizálható energia (ME) (2. ábra). DE az élelmiszer-energia és a székletveszteség közötti különbség (azaz DE = C – F). ME az étkezési energia és a székletben, vizeletben és a testfelületen bekövetkező veszteségek összege közötti különbség, tehát ME = C− (F + U). Más szavakkal, ME az energia, amely rendelkezésre áll az életben maradás, valamint a növekedés és a szaporodás iránti igények kielégítésére.

Az állatok anyagcserével kapcsolatos kiadásait gyakran a megtermelt hő mennyiségeként mérik; ezt általában légzésnek (R) nevezik. Az ME és R közötti különbség a visszatartott energia, amelyet általában termelésnek (P) neveznek: ME − R = P. Ha egy állattól élelmet nem vesznek igénybe (C = 0), a test szöveteit katabolizálják az R támogatása érdekében, P negatív, és az állat elveszíti testtömegét. Másrészt, ha egy állat eszik valamilyen ételt, de az energia-visszatartás nulla az idő múlásával (azaz P = 0), akkor egyensúly áll fenn, és az állat teljesíti a fenntartási igényét (4. ábra).

4. ábra A termelés és a táplálékfelvétel kapcsolata, szemléltetve az energia megtartásával kapcsolatos legfontosabb szempontokat.

A C növekedésével R növekszik; Az R karbantartáskor nagyobb, mint azoknál az állatoknál, akiknél nincs táplálék, és mivel a C a fenntartás fölé emelkedik, az R tovább növekszik. Egy növekvő állatban a C növekedése azt eredményezi, hogy az ME egy része (r) megmarad P-ként, és egy része (1-r) elvész a légzésben (R). Más szavakkal, r annak a hatékonyságnak a mértéke, amellyel az energia megmarad termelésként, vagy az energiafelhasználási hatékonyság. Az energiafelhasználás hatékonysága nem állandó, hanem az elfogyasztott élelmiszer mennyiségétől függ. Ha P és C kapcsolata nemlineáris, akkor a retenciós hatékonyság abban a pontban a legmagasabb, ahol az origón áthúzott vonal metszi a P és C kapcsolatát ábrázoló ábrázolt vonallal (4. ábra). A hatékonyságot, amellyel a C megmarad P-ként, általában százalékban fejezzük ki, az élelmiszer-konverzió hatékonyságát. A gazdálkodási gyakorlatban néha az élelmiszer-átalakítás hatékonyságának reciprokját használják, vagyis az adott termelési egység vagy nyereség előállításához szükséges élelmiszer mennyiségét, a takarmány: nyereség arányt.

Áramellátás | A villamos energia felhasználása az élelmiszer-technológiában

Az élelmiszer-ipari ágazatok villamosenergia-felhasználása

Az élelmiszer-energia költségei az elmúlt két évtizedben folyamatosan emelkedtek. 1996-ban a vásárolt villamos energia az élelmiszer-feldolgozáshoz felhasznált összes energia több mint felét tette ki. A gabonaőrlés, a húsfeldolgozás, a tartósított gyümölcs- és zöldségfélék általi elektromos fogyasztás az élelmiszeripar teljes villamosenergia-felhasználásának 23, 19, illetve 13% -át teszi ki. Néhány élelmiszer-feldolgozó kapcsolt energiatermelő létesítményeket üzemeltet villamosenergia-termeléshez felesleges hő felhasználásával, de az USA-ban az élelmiszeripar által felhasznált összes villamos energia körülbelül 92% -át közüzemi vállalatoktól vásárolja. A villamos energia hozzávetőlegesen 87% -át motoros berendezések, például kompresszorok, szivattyúk, keverők, darálók, ventilátorok stb. Használják fel. Az 1. táblázat összehasonlítja a villamos energia költségét az élelmiszer-feldolgozás összes energiaköltségével. A villamosenergia-fogyasztás körülbelül 3% -kal nőtt az 1986-os 48,9 milliárd kWh-ról 1999-ben 69,1 milliárd kWh-ra. A 2. táblázat bemutatja az elektromos energia költségének alakulását 1980 és 1996 között.

Asztal 1 . Villamos energia és az élelmiszer-feldolgozásban felhasznált összes energia

Villamos energia (millió dollár) Teljes energia (millió dollár) A villamos energia a teljes százalékában

Összes élelmiszeripar	3364	5799	58.0
Húsipari termékek	614	884	69.5
Tejtermékek	401	632	62.4
Tartósított gyümölcs/zöldség	459	804	57.1
Gabonaőrlő termékek	683	1142	59.8
Péksütemények	241	426	56.6
Cukor/cukrászda	177	424	41.7
Zsírok és olajok	180	456	30.8
Italok	345	584	59.1
Vegyes	464	447	59.1

Forrás: 1996-os éves felmérés a gyártásról, az Egyesült Államok Kereskedelmi Minisztériuma, engedéllyel.

2. táblázat Az élelmiszer-feldolgozásban felhasznált villamos energia növekedése a teljes energiaköltség százalékában

1980198619941996

Teljes étel	41.0	51.8	57.4	58.0
Húsipari termékek	51.4	59.6	69.2	68.5
Tejtermékek	47.3	58.8	66.1	64.3
Tartósított gyümölcs/zöldség	37.3	52.1	55.8	57.1
Gabonaőrlő termékek	44.0	53.0	57.5	59.8
Péksütemények	43.3	47.9	55.7	56.6
Cukor/cukrászda	n/a	35.9	34.9	41.7
Zsírok és olajok	26.8	40.1	42.5	39.4
Italok	43.1	52.1	61.1	59.1
Vegyes	48.0	54.8	53.8	59.1

Forrás: A gyártók éves felmérése. Egyesült Államok Kereskedelmi Minisztériuma, engedéllyel.

AKVAKULTÚRA | A halak élettana kultúrkörnyezetben

Bioenergetika

A hal által elfogyasztott ételt (energiát) a meglévő szövetek anyagcserével kapcsolatos igényeinek kielégítésére használják fel, hulladékként veszítik el a környezet, vagy ha feleslegben vannak, akkor új szövetekké szintetizálhatók. Ezt a számviteli folyamatot általában a hal energiaköltségvetésének vagy bioenergetikának nevezik. Warren és Davis 1967-ben javasolta a halak akvakultúrában történő megosztásának szemléltetésére használt általános egyenletet (vagy más beállításokat).

ahol C az energiafogyasztási ráta, Mr a normál anyagcsere sebesség, Ma az aktív anyagcsere sebesség, SDA a specifikus dinamikus hatás, F az energiaveszteség mértéke a székletben, U a vizelet energiaveszteségének mértéke, Gs az energia sebessége allokáció a szomatikus szövetek (fehérjék, lipidek és szerkezeti elemek) növekedéséhez, és Gr az energiaelosztás aránya a reproduktív szövetek növekedéséhez és éréséhez (Lásd még HŐMÉRSÉKLET | A hőtűrés mértékei).

Az akvakultúrában az általános cél a Gs (néha a Gr) arányának maximalizálása, miközben minimalizálja az energia elosztását a többi rekesz számára. Ennek az egyensúlynak az eléréséhez a kulturistának maximalizálnia kell a rendelkezésre álló energiafelesleget, ugyanakkor fiziológiailag optimális feltételeket kell biztosítania a növekedéshez, és minimalizálnia kell annak szükségességét, hogy a halak energiát osszanak ki olyan hosszú mezőkhöz, mint Mr vagy MA. A halaktivitás olyan szintre történő csökkentése, amely maximalizálja a szomatikus szövet termelését, és ezáltal a Ma csökkentése, meglehetősen egyértelmű és a tenyésztési rendszerek (pl. Versenyutak vagy tartályok) gondos tervezésével érhető el. A Mr különféle aspektusaira fordított energia csökkentése, mint például az ozmoreguláció, az oxigénfelvétel és a sav-bázis egyensúly, nagyobb erőfeszítéseket igényel, mert a fizikai-kémiai környezet befolyásolja a hal fiziológiájának ezen aspektusait. Szerencsére megértésünk és képességünk olyan környezeti tényezők kezelésére, mint az oldott oxigén koncentrációja, a sótartalom és a pH, elég fejlettek ahhoz, hogy technikák és berendezések rendelkezésre álljanak erre.

Az enciklopédián belül további vita tárgya a témáról, Lásd még ENERGETIKUS MODELLEK | Bioenergetika az akvakultúra beállításaiban .

Táplálás

Sherry M. Lewis,. Joseph J. Knapka, The Laboratory Rat (Második kiadás), 2006

B. Energia

Az ételenergiát kalóriákban vagy joule-ban fejezik ki. A kalória az az energiamennyiség, amely egy nyomás atmoszférában szükséges ahhoz, hogy 1 g víz hőmérsékletét 14,5 ° C-ról 15,5 ° C-ra emeljük (NRC, 1981). A joule-t (J), a Le Système International d'Unites (SI; Nemzetközi Egységrendszer) előnyben részesített egységét gyakran használják alternatívaként. Egy kalória egyenlő 4,184 J-val.

Amikor az élelmiszer egy bombaboriméterben teljesen oxidálódik CO2-vé és vízzé, a felszabaduló energia bruttó energia (GE) néven ismert. Egy élelmiszer GE-je kilokalóriában/grammban fejezhető ki. A szénhidrátokban, a fehérjékben és a zsírokban az átlagos GE-koncentrációt 4,1, 5,6 és 9,4 kcal/g-ra becsülik (Mayes, 1996a).

Az emésztésben és az anyagcserében bekövetkező veszteségek miatt azonban az élelmiszerben lévő összes GE nem áll az állatok rendelkezésére. Egy élelmiszer GE-je mínusz a székletben lévő GE megegyezik a látszólagos emészthető energiával (DE). A látszólagos DE függ az étrend összetételétől, az elfogyasztott étrend mennyiségétől és az étrend emésztési fokától a gyomor-bél traktusban. A magas rosttartalmú étrendi komponenseket (lényegében növényi cellulóz) jobban hasznosíthatják azok az állatok, amelyek jelentős gyomor-bélrendszeri mikrobiális fermentációs képességgel rendelkeznek. Mivel a rágcsálók a legtöbb emésztési folyamatban az endogén emésztőrendszeri emésztőenzimektől függenek, a magas rosttartalmú étrendet patkányok nem használják ki jól, és a rostokat gyakran használják a rágcsálók étrendjének energiasűrűségének hígítására.

Az élelmiszer látszólagos ME értéke megegyezik GE-vel, mínusz a széklet GE-vel, mínusz vizelet-GE-vel és mínusz GE-vel az éghető gázokkal (az emésztési folyamatok következményeként). A legtöbb esetben a gáz halmazállapotú GE veszteség nagyrészt az elő- vagy a hátsó bélben lévő mikrobiális erjedésből származó metán formájában jelentkezik. A gáz halmazállapotú energiaveszteség patkányoknál nem jelentős, és gyakran figyelmen kívül hagyják (Lloyd et al., 1978).

Az élelmiszerek látszólagos ME becslésére a legszélesebb körben alkalmazott rendszert fiziológiai üzemanyag-értékek felhasználásával számolták ki. Ez a rendszer az Atwater-állandókat használja a kilokalória-értékek alkalmazására a diéták, a szénhidrátok, a fehérje és a zsír energiát biztosító összetevőire (Merrill és Watt, 1955). Ebben a rendszerben az élettani üzemanyag-értékek, 4 kcal/g szénhidrátok és fehérjék, valamint 9 kcal/g zsírok esetében, ésszerű közelítést adnak a látszólagos ME-hez a rágcsálók étrendjének összetételében. A rostkomponensek, a cellulóz és a hemicellulóz általában úgy tekinthető, hogy nem biztosítanak rendelkezésre álló energiát a rágcsálók számára.

A legalapvetőbb életfunkciók (azaz a létfontosságú sejtaktivitás, a légzés, a vér kardiovaszkuláris eloszlása) támogatásához szükséges táplálék energiával kapcsolatos patkányszükséglet kifejezhető az anyagcsere testméretében, amelyet általában bazális anyagcserének (BMR) neveznek.

Az alapvető követelmények akkor tekinthetők egyenértékűnek a fenntartási energiaigénnyel, ha az állatok metabolikus egyensúlyban vannak. Ideális esetben a BMR meghatározza a bazális energiaigényt, ha az állat posztabszorpciós állapotban van, és termoneutrális környezetben van elhelyezve (Curtis, 1983).

Kleiber (1975) meghatározta az anyagcsere-testméret fogalmát a testteljesítmény függvényében (BW n), és megállapította, hogy az éhomi felnőtt állatok BMR-je, egértől (0,021 kg) szarvasmarháig (600 kg) változó testtömegű, kifejezhető: BMR kcal/nap = 70 × testtömeg 0,75 kg. Ha az állatok faji és nemi osztályozását figyelmen kívül hagyjuk, akkor Kleiber 0,75 kg testtömege hasznos, bár egyetlen kifejezés sem ír le minden fiziológiai állapotot (Thonney et al., 1976). A 0,75 kg testtömeg-érték azonban hím és nőstény patkányoknál használható. A patkány fenntartási energiaigényének pontos előrejelzéséhez azonban figyelembe kell venni a nemet, az életkorot, a reproduktív állapotot, az étrend bevitelének mennyiségét, az egészségi állapotot és a testösszetételt. Az adatok azt sugallják, hogy a patkány fenntartási energiaigényét a legtöbb esetben az étrendi bevitel 112 kcal ME/BW 0,75 kg/nap (470 kJ/BW 0,75 kg/nap) NRC (1995) .

Patkányokban az étrend által biztosított ME hozzávetőlegesen 60-75% -át használják fel a fenntartási (BMR) követelmények kielégítésére (Lloyd et al., 1978; Curtis, 1983). Körülbelül 5-10% -ot használnak az étrend emésztésével kapcsolatos események támogatására (Forsum et al., 1981; Mayes, 1996). A ketrecben tartott állatok általában csak 13-35% -os kiegészítéseket igényelnek az aktivitás fenntartási igényéhez (Lloyd et al., 1978; Scott, 1986).

Mivel az étrendi energiaigény eltérhet a patkányok különböző törzsei között, a növekedés napi szükségletét nehéz pontosan megbecsülni. A testösszetétel a növekedés és a súlygyarapodás során jelentősen befolyásolja a szükséges étrendi energiafelhasználást. A gyorsan növekvő állatok tömegspecifikus BMR-értéke magasabb, mint a felnőtteké, és ennek következtében a gyors növekedés és fejlődés támogatására szolgáló energia elérheti a felnőttek három-négyszeresét (Clarke et al., 1977; Scott, 1986). A 21 hetes elválasztást követő 4 hetes növekedési időszakban az átlagos napi energiaigény legalább 227 kcal ME/BW 0,75 kg/nap (950 kJ/BW 0,75 kg/nap) NRC (1995) .

A terhességi energiaigény 10-30% -kal lehet nagyobb, mint az érett, de nem szaporodó nőstény patkányokénál (Rogers, 1979; NRC, 1995). A terhesség alatt tárolt 100 - 201 kcal (420 - 840 kJ) körülbelül egyharmada a magzati szövetekben rakódik le. A nőstény patkányok napi ME-igénye kb. 143 kcal ME/BW 0,75 kg/nap (600 kJ/BW 0,75 kg/nap) a vemhesség korai szakaszában, és 265 kcal ME/BW 0,75 kg/napra növekedhet (1110 kJ/BW 0,75) kg/nap) késői terhesség alatt NRC (1995) .

Annak ellenére, hogy megnövekedett az energiaigény a késői vemhesség alatt, a csúcslaktáció alatt a patkányok általában negatív energiaegyensúlyban vannak, és az anyai zsírraktárakat mozgósítják a laktáció energiaigényének kielégítésére. A szoptató patkányok energiaigénye kétszer-négyszerese lehet a nem tejelő nőstényeknek (Rogers, 1979). Noha a laktációs igények az alom méretétől függően változnak, a csúcslaktáció alatt a gát napi ME-igénye legalább 311 kcal ME/BW 0,75 kg/nap (1300 kJ/BW 0,75 kg/nap) NRC (1995) .

A fenntartáshoz és a növekedéshez szükséges energiát sokféle energiasűrűségű étrend képes kielégíteni, és a patkányok az AL-etetéskor beállíthatják a bevitelüket az energiaigényük kielégítésére. A gyorsan növekvő elválasztásokhoz azonban legalább 3 kcal ME/g energiasűrűség szükséges (Rogers, 1979). Általában a 10% zsírt tartalmazó tisztított vagy kémiailag meghatározott étrendek 4–4,5 kcal/g/g. Ennek az összegnek 90–95% -a DE; ME a DE NRC (1995) 90% -tól 95% -áig változik. Tisztított étrendekben, amelyekhez cellulóz van hozzáadva, vagy természetes összetevők (chow) diétákban, az emészthetőség valamivel alacsonyabb, 75% és 80% között lehet (Roe et al., 1995; Duffy et al., 2001).

9-1. TÁBLÁZAT Az Ad Libitum (AL) vagy a korlátozott diétás (DR) patkányok napi metabolizálható energiafogyasztása (kcal ME/BW 0,75 kg), összehasonlítva a 112 kcal ME BW 0,75 kg napi becsült felnőtt fenntartási energiaigénnyel (NRC, 1995)