感受燃燒:科學家如何計算卡路里?

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如今,計算卡路里就像檢視雜貨店的標籤或細讀餐廳的選單一樣容易。但是這些數字有多準確?食品製造商和餐廳最初是如何得出這些數字的呢?

在7月19日發表於《美國醫學會雜誌》上的一項研究中,塔夫茨大學營養研究中心的研究人員透露,當他們將自己對餐廳膳食卡路里含量的測試與選單上的卡路里進行比較時,數字並不相符。儘管塔夫茨團隊發現食物的熱量平均只比餐廳標示的多10卡路里,但幾乎20%的受測菜餚所含熱量至少比標示的數字多100卡路里或更多。閱讀關於新聞報道發現引發了一個科學問題:研究人員是如何收集他們的資料的?


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塔夫茨團隊使用一種稱為彈式量熱法的方法測試了菜餚的卡路里含量,該方法涉及燃燒食物以發現它釋放多少熱量,從而告知科學家它包含多少能量。卡路里只是測量能量的單位。具體來說,選單上的一卡路里實際上是一千卡路里,是將一公斤水加熱一度攝氏度所需的能量。

但是卡路里測試的過程比僅僅點燃一根火柴要嚴格得多。首先,塔夫茨大學的研究人員從餐廳收集了269種不同的食物,並確保選擇標有營養資訊的菜餚。在實驗室中,食物從可口變成了顆粒狀。在稱量每道菜後,研究人員將其與水一起放入食品加工機中,並將其攪拌成光滑的濃湯,將膳食的所有成分混合在一起。為了使這種湯狀混合物易燃,他們對其樣品進行了冷凍乾燥。最後,科學家將其研磨成粉末,然後壓制成顆粒。

研究人員將每個顆粒放在一個寬度小於五釐米的小杯子中,並在其上懸掛一根載流導線。然後,他們用盡可能多的層包圍它,就像俄羅斯套娃一樣:彈式量熱儀機器裝有一個水桶,水桶包圍著一個氣密圓筒,裝有顆粒杯懸掛在其中。

彈式量熱儀透過顆粒上的導線傳送電流,產生火花,點燃顆粒。它產生的熱量使圓筒中的空氣變暖,從而加熱了周圍的水,炸彈量熱儀中的探針檢測到了這種變化。塔夫茨大學團隊的營養研究員洛裡恩·厄本說:“溫度探頭測量的是圓筒所處的水的溫度變化。” 量熱儀將溫度變化轉化為每克食物的卡路里。

知道食物在轉化為顆粒之前的重量,研究人員可以反向推算出餐廳原始食物中含有多少卡路里。但是他們的工作並沒有就此止步。“你從彈式量熱儀中得到的數字將是總食物能量,但我們實際上無法吸收所有的卡路里,”厄本說。人體只能吸收可代謝能量,而餐廳報告的數字是這個數字,而不是量熱儀測量的總能量。

食物中的可代謝能量取決於其脂肪、碳水化合物和蛋白質的比例(可以使用化學分析確定)。塔夫茨團隊使用餐廳釋出的關於其食物的營養成分,將選單上列出的卡路里(可代謝能量)轉化為總能量,並將此數字與他們用彈式量熱儀測量的總能量進行了比較。

正如這篇2003年《請教專家》專欄在《大眾科學》中解釋的那樣,還有其他方法可以計算食物的卡路里含量。然而,塔夫茨團隊選擇彈式量熱法是因為他們之前已經在已知卡路里值的混合物上對其進行了測試,並發現它是準確的。他們的發現是否會影響食客的食物選擇還有待觀察。

圖片由維基共享資源/亞瑟·揚·菲亞科夫斯基提供

Sophie Bushwick is tech editor at 大眾科學. 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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