Wie werden Kalorien in Lebensmitteln ermittelt?
Wie werden Kalorien in Lebensmitteln ermittelt? Also beispielsweise, woher weiß man, dass Nahrungsfett mehr Kalorien hat als Nahrungseiweiß und woher weiß man, wie vielen Fett beispielsweise in Eiern steckt oder in Butter, oder wie viel Zucker in einer Möhre ist bzw wie viel Kalorien in einer Tomate, Milch, Schokolade, Weizen etc..? Gibt es dafür entsprechende Geräte?
Danke euch
2 Antworten
Der Brennwert von Lebensmitteln wird mit einem Bombenkalorimeter bestimmt. Das kann man natürlich auch mit den Grundnährstoffen, also Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen, machen.
Das Herzstück eines Bombenkalorimeters (siehe Abb. 1) ist die Bombe, ein Verbrennungsbehälter aus sehr festem Chromstahl, in dem sich ein Tiegel für die Probe und elektrische Zünddrähte befinden. Die Bombe wird unter einem hohen Druck mit reinem Sauerstoff gefüllt. Die Bombe umgibt ein weiterer Behälter aus Stahl, der mit Wasser gefüllt wird und nach außen wärmeisoliert ist. Ein Rührer sorgt dafür, dass das Wasser gleichmäßig durchmischt wird und mit einem Thermometer wird die Wassertemperatur gemessen.
Abb. 1: Schematischer Aufbau eines Bombenkalorimeters. © Lanzi, Wikimedia Commons, public domain.
Die Probe im Inneren wird anschließend vollständig verbrannt. Das heißt, die im Lebensmittel gespeicherte chemische Energie wird komplett als Wärmeenergie frei. Die Verbrennungswärme wird ermittelt, indem man die Temperaturerhöhung des Wassers misst. Das Ergebnis eines solchen Verbrennungsversuchs bezeichnet man auch als den physikalischen Brennwert, der in kJ/g angegeben wird. Das ist also der Brennwert, den ein Lebensmittel hat, wenn es vollständig zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt wird. Für die drei Hauptnährstoffe gelten näherungsweise folgende physikalische Brennwerte: Kohlenhydrate 17.2 kJ/g, Fette 38.9 kJ/g und Proteine 23 kJ/g. Die genauen physikalischen Brennwerte können davon abweichen, weil insbesondere Fette und Proteine sehr verschieden zusammengesetzt sein können.
Eine Bestimmung des Brennwerts ist auch über eine Formel möglich, wenn man die Zusammensetzung des Lebensmittels kennt. Wenn man also weiß, wie viel Fett, Kohlenhydrate und Eiweiß ein Lebensmittel enthält, lässt sich auch daraus ein ungefährer Brennwert errechnen. Um die Nährstoffgehalte von Lebensmitteln zu bestimmen, gibt es verschiedene Analyseverfahren. Für Futtermittel wird z. B. häufig das Weender Analyseverfahren angewendet.
Vom physikalischen müssen wir aber noch den physiologischen Brennwert unterscheiden. Kohlenhydrate und Fette kann der Organismus vollständig verbrennen. Ihr physiologischer Brennwert entspricht deshalb dem oben angegebenen physikalischen Brennwert.
Bei Proteinen ist das anders. Der in ihnen enthaltene Stickstoff kann vom Körper nicht oxidiert werden. Der Proteinstickstoff wird vom Körper umgebaut und ausgeschieden. Bei Säugetieren wird daraus Harnstoff, bei Vögeln wird Harnsäure gebildet und über den Urin ausgeschieden. Die im Stickstoff noch gespeicherte Energie ist somit für den Körper nicht verwertbar und der physiologische Brennwert von Proteinen folglich deutlich niedriger, nämlich bei nur 17.2 kJ/g. Der energetische Verlust ist dabei bei der Bildung von Harnsäure größer als bei der Harnstoffsynthese. Bei der Bildung von Harnsäure geht also mehr Energie verloren, sie ist aber mit einem erheblich geringeren Wasserverlust verbunden und deshalb für Vögel und insbesondere auch für wüstenbewohnende Echsen von Vorteil.
Grundsätzlich misst man Kalorien unterschiedlichster Grundmitteln. Dabei wird der Brennwert von zB Brot ermittelt, also welche Wärme durch das Verbrennen entsteht. Dasselbe macht man mit dem Verdauten Brot (Kot). Die Differenz ist, dann der Wert, den der Körper aufnimmt (die Kalorien). Für komplexere Lebensmittel zB. Schokolade, werden die Kalorien von den Einzelbestandteilen zusammengerechnet.