Dodaj do ulubionych
Spotkanie z nauką IX
ΣNΣRGΣTYCZNΛ WΛRTOŚĆ POKΛRMÓW

   Witam serdecznie wszystkich zgromadzonych na sali już po raz dziewiąty i niestety przedostatni w cyklu zatytułowanym "Spotkanie z nauką". Dzisiejsza jego odsłona będzie odsłoną wyjątkową, skupioną na jednym, ale za to bardzo szerokim temacie. I jak zwykle proszę nie brać wszystkiego na poważnie, a nawet większości...
   Tematem dzisiejszych zajęć będzie kaloryczność pokarmów. Ale zanim do tego przejdziemy zastanówmy się czy wiemy tak naprawdę czym jest żywność i żywienie. Zapewne większość z nas wie, ale jest to wiedza intuicyjna, którą dość trudno przelać na słowa. Zacznijmy od pojęcia żywności.
   Żywność, artykuły żywnościowe i środki spożywcze są to wszelkie produkty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, które w stanie naturalnym lub po obróbce stanowią materiał budulcowy i energetyczny człowieka. Główne składniki żywności to: białka, tłuszcze, węglowodany, związki mineralne i witaminy. Światowym problemem zaopatrzenia ludności w żywność zajmuje się głównie Organizacja do Spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO).
   Bezpośrednio z powyższym pojęciem wiąże się pojęcie żywienia człowieka. A nasze żywienie jest dostarczaniem organizmowi pokarmów w stanie naturalnym lub w postaci różnorodnych potraw i napojów, zapewniających utrzymanie podstawowych funkcji życiowych. Główne grupy składników pokarmów to: budulcowe, energetyczne (tym aspektem zajmiemy się dziś) i regulujące. Żywienie człowieka dostosowane powinno być do wieku, płci, rodzaju wykonywanej pracy i stanu zdrowotnego.

.:: Część I: KALORYCZNOŚĆ

   Uzbrojeni w wiedzę zaserwowaną przed chwilą możemy śmiało przystąpić do tematu przewodniego, którym jest energetyczna wartość pokarmów, inaczej zwana kalorycznością. Kaloryczność jest jednym z mierników wartości odżywczej żywności. Jest to ilość energii (ciepła) wyrażonej w kilodżulach (dawniej w kaloriach), jaką wnosi pokarm po strawieniu i przemianie w organizmie. Ilość energii dostarczonej w pokarmie powinna być równa wartości zużytej przez organizm (bilans energetyczny powinien wynosić zero). Jeśli bilans będzie dodatni waga organizmu zwiększy się (energia przejdzie w masę) a jeśli ujemny masa się zmniejszy (masa przejdzie w energię). Kaloryczność pokarmu (zwykle przypadająca na 100 gramów produktu) podana jest na opakowaniu niemal każdego jadła.
   Jednostką kaloryczności są ... kalorie. Jedna kaloria jest jednostką ilości ciepła, równą ilości ciepła potrzebnej do ogrzania 1g wody o 1°C. Jednostka ta zależna jest od temperatury i na przykład dla 15°C zachodzi związek 1 cal15 (kaloria we wspomnianej temperaturze) = (jest równa) 4,1855 J (dżulom). Ogólnie przyjmuje się iż 1 cal = 4,1856 J (1 J = 0,2389 cal). Dziś najpowszechniej stosowaną jednostką kaloryczności jest dżul, który jest podstawową jednostką energii (i ciepła) w układzie SI. A jak wiadomo jeden dżul jest równy jednemu niutonometrowi:

wzór 1
J = N . m

   Niuton zaś jest jednostką siły a siła jak wiadomo to masa (kilogramy) razy przyspieszenie (metr na sekundę podniesioną do kwadratu):

wzór 2
N kg m
s2

   Kilogram jest natomiast podstawową jednostka masy w układzie SI. Kilogram jest to masa międzynarodowego wzorca wykonanego ze stopu platyny (90%) z irydem (10%) i przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sèrves pod Paryżem. Metr jest w układzie SI podstawową jednostką długości. Jest to droga, jaką światło przebywa w próżni w czasie 1/299792458 sekundy (dawniej metrem nazywano odległość między odpowiednimi kreskami w temperaturze 0°C i pod ciśnieniem 1 atmosfery fizycznej [101 325 Pa], znanej także jako ciśnienie normalne, na znanym już wzorcu platynowo-irydowym). Podobnie podstawową jednostką w układzie SI jest sekunda. Jest ona jednostką czasu oczywiście, równego 9192631770 okresom promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma poziomami struktury nadsuptelnej stanu podstawowego atomu izotopu cezu 133. Cez natomiast został odkryty w 1860 roku i wrze w temperaturze 28,4 °C. No, nie ważne. Po chwili dochodzimy do wniosku, że większość wiedzy zawartej w tym akapicie nie jest nam potrzebna. Łącząc dwa wzory przedstawione powyżej (wzór 1 i 2) otrzymamy takie równanie:

wzór 3
J kg m2
s2

   Otrzymaliśmy tu wyrażenie metr do kwadratu przez sekundę do kwadratu. Kwadrat oczywiście można wyłączyć a metr przed sekundę wziąć w nawias. A jak wiadomo droga (metr) przez czas (sekunda) to prędkość:

wzór 4
Vm
s

   Łącząc te wszystkie zaskakujące fakty (a wśród nich wzory 3 i 4) otrzymujemy bardzo prosty wzór, z którego wynikają kolejne zależności między dżulem i innymi jednostkami:

wzór 5
J = kg . V2

  Po podzieleniu przez jednostkę masy (kilogram) i obustronnemu pierwiastkowaniu otrzymujemy coś takiego:

wzór 6
V

  Na tym można by zaprzestać poszukiwania prawdy o kaloryczności, ale pozostaje jeszcze zagadnienie mocy (której jednostką jest wat, czyli dżul przez sekundę), z którym wiąże się zagadnienie pracy. Mimo tych czyhających na nas pokus skorzystamy w tym momencie ze starej zasady "im dalej w las tym więcej drzew" i dalsze drążenie tematu pozostawimy potomnym ...

.:: Część II: WYCIĄGNIĘCIE WNIOSKÓW Z CZĘŚCI I

   Nie jest sztuką dojście do wzoru, do którego udało nam się dojść, sztuką jest właściwe zinterpretowanie wyników pracy:
   a) prędkość jest pierwiastkiem z ilorazu ilości energii (ciepła) wyrażonej w kilodżulach, jaką wnosi pokarm po strawieniu i przemianie w organizmie do masy tego organizmu - wzór 6.
   b) korzystając z powyższego stwierdzenia posłużmy się przykładem, którego bohaterami będą: 450 gramów jogurtu Joguś Truskawkowy o wartości energetycznej ze 100 g wielkości 386 kJ, 1,5 litra napoju butelkowanego Lipton Ice Tea o wartości energetycznej 124 kJ ze 100 mililitrów produktu oraz żywy organizm organiczny z rasy homo sapiens płci męskiej o masie 70 kilogramów. Załóżmy iż ów organizm zaabsorbował cały pokarm. Po krótkich obliczeniach otrzymamy iż cały jogurt dostarczył 1737 kilodżuli a napój 1860 kJ. Cały pokarm w takim razie dostarczył 3597 kJ czystej energii, czyli 3597000 dżuli. Jednocześnie masa badanego osobnika zwiększy się o 1,95 kilograma do 71,95 kg. Otrzymany wynik i zwiększoną masę przykładowego osobnika podstawiamy do wzoru 6, dzięki czemu otrzymujemy wartość prędkości 223,6 metrów na sekundę, czyli około 805 kilometrów na godzinę (gdyż metr to tysiąc kilometrów a godzina to 3600 sekund, czyli jeden metr na sekundę to 3,6 kilometra na godzinę). Jest to prędkość, z jaką o własnych siłach powinien poruszać się badany obiekt aby spalić całą energię w ciągu jednej sekundy.
   c) otrzymany wzór może znakomicie posłużyć na sformułowanie prostego prawa, potwierdzającego to, co wynika z niezerowego bilansu energetycznego. Jak wiadomo po porządnym posiłku większość z nas raczy raczej odpoczywać. Tym samym nasza prędkość jest równa zero. Jednak we wzorze prędkość nie może być równa zeru w przypadku dostarczenia energii (masa nie może być równa zero). Zakładamy więc iż prędkość dąży do zera. W takim razie wyrażenie pod pierwiastkiem także musi dążyć do zera, aby równanie było prawdziwe. Ilość dostarczonej energii nie zmienia wartości (chyba, że zjemy coś jeszcze). Zmienną wartością jest za to masa, która występuje w mianowniku. A jak wiadomo im większy mianownik tym mniejsza liczba a im mniejsza liczba tym jest ona bliższa zeru. Zwiększając masę sprawimy iż wyrażenie pod pierwiastkiem będzie dążyło do zera, tak jak prędkość. Gdy masa będzie dążyła do nieskończoności równanie będzie spełnione. Całość sprowadza się do prostego stwierdzenia: prędkość jest odwrotnie proporcjonalna do masy (jeżeli po posiłku nie będziemy się ruszać po paru takich posiłkach znacznie przytyjemy). Działa to także w drugą stronę: nadmiernie poruszając się możemy schudnąć ...
   d) coś mi tu nie gra, ale to szczegół ...

.:: Część III: NIEPOKOJĄCE ROZWINIĘCIE WZORU 6

   Jest jeszcze coś. Nazywa się promieniowanie jonizujące. Jego jednostką jest grej, będący ilorazem dżuli do kilogramów:

wzór 7
GyJ
kg

   Kolejnym logicznym krokiem jest połączenie wzoru 7 z wzorem 6, z którego to połączenia narodzi się coś takiego:

wzór 8
V

   Sam wzór nie wróży jeszcze niczego złego, ale podejrzenia wzbudza grej. Jak napisano jest to jednostka promieniowania jonizującego. A promieniowanie jonizujące wywołuje jonizację atomów i cząsteczek ośrodka przez który przenika. Dłuższe działanie promieniowania jest szkodliwe dla zdrowia.

.:: Część IV: NIEPOKOJĄCE WNIOSKI Z CZĘŚCI III

   Po sensacyjnych doniesieniach poprzedniej części dłuższą chwilę trwa osiągnięcie stanu, w którym możemy dojść do jeszcze bardziej absurdalnych wniosków:
   a) w części pierwszej specjalnie nie powiedziano wszystkiego.
   b) jedząc pochłaniamy promieniowanie jonizujące. Jedząc coraz więcej coraz bardziej pogarszamy swój stan zdrowotny.
   c) im nasza prędkość jest większa tym pochłaniamy więcej promieniowania, tak samo jest im jemy coraz bardziej kaloryczne potrawy.
   d) aby przeżyć nienapromieniowani i zdrowi nie powinniśmy się poruszać ani jeść, lub dowolnie poruszając się spożywać pokarmy dostarczające 0 (słownie: zero) dżuli energii.
   e) definiujemy pokarm dostarczający 0 (słownie: zero) dżuli energii jako pokarm doskonały i ruszamy na jego poszukiwania w rzeczywistości ...

.:: Część V: POKARM DOSKONAŁY

   Niemal nic nie jedząc i nie poruszając się przeszukujemy tajne akta państwowej instytucji. Oto co znaleźliśmy (zawartość kalorii w niektórych produktach spożywczych w przeliczeniu na 100 gramów lub 100 mililitrów, tak więc aby otrzymać wartość energetyczną całego produktu należy jeszcze przemnożyć przez jego całkowitą masę lub pojemność wyrażoną w g lub ml podzieloną przez sto):

produktkcalkJ
Produkty zbożowe
bułka kajzerka6002511
kromka chałki4201758
słone paluszki3881624
zarodki pszennych3801591
mąka pszenna3451444
razowy chleba2831185
chleb pszennego2401005
otręby pszennych190795
gotowane płatki owsiane140586
Mleko, nabiał
ser żółty pełnotłusty3831603
serek topiony3001256
śmietana 18%186779
serek homogenizowan162678
jajko kurze134561
jogurt owocowy64268
jogurt naturalny61255
mleko 2%52218
kefir51213
Tłuszcze
olej roślinny8003348
masło7403097
majonez7203014
margaryna6252616
Warzywa i owoce
orzechy włoskie6512725
orzechy laskowe6462704
orzechy ziemne5652365
suszone morele2871201
suszone śliwki2691126
gotowana soja156653
kukurydza132552
ziemniak78326
winogrona69289
czereśnie61255
banan61255
czosnek60251
wiśnie48201
kiwi48201
brzoskwinia47197
gruszka42176
brukselka gotowana37155
arbuz37155
jabłko34142
pomarańcze32134
cebula31130
maliny30126
papryka29121
truskawki28117
marchew27113
grejpfrut24100
kalafior2292
pomidor1563
cukinia1563
ogórek zielony1459
sałata1459
Mięso, wędliny, drób, ryby
słonina wieprzpowa8043365
salami5732398
boczek surowy5172134
pasztet mięsny3941649
kotlet schabowy panierowany3551486
parówki3451444
bekon3411427
kabanosy3291377
węgorz wędzony3281373
salceson włoski3211344
szynka wieprzowa2641105
kaszanka2501046
baleron2461030
sardynki w oleju224938
śledź solony219917
schab pieczony213891
mortadela187783
wołowina153640
tatar114477
filet z karpia111465
pierś kurczaka100419
tuńczyk w sosie własnym97406
tuńczyk w oleju91381
szynka z indyka85356
filet z dorsza70293
Słodkości
baton oblany czekoladą6502721
czekolada mleczna5542319
chałwa5312223
tort czekoladowy4501884
herbatniki4411846
babka piaskowa4321808
cukier4101716
landrynki4021683
pączek3781582
sernik3431436
kakao3201339
bita śmietana3001256
dżem truskawkowy2551067
miód2451025
lody śmietankowe133557
Napoje i alkohole
likier2671118
wódka słodka2601088
wódka czysta226946
koniak226946
wino słodkie100419
wino półwytrawne78326
piwo cimne76318
piwo jasne70293
wino wytrawne67280
sok pomarańczowy44184
coca-cola43180
sok jabłkowy42176
sok pomidorowy1354
kawa bez cukru28
herbata bez cukru00
Inne
chipsy5502302
pizza5292214
popcorn3651528
frytki220921
fishburger141590
musztarda120502
ketchup105439
hamburger85356

.:: Część VI: WNIOSKI Z CZĘŚCI POPRZEDNIEJ

   Po tak potężnej dawce informacji nasze szare komórki potrzebowały kolejnych paru chwil na ostygnięcie i wywnioskowanie czegoś sensownego:
   a) zdemaskowaliśmy prawdziwą naturę solonych paluszków, a wyglądały tak niewinnie ...
   b) odnaleźliśmy rzeczywisty pokarm doskonały - niesłodzoną herbatę, jednocześnie odnajdując pokarm niedoskonały - słoninę wieprzową, która nie jest jednak pokarmem nieskończenie doskonałym (którego kaloryczność z definicji powinna być nieskończenie wielka). Za model pokarmu nieskończeie doskonałego przyjmujemy nieskończoną ilość słoniny wieprzowej.
   c) powyższe dane pozwalają na opracowanie zależności masowej między organizmem a pokarmem niedoskonałym. Załóżmy iż organizm ważący 50 kilogramów spożyje tyle samo pokarmu niedoskonałego. Dostarczy to organizmowi ponad 168 megadżuli (0,17 gigadżuli) energii, co odpowiada prędkości (obiekt waży łącznie 100 kilo) 4102 m/s, czyli 4,1 km/s, czyli 14767 km/h, co stanowi 53% prędkości potrzebnej aby opuścić Ziemię i stać się jej satelitą (prędkość ta wynosi 7,8 km/s i nazwana jest pierwszą prędkością kosmiczną). Tym samym możemy stwierdzić iż aby obiekt taki stał się satelitą naszej planety musi zjeść niemal dwa razy więcej pokarmu niedoskonałego niż sam waży. Zależność ta będzie inna dla innych mas organizmu. Ale w każdym przypadku dostarczona energia musi być 60,84 milionów razy większa niż łączna masa pokarmu i organizmu. Wniosek z tego: żywy organizm nie może być satelitą Ziemi, gdyż taka ilość energii nie jest możliwa do zaabsorbowania przez tak mały obiekt.

.:: Część VII: KALORYCZNE ZAPOTRZEBOWANIE CZŁOWIEKA

   Drążąc dalej rządowe akta natrafiliśmy na coś, co może wszystkim nam pomóc, a mianowicie na dane na temat zapotrzebowania ludzkiego organizmu na energię w przeliczeniu dziennym w Polsce:

grupa ludnościkcalkJ
Dzieci 1-3 lat13005443
Dzieci 4-6 lat17007118
Dzieci 7-9 lat21008792
Dzieci 10-12 lat260010886
Dziewczęta 13-15 lat280011723
Dziewczęta 16-20 lat270011304
Chłopcy 13-15 lat330013816
Chłopcy 16-20 lat370015491
Mężczyźni 21-64 lat: zajęcia siedzące260010886
Mężczyźni 21-64 lat: ciężka praca400016747
Kobiety 21-64 lat: zajęcia siedzące23009630
Kobiety 21-64 lat: ciężka praca320013398
Kobiety 21-64 lat: karmiące340014235
Starsi ponad 60 lat23009630

.:: Część VIII: WNIOSKI Z CZĘŚCI VII (I CZĘŚCIOWO V)

   Połączywszy wiedzę nabytą przed chwilą z wiedzą nabytą w części piątej dochodzimy do następujących wniosków:
   a) dziadek potrzebuje mniej energii (czytaj: słoniny wieprzowej) niż wnuczek a ciężko pracujący tatuś potrzebuje więcej energii (czytaj: słoniny wieprzowej) niż karmiąca mamusia. Najwięcej energii (czytaj: słoniny wieprzowej) potrzebują nastoletni chłopcy i ich ciężko pracujący tatusiowie.
   b) na podstawie części V i VII możemy opracować najbardziej kaloryczny posiłek. A byłoby nim: pół kilo wieprzowej słoniny zagryzanej pięcioma kajzerkami popijane trzema setkami słodkiej wódki. Na deser zaś dwa batony typu "Mars" lub "Snickers". W ten sposób dostarczymy do organizmu 6700 kilokalorii czyli 28043 kilodżuli, co powinno wystarczyć w zależności od grupy wiekowej na dwa lub cztery dni.
   c) analogicznie możemy opracować najmniej kaloryczny posiłek, który wyglądałby tak: kilogram sałaty z minimalną domieszką gotowanych płatów owsianych popijany nieograniczoną ilością niesłodzonej herbaty a na deser pół kilo cukini. Taki posiłek dostarcza organizmowi 285 kilokalorii, czyli 1193 kilodżule.
   d) mimo wszystko i tak jemy co chcemy ...

.:: Część IX: BODY MASS INDEX I INNE

   Jak wiemy z poprzednich części spożywanie bardziej lub mniej kalorycznych pokarmów wpływa na naszą wagę. Jak poznać czy jest ona właściwa? Służy do tego wskaźnik zwany body mass index, w skrócie BMI. Określa on właściwą proporcję między masą a wzrostem człowieka. BMI jest wartością masy ciała (w kilogramach) podzieloną przez kwadrat wzrostu (w metrach) człowieka:

wzór 9
BMImasa ciała (kg)
[wzrost (m)]2

   Prawidłowa waga utrzymana jest gdy wskaźnik BMI zamyka się w przedziale 20-25. Jeśli wynik waha się od 25 do 30 mamy do czynienia z nadwagą a między 30 a 40 z otyłością. Jeżeli BMI przekroczy 40 mówimy o otyłości olbrzymiej, która jest zagrożeniem dla życia i zdrowia. Niedowaga występuje przy BMI mniejszym od 20. BMI poniżej 18 jest już zagrożeniem dla życia.
   Obliczmy przykładową wartość wskaźnika dla obiektu z podpunktu b części II. Ważył on 70 kilogramów. Załóżmy iż miał 1,8 metra wzrostu. BMI obliczymy dzieląc 70 przez 1,8 podniesione do kwadratu. Jeżeli nasz kalkulator nie szwankuje powinniśmy otrzymać 21,6 czyli wynik bardzo dobry. Teraz możemy bez problemu obliczyć BMI dla siebie i w razie nieprawidłowości skorzystać z opracowanych w części VIII posiłków lub prawa (część II podpunkt c) wynikającego ze wzoru 6.
   Należy się przy tym wystrzegać tak zwanego "wilczego głodu", inaczej zwanego żarłocznością. Cała sprawa polega na napadach niekontrolowanego apetytu, podczas którego w szaleństwie spożywamy posiłek o wartości energetycznej przekraczającej 5000 kilokalorii (20928 dżuli). Żarłoczność jest chorobą gdy napady zdarzają się częściej niż dwa razy w tygodniu a także w nocy. Konsekwencją wilczego głodu jest otyłość.

.:: ZAKOŃCZENIE

   Na tym wypada zakończyć dzisiejszy wykład, choć temat nie został do końca wyczerpany (szczególnie w części III) a w wielu czytelnikach zasiane zostało zapewne ziarno niepokoju i wątpliwości (jaki jest mój BMI? Gdzie ja kupię słoninę wieprzową? To jest promieniotwórcze !!), na którego obecność nie mogę nic poradzić. Jak wykorzystacie nabytą dziś wiedzę zależy tylko od WAS!!

Źródła :
  • "A-Z Mała Encyklopedia PWN", red. naczelny Barbara Petrozolin-Skowrońska; PWN, Warszawa 1995
  • dane Instytutu Żywności i Żywienia
  • "Kuchnia i medycyna" - J.Aleksandrowicz, I.Gumowska; Watra, Warszawa 1990
  • "Wartość odżywcza wybranych produktów spożywczych i typowych potraw" - H.Kunachowicz, I.Nadolna, K.Iwanow, B.Przygoda; PZWL, Warszawa 1997




© 2003-2007 by Ecnelis