5.8: Élelmiszer és üzemanyag
Tanulási célok
Értse meg a termokémia és a táplálkozás kapcsolatát.
Azok a termokémiai mennyiségek, amelyekkel valószínűleg a leggyakrabban találkozik, az élelmiszerek kalóriaértéke. Az élelmiszer biztosítja azokat a nyersanyagokat, amelyekre a testének szüksége van a sejtek pótlásához, és az energiát, amely tartja működésben. Ennek az energiának kb. 80% -a szabadul fel hővé, hogy fenntartsa a testhőmérsékletet, hogy életben maradjon. Az élelmiszer-címkéken szereplő táplálékkalóriák (C betűvel) 1 kcal (kilokalória). Az élelmiszerek kalóriatartalmát az égésentalpia (ΔH fésű)/gramm alapján határozzuk meg, bombakaloriméterben mérve, az általános reakció felhasználásával.
[étel + felesleg; O_ (g) jobb oldali CO_ (g) + H_ O (l) + N_ (g) címke]
Két fontos különbség van azonban az élelmiszerek bejelentett kalóriaértékei és ugyanazon ételek kaloriméterben égetett ΔH fésűje között. Először is, a joule-ban (vagy kilojoule-ban) leírt fésű Δ H negatív minden égő anyagra. Ezzel szemben az élelmiszer kalóriatartalmát mindig pozitív számként fejezzük ki, mert az energiatárolt. Ezért,
[kalória; tartalom = - Delta H_ címke]
Másodszor, ha az ételt kaloriméterben elégetik, minden benne lévő nitrogén (főleg fehérjéből, amely nitrogénben gazdag) N2-vé alakul. A testben azonban az étkezésből származó nitrogén az ürítés előtt karbamiddá [(H 2 N) 2 C = O] alakul át, nem pedig N 2. A bomba kalorimetriával mért karbamid ΔH fésűje - 632,0 kJ/mol. Következésképpen a kalorimetriával mért entalpia-változás bármely nitrogéntartalmú ételnél nagyobb, mint amennyi energiát a test nyerne belőle. Az értékek különbsége megegyezik a karbamid ΔH fésűjével, szorozva az élelmiszer elromlásakor keletkező karbamid molok számával. Ezt a pontot vázlatosan szemléltetik a következő egyenletek:
[étel + felesleg; O_ bal (g jobb) xrightarrow [] < Delta H_ H son negativos y, según la ley de Hess, Δ H 3 = Δ H 1 + Δ H 2 . La magnitud de Δ H 1 debe ser menor que Δ H 3, el Δ medido calorimétricamente [ 19459014] peine para un alimento. Al producir urea en lugar de N 2, por lo tanto, los humanos están excretando parte de la energía que se almacenaba en sus alimentos.
Különböző kémiai összetételük miatt az élelmiszerek kalóriatartalma nagyon eltérő. Mint korábban láthattuk, például egy olyan zsírsav, mint a palmitinsav, égés közben körülbelül 39 kJ/g, míg egy olyan cukor, mint a glükóz 15,6 kJ/g. A zsírsavak és a cukrok a zsírok és a szénhidrátok építőkövei, amelyek az étrend két fő energiaforrása. A táplálkozási szakemberek általában a zsírok és a szénhidrátok esetében átlagosan 38 kJ/g (kb. 9 Cal/g) és 17 kJ/g (kb. 4 Cal/g) értéket rendelnek, bár az egyes élelmiszerek tényleges értékei a különbségek miatt változnak a kompozícióban. A fehérje, az étrend harmadik fő kalóriaforrása, szintén változó. A fehérjék aminosavakból állnak, amelyek általános szerkezete a következő:
Egy aminosav általános szerkezete. Egy aminosav tartalmaz egy aminocsoportot (-NH2) és egy karbonsavcsoportot (-CO2H).
Az aminosavak amin- és karbonsavkomponenseik mellett számos más funkciós csoportot is tartalmazhatnak: R lehet hidrogén (–H); egy alkilcsoport (például -CH3); arilcsoport (például -CH2C6H5); vagy egy amint, alkoholt vagy karbonsavat tartalmazó szubsztituált alkilcsoport (ábra (PageIndex)). A 20 természetes aminosav közül 10 szükséges az emberi étrendben; Ezt a 10-et esszenciális aminosavaknak nevezzük, mert testünk nem képes szintetizálni őket más vegyületekből. Mivel R különböző csoportok bármelyike lehet, mindegyik aminosavnak eltérő AH fésűje van. A fehérjék átlagos ΔH fésűje általában 17 kJ/g (kb. 4 Cal/g).