Калорийность пищевых продуктов

В процессе пищеварения пища перерабатывается с образованием глюкозы, жира и других веществ, при окислении которых выделяется энергия.

В качестве примера рассмотрим расчет теплового эффекта реакции окисления одного моля глюкозы С₆Н₁₂О₆. Глюкоза растворима в крови и переносится потоком крови к клеткам организма, где реагирует с кислородом в несколько стадий, превращаясь в конечном итоге в СО₂ и Н₂О с выделением энергии:

С₆Н₁₂О_6(р) + 6О_2(г) ––> 6СО_2(г) + 6Н₂О_(ж)+ Q

D Н ^°_{298 хр} = [6D H ^°_298обр (H₂O) + 6D H ^°_{298 обр} (CO₂)] –

[D H ^°_{298 обр}(C₆H₁₂O₆)] = - 2816 кДж

Изменение энтальпии реакции в данном случае рассчитано на 1 моль глюкозы, т.е. на 1моль ∙ 180 г/моль = 180 г.

Изменение энтальпии при окислении 1кг глюкозы определяется из соотношения:

0,18 кг глюкозы – 2816 кДж

1 кг глюкозы – Х кДж

Отсюда калорийность глюкозы составляет D Н ^°₂₉₈ = 15644 кДж/кг или 15,644 кДж/г.

Разложение углеводов происходит быстро, поэтому их энергия сразу же поступает в организм. Из-за быстрого окисления и высокой растворимости углеводов в организме запасается их небольшое количество и по этой причине они не могут быть долговременными источниками энергии.

Жиры также окисляются до СО₂ и Н₂О. Например, сгорание типичного жира стеарина С₅₇Н₁₁₀О₆ происходит по уравнению

С₅₇Н₁₁₀О_6(тв) + 163/2 О_2(г) = 57СО_2(г) + 55 Н₂О_(ж) + 37760 кДж,

Молекулярный вес стеарина равен 890 г. Отсюда калорийность жира составляет 37760: 890 = 42,426 кДж/г или 42426 кДж/кг.

Сгорание жиров по калорийности сравнимо со сгоранием бензина, калорийность которого в зависимости от его сорта (марки 76, 92, 95) колеблется в пределах 42000 - 48000 кДж/кг.

Существуют 2 причины, по которым жиры оказываются более удобными для хранения энергии в организме человека: жиры выделяют больше энергии в расчете на 1 г, и они нерастворимы в воде, что позволяет им накапливаться.

В среднем взрослому человеку требуется около 6300 кДж/сутки, если он находится в покое и теплом помещении. При выполнении работы эта цифра возрастает до 10000 – 13000 кДж/сутки.

С точки зрения 1-го закона термодинамики нет никаких препятствий тому, что весь тепловой эффект химической реакции, например, горения угля или газа был бы превращен в паровой машине в работу. Весь опыт человечества показывает, что только часть тепловой энергии Q может быть превращена в работу A. Отношение η = Q / А называется КПД (коэффициент полезного действия), который всегда меньше единицы η < 1.