你想燃烧掉的卡路里,身世复杂到可能让你怀疑人生...

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  俗话说“四月不减肥,五月徒伤悲,六月更加肥,七月继续悲”。

  在盛夏这个对胖子极不友好的季节,减肥自然是备受重视,而每个关注减肥的朋友,一定对卡路里十分熟悉。

  我们总是将卡路里与食物热量联系起来,不过“卡路里”这一概念究竟是什么含义呢?让我们一起探索卡路里的秘密。

  卡路里的变迁史

  通常,我们会在食品的营养成分表中找到卡路里,这个用于描述食物所含能量的 “卡路里”指的是千卡(kcal),又叫大卡。

  

  食物的营养标签使用kcal做单位

  图片来源维基百科

  除了大卡,还有小卡(cal),两者之间的换算关系是1 kcal=1000 cal。

  其实,卡路里这一概念由来已久。

  在1824年发表的一篇文章中,法国物理学家、化学家尼古拉斯·克莱门特(Nicolas Clement)首次提出了卡路里的概念。当时作为热能单位提出的卡路里,正是现代的千卡。

  在1841~1867年期间,“calorie”一词正式纳入法语和英语词典,它来自拉丁语calor,其含义是“热”。

  与大卡相比,小卡的概念出现相对较晚。1852年,化学家皮埃尔·安东尼·法夫尔(Pierre Antoine Favre)和物理学家约翰·西尔伯曼(Johann Silbermann)提出了小卡的概念。

  1879年,马塞林·贝特洛(Marcellin Berthelot)对大卡和小卡进行了区分。

  
Marcellin Berthelot, 图片来源维基百科

  1887年,美国卫斯理大学的威尔伯·奥林·阿特沃特(Wilbur Olin Atwater)教授将大卡应用于衡量食物营养成分的热量,这一用法被公众广泛接受。

  
Wilbur Olin Atwater教授,图片来源维基百科

  卡路里知名度虽高,但并不属于国际单位,热量的国际单位制导出标准的能量单位是焦耳(Joule,简写为J)。我国采用了焦耳作为法定计量单位,食品包装上标识食物所含热量能量所采用的单位为kJ。

  

  我国营养成分表中的能量单位为kJ

  图片来源作者

  和我国一样,欧洲国家普遍使用焦耳作为食物热量的法定单位,而美国则选择采用卡路里作为食物热量单位。焦耳的单位比卡路里小,换算公式为:1kcal=4.184kJ。

  繁杂的卡路里定义

  虽然天天喊着“燃烧我的卡路里”,但卡路里究竟表示什么呢?

  前文我们提到,食物热量单位可以用卡路里,也可以用焦耳。在这里,焦耳作为能量单位,那卡路里自然也是能量单位,用以描述物质的能量。

  既然卡路里是能量单位,那它的具体定义是什么呢?在定义卡路里时,我们借助了水。

  小卡(cal)的定义是在1大气压(101.325kPa)下,将1g水提升1℃所需的热量;大卡(kcal)则是在1大气压下,将1kg水提升1℃所需的热量。

  看上去这样的定义简单清晰,那为什么说卡路里定义繁杂呢?

  问题就出在水上。由于在定义卡路里时借助了水,水本身的性质就对卡路里产生了影响。

  按照我们通常的理解,水每升高1℃,所需的能量是相等的。也就是说,无论是从0℃到1℃,还是99℃到100℃,都需要相同的热量。然而,事实却是水的比热容(单位质量的某种物质升高或下降单位温度所吸收或释放的能量)是可变的。

  
不同压力、不同温度下液态水的定压比热容

  图片来源百度百科

  由于水的比热容是可变的——也就是说在不同温度下,水每升高1℃所需的热量是不同的——卡路里的定义也随之衍生出不同的版本。4℃卡路里,15℃卡路里,20℃卡路里,以及平均卡路里就是这么来的。

  4℃卡路里指的是,在1大气压下将1g水从3.5℃提升到4.5℃所需的热量。相应地,15℃卡路里和20℃卡路里则分别是指在1大气压下,将1g水从14.5℃提升到15.5℃和19.5℃提升到20.5℃所需的热量。

  既然根据水温不同,能够定义出不同的卡路里,自然而然地,采用取均值的思路就可以得到平均卡路里,其定义是在1大气压下,将1g水从0℃提升到100℃所需热量的百分之一。

  在以上这些不同的定义中,15℃卡路里通常被称为标准卡路里,营养学中表示食物能量的卡路里正是15℃卡路里。

  除了上述几种根据温度不同定义的卡路里,卡路里的大家族中还有热化学卡路里(Thermochemical calorie)和国际蒸汽表卡路里(International Steam table calorie)。

  这两种卡路里,经过一系列的衍变,已经与水的比热容无关。水蒸汽表用的是国际蒸汽表卡路里, 热化学及化学热力学用的是热化学卡路里。

  

  不同定义下的卡路里与国际单位焦耳的换算

  图片来源维基百科

  想不到吧,我们日常生活中时时挂在嘴边的卡路里还有这么复杂的“身世”。下次再见到卡路里,别忘了仔细分辨下究竟是哪种卡路里哦。

  审稿专家

  王国义,中国农业大学营养与食品安全博士后

  蝌蚪五线谱原创文章/ 转载注明来源

  责编/Momo

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