Калория и ее история

калорияТучные земли

Нигде и никогда прежде я не видела такого количества огром­ных, тучных людей, как в штате Техас несколько лет назад. В толпе на улицах Остина я чувствовала себя дистрофиком.

Массовое ожирение в США остается предметом посто­янных дискуссий в печати уже более десятка лет. Однако проблема эта возникла отнюдь не в начале XXI века. Еще полвека назад, в 1958 году, Джон Кеннет Гэлбрейт, известный экономист из Гарварда, впервые написал в своем бестсел­лере «Общество изобилия», что все больше американцев умирает от переедания, а не от истощения. Он усматривал в этом экономические причины. Поскольку к середине пя­тидесятых годов основные потребности американцев в еде, крове и одежде были удовлетворены, корпорации начали придумывать и навязывать с помощью рекламы новые по­требности, которые они спешили удовлетворить. Главное, чтобы покупали.

В результате к началу XXI века у 61% американцев уже по­явились проблемы со здоровьем, вызванные избытком веса. А ежедневное потребление энергии каждым жителем США с 1977 по 1995 год выросло почти на двести килокалорий, как пишет Грег Крицер в книге «Тучные земли: как американцы стали самыми толстыми людьми в мире».

Ожирение в США приняло характер эпидемии. Это не про­сто метафора: о «пандемии ожирения» заявляет и Всемирная организация здравоохранения. А в США скорость его рас­пространения — самая высокая в мире: 13% населения в 1962 году, 19,4% — в 1997, 24,5% — в 2004, 26,6% — в 2007, 33,8% взрослых и 17% детей — в 2008, 35,7% взрослых и 17% детей — в 2010-м.

Подробные статистические данные по России найти не­легко. Часто пишут о 15—16% взрослого населения, но эти цифры относятся, вероятно, к началу 2000-х. В декабре 2012 года директор НИИ питания РАМН, главный диетолог Минздрава РФ В. А. Тутельян сообщил на пресс-конференции, что ожирением страдают более 25% россиян, избыточный вес наблюдается у 50%. Такое впечатление, что мы изо всех сил опять стараемся догнать Америку…

Ожирение убивает 100—400 тысяч американцев каждый год и обходится американскому обществу в 117 миллиардов дол­ларов. Эти расходы сопоставимы с затратами на решение ме­дицинских проблем, связанных с курением и алкоголизмом.

В чем же дело? Только ли в переедании, о котором писал Гэлбрейт? Грег Крицер в своей книге анализирует возмож­ные причины, политические, социальные и экономические. Например, когда цены на продукты питания в 70-х годах до­стигли пика, президент Ричард Никсон потребовал принять меры. В результате реформ министра сельского хозяйства Эрла Буца были сняты ограничения на импорт дешевого пальмового масла, а из кукурузы было дозволено делать с помощью новых технологий сладкий глюкозо-фруктозный сироп. Эти дешевые, но высококалорийные продукты стали использовать при изготовлении подавляющего большинства продуктов питания, чтобы сделать их доступными.

Маркетологи фастфуда тоже не остались в стороне. Они просто заставили своих покупателей есть больше, начав вы­пускать бигмаки и прочие блюда суперразмера. В результате калорийность одного блюда в «Макдональдсе» возросла с 200 килокалорий в 1960 году до 610. А покупатели усердно поглощали раздувшиеся супербургеры — никто не может устоять против подаренной еды.

Наконец, Крицер описывает появление «новой культуры без границ», которая облегчает и делает модным потребление всех этих богатых жиром и бедных питательными веществами продуктов. Если в прежние времена приготовление домашних обедов было традицией, то в 80-х хозяйки перестали тратить на это время: можно ведь пойти куда-нибудь или заказать готовую еду на дом. Тем временем популярные книги и пере­дачи навязывали теории, утверждающие, что ребенок сам знает, когда он или она сыт, когда и что надо есть. В результате родители перестали контролировать, что и когда их ребенок ест, даже если это только картофель фри и гамбургеры.

Чтобы как-то исправить ситуацию, американское прави­тельство стало принимать меры, среди которых — закон 1990 года о маркировке, обязывающий производителей писать калорийность продуктов и их состав на всех упаковках. А в 2008 году Нью-Йорк стал первым городом, где в ресторанных меню начали указывать калорийность блюд, чтобы посетитель мог сделать осознанный выбор, который не причинит вреда здоровью. Все в очередной раз заговорили о калориях и начали их подсчитывать.

Калория и калориметр

Раньше любой школьник знал, что такое калория: количество тепла, которое необходимо, чтобы нагреть один грамм воды на один градус. Термин «калория» (от латинского calor — тепло) ввел в научный оборот французский химик Николя Клеман (1779-1842). Его определение калории как единицы измерения тепла было впервые опубликовано в 1824 году в журнале «Le Producteur», а во французских словарях оно появилось в 1842 году. Однако задолго до появления этого термина были сконструированы первые калориметры — при­боры для измерения теплоты. Первый калориметр изобрел английский химик Джозеф Блэк и в 1759-1763 годах с его помощью определил теплоемкости разных веществ, скрытую теплоту плавления льда и испарения воды.

Изобретением Д. Блэка воспользовались знаменитые фран­цузские ученые Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794) и Пьер Симон Лаплас (1749-1827). В 1780 году они начали серию калориметрических экспериментов, которые позволили измерить Это понятие встречается еще в XVIII веке в трудах шведского физика Иоганна Карла Вильке (1732—1796), кото­рый занимался исследованием электрических, магнитных и тепловых явлений и задумывался об эквивалентах, в которых можно измерять тепловую энергию. Но термин «калория» (от латинского calor — тепло) появился значительно позже. В 1842 году его ввел в научный оборот французский химик Николя Клеман-Дезорм (1779—1842). Что, впрочем, не помешало Антуану Лавуазье и Пьеру Симону Лапласу изо­брести калориметр и провести первые калориметрические исследования в 1780 году.

Устройство, которое впоследствии начали называть кало­риметром, Лавуазье и Лаплас использовали, чтобы измерять количество теплоты, выделяющееся в различных физических, химических и биологических процессах. Тогда еще не было точных термометров, поэтому для измерения теплоты прихо­дилось идти на ухищрения. Первый калориметр был ледяным. Внутренняя полая камера, куда помещали объект, излуча­ющий тепло (например, мышку), была окружена рубашкой, заполненной льдом или снегом. А ледяная рубашка, в свою очередь, была окружена воздушной, чтобы лед не плавился под действием внешнего нагрева. Тепло от объекта внутри ка­лориметра нагревало и плавило лед. Взвешивая талую воду, стекавшую из рубашки в специальный сосуд, исследователи определяли теплоту, выделенную объектом.

Простенький, казалось бы, прибор позволил Лавуазье и Лапласу измерить теплоту многих химических реакций: сгорания угля, водорода, фосфора, черного пороха. Этими работами они заложили основы термохимии и сформули­ровали ее основной принцип: «Всякие тепловые изменения, которые испытывает какая-нибудь материальная система, переменяя свое состояние, происходят в порядке обратном, когда система вновь возвращается в свое первоначальное состояние». Иными словами, чтобы разложить воду на водород и кислород, надо затратить столько же энергии, сколько выделяется при реакции водорода с кислородом с образованием воды.

В том же 1780 году Лавуазье поместил в калориметр морскую свинку. Тепло от ее дыхания растапливало снег в рубашке. Потом последовали и другие эксперименты, ко­торые имели огромное значение для физиологии. Тогда-то Лавуазье высказал мысль, что дыхание животного подобно горению свечи, за счет которого в организме поддерживает­ся необходимый запас тепла. Он также впервые связал три важнейшие функции живого организма: дыхание, питание и транспирацию (испарение воды). Видимо, с тех пор и заго­ворили о том, что пища сгорает в нашем организме.

В XIX веке благодаря стараниям знаменитого французского химика Марселена Бертло (1827-1907), который опубликовал более 200 работ по термохимии, точность калориметрических методов сильно повысилась и появились более совершенные приборы, в том числе герметичная калориметрическая бом­ба. Она нам особенно интересна, потому что в ней можно В XIX веке появились более совершенные приборы — водяной калориметр и герметичная калориметрическая бомба. По­следний прибор нам особенно интересен, потому что в нем можно измерять теплоту, выделяемую при очень быстрых реакциях — горении и взрыве. Навеску сухого исследуемого вещества насыпают в тигель, помещают внутри бомбы и гер­метично закрывают этот сосуд. Затем вещество поджигают электрической искрой. Оно сгорает, отдавая тепло воде в окружающей его водяной рубашке. Термометры позволяют точно фиксировать изменение температуры воды.

Видимо, в похожем калориметре в тридцатых годах XIX века проводил первые опыты с пищей знаменитый немецкий химик Юстус фон Либих (1803—1873), который разделял идеи Лавуазье о том, что пища — это топливо для организма, как дрова для печки. Причем Либих назвал эти дрова: белки, жиры и углеводы. Он сжигал навески пищи в калориметре и измерял выделившееся тепло. На основании результатов этих опытов Либих вместе со своим коллегой Юлиусом фон Майером составил первые в мире таблицы калорийности про­дуктов питания и на их основе попытался рассчитать научно обоснованный рацион для прусских солдат.

Знаменитым последователем Юстуса фон Либиха стал американский агрохимик Уилбур Олин Этуотер (1844—1907). Он первым додумался измерять энергоемкость компонентов пищи и придумал схему подсчета калорийности любых про­дуктов питания. Ему не пришлось начинать с нуля. Три года (1869—1871) Этуотер провел в Германии, где изучал опыт европейских коллег-агрохимиков. Здесь он не только вдохно­вился идеями физиологической калориметрии, посеянными Либихом, но и освоил некоторые методики эксперимента.

Сегодня его называют отцом диетологии. «Большую часть сведений о пище и ее компонентах, которыми мы пользуемся сегодня, мы почерпнули из экспериментов Этуотера», — го­ворит Эрика Тэйлор, профессор химии Веслеанского кол­леджа в Коннектикуте, где в свое время работал У. О. Этуотер. Действительно, столь хорошо знакомые нам значения кало­рийности углеводов (4 ккал/г), белков (4 ккал/г) и жиров (9 ккал/г) впервые экспериментально получил Этуотер. Но и теперь, спустя сто двадцать лет, диетологи используют эти цифры при подсчете энергетической ценности продуктов питания. Система Этуотера по сей день лежит в основе маркировки продуктов. И в этом смысле, как верно подметил кто-то из журналистов, Уилбур Этуотер — самый цитируемый ученый в мире.

Основные факторы Этуотера

Как пишет американский антрополог Ричард Рэнгем в своей книге «Зажечь огонь: как кулинария сделала нас людьми», Этуотер мечтал устроить так, чтобы бедняки могли на свои скромные средства покупать достаточ­но еды, обеспечивая себя необходимой энергией. Для этого надо было понять, сколько калорий содержится в разных продуктах и сколько их нужно человеку, чтобы обеспечить энергией его жизнь. В то время наши сведения о составе про­дуктов были скудноваты. В 70-х годах XIX века еще не знали о витаминах, микроэлементах, антиоксидантах и их важности для организма. Значение кальция и фосфора признавали, но не понимали, какова их роль. Впрочем, Этуотер решал «энергетические» проблемы, а в то время уже точно знали, что энергию организму дают три основных компонента пищи: белки, жиры и углеводы. Здесь-то Этуотеру и понадобилась калориметрическая бомба. В ней он измерял, сколько тепла выделяется при полном сгорании точной навески типичных белков, жиров и углеводов. Конечно, есть различные белки, как, впрочем, жиры и углеводы. Но их теплотворная способ­ность внутри каждой группы различалась не сильно.

Однако одной теплоты сгорания недостаточно. Необходимо знать, сколько каждого из этих компонентов содержится в продуктах. Решение было найдено сугубо химическое. С по­мощью эфира Этуотер экстрагировал жир из измельченного кусочка пищи, вес которого ему был точно известен. А затем определял вес вещества (жира), перешедшего в эфир. Так можно было подсчитать содержание липидов в продукте. Кстати, этот же несложный метод применяют и в наши дни.

С белками пришлось повозиться, поскольку нет анализа, позволяющего определить общее количество белков в том или ином продукте. Однако Этуотер знал, что в среднем около 16% массы белка приходится на азот. Он придумал, как определять количество азота в пище, и через него рас­считывал содержание белка.

С углеводами похожая проблема: определять их общее со­держание в пище тогда не умели. Здесь выручила арифмети­ка. Этуотер сжигал навеску пищи и определял количество об­разовавшегося пепла, содержащего только неорганические вещества. Теперь не составляло труда определить общее содержание органики (исходный вес пищи минус пепел). Вычитая из этого значения массу жира и белка, Этуотер получал содержание углеводов.

Однако не вся съедаемая пища усваивается нашим ор­ганизмом. Сколько же проскакивает вхолостую? Это важно было знать и учитывать при оценке энергетической ценности продукта. Чтобы ответить на этот вопрос, Этуотеру пришлось обследовать фекалии людей, чей рацион питания был точно известен. По его расчетам оказалось, что в среднем доля неусвоенной пищи составляет не более 10%.

В результате всех этих экспериментов и расчетов, которые заняли не один год, Этуотер наконец провозгласил: энерге­тическая ценность белков и углеводов, съедаемых челове­ком, составляет 4 ккал/г, а жиров — 9 ккал/г. Эти магические цифры назвали факторами Этуотера, его подход — системой Этуотера. К 1896 году он разработал таблицы калорийно­сти. Именно ими пользовались составители справочника Министерства сельского хозяйства США «Национальная база данных питательных веществ» и справочника «Состав пищевых продуктов».

Система Этуотера оказалась на редкость универсальной и живучей. Достаточно сказать, что общие факторы и по сей день остаются неизменными. Но при этом система гибкая и открытая для разных дополнений и уточнений. Сам Эту­отер со временем добавил в свою схему спирт (7 ккал/г), обоснованно считая его калорийным источником энергии. Правда, после того, как ученый опубликовал результаты исследования, производители алкогольной продукции не­медленно ухватились за тезис «спирт дает много калорий человеческому организму» и стали активно использовать его в рекламе своей продукции. Это сильно огорчило Этуотера, и он посчитал необходимым каждый год обязательно читать студентам одну лекцию о вреде алкоголя и пользе умерен­ности во всем.

В ХХ веке биохимия питания развивалась чрезвычайно ак­тивно, позволяя исследователям получать все новые данные. Уже во второй половине прошлого столетия в систему внесли новые факторы для пищевых волокон (некрахмалистых полисахаридов). Известно, что эта группа веществ усваивается намного хуже углеводов, поэтому их энергетическая ценность была заметно ниже — 2 ккал/г. Удалось даже учесть энергию, которую расходует организм на производство мочи и газов.

В 1955 году общие факторы дополнили конкретными: белок яйца — 4,36 ккал/г, белок коричневого риса — 3,41 ккал/г и т. д. То же и с содержанием азота в белке: вместо среднего показателя в 16% стали использовать конкретные цифры — например, 17,54% для белка макарон и 15,67% для белка молока.

Впрочем, эффект от всех этих мелких уточнений оказался настолько мал, что многие диетологи по-прежнему исполь­зуют общие факторы Этуотера. Гораздо более серьезные проблемы этой системы связаны с другим.

Неучтенные факторы

Первый крупный недостаток заключается в том, что система Этуотера не учитывает расход энергии на пищеварение. Люди тратят на пищеварение, конечно, значительно меньше энергии, чем, скажем, змеи и рыбы. Но тем не менее эти траты заметны. За переваривание пищи нам приходится расплачиваться энергией. Легче всего переваривается жир, затем углеводы, хуже всего — белки. Чем больше доля белка в пище, тем выше расходы на пищеварение. Рэнгем в своей книге упоминает одно исследование 1987 года, кото­рое показало, «что люди, в рационе которых содержалось много жиров, получали такую же прибавку в весе, что и те, кто употреблял почти в пять раз больше калорий, но в виде углеводов».

Однако значение имеет не только химический состав продукта, но и его физическое состояние. Очевидно, что организм будет тратить больше энергии на переваривание сырой пищи, а не вареной, жесткой, а не мягкой, состоящей из крупных частиц, а не из мелких, холодной, а не горячей. Полу­чается, что калорийность пищи многократно обработанной, измельченной, пропаренной-проваренной и максимально размягченной выше, чем у приготовленной из тех же про­дуктов, но обработанной менее интенсивно.

Когда мы отправляемся в больницу навестить заболевше­го друга или родственника, мы приносим с собой куриный бульон и отварную куриную грудку, или паровые котлетки, или пюре… Не потому, что это вкусно и просто приготовить (кто-то не любит куриные грудки). А потому, что это самое нежное мясо у курицы, где практически нет соединительных тканей. Оно очень мягкое, поэтому легко усваивается, не отбирая у больного лишней энергии на переваривание (она пригодится ему для выздоровления) и давая при этом больше калорий. В этом смысле калорийность куриных грудок выше, чем куриных окорочков.

Хорошая иллюстрация к сказанному — известное ис­следование, выполненное японским ученым Киоко Ока с соавторами. Исследователи содержали 20 крыс в разных режимах питания: половине давали обычный гранулиро­ванный корм, над которым надо было потрудиться, чтобы его разгрызть, вторую половину животных кормили теми же гранулами, только вздутыми, как хлопья для завтрака. Усло­вия содержания животных и их нагрузки были одинаковыми. Казалось бы, как может повлиять способ приготовления пищи на рост животных? Еще как может.

Крысы перешли на рацион с разными гранулами в возрас­те четырех недель. На 22-й неделе различия стали заметны невооруженным глазом. Крысы, питавшиеся мягкой пищей, в среднем весили на 37 граммов (примерно на 6%) больше тех, кого кормили твердыми гранулами, а жира у них было больше в среднем на 30%, что уже классифицируется как ожирение. От мягкой, сильно переработанной пищи крысы толстели, потому что тратили значительно меньше энергии на пищеварение. Получается, что воздушные хлопья калорийнее твердых гранул.

Физическое состояние пищи — это ловушка для систе­мы Этуотера. Он полагал, и это заложено в его системе в качестве одного из основных факторов, что в организме не переваривается 10% пищи, которая выводится с фекалиями. Этуотер думал, что эта величина постоянная и не зависит от консистенции пищи. Возможно, в его времена не было бело­снежной муки невероятно тонкого помола. Но сегодня мы знаем, что именно эта мука усваивается на 100%. А если мы едим выпечку из муки крупного помола, то треть ее выводится из организма непереваренной.

У системы Этуотера есть еще один подводный камень, который можно назвать «биоразнообразием». Все мы очень разные, разные генетически, а значит — биохимически и метаболически. Сколько раз нам доводилось удивляться вол­чьему аппетиту худых людей, которые, несмотря на большие объемы поглощаемой пищи, не толстеют. А дело в том, что худые люди в норме затрачивают на пищеварение больше энергии, чем полные. Поэтому, съев пищу той же калорий­ности, полный человек прибавит в весе больше, чем худой.

Итак, в системе Этуотера не учтен весомый вклад, кото­рый вносят в калорийность пищи ее физические свойства и способы приготовления, наконец — метаболический портрет каждого из нас. А значит, мы не можем оценить с помощью этой системы реальную питательную ценность собственного рациона. На прилавках все больше калорий­ных продуктов, хотя они не выглядят таковыми, если судить по составу и заявленной калорийности на этикетках. Они вводят нас в заблуждение, потому что ничто из того, о чем мы говорили в этой главе, в этих надписях не учтено. А мы тем временем продолжаем толстеть от пищи, которую легко переваривать.

Можно ли все эти дополнительные, но столь важные факторы учесть в системе Этуотера? Чрезвычайно труд­но, если вообще возможно. Методически это невероятно сложная задача. Ведь потребуется провести гигантское количество экспериментов, чтобы получить реальные значения питательной ценности конкретных продуктов, учитывающие их консистенцию, способ приготовления, сочетания с другими продуктами и нашу биохимическую индивидуальность.

Обойдемся без калорий?

А сколько человеку нужно калорий? На этот вопрос, кото­рый поставил перед собой Этуотер в самом начале своих исследований, он смог дать исчерпывающий ответ. Вместе со своими коллегами по Веслеанскому колледжу Эдвардом Росой и Френсисом Бенедиктом он сконструировал специ­альную вентилируемую камеру-калориметр, в которой мог находиться человек, работать и отдыхать. Выделяемое им тепло определяли по разности температур воды, которая протекала через систему трубок, проложенных в камере, — на входе и на выходе. С ее помощью в 1896 году он начал исследовать, сколько энергии человек тратит в состоянии покоя, бодрствования и при разного рода деятельности, сколько потребляет кислорода и сколько производит угле­кислого газа. Объектами исследования в первую очередь становились его студенты.

На основании результатов этих измерений Этуотер впервые подсчитал баланс между энергией, поступающей в организм с пищей и расходуемой человеком. Он подтвердил, что и в человеческом организме работает закон сохранения энергии: она никуда не исчезает, а переходит из одной формы в дру­гую. Интересно, что до Этуотера в научных кругах бытовало мнение, будто первый закон термодинамики применим к жи­вотным, но никак не к человеку, поскольку человек уникален. Этуотер не только опроверг это заблуждение, но и впервые доказал: если человек не использует полностью энергию, поступающую в его организм с пищей, то она запасается в виде избыточных килограммов.

Этуотер изучал рационы огромного количества самых раз­ных семей разных слоев общества. Анализируя результаты, он с грустью отмечал, что люди все больше едят жирного и сладкого и все меньше двигаются. Уже тогда он говорил о важности дешевой и эффективной диеты, которая включает больше белков, бобов и овощей вместо углеводов.

Этуотер внес огромный вклад в науку о питании. Это не толь­ко результаты более 500 научных работ и полторы сотни статей. Он сумел добиться создания Федерального фонда США по исследованию пищи. В 1894 году впервые по законопроекту правительство США ассигновало десять тысяч долларов на исследования пищевых продуктов и рационов. Большую их часть выполнил Этуотер. Спустя сто лет федеральная под­держка этих программ возросла до 82 миллионов долларов. И он предвидел то, что мы начнем толстеть, потому что больше едим и меньше двигаемся. Предвидел в конце XIX века.

Калорийность и химический состав по-прежнему подсчи­тывают по системе Этуотера, пусть и подправленной в ХХ веке. Да, сегодня мы понимаем, что она дает грубые оценки. Но это лучше, чем ничего.

Судя по всему, скрупулезный подсчет калорий в магазине и ресторане теряет смысл. На что же ориентироваться? На простые правила, которые прошли испытание временем и не нуждаются в корректировке: быть умеренным в еде, больше двигаться, избегать фастфуда и сладких напитков, больше овощей и фруктов, самому готовить домашнюю еду из свежих продуктов. Все это вы знаете не хуже меня.

Но вот еще один аргумент, достойный внимания. Джуди Макбрайд из Научно-исследовательской сельскохозяйствен­ной службы Министерства сельского хозяйства США очень верно подметила: «Кто знает, сколько неизвестных компонен­тов, полезных и необходимых для нашего организма, мы еще не открыли или не заметили в пищевых продуктах? Именно поэтому крайне важно получать питательные вещества вместе со свежими натуральными продуктами, а не с витаминными добавками».

Напоследок предлагаю вам несколько правил (всего их 64), взятых из книги популярного американского журналиста Майкла Поллана «Библия питания», которую выпустило из­дательство «Астрель» в ушедшем году.

Правило 1. Ешьте настоящую еду, а не промышленные новинки.

Правило 8. Избегайте пищевых продуктов, которые рекла­мируют как полезные для здоровья.

Правило 13. Ешьте только то, что потом испортится.

Правило 20. То, что просунули в окно вашей машины, пищей не считается.

Правило 27. Ешьте животных, которые и сами хорошо питались.

Правило 29. Питайтесь как всеядное существо.

Правило 37. Чем белее хлеб, тем быстрее в гроб.

Правило 39. Ешьте что угодно, если вы приготовили это сами.

Правило 42. К нетрадиционным блюдам относитесь скеп­тически.

Правило 44. Платите больше, ешьте меньше.

Правило 47. Ешьте от голода, а не от скуки.

Правило 49. Ешьте помедленнее.

Правило 52. Покупайте маленькую посуду.

Правило 56. Перекусывайте только необработанной рас­тительной пищей.

Правило 57. Не заправляйтесь там же, где машины.

Правило 58. Ешьте только за столом.

Правило 59. Старайтесь не есть в одиночестве.

Правило 63. Готовьте сами.

Правило 64. Время от времени нарушайте правила.

Л.Стрельникова

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>