5.8: Храна и гориво

Цели на обучението

Разберете връзката между термохимията и храненето.

Термохимичните количества, които най-често ще срещнете, са калоричните стойности на храните. Храната доставя суровините, необходими на тялото ви, за да замести клетките и енергията, която ги поддържа да работят. Около 80% от тази енергия се отделя като топлина, за да поддържа температурата на тялото ви на устойчиво ниво, за да ви поддържа живи. Хранителните калории (с главна буква C), които виждате на етикетите на храните, са равни на 1 kcal (килокалория). Калоричното съдържание на храната се определя от енталпията на горене (ΔH гребен) на грам, измерено в бомбен калориметър, като се използва общата реакция

[храна + излишък; O_ (g) правоъгълник CO_ (g) + H_ O (l) + N_ (g) етикет]

Съществуват обаче две важни разлики между отчетените калорични стойности за храни и гребена ΔH на същите храни, изгорени в калориметър. Първо, гребенът Δ H, описан в джаули (или килоджаули), е отрицателен за всички вещества, които могат да изгорят. За разлика от това, съдържанието на калории в храната винаги се изразява като положително число, тъй като се съхранява енергия. Следователно,

[калоричен; съдържание = - Delta H_ етикет]

Второ, когато храната се изгаря в калориметър, всеки съдържащ се в нея азот (главно от протеин, който е богат на азот) се трансформира в N 2. Въпреки това в организма азотът от храната се превръща в урея [(H 2 N) 2 C = O], а не в N 2, преди да се екскретира. Гребенът ΔH на карбамид, измерен чрез бомбо калориметрия, е - 632,0 kJ/mol. Следователно изменението на енталпията, измерено чрез калориметрия за всяка храна, съдържаща азот, е по-голямо от количеството енергия, което тялото би получило от нея. Разликата в стойностите е равна на ΔH гребен на карбамид, умножен по броя на бенките карбамид, които се образуват, когато храната се разваля. Тази точка е илюстрирана схематично в следните уравнения:

[храна + излишък; O_ ляво (g дясно) 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.

Поради различния си химичен състав, хранителните продукти се различават значително по съдържание на калории. Както видяхме по-рано, например, мастна киселина като палмитиновата киселина произвежда около 39 kJ/g по време на горенето, докато захар като глюкозата произвежда 15,6 kJ/g. Мастните киселини и захарите са градивните елементи на мазнините и съответно въглехидратите, два от основните източници на енергия в храната. Диетолозите обикновено определят средни стойности от 38 kJ/g (приблизително 9 Cal/g) и 17 kJ/g (приблизително 4 Cal/g) за мазнини и въглехидрати, съответно, въпреки че действителните стойности за конкретни храни варират поради разликите в състава. Протеините, третият основен източник на калории в диетата, също варират. Протеините се състоят от аминокиселини, които имат следната обща структура:

Обща структура на аминокиселина. Аминокиселината съдържа аминна група (-NH2) и група на карбоксилна киселина (-CO2H).

В допълнение към компонентите на амин и карбоксилна киселина, аминокиселините могат да съдържат широк спектър от други функционални групи: R може да бъде водород (–Н); алкилова група (например, -СН3); арилова група (например -CH2C6H5); или заместена алкилова група, съдържаща амин, алкохол или карбоксилна киселина (Фигура (PageIndex)). От 20-те естествени аминокиселини, 10 са необходими в човешката диета; Тези 10 се наричат незаменими аминокиселини, защото телата ни не могат да ги синтезират от други съединения. Тъй като R може да бъде всяка от няколко различни групи, всяка аминокиселина има различен ΔH гребен. Обикновено се изчислява, че протеините имат средна ΔH гребен от 17 kJ/g (приблизително 4 Cal/g).