Kalorie

Kalorie (von lat. calor, Wärme) ist eine früher verwendete Einheit der Energie, insbesondere der Wärmemenge W. Sie wurde durch das Joule abgelöst. Das Einheitenzeichen der Kalorie ist cal. Oft werden inbesondere Brennwerte von Nahrungsmitteln nach wie vor zusätzlich zu der Angabe in Joule in Kilokalorien angegeben. Die Angabe von physikalischen Einheiten auf Handelsprodukten innerhalb der EU hat rechtlich in physikalischen Einheiten des Internationales Einheitensystem zu erfolgen, weshalb die Angabe in Kilokalorien nur unverbindlich und zusätzlich erfolgt.

Bei Lebensmitteln wird, besonders in der Werbung, fälschlich oft von Kalorien gesprochen, obwohl Kilokalorien (kcal) gemeint sind.

Definition

Während die SI-Einheit Joule eindeutig festgelegt ist, wurden für die Kalorie unterschiedliche Werte für den Energiebetrag einer Kalorie definiert. Zwar sind die Abweichungen dieser unterschiedlichen Festlegungen im Bereich von Lebensmittel tolerierbar, nicht aber wenn mittels Kalorien genaue Energiemengen ausgedrückt werden sollen und dabei nicht angegeben wird, auf welche der Definitionen sich eine bestimmte Kalorienangabe bezieht.

In den folgenden Tabellen sind einige Definitionen für die Kalorie samt deren Umrechnungsfaktoren angegeben:

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Darüber hinaus sind einige weitere Definitionen für die Kalorie verwendet worden:

die Wärmemenge, die bei normalem atmosphärischen Druck von 1013,25 hPa benötigt wird, um 1 Gramm Wasser von 14,5 °C auf 15,5 °C zu erwärmen,
die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 Gramm Wasser von 4 °C auf 5 °C zu erwärmen,
die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 Gramm Wasser von 19,5 °C auf 20,5 °C zu erwärmen,
die durchschnittliche Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 Gramm Wasser zwischen 0 °C und 100 °C um 1 Kelvin zu erwärmen.

Darüber hinaus gibt es andere Definitionen welche den Zahlenwert der Kalorie im Verhältnis zu einer anderen Maßeinheit spezifizieren:

Im Jahr 1929 wurde auf der International Steam Table Conference in London eine Internationale Kalorie als 1/860 einer Internationalen Wattstunde definiert. Mit der Einführung des absoluten Einheitensystems für elektrische Maßeinheiten änderte sich dieser Wert auf 1/859,858 Wattstunden (etwa 4,18674 J)
Die thermochemische Kalorie wurde 1953 vom National Bureau of Standards der Vereinigten Staaten als 4,184 J definiert,
Auf der Fifth International Conference on the Properties of Steam 1956 in London wurde eine Internationale Kalorie als 4,1868 J festgelegt. Die Zahl wurde gewählt, weil sie einfach durch 9 teilbar war und somit Umrechnungen zwischen den kg - °C- und Btu/Pound - °F-Systemen erleichterte.

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Umrechnung

Hier die Umrechnung Kalorie in Joule und zurück für die wichtigsten Definitionen:

1 cal_INT: = 4,1867 J (1 J = 0,23885 cal_IT)
1 cal_th: = 4,184 J (1 J = 0,23901 cal_th)
1 cal₁₅: = 4,18580 J (1 J = 0,23890 cal₁₅)

Beispiele

Eine Kilokalorie entspricht der Menge an Energie, die notwendig ist, um ein Kilogramm Wasser um ein Grad Celsius zu erwärmen.

Somit dient dieser Wert auch als feste Konstante = Wärmekoeffizient (K-Wert) in der Wärmelehre Wasser = 4,19 K

Beispiel: 1 Liter Mineralwasser von Kühlschrank-Temperatur (7 °C) auf Zimmertemperatur (20 °C) zu erwärmen, erfordert einen Energieaufwand von 13 Kilokalorien (kcal) oder 54,4 kJ oder 0,015 kWh.

Brennwert Beispiel: Der Brennwert einer Tafel Schokolade (530 Kilokalorien) würde ausreichen, um 530 Liter Wasser um 1 °C zu erhitzen

Anwendung in der Ernährungslehre

In der Ernährungslehre wurde früher die Kalorie zur Angabe des Brennwerts von Lebensmitteln verwendet, heute dagegen hauptsächlich Joule. In Tabellen findet man oft beide Angaben. Wesentlich ist bei diesen Angaben, dass die Energieangabe auf Lebesmitteln nur jenen Energiewert darstellt, den der menschliche Körper durch ablaufende chemische Reaktionen (Stoffwechsel) mittels seiner Verdauung gewinnen kann.

Bezug auf den menschlichen Organismus

Die Angabe des Brennwertes von Lebensmittel beachtet bestimmte Energieanteile nicht, wie beispielsweise die thermische Energie welche von der Temperatur abhängt. So kann der menschliche Körper aus Wasser keine für den Stoffwechsel direkt verwertbare Energie gewinnen. Dieses Lebensmittel weist daher für den Menschen immer 0 Kalorien auf. Dies auch dann wenn Wasser erwärmt wurde und daher eine größere Energiemenge (mehr Kalorien) gespeichert hat als kaltes Wasser (weniger Kalorien). Die Kalorie wird aber wie oben dargestellt gerade sehr oft durch die Erwärmung von Wasser ausgedrückt, was aber im Kontext zur Ernährungslehre keine Bedeutung hat.

Auch andere Lebewesen, wie beispielsweise Bakterien oder auch Wiederkäuer können aus verschiedenen chemischen Substanzen durch vom Menschen unterschiedliche Stoffwechselvorgänge unterschiedlichen Energiewerte (Brennwerte) gewinnen. So ist Zellulose für den Menschen unverdaulich und weist für ihn daher eine Energiemenge von 0 Kalorien auf. Diese Stoffe werden im menschlichen Verdauungssystem auch als Ballaststoffe bezeichnet. Hingegen können Wiederkäuer durch eine andere Verdauung aus Zellulose Energie für ihren Stoffwechsel gewinnen. Die Kalorienangaben auf Lebensmittel sind daher immer nur im Bezug zu den Besonderheiten des menschlichen Stoffwechsel zu sehen.

Begriff des Brennwertes in der Ernährungslehre

Der Begriff des Brennwertes für Lebensmittel ist nicht im direkten Wortsinn zu verstehen, denn Lebensmittel werden im Organismus nicht verbrannt. Der Begriff der Kalorie und des damit verknüpften Brennwertes entstand vor dem 20. Jahrhundert und diente dazu den Energieumsatz primär von Dampfmaschinen durch Erwärmung von Wasser zu beschreiben. Zur Erwärmung dienen dabei Verbrennungsvorgänge (Oxidationen) von entsprechenden Brennmaterialien wie Holz oder Kohle. Aus diesem Kontext leitet sich auch der Begriff der Kalorie ab. Hingegen haben Lebewesen wie auch der Mensch eine gänzlich andere Art der Energiegewinnung als Dampfmaschinen: Lebensmittel werden nicht verbrannt und die thermische Ausdehung zur Gewinnung einer mechanischen Arbeit ausgenutzt, sondern Lebensmittel werden durch den Stoffwechsel in den Zellen in chemisch deutlich komplexeren Vorgängen umgewandelt. Ein Großteil dieser Umwandlungen und Energiegewinnungen läuft in mehreren, zeitlich versetzten Stufen ab, eine Abwärme fällt dabei nur zu einem geringen Grad an. Auch ist der Wirkungsgrad dieser Energiegewinnung deutlich höher als wie bei der thermischen Energiegewinnung und dessen oberen Schranke im Carnot-Prozess - vor allem wenn man die geringe Temperaturdifferenz zwischen Körpertemperatur von 37°C und den üblichen Umgebungstemperaturen von 20°C betrachtet. Daher ist der Begriff des Brennwertes für Lebensmittel nur im übertragenen Sinn zu verstehen.

Kilokalorie und Kalorie

Oft wird im Ernährungsbereich fälschlicherweise die Bezeichnung "Kalorie" anstelle von "Kilokalorie" benutzt. So meint man mit der Aussage: "Ein Gramm Fett enthält 9,3 Kalorien" eigentlich 9,3 kcal, also 9300 Kalorien. Dieses rührt wahrscheinlich von der Definition einer "Kilogramm Kalorie" (kilogramm calorie, Einheitenzeichen C) im amerikanischen Raum her. Diese Einheit ist dort jedoch auch veraltet. Möglich ist auch eine Sprachänderung durch Verkürzung (Auslassung des ersten Teils), die dadurch zustande kam, dass "Kilo" nicht mehr als Modifikator der Maßeinheit wahrgenommen wurde und "Kalorie" werbewirksamer ist als "Kilokalorie".

In Fernsehsendungen wird häufig die richtige Bezeichnung "kcal" angezeigt, während im Beitrag von "Kalorien" gesprochen wird. Im allgemeinen sind diese Fehler allerdings aufgrund des Größenfehlers von drei Zehnerpotenzen leicht zu erkennen.

Kalorienverbrauch

Diejenige Energiemenge, die der menschliche Körper pro Tag bei völliger Ruhe zur Aufrechterhaltung seiner Funktion benötigt, wird als Grundumsatz bezeichnet und beträgt ca. 70 kcal/h (Etwa eine kcal/h pro kg Körpergewicht). Die Energiemenge die ein Mensch pro Tag umsetzen kann liegt im Bereich von rund 1 Mcal/Tag bis 4 Mcal/Tag. Dies entspricht einem Bereich der mittleren Leistung von rund 50 W bis rund 200 W. Der Energieumsatz ist dabei stark von der jeweiligen Person, deren körperlichen Größe, Kondition und deren körperlicher und geistiger Aktivität abhängig. Das menschliche Organ mit dem größten Energieverbrauch ist das Gehirn.

Kalorienverbrauch bei verschiedenen Tätigkeiten:

Tätigkeiten	Verbrauch in kcal/h
Liegen	68
Sitzen (mit anlehnen)	71
Sitzen	72
Stehen (unanstrengend)	75
Stehen (straff)	78
Gehen (eben - ca. 3,6 km/h)	210
Gehen (eben - ca. 6 km/h)	350
Fahrradfahren (mit ca. 15 km/h)	380
Schwimmen	640
Joggen	750

Kalorientabelle

Grundkomponenten (100 g)	Brennwert in kcal
Kohlenhydrate -1	410
Protein	410
Fett	930
Alkohol (Ethanol)	710
Säuren (organisch) -z. B. Essigsäure	300

-1: Zucker, Fruchtzucker, Stärke

Nahrungsmittelkategorien (100 g)	Brennwert in kcal
Brot	190 - 250
Nudeln, Reis	350
Kartoffeln, Mais, Bohnen, Linsen (trocken)	75 - 95
Gemüse (roh)	25 - 40
Fleisch (roh)	100 - 170
Fisch (roh)	80 - 200
Hühnerei	150
Öle	820 - 910
Bienenhonig	332
Kakao (schwach entölt)	450
Milch (abhängig vom Fettgehalt)	46 - 64
Cola/Limonade	45 - 60
Fruchtsaft	40 - 55
Obst/Beeren	45 - 65
Banane	95
Nüsse	500 - 630
Knabbereien	400 - 500
Kuchen	300 - 450
Vollmilchschokolade	560
Fruchtgummi (Gummibärchen)	300 - 350

Hinweis: Die Schwankungen der kcal innerhalb einer Kategorie sind teilweise noch wesentlich größer. Es handelt sich hierbei um einen groben Überblick, bezogen auf gängige Lebensmittel. Beachtet werden muss außerdem, dass der Brennwert teilweise auf Grund der Herstellung, Verarbeitung und Reifegrad der Naturprodukte stark schwanken kann. Außerdem ist der konkrete Brennwert auch von Mensch zu Mensch verschieden, da die Verdauung nicht bei jedem Menschen exakt die gleiche Energiemenge aus einem bestimmten Lebensmittel gewinnt.

Kalorienverbrauch als Wohlstandsindikator

Durch den Kalorienverbrauch pro Kopf lässt sich ermitteln, wie gut z. B. die Ernährungslage in einem Land ist. Deshalb ist der Kalorienverbrauch ein Wohlstandsindikator zur Klassifizierung von Entwicklungsländern.

Negative Kalorien

Von manchen Lebensmitteln wird behauptet, sie hätten negative Kalorien, d. h. bei ihrem Verzehr würde der Körper mehr Energie für die Verdauung verbrauchen als er aus ihnen aufnimmt. Je mehr man also äße, desto mehr nähme man ab. Diese Eigenschaft wird vor allem diversen Obst- und Gemüse-Sorten zugesprochen, etwa Äpfeln, Spargel oder einigen Kohlsorten.

Obgleich dieses theoretisch denkbar wäre, so gibt es jedoch keine seriösen wissenschaftlichen Studien, die darauf hindeuten. Es ist vielmehr zu vermuten, dass der Verzehr dieser Lebensmittel ebenfalls dem Körper mehr Energie zuführt als er ihm abverlangt; es kann aber zu „gefühlten“ negativen Kalorien dadurch kommen, dass diese Lebensmittel andere, energiereichere Lebensmittel ersetzen und dadurch der ohnehin vorhandene Grundumsatz die aufgenommenen Kalorien überwiegt.

Als Beispiel für „negative Kalorien“ wird auch kaltes Wasser genannt, weil der Körper Energie aufbringen muss, um das getrunkene kalte Wasser auf Körpertemperatur zu erwärmen. Ein Liter 7 °C kaltes Wasser entzieht dem Körper rein rechnerisch 30 kcal (37 - 7 = 30). Doch der Körper muss diese Wärmemenge normalerweise nicht zusätzlich erzeugen sondern kann die Wärmeabgabe an die Umgebung um denselben Betrag reduzieren, indem er die Durchblutung der äußeren Hautschichten verringert (siehe Thermoregulation#Körperkern und Körperschale). Nur wenn das nicht ausreicht, um die Körpertemperatur zu halten, also bei Unterkühlung, ist ein nennenswerter Mehrverbrauch zu erwarten.

Kaloriat

Der Ausdruck lehnt sich an Proletariat / Prekariat an und bedeutet: Übergewicht aufgrund der billigen, schlechten Ernährung armer Menschen.

Siehe auch

Weblinks