楊月欣（中國CDC營(yíng)養與食品安全所，北京 100050） 100多年以前Atwater 和 Bryant [1].以食物燃燒熱為根據， 參考人體實(shí)際的食物成分消化吸收率，確定了蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物（CHO）的能量換算系數（蛋白質(zhì)為4、脂肪為9、碳水化合物為4kcal/g）。自此以來(lái)， Atwater能量換算系數被廣泛引用。 1985年FAO/WHO相關(guān)專(zhuān)家委員會(huì )確認作為食物標準系統國際法定應用的定義和數據， 能量換算系數也因此在各國營(yíng)養學(xué)、食品界等廣泛應用至今。
Atwater的能量換算系數的應用， 不但提供了食物能量和蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物之間的理論依托，也解決了對食物能量直接測定所帶來(lái)的經(jīng)濟問(wèn)題。 百年過(guò)去，隨著(zhù)科學(xué)研究的進(jìn)步和技術(shù)手段的發(fā)展，Atwater能量系數在理論上的漏洞和實(shí)際應用中的缺憾也隨年代的久遠被逐漸發(fā)現。
Atwater 的缺憾：
一方面， 世界范圍內食物的廣泛和多樣性，以及食物成份在不同的食物中的不同組合，使得蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物的消化吸收不同， 用統一的數值4、9、4難以覆蓋復雜的食物科學(xué)；特別隨著(zhù)對碳水化合物的認識的不斷提高， 人們認識到并非所有的CHO都給機體提供相同的能量， 不同的CHO有不同的消化吸收率、不同的消化吸收速率，不能用數值4統一到一個(gè)能量數值上。 而且以前認為的“不可利用”的CHO經(jīng)腸道菌發(fā)酵， 也可產(chǎn)生短鏈脂肪酸并提供能量。 如有研究報道淀粉中還有一些不被消化的“抗性淀粉”亞類(lèi)， 其能量系數為2.5， 而膳食纖維和不消化寡糖的能量 以前是忽略不計的，異麥芽低聚糖為2.4 。 顯然，簡(jiǎn)單地用4kcal/g (16.7kJ/g)的能量系數換算種類(lèi)復雜的膳食CHO的能值是不科學(xué)的。 其次， 隨著(zhù)食品加工業(yè)的發(fā)展， 眾多食物新資源和新型的食品添加劑被利用， 如脂肪的替代物、膳食纖維或纖維替代物等， 100年前制定的Atwater能量系數難以完成對此的計算。 當然，食物的能量是基于蛋白質(zhì)、脂肪和CHO的能量計算而來(lái)， 每一個(gè)分析測定數據的小小不準確，都可能造成食物總能量誤差的放大。
現實(shí)中的混亂：
因此，在近年來(lái)食物成分數據庫和食品營(yíng)養標簽中的能量計算， 各國科學(xué)家常常按照自己的理解對Atwater 能量系數進(jìn)行修正以避免誤差。 如英國和新西蘭在計算CHO時(shí)，使用加法。美國、日本、韓國、泰國、菲律賓、越南和中國使用的是減差法。而德國、意大利多數食物的CHO是利用加法得來(lái)的，部分食物的CHO又是利用減法計算得來(lái)。這兩種計算方法的誤差，表現在能量上，前者容易偏小于實(shí)際值，而后者偏大于實(shí)際值。顯然，通過(guò)上述不同方法計算而得能量數值是不具有可比性的。 當食物膳食纖維含量越高，食物能量換算結果偏差就越大。
表1 各國碳水化合物的計算方法
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國 別 |
方 法 |
計 算 公 式 |
|
美、日、韓
泰、菲律賓 |
減差法 |
碳水化合物 ＝ 100 —（水分 ＋ 蛋白質(zhì) ＋ 脂肪 ＋ 灰分） |
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中國、越南 |
減差法 |
碳水化合物 ＝ 100 —（水分 ＋ 蛋白質(zhì) ＋ 脂肪 ＋ 灰分 ＋ 膳食纖維 ） |
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德 國 |
加 法 |
碳水化合物 ＝ 單糖 + 寡糖 + 多糖等（多用） |
|
減差法 |
碳水化合物 ＝ 100 —（水分 ＋ 蛋白質(zhì) ＋ 脂肪 ＋ 灰分 ＋ 膳食纖維 + 有機酸 ） |
|
意大利 |
加 法 |
碳水化合物 ＝ 單糖 + 寡糖 + 多糖等（多用） |
|
減差法 |
碳水化合物 ＝ 100 —（水分 ＋ 蛋白質(zhì) ＋ 脂肪 ＋ 灰分） |
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英國、新西蘭 |
加 法 |
淀粉 + 糖 |
美國通過(guò)人體實(shí)驗結果矯正的Atwater系統中可利用CHO (available carbohydrate)和不可利用CHO（unavailable carbohydrate）的能量系數分別為15.7kJ/g和8kJ/g。而且，美國、韓國還使用了特定食物的Atwater凈能量系數，反映了不同類(lèi)別的食物在提供能量方面的差異，能夠較準確地估計實(shí)際可利用的能量的數值。如蔬菜及其制品類(lèi)，其蛋白質(zhì)的能量換算系數在2.0～3.7kcal/g（不是4）之間，脂肪的能量換算系數在8.37～8.9kcal/g（不是9）之間，CHO的換算系數在3.3～4.07kcal/g之間。英國和新西蘭使用加法計算CHO，并以單糖形式來(lái)表達，其使用的能量換算系數為3.75kcal/g。
食物蛋白質(zhì)的含量也是影響能量數值的一個(gè)原因， 雖然在使用食物蛋白質(zhì)換算系數中各國也有不
同，但比CHO上的分歧畢竟要小得多。
有研究顯示， 同一類(lèi)食物各國能量數值差別在20%~30%。因此帶來(lái)的是食物能量評價(jià)和攝入量計算中的差距和無(wú)可比性（見(jiàn)表2）。
表2 各國使用的食物凈能量系數
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國 別 |
能量換算系數（ kcal/g ） |
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蛋白質(zhì) |
脂 肪 |
碳水化合物 |
酒 精 |
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美 國 |
特定 |
特定 |
特定 |
6.93 |
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英 國 |
4 |
9 |
3.75 （加法） |
7 |
|
德 國 |
4 |
9 |
4 （加法和減法） |
7 |
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意大利 |
4 |
9 |
3.75 （加法） |
7 |
|
4 （減差法） |
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新西蘭 |
4 |
9 |
4 |
7 |
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韓 國 |
特定 |
特定 |
特定 |
— |
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日本、泰國、菲律賓 |
4 |
9 |
4 |
— |
|
中國、 |
4 |
9 |
4 |
7 |
能量評價(jià)的新概念
90年代初Livesey等提出了一個(gè)新的概念：凈代謝能量系統（net metabolisable energy system， NME）并在2002年12月份的FAO/WHO專(zhuān)門(mén)會(huì )議上進(jìn)行了討論。 他們用雙標水示蹤技術(shù)等新手段，研究了能量在機體內的利用和消耗流向， 對食物能量的攝入和消耗、機體能量平衡提出了不同的認識。凈代謝能對Atwater能量理論兩個(gè)最主要的懷疑是： 1）Atwater的能量代謝（Energy Metabolisable ，ME）定義中， 估計的人類(lèi)能量需要是基于能量攝入和消耗對等的原則（1985，
WHO）， 但是現在的能量平衡并沒(méi)有計算上食物成分在吸收和代謝中的熱量消耗和生成的新能量， 因此理論上是不相等的。 2）CHO的研究進(jìn)展使人們認識到以前認為的“不可利用的CHO”也能在結腸細菌的幫助下產(chǎn)生能量， 這些物質(zhì)的能量系數即不可用4，也不可為0， 眾多的研究實(shí)驗室已經(jīng)得出不同CHO的實(shí)際能量值。 對可利用的CHO平均為15.7kJ/g、不可利用的CHO 是6.2kJ/g的能量系數[3]。
Atwater 的ME系統和Livesey 的NME系統的概念的主要區別用下式表示：
攝入的食物能量
---------糞，尿，氣體和表皮能量支出
代謝能 （ME ）
-------------食物熱效應的能量消耗 （ dHE ）
凈代謝能 (NME)
可以看出， 當 食物的生熱效應為0的時(shí)候（如膳食成分全部是100%可利用的）， ME=NME。但這
樣的情況是不多見(jiàn)的。目前NME system 已在歐洲和其它一些國家的食品標簽和食物數據庫中得到了應用。
展 望
在全球范圍內統一使用一套食物能量換算系統和表達方式是眾望所歸。 統一的標準不但是國際貿易的需要，也是科學(xué)評價(jià)各國食物和人體營(yíng)養學(xué)狀況的必需手段和提高數據可比性的唯一途徑。
但無(wú)論統一使用Atwater系統或者Livesey系統， 都需要各國營(yíng)養學(xué)專(zhuān)家不懈的努力和研究數據的支持和不斷完善。希望這個(gè)關(guān)系重大的營(yíng)養學(xué)問(wèn)題早日確定和解決。
參考文獻：
[1] Atwater WO and Bryant AP. The Availability and Fuel Value of Food Materials. Conn. (Storrs) Agricultural Experimental Station 12th Annual Report 1899. Connecticut, Storrs. 1900: 73-110
[2] Livesey G. A Perspective on Food Energy Standards for Nutrition Labelling, Br J Nutr, 2001, 85: 271-287
[3] Livesey G. Analytical Issues in Food Energy and Composition, Energy in Food
Labelling-Including Regulation and Trade Issues, Energy Background Paper - No. 2 Revised
Prepared for the FAO/WHO/UNU Working Groups on Energy and Protein in Human Nutrition
June 27-July 5, 2001
