郭軍 、楊月欣（中國CDC營(yíng)養與食品安全所食物營(yíng)養評價(jià)室，北京 100050） 2002年12月FAO/WHO/UNU召集了聯(lián)合咨詢(xún)專(zhuān)家委員會(huì )和各國相關(guān)專(zhuān)家，在羅馬組織進(jìn)行了“食物能量分析方法和表達模式技術(shù)工作會(huì )議”（Technical Workshop on Methods of Analysis and Modes of Expression of the Energy Content of Foods）。會(huì )議著(zhù)重討論了由Livesey 等提出的一套新的食物能量換算系統（NME系統），以及在全球范圍內統一應用的可能性問(wèn)題。會(huì )議準備了將近一年，使各方都有充分的準備，爭論也早在會(huì )議之前在FAO的專(zhuān)門(mén)網(wǎng)站和以通訊的方式進(jìn)行了。
1 NME系統提出的背景
同其它食物營(yíng)養成分的一樣，食物營(yíng)養標簽能量值的計算、標識和每日攝取量基準的推薦，無(wú)論對消費者（尤其是對那些想控制體重的人群），還是對食品企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和貿易，以及對科學(xué)研究和健康教育、醫學(xué)臨床實(shí)踐，都十分重要。在發(fā)達國家食物能量的評價(jià)早已引起足夠的重視，也成為世界各國和聯(lián)合國食品技術(shù)標準和規范不可缺少的內容。
FAO/WHO在1985年確定了Atwater能量評價(jià)系統（Atwater′s General System）的系數為碳水化合物4 kcal/g(17kJ)、脂肪9 kcal/g(37kJ)、蛋白質(zhì)4 kcal/g(17kJ)、乙醇7 kcal/g(29kJ)，1993年修訂的《食品法典》(Codex Alimentarius, compact format,p33)僅增加了有機酸的能量系數,3kcal/g(13kJ)。目前許多國家使用這套系數來(lái)計算“食品標簽”和“食物成分表”中的能量值。理論上，現行的Atwater 食物能量換算系數是以食物物理燃燒能為基礎，再考慮食物能量的消化吸收率，扣除尿氮后所剩的代謝能（Metabolisable Energy， ME）推算制訂的，因此也稱(chēng)食物代謝能為基礎求導能量換算系數的系統（Metabolisable Energy Conversion Factors Derivation System），簡(jiǎn)稱(chēng) ME 系統。
但是，隨著(zhù)科學(xué)家們對蛋白質(zhì)、碳水化合物（CHO），尤其是膳食纖維、糖醇和抗性淀粉在機體中消化吸收率和能量利用率認識的更新和加深，新型低能量食品和糖、脂肪替代添加劑的開(kāi)發(fā)應用所帶來(lái)的能量系數空白，使現行的Atwater食物能量評價(jià)系統的科學(xué)性和權威性受到了質(zhì)疑和挑戰。事實(shí)上，目前世界各國在能量計算方面是比較混亂的，對蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和乙醇使用ME系統求導的能量系數來(lái)?yè)Q算能量值，而用NME系數來(lái)?yè)Q算新型食物成分，如糖醇和葡聚糖的能量（FAO/WHO無(wú)推薦數據，Codex Alimentarius 中也無(wú)規定）。不過(guò)目前完全采用NME系統能量系數的國家極少。這種現象充分提示1985年FAO/WHO認定或提供的能量系數并不能滿(mǎn)足各個(gè)領(lǐng)域的需要，因此不少營(yíng)養學(xué)家們，按他們對人體能量代謝的理解及一些對食物能量的實(shí)際檢測結果來(lái)求導或制訂能量系數，用于“食物營(yíng)養標簽”和《食物成分表》。這樣一來(lái)造成各國食物成分表、食品標簽上標注的食物能量值沒(méi)有可比性，給應用者如研究人員、醫生、營(yíng)養師和消費者以及食品生產(chǎn)和國際貿易帶來(lái)了不便和困惑。
目前，包括NME系統在內，全球至少在使用4種食物能量評價(jià)系統和系數 [1]。
（1）傳統ME系統
MEATW = 17 kJ/g 蛋白質(zhì) + 37 kJ/g 脂肪 + 17 kJ/g 總的碳水化合物 .......①
即Atwater 食物能量換算系數和公式，FAO/WHO1985年推薦，1993仍然確認繼續使用。
（2）食物特異性能量系數系統
這個(gè)系統對不同的類(lèi)別的食物原料（如谷類(lèi)、蔬菜類(lèi)）、加工食品（如快餐）采用特定的能量系數。如美國食物成分表就采用這種能量評價(jià)系統，例如蛋白質(zhì)的能量系數，在蛋類(lèi)為4.36 kcal/g、乳及乳制品4.27 kcal/g、大豆和大豆面3.47 kcal/g、多種食物的混合膳食 1.83 kcal/g;蔬菜及制品蛋白質(zhì)的能量換算系數在2.0～3.7kcal/g之間[4]。美國的有關(guān)專(zhuān)家認為這個(gè)系統比Atwater系統更精確，但應用和計算較繁瑣，與其它國家數據無(wú)可比性。
（3）實(shí)驗測定或總能量為基礎的能量評價(jià)系統（empirical or gross energy-based system）
這個(gè)系統的系數是建立在每種食物實(shí)驗檢測的基礎上，并且每次要測定被檢食物的燃燒熱作為一個(gè)必要的參照指標。這個(gè)系統試圖擯棄Atwater系統的機械性，其推行者們認為對所有食物中同一種營(yíng)養素采用一成不變的系數是不科學(xué)的，食物各成分之間的能量吸收利用存在內在聯(lián)系和相互影響。
（4）修訂/改進(jìn)的ME系統能量系數和公式
MEMOD = 16.7 kJ/g 蛋白質(zhì) + 37.4 kJ/g 脂肪 + 15.7 kJ/g 可利用的碳水化合物 + 8 kJ/g 不可利用的碳水化合物........................②
這個(gè)公式中采用了近年來(lái)對碳水化合物分類(lèi)及消化吸收率和大腸發(fā)酵特點(diǎn)的研究認識成果，將碳水化合物劃分為可利用和不可利用（不在小腸內消化吸收，但在大腸內發(fā)酵，產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可給機體提供能量）兩部分，分別采用約4kcal/g（15.7 kJ/g）和1.9kcal/g(8 kJ/g)的能量系數。
（5）Livesey 提出的NME系統（如對一般膳食的通用能量系數和計算式）
NME = 13.3 kJ/g 蛋白質(zhì) + 36.6 kJ/g 脂肪 + 15.7 kJ/g 可利用的碳水化合物 + 6.2 kJ/g 不可利用的碳水化合物 .....................③
FAO/WHO確定的Atwater能量換算系數并沒(méi)有限制住科學(xué)界對食物能量的繼續思考，他們也不滿(mǎn)足于能量系數經(jīng)驗性求導或矯正的方式，而是從根本上對用食物代謝能（Metabolisable energy, ME）理論產(chǎn)生了懷疑。
2 NME食物能量評價(jià)系統
上世紀90年代初，Livesey等用雙標水示蹤技術(shù)等新手段，研究了能量在機體內的流程，對食物能量的消耗、機體能量平衡和凈能量系數提出了不同的認識。重新定義了凈代謝能（net metabolisable energy, NME）的概念，將NME定義為最大限度轉化為ATP的那部分食物能量，也就是人體真正可有效利用的食物能量，與機體能量需要（消耗）相互平衡的能量。他們認為估算與人體能量的需要相平衡的食物能量時(shí)應該去除食物的各種必然生熱作用，如轉化ATP時(shí)的損失等。因此食物能量換算系數應該由NME求導。ME包含了各種與機體能量需要無(wú)關(guān)的熱能消耗，與機體的實(shí)際能量需要不平衡，因此求導食物的能量系數勢必造成偏差，從根本上是錯誤的。他們對能量在機體內的轉移流程的理解如圖1所示，對能量在機體內的消耗和利用在一些地方同以往的認識存在不同和爭議。為避免與源自《動(dòng)物營(yíng)養學(xué)》領(lǐng)域的凈能（net energy, NE）概念混淆，Livesey等建議停止使用NE的概念。
由此Livesey等建立了以?xún)舸x能為基礎的能量系數求導系統（NME system）[1]，并認為應該用NME系統替代和統一食物能量評價(jià)系統。總之，其主要理由可總結為兩方面：
（1）客觀(guān)理由，如前文所述，能量評價(jià)系統和方法需要統一，需要合理化、科學(xué)化。尤其是新型食物添加劑、脂肪和糖的替代物的能量系數需要制訂，能量值合理計算和標識勢在必行。
（2）在理論上，Livesey等認為代謝能（ME）并沒(méi)有被機體有效地利用，而凈代謝能才是最大限度地被機體有效利用的能量，因此ME到NME的轉化率kee（kee = NME/ME）是求導食物能量換算系數的重要參數。NME能量系數可由下面的公式求導：
NME = P·(ΔH — Up)·D ·kee + F·ΔH·D ·kee + AC·ΔH·D ·kee +DF·ΔH·D·kd·kee
公式中P 代表蛋白質(zhì)，F 代表脂肪，AC代表可充分利用碳水化合物，DF代表膳食纖維；D 代表每一種供能營(yíng)養素各自的消化率，ΔH表示每一種營(yíng)養素各自的物理燃燒熱，Up 是尿氮損失的能量；kee 即每一種營(yíng)養素的ME轉化為NME的系數，據Livesey，數值可由ATP的產(chǎn)量推算，kd 不消化的碳水化合物在大腸發(fā)酵時(shí)能量的吸收率系數，是吸收的短鏈脂肪酸能量與碳水化合物糞能及可燃氣體能之和的比值；式中NME 可以通過(guò)試驗檢測的方法確定。
目前Livesey報道的結果見(jiàn)前文公式（3），是用于計算一般膳食能量值的公式和系數。NME系統也提供了各種食物成分的單獨能量系數，用于某種成分異常高的食物或膳食能量值的計算。見(jiàn)附表2。
Livesey等提出的NME系統充分體現或強調了代謝能的利用效率。膳食纖維和蛋白質(zhì)的能量系數明顯低于傳統和矯正的ME系統，他們認為機體對蛋白質(zhì)能量利用率實(shí)際沒(méi)有以往估測的高，蛋白質(zhì)異生成糖供能的效率是很低的，而且其食物特殊動(dòng)力作用，即食物必然生熱作用（obligatory dietary thermogenesis）損耗的熱能約為20%，也遠比CHO和脂肪高；食物中一些脂類(lèi)，如臘、類(lèi)脂的消化吸收率和能量利用性都不高，因此脂肪的能量系數也略有下調，但四舍五入后還是37kJ/g（9kcal/g）。
目前，NME 系統或其個(gè)別系數已在歐洲和其它一些國家開(kāi)始比較研究和試用。Livesey等認為NME系統已經(jīng)成熟、并形成了自己的體系，向FAO/WHO相關(guān)機構和專(zhuān)門(mén)專(zhuān)家顧問(wèn)委員會(huì )呼吁在全球范圍內推行該系統。但由于一方面在理論上人體能量的需要和代謝概念和認識比較混亂，缺乏明確統一的定義；另一方面能量檢測手段還不統一，怎樣求導能量系數的指導性和總結性資料十分稀少[2]。NME系統理論和不充分的實(shí)驗數據還一時(shí)無(wú)法說(shuō)服懷疑者和反對者。因此在2002年12月召開(kāi)的專(zhuān)門(mén)技術(shù)工作會(huì )議上未獲得通過(guò)。FAO和大部分專(zhuān)家們認為在全球范圍內推廣NME食物能值評價(jià)系統尚需大量不同人群研究結果和數據的證實(shí)。
3 分歧和建議
對NME系統反對和懷疑意見(jiàn)最多的是澳大利亞和新西蘭食品機構（Australia New Zealand Food Authority, ANZFA）的Warwick 博士和Baines博士[2]。在工作會(huì )議正式召開(kāi)之前，雙方在FAO網(wǎng)站公布的會(huì )議背景資料上都發(fā)表了各自的觀(guān)點(diǎn)，進(jìn)行了爭論。目前對該食物能量值評價(jià)系統無(wú)論從理論推導基礎、初步的比較檢驗和可操作性角度都有反對和懷疑。批評者認為L(cháng)ivesey 的闡釋中個(gè)人觀(guān)點(diǎn)較多，而數據根據不足，提供的工作會(huì )議背景資料論述不夠透徹和清楚；還有提法不當，如稱(chēng)ME系統是“錯誤的”、“無(wú)用的（unuseful）”，而NME系統是“正確的(right)”、“有用的（useful）”…。
（1）在理論基礎方面
Warwick 和Baines認為，是否在ME的定義下求導還是用NME的概念求導能量系數，實(shí)質(zhì)上是認定哪部分能量對機體有用的關(guān)鍵問(wèn)題。ME的定義（參見(jiàn)圖1；圖2 ，第4點(diǎn)）描述的是食物能量中可用于機體產(chǎn)熱、維持生理、活動(dòng)和獲得體重的那部分能量。而NME反映的是能轉化成ATP的那一部分食物能量（維持生理和活動(dòng)），而對溫血動(dòng)物和人類(lèi)，包含在ME中的各種體增熱對體溫調解應該說(shuō)具有重要作用，未消化的食物成分在結腸內發(fā)酵產(chǎn)生的熱量同樣不應被認為是空白能量。
食物能量在機體內的代謝機制及相應概念歷來(lái)有不同解釋?zhuān)磳φ哒J為NME系統中對關(guān)鍵的dHE的概念和范圍不能清楚地辨別和確定（參閱圖2）。實(shí)際上許多因素可能會(huì )刺激和影響生熱作用的發(fā)生和強度，如低溫、藥物、激素、吸煙、感染等…，這些影響體溫的因素對食物能量利用的影響是難以解釋的。NME系統只是在眾多因素中僅僅把食物的特殊動(dòng)力作用納入了能量系數的求導當中。另外，以往的食物流程圖中認為RE應屬于NME或NE內支出的范圍，而NME系統的理論中將其安排在DE上（實(shí)際上無(wú)論是ME系統還是NME系統都是通過(guò)體重穩定的正常成年人人體實(shí)驗來(lái)求導能量換算系數的，RE = 0）。因此，有人認為NME系統本身不夠十分完善。Livesey 等的辯解認為，外界溫度、外源激素和某些藥品應視為是改變了機體對能量的需要量，而不是改變了食物能量被利用的程度；RE不是同食物NME平衡的能量，求導能量系數時(shí)不能考慮，請參閱圖1和圖2。
（2）在對比實(shí)驗研究方面
目前還缺少各方大量的對比研究數據，初步的對比研究資料顯示NME系統和Atwater系統對一般膳食能量計算結果相差約4%～8%，不可利用碳水化合物和蛋白質(zhì)越高的食物相差越大。Livesey 等報道對一些新型食物能量的換算結果兩種方法可相差約40 % 或更高。
Warwick 和Baines 等的數據表明，盡管FAO和WHO沒(méi)有制訂或認定糖醇類(lèi)和葡聚糖的能量值，但用ME系數計算含有這兩種成分的混合膳食能量值，同NME系統計算的結果差異很小，對糖醇差異0.3 ～ 2.5 kJ/g，葡聚糖差異約1 kJ/g(ME >NE)。以Van Es（1991）對糖醇的最高推薦攝入量 20 g/d , 或按每日隨機攝入葡聚糖 70 g (Livesey, 1999； 未公開(kāi)發(fā)表的提議)來(lái)計算，ME系統計算的每日攝入的食物能量值比用NME系數計算的結果高6 ～ 70 kJ/d, 這個(gè)差異按 8000 kJ/d的代謝能（ME）需要量比較，小于1 % 。因此可以說(shuō)無(wú)論用ME還是NME求導糖醇、葡聚糖或其它食物成分的能量系數，最終在實(shí)際應用中的差異，對每日能量需要量來(lái)說(shuō)極小。在目前的技術(shù)條件和水平下，人體能量需要量的測定誤差是±10 % ，因此ME和NME系統的計算結果甚至可以說(shuō)是殊途同歸。
Warwick 和Baines 等也反對在計算食物能量時(shí)混合使用ME系數和NME系數，堅持對各種食物和膳食、各種成分要始終一貫使用一種能量系統的系數。但是混合使用兩套系統的情況確實(shí)存在。如前文所提的糖醇和葡聚糖，近幾年很受重視，被稱(chēng)為新型碳水化合物，常被添加到保健食品中（如魔芋粉就富含葡聚糖），在天然植物性食物中也廣泛存在，目前使用的能量系數就是由NME系統求導的。而且還有人建議蛋白質(zhì)的能量系數也應該采用NME系數，因為蛋白質(zhì)的代謝能利用率遠比脂肪和可利用碳水化合物低。這種混合使用的結果往往會(huì )造成矛盾的結果，反而喪失了可信度。表1 是Warwick 和Baines的例證，單獨使用ME或NME系統的能量系數計算結果表明，食物A的能量值始終比食物B的高，但是用ME和NME系統的混合系數計算的能量值則表明食物A的能量值比食物B的低。
表1. ME系數、NME系數及ME與NME系數混合計算食物能量值的比較
注：* 能量系數為：蛋白質(zhì) 17 kJ/g（ME），13.5 kJ/g（NME）；蔗糖16 kJ/g（ME和NME）；脂肪37 kJ/g（ME和NME）；新型碳水化合物12 kJ/g（ME），10 kJ/g（NME）。 ** 混合系數計算時(shí)除了新型碳水化合物的能量系數用NME系統的10 kJ/g外，其它成分全部用ME系統的系數。
MacLean等的初步研究表明，ME系統和NME系統（理論和實(shí)驗都是建立在成年人生理狀態(tài)上的）在評價(jià)嬰幼兒能量平衡方面都同樣顯得無(wú)能為力。嬰幼兒胃腸道發(fā)育還不完善，許多糖類(lèi)都能到達大腸發(fā)酵，可利用和不可利用碳水化合物的界限無(wú)法確定；免疫球蛋白等特殊蛋白質(zhì)在嬰幼兒腸道得不到有效的吸收；…。另外，研究和測定機體食物能量代謝的手段、方法尚需探討和統一，這樣同類(lèi)研究和結果才有可比性[3]。
（3）實(shí)際操作和應用中的疑慮
現在的能量理論知識體系和概念、習慣都是和Atwater ME系統相一致的。批評者認為，有許多途徑可以將食物能量代謝效率的概念納入現有的能量評價(jià)系統，而無(wú)需改變食物的能量系數。在西方國家越來(lái)越多的人十分關(guān)心什么樣的食物成分、何種膳食模或生活方式不會(huì )使人發(fā)胖，顯然這方面的信息和知識具有相當科學(xué)研究?jì)r(jià)值和重要性。但是，諸如某些食物成分代謝能效率低的事實(shí)完全可以通過(guò)營(yíng)養和醫務(wù)專(zhuān)家的健康咨詢(xún)或營(yíng)養教育資料傳達給消費者，比如，蛋白質(zhì)要比含同等能量的脂肪和糖更利于減肥；戒煙可降低代謝率；同樣的活動(dòng)肥胖人消耗更多的能量；寒冷促進(jìn)機體產(chǎn)熱等影響代謝效率的因素，都不必一定反映在食物能量系數當中的。
支持ME系統的專(zhuān)家指出，食物標簽上的能量值應該與機體的能量消耗具有直接的可比性。按FAO/WHO/UNU（1985）、NHMRC（1991）、Warwick（1990）認定的定義，人體能量需要量是指相當于每日膳食提供給人體的可代謝能，是平衡的能量支出（活動(dòng)和維持正常生理）及額外的機體生長(cháng)發(fā)育、妊娠、泌乳等所需能量之和。也就是說(shuō)ME系統和現行的人體能量需要量標準是一致的。但一個(gè)原則性問(wèn)題是，如果采用NME系數來(lái)評價(jià)食物能量值，結果勢必小于當前標定的能量值，與攝入標準不符。若采用NME系統，不但要從食物中拋掉必然生熱作用，而且還要從機體能量需要量標準中減掉這部分能量。
何況ME系統也可調整和完善。草率、頻繁地更換標準和系統不僅會(huì )極大地困擾營(yíng)養學(xué)家、營(yíng)養師、醫生和消費者（informed consumer），而且會(huì )給食品企業(yè)、營(yíng)養標簽和國際貿易帶來(lái)混亂[2]。
4 小結
總之，盡管在全球范圍內使用統一食物能值評價(jià)系統的認識上專(zhuān)家們早已達成共識，反對者和懷疑者也不完全排除在不久的將來(lái)在全球統一使用NME系統的可能性，但現在還遠不是用NME食物能量評價(jià)系統代替ME系統的時(shí)候。食物能量評價(jià)的依據、人體對能量的需要量、以及能量在人體內的流程、利用率等問(wèn)題，以及檢測、研究手段等本身都尚需廣泛深入的研究。
另外，食物成分，尤其是新型食品中不消化碳水化合物的準確檢測和合理表達，以及結腸發(fā)酵率的研究測定對正確評價(jià)食物能量都十分重要。
圖 2 食物能量在機體消耗利用情況示意圖[1，2]（多年理論和概念的總結）
注:* 各種體增熱，Livesey 統稱(chēng)為dHE，認為可通過(guò)人體試驗測定，但理論上不包括非食物必然生熱作用、發(fā)酵熱、寒冷、藥物、激素等刺激而產(chǎn)生的增熱效應。** Livesey 等認為RE不是同食物NME平衡的能量，求導能量系數時(shí)不能考慮。實(shí)際上NME和ME系數都是用正常成年測定的，對一個(gè)體重穩定的成年人來(lái)說(shuō)RE ≈ 0，因此ME和NME的差異主要在于體增熱上，即ME = NME + dHE。*** GaE 在舊的能量流程圖中在oME之下，Livesey 的流程圖中認為GaE與FE同屬I(mǎi)E下，其他專(zhuān)家沒(méi)有異議。
表2 食物成分的能量系數 (kJ/g)* , 攝入能、消化能、代謝能和凈代謝能 (Livesey 2002)
注：灰色部分是最近經(jīng)過(guò)四舍五入后已經(jīng)被實(shí)際應用的能量系數，不考慮定義。* 表中所列營(yíng)養成分的能量系數都是經(jīng)過(guò)多次試驗或以多個(gè)實(shí)驗室結果調整的數據，低聚糖的能量系數是以少數低聚糖數據代表的。 ** 中鏈脂肪酸甘油三酯的一些間接測熱研究結果表明其能量系數實(shí)際上比表中所列數據低，但目前還未建立確切的測定方法。小數點(diǎn)后的數字沒(méi)有意義，保留是為了避免計算機舍入的錯誤。
a.人體各種體增熱(dHE)的間接測熱法測定。b.人體ATP產(chǎn)量計算的方法求得。c.用難消化碳水化合物的大腸發(fā)酵率估算可利用能量。d.得到相關(guān)動(dòng)物能量平衡研究的證實(shí)。e.得到相關(guān)動(dòng)物熱量測定研究結果的證實(shí)。f.得到動(dòng)物實(shí)驗和ATP產(chǎn)量計算研究的證實(shí)。g.引自特別專(zhuān)家組對所以可獲得的相關(guān)文獻的綜述。(g).按可利用碳水化合物對待而賦予的能量值。h.低聚糖總能量系數以大豆低聚糖的數值代替，低聚果糖的能量系數是來(lái)自谷物低聚果糖的數值。
主要參考文獻
[1] Livesey G. Analytical Issues in Food Energy and Composition, Energy in Food Labelling-Including Regulation and Trade Issues, Workshop on Methods of Analysis and Modes of Expression of the Energy Content of Foods ；Revised Energy Background Paper - No.2
[2] Warwick PM and Baines J. Point of View: Energy factors for food labeling and other purposes should be derived in a consistent fashion for all food components. , Workshop on Methods of Analysis and Modes of Expression of the Energy Content of Foods ；Revised Energy Background Paper - No.6
[3] MacLean WC. Jr, A Review of Potential Issues Stemming from the Use of Net Metabolisable Energy to Calculate Energy Values for Labeling of Infant Formulas and Foods for Infants and Young Children, Energy Background Paper - No. 8
[4] Agriculture Hand Book (America), Series 8-1, P8 Appendix
