A co mparative s tudy  o n differences  o f  vario us  fo o d energ y  co nver s io n s ys tems  in vi vo
    摘要：目的評價(jià)不同食物能量換算系統在我國日常膳食能量估算上的一致性。方法：通過(guò)人體試食試驗測定低纖膳食、普通膳食、低燕麥DF，高燕麥DF、低玉米DF和高玉米DF膳食的食物燃燒能、總糞能、總尿能、產(chǎn)能營(yíng)養素和DF含量，分析測定的代謝能與不同食物能量換算系統計算的能量值之間的差異。結果：總體上各能量換算系統的能量值之間存在差異，與測定的代謝能相比，阿特氏通用系數系統高估了４％，我國采用的系統低估了３．４％，凈代謝能系統低估了６％，改進(jìn)的代謝能系統和Livesey以總能為基礎的經(jīng)驗公式較接近測定的代謝能。結論：膳食纖維是造成各能量系統之間存在差異的重要原因，中國應用的能量換算系統低估了能量值。

    關(guān)鍵詞：食物能量換算系統；膳食纖維；能量值

    A Comparative Study on Differences  of  Various  Food Energy Convers ion Sys tems  in vivo
                            Yang Yuexin，Guo Jun，Liu Jing，Wang Zhu
（Institute of  Nutrition and Food Safety，Chinese Center  for  Diseases  Control  and Prevention，Beijing１０００５０，China）
    AbstractObjectivesTo evaluate the bias  or  accuracy of ５different  food energy conversion systems  on prediction of  energy values  with designed Chinese Diets．Methods６diets were designed：a low fiber  diet （rice and animal foods ）；a typical  Chinese basal  diet （rice，vegetables  and animal  foods ）；wheat  and oat  dietary fiber （DF）product  with two  doses  were added to the basic diet  respectively．Duplicate food sample，whole feces  and urine of  each volunteer  were col－lected and the combustible energy，energy contributing components and DF were determined．Daily intake energy of  each diet  were calculated by４metabolizable energy（ME）food energy conversion systems （ME    Atw    ，ME    Ch    ，ME   Liv    and ME    mod    ）and net  metabolizable energy（NME）system，and the bias  of  each system were estimated on the base of  determined metabolizable energy（ME    det    ）．ResultsTotally，the relative and absolute difference of  energy value between each energy systems  and ME    det    were significantly different （P＜０．５）：ME    Atw    overestimated the metabolizable energy of  the diets about ４％，ME   Ch    lower  estimated３．４％，and ME    Liv    and ME    mod    lower  estimated the daily intake ME from diets１％and０．２２％re－spectively．The relative difference of  NME value is about ６％lower  than ME    det    ．The relative and absolute differences  of  ener－gy value between each energy system and ME 

  det    of  each diet  group were significantly different （P＜０．０５），the differences  of  energy values  of  high Maize DF group were significantly higher  than other  groups （P＜０．０５）．Conclusions

Different  en－ergy systems may produce dif ferences  on energy value，ME    mod    have the best  correlation and consistency among the sys-tems．DF was  related with the differ ences  of  energy value of  each system．Chinese applied system may lower  predict  the energy values  of  foods ，especially lower  evaluated the energy of  foods  contain rich in fiber．
    Keywords energy conversion system，dietary fiber ，energy value

    能量是食物的第一營(yíng)養屬性，其攝入水平是評價(jià)一個(gè)國家、地區居民營(yíng)養狀況、生活水平及社會(huì )經(jīng)濟發(fā)達程度的重要指標。食物能量評價(jià)系統、營(yíng)養素能量換算系數是指導個(gè)體和人群合理攝取食物和膳食能量的基礎信息，也是營(yíng)養教育、食物營(yíng)養學(xué)研究及居民營(yíng)養狀況調查中的重要工具和參數。
    然而近年來(lái)國際食物能量評價(jià)領(lǐng)域一直處于十分混亂的狀態(tài)，這主要表現在食物能量利用效率理論認識上存在分歧，多種食物能量換算系統并存且互有差異，而這種差異的大小、其對每日膳食能量攝入水平的估算以及不同國家、地區食物成分數據庫的比較有何影響尚需評估，目前國際上對此的系統性比較研究并不多見(jiàn)。
    在理論方面，對食物能量利用效率，尤其對膳食纖維（dietary fiber ，DF）和蛋白質(zhì)能量利用效率的不同認識，成為不同食物能量評價(jià)系統共存的理論根基 。利用志愿者進(jìn)行膳食試驗是進(jìn)行食物或食物成分消化利用率、能量利用率研究以及評價(jià)食物能量換算系統科學(xué)性的基礎手段。本研究以不同水平和種類(lèi)膳食纖維的人體試食試驗為切入點(diǎn)，以平衡代謝能為基準，評估了不同食物能量換算系統在我國日常膳食能量估算上的一致性。

    1對象與方法
  
    1.1 研究對象

    招募符合以下條件的２０名志愿者：男性，成年，BMI１８～３０且體重１年內無(wú)顯著(zhù)變化，輕體力勞動(dòng)，無(wú)消化系統和代謝系統疾病。隨機分為４組，組間體重無(wú)顯著(zhù)差異。所有受試者禁食試驗膳食以外的飲食，但不限制吸煙和飲茶（無(wú)糖）習慣；除就餐和排泄物收集，受試者照常工作和活動(dòng)；受試者統一在旅館住宿和管理。

    1.2膳食組成

    １．２．１試驗樣品：谷物纖維購自山西奧特福食品科技有限公司，經(jīng)超細粉碎達１００目，以具備較好的水沖調性，燕麥DF含量為２７．２％，小麥DF含量為３８．５％。
    １．２．２膳食組成：共６種，分別為低纖膳食、基礎膳食、低燕麥DF膳食、高燕麥DF膳食、低小麥DF膳食 和高小麥DF膳食，各膳食組成見(jiàn)表１。試驗期間一日三餐的烹調和進(jìn)餐都在統一的酒店進(jìn)行。谷物纖維由工作人員調制，同飯菜同步食用。

    1.3 試驗程序

    試驗共進(jìn)行４個(gè)周期，每周期８整天，第１和第２周期全部志愿者進(jìn)行低纖膳食和基礎膳食試驗，第３和第４周期各組對補充高、低兩種劑量的燕麥和小麥D膳食進(jìn)行了交叉試驗，保證每種膳食至少有８人食用。每周期開(kāi)始前服用通常標記物Carmine，至標記物排出后結束試驗。

    1.4 試驗樣品的采集、制備和檢測

    １．４．１樣品采集和制備：每餐均采集１份食物樣品，冷凍貯存。將收集的多份樣品按種類(lèi)混合、攪拌均勻；再提取足量小樣，冷凍、干燥、粉碎。糞便樣品為每個(gè)試驗周期的全部糞便，稱(chēng)重后迅速包裝嚴密并立即放入－１８℃以下保存。然后提取小樣，同食物樣品制備方法保存。尿液樣品收集每天２４h尿液，用３８％甲醛防腐，每個(gè)周期尿樣匯總后提取足量小樣。所有樣品隔濕、隔氣、－４０℃保存。

    １．４．２檢測：食物的總能（GE food）、總糞能（gFE）和總尿能（gUE）用YX－ZR金鷹全自動(dòng)量熱儀測定。膳食纖維用瑞典FOSS膳食纖維分析儀系統，按酶重量法測定（AOAC９９１．４３）。蛋白質(zhì)、脂肪、和灰分按相應國標方法檢測；尿氮用凱氏定氮儀檢測；食物樣品、糞便和尿液水分（water ）用冷凍干燥法結合減壓干燥法測定，總碳水化合物（TC）和可利用碳水化合物（AC）用下列減差法計算。標準物質(zhì)采用歐洲參照物質(zhì)（ERM）系列和國家標準物質(zhì)研究所的樣品。

    1.5能量計算方法

    準確稱(chēng)量和記錄試驗者每天食物的攝入量，測定其燃燒值并加和得到攝入的總能量（IE）。總糞能和總尿能為量熱儀測定的燃燒熱。凈損失的糞能（nFE）采用gFE值，忽略消化液、胃腸道脫落細胞和結腸發(fā)酵等損失。凈尿能（nUE）為每日尿液總氮乘以３０kJg（３０kJg為文獻中采用的固定值）。ME    det     按照公式（１）計算，忽略皮膚、呼吸和大腸中細菌發(fā)酵產(chǎn)生的能量。阿特氏通用系數系統（ME    Atw    ）、改進(jìn)的代謝能系統（ME    mod    ）、Livesey以總能為基礎的經(jīng)驗公式（ME    Liv    ）、我國采用的系統（ME    Ch    ）和凈代謝能系統（NME）分別按照FAO２００３年推薦的公式（２～６）。ME    det     ＝IE－nFE－nUE（１）ME    Atw    ＝Protein×１７＋Fat×３７＋TC×１７（２）ME    mod    ＝Protein×１７＋Fat×３７＋TC×１７＋DF×８（３）ME    Liv    ＝０．９６GE－９DF－３０Nitrogen（４）ME    Ch    ＝Protein×１７＋Fat×３７＋AC×１７（５）NME＝Protein×１３．３＋Fat×３６．６＋AC×１６．７＋DF×６．２（６）

    1.6質(zhì)量控制

    志愿者嚴格挑選，精心管理，保證良好的依從性。所有樣品均進(jìn)行平行測定，并與標準質(zhì)控物同時(shí)專(zhuān)人測定，以確保檢測結果的準確。數據庫采用雙錄入法建立，以減少人為誤差。

    1.7數據處理和分析

    所有數據用Excel 建立數據庫，用SPSS１０．０進(jìn)行統計分析。

    2結果
  
    2.1人體試驗的基本情況

    各周期現場(chǎng)部分完成情況良好，大多數志愿者依從性良好、嚴守試驗規則、積極主動(dòng)配合試驗管理和操作；食物和排泄物樣品收集齊全；樣品處理和保存操作規范，檢測嚴格，各種試驗膳食對受試者的初始和終末體重沒(méi)有顯著(zhù)變化。實(shí)驗初期有２人因事退出，后１人又加入后面的試驗。另后期出現了因早餐豆漿加熱不充分而引起４人腹瀉，但未對試驗結果造成顯著(zhù)影響。

    2.2總能量和主要營(yíng)養素攝入量

    各試驗膳食組的膳食纖維實(shí)際攝入量與原設計含量基本相符。低纖膳食組的總能量、蛋白質(zhì)、攝入氮和脂肪均顯著(zhù)高于其它試驗膳食組，差異有統計學(xué)意義（P＜０．０５）；而DF攝入量和TC攝入量低于其它試驗膳食組，差異有統計學(xué)意義（P＜０．０５）。其他膳食組之間總能量和三大營(yíng)養素攝入量差異無(wú)統計學(xué)意義（P＞０．０５），見(jiàn)表２。

    2.3排泄物中能量值和膳食纖維含量

    各試驗膳食組的總糞能不同，隨膳食中膳食纖維的含量增加而增加，差異有統計學(xué)意義（F＝１７．６９，P＜０．０１）。低纖膳食組的總尿能和凈尿能均高于其他試驗膳食組，差異有統計學(xué)意義（F＝１３．２７，P＜０．０１；F＝４１．３６，P＜０．０１）。各試驗膳食組的糞便DF含量差異有統計學(xué)意義（F＝３６．７６，P＜０．０１），隨膳食中膳食纖維的含量增加而增加。

    2.4不同能量換算系統、凈代謝能系統和測定的代謝能的比較

    ２．４．１各系統的相關(guān)性

    經(jīng)相關(guān)分析，不同能量換算系統的計算值與ME    det     的呈正相關(guān)，相關(guān)系數在０．９２８～０．９９８之間，（P＜０．０１），表明各系統間在每日研究DF攝入水平下估算上有一定的平行性，見(jiàn)圖１。

    ２．４．２各系統能量值的比較

    經(jīng)方差分析，總體上不同能量換算系統計算的能量值、凈代謝能值和ME    det     之間不同，差異有統計學(xué)意義（F＝５．１５，P＜０．０１）。ME    Atw    最大，NME最小。經(jīng)兩兩比較，除ME    Ch    外，NME與其他系統的能量值差別有統計學(xué)意義（P＜０．０５），ME    Atw    還與ME    Liv    和ME    Ch    能量值差別有統計學(xué)意義（P＜０．０５），見(jiàn)圖１.

    ２．４．３各系統能量值的絕對和相對差異比較

    經(jīng)方差分析，各系統計算的能量值、NME和ME    det     之間的絕對差異和相對差異也不同，差異有統計學(xué)意義（F＝１９８．４３，P＜０．０１；F＝１８８．６８，P＜０．０１）。與ME    det     相比，ME   Atw    平均高估每日膳食代謝能值近４％（－１１．１％～１．８％），絕對差異為３４８±３１１kJd；而ME    Ch    低估了３．４％，絕對差異為３４９±１８５kJd；ME    Liv    低估近１％，絕對差異為９５±２０１kJd；ME    mod    低估０．２２％，絕對差異３２±２１２kJd。NME與ME    det     差異最大，總體相對差異近６％（１％～９６％）絕對差異為６１９±２３２kJd。各系統與MEdet 的絕對差異和相對差異除ME    mod    和ME    det 外，其他兩兩之間的差別有統計學(xué)意義（P＜０．０５）。此外，不同膳食組各能量換算系統計算的能量值與ME   det     的相對差異也不同（P＜０．０５），其中隨著(zhù)膳食纖維的增加，ME    Atw    和NME與ME    det     的相對差異膳食纖維的增多，差值也增大，差異有統計學(xué)意義（P＜０．０５），其他系統差異未見(jiàn)統計學(xué)意義，見(jiàn)圖２。

    3討論
 
    膳食纖維的能量利用效率不同是目前所有能量換算系統分歧的共同焦點(diǎn)，不同系統中采用換算系數在０kJg到１７kJg之間。蛋白質(zhì)則是代謝能系統和凈代謝能系統分歧的又一焦點(diǎn)，后者蛋白質(zhì)系數為１３．３kJg（３．２kcal g），比ME    Atw    和ME    mod    低２７．８％。ME    Atw    未將DF從碳水化合物中區分出來(lái)，賦予DF同可消化吸收的碳水化合物同樣的能量系數；ME    mod    認為大多數DF在結腸發(fā)酵，且大約有一半的能量可被人體利用；我國采用的系統（ME    ch    ）與歐洲通用能量系統一致，計算可利用的碳水化合物，DF賦予０能量系數；ME    Liv    是以食物的燃燒能（總能）為基礎，同時(shí)考慮含氮量和DF提出的，應用于代謝能試驗研究中；NME能量系數的求導是扣除了食物特殊動(dòng)力作用及其它無(wú)效熱效應后剩余凈代謝能，也就是食物最大程度上轉化到ATP的能量，與其他系統的本質(zhì)上是不同的 。由此可見(jiàn)，不同系統換算的能量值之間有偏差是必然的。
    本研究結果表明，以測定的每日代謝能為基準，在所有試驗膳食中，ME    Atw    對每日膳食代謝能平均高估了４％，我國采用系統則低估了３．４％，ME    mod    和ME    liv    相對偏差最小，由于各膳食組DF的含量是不同的，能量值之間的差異在高膳食纖維組更加明顯，而燕麥纖維和小麥纖維之間沒(méi)有明顯差別，表明對換算系統影響的主要是由于DF的數量而不是種類(lèi)。
    NME與ME    det     總相對差異近６％，這個(gè)結果與FAO２００２年能量會(huì )議報道（４％～６％）基本一致，但文獻中指出在某些特殊類(lèi)型的膳食差異會(huì )很高，與ME    Atw    相比在某些膳食能量估算上的差異高達２０％ 。從理論上說(shuō)，NME與ME存在差異是理所當然的。
    同時(shí)，不同能量換算系統在每日傳統膳食能量評價(jià)上的差異，總體上差異范圍不大，這主要的因為傳統膳食具有相對較小的DF含量，如通常１０～６０gd，對每日１５００g左右的膳食攝入量來(lái)說(shuō)，在５％以下，因此DF造成的偏差較小，與每日代謝能的數量級和不同人體代謝能需要量的測定誤差（２％～８％）相比    ６    ，可能會(huì )令人覺(jué)得這些偏差是可以接受的。
    但上述結果是本次研究的總平均值，在高DF膳食偏差還會(huì )高一些；另外，本次研究是以測定代謝能為標準所作的比較，不是不同食物能量換算系統之間的直接對比。而實(shí)踐中都是以能量換算系統評價(jià)膳食能量的。若將我國ME    Ch    同ME    Atw    比，在每日攝入能評價(jià)上的總平均偏差應為７％，而在個(gè)別膳食組的差異則還會(huì )加大，所以如果在評價(jià)不同國家膳食能量的攝入情況上，需考慮能量換算系統之間的差別。
    此外，本次研究膳食涉及的只是幾種日常膳食搭配，DF設計攝入量１０～６０范圍內，而我國膳食不僅有城鄉差異，還有地區、民族等差異；而且也不代表某些特殊膳食配方和新型食物原料。據文獻不同特色的膳食每日DF攝入量在２g～９３g之間，而幾乎所有代謝能系統對DF含量的不斷提高缺乏變應能力，從而對膳食能量的估計產(chǎn)生顯著(zhù)誤差 。Merrill等的研究指出ME specific在混合膳食同ME Atwater 平均有５％的差異，但在某些膳食上差異達２０～３８％  。BrownJ．LiveseyG．１９９８年的人體試驗中評價(jià)表明，所有ME系統（除了ME    Liv    ）在極高NSP的減肥膳食組都高估了食物提供的能量，只有ME    Liv    最為準確  。
    但無(wú)論如何，各能量系統之間的一致性還是比較平行的，盡管FAO新近推薦的改進(jìn)的ME系統在估算膳食能量上是最接近人體代謝能需要的，但從實(shí)用的角度，考慮到轉變?yōu)閲鴥葼I(yíng)養學(xué)界、當前的營(yíng)養調查工作、營(yíng)養指導和對食品企業(yè)和消費者帶來(lái)的混亂，考慮到轉變的成本等方面因素，暫時(shí)繼續采用ME    Ch    也是可以的，但不應該長(cháng)期留。為增進(jìn)國際間和地區間食物能量數據的共享和交流，對食物能量評價(jià)體系進(jìn)行研究和統一勢在必行。

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