Андреа Суарес Авилес и Мариано Лопес де Харо

закон термодинамиката

Лиценз. Андреа Суарес е независим консултант по хранене, завършва бакалавърска степен по хранене в Universidad Latinoamericana "Campus Ciencias de la Salud". Д-р Мариано Лопес де Харо е изследовател в Института за възобновяеми енергии, U.N.A.M. и член на Академията на науките в Морелос. Тази публикация е прегледана от редакционната комисия на Академията на науките в Морелос.

Благодарение на този експеримент, във Физиката имаме определението за калория, което е онова количество топлина, което ми трябва, за да повиша температурата на грам вода, с един градус по Целзий. В случай на хранене вместо грам вода се използва килограм, поради което говорим за килокалории вместо калории. Трябва да се помни, че през 20-ти век е установено, че калорията е равна на 4 186 джаула, благодарение на откритата еквивалентност от автора, чието фамилно име дава името на тази единица. От друга страна, това откритие доведе до развитието на първия принцип на термодинамиката.

Калории, термодинамика и хранене

Наскоро Катрин Райт (една от редакторите на онлайн списанието Physics на Американското физическо общество) публикува бележка със заглавие „Защита на термодинамиката в диетичен дебат.“ Заявява, че експериментално е показано, че калориите от различни видове храни са еквивалент и че, въпреки твърденията за противното, законите на термодинамиката действително важат за метаболизма на човека. Бележката е мотивирана от работата „Ентропия“, вторият закон на термодинамиката и защо „калорията може да не е калория“, гост, изнесен от физика, превърнал се в хранителен терапевт Андрю Прийс на „Конференция по физика в производството на храни“ (http://foodphysics2019.iopconfs.org/760923), който се проведе миналия януари в Чипинг Кемпдън, Обединеното кралство. В тази работа можем да намерим уводен текст, чийто превод би бил горе-долу, както следва:

„Физиката е от решаващо значение за подпомагането на хранително-вкусовия сектор в предизвикателствата, пред които е изправен, които включват здравни и хранителни проблеми, минимизиране на отпадъците и въздействието върху околната среда, подобряване на безопасността на храните, реагиране на нарастването на населението и увеличаване на производителността и разработване и производство на успешни продукти. За решаването на тези проблеми е необходим мултидисциплинарен подход, а физиката има решаваща роля. Втората годишна среща на групата Physics in Food Manufacturing Group се провежда в съоръжението Campden BRI, водещ независим доставчик на технически услуги за хранително-вкусовата промишленост. Той ще събере физици от индустрията и академичните среди, за да споделят напредъка и да обсъждат предизвикателствата в най-големия производствен сектор в Обединеното кралство, в който Физиката играе много важна роля ”.

Горният текст ясно споменава как физиката има важна роля в други области и как съвместната работа между учените и хранителната индустрия може да доведе до подобрение.

Законите на термодинамиката и храната

Приемайки горното като рамка, в своята беседа Preece посочи, че въпреки че две парчета броколи и шоколадово блокче (Фигура 2) могат да имат еднакво съдържание на калории, те имат различен ефект върху наддаването на тегло и това често се пренебрегва в препоръките хранителни. По-специално, тези диети, които се основават единствено на броя на калориите и енергийния баланс, вземат предвид само първия закон на термодинамиката. В обобщение, този закон ни казва, че термодинамичната система може да обменя енергия със заобикалящата я среда под формата на работа и топлина и натрупва енергия под формата на вътрешна енергия. Връзката между работата, топлината и енергията се дава от принципа за запазване на енергията.

В случай на етикетиране на храни, където се взема предвид само препоръчителната дневна доза, ние също така отбелязваме, че тя се основава само на първия закон на термодинамиката. Според Прийс, неразглеждането на ентропията и втория закон на термодинамиката, които са по-подходящи за отчитане на метаболитната реалност, е сериозна грешка. Без да навлизаме в много подробности, ентропията според статистическата механика е степента на вътрешно молекулярно разстройство на физическата система. Или класическата термодинамика го определя като връзката между предаваната топлина и температурата, при която се предава.

Тъй като човешкото тяло извлича енергия по различен начин от различните видове храни, той заключава, че не всички калории са еквивалентни. За разлика от това, някои изследователи като Кевин Хол, физик, който прави математически експерименти и модели на метаболизъм и регулиране на телесното тегло в NIH (Национален институт по здравеопазване) в Мериленд, САЩ, посочват, че експериментите показват, че броят на калориите е отпечатан върху етикетите вземат предвид разликата между различните храни. Според него макронутриентите (например мазнините и въглехидратите) имат много различни ефекти върху тялото, но в експерименти, при които хората ядат храни с идентично количество калории, но с различно съдържание на мазнини и въглехидрати, е установено, че тялото "изгаря" почти същото количество енергия.

Енергия в храненето

Независимо кой е прав, това, което е сигурно е, че и за двете групи репутацията на термодинамиката в хранителната наука не е много добра поради някои митове за намаляване на телесното тегло, въпреки че те не са съгласни дали заслужава споменатата лоша репутация.

Един такъв мит е правилото за 3500 килокалории, много популярно в учебниците по хранене и на уеб страниците за диети. През 1958 г. лекарят Макс Вишнофски изчислява, че количеството енергия, съхранявано в един килограм (

450 грама) мастна тъкан е приблизително 3 500 килокалории, така че това е количеството калории, което човек трябва да намали в диетата си, за да загуби един килограм мазнини. Това твърдение е опростено и има два недостатъка: не само че мазнините се губят при спазване на диетата, а тялото се адаптира към изгаряне на по-малко калории. Следователно връзката не може да бъде линейна и изчислението е непълно.

Тъй като човешкото тяло е сложна система, която се нуждае от добро разпределение на макро- и микро-хранителни вещества в храната, за да остане в равновесие, а регулирането му на енергийно ниво също е сложно. Естеството на консумираните хранителни вещества ще има напълно различно въздействие метаболитно, в зависимост от техния състав. От друга страна, от термодинамична гледна точка, човешкото тяло е отворена система, която обменя енергия с други системи, така че начините за нейното разсейване са различни. Енергията се използва за поддържане на основния метаболизъм; също и за физическа активност; този, използван при консумацията, храносмилането и усвояването на храната. Всичко това е общоизвестно като термогенен ефект на храната.

Това е причината, че въпреки факта, че първият закон на термодинамиката ни казва, че калорията винаги е калория, както посочва Прейс, не е същото, ако идва от бонбон или зеленчук за човешкия метаболизъм, тъй като тялото не ги метаболизира по същия начин.

В храненето има много наука

Очевидно е, че съществуват различни фактори, които определят начина, по който хората се хранят: ролята, която играят сетивата, употребите и обичаите, кулинарните техники, безопасността, достъпността, сензорната и емоционалната стойност, влиянието на земеделието, здравословното състояние и етапа в жизнения цикъл. Следователно всеки от тези фактори може да се разглежда от конкретната гледна точка на една научна област, като психология, социология, медицина и т.н.

Следователно броят на калориите трябва да представлява само част от информацията, за да се направи диетичен план за отслабване и, разбира се, е важно да се прибегне до квалифицирана професионална помощ, за да се подготви, да се комбинира с умерени физически упражнения и по този начин да се избегнат здравословни проблеми по-късно.

Тази колона се изготвя и публикува седмица след седмица, заедно с изследователи от Морелос, убедени в стойността на научните знания за социалното и икономическо развитие на Морелос. От Академията на науките в Морелос изразяваме загрижеността си относно вакуума, генериран от изчезването на Министерството на иновациите, науката и технологиите в държавната иновационна екосистема, която е отслабена без участието на държавното правителство.

Препратки

  • Никола Клеман (1825), „Cours de Chimie appliquée aux arts“, Le Producteur 1: 574. Количеството, определено от Clément, всъщност съответства на една килокалория.
  • Бенджамин Граф от Ръмфорд (1798) „Разследване относно източника на топлина, който се възбужда от триенето“, Философски сделки на Кралското общество в Лондон 88: 80.
  • Джеймс Прескот Джоул (1845) "За механичния еквивалент на топлина", британски доц. Rep., Trans. Химическа секта, стр.31, представена устно пред Британската асоциация в Кеймбридж през юни 1845 г.
  • Юлиус Робърт фон Майер (1842). „Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur“, Annalen der Chemie und Pharmacie. 42 (2): 233.
  • Катрин Райт, "Защита на термодинамиката в диета за диета", Физика 12:47.
  • М. Wishnofsky (1958), „Калорични еквиваленти на натрупано или загубено тегло“, Am. J. Clin. Хранене 6: 542.