杨月欣（中国CDC营养与食品安全所，北京 100050） 100多年以前Atwater 和 Bryant [1].以食物燃烧热为根据， 参考人体实际的食物成分消化吸收率，确定了蛋白质、脂肪和碳水化合物（CHO）的能量换算系数（蛋白质为4、脂肪为9、碳水化合物为4kcal/g）。自此以来， Atwater能量换算系数被广泛引用。 1985年FAO/WHO相关专家委员会确认作为食物标准系统国际法定应用的定义和数据， 能量换算系数也因此在各国营养学、食品界等广泛应用至今。
Atwater的能量换算系数的应用， 不但提供了食物能量和蛋白质、脂肪和碳水化合物之间的理论依托，也解决了对食物能量直接测定所带来的经济问题。 百年过去，随着科学研究的进步和技术手段的发展，Atwater能量系数在理论上的漏洞和实际应用中的缺憾也随年代的久远被逐渐发现。
Atwater 的缺憾：
一方面， 世界范围内食物的广泛和多样性，以及食物成份在不同的食物中的不同组合，使得蛋白质、脂肪和碳水化合物的消化吸收不同， 用统一的数值4、9、4难以覆盖复杂的食物科学；特别随着对碳水化合物的认识的不断提高， 人们认识到并非所有的CHO都给机体提供相同的能量， 不同的CHO有不同的消化吸收率、不同的消化吸收速率，不能用数值4统一到一个能量数值上。 而且以前认为的“不可利用”的CHO经肠道菌发酵， 也可产生短链脂肪酸并提供能量。 如有研究报道淀粉中还有一些不被消化的“抗性淀粉”亚类， 其能量系数为2.5， 而膳食纤维和不消化寡糖的能量 以前是忽略不计的，异麦芽低聚糖为2.4 。 显然，简单地用4kcal/g (16.7kJ/g)的能量系数换算种类复杂的膳食CHO的能值是不科学的。 其次， 随着食品加工业的发展， 众多食物新资源和新型的食品添加剂被利用， 如脂肪的替代物、膳食纤维或纤维替代物等， 100年前制定的Atwater能量系数难以完成对此的计算。 当然，食物的能量是基于蛋白质、脂肪和CHO的能量计算而来， 每一个分析测定数据的小小不准确，都可能造成食物总能量误差的放大。
现实中的混乱：
因此，在近年来食物成分数据库和食品营养标签中的能量计算， 各国科学家常常按照自己的理解对Atwater 能量系数进行修正以避免误差。 如英国和新西兰在计算CHO时，使用加法。美国、日本、韩国、泰国、菲律宾、越南和中国使用的是减差法。而德国、意大利多数食物的CHO是利用加法得来的，部分食物的CHO又是利用减法计算得来。这两种计算方法的误差，表现在能量上，前者容易偏小于实际值，而后者偏大于实际值。显然，通过上述不同方法计算而得能量数值是不具有可比性的。 当食物膳食纤维含量越高，食物能量换算结果偏差就越大。
表1 各国碳水化合物的计算方法
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国 别 |
方 法 |
计 算 公 式 |
|
美、日、韩
泰、菲律宾 |
减差法 |
碳水化合物 ＝ 100 —（水分 ＋ 蛋白质 ＋ 脂肪 ＋ 灰分） |
|
中国、越南 |
减差法 |
碳水化合物 ＝ 100 —（水分 ＋ 蛋白质 ＋ 脂肪 ＋ 灰分 ＋ 膳食纤维 ） |
|
德 国 |
加 法 |
碳水化合物 ＝ 单糖 + 寡糖 + 多糖等（多用） |
|
减差法 |
碳水化合物 ＝ 100 —（水分 ＋ 蛋白质 ＋ 脂肪 ＋ 灰分 ＋ 膳食纤维 + 有机酸 ） |
|
意大利 |
加 法 |
碳水化合物 ＝ 单糖 + 寡糖 + 多糖等（多用） |
|
减差法 |
碳水化合物 ＝ 100 —（水分 ＋ 蛋白质 ＋ 脂肪 ＋ 灰分） |
|
英国、新西兰 |
加 法 |
淀粉 + 糖 |
美国通过人体实验结果矫正的Atwater系统中可利用CHO (available carbohydrate)和不可利用CHO（unavailable carbohydrate）的能量系数分别为15.7kJ/g和8kJ/g。而且，美国、韩国还使用了特定食物的Atwater净能量系数，反映了不同类别的食物在提供能量方面的差异，能够较准确地估计实际可利用的能量的数值。如蔬菜及其制品类，其蛋白质的能量换算系数在2.0～3.7kcal/g（不是4）之间，脂肪的能量换算系数在8.37～8.9kcal/g（不是9）之间，CHO的换算系数在3.3～4.07kcal/g之间。英国和新西兰使用加法计算CHO，并以单糖形式来表达，其使用的能量换算系数为3.75kcal/g。
食物蛋白质的含量也是影响能量数值的一个原因， 虽然在使用食物蛋白质换算系数中各国也有不
同，但比CHO上的分歧毕竟要小得多。
有研究显示， 同一类食物各国能量数值差别在20%~30%。因此带来的是食物能量评价和摄入量计算中的差距和无可比性（见表2）。
表2 各国使用的食物净能量系数
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国 别 |
能量换算系数（ kcal/g ） |
|
蛋白质 |
脂 肪 |
碳水化合物 |
酒 精 |
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美 国 |
特定 |
特定 |
特定 |
6.93 |
|
英 国 |
4 |
9 |
3.75 （加法） |
7 |
|
德 国 |
4 |
9 |
4 （加法和减法） |
7 |
|
意大利 |
4 |
9 |
3.75 （加法） |
7 |
|
4 （减差法） |
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新西兰 |
4 |
9 |
4 |
7 |
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韩 国 |
特定 |
特定 |
特定 |
— |
|
日本、泰国、菲律宾 |
4 |
9 |
4 |
— |
|
中国、 |
4 |
9 |
4 |
7 |
能量评价的新概念
90年代初Livesey等提出了一个新的概念：净代谢能量系统（net metabolisable energy system， NME）并在2002年12月份的FAO/WHO专门会议上进行了讨论。 他们用双标水示踪技术等新手段，研究了能量在机体内的利用和消耗流向， 对食物能量的摄入和消耗、机体能量平衡提出了不同的认识。净代谢能对Atwater能量理论两个最主要的怀疑是： 1）Atwater的能量代谢（Energy Metabolisable ，ME）定义中， 估计的人类能量需要是基于能量摄入和消耗对等的原则（1985，
WHO）， 但是现在的能量平衡并没有计算上食物成分在吸收和代谢中的热量消耗和生成的新能量， 因此理论上是不相等的。 2）CHO的研究进展使人们认识到以前认为的“不可利用的CHO”也能在结肠细菌的帮助下产生能量， 这些物质的能量系数即不可用4，也不可为0， 众多的研究实验室已经得出不同CHO的实际能量值。 对可利用的CHO平均为15.7kJ/g、不可利用的CHO 是6.2kJ/g的能量系数[3]。
Atwater 的ME系统和Livesey 的NME系统的概念的主要区别用下式表示：
摄入的食物能量
---------粪，尿，气体和表皮能量支出
代谢能 （ME ）
-------------食物热效应的能量消耗 （ dHE ）
净代谢能 (NME)
可以看出， 当 食物的生热效应为0的时候（如膳食成分全部是100%可利用的）， ME=NME。但这
样的情况是不多见的。目前NME system 已在欧洲和其它一些国家的食品标签和食物数据库中得到了应用。
展 望
在全球范围内统一使用一套食物能量换算系统和表达方式是众望所归。 统一的标准不但是国际贸易的需要，也是科学评价各国食物和人体营养学状况的必需手段和提高数据可比性的唯一途径。
但无论统一使用Atwater系统或者Livesey系统， 都需要各国营养学专家不懈的努力和研究数据的支持和不断完善。希望这个关系重大的营养学问题早日确定和解决。
参考文献：
[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
