郭军 、杨月欣（中国CDC营养与食品安全所食物营养评价室，北京 100050） 2002年12月FAO/WHO/UNU召集了联合咨询专家委员会和各国相关专家，在罗马组织进行了“食物能量分析方法和表达模式技术工作会议”（Technical Workshop on Methods of Analysis and Modes of Expression of the Energy Content of Foods）。会议着重讨论了由Livesey 等提出的一套新的食物能量换算系统（NME系统），以及在全球范围内统一应用的可能性问题。会议准备了将近一年，使各方都有充分的准备，争论也早在会议之前在FAO的专门网站和以通讯的方式进行了。
1 NME系统提出的背景
同其它食物营养成分的一样，食物营养标签能量值的计算、标识和每日摄取量基准的推荐，无论对消费者（尤其是对那些想控制体重的人群），还是对食品企业的产品开发和贸易，以及对科学研究和健康教育、医学临床实践，都十分重要。在发达国家食物能量的评价早已引起足够的重视，也成为世界各国和联合国食品技术标准和规范不可缺少的内容。
FAO/WHO在1985年确定了Atwater能量评价系统（Atwater′s General System）的系数为碳水化合物4 kcal/g(17kJ)、脂肪9 kcal/g(37kJ)、蛋白质4 kcal/g(17kJ)、乙醇7 kcal/g(29kJ)，1993年修订的《食品法典》(Codex Alimentarius, compact format,p33)仅增加了有机酸的能量系数,3kcal/g(13kJ)。目前许多国家使用这套系数来计算“食品标签”和“食物成分表”中的能量值。理论上，现行的Atwater 食物能量换算系数是以食物物理燃烧能为基础，再考虑食物能量的消化吸收率，扣除尿氮后所剩的代谢能（Metabolisable Energy， ME）推算制订的，因此也称食物代谢能为基础求导能量换算系数的系统（Metabolisable Energy Conversion Factors Derivation System），简称 ME 系统。
但是，随着科学家们对蛋白质、碳水化合物（CHO），尤其是膳食纤维、糖醇和抗性淀粉在机体中消化吸收率和能量利用率认识的更新和加深，新型低能量食品和糖、脂肪替代添加剂的开发应用所带来的能量系数空白，使现行的Atwater食物能量评价系统的科学性和权威性受到了质疑和挑战。事实上，目前世界各国在能量计算方面是比较混乱的，对蛋白质、碳水化合物、脂肪和乙醇使用ME系统求导的能量系数来换算能量值，而用NME系数来换算新型食物成分，如糖醇和葡聚糖的能量（FAO/WHO无推荐数据，Codex Alimentarius 中也无规定）。不过目前完全采用NME系统能量系数的国家极少。这种现象充分提示1985年FAO/WHO认定或提供的能量系数并不能满足各个领域的需要，因此不少营养学家们，按他们对人体能量代谢的理解及一些对食物能量的实际检测结果来求导或制订能量系数，用于“食物营养标签”和《食物成分表》。这样一来造成各国食物成分表、食品标签上标注的食物能量值没有可比性，给应用者如研究人员、医生、营养师和消费者以及食品生产和国际贸易带来了不便和困惑。
目前，包括NME系统在内，全球至少在使用4种食物能量评价系统和系数 [1]。
（1）传统ME系统
MEATW = 17 kJ/g 蛋白质 + 37 kJ/g 脂肪 + 17 kJ/g 总的碳水化合物 .......①
即Atwater 食物能量换算系数和公式，FAO/WHO1985年推荐，1993仍然确认继续使用。
（2）食物特异性能量系数系统
这个系统对不同的类别的食物原料（如谷类、蔬菜类）、加工食品（如快餐）采用特定的能量系数。如美国食物成分表就采用这种能量评价系统，例如蛋白质的能量系数，在蛋类为4.36 kcal/g、乳及乳制品4.27 kcal/g、大豆和大豆面3.47 kcal/g、多种食物的混合膳食 1.83 kcal/g;蔬菜及制品蛋白质的能量换算系数在2.0～3.7kcal/g之间[4]。美国的有关专家认为这个系统比Atwater系统更精确，但应用和计算较繁琐，与其它国家数据无可比性。
（3）实验测定或总能量为基础的能量评价系统（empirical or gross energy-based system）
这个系统的系数是建立在每种食物实验检测的基础上，并且每次要测定被检食物的燃烧热作为一个必要的参照指标。这个系统试图摈弃Atwater系统的机械性，其推行者们认为对所有食物中同一种营养素采用一成不变的系数是不科学的，食物各成分之间的能量吸收利用存在内在联系和相互影响。
（4）修订/改进的ME系统能量系数和公式
MEMOD = 16.7 kJ/g 蛋白质 + 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
这个公式中采用了近年来对碳水化合物分类及消化吸收率和大肠发酵特点的研究认识成果，将碳水化合物划分为可利用和不可利用（不在小肠内消化吸收，但在大肠内发酵，产生的短链脂肪酸可给机体提供能量）两部分，分别采用约4kcal/g（15.7 kJ/g）和1.9kcal/g(8 kJ/g)的能量系数。
（5）Livesey 提出的NME系统（如对一般膳食的通用能量系数和计算式）
NME = 13.3 kJ/g 蛋白质 + 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确定的Atwater能量换算系数并没有限制住科学界对食物能量的继续思考，他们也不满足于能量系数经验性求导或矫正的方式，而是从根本上对用食物代谢能（Metabolisable energy, ME）理论产生了怀疑。
2 NME食物能量评价系统
上世纪90年代初，Livesey等用双标水示踪技术等新手段，研究了能量在机体内的流程，对食物能量的消耗、机体能量平衡和净能量系数提出了不同的认识。重新定义了净代谢能（net metabolisable energy, NME）的概念，将NME定义为最大限度转化为ATP的那部分食物能量，也就是人体真正可有效利用的食物能量，与机体能量需要（消耗）相互平衡的能量。他们认为估算与人体能量的需要相平衡的食物能量时应该去除食物的各种必然生热作用，如转化ATP时的损失等。因此食物能量换算系数应该由NME求导。ME包含了各种与机体能量需要无关的热能消耗，与机体的实际能量需要不平衡，因此求导食物的能量系数势必造成偏差，从根本上是错误的。他们对能量在机体内的转移流程的理解如图1所示，对能量在机体内的消耗和利用在一些地方同以往的认识存在不同和争议。为避免与源自《动物营养学》领域的净能（net energy, NE）概念混淆，Livesey等建议停止使用NE的概念。
由此Livesey等建立了以净代谢能为基础的能量系数求导系统（NME system）[1]，并认为应该用NME系统替代和统一食物能量评价系统。总之，其主要理由可总结为两方面：
（1）客观理由，如前文所述，能量评价系统和方法需要统一，需要合理化、科学化。尤其是新型食物添加剂、脂肪和糖的替代物的能量系数需要制订，能量值合理计算和标识势在必行。
（2）在理论上，Livesey等认为代谢能（ME）并没有被机体有效地利用，而净代谢能才是最大限度地被机体有效利用的能量，因此ME到NME的转化率kee（kee = NME/ME）是求导食物能量换算系数的重要参数。NME能量系数可由下面的公式求导：
NME = P·(ΔH — Up)·D ·kee + F·ΔH·D ·kee + AC·ΔH·D ·kee +DF·ΔH·D·kd·kee
公式中P 代表蛋白质，F 代表脂肪，AC代表可充分利用碳水化合物，DF代表膳食纤维；D 代表每一种供能营养素各自的消化率，ΔH表示每一种营养素各自的物理燃烧热，Up 是尿氮损失的能量；kee 即每一种营养素的ME转化为NME的系数，据Livesey，数值可由ATP的产量推算，kd 不消化的碳水化合物在大肠发酵时能量的吸收率系数，是吸收的短链脂肪酸能量与碳水化合物粪能及可燃气体能之和的比值；式中NME 可以通过试验检测的方法确定。
目前Livesey报道的结果见前文公式（3），是用于计算一般膳食能量值的公式和系数。NME系统也提供了各种食物成分的单独能量系数，用于某种成分异常高的食物或膳食能量值的计算。见附表2。
Livesey等提出的NME系统充分体现或强调了代谢能的利用效率。膳食纤维和蛋白质的能量系数明显低于传统和矫正的ME系统，他们认为机体对蛋白质能量利用率实际没有以往估测的高，蛋白质异生成糖供能的效率是很低的，而且其食物特殊动力作用，即食物必然生热作用（obligatory dietary thermogenesis）损耗的热能约为20%，也远比CHO和脂肪高；食物中一些脂类，如腊、类脂的消化吸收率和能量利用性都不高，因此脂肪的能量系数也略有下调，但四舍五入后还是37kJ/g（9kcal/g）。
目前，NME 系统或其个别系数已在欧洲和其它一些国家开始比较研究和试用。Livesey等认为NME系统已经成熟、并形成了自己的体系，向FAO/WHO相关机构和专门专家顾问委员会呼吁在全球范围内推行该系统。但由于一方面在理论上人体能量的需要和代谢概念和认识比较混乱，缺乏明确统一的定义；另一方面能量检测手段还不统一，怎样求导能量系数的指导性和总结性资料十分稀少[2]。NME系统理论和不充分的实验数据还一时无法说服怀疑者和反对者。因此在2002年12月召开的专门技术工作会议上未获得通过。FAO和大部分专家们认为在全球范围内推广NME食物能值评价系统尚需大量不同人群研究结果和数据的证实。
3 分歧和建议
对NME系统反对和怀疑意见最多的是澳大利亚和新西兰食品机构（Australia New Zealand Food Authority, ANZFA）的Warwick 博士和Baines博士[2]。在工作会议正式召开之前，双方在FAO网站公布的会议背景资料上都发表了各自的观点，进行了争论。目前对该食物能量值评价系统无论从理论推导基础、初步的比较检验和可操作性角度都有反对和怀疑。批评者认为Livesey 的阐释中个人观点较多，而数据根据不足，提供的工作会议背景资料论述不够透彻和清楚；还有提法不当，如称ME系统是“错误的”、“无用的（unuseful）”，而NME系统是“正确的(right)”、“有用的（useful）”…。
（1）在理论基础方面
Warwick 和Baines认为，是否在ME的定义下求导还是用NME的概念求导能量系数，实质上是认定哪部分能量对机体有用的关键问题。ME的定义（参见图1；图2 ，第4点）描述的是食物能量中可用于机体产热、维持生理、活动和获得体重的那部分能量。而NME反映的是能转化成ATP的那一部分食物能量（维持生理和活动），而对温血动物和人类，包含在ME中的各种体增热对体温调解应该说具有重要作用，未消化的食物成分在结肠内发酵产生的热量同样不应被认为是空白能量。
食物能量在机体内的代谢机制及相应概念历来有不同解释，反对者认为NME系统中对关键的dHE的概念和范围不能清楚地辨别和确定（参阅图2）。实际上许多因素可能会刺激和影响生热作用的发生和强度，如低温、药物、激素、吸烟、感染等…，这些影响体温的因素对食物能量利用的影响是难以解释的。NME系统只是在众多因素中仅仅把食物的特殊动力作用纳入了能量系数的求导当中。另外，以往的食物流程图中认为RE应属于NME或NE内支出的范围，而NME系统的理论中将其安排在DE上（实际上无论是ME系统还是NME系统都是通过体重稳定的正常成年人人体实验来求导能量换算系数的，RE = 0）。因此，有人认为NME系统本身不够十分完善。Livesey 等的辩解认为，外界温度、外源激素和某些药品应视为是改变了机体对能量的需要量，而不是改变了食物能量被利用的程度；RE不是同食物NME平衡的能量，求导能量系数时不能考虑，请参阅图1和图2。
（2）在对比实验研究方面
目前还缺少各方大量的对比研究数据，初步的对比研究资料显示NME系统和Atwater系统对一般膳食能量计算结果相差约4%～8%，不可利用碳水化合物和蛋白质越高的食物相差越大。Livesey 等报道对一些新型食物能量的换算结果两种方法可相差约40 % 或更高。
Warwick 和Baines 等的数据表明，尽管FAO和WHO没有制订或认定糖醇类和葡聚糖的能量值，但用ME系数计算含有这两种成分的混合膳食能量值，同NME系统计算的结果差异很小，对糖醇差异0.3 ～ 2.5 kJ/g，葡聚糖差异约1 kJ/g(ME >NE)。以Van Es（1991）对糖醇的最高推荐摄入量 20 g/d , 或按每日随机摄入葡聚糖 70 g (Livesey, 1999； 未公开发表的提议)来计算，ME系统计算的每日摄入的食物能量值比用NME系数计算的结果高6 ～ 70 kJ/d, 这个差异按 8000 kJ/d的代谢能（ME）需要量比较，小于1 % 。因此可以说无论用ME还是NME求导糖醇、葡聚糖或其它食物成分的能量系数，最终在实际应用中的差异，对每日能量需要量来说极小。在目前的技术条件和水平下，人体能量需要量的测定误差是±10 % ，因此ME和NME系统的计算结果甚至可以说是殊途同归。
Warwick 和Baines 等也反对在计算食物能量时混合使用ME系数和NME系数，坚持对各种食物和膳食、各种成分要始终一贯使用一种能量系统的系数。但是混合使用两套系统的情况确实存在。如前文所提的糖醇和葡聚糖，近几年很受重视，被称为新型碳水化合物，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广泛存在，目前使用的能量系数就是由NME系统求导的。而且还有人建议蛋白质的能量系数也应该采用NME系数，因为蛋白质的代谢能利用率远比脂肪和可利用碳水化合物低。这种混合使用的结果往往会造成矛盾的结果，反而丧失了可信度。表1 是Warwick 和Baines的例证，单独使用ME或NME系统的能量系数计算结果表明，食物A的能量值始终比食物B的高，但是用ME和NME系统的混合系数计算的能量值则表明食物A的能量值比食物B的低。
表1. ME系数、NME系数及ME与NME系数混合计算食物能量值的比较
注：* 能量系数为：蛋白质 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）。 ** 混合系数计算时除了新型碳水化合物的能量系数用NME系统的10 kJ/g外，其它成分全部用ME系统的系数。
MacLean等的初步研究表明，ME系统和NME系统（理论和实验都是建立在成年人生理状态上的）在评价婴幼儿能量平衡方面都同样显得无能为力。婴幼儿胃肠道发育还不完善，许多糖类都能到达大肠发酵，可利用和不可利用碳水化合物的界限无法确定；免疫球蛋白等特殊蛋白质在婴幼儿肠道得不到有效的吸收；…。另外，研究和测定机体食物能量代谢的手段、方法尚需探讨和统一，这样同类研究和结果才有可比性[3]。
（3）实际操作和应用中的疑虑
现在的能量理论知识体系和概念、习惯都是和Atwater ME系统相一致的。批评者认为，有许多途径可以将食物能量代谢效率的概念纳入现有的能量评价系统，而无需改变食物的能量系数。在西方国家越来越多的人十分关心什么样的食物成分、何种膳食模或生活方式不会使人发胖，显然这方面的信息和知识具有相当科学研究价值和重要性。但是，诸如某些食物成分代谢能效率低的事实完全可以通过营养和医务专家的健康咨询或营养教育资料传达给消费者，比如，蛋白质要比含同等能量的脂肪和糖更利于减肥；戒烟可降低代谢率；同样的活动肥胖人消耗更多的能量；寒冷促进机体产热等影响代谢效率的因素，都不必一定反映在食物能量系数当中的。
支持ME系统的专家指出，食物标签上的能量值应该与机体的能量消耗具有直接的可比性。按FAO/WHO/UNU（1985）、NHMRC（1991）、Warwick（1990）认定的定义，人体能量需要量是指相当于每日膳食提供给人体的可代谢能，是平衡的能量支出（活动和维持正常生理）及额外的机体生长发育、妊娠、泌乳等所需能量之和。也就是说ME系统和现行的人体能量需要量标准是一致的。但一个原则性问题是，如果采用NME系数来评价食物能量值，结果势必小于当前标定的能量值，与摄入标准不符。若采用NME系统，不但要从食物中抛掉必然生热作用，而且还要从机体能量需要量标准中减掉这部分能量。
何况ME系统也可调整和完善。草率、频繁地更换标准和系统不仅会极大地困扰营养学家、营养师、医生和消费者（informed consumer），而且会给食品企业、营养标签和国际贸易带来混乱[2]。
4 小结
总之，尽管在全球范围内使用统一食物能值评价系统的认识上专家们早已达成共识，反对者和怀疑者也不完全排除在不久的将来在全球统一使用NME系统的可能性，但现在还远不是用NME食物能量评价系统代替ME系统的时候。食物能量评价的依据、人体对能量的需要量、以及能量在人体内的流程、利用率等问题，以及检测、研究手段等本身都尚需广泛深入的研究。
另外，食物成分，尤其是新型食品中不消化碳水化合物的准确检测和合理表达，以及结肠发酵率的研究测定对正确评价食物能量都十分重要。
图 2 食物能量在机体消耗利用情况示意图[1，2]（多年理论和概念的总结）
注:* 各种体增热，Livesey 统称为dHE，认为可通过人体试验测定，但理论上不包括非食物必然生热作用、发酵热、寒冷、药物、激素等刺激而产生的增热效应。** Livesey 等认为RE不是同食物NME平衡的能量，求导能量系数时不能考虑。实际上NME和ME系数都是用正常成年测定的，对一个体重稳定的成年人来说RE ≈ 0，因此ME和NME的差异主要在于体增热上，即ME = NME + dHE。*** GaE 在旧的能量流程图中在oME之下，Livesey 的流程图中认为GaE与FE同属IE下，其他专家没有异议。
表2 食物成分的能量系数 (kJ/g)* , 摄入能、消化能、代谢能和净代谢能 (Livesey 2002)
注：灰色部分是最近经过四舍五入后已经被实际应用的能量系数，不考虑定义。* 表中所列营养成分的能量系数都是经过多次试验或以多个实验室结果调整的数据，低聚糖的能量系数是以少数低聚糖数据代表的。 ** 中链脂肪酸甘油三酯的一些间接测热研究结果表明其能量系数实际上比表中所列数据低，但目前还未建立确切的测定方法。小数点后的数字没有意义，保留是为了避免计算机舍入的错误。
a.人体各种体增热(dHE)的间接测热法测定。b.人体ATP产量计算的方法求得。c.用难消化碳水化合物的大肠发酵率估算可利用能量。d.得到相关动物能量平衡研究的证实。e.得到相关动物热量测定研究结果的证实。f.得到动物实验和ATP产量计算研究的证实。g.引自特别专家组对所以可获得的相关文献的综述。(g).按可利用碳水化合物对待而赋予的能量值。h.低聚糖总能量系数以大豆低聚糖的数值代替，低聚果糖的能量系数是来自谷物低聚果糖的数值。
主要参考文献
[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
