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Food energy－nethods  of  analys is and conversion fectors
  
    过去几十年的经验以来，推荐能量的需要量一直是复杂而具有许多困惑的问题。
    ２００１年，FAO，WHO和联合国大学（UNU）就能量在人类营养学中的意义召开了专家委员会，提供了能量需要量和其他能量相关问题的最新资料（FAO，２００４）。作为FAOWHOUNU能量以及蛋白质和氨基酸两个联合专家委员会会议准备过程的一部分，在２００１年６月召集创办了５个工作组，以便应对各种需要彻底回顾的议题。其中第五工作组重点负责食物能量和食物成分的分析问题，即能量的食物标签，包括贸易等方面的议题，这一工作组的建立也是考虑到能量需要量可能要根据能量的支出新的数据来进行修改。除了讨论蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维的首选的分析方法，第五工作组还将以下内容列入了讨论范围：１）能量在体内丢失的路径，丢失的能量为何不能为机体所利用来维持能量平衡；２）每种供能物质包括发酵的碳水化合物丢失能量的尺度；３）不同研究中食物成分能量损失的变异情况；４）经常食用的食物里以前未考虑过的能量损失情况；以及５）影响食物能量利用率从而调节能量需要和机体维持能量平衡的外界因素。将以上所有的因素考虑进去后，对能量评估包括食物生热效应评估的可能方法进行了讨论。同时，营养与特殊膳食用食物法典委员会（CCNFSDU）要求协助统一能量转换因子，从而使食物标签上或者为消费者提供的信息上能够统一。
    ２００２年的１２月３－６日在罗马举行了主题为：＂食物能量：分析方法和转换因子＂的技术研讨会，目的是推荐分析方法和能量转化因子，从而使１）分析更精确；２）如果可能，从概念上找出能量需要量估计方法的生理学基础；３）在一些复杂的术语上与现有的方法兼容，并在世界范围内广泛被接受；４）被不同人群广泛接受，如营养学家，公共卫生专业人员，消费者，政策制定者，调控者和工业生产者；以及５）在以上基础上，尽可能达到统一。
    这一报告接下来的部分重点解决几个重要的相关问题。第二章描述了食物分析的各种方法，总结了蛋白质、脂肪和碳水化合物目前的分析方法，结合目前的情况和可能的技术推荐了食物分析的首选方法。第三章提到了能量在体内的流程，为使用适当的能量转换因子估计食物能量值提供了一个理论框架。它对目前使用的不同的能量因子进行了描述，并指出其区别。它还强调了能量转换因子标准化的需要，总结了这一变化对目前食物和营养研究者实践中的意义。最后一章（第四章）总结了技术研讨会的观点，即在估计食物或膳食中宏量营养素能量值时如何将分析方法和转换因子很好地结合。

    １技术研讨会的理论基础 

    如果能量需要量不与提供能量满足需要量的食物和食物摄入相联系，那就只能停留在＂理论上＂而没有实践价值。要将个体的食物或最终的膳食转化成能量摄入并与推荐的需要量相比较需要有两方面的信息。首先是必须用合适的方法分析食物中提供能量的营养素如蛋白质、脂肪和碳水化合物的含量。其次是利用公认的反映这些成分在体内供能能力的一系列因子将这些成分的含量转化为能量含量。因此，要精确估计能量摄入，关键是每种供能成份都要有自己的能量转换系数。
    很久以来人们已经认识到蛋白、脂肪和碳水化合物的能量值各不相同，这与成分本身性质不同和其消化、吸收和代谢等有关。
    分析方法和生理功能相互促进使营养学领域的研究变得更有意义，但同时也更加复杂。以供能营养素为例，现在有许多不同的分析方法和能量转换因子。食物中每一种供能成份与其分析方法相关联，造成蛋白质、脂肪、碳水化合物或膳食纤维的实际含量有微小的或非常明显的不同。每一种成份又含有自己的能量值（有的情况下甚至是几个值）－－其所含＂组分＂的能量值可能与该成份相同或不同，这使得问题更加复杂化。使用其中某一种分析方法和某一种转换因子可以使某个食物中的能量值有很多个，最终结果是估计的整个膳食的能量值也千变万化。随着时间的推移，这一现象变得越来越复杂，FAO早在１９４７年就开始认识和致力于这方面的工作了。

    ２食物分析方法

    尽管经过了过去半个世纪的努力，仍有必要在分析方法和数据上进行国际间的协调统一。实际上，特殊的供能营养素新的分析方法的不断发展，使这一任务比以前更加复杂。
    这一章讨论蛋白质、脂肪和碳水化合物的常用分析方法，并根据目前的技术推荐首选的方法。同时也给出了当首选方法不适使用时的其它可接受方法。

    ２．１蛋白质：

    蛋白质的建议：
    １）如果可能的话，建议以单个氨基酸的总和加上游离氨基酸来作为测定食物中蛋白质含量的方法（每一氨基酸的分子量减去水的分子量）。这是在了解到美国公职化学家协会（AOAC）对食物中氨基酸测定没有官方方法的基础上建议的。无疑，要达成一个标准的方法，需要通过合作研究和科学上的一致性工作。

    ２）只要可能，食物成分表中应该以氨基酸总和来表示蛋白质。
    ３）为了推动基于氨基酸测定所得蛋白质含量，在缺少资源的发展中国家和小型企业的广泛应用，FAO与其他机构迫切需要支持这些国家的食物分析和发放一些最新的基于氨基酸分析所得蛋白质含量的食物成分表。
    ４）当氨基酸分析条件达不到时，用凯氏定氮法或相似方法测定总氮含量并乘以相应的转换系数来计算蛋白质量也可以考虑。
    ５）如果知道特定转换因子的话，应根据Jones 的特定转换因子将食物中氮含量转换成蛋白质含量。如果不知道特定因子，应运用通用因子６．２５。
    ６）在以下条件下只推荐用氨基酸分析来确定蛋白质含量：
    ●    作为唯一营养素来源的食物，如婴儿配方奶粉；
    ●    为特殊膳食条件设计的特殊食物配方；
    ●    新资源食品。

    ２．２脂肪

    对脂肪分析的标准方法比蛋白质和碳水化合物的一致性要好。膳食中绝大多数脂肪是以甘油三酯的形式存在（一分子甘油与三分子脂肪酸酯化在一起）。脂肪还包括一些非甘油酯的固醇成分如胆固醇等。尽管这些非甘油酯的成分在代谢方面的作用引起了大家诸多的兴趣，但它们不作为膳食能量的重要来源。
    粗脂肪的测定有FAO公认的重量法，该方法测定的粗脂肪还包括磷脂和腊脂，以及很少量的非脂肪物质等（AOAC，２０００）。总脂肪可以通过分析单个脂肪酸来计算并以脂肪酸当量来表示（FAO，１９９４）。许多种类的食物中的总脂肪都适合用该方法进行测定。

    对脂肪的建议

    １）为计算能量，推荐分析脂肪酸来计算总脂肪，并以甘油三酯当量来表示，因为这一方法可以将不产生能量的蜡和磷脂中的磷排除出去．
    ２）尽管重量法不太令人满意，在计算能量时也可以作为测定脂肪的方法。

    ２．３碳水化合物

    FAOWHO在１９９７年举办了关于碳水化合物的专家会议。这次会议的报告中（FAO，１９９８）对不同类型的碳水化合物进行了详细描述，并总结了所用的分析方法，这些在后面的段落中进行了概述。１９９７年专家会的另一个关于碳水化合物命名的建议也被目前的技术委员会所认可。
    多年来食物中总碳水化合物含量都是用减差法计算的，而不是直接测定。该方法是首先分别测定食物其它成分的含量（蛋白质、脂肪、水分、酒精、灰分），用食物总重量减去其他成分，称为减差法所得的总碳水化合物并通过以下公式计算：
    １００－［（蛋白质＋脂肪＋水分＋灰分＋酒精）g１００g食物］
    应该清楚该方法所得的碳水化合物包括纤维，以及一些严格讲不称为碳水化合物的成分，如有机酸（Mer rill和Watt，１９７３）。总碳水化合物也可以通过直接分析单个碳水化合物和纤维重量然后采用加和法进行计算。
    可利用碳水化合物指以被体内的酶消化，从而能吸收进入中间代谢过程的那部分碳水化合物。（它不包括膳食纤维，因为纤维只有在发酵后才能成为能量的来源－参考后面的部分）。可利用碳水化合物可通过两种方法计算：减差法或直接分析法６。要通过减差法计算可利用碳水化合物，要分析膳食纤维的量并从总碳水化合物中减掉，即：
    １００－［（蛋白质＋脂肪＋水分＋灰分＋酒精＋膳食纤维）g１００g食物］
    这可以计算出可利用碳水化合物的量，但不能表示出其所含的各种糖成分。另外，可利用碳水化合物也可以通过分析单个可利用糖来进行计算。在任一种情况下，可利用碳水化合物可以重量表示也可以单糖当量表示。表２中总结了这些方法。
    膳食纤维是一个生理学和营养学的概念，指小肠中不能消化的碳水化合物成分。膳食纤维以不消化的状态通过小肠到达大肠，可被细菌（菌群）发酵，最终产生不同数量的短链脂肪酸和一些气体如二氧化碳、氢气和甲烷等。短链脂肪酸是结肠上皮细胞一个重要能量来源；也可被吸收进入中间代谢。
    膳食纤维包括来自于植物细胞壁的纤维素，半纤维素，木质素、胶质；抗性淀粉和其他一些成分（见图１）。正如大家所知道的，膳食纤维已经建立了多种分析方法。这些方法可以测定纤维的不同成分，从而产生出不同的定义和含量。国际AOAC组织和欧共体标准参考局已经对三种方法进行了充分的合作验证工作：AOAC（２０００）的酶，重量法－Prosky（９８５．２９）；Englyst 和Cummings 的酶，化学法（１９８８）；以及Theander 和Aman的酶，化学法（１９８２）。尽管这样，在不同国家的食物成分表中至少运用了１５种方法来测定膳食纤维含量，每种检测方法都能给出不同的测定值，不仅影响了食物成分表中膳食纤维的含量值，也影响到通过减差法计算的可利用碳水化合物的值。

    对碳水化合物的建议

    １）可利用碳水化合物时能量计算方面一个有用的概念，应该保留。这一建议与１９９７年专家委员会的观点有一定差异，后者认为“血糖生成碳水化合物”的术语意思是“提供代谢的碳水化合物”（FAO，１９９８）。当前专家们认为“血糖生成碳水化合物”的表示方法会与“血糖生成指数”的概念混淆甚至将两者等同，血糖生成指数是描述不同“可利用碳水化合物”相对血糖应答的一个指数。“可利用”一词可充分表达出“提供代谢的碳水化合物”的概念并且避免了其歧义。
    ２）碳水化合物的分析应该是能够测定可利用碳水化合物膳食纤维。要估计能量值时，首选通过标准方法直接测定单个碳水化合物并进行加和法计算可利用碳水化合物的方法（Southgate，１９７６；Hicks，１９８８），而不选用总碳水化合物减掉膳食纤维的减差法来计算。这样可以从淀粉中分离出单糖和双糖。
   ３）对大多数食物，通过减差法计算可利用碳水化合物并估计能量是允许的，但对于新资源食品或有低能量声称的食品不适用。对后者应该出台标准的直接分析可利用碳水化合物的方法。
    ４）“膳食纤维”是一个有用的概念，已被消费者熟知，所以应该在食物标签或食物成分表中保留。由于纤维的可溶性不可溶性的物理性质与其是否能够发酵并无直接相关性，因此可溶性和不可溶性的区别对计算能量或消费者没有价值。
    ５）AOAC（２０００）－Prosky（９８５．２９）的方法或类似方法可用来测定膳食纤维。
   ６）由于膳食纤维有一系列的测定方法从而得出不同的结果，所以当不用Prosky的测定方法时，应注明所用的方法，其含量应按照INFOODS 的标签确认（Klensin et  al．，１９８９）。另外，应利用食物成分表的概念和数值来确认方法。
   ７）为发展抗性淀粉的标准分析方法，需要进一步的研究和科学上的统一。

    ３能量转换因子

    随着１９世纪晚期大量食品分析技术的出现，提出了各种不同的食物能量换算系数。总的来讲，目前应用的有３个系统：即阿特沃特通用系数系统（the At －water  general  factor  system），更广泛的通用系数系统（a more extensive general  factor  system）和阿特沃特特异系数系统（Atwater  specific factor  system）。必须注意的是，上述３个系统都是基于代谢能（ME）概念。Livesey２００１年提出了一个以食物净代谢能（NME）为基础的通用系数系统，以替代上述３种系统。以下对这四个能量系统分别简要进行介绍。

    ３．１阿特沃特通用系数系统

    阿特沃特通用系数系统是由Atwater  WO 等建立的（（Atwater 及Woods ，１８９６）。该套系数是通过测定蛋白质、脂肪和碳水化合物的燃烧热（即总能），再通过校正这些营养素经消化、吸收和尿液所损失的能量后得到的。该系统不考虑供能成分的食物来源，而是对每一种产能底物（蛋白质、脂肪和碳水化合物）采用一套固定的系数，分别为蛋白质１７kJg（４．０kcal g）、脂肪３７kJg（９．０kcal g）和碳水化合物１７kJg（４．０kcal g）［原文注：以千焦（kJ）为单位时，食物能量值或换算系数通常要取整。蛋白质、脂肪、碳水化合物和乙醇的精确系数分别为１６．７、３７．４、１６．７和２８．９kJg。可利用碳水化合物用重量表示时的能量换算系数为１６．７kJg，用单糖表示时的能量换算系数是１５．７kJg］。该系统也制订了乙醇的能量换算系数，为２９kJg（７．０kcal g）（At water 及Bene dict １９０２）。按Atwater 的原始文献的描述，碳水化合物是用减差法计算得到的，因此包括了食物纤维（fiber ）。阿特沃特通用系数得到了广泛的应用，原因之一是清楚、简单。

    ３．２更广泛的通用系数系统

    更广泛的通用系数体统（a more extensive general  factor  system）是对阿特沃特通用系数系统的不断修订、改进和补充。例如，人们意识到应该将碳水化合物划分为可利用碳水化合物（available carbohydrate，AC）和纤维（fiber ）来分别赋予其能量换算系数。１９７０年，Southgate和Durnin提出用单糖表示的可利用碳水化合物的能量换算系数为１６kJg（３．７５kcal g）（译者注：不可利用碳水化合物——    —    纤维实际被赋予０能量值）。这一改变承认了采用减差法和直接测定法所测定的可利用碳水化合物的结果存在差异（译者注：减差法测定的AC通常能量换算系数采用１７kJg，而直接测定的AC通常用葡萄糖当量计，能量换算系数采用１６kJg）。
    近年来，建议膳食纤维（dietary fibre）的能量换算系数为８．０kJg（２．０kcal g）（FAO，１９９８），但目前尚未得到实际应用。这个系数是在假设膳食纤维有７０％在结肠内发酵的前提下推算出来的。发酵所产生的能量一部分以气体的形式损失掉，一部分与结肠内的细菌结合随粪便损失。如前文提及，乙醇、有机酸和多元醇（polyols）都有其相应的能量系数，分别为２９kJg（７．０kcal g）、１３kJg（３．０kcal g）（Codex Alimentarius，２００１）和１０kJg（２．４kcal g），每种特定的多元醇和不同的有机酸则有其各自的能量换算系数（Livesey）等，２０００。

    ３．３阿特沃特特异系数系统

    １９５５年，Merrill和Watt在对阿特沃特通用系数进行重新审订和修正的基础上，提出了阿特沃特特异系数系统。他们综合了当时５０多年的研究成果，根据食物来源的不同制订了不同的蛋白质、脂肪和碳水化合物的能量换算系数（译者注：即不同种类食物的能量系数不同）。阿特沃特采用的是蛋白质、脂肪和碳水化合物的各自平均值为能量系数，而Merrill和Watt则认为不同食物来源和特性的三大供能营养素各自的燃烧热能和消化系数都并非固定值，都有一个变动范围，这一点应该从它们的能量换算系数上反映出来［原文注：Merrill和Watt（１９４１）在计算食物蛋白质含量时采用了琼斯（Jones ）氮－蛋白质换算系数］。下面２个例子有助于更清楚地说明：（１）不同蛋白质的氨基酸组成不同，因此它们的燃烧热能必然会有差异；稻米蛋白质的燃烧热能比土豆蛋白质的高将近２０％，显然这两种蛋白质应采用不同的能量换算系数。（２）谷类的消化吸收率（和纤维素含量）与碾磨的精细程度有关。因此，全麦粉（出粉率１００％）所提供可利用能与相等重量精面粉（出粉率７０％）不同，从而它们的能量换算系数也应该不同。
    基于这种认识，他们制订了一系列（而不是一套）应用于各种食物的能量换算系数。阿特沃特特异系数系统中，蛋白质的能量系数有多个，如来源于一些植物的蛋白质的能量系数为１０．２kJg（２．４４kcal g），鸡蛋蛋白质的则为１８．２kJg（４．３６kcal g）；脂肪的能量换算系数从３５kJg（８．３７kcal g）到３７．７kJg（９．０２kcal g）不等；而碳水化合物的能量换算系数则从柠檬或酸橙汁的１１．３kJg（２．７０kcal g）到精制大米的１７．４kJg（４．１６kcal g）不等。上述蛋白质、脂肪和碳水化合物能量换算系数的变化幅度分别为４４％、７％和３５％。Merrill和Watt（１９７３）比较了采用阿特沃特特异能量系数和阿特沃特通用能量系数所计算的不同代表性食物和食物类所提供的能量的偏差。采用阿特沃特通用能量系数计算的美国日常混合膳食提供的能量比采用食物特异系数的计算结果高５％。但有几种食物［如食荚菜豆（四季豆）、甘蓝、柠檬等］采用这两种换算系数计算的能量的偏差高达２０％～３８％。当不包括这些相对特殊的食物时，两个系统的差异为２％。
    显然，阿特沃特特异系数系统比阿特沃特通用系数系统优越，因为后者仅考虑了蛋白质、脂肪、总碳水化合物和乙醇。但该系统可能并不比更广泛的通用系数系统（译者注：改进的通用系数系统、改进的ME系统）优越，因为后者不仅考虑到了可利用碳水化合物（AC）和膳食纤维（DF）之间的差别，而且还认识到除蛋白质、脂肪和碳水化合物以外的其他能量来源（译者注：如有机酸、多元醇、新型食物成分等）。

    ３．４净代谢能系统

    上述３个系统都基于代谢能（ME）。食物的代谢能（ME）经过进一步的修正——    —    即扣除发酵产热损失和食物的必然生热作用损失（如生成ATP代谢途径中的热能损失）之后，可以推算出食物的净代谢能（NME），以净代谢能为基础的食物能量换算系统，简称净代谢能系统（NME system）。净代谢能系统主体上保留了采用通用系数的方式，即所有食物（无论种类和加工方式和加工程度）蛋白质、脂肪、可利用碳水化合物、膳食纤维以及乙醇等都采用一套固定的NME能量换算系数。采用通用能量换算系数可以避免制订和采用一个庞大的、使用复杂的一系列食物特异的能量换算系数表（译者注：目前普遍认为，任何一种有机酸、膳食纤维、低聚糖、多元醇和新型食物原料的纯品或以其为主要成分的食物应该采用其特异的能量换算系数，而不宜采用这些食物成分各自总的能量系数）。
    ME系数和NME系数的主要区别在于对蛋白质，发酵、不可利用碳水化合物（unavailable carbohy－drate，UC）和乙醇等能量含量的估计不同。蛋白质的NME系数和阿特沃特通用系数分别为１３kJg（３．２kcal g）和１７kJg（４．０kcal g），这意味着在估算食物蛋白质的能量值时，NME系数会比ME系数低估２４％。目前推荐的普通膳食中膳食纤维的ME系数为８kJg（２．０kcal g），相应的NME系数为６kJ／g（１．４kcal／g），后者比前者低２５％；发酵的膳食纤维的ME和NME系数分别为１１kJg（２．６kcal g）和８kJg（２．０kcal g），二者相差２７％。这是由于NME理论体系认为膳食纤维在发酵中损失的热能还要多。乙醇的ME及NME能量系数分别为２９kJg（７．０kcal g）和２６kJg（６．３kcal g），相差１０％。这是因为NME系统估算了乙醇的必然生热作用。总之，对于那些蛋白质和膳食纤维含量均较高的食物以及一些新型食物成分来说，NME和ME能量值的偏差将会极大。

    ３．５各种食物能量换算系数系统的混用

    尽管ME系数体系得到了广泛应用，但经介绍，ME体系本身有３类不同的系数系统（译者注：另外，还有一些经验公式也在食物成分表或营养标签中得到了使用），这导致了无论在国际上还是在一个国家内部，出现了几种能量换算系统混杂使用的局面。譬如，《国际食品法典》１９９１版（Codex Ali－mentarius ，１９９１）规定使用阿特沃特通用系数系统（译者注：不区分可利用碳水化合物和膳食纤维），并补充了乙醇和有机酸的系数。英国的食品法规要求将碳水化合物以重量表示，与《国际食品法典》保持一致［译者注：但在英国《食物成分表》食物能量值的计算中，可利用碳水化合物却允许以单糖当量表示，并且未考虑不可利用碳水化合物（相当于膳食纤维）的能量］。因此，一个国家的食物成分数据库与其食品标签法规经常存在冲突。例如，１９９０年的美国营养标签与教育法（United States  Nutrition Labeling and Education Act ，NLEA）中允许用５种不同的食物能量换算方法，其中包括阿特沃特通用系数系统和食物特异系数系统。根据数据来源的不同，一个食物成分数据库中不同食物的能量值可能会是通过不同的换算方法获得的数据。另外，一些国家，还对新型食物成分，如多元醇类、多聚葡萄糖（poly dextrose）等也采用了特异的能量换算系数。
    一系列食物能量换算系数，再加上前文中所讨论的食物成分分析方法的多样性，在食物能量评价领域引起了很大混乱。理论上，食物主要供能成分有９７５种组合（蛋白质１３种×脂肪３种×碳水化合物５种×膳食纤维５种），每一种组合会得出一个不同的营养价值评价结果。再与目前几种“被接受”的食物能量换算系统组合，更增加了人们对食物能量值的准确性的困惑。显然，迫切需要一个高度统一的食物能量评价体系。

    ３．６食物能量换算系数系统的标准化

    标准化的一种方法是统一采用目前仍在应用的ME系统，另一种方法则是考虑采用NME系数系统。关于各种食物能量评价系统，相关专家目前已就以下原则达成共识：
    （１）NME表示的是机体生成ATP的潜力，即某种食物或某个食物成分满足机体对ATP能量需求的最大能力；因此，NME本身就是一种改进了的食物能量评价体系，尤其适用于比较单个食物的能量效应时。    （２）２００１年人体能量需要量建议值是在测定人体能量消耗量的基础上制订的，在概念上与ME系统相符（FAO，２００４）。
    （３）某些食物采用ME和NME系数所引起的能量值的偏差要比采用这２种系数计算的人们经常食用的饮食的能量的偏差要大得多。
    根据上述原则，２００２年底FAO在罗马举行的“食物能量分析方法和表达模式技术工作会议”上，与会专家一致认为，食物能量换算系数是用来估计食物或膳食能量是否符合推荐的能量需要量的，因此能量需要量值与食物的能量值应该具有一致性和可比性。ME系统与目前的推荐能量需要量具有一致性，目前应继续采用ME系统，暂不采用NME系统。