学术报告厅

    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：目的评价不同食物能量换算系统在我国日常膳食能量估算上的一致性。方法：通过人体试食试验测定低纤膳食、普通膳食、低燕麦DF，高燕麦DF、低玉米DF和高玉米DF膳食的食物燃烧能、总粪能、总尿能、产能营养素和DF含量，分析测定的代谢能与不同食物能量换算系统计算的能量值之间的差异。结果：总体上各能量换算系统的能量值之间存在差异，与测定的代谢能相比，阿特氏通用系数系统高估了４％，我国采用的系统低估了３．４％，净代谢能系统低估了６％，改进的代谢能系统和Livesey以总能为基础的经验公式较接近测定的代谢能。结论：膳食纤维是造成各能量系统之间存在差异的重要原因，中国应用的能量换算系统低估了能量值。

    关键词：食物能量换算系统；膳食纤维；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

    能量是食物的第一营养属性，其摄入水平是评价一个国家、地区居民营养状况、生活水平及社会经济发达程度的重要指标。食物能量评价系统、营养素能量换算系数是指导个体和人群合理摄取食物和膳食能量的基础信息，也是营养教育、食物营养学研究及居民营养状况调查中的重要工具和参数。
    然而近年来国际食物能量评价领域一直处于十分混乱的状态，这主要表现在食物能量利用效率理论认识上存在分歧，多种食物能量换算系统并存且互有差异，而这种差异的大小、其对每日膳食能量摄入水平的估算以及不同国家、地区食物成分数据库的比较有何影响尚需评估，目前国际上对此的系统性比较研究并不多见。
    在理论方面，对食物能量利用效率，尤其对膳食纤维（dietary fiber ，DF）和蛋白质能量利用效率的不同认识，成为不同食物能量评价系统共存的理论根基 。利用志愿者进行膳食试验是进行食物或食物成分消化利用率、能量利用率研究以及评价食物能量换算系统科学性的基础手段。本研究以不同水平和种类膳食纤维的人体试食试验为切入点，以平衡代谢能为基准，评估了不同食物能量换算系统在我国日常膳食能量估算上的一致性。

    1对象与方法
  
    1.1 研究对象

    招募符合以下条件的２０名志愿者：男性，成年，BMI１８～３０且体重１年内无显著变化，轻体力劳动，无消化系统和代谢系统疾病。随机分为４组，组间体重无显著差异。所有受试者禁食试验膳食以外的饮食，但不限制吸烟和饮茶（无糖）习惯；除就餐和排泄物收集，受试者照常工作和活动；受试者统一在旅馆住宿和管理。

    1.2膳食组成

    １．２．１试验样品：谷物纤维购自山西奥特福食品科技有限公司，经超细粉碎达１００目，以具备较好的水冲调性，燕麦DF含量为２７．２％，小麦DF含量为３８．５％。
    １．２．２膳食组成：共６种，分别为低纤膳食、基础膳食、低燕麦DF膳食、高燕麦DF膳食、低小麦DF膳食 和高小麦DF膳食，各膳食组成见表１。试验期间一日三餐的烹调和进餐都在统一的酒店进行。谷物纤维由工作人员调制，同饭菜同步食用。

    1.3 试验程序

    试验共进行４个周期，每周期８整天，第１和第２周期全部志愿者进行低纤膳食和基础膳食试验，第３和第４周期各组对补充高、低两种剂量的燕麦和小麦D膳食进行了交叉试验，保证每种膳食至少有８人食用。每周期开始前服用通常标记物Carmine，至标记物排出后结束试验。

    1.4 试验样品的采集、制备和检测

    １．４．１样品采集和制备：每餐均采集１份食物样品，冷冻贮存。将收集的多份样品按种类混合、搅拌均匀；再提取足量小样，冷冻、干燥、粉碎。粪便样品为每个试验周期的全部粪便，称重后迅速包装严密并立即放入－１８℃以下保存。然后提取小样，同食物样品制备方法保存。尿液样品收集每天２４h尿液，用３８％甲醛防腐，每个周期尿样汇总后提取足量小样。所有样品隔湿、隔气、－４０℃保存。

    １．４．２检测：食物的总能（GE food）、总粪能（gFE）和总尿能（gUE）用YX－ZR金鹰全自动量热仪测定。膳食纤维用瑞典FOSS膳食纤维分析仪系统，按酶重量法测定（AOAC９９１．４３）。蛋白质、脂肪、和灰分按相应国标方法检测；尿氮用凯氏定氮仪检测；食物样品、粪便和尿液水分（water ）用冷冻干燥法结合减压干燥法测定，总碳水化合物（TC）和可利用碳水化合物（AC）用下列减差法计算。标准物质采用欧洲参照物质（ERM）系列和国家标准物质研究所的样品。

    1.5能量计算方法

    准确称量和记录试验者每天食物的摄入量，测定其燃烧值并加和得到摄入的总能量（IE）。总粪能和总尿能为量热仪测定的燃烧热。净损失的粪能（nFE）采用gFE值，忽略消化液、胃肠道脱落细胞和结肠发酵等损失。净尿能（nUE）为每日尿液总氮乘以３０kJg（３０kJg为文献中采用的固定值）。ME    det     按照公式（１）计算，忽略皮肤、呼吸和大肠中细菌发酵产生的能量。阿特氏通用系数系统（ME    Atw    ）、改进的代谢能系统（ME    mod    ）、Livesey以总能为基础的经验公式（ME    Liv    ）、我国采用的系统（ME    Ch    ）和净代谢能系统（NME）分别按照FAO２００３年推荐的公式（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质量控制

    志愿者严格挑选，精心管理，保证良好的依从性。所有样品均进行平行测定，并与标准质控物同时专人测定，以确保检测结果的准确。数据库采用双录入法建立，以减少人为误差。

    1.7数据处理和分析

    所有数据用Excel 建立数据库，用SPSS１０．０进行统计分析。

    2结果
  
    2.1人体试验的基本情况

    各周期现场部分完成情况良好，大多数志愿者依从性良好、严守试验规则、积极主动配合试验管理和操作；食物和排泄物样品收集齐全；样品处理和保存操作规范，检测严格，各种试验膳食对受试者的初始和终末体重没有显著变化。实验初期有２人因事退出，后１人又加入后面的试验。另后期出现了因早餐豆浆加热不充分而引起４人腹泻，但未对试验结果造成显著影响。

    2.2总能量和主要营养素摄入量

    各试验膳食组的膳食纤维实际摄入量与原设计含量基本相符。低纤膳食组的总能量、蛋白质、摄入氮和脂肪均显著高于其它试验膳食组，差异有统计学意义（P＜０．０５）；而DF摄入量和TC摄入量低于其它试验膳食组，差异有统计学意义（P＜０．０５）。其他膳食组之间总能量和三大营养素摄入量差异无统计学意义（P＞０．０５），见表２。

    2.3排泄物中能量值和膳食纤维含量

    各试验膳食组的总粪能不同，随膳食中膳食纤维的含量增加而增加，差异有统计学意义（F＝１７．６９，P＜０．０１）。低纤膳食组的总尿能和净尿能均高于其他试验膳食组，差异有统计学意义（F＝１３．２７，P＜０．０１；F＝４１．３６，P＜０．０１）。各试验膳食组的粪便DF含量差异有统计学意义（F＝３６．７６，P＜０．０１），随膳食中膳食纤维的含量增加而增加。

    2.4不同能量换算系统、净代谢能系统和测定的代谢能的比较

    ２．４．１各系统的相关性

    经相关分析，不同能量换算系统的计算值与ME    det     的呈正相关，相关系数在０．９２８～０．９９８之间，（P＜０．０１），表明各系统间在每日研究DF摄入水平下估算上有一定的平行性，见图１。

    ２．４．２各系统能量值的比较

    经方差分析，总体上不同能量换算系统计算的能量值、净代谢能值和ME    det     之间不同，差异有统计学意义（F＝５．１５，P＜０．０１）。ME    Atw    最大，NME最小。经两两比较，除ME    Ch    外，NME与其他系统的能量值差别有统计学意义（P＜０．０５），ME    Atw    还与ME    Liv    和ME    Ch    能量值差别有统计学意义（P＜０．０５），见图１.

    ２．４．３各系统能量值的绝对和相对差异比较

    经方差分析，各系统计算的能量值、NME和ME    det     之间的绝对差异和相对差异也不同，差异有统计学意义（F＝１９８．４３，P＜０．０１；F＝１８８．６８，P＜０．０１）。与ME    det     相比，ME   Atw    平均高估每日膳食代谢能值近４％（－１１．１％～１．８％），绝对差异为３４８±３１１kJd；而ME    Ch    低估了３．４％，绝对差异为３４９±１８５kJd；ME    Liv    低估近１％，绝对差异为９５±２０１kJd；ME    mod    低估０．２２％，绝对差异３２±２１２kJd。NME与ME    det     差异最大，总体相对差异近６％（１％～９６％）绝对差异为６１９±２３２kJd。各系统与MEdet 的绝对差异和相对差异除ME    mod    和ME    det 外，其他两两之间的差别有统计学意义（P＜０．０５）。此外，不同膳食组各能量换算系统计算的能量值与ME   det     的相对差异也不同（P＜０．０５），其中随着膳食纤维的增加，ME    Atw    和NME与ME    det     的相对差异膳食纤维的增多，差值也增大，差异有统计学意义（P＜０．０５），其他系统差异未见统计学意义，见图２。

    3讨论
 
    膳食纤维的能量利用效率不同是目前所有能量换算系统分歧的共同焦点，不同系统中采用换算系数在０kJg到１７kJg之间。蛋白质则是代谢能系统和净代谢能系统分歧的又一焦点，后者蛋白质系数为１３．３kJg（３．２kcal g），比ME    Atw    和ME    mod    低２７．８％。ME    Atw    未将DF从碳水化合物中区分出来，赋予DF同可消化吸收的碳水化合物同样的能量系数；ME    mod    认为大多数DF在结肠发酵，且大约有一半的能量可被人体利用；我国采用的系统（ME    ch    ）与欧洲通用能量系统一致，计算可利用的碳水化合物，DF赋予０能量系数；ME    Liv    是以食物的燃烧能（总能）为基础，同时考虑含氮量和DF提出的，应用于代谢能试验研究中；NME能量系数的求导是扣除了食物特殊动力作用及其它无效热效应后剩余净代谢能，也就是食物最大程度上转化到ATP的能量，与其他系统的本质上是不同的 。由此可见，不同系统换算的能量值之间有偏差是必然的。
    本研究结果表明，以测定的每日代谢能为基准，在所有试验膳食中，ME    Atw    对每日膳食代谢能平均高估了４％，我国采用系统则低估了３．４％，ME    mod    和ME    liv    相对偏差最小，由于各膳食组DF的含量是不同的，能量值之间的差异在高膳食纤维组更加明显，而燕麦纤维和小麦纤维之间没有明显差别，表明对换算系统影响的主要是由于DF的数量而不是种类。
    NME与ME    det     总相对差异近６％，这个结果与FAO２００２年能量会议报道（４％～６％）基本一致，但文献中指出在某些特殊类型的膳食差异会很高，与ME    Atw    相比在某些膳食能量估算上的差异高达２０％ 。从理论上说，NME与ME存在差异是理所当然的。
    同时，不同能量换算系统在每日传统膳食能量评价上的差异，总体上差异范围不大，这主要的因为传统膳食具有相对较小的DF含量，如通常１０～６０gd，对每日１５００g左右的膳食摄入量来说，在５％以下，因此DF造成的偏差较小，与每日代谢能的数量级和不同人体代谢能需要量的测定误差（２％～８％）相比    ６    ，可能会令人觉得这些偏差是可以接受的。
    但上述结果是本次研究的总平均值，在高DF膳食偏差还会高一些；另外，本次研究是以测定代谢能为标准所作的比较，不是不同食物能量换算系统之间的直接对比。而实践中都是以能量换算系统评价膳食能量的。若将我国ME    Ch    同ME    Atw    比，在每日摄入能评价上的总平均偏差应为７％，而在个别膳食组的差异则还会加大，所以如果在评价不同国家膳食能量的摄入情况上，需考虑能量换算系统之间的差别。
    此外，本次研究膳食涉及的只是几种日常膳食搭配，DF设计摄入量１０～６０范围内，而我国膳食不仅有城乡差异，还有地区、民族等差异；而且也不代表某些特殊膳食配方和新型食物原料。据文献不同特色的膳食每日DF摄入量在２g～９３g之间，而几乎所有代谢能系统对DF含量的不断提高缺乏变应能力，从而对膳食能量的估计产生显著误差 。Merrill等的研究指出ME specific在混合膳食同ME Atwater 平均有５％的差异，但在某些膳食上差异达２０～３８％  。BrownJ．LiveseyG．１９９８年的人体试验中评价表明，所有ME系统（除了ME    Liv    ）在极高NSP的减肥膳食组都高估了食物提供的能量，只有ME    Liv    最为准确  。
    但无论如何，各能量系统之间的一致性还是比较平行的，尽管FAO新近推荐的改进的ME系统在估算膳食能量上是最接近人体代谢能需要的，但从实用的角度，考虑到转变为国内营养学界、当前的营养调查工作、营养指导和对食品企业和消费者带来的混乱，考虑到转变的成本等方面因素，暂时继续采用ME    Ch    也是可以的，但不应该长期留。为增进国际间和地区间食物能量数据的共享和交流，对食物能量评价体系进行研究和统一势在必行。

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