식품 에너지와 인체 이용 에너지
인체는 성장 및 유지, 활동, 체온조절 등을 위하여 적당한 에너지를 필요로 하며, 이런 에너지는 식품에 포함된 탄수화물, 지방, 단백질로부터 공급받은다. 또한 알코올 섭취로도 에너지를 공급받을 수 있다. 식품에너지가 100% 체내에서 이용되는 것은 아니다. 식품의 총에너지 중 일부는 소화과정 중 손실되며, 소화 흡수된 에너지(소화가능에너지) 중에서도 소변 등으로 빠져나가는 에너지를 제외한 것이 대사에너지이다. 대사에너지 중 상당량이 열로 발산되고 일부는 식품의 소화, 흡수, 분해, 저장에 이용한다. 이를 모두 제외한 이용 및 저장 가능한 에너지가 네트에너지이다. 실제 식품의 에너지를 계산할 때는 대사 에너지를 사용하며, 탄수화물 4kcal/g, 단백질 4kcal/g, 지방 9kcal/g로 계산하고 있다. 이 에어지를 생리적 열량가 혹은 애트워터 계수라고 한다. 식품의 에너지량 계산하려면, 그 식품의 에너지 영양소의 함량에 해당 생리적 열량가를 곱해준 값을 합하면 된다 지방은 1g 당 9kcal가 생성되는데 왜 탄수화물은 4kcal의 에너지가 생성되는가? 지방산의 하나인 팔미트산과 포도당의 구조식을 비교해보면, 팔미트산인 C16H32O2가 포도당인 C6H12O6보다 탄소에 대한 산소의 비율이 훨씬 적다. 따라서 지방이 탄수화물보다 훨씬 더 환원된 형태로 존재하기 때문에 체내에서 더 많이 산화될 가능성이 있어 실제 더 많은 에너지를 내게 된다.
식품 에너지 측정
식품의 에너지는 봄 열량계로 연소열을 측정해 구한다. 열량계 내부의 단열된 밀폐 공간에 일정량의 식품을 놓고, 그 식품을 태우면 연소열이 나오는데, 그것이 밀폐 공간을 둘러싸고 있는 물의 온도를 올리게 된다. 따라서 식품을 태우기 전후의 물의 온도를 측정함으로써 식품의 연소열을 계산할 수 있다.
탄수화물, 지방, 단백질, 알코올 등 봄 열량계로부터 나오는 각 에너지 영양소의 연소열량은 일반적으로 탄수화물 1g에 4.15 kcal, 지방은 9.45 kcal, 단백질은 5.65 kcal, 알코올은 7.1 kcal로, 실제 인체에서 이용되는 에너지보다 많다. 이것은 소화율, 배설되는 에너지양 등에 의해 차이다.
인체 에너지 대사량 측정
인체의 에너지 필요량을 측정하는 방법에는 직접 열량측정법과 간접 열량측정법의 두가지가 있다.
직접 열량측정법
직접 열량측정법은, 사람이 단열된 밀폐 공간에 들어가서 열을 발산함으로써 그 공간을 둘러싸고 있는 물의 온도를 상승시키는 원리에 의한 것이다. 인체에 사용된 에너지가 궁극적으로는 모두 열로 발산되기 때문에 직접 열량측정법으로 에너지 필요량을 측정하는 것이 가능하다. 직접 열량측정을 위한 특수 설비가 필요하며 비용이 많이 들고 복잡하기 때문에, 직접 열량측정법을 이용하는 경우는 드물다.
간접 열량측정법
간접 열량측정법은 에너지 소비시 발생되는 열량을 직접 측정하는 것이 아니라, 호흡시의 산소 소모량이나 이산화탄소 배출량을 측정해 에너지 소모량과의 상관관계를 나타내는 공식을 적용시켜 간접적으로 소모열량을 계산하는 방법이다. 인체가 음식물을 산화하여 에너지를 낼 때 일정량의 산소를 소모하고 또한 일정량의 이산화탄소를 배출한다는 사실에 기초를 두고 있다. 탄수화물의 산화시 소모되는 산소량은 지방이나 단백질이 산화될 때 소모되는 산소량보다는 적다. 일반적으로 혼합식이를 이용할 때 1L의 산소가 소모되면 4.82 kcal의 에너지가 발생한다.
간접 열량측정법에서는 약5분에서 10분 동안 소모되는 산소량을 측정하여 이 값에 4.82 kcal를 곱하면 소모되는 열량이 계산된다. 배출되는 이산화탄소량으로도 소비 에너지 측정이 가능하나 오차의 차이가 크기 때문에 주로 산소 소모량을 측정한다. 간접 열량측정법에서 사용되는 열량계는 호흡실을 사용하는 방법과 마스크형이 있다. 각종 활동에 따른 에너지 소모량을 측정할 때는 휴대용 간접 열량계가 좋다.
간접적인 열량측정방법에서 호흡상(RQ)을 측정하면 대사되는 열량 영양소의 조성비를 어느 정도 예측할 수 있다. 탄수화물만이 연소될 때 RQ값은 1이며, 지방만이 산화될 때는 RQ값이 약0.7이다. 단백질은 지방에 비해 평균 원소조성이 정확하지 않고 소변으로 배설되는 질소 화합물이 많으므로 정확하게 계산하기는 어렵다. 일반적으로 소변으로 배출되는 질소량을 제외하고 RQ를 계산하면 약0.8정도라고 한다. 에너지 대사에 이용된 단백질의 양은 가스 교환량과 소변을 통한 질소 배설량을 측정하여 그 값에 6.25를 곱해 주면된다. 측정된 산소 소모량과 이산화탄소 배출량에서 단백질 산화로 인한 산소 소모량과 이산화탄소 배출량을 빼주면, 탄수화물과 지방의 산화에 의한 산소 소모량과 이산화탄소 배출량을 계산할 수 있다. 배출 양으로부터 계산된 RQ를 비단백호흡상이라 하며, 이 값을 알면 탄수화물과 지바으이 대사비율이나 산소 소모량 1L당 발생되는 열량을 대략적으로 계산할 수 있다. 이런 방법은 주로 운동의 종류나 운동의 경과 시간에 따라 어떤 영양소가 주에너지원으로 작용하는지를 조사하는 데 이용된다.
