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Nährwert

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Wie wird der Nährwert gemessen? Wieviel Kalorien brauchen, resp. verbrauchen wir?

Einleitung

Im Fitnesscenter trainiere ich regelmässig auf einem Velo und da staune ich, dass ich nach 20 Minuten anstrengenden Trainings nur etwa 120 - 130 kcal vebrauche. So viel Kalorien sind z.B. in 25 g Schokolade enthalten. Eigentlich ist mir das egal, da ich nicht wegen Kalorienverbrennung trainiere, sondern wegen meines Knies, dem es sehr gut tut. Trotztem hat es mich wundergenommen, wie es sich mit den Kalorien so verhält.

Physikalische Grundlagen

Der Nährwert von Lebensmitteln wird in Kilokalorien und neuerdings normmässig in Kilojoules gemessen.

Eine Kalorie [cal] ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius zu erwärmen.

Ein Joule [J] ist die universelle Einheit für jegliche Form der Energie und Arbeit, d.h. auch der Wärme. Die Arbeit (Energie E) ergibt sich als Kraft F mal Distanz S, also:

E = F ⋅ S(1)

Die Kraft selber ist Masse m mal Beschleunigung a, also:

F = m ⋅ a(2)

Die Einheit der Kraft ist ein Newton N, der sich aus der Gleichung (2) für die Kraft ergibt:

[N] = [kg] ⋅ [m] / [s]2

Ein Joule ist nach der Gleichung (1) für Energie:

[J] = [N] ⋅ [m] = [kg] ⋅ [m]2 / [s]2

Der Zusammenhang zwischem Joule und Kalorie wird experimentell gefunden, indem die mechanische Arbeit gemessen wird, die zur Erwärmung von 1 g Wasser um 1℃ benötigt wird. Es ist ungefähr:

1 [cal]  = 4.2  [J]
1 [kcal] = 4.2  [kJ]
1 [J]    = 0.24 [cal]
1 [kJ]   = 0.24 [kcal]

Energiegehalt in Lebensmitteln

StoffkcalkJ
1 g Kohlenhydrate4.117.2
1 g Eiweiss4.117.2
1 g Fett9.338.9
1 g Alkohol (100%)7.129.7
1 g Zucker4.016.7

Aus dieser Tabelle kann man interessante Zusammenhänge herauslesen:

Ich möchte noch bemerken, dass im Internet oft Kalorien statt Kilokalorien angegeben werden, was falsch ist.

Kalorienbedarf

Wir verbrauchen schon Kalorien, indem wir nur leben und noch keine Aktivitäten ausüben. Dieser Verbrauch heisst der Grundumsatz und beträgt ca. 1700-1800 kcal/Tag bei einer 75kg schweren Person. Er ist kleiner bei leichten und grösser bei schweren Personen. Allgemein gilt ungefähr:

Grundumsatz = 1 kcal / Stunde / kg.

Zum Grundumsatz muss der Kalorienbedarf der jeweiligen Aktivitäten dazugerechnet werden, das ist der sogenannte Leistungsumsatz.

Aktivitätkcal/Stunde
Liegen50
Sitzen100
Gehen200
Joggen600
Wandern (1)500
Wandern (2)350
Velofahren500

Beim Joggen setzt man einen Energiebedarf von ca. 4 kJ (1 kcal) pro 1 kg Körpergewicht und 1 km zurückgelegter Entfernung an. Beim Wandern habe ich sehr unterschiedliche Angaben gefunden:

  1. 500 kcal/Stunde gemäss Jumk.de
  2. 350 kcal/Stunde gemäss Bergwelten

Daraus sieht man wie approximativ resp. ungenau diese Werte sind.

Die Berechnung des Kalorienbedarfs aus physikalichen Gesetzen allein ist leider auch nicht praxistauglich. Wenn ein 75kg schwerer Wanderer auf einen Berg steigt und dabei 1000 m Höhenunterschied überwindet, dann errichtet er theoretisch nur die Arbeit

E = m ⋅ g ⋅ h = 75 ⋅ 9.81 ⋅ 1000 = 736 kJ = 176 kcal.

Er braucht dazu ca. 3 Stunden, also verbraucht er ca.

60 kcal / Stunde.

Dieser Wert ist viel zu niedrig und die Berechnungsmethode kann in der Praxis nicht angewendet werden. Auch wenn man den biologischen Wirkungsgrad des Menschen von ca. 25% berücksichtigt, erhält man immer noch einen zu tiefen Wert von

60 / 0.25 = 240 kcal / Stunde.

Zusammenfassung

Wie das meistens so ist: aus einer kleinen Frage nach dem Kalorienverbrauch ist ein komplexes Thema geworden, das ich nicht weiter verfolgen will. Für mich bleibt die Erkenntnis, dass der Mensch wenig Energie für die sportliche Aktivität braucht und dass man diese Energie nicht nach einfachen physikalichen Formeln berechnen kann.

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