Wie werden Kalorien gemessen?
Von Udo Pollmer · 18.11.2007
Der Brennwert von Lebensmitteln wird in der Regel in Kalorien oder Joule angegeben. Doch die Maßeinheiten mögen für den Kohlenhandel brauchbar sein, für Lebensmittel sind sie es nicht.
Anlass: Überall werden Kalorien gezählt, wo aber bitte kommen die Zahlen her? Natürlich: aus den Nährwert-Tabellen. Doch wie wurden die gemessen?
Dazu benutzt man zunächst ein Bombenkalorimeter (auch Berthelotsche Bombe genannt). Dabei wird das zu analysierende Produkt, egal ob Wurst, Holz oder Stroh in einer Schale unter Sauerstoffüberdruck mittels eines Glühdrahtes verbrannt. Die Brennkammer ist von einem Stahlmantel umgeben, der wiederum vollständig von Wasser umgeben ist. Die sich entwickelnde Energie erwärmt das Wasser. So lässt sich die Energiemenge ausrechnen. Früher wurde das Ergebnis in Kalorien ausgedrückt, heute in Joule.
Macht das einen Unterschied, ob ich von Kalorien oder von Joule spreche? Für einen Physiker schon, für einen Esser sind die Unterschiede nicht relevant. Deshalb kann man in der Umgangssprache genauso gut den alt eingebürgerten Begriff Kalorien weiterverwenden.
Auf diese Weise lässt sich der sogenannte Brennwert also präzise feststellen? Ja, wenn es um das Heizen eines Ofens geht. Damit lässt sich der Brennwert von Holz bestimmen. Aber es liefert dem Menschen keine Energie – trotz seines hohen Gehaltes an Kalorien. Denn wir Menschen tragen keinen Bollerofen zwischen Hals und Füßen herum, sondern einen Körper, der zur Energiegewinnung stattdessen einen Verdauungstrakt verwendet. Vieles von dem, was im Ofen Kalorien liefert, ist für den Körper nicht oder nur wenig verwertbar. Und deshalb sind die Ergebnisse dieser Meßmethode, na ja völlig wertlos.
Hat man denn nicht versucht, diesen Mangel auszugleichen, indem man beispielsweise Ballaststoffe herausrechnet? Ja, das war der nächste Schritt: Die Ballaststoffe wurden für unverdaulich erklärt und ihr "Brennwert" rechnerisch abgezogen. Doch dann musste man einsehen, dass der Körper einen Teil der Ballaststoffe doch verwertet – aber anders als gedacht: Er bildet vermittels seiner Darmflora kurzkettige Fettsäuren, die einiges an Energie liefern können.
Aber damit haben wir doch zuverlässigere Werte? Ja, das dachten die Experten auch. Aber man weiß nicht, was die Darmflora welches Menschen im Einzelnen nun verwertet und was nicht. Die Zahlen sind schlicht geraten. Da im Körper nun mal nichts brennt, sind die Werte aber auch unabhängig von den Ballaststoffen gleichermaßen falsch. Also ging man her, und versuchte den Energiegehalt von Eiweißen, Kohlenhydraten und Fetten getrennt zu errechnen und je nach Gehalt zu addieren. Doch das erwies bald als Selbsttäuschung. Denn auch die einzelnen Nährstoffe wie z.B. Eiweiße sind schwieriger zu messen, als man glaubt. Hier wurde gewöhnlich die Methode nach Kjeldahl verwendet, bei der man den Stickstoffgehalt bestimmt und dann mit einer Federzahl auf den Eiweißgehalt zurückrechnet. Da es neben Eiweiß aber noch viele andere stickstoffhaltige Substanzen in der Nahrung gibt, ging auch das in die Binsen. Dann lernte man, dass jeder Stoff andere Eigenschaften hat, ja sogar die Säuren im Lebensmittel liefern dem Körper Energie. Also, wieder ein Schuss in den Bollerofen.
Wie groß sind die Chancen, dass wir eines Tages die tatsächlich vom Körper verwertbaren Kalorien in einem Lebensmittel bestimmen können? Gering, denn aufgrund der erheblichen Schwankungen in der Zusammensetzung eines Apfels oder einer Kartoffel kann es sich nur um Durchschnittswerte handeln. Außerdem spielt ja auch eine Rolle, wie warm eine Speise ist. Auch heißes Wasser enthält Kalorien, einfach deshalb weil es wärmt. Diese Wärme muss dann der Körper nicht mehr selbst produzieren. Für Eisgekühltes muss der Körper Wärmeenergie investieren, bevor er es verdauen kann. Das hat aber bis heute noch keiner der Macher von Kalorientabellen bemerkt.
Und nicht zuletzt: Der Mensch isst ja nicht nur, sondern muss sich irgendwann der Ergebnisse seiner Verdauungstätigkeit entledigen. Das was ausgeschieden wird, muss logischerweise von der Zufuhr abgezogen werden, um realistische Zahlen erhalten. Und hier ist dann Ende Gelände. Denn was da ausgeschieden wird, sind nur zu einem geringen Anteil unverdauliche Speisereste. Den Löwenanteil verarbeitet die Darmflora. Wie will man bitte feststellen, wie viel Kalorien ein Mensch nach dem Verzehr von Meerrettich tatsächlich ausscheidet? Und was seine Darmflora dazu sagt?
Fazit: Ob Kalorien oder Joule – beide sind gute Kriterien für den Kohlenhandel, aber kein ernsthafter Wissenschaftler würde auf die Idee kommen, das heute noch bei Lebensmitteln anzuwenden, es sei denn, er will mit Rapsöl aus dem Supermarkt seinen Pkw betanken. Nicht umsonst bezeichnet die wissenschaftliche Fachpresse die Angaben in den Kalorientabellen als "Comedy of errors".
Literatur:
Fachgruppe "Lebensmittelchemie und gerichtliche Chemie"; Schriftenreihe Lebensmittelchemie, Lebensmittelqualität Band 15; Behr’s Verlag, Hamburg 1989
Pollmer U et al: Prost Mahlzeit! Krank durch gesunde Ernährung. Kiepenheuer & Witsch, Köln 2002 Hargrove JL: History of the calorie in nutrition. Journal of Nutrition 2006/136/S.2957-2961
Dazu benutzt man zunächst ein Bombenkalorimeter (auch Berthelotsche Bombe genannt). Dabei wird das zu analysierende Produkt, egal ob Wurst, Holz oder Stroh in einer Schale unter Sauerstoffüberdruck mittels eines Glühdrahtes verbrannt. Die Brennkammer ist von einem Stahlmantel umgeben, der wiederum vollständig von Wasser umgeben ist. Die sich entwickelnde Energie erwärmt das Wasser. So lässt sich die Energiemenge ausrechnen. Früher wurde das Ergebnis in Kalorien ausgedrückt, heute in Joule.
Macht das einen Unterschied, ob ich von Kalorien oder von Joule spreche? Für einen Physiker schon, für einen Esser sind die Unterschiede nicht relevant. Deshalb kann man in der Umgangssprache genauso gut den alt eingebürgerten Begriff Kalorien weiterverwenden.
Auf diese Weise lässt sich der sogenannte Brennwert also präzise feststellen? Ja, wenn es um das Heizen eines Ofens geht. Damit lässt sich der Brennwert von Holz bestimmen. Aber es liefert dem Menschen keine Energie – trotz seines hohen Gehaltes an Kalorien. Denn wir Menschen tragen keinen Bollerofen zwischen Hals und Füßen herum, sondern einen Körper, der zur Energiegewinnung stattdessen einen Verdauungstrakt verwendet. Vieles von dem, was im Ofen Kalorien liefert, ist für den Körper nicht oder nur wenig verwertbar. Und deshalb sind die Ergebnisse dieser Meßmethode, na ja völlig wertlos.
Hat man denn nicht versucht, diesen Mangel auszugleichen, indem man beispielsweise Ballaststoffe herausrechnet? Ja, das war der nächste Schritt: Die Ballaststoffe wurden für unverdaulich erklärt und ihr "Brennwert" rechnerisch abgezogen. Doch dann musste man einsehen, dass der Körper einen Teil der Ballaststoffe doch verwertet – aber anders als gedacht: Er bildet vermittels seiner Darmflora kurzkettige Fettsäuren, die einiges an Energie liefern können.
Aber damit haben wir doch zuverlässigere Werte? Ja, das dachten die Experten auch. Aber man weiß nicht, was die Darmflora welches Menschen im Einzelnen nun verwertet und was nicht. Die Zahlen sind schlicht geraten. Da im Körper nun mal nichts brennt, sind die Werte aber auch unabhängig von den Ballaststoffen gleichermaßen falsch. Also ging man her, und versuchte den Energiegehalt von Eiweißen, Kohlenhydraten und Fetten getrennt zu errechnen und je nach Gehalt zu addieren. Doch das erwies bald als Selbsttäuschung. Denn auch die einzelnen Nährstoffe wie z.B. Eiweiße sind schwieriger zu messen, als man glaubt. Hier wurde gewöhnlich die Methode nach Kjeldahl verwendet, bei der man den Stickstoffgehalt bestimmt und dann mit einer Federzahl auf den Eiweißgehalt zurückrechnet. Da es neben Eiweiß aber noch viele andere stickstoffhaltige Substanzen in der Nahrung gibt, ging auch das in die Binsen. Dann lernte man, dass jeder Stoff andere Eigenschaften hat, ja sogar die Säuren im Lebensmittel liefern dem Körper Energie. Also, wieder ein Schuss in den Bollerofen.
Wie groß sind die Chancen, dass wir eines Tages die tatsächlich vom Körper verwertbaren Kalorien in einem Lebensmittel bestimmen können? Gering, denn aufgrund der erheblichen Schwankungen in der Zusammensetzung eines Apfels oder einer Kartoffel kann es sich nur um Durchschnittswerte handeln. Außerdem spielt ja auch eine Rolle, wie warm eine Speise ist. Auch heißes Wasser enthält Kalorien, einfach deshalb weil es wärmt. Diese Wärme muss dann der Körper nicht mehr selbst produzieren. Für Eisgekühltes muss der Körper Wärmeenergie investieren, bevor er es verdauen kann. Das hat aber bis heute noch keiner der Macher von Kalorientabellen bemerkt.
Und nicht zuletzt: Der Mensch isst ja nicht nur, sondern muss sich irgendwann der Ergebnisse seiner Verdauungstätigkeit entledigen. Das was ausgeschieden wird, muss logischerweise von der Zufuhr abgezogen werden, um realistische Zahlen erhalten. Und hier ist dann Ende Gelände. Denn was da ausgeschieden wird, sind nur zu einem geringen Anteil unverdauliche Speisereste. Den Löwenanteil verarbeitet die Darmflora. Wie will man bitte feststellen, wie viel Kalorien ein Mensch nach dem Verzehr von Meerrettich tatsächlich ausscheidet? Und was seine Darmflora dazu sagt?
Fazit: Ob Kalorien oder Joule – beide sind gute Kriterien für den Kohlenhandel, aber kein ernsthafter Wissenschaftler würde auf die Idee kommen, das heute noch bei Lebensmitteln anzuwenden, es sei denn, er will mit Rapsöl aus dem Supermarkt seinen Pkw betanken. Nicht umsonst bezeichnet die wissenschaftliche Fachpresse die Angaben in den Kalorientabellen als "Comedy of errors".
Literatur:
Fachgruppe "Lebensmittelchemie und gerichtliche Chemie"; Schriftenreihe Lebensmittelchemie, Lebensmittelqualität Band 15; Behr’s Verlag, Hamburg 1989
Pollmer U et al: Prost Mahlzeit! Krank durch gesunde Ernährung. Kiepenheuer & Witsch, Köln 2002 Hargrove JL: History of the calorie in nutrition. Journal of Nutrition 2006/136/S.2957-2961