Физика сливочного эклера
Калория – это то количество энергии или, точнее, теплоты, которое требуется для того, чтобы нагреть один грамм воды на один градус Цельсия. Эта архаичная единица измерения энергии давно уже уступила место стандартной единице – джоулю, но в науке о питании калории остались до сих пор.
Хотя если быть точным, то, рассуждая об энергетической ценности пищи, мы говорим не о калориях, а о более крупных единицах – килокалориях. На этикетках продуктов они обозначаются словом «ккал», и каждая килокалория – это 1000 калорий.
Сколько энергии таит в себе калория?
Итак, килокалории – это энергия, которая заключена в пище и которую мы можем использовать для жизнедеятельности. Остается понять на каком-то очевидном примере, сколько именно энергии скрывается за абстрактными цифрами килокалорий на этикетке. Много это или мало?
Возьмем, к примеру, 150-граммовый эклер с заварным кремом, который «весит» 890 килокалорий. Вспоминаем определение калории и начинаем считать:
890 килокалорий = 890 000 калорий
Если одной калории достаточно, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус, то 100 калорий нам хватит, чтобы довести этот грамм воды от точки замерзания до точки кипения – то есть нагреть ровно на 100 градусов Цельсия. А сколько раз по 100 калорий в нашем эклере?
890 000 калорий = 8900 раз по 100 калорий
Получается, что энергии, спрятанной в эклере, хватит на то, чтобы вскипятить почти 9 литров воды! И не просто вскипятить, а довести исходно ледяную воду до точки кипения! Попробуйте сделать это дома на плите, а заодно подойдите к счетчику электроэнергии и последите за цифрами. Вот что такое один безобидный эклер и 890 килокалорий!
Откуда берутся калории в пище?
Тут волей-неволей возникает вопрос: откуда в этой мизерной порции теста и трех-четырех чайных ложках сливочного крема такая уйма энергии?! Это ведь не уголь и не нефть!
Как ни парадоксально это звучит, но по своей энергоемкости и по принципу накопления и хранения энергии наша пища мало чем отличается от природных энергоносителей. Не верите? Ну что же, давайте посчитаем.
Уголь, нефть и… «Макдоналдс»
При сжигании 100 граммов каменного угля образуется в среднем 2,5 миллиона джоулей, что равно примерно 620 килокалориям. Скромно, не правда ли? Наш эклер содержит энергии в полтора раз больше.
Впрочем, в этом нет ничего удивительного, ведь и нефть, и уголь являются продуктами распада древних растений и животных организмов. А что такое наша пища? Те же самые растения и животные, только, к счастью, пока еще не разложившиеся. И свою энергию и нефть, и уголь, и наша пища получили от одного и того же источника – солнца.
Наше светило обладает колоссальной энергией. И растения научились запасать ее с феноменальной эффективностью, превосходя КПД самых современных солнечных батарей в десятки раз!
С помощью солнечной энергии из воды и углекислого газа растения синтезируют глюкозу – идеальный биологический энергоноситель. Из глюкозы же, а точнее, из продуктов ее метаболизма, растения синтезируют белки и жиры, а также сложные полисахариды, составляющие скелет растений.
Далее все эти питательные вещества с запасенной в них энергией передаются по пищевой цепи сначала травоядным, а потом и плотоядным животным, включая человека. А уже в самом конце, при разрыве пищевой цепи и попадании в недра земли, они могут при определенных условиях трансформироваться в ископаемые источники энергии.
Чем выше КПД, тем меньше нужно энергии
Итак, калория – это очень много энергии. Однако природа еще и позаботилась о том, чтобы наш организм извлекал эту энергию почти со 100-процентной эффективностью. И это тоже очень хорошо, ведь иначе вы вряд ли бы сегодня читали эти строки.
Почти вся эволюции жизни на Земле проходила в условиях дефицита калорий. Пищи либо не было, либо она была очень низкокалорийной и едва-едва покрывала минимальные потребности живых существ. И для того, чтобы получить 1600–1700 килокалорий хотя бы для обеспечения базового метаболизма, нашим предкам приходилось добывать себе пропитание целый день напролет.
Только в XX веке мы смогли избавиться от этой зависимости и научились обогащать пищу дополнительными калориями. И очень глупо, выпуская продукты со все более и более чудовищной калорийностью, винить природу в том, что она сделала калории такими энергоемкими, а наш организм наделила фантастическим КПД.
Человек впереди паровоза…
Если вы помните, при сжигании 100 граммов каменного угля образуется порядка 620 килокалорий. И это значит, что большинству из нас, для того чтобы жить, дышать, есть, двигаться в привычном режиме в течение целых суток (это в среднем 2000 килокалорий), достаточно всего лишь чуть более 300 граммов угля! Вы видели когда-нибудь паровоз с такой феноменальной энергоэффективностью?!
Обычный паровоз – это крайне малоэффективный прибор с точки зрения расходования энергии. Его КПД составляет смехотворные 5–8%. Именно поэтому его и приходилось топить тоннами угля, потому что более 90% энергии рассеивалось в окружающую среду.
И впереди гибридной тойоты
Организм человека, наоборот, отличается высочайшим КПД всех энергетических процессов, кроме того – и это самое главное – все излишки энергии здесь никуда не рассеиваются, а практически полностью запасаются впрок.
Примерно так же, как у гибридных автомобилей, у которых энергия, высвобождающаяся при торможении, тут же запасается в электрической батарее и может быть использована далее для работы двигателя. У человека функцию этого аккумулятора выполняет жировая ткань.
Если у наших предков каким-то чудом возникал избыток калорий, он тут же запасался впрок на случай наступления голодного времени. А поскольку наши предки гораздо чаще знали голод, чем изобилие, этот жировой аккумулятор был у них практически постоянно полностью разряженным.
Совсем другое дело у нас с вами. С учетом невероятно большой калорийности современной пищи и крайне низкой двигательной активности, у нас сегодня просто нет шанса создать энергодефицит и хоть чуть-чуть разрядить свои жировые батареи.
