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Kalorie

(lat. calor „Wärme“) ist eine alte Maßeinheit der Energie, insbesondere der Wärmemenge W ( cal). Inzwischen wurde sie von der internationalen -Einheit Joule abgelöst.
Oft werden insbesondere Brennwerte von Nahrungsmitteln nach wie vor zusätzlich zu der Angabe in Joule in Kilokalorien angegeben. Die Angabe von physikalischen Einheiten auf Handelsprodukten innerhalb der EU hat rechtlich in physikalischen Einheiten des Internationalen Einheitensystems (SI-Einheiten) zu erfolgen, weshalb die Angabe in Kilokalorien nur unverbindlich und zusätzlich erfolgt. Im Zuge der endgültigen Umsetzung der EU-Richtlinie 80/181/EWG zum 1. Januar 2010 ist die Anführung von Kalorien und allen anderen Nicht-SI-Einheiten auf Handelswaren wie Lebensmitteln in der gesamten EU nicht mehr zulässig.
Bei Lebensmitteln wird, besonders in der Werbung, fälschlich oft von Kalorien gesprochen, obwohl Kilokalorien (kcal) gemeint sind.In 100g Vollmilchschokolade (560 kcal) sind also 560.000 Kalorien enthalten.

Beispiele

Eine Kilokalorie entspricht der Menge an Energie, die notwendig ist, um ein Kilogramm Wasser um ein Kelvin zu erwärmen.

Somit dient dieser Wert auch als feste Konstante = Wärmekapazität (c-Wert) in der Wärmelehre beträgt die spez. Wärmekapazität von Wasser 4,186 kJ/(kg•K)

Beispiele: Ein Liter Wasser von Kühlschranktemperatur (7 °C) auf Zimmertemperatur (20 °C) zu erwärmen, erfordert einen Energieaufwand von 13 Kilokalorien (kcal) oder 54,4 kJ oder 0,015 kWh, also 15 Wh.

Der Brennwert einer Tafel Schokolade (530 Kilokalorien) würde ausreichen, um 530 Liter Wasser um 1 K zu erhitzen.

Kilokalorie und Kalorie

Oft wird im Ernährungsbereich fälschlicherweise die Bezeichnung "Kalorie" anstelle von "Kilokalorie" benutzt. So bedeutet die umgangssprachliche, falsche Aussage: "Ein Gramm Fett enthält 9,3 Kalorien" eigentlich: "Ein Gramm Fett enthält 9,3 Kilokalorien" oder gleichwertig: "Ein Gramm Fett enthält 9300 Kalorien".
Solche Schwierigkeiten stellen immerhin einen sehr deutlichen Fehler von drei Zehnerpotenzen dar und rühren wahrscheinlich von der Definition einer "Kilogramm Kalorie" (kilogramm calorie, Einheitenzeichen C) im amerikanischen Raum her - einer dort jedoch veralteten Einheit. Möglich ist auch eine Sprachänderung durch Verkürzung (Auslassung des ersten Teils), die dadurch zustande kam, dass "Kilo" nicht mehr als Modifikator der Maßeinheit wahrgenommen wurde und "Kalorie" werbewirksamer ist als "Kilokalorie".
Fernsehsendungen blenden häufig die richtige Bezeichnung "kcal" ein, während im Beitrag von "Kalorien" gesprochen wird. Im allgemeinen lassen sich diese Fehler aufgrund des Größenfehlers von drei Zehnerpotenzen leicht erkennen.

Kalorienverbrauch

Die Energiemenge, die der menschliche Körper pro Tag bei völliger Ruhe zur Aufrechterhaltung seiner Funktion benötigt, wird als Grundumsatz bezeichnet. Sie wird nach einer komplizierten Formel errechnet, als Richtwert kann man allerdings 1 kcal pro Stunde und kg Körpergewicht ansetzen, also 70 kcal/h für einen 70kg schweren Menschen - bei Frauen etwas weniger, als bei Männern. Der Energieumsatz hängt stark von der jeweiligen Person, deren körperlicher Größe, Kondition sowie körperlicher Aktivität ab. Das menschliche Organ mit dem größten Grundumsatz ist das Gehirn.

Anwendung in der Ernährungslehre

In der Ernährungslehre wurde früher die Kalorie zur Angabe des Brennwerts von Lebensmitteln verwendet, heute dagegen hauptsächlich Joule. In Tabellen stehen oft beide Angaben. Wesentlich ist bei ihnen, dass die Energieangabe auf Lebensmitteln nur jenen Energiewert darstellt, den der menschliche Körper durch ablaufende chemische Reaktionen (Stoffwechsel) mittels seiner Verdauung gewinnen kann.

Begriff des Brennwertes in der Ernährungslehre

Der Begriff des Brennwertes für Lebensmittel ist nicht im direkten Wortsinn zu verstehen, denn Lebensmittel werden im Organismus nicht verbrannt. Der Begriff der Kalorie und des damit verknüpften Brennwertes entstand vor dem 20. Jahrhundert und diente dazu, den Energieumsatz primär von durch Erwärmung von Wasser zu beschreiben. Zur Erwärmung dienen dabei Verbrennungsvorgänge (Oxidation) von entsprechenden Brennmaterialien wie Holz oder Kohle. Aus diesem Kontext leitet sich auch der Begriff der Kalorie ab. Hingegen haben Lebewesen wie auch der Mensch eine gänzlich andere Art der Energiegewinnung als Dampfmaschinen: Lebensmittel werden nicht verbrannt und die thermische Ausdehnung zur Gewinnung einer mechanischen Arbeit ausgenutzt, sondern der Stoffwechsel in den Zellen wandelt sie in chemisch deutlich komplexeren Vorgängen um. Größtenteils laufen die Umwandlungen und Energiegewinnungen in mehreren, zeitlich versetzten Stufen ab, eine Abwärme fällt nur zu einem geringen Grad an. Auch ist der Wirkungsgrad dieser Energiegewinnung deutlich höher als bei der thermischen Energiegewinnung und dessen oberen Schranke im Carnot-Prozess - vor allem wenn man die geringe Temperaturdifferenz zwischen der Körpertemperatur von 37 °C und den üblichen Umgebungstemperaturen von 20 °C betrachtet. Daher ist der Begriff des Brennwertes für Lebensmittel nur im übertragenen Sinn zu verstehen.

Bezug auf den menschlichen Organismus

Die Angabe des Brennwertes von Lebensmitteln beachtet bestimmte Energieanteile nicht, wie beispielsweise die thermische Energie, welche von der Temperatur abhängt. So kann der menschliche Körper aus Wasser keine für den Stoffwechsel direkt verwertbare Energie gewinnen. Dieses Lebensmittel weist daher für den Menschen immer 0auf, auch dann, wenn Wasser erwärmt wurde und daher eine größere Energiemenge (mehr Kalorien) gespeichert hat als kaltes Wasser (weniger Kalorien). Die Kalorie wird aber wie oben dargestellt gerade sehr oft durch die Erwärmung von Wasser ausgedrückt, was im Kontext zur Ernährungslehre keine Bedeutung hat.
Auch andere Lebewesen, wie beispielsweise Bakterien oder Wiederkäuer, können aus verschiedenen chemischen Substanzen durch vom Menschen unterschiedliche Stoffwechselvorgänge unterschiedlichen Energiewerte (Brennwerte) gewinnen. So ist Zellulose für den Menschen unverdaulich und weist für ihn daher eine Energiemenge von 0auf. Diese Stoffe werden im menschlichen Verdauungssystem auch als Ballaststoffe bezeichnet. Hingegen können Wiederkäuer mit Hilfe der Pansen mikroben aus Zellulose Energie für ihren Stoffwechsel gewinnen. Die Kalorienangaben auf Lebensmitteln sind daher immer nur im Bezug zu den Besonderheiten des menschlichen Stoffwechsel zu sehen.