翻到零食袋背面，会看到上面清楚地印着“热量250kcal”这样的数字。可是这个数字是谁、又是怎么测出来的呢？工厂既不会把零食一块块烧掉来测，也不会让人吃下去再确认。大多数食品的热量，都是用100多年前一位科学家整理出的简单算法确定的。这种算法就是“阿特沃特系数（Atwater General Factor System）”。
简单来说，阿特沃特系数是指按“碳水化合物和蛋白质每克4kcal、脂肪每克9kcal”这样为每种营养素规定的热量值相乘，来估算食物热量的方法。营养成分表上的热量数字就是这一乘法的结果，韩国的食品标示标准也遵循同样的原理。
本文将依次介绍卡路里这一单位与阿特沃特系数的由来、计算原理与实际应用，以及这些数字所存在的局限。
把食物热量变成数字的约定
阿特沃特系数是如何诞生的？
热量单位1kcal是使1kg水的温度升高1℃所需的热能，约合4.184kJ。用这一单位测量食物能量的尝试在19世纪的德国十分活跃，把这项研究引入美国并完善成体系的，是化学家威尔伯·奥林·阿特沃特（Wilbur Olin Atwater）。
（1）在德国学到的营养研究
阿特沃特在耶鲁大学获得农业化学博士学位后前往德国，师从生理学家卡尔·冯·福伊特（Carl von Voit）。他回到美国康涅狄格州的卫斯理大学，领导分析食物成分和消化率的研究，如今被称为美国现代营养学之父。
（2）人可以进去的热量计
阿特沃特与物理学家爱德华·罗萨（Edward Bennett Rosa）、营养学家弗朗西斯·本尼迪克特（Francis Gano Benedict）一起，制造了一台人可以在里面待上几天的呼吸热量计。这是一个长约2.1m的铜制舱室，用来测量人在里面吃饭、睡觉和工作时释放的热量与呼出的气体，从1896年起共进行了约500次实验。这些实验证实，能量守恒定律同样适用于人体。
4·9·4是怎么算出来的？
把食物放在氧气中完全燃烧，就能以热的形式测出其中所含的全部能量。用这种方式测量的装置叫作弹式热量计（Bomb Calorimeter）。但我们的身体无法把食物利用殆尽，因此阿特沃特采取了从燃烧所得的数值中减去身体无法利用部分的方法。
- 总能量（Gross Energy）：食物完全燃烧时释放的热量。蛋白质每克约5.65kcal，脂肪约9.4kcal，碳水化合物约4.15kcal。
- 消化率（Digestibility Coefficient）：被身体吸收的比例。未被吸收的部分随粪便排出，他认为蛋白质约92%、脂肪约95%、碳水化合物约97%会被吸收。
- 尿液损失（Urinary Loss）：蛋白质中的氮会变成尿素随尿液排出，因此要再减去相应的能量。
经过这一过程，求出了身体实际可以利用的能量，即代谢能（Metabolizable Energy），再经四舍五入，便确立了蛋白质4、脂肪9、碳水化合物4这组简单的数字。酒精按每克7kcal计算。
营养成分表中的阿特沃特系数
阿特沃特系数被广泛使用的最大原因是简便。只要知道食品中碳水化合物、蛋白质和脂肪的含量，任何人都能用计算器算出热量。
（1）韩国的食品标示标准
韩国的食品标示标准规定，热量按碳水化合物和蛋白质每克4kcal、脂肪9kcal、酒精7kcal、有机酸3kcal相乘计算。如果另行标示膳食纤维含量，这部分可按每克2kcal计算，糖醇可按2.4kcal计算，而像赤藓糖醇这样几乎不被身体用作能量的甜味剂则按0kcal计。
（2）简单的计算示例
如果一款零食含有碳水化合物30g、蛋白质5g、脂肪10g，那么就是30×4 + 5×4 + 10×9 = 230kcal。袋子背面的数字，就是这样把各营养素含量乘以系数后相加得出的值。
（3）更精细的个别系数
20世纪50年代，美国农业部（USDA）的安娜贝尔·梅里尔（Annabel Merrill）和伯尼斯·瓦特（Bernice Watt）提出了按食物类别采用不同系数的方法。这反映了即便同为蛋白质，肉类和谷物燃烧时释放的热量与吸收率也各不相同。
数字遗漏的东西
阿特沃特系数是一种方便的约定，但并不能精确适用于所有食物和所有人。
（1）坚果的反转
2012年，美国农业部的研究人员让18名成年人食用杏仁，并同时测量摄入量和排出量，结果显示28g杏仁的实际热量约为129kcal。这比用阿特沃特系数算出的168～170kcal少了约32%。其原因被解释为：部分被坚硬细胞壁包裹的脂肪未被消化就直接排出了体外。
（2）烹调与个体差异
即使是同一种食物，煮熟或磨细后也会更容易消化，身体获得的能量可能随之增加。此外，肠道微生物的构成以及消化食物所消耗的能量因人而异，因此即使摄入相同的热量，留在体内的量也不尽相同。
阿特沃特系数把复杂食物的能量转换成4、9、4这几个数字，为食品标示、饮食管理和营养研究创造了共同的语言。不过需要记住，这些数字是以普通人和普通膳食为前提的估算值。与其把热量数字当作绝对的正确答案，不如把它看作会随食物种类、烹调方法和进食者而变化的起点。
弄明白袋子背面的数字从何而来，这就是设计明智饮食生活的食品营养学第一步。
