— Лев Абрамович, у меня просьба. Если начну выражаться непонятно для обыкновенных людей — дайте знак. Я эту границу плохо ощущаю. Привыкла к общению с коллегами по специальности...
— Галочка, вы таки себя недооцениваете! — обласкал, эх-х-х.
— Начнем с беглого перечисления основных принципов нового технологического уклада:
1. Он делает ненужными знания и технологии, на которых держался предыдущий уклад.
2. Он использует сырьё, энергию и материалы, которые до него — считались мусором.
3. Он отменяет сложившуюся систему разделения труда и, как результат — саму власть.
— О причинах Кризиса Бронзы — мы с вами уже увлекательно поговорили в прошлый раз.
— Там — базисом общественного устройства был доступ к металлам и боевому оружию. С переходом от медных сплавов к железу, оружие подешевело в десятки раз и стало доступным всем. Мало никому не показалось. В нашем случае — разговор о смене технологического уклада производства пищи. А конкретно — самой так сказать "массивной" составляющей ежедневного пайка. Его "калорийной" части.
— Коллективное производство еды, в Позднем Неолите постепенно заменившее охоту и собирательство — стало, в итоге, кормовой базой для зарождения государства. Социального паразита, порабощающего людей за счет разделения труда, изъятия и централизованного распределения ресурсов.
— Можно сказать и так, — в некоторых отношениях Ленка умница, схватывает на лету, — Если не трудно — сделайте хронометраж. Интересно, во сколько минут я сейчас уложусь?
— Запись, в любом случае, ведется, — пожала плечами филологиня, — Но, если надо...
— Как говорится (простите за краткое отступление от основной темы дискуссии) — напоминаю некоторые общеизвестные в узких кругах, на начало 40-х годов ХХ века, исторические факты:
Калория — есть количество тепла, нужное для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия. Термин "калория" (по латыни calor — тепло) ввел в оборот французский химик Николя Клеман-Дезорм. Во французских словарях он появился в 1842 году. Первый "калориметр" (прибор для измерения теплоты) изобрели столетием раньше. Английский химик Джозеф Блэк с его помощью определил теплоемкости разных веществ, скрытую теплоту плавления льда и испарения воды... Методикой Блэка — воспользовались французские ученые Антуан Лоран Лавуазье и Пьер Симон Лаплас. Уже в 1780 году они начали свою знаменитую серию калориметрических экспериментов. В том числе — замахнулись на святое. Постулат "виталистов" о непознаваемости хода жизненных процессов. Первый калориметр — был ледяным. Внутреннюю полую камеру, куда помещали тепловыделяющий объект (например, живого зверька) окружала рубашка, заполненной льдом или снегом. Та, в свою очередь, была окружена воздушной теплоизоляцией, чтобы лед не плавился от внешнего нагрева. Теплота от естественной жизнедеятельности организма внутри калориметра — нагревала и плавила лед. Талую воду, стекавшую из рубашки в мерный сосуд, по окончании опыта — взвешивали и таким образом — определяли выделившуюся теплоту в единицу времени. По итогам многочисленных опытов Лавуазье высказал мысль, что дыхание животного — подобно горению свечи, за счет которого в организме поддерживается необходимый запас тепла и впервые связал три важнейшие функции живого организма — дыхание, питание и транспирацию (испарение воды). Примерно с тех пор, в научной среде, потихоньку заговорили о том, что пища в живом организме — как-то сгорает.
К началу XIX века, благодаря стараниям знаменитого французского химика Марселена Бертло точность калориметрических методов измерения возросла, появились более совершенные приборы — водяной калориметр и герметичная калориметрическая бомба. Последний прибор — особенно интересен. В нем можно измерять теплоту, выделяемую при произвольно быстрых реакциях, включая горение и взрыв.
Примерно с таким калориметром, в 30-х годах XIX века, начал первые опыты над пищей немецкий химик Юстус фон Либих, разделявший идеи Лавуазье о том, что пища — такое же топливо для организма, как дрова для печки. Причем, Либих первым назвал эти дрова — белки, жиры и углеводы. Он сжигал навески продуктов в калориметре и измерял выделившееся тепло. На основании результатов этих опытов Либих, вместе со своим коллегой Юлиусом фон Майером, составили самые первые в мире "таблицы калорийности продуктов питания". Пользуясь этими данными Либих с сотрудниками попытался рассчитать научно обоснованный рацион для прусских солдат.
Самым знаменитым последователем Юстуса фон Либиха — стал американский агрохимик Уилбур Олин Этуотер. В 1869-1871 годах Этуотер работал в Германии, где вдохновился как идеями физиологической калориметрии (посеянными Либихом), так и перспективами подобных экспериментов. Он первым додумался измерять энергоемкость компонентов пищи и придумал схему подсчета "калорийности" для любых продуктов питания. Сегодня его считают "отцом диетологии". Большую часть сведений о пище и ее компонентах (!), которыми пользуется современная наука — мир узнал из экспериментов Этуотера.
Так, хорошо знакомые нам значения "калорийности" для углеводов (4 ккал/г), белков (4 ккал/г) и жиров (9 ккал/г), впервые экспериментально получил Этуотер. Даже спустя полтора века — диетологи используют эти данные при подсчете "энергетической ценности" продуктов питания. Система Этуотера, по сей день, лежит в основе маркировки "калорийности" продуктов. В этом смысле, Уилбур Этуотер — самый цитируемый ученый в мире.
В 70-х годах XIX века еще не знали о витаминах, микроэлементах, аминокислотах и их особой важности для организма. Значение кальция и фосфора — признавали, но не понимали, какова их роль. Этуотер решал "энергетические" проблемы, а в то время уже точно знали, что энергию организму дают три основных компонента — белки, жиры и углеводы... Здесь-то и пригодилась калориметрическая бомба. В ней Этуотер измерял, сколько тепла выделяется при полном сгорании точной навески того или иного продукта питания. После некоторых колебаний, он добавил к "пищевым энергоносителям" этиловый спирт, со значением "калорийности" 7 ккал/г и немедленно за это пострадал. После публикации итогов работы — производители алкогольной продукции ухватились за его тезис "спирт дает много калорий" и стали активно использовать факт в рекламе. Это сильно огорчило Этуотера. Он сделал себе правилом каждый год обязательно читать студентам одну лекцию о вреде алкоголя и пользе умеренности во всем.
Разумеется не всё шло гладко. Никто не знал сколько каждого из главных компонентов содержится в реальных продуктах. Решение было найдено сугубо химическое. С помощью эфира — Этуотер экстрагировал жир из измельченного кусочка пищи, вес которого ему был точно известен и определял вес вещества (жира), перешедшего в эфир. Кстати, этот же несложный метод — применяют и в наши дни. С белками пришлось повозиться больше. Метода анализа, позволяющего определить количество белков в том или ином продукте — не могли придумать долго. Однако Этуотер знал, что в среднем — около 16% массы белка приходится на азот. Он придумал, как определять количество азота в пище, и через него рассчитывал содержание в ней белка. С углеводами возникла похожая проблема. Надежно определять их общее содержание в пище — тогда не умели. Здесь выручила арифметика. Этуотер сжигал навеску еды и взвешивал количество пепла, по определению содержащего одни неорганические вещества. Теперь уже не составляло труда определить общее содержание органики (исходный вес пищи минус пепел). Вычитая из этого значения массу жира и белка — Этуотер получал усредненное содержание в продуктах углеводов.
Однако, быстро возник ещё один "неучтенный фактор". Известно, что не вся съедаемая пища как-то усваивается организмом. Изрядная её часть, так сказать, проскакивает через желудочно-кишечный тракт вхолостую. А знать и учитывать это дело при оценке энергетической ценности продукта хотелось. Этуотеру обследовал фекалии людей, с точно известным рационом питания. По его расчетам — среднем доля неусвоенной человеческим организмом пищи составляла не более 10% от массы съеденного.
Весь ХХ век — биохимики дополняли заложенную Этуотером базу новыми данными. После Второй Мировой войны в его систему внесли "калорийность" для некрахмалистых полисахаридов — около 2 ккал/г. Общие факторы дополнили конкретными: белок яйца — 4,36 ккал/г, белок коричневого риса — 3,41 ккал/г и так далее. То же вышло с содержанием азота в белке: вместо среднего показателя в 16% стали использовать конкретные цифры. Например, 17,54% для белка макарон и 15,67% для белка молока.
Однако, довольно быстро, выяснился главный недостаток системы Этуотера. Оказалось, что она не учитывает расхода энергии на процесс пищеварения. А эти траты заметны. Легче всего люди переваривают жиры, несколько хуже — сложные углеводы и хуже всего — белки. Чем больше доля белка в пище, тем выше расходы на пищеварение. Например, только в 1980-х годах (изучая проблему массового ожирения) установили, что люди, в рационе которых содержался избыток жира, получали почти такую же прибавку в весе, как и те, кто употреблял почти в пять раз больше калорий (по Этуотеру), но в виде крахмала... Заодно выяснилось значение физического состояния пищи. Степени её измельчения, глубины тепловой обработки, просто температуры подаваемой к столу еды. Белый хлеб из муки тонкого помола — усваивается почти на 100%, а "черный" или "отрубной" — выходит с калом наполовину не переваренным.
Уже в ХХ веке, после открытия ферментов и очень тонких опытов по воспроизведению механизма разложения продуктов питания на легко усваиваемые организмом "элементарные компоненты" — выяснился поразительный для того времени факт. Человеческий организм (и его система пищеварения) — вовсе не идеальны. Крайне близкие (с точки зрения химика) питательные вещества (например, сахара) перевариваются очень по разному. Глюкоза — усваивается на 100% (glycemic index равен 100), а почти неотличимая от неё фруктоза — только на 20% (glycemic index равен 20). И это самый простой случай.
На самом деле — работа желудочно-кишечного тракта до сих пор полна загадок, отчего строгие формулировки "системы Этуотера" к усвоению пищи реальными людьми имеют достаточно далекое отношение. Чего стоит только "биоразнообразие" человеческой популяции. Все мы очень-очень разные, генетически, расово, по полу и возрасту, а значит — биохимически и метаболически. Самый наглядный пример такого рода — это худые люди с волчьим аппетитом, которые, несмотря на огромное количество поглощаемой пищи — совершенно не толстеют. Причина — в недостаточно эффективной работе ферментного набора. Они затрачивают на пищеварение гораздо больше энергии, чем полные. Поэтому, съев порции с точно одинаковой (по Этуотеру) "калорийностью" — полные люди прибавляют в весе больше, чем худые.
Разумеется, эти факты не прошли мимо внимания самого Этуотера... и он подобрался к тому же самому вопросу с другой стороны. Решил измерить приборно — сколько человеку нужно калорий? Вместе со коллегами по Веслеанскому колледжу, Эдвардом Росой и Френсисом Бенедиктом сконструировал большую вентилируемую камеру-калориметр, в которой мог целиком поместиться человек, работать там и отдыхать. Выделяемое тепло определяли по разности температур воды, которая протекала через систему трубок, проложенных в камере — на входе и на выходе. С помощью описанного прибора, в 1896 году, он начал исследовать — сколько энергии человек тратит в состоянии покоя, бодрствования и при разного рода деятельности, сколько потребляет кислорода и сколько производит углекислого газа. "Объектами исследования" — обычно становились его же собственные студенты.
В результате измерений Этуотер впервые в истории определил баланс между энергией, поступающей в организм с пищей и энергией так или иначе расходуемой на нагрев организма или работу по отношению к внешнему миру. Оказалось (и тогда это многим порвало шаблон), что и в человеческом организме действует закон сохранения энергии. Она никуда не исчезает, а переходит из одной формы в другую. С изрядным скандалом оказалось опровергнуто мнение "виталистов" и религиозных авторитетов, будто первый закон термодинамики — применим только к животным, но никак не к человеку (как "венцу творения"). Попутно Этуотер доказал — если человек не использует полностью энергию, поступающую в его организм с пищей, то она "запасается впрок", в виде подкожных килограммов жировых отложений.
Заодно выяснилось, что как "механическая машина" (совершающая полезную работу) наш организм крайне несовершенен. При работе мускулатуры, в среднем, только одна восьмая энергии (!) — тратится на дело. Вся остальная энергия (поступившая в организм с пищей) расходуется на нагревание его самого и в дальнейшем — окружающей среды. КПД мышц, без всякого преувеличения — "паровозный"...
В целом — обрисовалась достаточно неожиданная и удручающая картина "энергетической неэффективности" человеческого тела. В состоянии покоя его энергопотребление и попутное выделение тепла — сравнительно невелико. Около 60-70 ватт. Это результат деятельности мозга, сердца, печени, легких и желудка. Если человек занимается легкой физической работой, например, пешей ходьбой — это значение увеличивается до 100-120 ватт. Занятые тяжелой работой и спортсмены, во время интенсивных тренировок, выделяют в огружающую среду до 800-900 ватт. Пиковая мощность, непродолжительное время доступная человеческому организму — около одного киловатта. Таким образом, разница потребляемой (и выделяемой) человеком энергии, при различной мышечной нагрузке — отличается в 12-15 раз. Жизненно необходимыми являются только первые десятки ватт. А большая часть потребленной с пищей энергии при активной деятельности человека — превращается в бесполезное тепло. Как "механический" инструмент — его организм потрясающе расточителен. Любая механизация физического труда людей сразу и радикально сокращает непроизводительные расходы такого ценного ресурса, как высококалорийная еда.
Станки с механическим приводом, простейший "ручной" инструмент с электрическими и пневматическими моторами, механический транспорт и огнестрельное оружие (не требующее физических усилий для смертельного поражения противника) к началу ХХ века создали в мире принципиально новую ситуацию. Как источник физической силы человек стал окончательно не нужен. Дополнительно усугубила положение Первая Мировая война. Первая, в том числе, и как опыт массовой механизации ратного труда.
Тем не менее — бесполезных знаний не бывает. Заключительным аккордом в многолетней истории "научного" изучения калорийности питания стали германские эксперименты с солдатским пайком в разгар Первой Мировой войны. Предельно циничные, совершенно беспощадные и потрясающе наглядные...
Жестокая нехватка продуктов питания на фронте и в тылу заставила пересмотреть все гуманистические иллюзии относительно продовольственного обеспечения личного состава. Рассматривать человеческий организм как разновидность машины, нуждающейся в определенных расходниках и способной при нужде обходиться их суррогатами. В десятых годах ХХ века уже точно знали, сколько и чего надо взрослой особи Homo Sapiens Sapiens, что бы сразу не отбросить копыта в условиях затяжной "войны на выживание". Оптимальный рацион должен содержать 16% белков (в идеале, животного происхождения), 17% жиров (предпочтительно животного происхождения) и 67% так называемых углеводов (крахмалистой пищи, пополам с растительной клетчаткой). Весовую долю углеводов можно уменьшить, пропорционально тяжести физических нагрузок. Отсюда, кстати, растут ноги удивительный немецкой традиции — кормить солдат в госпиталях половинным от "полевого" пайком. Какой смысл тратить дефицитное продовольствие на бездельников, которые всё равно целыми днями сидят или лежат? Вес отпускаемых продуктов так же можно дополнительно уменьшить за счет более глубокой переработки. Мелко рубленная вареная пища — усваивается гораздо полнее, чем кусковая. То же самое — касается специально эмульгированного жира. Осахаренный в патоку крахмал (по сравнению с хлебом) не требует переваривания вообще. Необходимый для работы кишечника и нормального формирования калового комка "инертный материал" проще добавить.
