Kalorie

Kalorie (lat. calor „Wärme“; Einheitenzeichen cal) ist eine alte Maßeinheit der Energie, insbesondere der Wärmemenge W, mit mehreren leicht unterschiedlichen Definitionen. Inzwischen wurde sie von der internationalen SI-Einheit Joule abgelöst.

Oft werden insbesondere Brennwerte von Nahrungsmitteln nach wie vor zusätzlich zur Angabe in Joule in Kilokalorien angegeben; die EU-Richtlinie zur Nährwertkennzeichnung schreibt sogar eine Angabe sowohl in kJ als auch kcal vor^[1]. Andererseits müssen in der Wirtschaft und im öffentlichen Gesundheitswesen der EU stets die SI-Einheiten verwendet werden; gegenüber zusätzlich angegebenen anderen Einheiten müssen sie hervorgehoben sein. Insbesondere darf eine Angabe in kcal nicht in größerer Schrift gesetzt sein.^[2]

Ab 1. Januar 2010 ist die Angabe von Kalorien (wie der meisten anderen Nicht-SI-Einheiten) in der EU gar nicht mehr zulässig. Diese Frist war ursprünglich auf Anfang 1990 festgelegt und zunächst auf Anfang 2000 verlängert worden^[3]; die letzte Verlängerung ist nur noch mit Handelshemmnissen beim Export in Drittländer begründet worden^[4]. Aus dem gleichen Grund wird derzeit (2008) über eine völlige Aufhebung der Frist diskutiert.^[5]

Ob sich das Wort Kalorie auf 1 cal oder 1 kcal bezieht, ist nicht eindeutig. Beide Verwendungen waren und sind gebräuchlich^[6]; zur Unterscheidung spricht man von Grammkalorie und Kilogrammkalorie oder auch kleiner und großer Kalorie. Eindeutig ist in der Praxis auch die Bezeichnung Kilokalorie für 1 000 Grammkalorien, analog zu den Vorsätzen für SI-Einheiten.

Dass beide Varianten eine größere Verbreitung gefunden haben, liegt an den wechselnden Basiseinheiten für die Masse: Kilogramm in MKS-Systemen und Gramm in CGS-Systemen. Entsprechend waren Kilogrammkalorie bzw. Grammkalorie die natürlichen Basiseinheiten für kalorimetrische Zwecke, soweit die Erwärmung einer bestimmten Menge eines bestimmten Stoffs als Maßstab herangezogen worden ist und nicht die dafür notwendige Arbeit bzw. Energie, wie heute üblich.

Definition

Während die SI-Einheit Joule eindeutig festgelegt ist, wurden für die Kalorie unterschiedliche Werte für den Energiebetrag einer Kalorie definiert. Zwar sind die Abweichungen dieser unterschiedlichen Festlegungen im Bereich von Lebensmitteln tolerierbar – außer wenn Kalorien genaue Energiemengen ausdrücken sollen und dabei nicht angegeben wird, auf welche der Definitionen sich eine bestimmte Kalorienangabe bezieht.

In den folgenden Tabellen sind einige Definitionen für die Kalorie samt deren Umrechnungsfaktoren angegeben:

Einheit
Norm	Fifth International Conference on the Properties of Steam
Einheitenname	Kalorie (international)
Einheitenzeichen	$cal IT$
Beschriebene Größe(n)	Energie
Größensymbol(e)	$E,\, W$
In SI-Einheiten	$\mathrm{1\, cal_{IT} = 4{,}186\ 8\, \frac{kg\, m^2}{s^2} = 4{,}186\ 8\, J}$

Einheit
Norm	National Bureau of Standards
Einheitenname	Kalorie (thermochemisch)
Einheitenzeichen	$cal th$
Beschriebene Größe(n)	Energie
Größensymbol(e)	$E,\, W$
In SI-Einheiten	$\mathrm{1\, cal_{th} = 4{,}184\, \frac{kg\, m^2}{s^2} = 4{,}184\, J}$

Einheit
Norm	International Steam Table Conference
Einheitenname	Kalorie (14,5 °C–15,5 °C)
Einheitenzeichen	$cal 15$
Beschriebene Größe(n)	Energie
Größensymbol(e)	$E,\, W$
In SI-Einheiten	$\mathrm{1\, cal_{15} = 4{,}185\ 8\, \frac{kg\, m^2}{s^2} = 4{,}185\ 8\, J}$

Darüber hinaus sind einige weitere Definitionen für die Kalorie verwendet worden:

die Wärmemenge, die bei normalem atmosphärischen Druck von 1013,25 hPa benötigt wird, um 1 Gramm Wasser von 14,5 °C auf 15,5 °C zu erwärmen,
die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 Gramm Wasser von 4 °C auf 5 °C zu erwärmen,
die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 Gramm Wasser von 19,5 °C auf 20,5 °C zu erwärmen,
die durchschnittliche Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 Gramm Wasser zwischen 0 °C und 100 °C um 1 Kelvin zu erwärmen.

Darüber hinaus gibt es andere Definitionen, welche den Zahlenwert der Kalorie im Verhältnis zu einer anderen Maßeinheit spezifizieren:

Im Jahr 1929 wurde auf der International Steam Table Conference in London eine Internationale Kalorie als 1/860 einer Internationalen Wattstunde definiert. Mit der Einführung des absoluten Einheitensystems für elektrische Maßeinheiten änderte sich dieser Wert auf 1/859,858 Wattstunden (etwa 4,18674 J)
Die thermochemische Kalorie wurde 1953 vom National Bureau of Standards der Vereinigten Staaten als 4,184 J definiert,
Auf der Fifth International Conference on the Properties of Steam 1956 in London wurde eine Internationale Kalorie als 4,1868 J festgelegt. Die Zahl wurde gewählt, weil sie einfach durch 9 teilbar war und somit Umrechnungen zwischen den kg-°C- und Btu/Pound-°F-Systemen erleichterte.

Energieeinheiten und Umrechnungsfaktoren
von / nach	Joule	Kilowattstunde	Elektronenvolt	Kilopondmeter	Kalorie
1 J = 1 kg·m²/s² =	1	2,778 · 10⁻⁷	6,242 · 10¹⁸	0,102	0,239
1 kW·h =	3,6 · 10⁶	1	2,25 · 10²⁵	3,667 · 10⁵	8,60 · 10⁵
1 eV =	1,602 · 10⁻¹⁹	4,45 · 10⁻²⁶	1	1,63 · 10⁻²⁰	3,83 · 10⁻²⁰
1 kp·m =	9,80665	2,72 · 10⁻⁶	6,13 · 10¹⁹	1	2,34
1 cal_int =	4,1868	1,163 · 10⁻⁶	2,611 · 10¹⁹	0,427	1

Umrechnung

Hier die Umrechnung Kalorie in Joule und zurück für die wichtigsten Definitionen:

1 cal_INT: = 4,1867 J (1 J = 0,23885 cal_IT)
1 cal_th: = 4,184 J (1 J = 0,23901 cal_th)
1 cal₁₅: = 4,18580 J (1 J = 0,23890 cal₁₅)

Anwendung in der Ernährungslehre

In der Ernährungslehre wurde früher die Kalorie zur Angabe des physiologischen Brennwerts von Lebensmitteln verwendet. Seit 1978 gilt als gesetzliche physikalische Einheit Joule, jedoch ist die Kalorie immer noch gebräuchlich. In Tabellen stehen oft beide Angaben. Wesentlich ist bei ihnen, dass die Energieangabe auf Lebensmitteln nur jenen Energiewert darstellt, der durch den menschlichen Stoffwechsel (Verdauung) im Mittel gewonnen wird.

Einzelnachweise

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