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生物課好好玩:我吃飯、小草曬太陽,生物體的營養

麥田出版 | 2019-09-23

 給學生 
動物為了求生存必須覓食,是動物獲得養分的方法。但你有沒有想過,吃完之後,這些食物實際上是如何讓動物維持生命呢?

 給老師家長 
食物在生物體裡的歷程,是我們肉眼無法看見的,因此在認識「消化作用」時,孩子光憑閱讀,還是很容易產生誤解。陪同孩子一起閱讀,一起尋找生活中的例子,甚至是進行本文中燃燒花生的小活動,都有助於更進一步的理解。

 關鍵字提示 
# 能量 # 卡路里 # 酵素 # 光合作用 # 葉綠體 # 消化作用

「養分」和「能量」的關係

生物除了表現生命現象之外,更重要的是維持生命,陽光、空氣、水、養分就是維持生命之必要條件。其中「養分」你可能覺得不難理解,只要吃不就有養分了嗎?但你想過嗎?為什麼要吃飯吃肉吃菜,為什麼不能吃土或只喝水?關鍵因素在於吃下去的東西能否產生能量。例如我們吃飯、麵、肉、蛋、菜等,多是可以產生能量的物質,但「水」或「土」則無法提供能量給生物體。

「能量」是維持生命現象最基本的要素,地球上生物的能量主要來源是日光, 再講得直白一點好了,地球上所有生物能量的來源都是直接或間接來自太陽。綠色植物、藻類及藍綠菌能行光合作用製造養分,而動物則是經由攝食取得養分。

好了,說了半天都在談養分,不是說「『能量』是維持生命現象最基本的要素」嗎?養分和能量究竟是什麼關係呢?

我們先從日常生活談起。汽車如果沒有加油,會開不動,電扇不插電,也無法轉動。為什麼呢?汽油送入車子的引擎,運作之後產生能量,車子才能動。電扇需要電線將電能傳輸進機器,才能運轉。有了汽油或電,才能產生能量讓汽車或電扇運作,生物體也一樣,如果缺乏能量的來源,就會動不了。這就是為什麼動物需要吃東西,把吃進來的食物分解成可以吸收的養分,再靠這些養分在需要的時候經分解作用產生能量。簡單說,「養分」經「分解作用」後,可釋放出「能量」。

●「能量」到底在哪裡?認識「能量」的小活動

「養分」經「分解作用」後,可釋放出「能量」。這句話說起來簡單,其實很複雜,很難真正理解。大家可以先從一個小活動中體會一下其中的道理。

這個活動就是「燒食物」。可以選擇花生、核桃、杏仁、洋芋片……等食物,這幾樣食物乾燥好燃燒,很適合這個活動。如果你選了豬肉,那就要先做成肉乾,一樣可以燃燒。

以一顆花生為例,先用一把夾子夾住花生,然後點火,花生就會開始燃燒。我是將一個大迴紋針拉直,刺穿花生加以固定,再以打火機點火進行這個活動。

你知道嗎?這一顆小小的花生足足燃燒了3分鐘,真是露營野炊時的最佳火種。經過這個活動之後,你一定可以完全明白食物燃燒的的確確會放出熱量了。

如果你有小鋼杯、溫度計會更好,如果你還有錐形瓶或燒杯,那最好不過了。

將小鋼杯裝入少許水,若能定量會更好,例如裝入100公克的水(因為1 公克的水容積為1 毫升,因此用量杯量100 毫升即為100 公克的水)。將花生點火後,置於小鋼杯下燃燒,等花生燒完,你一定可以感覺到鋼杯中的水溫上升了,水溫上升,就代表水分吸收了花生燃燒時所釋放出來的能量。

▲花生下面的器具是免於花生燃燒時油滴滴落桌面用的。

▲燒花生的小活動如果在實驗室進行,可以利用大試管或錐形瓶。

藉由這個活動,你還可以得到一個結論,那就是:能量是可以傳播的。傳播的方向是由高溫往低溫的地方傳播。當然了,能量不會只有傳播到水裡,還會散失到空氣中或其他地方。

● 來計算能量吧!不要小看一顆小小花生!

如果你想探究得深入些,例如,燃燒一顆花生究竟釋放出多少能量?喔,那就需要更進一步來認識能量。能量不是溫度,所以無法靠溫度計測量,但能量還真的跟溫度有關係。

先說明一種能量的單位——「卡」。「卡」就是「卡路里」的簡稱。從英文Calorie 音譯而來,縮寫為cal。一卡的定義為「使1 公克的水在1 大氣壓下升高攝氏1 度所需要的熱量」。平時我們身處環境中的氣壓大約就是1 大氣壓,所以重點在水的質量與溫度的變化。

如果讓10 公克水升高攝氏1 度所需要的熱量就是10 卡,而將1 公克水升高攝氏10 度所需要的熱量也是10 卡。那麼,想讓10 公克水升高攝氏10 度所需要的熱量是多少卡呢?想一想,不知道有沒有人會答20 卡?

如果你答20 卡,那就請你思考一下,若要使10 公克水升高攝氏2 度所需要的熱量又是多少卡呢?

現在,你大約可以明白,這時應該將水的質量與水上升的溫度兩項數字相乘,而非相加了。

回到剛剛用燒花生加熱小鋼杯水的實驗,如果你用溫度計測量了鋼杯中的水前後的溫度,我們就可以繼續探究下去。假設水的初溫是20 度,那麼,一粒花生完全燃燒後,使100 毫升的水溫度由25 度升高為45 度時,則此粒花生燃燒後所釋放出來的熱能為多少呢?

計算方式就是將水的質量乘上水的上升溫度,即100×(45-25)= 2000(卡)。

哇!居然有2000 卡!才一顆花生,數字就那麼大?如果換成一隻雞腿,或一瓶珍奶,那計算出來的數字一定更大了。

因此,營養學上將1000 卡(小卡)稱為1 大卡,大卡可縮寫為kcal。

● 讀懂營養標示上的熱量

想計算一小顆花生的熱量就費了那麼大的工夫,一個便當、一個漢堡所含的熱量又如何計算呢?

放心啦,商家都在食品上貼了標示,寫得清清楚楚。我們看一下這張圖。這是一塊芋頭酥包裝上的營養標示。記得喔,食品包裝上的營養標示單位都用大卡,「大」這個字不能省略。

我們先看營養標示上的營養成分,有蛋白質、脂肪、碳水化合物、鈉。其中,蛋白質、脂肪、碳水化合物這三類養分是可以產生能量的,就像前面的花生,燃燒之後會看見火光。而鈉是礦物質,礦物質、維生素、水這三類養分無法產生能量。

▲營養標示上所含熱量都寫得清清楚楚。
已知食物中每公克的蛋白質、碳水化合物可以產生4大卡熱量,每公克脂肪可以產生9大卡熱量。

在這張標示中,可以看出內含蛋白質1.7 公克,每公克可產生4大卡,所以可以產生1.7×4 = 6.8 大卡;同理標示中有脂肪4.6 公克,每公克9 大卡,所以可以產生4.6×9 =41.4 大卡;最後是碳水化合物16.9 公克,每公克4 大卡,換算後可以產生16.9×4 = 67.6 大卡。記得嗎?鈉是礦物質,不含熱量,所以將蛋白質、脂肪、碳水化合物三類營養成分所產生的熱量相加,6.8 + 41.4 + 67.6 = 115.8。回頭看看包裝上的「熱量115 大卡」,現在你應該懂了,這個數字就是這樣計算後取整數而來的。

那麼,這一塊芋頭酥吃下肚後可以產生多少熱量呢?不要上當喔,不要傻傻以為答案是「115 大卡」。請再仔細看標示中最上面兩行字:「每一份量30 公克」、「本包裝含兩份」。意思是說,剛剛算出的115 大卡是「每一份」所含熱量,那麼兩份就是115×2 = 230 大卡。230 大卡算不算多呢?每天可以吃幾個?這就因人而異了,青少年每天大約需要1000 至3000 大卡,活動越多需要熱量越多,因此,理解食物的熱量是很重要的事。

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