칼로리

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1. 개요

칼로리는 일반적으로 물 1g의 온도를 1°C 올리는 데 필요한 열량으로 정의되지만, 물의 비열이 온도에 따라 달라지므로 정확한 정의는 1기압 하에서 14.5°C의 물 1g을 15.5°C까지 올리는 데 필요한 열량이다. 칼로리는 열화학 칼로리, 4도 칼로리 등 여러 종류가 있으며, 1948년 국제도량형총회에서 줄(J)의 사용을 권장했다. 영양학에서 칼로리는 음식 에너지를 나타내는 데 사용되며, 지방은 1g당 9kcal, 탄수화물과 단백질은 4kcal/g, 알코올은 7kcal/g을 함유한다. 한국의 계량법에서는 열량 단위로 줄(J)을 사용하며, 칼로리는 영양학적 용도로 제한적으로 사용된다.

칼로리

개요

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칼로리의 정의

종류	작은 칼로리 (cal) 큰 칼로리 (kcal) 또는 킬로칼로리 (Cal)
정의	물 1g의 온도를 1°C 올리는 데 필요한 에너지
사용 분야	열화학 영양학

단위

기호	cal
단위계	비SI 단위
물리량	열량
SI	4.184 J (정확히, 계량법에 따름)
유래	물 1 g의 온도를 표준 대기압 하에서 1 °C 올리는 열량
어원	라틴어: calor (열)

환산

1 cal	4.184 J (정확히) 3.9656668 × 10^-3 BTU 1.1622222 × 10^-6 kW⋅h
1 kcal (킬로칼로리)	1,000 cal 4,184 J (정확히) 3.968 BTU 1.162 와트시 (W⋅h)
참고	1 kcal = 1 Cal (식품 칼로리)

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1. 개요
2. 정의
- 2.1. 종류
3. 역사
4. 영양학
- 4.1. 하루 필요 섭취 칼로리
5. 인체와 칼로리
6. 한국의 법적 정의
7. 기타

2. 정의

일반적으로 칼로리는 "물 1그램을 1°C 올리는 데 필요한 열량"으로 알려져 있다. 하지만 물의 비열은 온도에 따라 달라지기 때문에 더 정확한 정의는 "1기압 하에서 14.5°C의 물 1그램을 15.5°C까지 올리는 데 필요한 열량"이다. 1칼로리(cal)는 4.184J(줄)이다. 물의 비열이 온도에 따라 달라지므로, 몇 도의 물을 기준으로 정의하는지에 따라 다양한 종류의 칼로리가 존재한다.

2.1. 종류

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이름	기호	환산값 (J/cal)	비고
0도 칼로리	cal₀	≈4.219
4도 칼로리	cal₄	≈4.204 5
평균 칼로리	cal_mean	≈4.190 02	NIST 기준
구 국제 증기표 칼로리		≈4.186 84	폐지됨
I.T. 칼로리	cal_IT	4.186 8	정의값, IAPWS 채택
구 계량법 칼로리		4.186 05	정의값, 폐지됨
15도 칼로리	cal₁₅	≈4.185 80
15도 칼로리	cal₁₅	4.185 5	CIPM 1950년 기준, 0.000 5 J 불확실성
열화학 칼로리	cal_th	4.184	정의값
IUNS 칼로리		4.182	정의값, 국제영양과학연합
20도 칼로리	cal₂₀	≈4.181 90

* I.T. 칼로리는 '국제 증기표 칼로리'라고도 하며, 1956년 제5회 국제 증기 성질 회의에서 채택되었다.
* 물의 비열은 온도에 따라 달라지므로, 몇 도의 물을 기준으로 정의하는지에 따라 여러 종류의 칼로리가 존재한다.
* 일반적으로 물 1g의 온도를 *t*-0.5°C에서 *t*+0.5°C로 올리는 데 필요한 열량을 t도 칼로리(cal_*t*)라고 한다. (단, 0도 칼로리는 0°C에서 1°C)
* 15도 칼로리(cal₁₅)는 물 1g의 온도를 14.5°C에서 15.5°C로 올리는 데 필요한 열량이며, 표준 칼로리라고도 한다.
* 과거에는 실험값에 기반한 다양한 칼로리 정의가 사용되었으나, 현재는 정의가 명확한 줄을 사용한다.
* 현재 일본에서는 열화학 칼로리(cal_th)를 사용하며, 1 cal_th = 4.184 J로 정의된다.

3. 역사

"칼로리"라는 용어는 calor^라틴어에서 유래되었다. 1819년부터 1824년까지 열량 측정법에 대한 강의에서 니콜라 클레망이 처음으로 칼로리를 소개했는데, 이는 "큰" 칼로리였다. 1841년과 1867년 사이에 프랑스어와 영어 사전에 이 용어가 등재되었다.

1852년, 피에르 앙투안 파브르와 요한 T. 질버만은 "작은" 단위를 나타내는 용어로 같은 용어를 사용했다.

1879년, 마르셀랭 베르텔로는 그램 칼로리와 킬로그램 칼로리를 구분하고, 큰 단위를 위해 대문자 "C"를 사용하여 "칼로리"를 사용할 것을 제안했다. 1887년 윌버 올린 앳워터가 음식의 에너지 함량에 관한 논문에서 이 사용법을 채택했다.

1894년 미국 의사 조셉 하워드 레이먼드는 인체 생리학 매뉴얼에서 작은 단위를 사용했다. 그는 "큰" 단위를 "킬로칼로리"라고 부를 것을 제안했지만, 이 용어는 몇 년 후에야 널리 사용되었다.

작은 칼로리(cal)는 1896년에 이미 존재하던 에너지의 CGS 단위인 에르그와 함께 CGS 단위계의 단위로 인정되었다.

1928년에는 칼로리의 두 가지 주요 정의에서 발생할 수 있는 혼란과 대문자를 사용하여 이를 구별하는 것에 대한 불만이 제기되었다.

줄은 1948년 제9차 국제 도량형 총회에서 공식적으로 채택된 에너지의 SI 단위였다. 칼로리는 SI 팜플렛의 제7판에서 비 SI 단위의 예로 언급되었다.

1824년 프랑스의 니콜라 클레망이 "물 1 kg의 온도를 0 °C^영어에서 1 °C^영어로 올리는 데 필요한 열량"을 칼로리라고 명명했다. 이 클레망의 칼로리는 현재 칼로리의 정의에서 1000 cal = 1 kcal에 해당한다.

1888년, 영국 과학 협회가 "물 1 g의 온도를 1 °C^영어 올리는 데 필요한 열량"을 썸(therm^영어)이라고 명명하고, 1896년에 칼로리로 개칭했다.

이러한 역사적 배경이 대칼로리(kg-calorie = 1000 cal)를 의미하거나 소칼로리(g-calorie = 1 cal)를 의미하는 이른바 "칼로리 혼동(Calorie Confusion)"의 기원이다.

4. 영양학

영양학에서 칼로리는 음식의 에너지 함량을 나타내는 데 사용된다. 지방은 1g당 9kcal, 탄수화물과 단백질은 1g당 4kcal, 알코올은 1g당 7kcal를 제공한다. 대한민국에서는 킬로칼로리(kcal)가 주로 사용되며, "칼로리"라고 표기하는 경우가 많다. 일본의 계량법에서는 칼로리 사용을 영양학 및 생물학에 관한 사항으로 한정하고 있다.

식품 라벨에는 에너지 함량이 킬로줄(kJ)과 킬로칼로리(kcal)로 함께 표시되는 경우가 많다. 유럽 연합에서는 영양 성분표에 에너지가 킬로줄과 킬로칼로리 둘 다 표시되며, 각각 "kJ"와 "kcal"로 약칭된다. 미국에서는 킬로칼로리("calorie")가 주로 사용되지만, 국제단위계 (SI) 단위인 킬로줄(kJ)이 과학적 맥락에서 사용될 수 있다. 중국에서는 킬로줄만 사용된다.

식이 요법은 체중 조절, 당뇨병 및 비만과 같은 질병 예방 및 치료를 위해 칼로리 섭취를 조절하는 방법이다. 하루 에너지 필요량은 신체 활동 수준에 따라 기초대사량의 1.5~2배 정도이다.

4.1. 하루 필요 섭취 칼로리

사람의 하루 권장 섭취 열량은 표준 몸무게를 기준으로 할 때, 여러 전문가들은 다음의 칼로리(Kcal)량을 제안한다.

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육체 활동 수준	하루 필요 섭취 칼로리 (표준 몸무게 기준)
육체 활동이 낮음	표준 몸무게(kg) × 25 ~ 30
육체 활동이 보통	표준 몸무게(kg) × 30 ~ 35
육체 활동이 높음	표준 몸무게(kg) × 35 ~ 40

WHO는 자신의 표준 몸무게를 BMI(체질량 지수)로 산정하는 것을 권장한다.

* 키가 t 미터, 체중이 w 킬로그램일 때, BMI는 다음과 같다.

::

\mathrm{BMI} = {w \over t^2}

* 정상적인 BMI 범주는 18.5~24.9이다.

* BMI를 21로 설정하고 키가 165cm인 경우 표준 몸무게는 다음과 같이 계산할 수 있다.

::

21 \times 1.65^2 = w

w = 57.1725kg

DSM-5에서는 BMI 17.5 이하를 임상적 심리적 조건 중 하나로 간주할 수 있다.

5. 인체와 칼로리

인체의 지방 조직은 87%가 지질이며, 1kg의 지방 조직은 대략 870g의 순수한 지방으로 이루어져 있어 약 7800kcal에 해당한다. 지방 조직 1kg을 없애려면 7800kcal를 소모해야 한다. 하지만 인체는 에너지를 100% 활용할 수 없으므로 실제로는 지방 조직 1kg이 가진 에너지의 1/3 이하만 소모해도 체중은 1kg 이상 감소한다.

6. 한국의 법적 정의

한국의 계량법에서는 열량의 단위로 줄(J), 와트 초(Ws), 와트시(Wh)를 사용한다. 칼로리는 "사람 또는 동물이 섭취하는 물건의 열량 또는 사람 또는 동물이 대사에 의해 소비하는 열량의 계량"에 한정하여 사용할 수 있다. 1 cal = 4.184 J (열화학 칼로리)이며, 킬로칼로리(kcal), 메가칼로리(Mcal), 기가칼로리(Gcal)도 사용 가능하다.

7. 기타

영양학 분야에서는 킬로칼로리(kcal = 1000 cal)가 자주 사용된다. 큰 열량을 나타낼 때에는 메가칼로리(Mcal = 10⁶ cal)나 기가칼로리(Gcal = 10⁹ cal)도 드물게 사용된다.

10⁶ 칼로리(15도 칼로리)를 테르미 또는 서미(thermie^프랑스어, 기호: th)라고 한다. 1 th = 1000000 cal₁₅ ≒ 4.1855 MJ이다. 원래는 1 t의 물에 대해 정의된, MTS 단위계의 단위이다.

10⁹ 칼로리(열화학 칼로리)를 1TNT톤이라고 하며, 핵무기 등의 에너지에 사용된다. 1 tTNT = 10⁹ cal_th = 4.184 GJ이다.