zum Directory-modus

BrennwertZoomA-Z

Fachgebiet - Thermodynamik, Technische Chemie

Unter dem Brennwert Hs versteht man nach DIN 5499: 1972-01 die Wärmemenge, die frei wird, wenn ein Stoff vollständig verbrannt (oxidiert) wird. Der Index s steht für englisch bzw. lateinisch superior "höher". Er betont - ebenso wie die veraltete Bezeichnung oberer Heizwert (Ho) - die Verwandtschaft der Größe mit dem Heizwert (früher: unterer Heizwert).

Die Verbrennungsvorgänge verlaufen meist bei konstantem Druck. Der Brennwert ist dann eine Enthalpie. Sie setzt sich additiv aus Reaktionsenthalpien und Umwandlungsenthalpien zusammen.

Werden Feststoffe oder Flüssigkeiten verbrannt, betrachtet man den spezifischen Brennwert hs (in Jkg-1). Der molare Brennwert Hs, m wird in Jmol-1 angegeben und bezieht sich auf 1mol Brennstoff. Er kann in bestimmten Fällen der Verbrennungswärme bzw. -enthalpie entsprechen, ist aber als technischer Messwert präziser definiert (siehe DIN). Bei gasförmigen Brennstoffen wird der Brennwert auf die Stoffmenge oder das Normvolumen des trockenen Gases bezogen (in Jm-3). So sind die Brennwerte vergleichbar, weil etwa die Feuchtigkeitsgehalte von Biogasen je nach Messort und Anlage stark schwanken.

Der Brennwert wird mit einem Bombenkalorimeter bestimmt. Dabei sind unter anderem folgende Annahmen zu beachten:

  • Die Temperatur der Edukte und Produkte beträgt 25°C.
  • Wasser, das in den Edukten enthalten ist und bei der Reaktion entsteht, ist flüssig.
  • Es findet eine vollständige Verbrennung von Kohlenstoff zu gasförmigen Kohlendioxid statt und von Schwefel zu gasförmigen Schwefeldioxid, jedoch nicht von Stickstoff zu Stickoxiden.

Brennwerte von Verbrennungsvorgängen, die den aufgeführten Annahmen nicht genügen - typischerweise weil Schwefeltrioxid oder Stickoxide entstehen -, können nach einer quantitativen Bestimmung dieser Produkte mathematisch korrigiert werden.

Literatur

: DIN 5499: 1972-01, Brennwert und Heizwert, Begriffe.

Fachgebiet - Ernährung, Biochemie

Der physiologische Brennwert gibt die Energieausbeute an, wie sie aus der Oxidation eines Lebensmittels nach Aufnahme durch den menschlichen Organismus zu erwarten ist. Der physikalische Brennwert dient als Grundlage zur Ermittlung des physiologischen Brennwertes, aber man berücksichtigt zwei Aspekte, die den physiologischen gegenüber dem physikalischen Brennwert vermindern können:

  • Die Resorptionsrate wird als Prozentwert angegeben und ist bei den Hauptnährstoffen hoch, d.h. über 90%. Die Resorptionsrate wird als Faktor bei der Ermittlung des physiologischen Brennwertes angerechnet.
  • Nicht alle Nährstoffe werden in ihren Stoffwechselwegen vollständig (zu Kohlendioxid und Wasser) oxidiert. Einige Wege enden bei energiereicheren Verbindungen, die ausgeschieden werden. Der physiologische Brennwert ist um den Brennwert dieser Verbindungen reduziert.

Der physiologische Brennwert entspricht daher dem physikalischen Brennwert eines Stoffes abzüglich des physikalischen Brennwertes der ausgeschiedenen nicht-resorbierten Anteile an diesem Stoff und der ausgeschiedenen katabolen Abbauprodukte des Stoffes.

Der physiologische Wert erlaubt keine unmittelbare Aussage, in welchem Umfang bei der Oxidation energiereiche Verbindungen wie etwa ATP oder Reduktionsmittel wie NADH entstehen, wie viel Energie als Wärme "verloren geht", oder gar wie viel Energie zur Verstoffwechselung aufgebracht werden muss, z.B. für Transportwege.

Bei einigen Nährstoffen - insbesondere Kohlenhydraten und Ethanol - stimmen beide Brennwerte näherungsweise überein: Diese Verbindungen werden zu fast 100% resorbiert und - zumindest theoretisch - komplett zu Wasser und Kohlendioxid abgebaut.

Dagegen ist der physiologische Brennwert z.B. bei Proteinen (Eiweiß) geringer als der physikalische Wert. In diesem Beispiel entstehen energiereiche Verbindungen wie Harnstoff als Stoffwechsel-Endprodukte und die Resorptionsrate liegt bei nur 92%2). Im Falle des Harnstoffs ist zu beachten, dass es den Vorgaben für den physikalischen Brennwert doch sehr nahe kommt: der Kohlenstoff ist maximal oxidiert (Oxidationszahl +4), während der Stickstoff nicht oxidiert wurde. Allerdings wurde am Kohlenstoff nur eine geringere Elektronegativitätsdifferenz hergestellt, als es bei der geforderten Oxidation zum Kohlendioxid der Fall wäre, was auch zu einer anderen Energieausbeute führt.

Die Angabe des physiologischen Brennwertes ist sowohl in kJ als auch in der nicht SI-konformen Einheit kcal (Kilokalorie) gebräuchlich, jeweils pro Gramm.

Tab.1
Physikalische und physiologische Brennwerte der Hauptnährstoffe3)
NährstoffPhysikalischer Brennwert in kJg-1Physikalischer Brennwert in kcalg-1Physiologischer Brennwert in kJg-1Physiologischer Brennwert in kcalg-1
Stärke17,54,217,34,1
Glucose15,63,715,43,7
Fett39,19,337,18,9
Protein22,95,515,93,8
Alkohol29,87,129,87,1

Gemäß EU-Richtlinie (Richtlinie des Rates vom 24. September 1990 über die Nährwertkennzeichnung von Lebensmitteln, 90/496/EWG) sind in den Mitgliedsstaaten Brennwerte auf Lebensmittelverpackungen auf Grundlage folgender Werte anzugeben:

Tab.2
Brennwerte nach der EU-Richtlinie zur Lebensmittelkennzeichnung
NährstoffklasseEnergiewert in kJg-1Energiewert in kcalg-1
Kohlenhydrate (ausgenommen mehrwertige Alkohole)4)174
mehrwertige Alkohole102,4
Eiweiß174
Fett379
Äthylalkohol5)297
organische Säuren133
Salatrims6)256
Ballaststoffe82
Erythritol7)00

Literatur

Elmadfa, I.; Leitzmann, C. (2004): Ernährung des Menschen. 4. AuflageUlmerUni-Taschenbücher GmbH (UTB), ISBN: 3-8001-2830-63-8252-8036-5
2)Elmadfa/Leitzmann, S. 104
4)Grundsätzlich werden in der Richtlinie alle Polyole, die vom Stoffwechel umgesetzt werden können, als Kohlenhydrate bezeichnet; hier sind dagegen nur Kohlenhydrate im engeren Sinn gemeint, d.h. Aldosen und Ketosen und die abgeleiteten höhermolekularen Saccharide.
5)Ethanol
6)kalorienreduzierte Triacylglycerole (short- and long-chain acyl triglyceride molecules)
7)Zuckerersatzstoff meso-1,2,3,4-Butantetrol