1.1. 에너지의 정의와 단위

  에너지(energy)란 동물이 생명을 유지하고 각종 활동을 하는 데 필요한 것으로, 물리학적 개념에서는 이를 '일을 할 수 있는 능력'으로 일컫는다. 에너지는 한 물체에서 다른 물체로 전달되며, 그 성질에 따라 독특한 특성을 가진다. 예컨대, 수력 발전의 예에서 아래로 떨어지는 물이 지닌 위치에너지는 터빈을 돌리는 운동에너지로 바뀐 후 결국 전기에너지로 전환되는데, 이 과정에서 일부 에너지는 열에너지 및 소리에너지로 소실된다.

 영양학에서의 에너지는 영양소를 구성하는 원소 간의 화학적 결합에 포함된 에너지를 의미한다. 원소 간의 화학적 결합이 끊기고 이어지는 재배열 과정에서 에너지가 전달되며, 이렇게 전달된 에너지를 이용해 동물은 생명 활동을 수행한다. 에너지 대사 과정에서 산화(oxidation)를 통해 영양소를 이루는 원소 간의 결합이 끊어지면 이 결합 에너지는 최종적으로 아데노산에 세 개의 인산기가 붙어 있는 아데노신트리포스페이트(adenosine triphosphate, ATP)에 저장된다. 이렇게 생성된 ATP는 인산기가 떨어져 나가는 과정을 통해 에너지를 필요로 하는 세포 내 다른 분자로 에너지를 전달한다.

 이렇듯 산화 과정을 통해 체내에서 에너지를 생성할 수 있는 영양소를 열량소(energy yielding nutrients)라 하며, 탄수화물(carbohydrate), 지질(lipid), 단백질(protein)이 이에 속한다. 이들 열량소는 체내 산화 과정을 통해 이산화탄소(CO2), 암모니아(NH3), 물(H2O)로 분해되며, 이 과정에서 열량소에 포함된 에너지는 ATP에 전달된다. 이때 ATP로 저장할 수 있는 에너지는 60% 미만이며, 나머지는 열에너지로 소실된다. 이러한 체내 에너지 대사 과정은 반응의 강도에 차이가 있을 뿐 유기물이 산소와 결합하는 산화과정을 통한 연소반응과 유사하다. 따라서 영양소가 포함하는 총 에너지 함량을 알기 위해서는 봄베 열량계(bomb calorimeter)와 같은 열량계 안에서 영양소를 태워 그때 발생하는 열량을 측정한다.

 영양학에서는 연소시켜 발생하는 열량으로 영양소가 함유하는 에너지 함량을 측정하기 때문에 전통적으로 에너지의 단위로 열량의 단위인 칼로리(calorie, cal)를 이용한다. 일반적으로 1 cal는 1 대기압 상태에서 1g의 물을 14.5도씨에서 15.5도씨로 1도씨 올리는 데 필요한 열을 의미한다. 그러나 국제단위계(international systems units, SI)는 에너지를 나타내는 표준 단위로 줄(joule, J)을 체택하였으므로 영양학에서도 에너지를 줄로 표기해야 한다는 주장이 많다. 1 cal는 일반적으로 4.184 J에 해당한다. 하지만 오랜 시간 칼로리를 에너지 단위로 사용하던 영양학계에서는 편의상 여전히 칼로리를 사용하며, 이러한 관행에 따라 본 한국젖소사양표준에서는 에너지의 단위로 칼로리와 줄을 병행 표기하기로 한다.