Energía alimentaria

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La energía alimentaria es la energía química que los animales (incluidos los seres humanos ) obtienen de sus alimentos y del oxígeno molecular [1] a través del proceso de respiración celular . La respiración celular implica el proceso de unir el oxígeno del aire con las moléculas de los alimentos (respiración aeróbica) o el proceso de reorganizar los átomos dentro de las moléculas ( respiración anaeróbica ).

Los seres humanos y otros animales necesitan una ingesta mínima de energía alimentaria para mantener su metabolismo y para impulsar sus músculos. Los alimentos se componen principalmente de carbohidratos , grasas , proteínas , agua , vitaminas y minerales . Los carbohidratos, las grasas, las proteínas y el agua representan prácticamente todo el peso de los alimentos, y las vitaminas y los minerales constituyen solo un pequeño porcentaje del peso. (Los carbohidratos, las grasas y las proteínas comprenden el noventa por ciento del peso seco de los alimentos. [2] ) Los organismos obtienen la energía alimentaria de los carbohidratos, las grasas y las proteínas, así como de los ácidos orgánicos , polioles yetanol presente en la dieta. [3] Algunos componentes de la dieta que proporcionan poca o ninguna energía alimentaria, como agua, minerales, vitaminas, colesterol y fibra, pueden ser necesarios para la salud y la supervivencia por otras razones. El agua, los minerales, las vitaminas y el colesterol no se descomponen (el cuerpo los usa en la forma en que se absorben) y, por lo tanto, no se pueden usar como energía. La fibra, un tipo de carbohidrato, no puede ser digerida completamente por el cuerpo humano. Los rumiantes pueden extraer energía alimentaria de la respiración de la celulosa debido a las bacterias en sus rumos .

Usando el Sistema Internacional de Unidades , los investigadores miden la energía en julios (J) o en sus múltiplos; el kilojulio (kJ) se utiliza con mayor frecuencia para cantidades relacionadas con los alimentos. Una unidad de energía del sistema métrico más antiguo , todavía ampliamente utilizada en contextos relacionados con los alimentos, es la caloría ; más precisamente, la "caloría alimentaria", "gran caloría" o kilocaloría (kcal o Cal), igual a 4,184 kilojulios. (Compare la "caloría pequeña" (cal), igual a 1/1000 de una caloría de un alimento, que se usa a menudo en química y en física .) Dentro de la Unión Europea , tanto la kilocaloría ("kcal") como el kilojulio ("kJ ") aparecer enetiquetas nutricionales . En muchos países, solo se muestra una de las unidades; en los EE. UU. y Canadá, las etiquetas deletrean la unidad como "calorías" o como "calorías".

Las grasas y el etanol tienen la mayor cantidad de energía alimentaria por masa, 37 y 29 kJ / g (8,8 y 6,9 kcal / g), respectivamente. Las proteínas y la mayoría de los carbohidratos tienen alrededor de 17 kJ / g (4,1 kcal / g). La diferente densidad energética de los alimentos (grasas, alcoholes, carbohidratos y proteínas) radica principalmente en sus proporciones variables de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno: Para alimentos de composición elemental C c H h O o N n , el calor de combustión subyacente al la energía alimentaria es de 100 kcal / g ( c + 0,3 h - 0,5 o ) / (12 c + h + 16 o +14 n ) con una buena aproximación (± 3%).[1] Los carbohidratos que no se absorben fácilmente, como la fibra o la lactosa en individuos intolerantes a la lactosa, aportan menos energía alimentaria. Los polioles (incluidos los alcoholes de azúcar ) y los ácidos orgánicos aportan 10 kJ / g (2,4 kcal / g) y 13 kJ / g (3,1 kcal / g) respectivamente. [4] La cantidad de agua, grasa y fibra en los alimentos determina la densidad energética de esos alimentos.

Teóricamente, se podría medir la energía de los alimentos de diferentes maneras, utilizando (digamos) la energía de combustión libre de Gibbs o la cantidad de ATP generada al metabolizar los alimentos. Sin embargo, la convención es utilizar el calor de la reacción de oxidación, estando la sustancia acuosa producida en fase líquida. La energía alimentaria convencional se basa en calores de combustión en un calorímetro de bomba y correcciones que toman en consideración la eficiencia de digestión y absorción y la producción de urea y otras sustancias en la orina. El químico estadounidense Wilbur Atwater elaboró ​​estas correcciones a fines del siglo XIX. [5] (Ver sistema Atwater para más detalles.)

Cada alimento tiene una ingesta energética metabolizable (MEI) específica. Este valor puede aproximarse multiplicando la cantidad total de energía asociada con un alimento por 85%, que es la cantidad típica de energía que realmente obtiene un ser humano después de completar la respiración. [ cita requerida ] En nutrición animal, donde la energía es un elemento crítico de la economía de la producción de carne, los investigadores pueden determinar una energía metabolizable específica para cada componente (proteína, grasa, etc.) de cada ingrediente del alimento.

Etiquetas nutricionales [ editar ]

La etiqueta de información nutricional de un paquete de arroz basmati en el Reino Unido

Muchos gobiernos exigen que los fabricantes de alimentos etiqueten el contenido energético de sus productos para ayudar a los consumidores a controlar su ingesta energética. [6] En la Unión Europea, los fabricantes de alimentos envasados ​​deben etiquetar la energía nutricional de sus productos tanto en kilocalorías como en kilojulios, cuando sea necesario. En los Estados Unidos, las etiquetas obligatorias equivalentes sólo muestran "Calorías", [7] a menudo como sustituto del nombre de la cantidad que se mide, energía alimentaria; una cifra adicional de kilojulios es opcional y rara vez se utiliza. En Australia y Nueva Zelanda, la energía alimentaria debe expresarse en kilojulios (y opcionalmente también en kilocalorías), y otra información de energía nutricional se transmite de manera similar en kilojulios. [8] [9]La energía disponible a partir de la respiración de los alimentos generalmente se indica en las etiquetas de 100 g, para un tamaño de porción típico (según el fabricante) y / o para todo el contenido del paquete. [ cita requerida ]

La cantidad de energía alimentaria asociada con un alimento en particular podría medirse quemando completamente el alimento seco en un calorímetro de bomba , un método conocido como calorimetría directa . [10] Sin embargo, los valores indicados en las etiquetas de los alimentos no se determinan de esta manera. La razón de esto es que la calorimetría directa también quema la fibra dietética , por lo que no permite pérdidas fecales; por tanto, la calorimetría directa daría una sobreestimación sistemática de la cantidad de combustible que realmente entra en la sangre a través de la digestión. En su lugar, se utilizan pruebas químicas estandarizadas o un análisis de la receta utilizando tablas de referencia para ingredientes comunes [11] para estimar los componentes digestibles del producto ( proteína, carbohidratos , grasas , etc.). Estos resultados luego se convierten en un valor de energía equivalente basado en la siguiente tabla estandarizada de densidades de energía. [4] [12] Sin embargo, "densidad de energía" es un término engañoso porque una vez más asume que la energía está EN el alimento en particular, mientras que simplemente significa que los alimentos de "alta densidad" necesitan más oxígeno durante la respiración, lo que lleva a una mayor transferencia de energía. . [1] [13]

Tenga en cuenta que la siguiente tabla estandarizada de densidades de energía [12] es una aproximación y el valor en kJ / g no se convierte exactamente a kcal / g usando un factor de conversión.

Componente alimenticioDensidad de energia
kJ / gkcal / g
gordo379
Etanol (beber alcohol)297
Proteinas174
Carbohidratos174
Ácidos orgánicos133
Polioles ( alcoholes de azúcar , edulcorantes )102.4
Fibra82

Todos los demás nutrientes de los alimentos no son calóricos y, por lo tanto, no se cuentan.

Ingesta diaria recomendada [ editar ]

El aumento de la actividad mental se ha relacionado con un aumento moderado del consumo de energía cerebral . [14] Las personas mayores y aquellas con estilos de vida sedentarios requieren menos energía; los niños y las personas físicamente activas necesitan más.

Las recomendaciones en los Estados Unidos son 2.600 y 2.000 kcal (10.900 y 8.400 kJ) para hombres y mujeres (respectivamente) entre 31 y 35 años, a un nivel de actividad física equivalente a caminar de 2 a 5 km ( 1 12  a 3 mi) por día a una velocidad de 5 a 6 km / h (3 a 4 mph) además de la actividad física ligera asociada con la vida diaria típica, [15] con la guía francesa que sugiere aproximadamente los mismos niveles. [dieciséis]

Reconociendo que las personas de diferentes grupos de edad y género tienen diferentes niveles de actividad diaria, el Consejo Nacional de Investigación Médica y de Salud de Australia no recomienda una ingesta diaria única de energía, sino que prescribe una recomendación adecuada para cada grupo de edad y género. [17] No obstante, las etiquetas nutricionales de los productos alimenticios australianos suelen recomendar una ingesta energética diaria media de 2.100 kcal (8.800 kJ).

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación , el requerimiento energético mínimo promedio por persona por día es de aproximadamente 7.500 kJ (1.800 kcal). [18]

Lista de países por ingesta de energía alimentaria [ editar ]

Uso de energía en el cuerpo humano [ editar ]

El cuerpo humano usa la energía liberada por la respiración para una amplia gama de propósitos: aproximadamente el 20% de la energía se usa para el metabolismo cerebral y gran parte del resto se usa para los requisitos metabólicos basales de otros órganos y tejidos. En ambientes fríos, el metabolismo puede aumentar simplemente para producir calor para mantener la temperatura corporal. Entre los diversos usos de la energía, uno es la producción de energía mecánica por el músculo esquelético para mantener la postura y producir movimiento.

La eficiencia de conversión de la energía de la respiración en potencia mecánica (física) depende del tipo de alimento y del tipo de uso de energía física (p. Ej., Qué músculos se usan, si el músculo se usa aeróbicamente o anaeróbicamente ). En general, la eficiencia de los músculos es bastante baja: solo del 18 al 26% de la energía disponible de la respiración se convierte en energía mecánica. [19] Esta baja eficiencia es el resultado de aproximadamente un 40% de eficiencia en la generación de ATP.por la respiración de los alimentos, pérdidas en la conversión de energía del ATP en trabajo mecánico dentro del músculo y pérdidas mecánicas dentro del cuerpo. Las dos últimas pérdidas dependen del tipo de ejercicio y del tipo de fibras musculares que se utilizan (contracción rápida o contracción lenta). Sin embargo, las alteraciones en la estructura del material consumido pueden provocar modificaciones en la cantidad de energía que se puede derivar del alimento; es decir, el valor calórico depende de la superficie y el volumen de un alimento. Para una eficiencia global del 20%, un vatio de potencia mecánica equivale a 4,3 kcal (18 kJ) por hora. Por ejemplo, un fabricante de equipos de remo muestra las calorías liberadas al "quemar" alimentos como cuatro veces el trabajo mecánico real, más 300 kcal (1300 kJ) por hora, [20]lo que equivale a aproximadamente un 20% de eficiencia a 250 vatios de potencia mecánica. Se pueden necesitar hasta 20 horas de poca producción física (por ejemplo, caminar) para "quemar" 4.000 kcal (17.000 kJ) [21] más de lo que un cuerpo consumiría de otro modo. Como referencia, cada kilogramo de grasa corporal equivale aproximadamente a 32,300 kilojulios de energía alimentaria (es decir, 3,500 kilocalorías por libra). [22]

Además, la calidad de las calorías es importante porque la tasa de absorción de energía de diferentes alimentos con cantidades iguales de calorías puede variar. [ cita requerida ] Algunos nutrientes tienen funciones reguladoras afectadas por la señalización celular , además de proporcionar energía para el cuerpo. [23] Por ejemplo, la leucina juega un papel importante en la regulación del metabolismo de las proteínas y suprime el apetito de un individuo. [24]

Los cambios en la temperatura corporal, ya sea más caliente o más fría, aumentan la tasa metabólica y, por lo tanto, queman más energía. La exposición prolongada a ambientes extremadamente cálidos o muy fríos aumenta la tasa metabólica basal (TMB). Las personas que viven en este tipo de entornos a menudo tienen TMB entre un 5% y un 20% más altas que las de otros climas. [ cita requerida ] La actividad física también aumenta significativamente la temperatura corporal, que a su vez utiliza más energía de la respiración. [ cita requerida ]

Ver también [ editar ]

  • Sistema de agua
  • Tasa metabólica basal
  • Caloría
  • Energía química
  • Cadena de comida
  • Composición de alimentos
  • Calor de combustión
  • Etiqueta de información nutricional
  • Tabla de nutrientes alimentarios

Referencias [ editar ]

  1. a b c Schmidt-Rohr K (2015). "Por qué las combustiones son siempre exotérmicas, produciendo alrededor de 418 kJ por mol de O 2 " . J. Chem. Educ . 92 : 2094-2099. doi : 10.1021 / acs.jchemed.5b00333 .
  2. ^ "Carbohidratos, proteínas, nutrición" . El Manual de Merck .
  3. ^ Ross, KA (2000c) Energía y combustible, en Littledyke M., Ross KA y Lakin E. (eds), Conocimiento científico y medio ambiente. Londres: David Fulton Publishers.
  4. ^ a b Reino Unido Las regulaciones de etiquetado de alimentos 1996 - Programa 7: etiquetado nutricional
  5. ^ "Por qué las etiquetas de los alimentos son incorrectas" por Bijal Trivedi, New Scientist , 18 de julio de 2009, págs. 30-3.
  6. ^ Regulaciones de la Unión Europea sobre etiquetado nutricional
  7. ^ Regulaciones federales de etiquetado de alimentos de Estados Unidos 21CFR101.9
  8. ^ Normas alimentarias de Australia y Nueva Zelanda, paneles de información nutricional
  9. ^ Sitio web de información dietética 8700 (kJ) del gobierno de NSW
  10. ^ Calorías: Descripción general de la nutrición: Merck Manual Home Edition
  11. ^ "Valor nutritivo de algunos alimentos comunes" (PDF) . Health Canada, PDF p. 4 . 1997 . Consultado el 25 de enero de 2015 .
  12. ^ a b Directiva del Consejo 90/496 / CEE de 24 de septiembre de 1990 sobre etiquetado nutricional de productos alimenticios
  13. ^ Consulte, por ejemplo, la sección Energía (siga "Combustibles") en Science Issues http://scienceissues.org.uk
  14. ^ Evaluación de una hipótesis de esfuerzo mental para las correlaciones entre el metabolismo cortical y la inteligencia , Inteligencia, Volumen 21, Número 3, noviembre de 1995, págs. 267-278 (12), 1995.
  15. ^ http://health.gov/dietaryguidelines/2015/guidelines/appendix-2/
  16. ^ https://icanstayfit.com/?p=21669
  17. ^ "Energía dietética" . Consultado el 27 de septiembre de 2014 .
  18. ^ "Hambre - FAO - Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación" . Consultado el 27 de septiembre de 2014 .
  19. ^ Stephen Seiler, rendimiento de eficiencia, economía y resistencia . (1996, 2005)
  20. ^ Ergómetro de remo Concept II, manual del usuario . (1993)
  21. ^ Guyton AC, Hall JE Libro de texto de fisiología médica 11ed p. 887 Elsevier Saunders 2006
  22. ^ [Wishnofsky, M. Equivalentes calóricos de peso ganado o perdido. The American Journal of Clinical Nutrition, (1958).]
  23. ^ Jeffrey SF (2006). "Regulación del equilibrio energético: el sustrato contraataca". Ciencia : 861–864.
  24. ^ [Garlick, PJ El papel de la leucina en la regulación del metabolismo de las proteínas. Journal of Nutrition 2005. 135 (6): 1553S – 6S.]

Enlaces externos [ editar ]

  • Documento 77 de la FAO sobre alimentación y nutrición: Energía alimentaria: métodos de análisis y factores de conversión
  • ¿Es una caloría una caloría?