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Energía alimentaria

La energía alimentaria es la energía química que los animales (incluidos los humanos ) obtienen de sus alimentos para mantener su metabolismo , incluida su actividad muscular . [1]

La mayoría de los animales obtienen la mayor parte de su energía de la respiración aeróbica , es decir, combinando los carbohidratos , las grasas y las proteínas con el oxígeno del aire o disuelto en el agua . [2] Otros componentes más pequeños de la dieta, como los ácidos orgánicos , los polioles y el etanol (alcohol potable) pueden contribuir al aporte de energía. Algunos componentes de la dieta que proporcionan poca o ninguna energía alimentaria, como el agua , los minerales , las vitaminas , el colesterol y la fibra , pueden seguir siendo necesarios para la salud y la supervivencia por otras razones. Algunos organismos tienen, en cambio, respiración anaeróbica , que extrae energía de los alimentos mediante reacciones que no requieren oxígeno.

El contenido energético de una masa dada de alimento se expresa habitualmente en la unidad de energía del sistema métrico decimal (SI) , el julio (J), y su múltiplo, el kilojulio (kJ); o en la unidad tradicional de energía térmica, la caloría (cal). En contextos nutricionales, esta última es a menudo (sobre todo en Estados Unidos) la variante "grande" de la unidad, también escrita "caloría" (con el símbolo Cal, ambos con "C" mayúscula) o "kilocaloría" (kcal), y equivalente a 4184 J o 4,184 kJ. [3] Así, por ejemplo, las grasas y el etanol tienen la mayor cantidad de energía alimentaria por unidad de masa, 37 y 29 kJ/g (9 y 7 kcal/g), respectivamente. Las proteínas y la mayoría de los carbohidratos tienen alrededor de 17 kJ/g (4 kcal/g), aunque existen diferencias entre los distintos tipos. Por ejemplo, los valores de glucosa, sacarosa y almidón son 15,57, 16,48 y 17,48 kilojulios por gramo (3,72, 3,94 y 4,18 kcal/g) respectivamente. 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. 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 contribuyen con 10 kJ/g (2,4 kcal/g) y 13 kJ/g (3,1 kcal/g) respectivamente. [4]

El contenido energético de un plato o comida compleja se puede aproximar sumando el contenido energético de sus componentes.

Historia y métodos de medición

Calorimetría directa de la combustión

Las primeras determinaciones del contenido energético de los alimentos se realizaron quemando una muestra seca en un calorímetro de bomba y midiendo el cambio de temperatura en el agua que rodeaba el aparato, un método conocido como calorimetría directa . [5]

El sistema Atwater

Sin embargo, el método calorimétrico directo generalmente sobreestima la energía real que el cuerpo puede obtener de los alimentos, porque también cuenta el contenido energético de la fibra dietética y otros componentes no digeribles, y no permite la absorción parcial y/o el metabolismo incompleto de ciertas sustancias. Por esta razón, hoy en día el contenido energético de los alimentos se obtiene indirectamente, mediante el uso de análisis químicos para determinar la cantidad de cada componente dietético digerible (como proteínas, carbohidratos y grasas), y agregando los respectivos contenidos energéticos de los alimentos, previamente obtenidos mediante la medición del calor metabólico liberado por el cuerpo. [6] [7] En particular, se excluye el contenido de fibra. Este método se conoce como el sistema Atwater modificado , en honor a Wilbur Atwater , quien fue pionero en estas mediciones a fines del siglo XIX. [1] [8]

El sistema fue mejorado posteriormente por Annabel Merrill y Bernice Watt del USDA , quienes derivaron un sistema mediante el cual se propusieron factores de conversión de calorías específicos para diferentes alimentos. [9]

Fuentes dietéticas de energía

La dieta humana típica consiste principalmente en carbohidratos, grasas, proteínas, agua, etanol y componentes no digeribles como huesos , semillas y fibra (principalmente celulosa ). Los carbohidratos, las grasas y las proteínas generalmente comprenden el noventa por ciento del peso seco del alimento. [10] Los rumiantes pueden extraer energía alimentaria de la respiración de la celulosa gracias a las bacterias en sus rumenes que la descomponen en carbohidratos digeribles.

Otros componentes menores de la dieta humana que contribuyen a su contenido energético son los ácidos orgánicos como el cítrico y el tartárico , y los polioles como el glicerol , el xilitol , el inositol y el sorbitol .

Algunos nutrientes tienen funciones reguladoras afectadas por la señalización celular , además de proporcionar energía al cuerpo. [11] Por ejemplo, la leucina juega un papel importante en la regulación del metabolismo proteico y suprime el apetito de un individuo. [12] Pequeñas cantidades de ácidos grasos esenciales , constituyentes de algunas grasas que no pueden ser sintetizadas por el cuerpo humano, se utilizan (y son necesarias) para otros procesos bioquímicos.

Los contenidos aproximados de energía alimentaria de los distintos componentes de la dieta humana, que se deben utilizar en el etiquetado de los paquetes de acuerdo con las regulaciones de la UE [13] y las regulaciones del Reino Unido [14] , son:

(1) Algunos polioles, como el eritritol , no se digieren y deben excluirse del recuento.

(2) Esta entrada existe en la normativa de la UE de 2008, [13] pero no en la normativa del Reino Unido, según la cual no se debe contabilizar la fibra. [14]

Muchas organizaciones han publicado tablas más detalladas para alimentos específicos; por ejemplo, la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura también ha publicado una tabla similar. [3]

Otros componentes de la dieta humana no son calóricos o se consumen en cantidades tan pequeñas que pueden pasar desapercibidos.

Uso de energía en el cuerpo humano

La energía alimentaria que se obtiene mediante la respiración es utilizada por el cuerpo humano para una amplia gama de propósitos, incluido el metabolismo basal de varios órganos y tejidos, el mantenimiento de la temperatura corporal interna y el ejercicio de fuerza muscular para mantener la postura y producir movimiento. Aproximadamente el 20% se utiliza para el metabolismo cerebral. [3]

La eficiencia de conversión de la energía de la respiración en potencia muscular (física) depende del tipo de alimento y del tipo de uso de energía física (por ejemplo, qué músculos se utilizan, si el músculo se utiliza aeróbicamente o anaeróbicamente ). En general, la eficiencia de los músculos es bastante baja: solo entre el 18 y el 26% de la energía disponible de la respiración se convierte en energía mecánica. [15] Esta baja eficiencia es el resultado de aproximadamente el 40% de eficiencia en la generación de ATP a partir de 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 (de contracción rápida o de contracción lenta). Para una eficiencia general del 20%, un vatio de potencia mecánica equivale a 18 kJ/h (4,3 kcal/h). Por ejemplo, un fabricante de equipos de remo muestra que las calorías liberadas al "quemar" alimentos son cuatro veces el trabajo mecánico real, más 1.300 kJ (300 kcal) por hora, [16] lo que equivale a una eficiencia de alrededor del 20% a 250 vatios de salida mecánica. Pueden ser necesarias hasta 20 horas de poco esfuerzo físico (por ejemplo, caminar) para "quemar" 17.000 kJ (4.000 kcal) [17] más de lo que un cuerpo consumiría de otra manera. Como referencia, cada kilogramo de grasa corporal equivale aproximadamente a 32.300 kilojulios de energía alimentaria (es decir, 3.500 kilocalorías por libra o 7.700 kilocalorías por kilogramo). [18]

Ingesta diaria recomendada

Muchos países y organizaciones de salud han publicado recomendaciones sobre los niveles saludables de ingesta diaria de energía alimentaria. Por ejemplo, el gobierno de los Estados Unidos estima que las mujeres y los hombres de entre 26 y 45 años necesitan 8.400 y 10.900 kJ (2.000 y 2.600 kcal), respectivamente, cuya actividad física total equivale a caminar entre 2,5 y 5 km ( 1+12 a 3 mi) por día además de las actividades de la vida sedentaria. Estas estimaciones son para una "mujer de referencia" que mide 1,63 m (5 pies 4 pulgadas) de alto y pesa 57 kg (126 libras) y un "hombre de referencia" que mide 1,78 m (5 pies 10 pulgadas) de alto y pesa 70 kg (154 libras). [19] Debido a que los requerimientos calóricos varían según la altura, la actividad, la edad, el estado de embarazo y otros factores, el USDA creó la Calculadora de DRI para profesionales de la salud con el fin de determinar las necesidades calóricas individuales. [20] [21]

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura , el requerimiento mínimo promedio de energía por persona por día es de aproximadamente 7.500 kJ (1.800 kcal). [22] Aunque EE. UU. ha cambiado con el tiempo con un crecimiento de la población y de los alimentos procesados ​​o alimentos en general, los estadounidenses hoy tienen disponible aproximadamente el mismo nivel de calorías que la generación anterior. [1]

Las personas mayores y las que llevan un estilo de vida sedentario necesitan menos energía, mientras que los niños y las personas físicamente activas necesitan más. Teniendo en cuenta estos factores, el Consejo Nacional de Salud e Investigación Médica de Australia recomienda diferentes ingestas energéticas diarias para cada grupo de edad y género. [23] No obstante, las etiquetas nutricionales de los productos alimenticios australianos suelen recomendar una ingesta energética diaria promedio de 8.800 kJ (2.100 kcal).

La ingesta mínima de energía alimentaria también es mayor en ambientes fríos. Se ha relacionado el aumento de la actividad mental con un consumo de energía cerebral moderadamente mayor . [24]

Etiquetas nutricionales

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

Muchos gobiernos exigen a los fabricantes de alimentos que indiquen en las etiquetas el contenido energético de sus productos para ayudar a los consumidores a controlar su ingesta energética. Para facilitar la evaluación por parte de los consumidores, los valores energéticos de los alimentos (y otras propiedades nutricionales) que aparecen en las etiquetas o tablas de los envases suelen indicarse en cantidades convenientes del alimento, en lugar de por gramo o kilogramo; por ejemplo, en "calorías por ración", "kcal por 100 g" o "kJ por envase". Las unidades varían según el país:

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Allison Marsh (2020): "Cómo el conteo de calorías se convirtió en una ciencia: los calorímetros definieron el valor nutricional de los alimentos y la salida de los generadores de vapor Archivado el 21 de enero de 2022 en Wayback Machine " Artículo en línea en IEEE Spectrum Archivado el 20 de enero de 2022 en el sitio web Wayback Machine , con fecha del 29 de diciembre de 2020. Consultado el 20 de enero de 2022.
  2. ^ Ross, KA (2000c) Energía y combustible, en Littledyke M., Ross KA y Lakin E. (eds), Science Knowledge and the Environment. Londres: David Fulton Publishers.
  3. ^ abc Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (2003): «FAO Food and Nutrition Paper 77: Food energy - methods of analysis and conversion factors Archivado el 24 de mayo de 2010 en Wayback Machine ». Consultado el 21 de enero de 2022.
  4. ^ "Anexo 7: etiquetado nutricional". Legislation.gov.uk . Archivos Nacionales. 1 de julio de 1996 . Consultado el 13 de diciembre de 2019 .
  5. ^ Adrienne Youdim (2021): "Calorías Archivado el 4 de agosto de 2013 en Wayback Machine ". Artículo en la edición para el hogar del Manual Merck en línea, fechado en diciembre de 2011. Consultado el 21 de febrero de 2022
  6. ^ "Valor nutritivo de algunos alimentos comunes" (PDF) . Health Canada, PDF p. 4 . 1997 . Consultado el 25 de enero de 2015 .
  7. ^ "¿Cómo calculan los fabricantes de alimentos el recuento de calorías de los alimentos envasados?". Scientific American . Consultado el 8 de septiembre de 2017 .
  8. ^ "Por qué las etiquetas de los alimentos están equivocadas" Archivado el 13 de noviembre de 2011 en Wayback Machine por Bijal Trivedi, New Scientist , 18 de julio de 2009, pp. 30-3.
  9. ^ Annabel Merrill; Bernice Watt (1973). Valores energéticos de los alimentos... base y derivación (PDF) . Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. Archivado desde el original (PDF) el 22 de noviembre de 2016.
  10. ^ "Carbohidratos, proteínas, nutrición". Manual Merck .
  11. ^ Jeffrey SF (2006). "Regulación del equilibrio energético: el sustrato contraataca". Science : 861–864.
  12. ^ Garlick, PJ El papel de la leucina en la regulación del metabolismo proteico. Journal of Nutrition, 2005. 135(6): 1553S–6S.
  13. ^ ab «Directiva 90/496/CEE del Consejo, de 24 de septiembre de 1990, relativa al etiquetado nutricional de los productos alimenticios». Archivado desde el original el 3 de octubre de 2011. Consultado el 18 de marzo de 2010 .
  14. ^ abcd Reino Unido Reglamento de etiquetado de alimentos de 1996 Archivado el 21 de septiembre de 2013 en Wayback Machine – Anexo 7: Etiquetado nutricional Archivado el 17 de marzo de 2013 en Wayback Machine
  15. ^ Stephen Seiler, Eficiencia, economía y rendimiento de resistencia Archivado el 21 de diciembre de 2007 en Wayback Machine . (1996, 2005).
  16. ^ Ergómetro de remo Concept II, manual del usuario Archivado el 26 de diciembre de 2010 en Wayback Machine (1993).
  17. ^ Guyton AC, Hall JE Libro de texto de fisiología médica, 11.ª ed., pág. 887, Elsevier Saunders, 2006.
  18. ^ Wishnofsky, M. Equivalentes calóricos del peso ganado o perdido. The American Journal of Clinical Nutrition, (1958).
  19. ^ Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (2015): "Pautas dietéticas Archivado el 1 de marzo de 2016 en Wayback Machine. "
  20. ^ "Pautas alimentarias para los estadounidenses 2020-2025" (PDF) . dieteticguidelines.gov . USDA & HHS . Consultado el 17 de mayo de 2022 .
  21. ^ "Calculadora de DRI para profesionales de la salud". usda.gov . Departamento de Agricultura de los Estados Unidos . Consultado el 17 de mayo de 2022 .
  22. ^ Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (2014): "El hambre Archivado el 20 de diciembre de 2009 en Wayback Machine ". Consultado el 27 de septiembre de 2014.
  23. ^ "Energía dietética" . Consultado el 27 de septiembre de 2014 .
  24. ^ Evaluación de una hipótesis de esfuerzo mental para correlaciones entre el metabolismo cortical y la inteligencia Archivado 2012-10-23 en Wayback Machine , Intelligence, Volumen 21, Número 3, noviembre de 1995 , pp. 267-278(12), 1995.
  25. ^ ab Gobierno Federal de los Estados Unidos (1977), "Código de Regulaciones Federales - Parte 101 - Etiquetado de alimentos Archivado el 21 de enero de 2022 en Wayback Machine ", del Registro Federal 14308, 15 de marzo de 1977.
  26. ^ Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (2019): "Calorías en el menú: información archivada el 20 de enero de 2022 en Wayback Machine ". Documento en línea en el sitio web de la FDA Archivado el 15 de septiembre de 2013 en Wayback Machine , con fecha del 5 de agosto de 2019. Consultado el 20 de enero de 2022.
  27. ^ ab Health. «Código de normas alimentarias de Australia y Nueva Zelanda – Norma 1.2.8 – Requisitos de información nutricional». www.legislation.gov.au . Consultado el 29 de mayo de 2020 .
  28. ^ ab "¿Cuál es la diferencia entre una caloría y un kilojulio?". Queensland Health . 21 de febrero de 2017 . Consultado el 29 de mayo de 2020 .
  29. ^ ab Parlamento Europeo (2011): «Reglamento (UE) n.º 1169/2011 Archivado el 11 de enero de 2022 en Wayback Machine. Documento 02011R1169-20180101
  30. ^ Ministério da Saúde, Brasil (2020): "Instrução Normativa Nº 75 - Estabelece os requisitos técnicos para declaração da rotulagem nutricional nos alimentos embalados Archivado el 21 de enero de 2022 en Wayback Machine ", con fecha del 8 de octubre de 2020, publicado en Diário Oficial da União el 9 de octubre de 2020, página 113.

Enlaces externos