La energía alimentaria es energía química que los animales (incluidos los humanos ) obtienen de sus alimentos para sostener 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 carbohidratos , grasas y proteínas con oxígeno del aire o disuelto en agua . [2] Otros componentes más pequeños de la dieta, como los ácidos orgánicos , los polioles y el etanol (beber alcohol) pueden contribuir al aporte de energía. Algunos componentes de la dieta que proporcionan poca o ninguna energía alimentaria, como agua , minerales , vitaminas , colesterol y fibra , aún pueden ser 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 determinada masa de alimento suele expresarse en la unidad de energía métrica (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 suele ser (especialmente en EE. UU.) la variante "grande" de la unidad, también escrita "Caloría" (con el símbolo Cal, ambas 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 diferentes proporciones de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Los carbohidratos que no se absorben fácilmente, como la fibra o la lactosa en personas 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 complejo se puede aproximar sumando el contenido energético de sus componentes.
Las primeras determinaciones del contenido energético de los alimentos se hicieron quemando una muestra seca en una bomba calorimétrica y midiendo el cambio de temperatura en el agua que rodeaba el aparato, método conocido como calorimetría directa . [5]
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 tiene en cuenta 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 sumando los respectivos contenidos energéticos de los alimentos, previamente obtenidos mediante Medición del calor metabólico liberado por el cuerpo. [6] [7] En particular, se excluye el contenido de fibra. Este método se conoce como sistema Atwater modificado , en honor a Wilbur Atwater , quien fue pionero en estas mediciones a finales 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]
La dieta humana típica se compone principalmente de carbohidratos, grasas, proteínas, agua, etanol y componentes no digeribles como huesos , semillas y fibra (principalmente celulosa ). Los carbohidratos, las grasas y las proteínas suelen representar el noventa por ciento del peso seco de los alimentos. [10] Los rumiantes pueden extraer energía alimentaria de la respiración de la celulosa debido a las bacterias en su rumen 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 organismo. [11] Por ejemplo, la leucina juega un papel importante en la regulación del metabolismo de las proteínas y suprime el apetito de un individuo. [12] Pequeñas cantidades de ácidos grasos esenciales , constituyentes de algunas grasas que el cuerpo humano no puede sintetizar, se utilizan (y son necesarias) para otros procesos bioquímicos.
Los contenidos aproximados de energía alimentaria de varios componentes de la dieta humana, que se utilizarán 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 las regulaciones de la UE de 2008, [13] pero no en las regulaciones del Reino Unido, según las cuales la fibra no se contará. [14]
Muchas organizaciones han publicado tablas más detalladas para alimentos específicos, como la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación también ha publicado una tabla similar. [3]
Otros componentes de la dieta humana no son calóricos o generalmente se consumen en cantidades tan pequeñas que pueden pasarse por alto.
La energía alimentaria realmente obtenida mediante la respiración es utilizada por el cuerpo humano para una amplia gama de propósitos, incluido el metabolismo basal de diversos órganos y tejidos, el mantenimiento de la temperatura interna del cuerpo y el ejercicio de la fuerza muscular para mantener la postura y producir movimiento. Alrededor del 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 (p. ej., qué músculos se utilizan, si el músculo se utiliza de forma aeróbica o anaeróbica ). En general, la eficiencia de los músculos es bastante baja: sólo del 18 al 26% de la energía disponible de la respiración se convierte en energía mecánica. [15] Esta baja eficiencia es el resultado de aproximadamente un 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 global 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 las calorías liberadas al "quemar" alimentos como cuatro veces el trabajo mecánico real, más 1300 kJ (300 kcal) por hora, [16] lo que equivale a aproximadamente un 20% de eficiencia con 250 vatios de potencia 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 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 o 7.700 kilocalorías por kilogramo). [18]
Muchos países y organizaciones de salud han publicado recomendaciones para niveles saludables de ingesta diaria de energía alimentaria. Por ejemplo, el gobierno de Estados Unidos estima 8.400 y 10.900 kJ (2.000 y 2.600 kcal) necesarios para mujeres y hombres, respectivamente, de entre 26 y 45 años, cuya actividad física total equivale a caminar entre 2,5 y 5 km ( 1+1 ⁄ 2 a 3 mi) por día además de las actividades de vida sedentaria. Estas estimaciones son para una "mujer de referencia" que mide 1,63 m (5 pies 4 pulgadas) de altura y pesa 57 kg (126 libras) y un "hombre de referencia" que mide 1,78 m (5 pies 10 pulgadas) de altura 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 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 Agricultura y la Alimentación , el requerimiento energético mínimo medio por persona y día es de unos 7.500 kJ (1.800 kcal). [22] Aunque Estados Unidos ha cambiado con el tiempo con un crecimiento de la población y de los alimentos procesados o de los alimentos en general, los estadounidenses de hoy tienen disponible aproximadamente el mismo nivel de calorías que la generación anterior. [1]
Las personas mayores y con estilos de vida sedentarios requieren menos energía; los niños y las personas físicamente activas necesitan más. Reconociendo estos factores, el Consejo Nacional de Investigación Médica y de Salud de Australia recomienda diferentes ingestas diarias de energía para cada grupo de edad y sexo. [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. El aumento de la actividad mental se ha relacionado con un consumo de energía cerebral moderadamente mayor . [24]
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. Para facilitar la evaluación por parte de los consumidores, los valores energéticos de los alimentos (y otras propiedades nutricionales) en las etiquetas o tablas de los paquetes a menudo se citan para cantidades convenientes de alimento, en lugar de por gramo o kilogramo; como por ejemplo en "calorías por porción" o "kcal por 100 g" o "kJ por paquete". Las unidades varían según el país: