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.

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. Otros componentes más pequeños de la dieta, como los ácidos orgánicos, los polioles y el etanol (alcohol para beber) 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. En cambio, algunos organismos tienen 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, este último suele ser (especialmente en EE. UU.) el "grande" variante de la unidad, también escrita "Caloría" (con símbolo Cal, ambos con "C" mayúscula) o "kilocaloría" (kcal), y equivalente a 4184 J o 4,184 kJ. 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 diferentes 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, hidratos de carbono y proteínas) radica principalmente en sus distintas 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 aportan 10 kJ/g (2,4 kcal/g) y 13 kJ/g (3,1 kcal/g) respectivamente.

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

Historia y métodos de medición

Calorimetría directa de combustión

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

El sistema Atwater

Sin embargo, el método calorimétrico directo generalmente sobrestima 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 o el metabolismo incompleto. de ciertas sustancias. Por esta razón, hoy en día, el contenido energético de los alimentos se obtiene indirectamente, usando análisis químicos para determinar la cantidad de cada componente digerible de la dieta (como proteínas, carbohidratos y grasas), y sumando los respectivos contenidos energéticos de los alimentos, previamente obtenidos por medición del calor metabólico liberado por el cuerpo. 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.

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.

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 suelen comprender el noventa por ciento del peso seco de los alimentos. Los rumiantes pueden extraer la 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. Por ejemplo, la leucina juega un papel importante en la regulación del metabolismo de las proteínas y suprime el apetito de una persona. Pequeñas cantidades de ácidos grasos esenciales, constituyentes de algunas grasas que el cuerpo humano no puede sintetizar, se utilizan (y son necesarios) 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 envases de acuerdo con las normativas de la UE y del Reino Unido, son:

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

(2) Esta entrada existe en los reglamentos de la UE de 2008, pero no en los reglamentos del Reino Unido, según los cuales no se contará la fibra.

Muchas organizaciones han publicado tablas más detalladas para alimentos específicos, como la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación que también ha publicado una tabla similar.

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

Uso de energía en el cuerpo humano

El cuerpo humano utiliza la energía alimenticia que realmente se obtiene a través de la respiración para una amplia gama de propósitos, incluido el metabolismo basal de varios 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.

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 usan, si el músculo se usa de forma aeróbica o anaeróbica). 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. 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 la 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 utilicen (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, lo que equivale a aproximadamente un 20 % de eficiencia a 250 vatios de potencia mecánica. Puede tomar hasta 20 horas de poco esfuerzo físico (por ejemplo, caminar) para "quemar" 17.000 kJ (4.000 kcal) 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, 3500 kilocalorías por libra o 7700 kilocalorías por kilogramo).

Ingesta diaria recomendada

Muchos países y organizaciones de salud han publicado recomendaciones para niveles saludables de ingesta diaria de energía alimentaria. Por ejemplo, el gobierno de los Estados Unidos estima 8400 y 10900 kJ (2000 y 2600 kcal) necesarios para mujeres y hombres, respectivamente, entre 26 y 45 años, cuya actividad física total es equivalente a caminar alrededor de 2,5 a 5 km (1+1⁄2 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 ft 4 in) de alto y pesa 57 kg (126 lb) y es un "hombre de referencia" que mide 1,78 m (5 ft 10 in) de altura y pesa 70 kg (154 lb). Debido a que los requisitos 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 para determinar las necesidades calóricas individuales.

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, el requerimiento mínimo promedio de energía por persona por día es de aproximadamente 7500 kJ (1800 kcal).

Las personas mayores y aquellas con estilos de vida sedentarios requieren menos energía; los niños y las personas físicamente activas requieren 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. No obstante, las etiquetas de información nutricional de los productos alimenticios australianos suelen recomendar una ingesta energética diaria media de 8800 kJ (2100 kcal).

La ingesta mínima de energía alimentaria también es mayor en ambientes fríos. El aumento de la actividad mental se ha relacionado con un aumento moderado del consumo de energía cerebral.

Etiquetas nutricionales

La etiqueta de información nutricional en 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 consumo de energía. 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 suelen citarse para cantidades convenientes del alimento, en lugar de por gramo o kilogramo; como en "calorías por porción" o "kcal por 100 g", o "kJ por paquete". Las unidades varían según el país: