Energia alimentar - Food energy

A energia alimentar é a energia química que os animais (incluindo os humanos ) obtêm dos alimentos e do oxigênio molecular por meio do processo de respiração celular . A respiração celular envolve o processo de juntar o oxigênio do ar às moléculas dos alimentos (respiração aeróbica) ou o processo de reorganizar os átomos dentro das moléculas ( respiração anaeróbica ).

Humanos e outros animais precisam de uma ingestão mínima de energia alimentar para sustentar seu metabolismo e movimentar seus músculos. Os alimentos são compostos principalmente de carboidratos , gorduras , proteínas , água , vitaminas e minerais . Carboidratos, gorduras, proteínas e água representam praticamente todo o peso dos alimentos, com vitaminas e minerais representando apenas uma pequena porcentagem do peso. (Carboidratos, gorduras e proteínas constituem noventa por cento do peso seco dos alimentos.) Os organismos obtêm a energia dos alimentos de carboidratos, gorduras e proteínas, bem como de ácidos orgânicos , polióis e etanol presentes na dieta. Alguns componentes da dieta que fornecem pouca ou nenhuma energia alimentar, como água, minerais, vitaminas, colesterol e fibras, podem ainda ser necessários para a saúde e sobrevivência por outros motivos. Água, minerais, vitaminas e colesterol não são decompostos (são usados ​​pelo corpo na forma em que são absorvidos) e, portanto, não podem ser usados ​​para obter energia. A fibra, um tipo de carboidrato, não pode ser completamente digerida pelo corpo humano. Os ruminantes podem extrair energia alimentar da respiração da celulose por causa das bactérias em seu rúmen .

Usando o Sistema Internacional de Unidades , os pesquisadores medem a energia em joules (J) ou em seus múltiplos; o kilojoule (kJ) é mais frequentemente usado para quantidades relacionadas com alimentos. Uma unidade de energia do sistema métrico mais antigo , ainda amplamente usada em contextos relacionados com alimentos, é a caloria ; mais precisamente, a "caloria alimentar", "grande caloria" ou quilocaloria (kcal ou Cal), igual a 4,184 quilojoules. Na União Europeia , tanto a quilocaloria ("kcal") como a quilojoule ("kJ") aparecem nos rótulos nutricionais . Em muitos países, apenas uma das unidades é exibida; nos EUA e Canadá, os rótulos explicam a unidade como "caloria" ou "Caloria".

As gorduras e o etanol têm a maior quantidade de energia alimentar por massa, 37 e 29 kJ / g (9 e 7 kcal / g), respectivamente. As proteínas e a maioria dos carboidratos têm cerca de 17 kJ / g (4 kcal / g). A densidade de energia diferente dos alimentos (gordura, álcoois, carboidratos e proteínas) reside principalmente em suas proporções variáveis ​​de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio: Para alimentos de composição elementar C c H h O o N n , o calor de combustão subjacente ao a energia alimentar é dada pela fórmula empírica

para uma boa aproximação (± 3%). Os carboidratos que não são facilmente absorvidos, como fibras ou lactose em indivíduos com intolerância à lactose, contribuem com menos energia alimentar. Polióis (incluindo álcoois de açúcar ) e ácidos orgânicos contribuem com 10 e 13 kJ / g (2 e 3 kcal / g), respectivamente. A quantidade de água, gordura e fibra nos alimentos determina a densidade energética desses alimentos. Teoricamente, pode-se medir a energia dos alimentos de diferentes maneiras, usando (digamos) a energia livre de combustão de Gibbs ou a quantidade de ATP gerada pelo metabolismo dos alimentos. No entanto, a convenção é usar o calor da reação de oxidação, estando a substância aquosa produzida na fase líquida. A energia alimentar convencional é baseada em calores de combustão em um calorímetro de bomba e correções que levam em consideração a eficiência da digestão e absorção e a produção de uréia e outras substâncias na urina. O químico americano Wilbur Atwater elaborou essas correções no final do século XIX. (Consulte o sistema Atwater para obter mais detalhes.)

Cada item alimentar tem uma ingestão específica de energia metabolizável (MEI). Esse valor pode ser aproximado multiplicando-se a quantidade total de energia associada a um item alimentar por 85%, que é a quantidade típica de energia realmente obtida por um ser humano após a conclusão da respiração. Na nutrição animal, onde a energia é um elemento crítico da economia da produção de carne, os pesquisadores podem determinar uma energia metabolizável específica para cada componente (proteína, gordura, etc.) de cada ingrediente da ração.

Rótulos nutricionais

O rótulo de informação nutricional em uma embalagem de arroz Basmati no Reino Unido

Muitos governos exigem que os fabricantes de alimentos rotulem o conteúdo energético de seus produtos, para ajudar os consumidores a controlar a ingestão de energia. Na União Europeia, os fabricantes de alimentos embalados devem rotular a energia nutricional de seus produtos em quilocalorias e quilojoules, quando necessário. Nos Estados Unidos, os rótulos obrigatórios equivalentes exibem apenas "Calorias", muitas vezes como um substituto para o nome da quantidade que está sendo medida, energia alimentar; um valor adicional em quilojoules é opcional e raramente é usado. Na Austrália e na Nova Zelândia, a energia alimentar deve ser expressa em quilojoules (e opcionalmente também em quilocalorias), e outras informações de energia nutricional são transmitidas da mesma forma em quilojoules. A energia disponível a partir da respiração dos alimentos é geralmente indicada nos rótulos para 100 g, para um tamanho de porção típico (de acordo com o fabricante) e / ou para todo o conteúdo da embalagem.

A quantidade de energia alimentar associada a um determinado alimento poderia ser medida queimando completamente o alimento seco em um calorímetro de bomba , um método conhecido como calorimetria direta . No entanto, os valores indicados nos rótulos dos alimentos não são determinados desta forma. A razão para isso é que a calorimetria direta também queima a fibra alimentar e, portanto, não permite perdas fecais; assim, a calorimetria direta forneceria superestimativas sistemáticas da quantidade de combustível que realmente entra no sangue por meio da digestão. Em vez disso, são usados ​​testes químicos padronizados ou uma análise da receita usando tabelas de referência para ingredientes comuns para estimar os constituintes digeríveis do produto ( proteína , carboidrato , gordura , etc.). Esses resultados são então convertidos em um valor de energia equivalente com base na seguinte tabela padronizada de densidades de energia. No entanto, "densidade de energia" é um termo enganoso, pois mais uma vez assume que a energia está EM um alimento específico, enquanto simplesmente significa que alimentos de "alta densidade" precisam de mais oxigênio durante a respiração, levando a uma maior transferência de energia.

Observe que a seguinte tabela padronizada de densidades de energia é uma aproximação e o valor em kJ / g não se converte exatamente em kcal / g usando um fator de conversão.

Componente alimentar Densidade de energia
kJ / g kcal / g
Gordura 37 9
Etanol (beber álcool) 29 7
Proteínas 17 4
Carboidratos 17 4
Ácidos orgânicos 13 3
Polióis ( álcoois de açúcar , adoçantes ) 10 2,4
Fibra 8 2

Todos os outros nutrientes dos alimentos não são calóricos e, portanto, não são contados.

Ingestão diária recomendada

O aumento da atividade mental tem sido associado ao aumento moderado do consumo de energia do cérebro . Pessoas mais velhas e com estilos de vida sedentários requerem menos energia; crianças e pessoas fisicamente ativas exigem mais.

As recomendações nos Estados Unidos são 10.900 e 8.400 kJ (2.600 e 2.000 kcal) para homens e mulheres (respectivamente) entre 31 e 35, em um nível de atividade física equivalente a caminhar cerca de 2,5 a 5 km ( 1+12 a 3 mi) por dia a 5 a 6 km / h (3 a 4 mph), além da atividade física leve associada à vida diária típica, com a orientação francesa sugerindo aproximadamente os mesmos níveis.

Reconhecendo que pessoas de diferentes grupos de idade e gênero têm níveis variados de atividade diária, o Conselho Nacional de Saúde e Pesquisa Médica da Austrália não recomenda uma única ingestão diária de energia, mas, em vez disso, prescreve uma recomendação apropriada para cada grupo de idade e sexo. Não obstante, os rótulos nutricionais dos produtos alimentícios australianos geralmente recomendam a ingestão energética média diária de 8.800 kJ (2.100 kcal).

De acordo com a Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura , a necessidade média de energia mínima por pessoa por dia é de cerca de 7.500 kJ (1.800 kcal).

Lista de países por ingestão de energia alimentar

Uso de energia no corpo humano

O corpo humano usa a energia liberada pela respiração para uma ampla gama de propósitos: cerca de 20% da energia é usada para o metabolismo do cérebro e muito do resto é usado para as necessidades metabólicas basais de outros órgãos e tecidos. Em ambientes frios, o metabolismo pode aumentar simplesmente para produzir calor e manter a temperatura corporal. Entre os diversos usos da energia, um é a produção de energia mecânica pelo músculo esquelético para manter a postura e produzir movimento.

A eficiência da conversão de energia da respiração em força mecânica (física) depende do tipo de alimento e do tipo de uso de energia física (por exemplo, quais músculos são usados, se o músculo é usado aerobicamente ou anaerobicamente ). Em geral, a eficiência dos músculos é bastante baixa: apenas 18 a 26% da energia disponível da respiração é convertida em energia mecânica. Esta baixa eficiência é o resultado de cerca de 40% de eficiência na geração de ATP a partir da respiração dos alimentos, perdas na conversão de energia do ATP em trabalho mecânico dentro do músculo e perdas mecânicas dentro do corpo. As duas últimas perdas dependem do tipo de exercício e do tipo de fibras musculares utilizadas (contração rápida ou contração lenta). Porém, alterações na estrutura do material consumido podem causar modificações na quantidade de energia que pode ser derivada do alimento; ou seja, o valor calórico depende da área de superfície e do volume de um alimento. Para uma eficiência geral de 20%, um watt de potência mecânica é equivalente a 18 kJ / h (4,3 kcal / h). Por exemplo, um fabricante de equipamento de remo mostra calorias liberadas pela "queima" de alimentos como quatro vezes o trabalho mecânico real, mais 1.300 kJ (300 kcal) por hora, o que equivale a cerca de 20% de eficiência com 250 watts de potência mecânica. Pode levar até 20 horas de pouca produção física (por exemplo, caminhada) para "queimar" 17.000 kJ (4.000 kcal) mais do que um corpo consumiria de outra forma. Para referência, cada quilograma de gordura corporal é aproximadamente equivalente a 32.300 quilojoules de energia alimentar (ou seja, 3.500 quilocalorias por libra (7.700 kcal / kg)).

Além disso, a qualidade das calorias é importante porque a taxa de absorção de energia de diferentes alimentos com quantidades iguais de calorias pode variar. Alguns nutrientes têm funções regulatórias afetadas pela sinalização celular , além de fornecer energia para o corpo. Por exemplo, a leucina desempenha um papel importante na regulação do metabolismo das proteínas e suprime o apetite de um indivíduo.

As oscilações na temperatura corporal - mais quente ou mais fria - aumentam a taxa metabólica, queimando mais energia. A exposição prolongada a ambientes extremamente quentes ou muito frios aumenta a taxa metabólica basal (TMB). Pessoas que vivem nesses tipos de ambientes geralmente apresentam TMB de 5 a 20% mais altas do que em outros climas. A atividade física também aumenta significativamente a temperatura corporal, que por sua vez usa mais energia da respiração.

Veja também

Notas de rodapé

Referências

links externos