Puterea calorifică fiziologică - biologie
puterea calorifică fiziologică de alimente indică energia specifică care poate fi pusă la dispoziție în corpul unui organism atunci când acesta este metabolizat (respirația celulară). Efortul energetic pe care trebuie să-l facă corpul pentru aceasta nu este luat în considerare; deci sunt valori brute.
Puterea calorifică fiziologică este în general mai mică decât puterea calorifică fizică pentru arderea completă într-o flacără.
În etichetarea nutrițională a UE, informațiile din kJ (kilojoule) la 100 g sau pentru alimentele lichide din kJ la 100 ml respectiv; sunt suplimentar kJ pe porție este permis, cu condiția ca produsul să fie porționat sau să fie menționată dimensiunea presupusă a porțiunii. În plus, valorile corespunzătoare trebuie date și în unitatea de calorii depășite, care este încă parțial utilizată în știința nutrițională, în fiecare caz cu kcal (Kilocalorii) în schimb kJ. [1]
Determinarea valorilor calorifice fiziologice
În practică, apare întrebarea cu privire la modul în care pot fi determinate valorile calorice pentru produsele de zi cu zi. Pentru a determina puterea calorifică termodinamică se folosește un calorimetru bombă, în care alimentele sunt arse în cenușă. Pentru puterea calorifică fiziologică puterea calorifică estimată a resturilor digerate se scade din rezultat.
Prin urmare, puterea calorică fizică este ceva ce poate fi determinat în mod obiectiv; cu toate acestea, puterea calorifică estimată a rămășițelor digerate depinde de ființa vie individuală. Valoarea determinată de calorimetru este energia care este eliberată atunci când substanța respectivă este convertită cu oxigen.
Valoarea calorică a rămășițelor digerate este estimată după cum urmează: se ia ca bază o digestie medie cu o dietă medie, apoi se estimează partea excrementului care provine dintr-un anumit aliment. În caz contrar, ar trebui să secretați toate bacteriile intestinale conținute în ea (aproximativ 30%), precum și celulele intestinale care au fost, de asemenea, decojite. Apoi, puteți arde restul în calorimetru și scădeți valoarea din puterea calorică fizică a alimentelor de interes.
Valoarea calorifică fiziologică este doar un ghid aproximativ pentru oameni. Sistemul digestiv individual joacă un rol. Nici o valoare generală nu se aplică unei singure persoane; sistemul digestiv este diferit eficient în ceea ce privește timpul și hrana. În plus, compoziția alimentelor este uneori supusă unor fluctuații naturale considerabile. Cifrele puterii calorice sunt, prin urmare, doar o aproximare aproximativă a energiei specifice efectiv extrase în cazul individual.
Un exemplu extrem al diferenței dintre puterea calorică termică și fiziologică ar fi consumul unei brichete de cărbune tare, care are o putere calorică foarte mare în calorimetrul bombei, dar care este excretată din corpul uman nedigerat. Situația este similară atunci când se consumă celuloză, pe care corpul uman - spre deosebire de rumegătoare - nu o poate descompune.
Relația cu organismul uman
Indicarea puterii calorice a alimentelor nu ia în considerare anumite componente energetice, cum ar fi energia termică, care depinde de temperatură. Corpul uman nu poate obține din apă nicio energie care poate fi utilizată direct pentru metabolism. Prin urmare, acest aliment are întotdeauna o valoare calorică zero pentru oameni, indiferent de temperatură, chiar dacă apa caldă a stocat mai multă energie decât apa rece. În contrast, în calorimetrie tocmai aceste diferențe sunt exprimate folosind aceleași unități care sunt utilizate pentru puterea calorifică fiziologică.
Alte ființe vii, cum ar fi bacteriile sau rumegătoarele, pot câștiga energie din diferite componente alimentare care sunt inutilizabile pentru oameni, deoarece procesele lor metabolice diferă de cele ale oamenilor. Aceste substanțe sunt numite și fibre în sistemul digestiv uman. Celuloza este nedigerabilă pentru oameni și, prin urmare, nu are putere calorică pentru ei. Rumegătoarele, pe de altă parte, pot folosi microbii rumeni pentru a câștiga energie pentru metabolismul lor din celuloză. Informațiile privind puterea calorică despre alimente ar trebui, prin urmare, să fie văzute numai în raport cu particularitățile metabolismului uman.
Conceptul de putere calorică în nutriție
Conceptul de putere calorică pentru alimente nu trebuie înțeles în sensul direct al cuvântului, deoarece alimentele nu sunt „arse” în organism. Conceptul de cantitate de căldură și puterea calorică asociată a apărut înainte de secolul al XX-lea și a fost folosit pentru a descrie conversia energiei în primul rând a motoarelor cu aburi prin încălzirea apei. Pentru încălzire se utilizează procese de ardere (oxidare) ale materialelor combustibile corespunzătoare, cum ar fi lemnul sau cărbunele. Pe de altă parte, ființele vii și oamenii au un mod complet diferit de generare a energiei decât motoarele cu aburi: alimentele nu sunt arse, iar expansiunea termică este utilizată pentru a realiza o muncă mecanică, dar metabolismul din celule îl transformă în procese mult mai complexe din punct de vedere chimic. În cea mai mare parte, conversiile și generarea de energie au loc în mai multe etape eșalonate; se generează doar o cantitate mică de căldură reziduală. Eficiența acestei generări de energie este, de asemenea, semnificativ mai mare decât în cazul generării de energie termică și a limitei sale superioare în procesul Carnot - mai ales atunci când se ia în considerare diferența mică de temperatură între temperatura corpului de 37 ° C și temperaturile ambiante obișnuite.
Primele studii sistematice privind puterea calorică fiziologică a nutrienților au fost efectuate la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea [2] .
În cazul oxidării catalitice (arderii), proporția de apă, care este luată în considerare în puterea calorică, nu interferează, ci doar reduce proporția de masă oxidabilă. Prin urmare, de exemplu, valoarea nutritivă a unui măr cu conținut ridicat de apă este mai mică decât cea a cartofilor prăjiți.
Critica expresivității și utilizării
Datorită inexactităților menționate, este controversat în ce măsură puterea calorică fiziologică este semnificativă, de exemplu pentru diete. Critica pe scurt: Chiar și puterea calorică fizică pentru un anumit aliment este foarte diferită în cazuri individuale, în funcție de condițiile de creștere, procesare etc. Proporțiile excretate prin digestie după consum sunt doar estimate și variază foarte mult de la persoană la persoană. Restul nu este ars în corp, ci descompus într-o mare varietate de moduri (adesea cu eliberarea de energie) și, dimpotrivă, reasamblat din nou (cu utilizarea energiei), uneori excretat și cu urina. Părți semnificative ale alimentelor nu sunt utilizate deloc energetic, ci folosite ca elemente de construcție în corp.
Luate împreună, deci critica, o valoare calorică fiziologică valabilă pentru toată lumea, chiar și pe jumătate plauzibilă, nu poate fi derivată deloc științific. Cu atât mai mult, cifrele actuale, care diferă adesea puternic de la sursă la sursă, nu permit să se tragă concluzii despre metabolismul grăsimilor. În plus, consumul de energie al unei persoane, de exemplu pentru anumite activități fizice, variază foarte mult de la caz la caz. Una peste alta, orice „calcul al caloriilor” este mai mult șarlatanie sau profit decât știința serioasă. [3]
Cifra de afaceri a energiei
Cantitatea de energie de care organismul uman are nevoie pe zi pentru a-și menține funcția în repaus complet se numește rata metabolică bazală. O valoare orientativă poate fi setată la 100 kJ pe zi și kg de masă corporală, adică 7000 kJ (aproximativ 1,9 kWh) pe zi pentru o persoană care cântărește 70 kg - puțin mai puțin pentru femei decât pentru bărbați. Cheltuielile de energie depind în mare măsură de individ, de dimensiunea fizică, de starea, de activitatea fizică și de temperatura ambiantă. Această valoare se poate dubla aproape în timpul efortului fizic prin sport sau muncă fizică. Valorile extreme sunt atinse cu sportivi de top (de exemplu, bicicliști în timpul Turului Franței) sau când se lucrează cu cerințe extreme de termoreglare (de exemplu, pe furnale).
Ficatul și mușchii scheletici reprezintă cea mai mare pondere a ratei metabolice bazale în corpul uman cu aproximativ 26% fiecare, urmată de creier cu 18%, inima cu 9% și rinichii cu 7%. Restul de 14% este reprezentat de restul organismului.
Nevoile de energie ale omului
Necesarul de energie depinde de metabolismul de bază și de performanță, care variază în funcție de vârstă, sex și alți factori. Potrivit FAO, necesarul mediu de energie al unei femei cu vârste cuprinse între 20 și 30 de ani - cu o greutate de 55 kg și activitate fizică moderată - este de 10.090 kJ (2.410 kilocalorii) pe zi. Pentru un bărbat cu vârste cuprinse între 20 și 25 de ani - cu o greutate de 68 kg și activitate fizică moderată - necesarul de energie este de 13.000 kJ (3.105 kilocalorii). [4]
Tabel cu valoare calorică
| pâine | 0 795-1045 | 190-250 |
| Paste, orez (nefierte) | 1465 | 350 |
| Cartofi, porumb, fasole, linte (uscată) | 0 315-630 | 0 75-150 |
| Legume (crude) | 0 105-167 | 0 25-40 |
| Carne (crudă) | 0 835-1130 | 200-270 |
| Pește (crud) | 0 335-835 | 0 80-200 |
| Ou de gaina | 0 627 | 150 |
| Uleiuri | 3430-3810 | 820-910 |
| Miere de albine | 1390 | 332 |
| Cacao (ușor dezoleiat) | 1885 | 450 |
| Lapte (în funcție de conținutul de grăsime) | 0 193-268 | 0 46-64 |
| Cola/limonadă | 0 188-250 | 0 45-60 |
| suc de fructe | 0 167-230 | 0 40-55 |
| Bere (pils) | 0 200 | 0 48 |
| Fructe/fructe de padure | 0 188-272 | 0 45-65 |
| banană | 0 400 | 0 95 |
| nuci | 2090-2635 | 500-630 |
| tort | 1255-1885 | 300-450 |
| Ciocolata cu lapte | 2345 | 560 |
| Gume de fructe (urși gumosi) | 1255-1465 | 300-350 |
Notă: Fluctuațiile valorilor calorice dintr-o categorie sunt uneori chiar mai mari. Aceasta este o imagine de ansamblu bazată pe alimente obișnuite. De asemenea, trebuie remarcat faptul că puterea calorică poate fluctua semnificativ datorită fabricării, prelucrării și gradului de maturitate al produselor naturale. În plus, puterea calorică specifică diferă, de asemenea, de la persoană la persoană, deoarece digestia nu obține exact aceeași cantitate de energie dintr-un anumit aliment la fiecare persoană.
Informații privind valoarea calorică în eticheta nutrițională a UE
Etichetarea valorii nutriționale a UE nu indică puterea calorică a unui aliment, măsurată cu un calorimetru bombă (a se vedea mai sus). Mai degrabă, valorile calorice ale componentelor unui aliment (grăsimi, carbohidrați, proteine etc.) sunt adunate în funcție de proporția lor în aliment. Valorile calorifice ale componentelor respective (a se vedea tabelul de mai jos) sunt definite la articolul 5, paragraful 1 din liniile directoare privind etichetarea nutrițională a alimentelor [1].
| glucide | 17 | Al 4-lea |
| Alcooli polihidrici (polioli) | 10 | 2.4 |
| proteină | 17 | Al 4-lea |
| gras | 37 | 9 |
| Etanol (alcool) | 29 | Al 7-lea |
| Acizi organici | 13 | 3 |
| Salatrims (grăsimi cu conținut scăzut de calorii, „molecule de acil triglicerid cu lanț scurt și lung”) | 25 | Al 6-lea |
| Fibră | A 8-a | 2 |
| Eritritol | 0 | 0 |
Vă rugăm să rețineți că cele două valori sunt rotunjite separat și, prin urmare, rezultă raporturi aritmetice de 4,0 (fibre dietetice) la 4,333 (acizi organici) kJ/kcal - un interval care depășește în mod clar cel al diferitelor definiții ale unei calorii. În funcție de compoziție, informațiile despre produse oferă adesea două valori energetice foarte diferite, deși numerele de 3 până la 4 cifre sugerează un grad ridicat de acuratețe.
Consumul de energie ca indicator al prosperității
Consumul de energie al alimentelor pe cap de locuitor poate fi utilizat pentru a determina cât de bună este situația alimentară într-o regiune. Prin urmare, poate fi un indicator al prosperității pentru statele clasificate.
Puterea calorifică negativă
Unele alimente, în special diferite tipuri de legume, se pretind uneori că au o putere calorică negativă, deoarece organismul ar folosi mai multă energie pentru digestie atunci când este consumat decât absoarbe din ele. De fapt, totuși, efortul pe care organismul trebuie să îl depună în consumul de alimente și utilizarea acestuia este, prin definiție, complet ignorat atunci când se specifică valorile calorifice fiziologice; este deci o chestiune de informații brute. În acest sens, nu pot apărea valori calorice negative, chiar dacă beneficiul energetic pentru organism ar trebui să fie negativ în cazuri individuale.
Apa rece este, de asemenea, menționată ca un exemplu de valoare calorică negativă, deoarece corpul trebuie să genereze energie pentru a încălzi apa rece care a fost băută la temperatura corpului. De exemplu, 105 kJ sunt necesare pentru a aduce un litru de apă de la robinet la 12 ° C la 37 ° C. În funcție de temperatura și activitatea ambiantă, corpul nu trebuie neapărat să genereze această cantitate suplimentară de căldură, ci poate reduce disiparea căldurii în mediu prin reducerea fluxului de sânge către straturile exterioare ale pielii (termoreglare).