Energia alimentare

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Una bevanda energetica da 710 millilitri (24 US fl oz) con 330 kcal, più di un cheeseburger fast food e l'equivalente di 18 bustine di zucchero monoporzione

L'energia alimentare è l'energia chimica che gli animali (inclusi gli umani) derivano dal cibo attraverso il processo di respirazione cellulare. La respirazione cellulare può coinvolgere la reazione chimica delle molecole alimentari con ossigeno molecolare[1] (respirazione aerobica) o il processo di riorganizzazione delle molecole di cibo senza ossigeno aggiuntivo (respirazione anaerobica).

Panoramica

Gli esseri umani e altri animali hanno bisogno di un apporto minimo di energia alimentare per sostenere il loro metabolismo e per guidare i loro muscoli. Gli alimenti sono composti principalmente da carboidrati, grassi, proteine, acqua, vitamine e minerali. Carboidrati, grassi, proteine ​​e acqua rappresentano praticamente tutto il peso del cibo, con vitamine e minerali che costituiscono solo una piccola percentuale del peso. (I carboidrati, i grassi e le proteine ​​costituiscono il novanta per cento del peso secco degli alimenti.[2]) Gli organismi traggono energia alimentare da carboidrati, grassi e proteine, nonché da acidi organici, polioli ed etanolo presenti nella dieta.[3] Alcuni componenti della dieta che forniscono poca o nessuna energia alimentare, come acqua, minerali, vitamine, colesterolo e fibre insolubili, possono essere ancora necessari per la salute e la sopravvivenza per altri motivi. Acqua, minerali, vitamine e colesterolo non sono scomposti (sono usati dal corpo nella forma in cui sono assorbiti) e quindi non possono essere usati per l'energia. La fibra non può essere completamente digerita dalla maggior parte degli animali, inclusi gli umani, che possono estrarre solo 2 kcal / g di energia alimentare. I ruminanti possono estrarre quasi 4 kcal / g dalle fibre a causa dei batteri nei loro rumeni.

Utilizzando il Sistema internazionale di unità, i ricercatori misurano l'energia in joule (J) o nei suoi multipli; il kilojoule (kJ) è più spesso usato per quantità legate al cibo. Una più vecchia unità di energia del sistema metrico, ancora ampiamente utilizzata in contesti alimentari, è la caloria; più precisamente, la "caloria alimentare", "grande caloria" o kilocalorie (kcal o Cal), pari a 4184 joule. (Contrasto alla "piccola caloria" (cal.), Uguale a 1/1000 di una caloria alimentare, che è spesso usata in chimica e in fisica.) All'interno dell'Unione Europea, sia la kilocalorie ("kcal") che il kilojoule ("kJ") appaiono sulle etichette nutrizionali. In molti paesi, viene visualizzata solo una delle unità; in Canada e negli Stati Uniti le etichette descrivono l'unità come "calorie" o come "calorie".

I grassi e l'etanolo hanno la maggiore quantità di energia alimentare per grammo, rispettivamente 37 e 29 kJ / g (8,8 e 6,9 ​​kcal / g). Le proteine ​​e la maggior parte dei carboidrati hanno circa 17 kJ / g (4 kcal / g).[4] La diversa densità energetica degli alimenti (grassi, alcoli, carboidrati e proteine) risiede principalmente nelle loro proporzioni variabili di carbonio, idrogeno e atomi di ossigeno: per il cibo della composizione elementare CcHhOoNn, il calore della combustione alla base dell'energia alimentare è di 100 kcal / g (c + 0.3 h − 0.5 o)/(12 c + h + 16 o + 14 n) in buona approssimazione (± 3%).[1] I carboidrati che non sono facilmente assorbiti, come la fibra o il lattosio negli individui intolleranti al lattosio, contribuiscono a ridurre l'energia del cibo. I polioli (compresi gli alcoli di zucchero) e gli acidi organici contribuiscono rispettivamente a 10 kJ / g (2,4 kcal / g) e 13 kJ / g (3,1 kcal / g).[5]

Misurare

Teoricamente, si potrebbe misurare l'energia del cibo in modi diversi, usando (diciamo) l'energia libera della combustione di Gibbs, o la quantità di ATP generata dalla metabolizzazione del cibo. Tuttavia, la convenzione consiste nell'utilizzare il calore della reazione di ossidazione producendo acqua liquida. L'energia alimentare convenzionale si basa su calori di combustione in un calorimetro bomba e correzioni che prendono in considerazione l'efficienza della digestione e dell'assorbimento e la produzione di urea e altre sostanze nelle urine. Il chimico americano Wilbur Atwater ha lavorato a queste correzioni verso la fine del XIX secolo[6] (vedi il sistema Atwater per maggiori dettagli). Sulla base del lavoro di Atwater, è diventata pratica comune calcolare il contenuto energetico degli alimenti utilizzando 4 kcal / g per i carboidrati e le proteine ​​e 9 kcal / g per i lipidi.[6] Successivamente, il sistema è stato migliorato da Annabel Merrill e Bernice Watt del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, che ha derivato un sistema in base al quale venivano proposti specifici fattori di conversione di calorie per diversi alimenti.[7]

Qui vale la pena menzionare che Calorie = 1000 calorie. La pronuncia è la stessa per entrambe le "calorie". Questo è un vecchio problema che non può più essere risolto, poiché confonderebbe oltre 500 milioni di persone. La caloria è una misura metrica. I negozi di alimentari e gli altri negli Stati Uniti hanno deciso che scrivere che una fetta di pane è 80.000 calorie era troppo ingombrante (e implica troppa precisione), quindi hanno iniziato a usare le calorie (che sono in realtà kilocalorie). I kcalocalorie (calorie) o kilojoule sono sempre usati per il cibo, mentre le "calorie" sono considerate arcaiche (gli scienziati negli Stati Uniti e molti altri paesi usano joule e newton). I dietologi e il governo degli Stati Uniti hanno iniziato a usare kJoules o kcal invece di calorie. Nei paesi che sono completamente convertiti al sistema metrico, vengono solitamente utilizzati Joule e Kilojoule.

Etichette nutrizionali

L'etichetta di informazioni nutrizionali su un pacchetto di riso Basmati nel Regno Unito

Molti governi richiedono ai produttori di alimenti di etichettare il contenuto energetico dei loro prodotti, per aiutare i consumatori a controllare il loro apporto energetico.[8] Nell'Unione Europea, i produttori di alimenti confezionati devono etichettare l'energia nutrizionale dei loro prodotti sia in kilocalorie che in kilojoule, quando richiesto. Negli Stati Uniti, le etichette obbligatorie equivalenti mostrano solo "Calorie" (kilocalorie),[9] spesso come sostituto del nome della quantità misurata, energia alimentare; una figura aggiuntiva di kilojoule è facoltativa e viene usata raramente.In Australia e Nuova Zelanda, l'energia alimentare deve essere dichiarata in kilojoule (e facoltativamente anche in kilocalorie), e altre informazioni sull'energia nutrizionale sono trasmesse in modo simile in kilojoule.[10][11] L'energia disponibile dalla respirazione del cibo è solitamente indicata su etichette da 100 g, per una dose tipica (secondo il produttore) e / o per l'intero contenuto della confezione.

La quantità di energia alimentare associata a un particolare cibo potrebbe essere misurata bruciando completamente il cibo essiccato in un calorimetro a bombe, un metodo noto come calorimetria diretta.[12] Tuttavia, i valori indicati sulle etichette degli alimenti non sono determinati in questo modo. La ragione di ciò è che la calorimetria diretta brucia anche la fibra alimentare, e quindi non consente perdite fecali; quindi la calorimetria diretta darebbe una sovrastima sistematica della quantità di combustibile che entra effettivamente nel sangue attraverso la digestione. Vengono invece utilizzati test chimici standardizzati o un'analisi della ricetta utilizzando tabelle di riferimento per ingredienti comuni[13] stimare i costituenti digeribili del prodotto (proteine, carboidrati, grassi, ecc.). Questi risultati vengono quindi convertiti in un valore energetico equivalente basato sulla seguente tabella standardizzata di densità di energia.[5][14] Tuttavia, "densità energetica" è un termine fuorviante perché, ancora una volta, presuppone che l'energia sia nel particolare alimento, mentre significa semplicemente che il cibo "ad alta densità" ha bisogno di più ossigeno durante la respirazione, portando a un maggiore trasferimento di energia.[1][15]

Si noti che la seguente tabella standardizzata di densità di energia[14] è un'approssimazione e il valore in kJ / g non converte esattamente in kcal / g utilizzando un fattore di conversione.

L'uso di un sistema così semplice è stato criticato per non aver preso in considerazione altri fattori relativi all'influenza dei diversi alimenti sull'obesità.[6]

Componente alimentare Densita 'energia[16]
kJ / g kcal / g
Grasso 37 9
Etanolo (bere alcolici) 29 7
proteine 17 4
carboidrati 17 4
Acidi organici 13 3
Polioli (alcoli di zucchero, dolcificanti) 10 2.4
Fibra 8 2

Tutti gli altri nutrienti presenti nel cibo non sono calorici e quindi non vengono contati.

Assunzione giornaliera raccomandata

L'aumento dell'attività mentale è stato collegato a un consumo di energia cerebrale moderatamente aumentato.[17] Le persone anziane e quelle con stili di vita sedentari richiedono meno energia; i bambini e le persone fisicamente attive richiedono di più.

Secondo l'Organizzazione per l'alimentazione e l'agricoltura delle Nazioni Unite, il fabbisogno energetico minimo medio per persona al giorno è di circa 7.500 kJ (1.800 kcal).[18]

Le raccomandazioni negli Stati Uniti sono 2.600 e 2.000 kcal (10.900 e 8.400 kJ) per uomini e donne (rispettivamente) tra 31 e 35, ad un livello di attività fisica equivalente a camminare da 2 a 5 km (1 12 a 3 mi) al giorno a 5-6 km / h (da 3 a 4 mph) oltre all'attività fisica leggera associata alla tipica vita di tutti i giorni.[19] L'orientamento francese suggerisce all'incirca gli stessi livelli.[20]

Per i bambini piccoli, il fabbisogno calorico stimato varia da 1.000 a 2.000 calorie al giorno. L'apporto calorico raccomandato per i bambini più grandi e gli adolescenti, d'altra parte, varia notevolmente da 1.400 a 3.200 calorie al giorno. I ragazzi in generale richiedono un apporto calorico superiore rispetto alle ragazze.[19]

Riconoscendo che le persone di diverse fasce di età e sesso hanno vari livelli di attività giornaliere, il Consiglio nazionale australiano per la salute e la ricerca medica non raccomanda alcun apporto giornaliero di energia, ma prescrive invece una raccomandazione appropriata per ogni fascia di età e sesso.[21] Nonostante ciò, le etichette nutrizionali dei prodotti alimentari australiani raccomandano in genere l'assunzione di energia giornaliera media di 2.100 kcal (8.800 kJ).

Uso di energia nel corpo umano

Articoli principali: Bioenergetica ed equilibrio energetico (biologia)

Il corpo umano utilizza l'energia rilasciata dalla respirazione per una vasta gamma di scopi: circa il 20% dell'energia viene utilizzata per il metabolismo del cervello, e gran parte del resto viene utilizzato per il fabbisogno metabolico basale di altri organi e tessuti. In ambienti freddi, il metabolismo può aumentare semplicemente per produrre calore per mantenere la temperatura corporea. Tra i diversi usi per l'energia, uno è la produzione di energia meccanica da parte dei muscoli scheletrici per mantenere la postura e produrre movimento.

L'efficienza di conversione dell'energia dalla respirazione alla potenza meccanica (fisica) dipende dal tipo di cibo e dal tipo di consumo di energia fisica (ad esempio, quali muscoli sono usati, se il muscolo è usato in modo aerobico o anaerobico). In generale, l'efficienza dei muscoli è piuttosto bassa: solo dal 18 al 26% dell'energia disponibile dalla respirazione viene convertita in energia meccanica.[22] Questa bassa efficienza è il risultato di circa il 40% di efficienza della generazione di ATP dalla respirazione del cibo, perdite nel convertire l'energia dall'ATP in lavori meccanici all'interno del muscolo e perdite meccaniche all'interno del corpo. Le ultime due perdite dipendono dal tipo di esercizio e dal tipo di fibre muscolari utilizzate (fast-twitch o slow-twitch). Per un'efficienza complessiva del 20%, un watt di potenza meccanica equivale a 4,3 kcal (18 kJ) all'ora. Ad esempio, un produttore di attrezzature per il canottaggio mostra le calorie rilasciate dal cibo "in fiamme" quattro volte il lavoro meccanico effettivo, più 300 kcal (1.300 kJ) all'ora,[23] che ammonta a circa il 20% di efficienza a 250 watt di potenza meccanica. Possono essere necessarie fino a 20 ore di poca uscita fisica (ad es. Camminare) per "bruciare" 4.000 kcal (17.000 kJ)[24] più di quanto un corpo altrimenti consumerebbe. Come riferimento, ogni chilogrammo di grasso corporeo equivale all'incirca a 32.300 kilojoule o 7.700 kilocalorie di energia alimentare (cioè 3.500 kilocalorie per libbra).[25]

I cambiamenti della temperatura corporea - più caldi o più freddi - aumentano il tasso metabolico, bruciando così più energia. L'esposizione prolungata ad ambienti estremamente caldi o molto freddi aumenta il metabolismo basale (BMR). Le persone che vivono in questi tipi di impostazioni hanno spesso BMR del 5-20% in più rispetto a quelli di altri climi.

Guarda anche

  • Sistema Atwater
  • Metabolismo basale
  • Energia chimica
  • Catena alimentare
  • Composizione alimentare
  • Calore di combustione
  • Elenco dei paesi per assunzione di energia alimentare
  • Etichetta di fatti nutrizionali
  • Tabella dei nutrienti alimentari

Riferimenti

  1. ^ a b c Schmidt-Rohr K (2015). "Perché le combustioni sono sempre esotermiche, cedendo circa 418 kJ per Mole di O2". J. Chem. Educ. 92: 2094-2099. doi: 10.1021 / acs.jchemed.5b00333.
  2. ^ "Carboidrati, proteine, nutrizione". Il manuale di Merck.
  3. ^ Ross, K. A. (2000c) Energia e combustibile, in Littledyke M., Ross K. A. e Lakin E. (eds), Scienza Conoscenza e ambiente. Londra: David Fulton Publishers.
  4. ^ I calori di combustione per glucosio, saccarosio e amido sono rispettivamente 15,57, 16,48 e 17,48 kJ / g, oppure 3,72, 3,94 e 4,18 kcal / g.
  5. ^ a b Regno Unito The Food Labeling Regulations 1996 - Schedule 7: Etichettatura nutrizionale
  6. ^ a b c Bijal Trivedi (15 luglio 2009). "L'illusione calorica: perché le etichette alimentari sono sbagliate". New Scientist.
  7. ^ Annabel Merrill; Bernice Watt (1973). Valori energetici del cibo ... base e derivazione (PDF). Dipartimento dell'agricoltura degli Stati Uniti. archiviati (PDF) dall'originale, il 22 novembre 2016.
  8. ^ "Regolamento dell'Unione europea sull'etichettatura nutrizionale". Archiviato dall'originale in data 2009-03-04. Estratto 2009-10-21.
  9. ^ Norme federali per l'etichettatura degli alimenti negli Stati Uniti 21CFR101.9
  10. ^ "Standard alimentari australiani e neozelandesi, pannelli informativi sulla nutrizione". Foodstandards.gov.au. Estratto 2018-06-11.
  11. ^ "Sito Web di informazioni dietetiche del governo NSW 8700 (kJ)". 8700.com.au. Estratto 2018-06-11.
  12. ^ Youdim, Adrienne. "Calorie: Panoramica sulla nutrizione: Merck Manual Home Edition". Merckmanuals.com. Estratto 2018-06-11.
  13. ^ "Valore nutritivo di alcuni cibi comuni" (PDF). Salute Canada, PDF p. 4. 1997. Estratto 2015-01-25.
  14. ^ a b "Direttiva 90/496 / CEE del Consiglio, del 24 settembre 1990, relativa all'etichettatura nutrizionale per i prodotti alimentari". Estratto 2018-06-11.
  15. ^ Vedi ad esempio la sezione Energia (segui "Combustibili") in Science Issues http://scienceissues.org.uk
  16. ^ "Capitolo 3: Calcolo del contenuto energetico degli alimenti - Fattori di conversione energetica". Organizzazione per l'alimentazione e l'agricoltura delle Nazioni Unite. Estratto 30 marzo 2017.
  17. ^ Valutazione di un'ipotesi di sforzo mentale per correlazioni tra metabolismo corticale e intelligenza, Intelligence, Volume 21, Numero 3, novembre 1995, pp. 267-278 (12), 1995.
  18. ^ "Fame - FAO - Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura". Estratto 27 settembre 2014.
  19. ^ a b "Appendice 2. Fabbisogno calorico stimato al giorno, per età, sesso e livello di attività fisica - Linee guida dietetiche 2015-2020". health.gov. Estratto 2018-06-11.
  20. ^ "Assunzione di energia consigliata" (PDF). Archiviato dall'originale il 26 novembre 2013. Estratto 30 aprile 2014.
  21. ^ "Energia dietetica". Estratto 27 settembre 2014.
  22. ^ Stephen Seiler, efficienza, economia e prestazione di resistenza. (1996, 2005)
  23. ^ Concept II Rowing Ergometer, manuale utente Archiviato il 26 dicembre 2010, al Wayback Machine .. (1993)
  24. ^ Guyton AC, Hall JE Manuale di fisiologia medica 11ed p. 887 Elsevier Saunders 2006
  25. ^ [Wishnofsky, M. Equivalenti calorici di peso guadagnato o perso. The American Journal of Clinical Nutrition, (1958).]

link esterno

  • FAO Food and Nutrition Paper 77: energia alimentare - metodi di analisi e fattori di conversione
  • Una caloria è calorica?
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  • Incidente avvelenamento da arsenico del latte Morinaga
  • Malattia di Minamata
  • 1971 Disastro del grano avvelenato dell'Iraq
  • Sindrome da olio tossico
  • 1993 Jack in the Box E. epidemia di coli
  • 1996 Epidemia di E. coli
  • Scontri di E. coli nel Nord America del 2006
  • Polemica riconfezionamento carne ICA
  • 2008 Scoppio di listeriosi in Canada
  • 2008 scandalo del latte cinese
  • 2008 crisi della carne suina irlandese
  • 2008 Insorgenza di salmonellosi negli Stati Uniti
  • Scoppio di E. coli nel 2011 in Germania
  • 2011 scandalo alimentare di Taiwan
4.2
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