الطاقة الغذائية
الطاقة الغذائية هي طاقة كيميائية تستمدها الحيوانات (بما في ذلك البشر ) من طعامها للحفاظ على التمثيل الغذائي ، بما في ذلك نشاطها العضلي . [1]
تستمد معظم الحيوانات معظم طاقتها من التنفس الهوائي ، أي الجمع بين الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأكسجين من الهواء أو المذاب في الماء . [2] قد تساهم المكونات الأخرى الأصغر في النظام الغذائي ، مثل الأحماض العضوية والبوليولات والإيثانول ( شرب الكحول ) في مدخلات الطاقة. بعض مكونات النظام الغذائي التي توفر القليل من الطاقة الغذائية أو لا توفر على الإطلاق طاقة غذائية ، مثل الماء والمعادن والفيتامينات والكوليسترول والألياف ، قد تظل ضرورية للصحة والبقاء لأسباب أخرى. بدلاً من ذلك ، تمتلك بعض الكائنات الحية تنفسًا لاهوائيًا ، والذي يستخرج الطاقة من الطعام من خلال تفاعلات لا تتطلب الأكسجين.
عادةً ما يتم التعبير عن محتويات الطاقة لكتلة معينة من الطعام بوحدة الطاقة المترية (SI) ، الجول (J) ومضاعفاتها الكيلوجول ( kJ) ؛ أو في الوحدة التقليدية للطاقة الحرارية ، السعرات الحرارية . في السياقات الغذائية ، غالبًا ما يكون الأخير (خاصة في الولايات المتحدة) هو المتغير "الكبير" للوحدة ، ويُكتب أيضًا "Calorie" (مع الرمز Cal ، وكلاهما بحرف "C" الكبير) أو "kilocalorie" (kcal) ، ويعادل 4184 J أو 4.184 kJ. [3]وهكذا ، على سبيل المثال ، تحتوي الدهون والإيثانول على أكبر قدر من الطاقة الغذائية لكل وحدة كتلة ، 37 و 29 كيلوجول / غرام (9 و 7 كيلو كالوري / غرام) ، على التوالي. تحتوي البروتينات ومعظم الكربوهيدرات على حوالي 17 كيلو جول / جم (4 كيلو كالوري / جم) ، على الرغم من وجود اختلافات بين الأنواع المختلفة. على سبيل المثال ، قيم الجلوكوز والسكروز والنشا هي 15.57 و 16.48 و 17.48 كيلوجول لكل جرام (3.72 و 3.94 و 4.18 كيلو كالوري / جم) على التوالي. تكمن كثافة الطاقة المختلفة للأطعمة (الدهون والكحوليات والكربوهيدرات والبروتينات) أساسًا في نسبها المتفاوتة من ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين. الكربوهيدرات التي لا يتم امتصاصها بسهولة ، مثل الألياف أو اللاكتوز في الأشخاص الذين يعانون من عدم تحمل اللاكتوز ، تساهم في تقليل الطاقة الغذائية. البوليولات (بما في ذلكتساهم كحول السكر ) والأحماض العضوية في 10 كيلوجول / غرام (2.4 كيلوكالوري / غرام) و 13 كيلوجول / غرام (3.1 كيلوكالوري / غرام) على التوالي. [4]
يمكن تقريب محتويات الطاقة في طبق معقد أو وجبة عن طريق إضافة محتويات الطاقة لمكوناتها.
تاريخ وطرق القياس
المسعرات المباشرة للاحتراق
تم إجراء التحديدات الأولى لمحتوى الطاقة في الطعام عن طريق حرق عينة مجففة في مسعر قنبلة وقياس تغير درجة الحرارة في الماء المحيط بالجهاز ، وهي طريقة تُعرف باسم القياس الحراري المباشر . [5]
نظام أتواتر
ومع ذلك ، فإن طريقة قياس السعرات الحرارية المباشرة بشكل عام تبالغ في تقدير الطاقة الفعلية التي يمكن أن يحصل عليها الجسم من الطعام ، لأنها تحسب أيضًا محتويات الطاقة من الألياف الغذائية والمكونات الأخرى غير القابلة للهضم ، ولا تسمح بالامتصاص الجزئي و / أو التمثيل الغذائي غير الكامل لبعض المواد . لهذا السبب ، يتم الحصول على محتوى الطاقة في الطعام اليوم بشكل غير مباشر ، باستخدام التحليل الكيميائي لتحديد كمية كل مكون غذائي قابل للهضم (مثل البروتين والكربوهيدرات والدهون) ، وإضافة محتويات الطاقة الغذائية ذات الصلة ، التي تم الحصول عليها مسبقًا بواسطة قياس الحرارة الأيضية الصادرة عن الجسم. [6] [7] على وجه الخصوص ، يتم استبعاد محتوى الألياف. تُعرف هذه الطريقة باسم Atwater المعدلالنظام ، بعد ويلبر أتواتر الذي كان رائدًا في هذه القياسات في أواخر القرن التاسع عشر. [1] [8]
تم تحسين النظام لاحقًا بواسطة Annabel Merrill و Bernice Watt من وزارة الزراعة الأمريكية ، اللتين اشتقتا نظامًا تم بموجبه اقتراح عوامل تحويل محددة للسعرات الحرارية لأطعمة مختلفة. [9]
مصادر الطاقة الغذائية
يتكون النظام الغذائي النموذجي للإنسان بشكل أساسي من الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والماء والإيثانول والمكونات غير القابلة للهضم مثل العظام والبذور والألياف (معظمها من السليلوز ). تشكل الكربوهيدرات والدهون والبروتينات عادةً تسعين بالمائة من الوزن الجاف للطعام. [10] يمكن للحيوانات المجترة استخراج الطاقة الغذائية من تنفس السليلوز بسبب البكتيريا الموجودة في الكرش التي تحللها إلى كربوهيدرات قابلة للهضم.
المكونات الثانوية الأخرى للنظام الغذائي البشري التي تساهم في محتواه من الطاقة هي الأحماض العضوية مثل الستريك والطرطريك والبوليولات مثل الجلسرين والإكسيليتول والإينوزيتول والسوربيتول .
بعض العناصر الغذائية لها أدوار تنظيمية تتأثر بإشارات الخلية ، بالإضافة إلى توفير الطاقة للجسم. [11] على سبيل المثال ، يلعب الليوسين دورًا مهمًا في تنظيم التمثيل الغذائي للبروتين ويثبط شهية الفرد. [12] كميات صغيرة من الأحماض الدهنية الأساسية ، وهي مكونات لبعض الدهون التي لا يمكن لجسم الإنسان تصنيعها ، وتستخدم (وضرورية) لعمليات كيميائية حيوية أخرى.
محتويات الطاقة الغذائية التقريبية لمختلف مكونات النظام الغذائي البشري ، لاستخدامها في وضع العلامات على العبوات وفقًا للوائح الاتحاد الأوروبي [13] ولوائح المملكة المتحدة ، [14] هي:
| مكون غذائي | كثافة الطاقة | |
|---|---|---|
| كيلو جول / ز | كيلو كالوري / ز | |
| سمين | 37 | 9 |
| الإيثانول | 29 | 7 |
| البروتينات | 17 | 4 |
| الكربوهيدرات | 17 | 4 |
| الأحماض العضوية | 13 | 3 |
| بوليولات ( كحول السكر والمحليات ) (1 ) | 10 | 2.4 |
| الياف (2) | 8 | 2 |
(1) لا يتم هضم بعض البوليولات ، مثل الإريثريتول ، ويجب استبعادها من العد.
(2) هذا الإدخال موجود في لوائح الاتحاد الأوروبي لعام 2008 ، [13] ولكن ليس في لوائح المملكة المتحدة ، والتي وفقًا لها لا يتم احتساب الألياف. [14]
تم نشر جداول أكثر تفصيلاً لأطعمة معينة من قبل العديد من المنظمات ، مثل منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة ، كما نشرت جدولاً مشابهًا. [3]
المكونات الأخرى للنظام الغذائي البشري إما أنها لا تحتوي على سعرات حرارية ، أو عادة ما يتم استهلاكها بكميات صغيرة بحيث يمكن إهمالها.
استخدام الطاقة في جسم الإنسان
يستخدم جسم الإنسان الطاقة الغذائية التي يتم الحصول عليها فعليًا عن طريق التنفس لمجموعة واسعة من الأغراض ، بما في ذلك التمثيل الغذائي الأساسي للأعضاء والأنسجة المختلفة ، والحفاظ على درجة حرارة الجسم الداخلية ، وممارسة القوة العضلية للحفاظ على الموقف وإنتاج الحركة. يستخدم حوالي 20٪ لعملية التمثيل الغذائي للدماغ. [3]
تعتمد كفاءة تحويل الطاقة من التنفس إلى قوة عضلية (جسدية) على نوع الطعام ونوع استخدام الطاقة الجسدية (على سبيل المثال ، ما هي العضلات المستخدمة ، وما إذا كانت العضلات تستخدم في الهواء أو اللاهوائية ). بشكل عام ، كفاءة العضلات منخفضة نوعًا ما: فقط 18 إلى 26٪ من الطاقة المتاحة من التنفس يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية. [15] هذه الكفاءة المنخفضة هي نتيجة حوالي 40٪ من كفاءة توليد ATPمن تنفس الطعام ، والخسائر في تحويل الطاقة من ATP إلى عمل ميكانيكي داخل العضلات ، وخسائر ميكانيكية داخل الجسم. تعتمد الخسارتان الأخيرتان على نوع التمرين ونوع ألياف العضلات المستخدمة (نشل سريع أو نشل بطيء). للحصول على كفاءة إجمالية تبلغ 20٪ ، فإن واحد واط من القدرة الميكانيكية يعادل 18 كيلو جول / ساعة (4.3 كيلو كالوري / ساعة). على سبيل المثال ، تُظهر الشركة المصنعة لمعدات التجديف السعرات الحرارية المنبعثة من الطعام "المحترق" أربعة أضعاف العمل الميكانيكي الفعلي ، بالإضافة إلى 1300 كيلو جول (300 كيلو كالوري) في الساعة ، [16] والتي تبلغ كفاءة حوالي 20٪ عند 250 واط من المخرجات الميكانيكية . يمكن أن يستغرق الأمر ما يصل إلى 20 ساعة من الإنتاج البدني القليل (على سبيل المثال ، المشي) لـ "حرق" 17000 كيلو جول (4000 كيلو كالوري) [17]أكثر مما يمكن أن يستهلكه الجسم. كمرجع ، كل كيلوغرام من دهون الجسم يعادل تقريبًا 32300 كيلوجول من الطاقة الغذائية (أي 3500 كيلوكالوري لكل رطل أو 7700 كيلوكالوري لكل كيلوغرام). [18]
المدخول اليومي الموصى به
نشرت العديد من الدول والمنظمات الصحية توصيات بشأن مستويات صحية من المدخول اليومي من الطاقة الغذائية. على سبيل المثال ، تقدر حكومة الولايات المتحدة 8400 و 10900 كيلوجول (2000 و 2600 كيلو كالوري) اللازمة للنساء والرجال ، على التوالي ، الذين تتراوح أعمارهم بين 26 و 45 عامًا ، والذين يعادل إجمالي نشاطهم البدني المشي حوالي 2.5 إلى 5 كيلومترات ( 1 )+1 ⁄ 2 إلى 3 ميل) يوميًا بالإضافة إلى أنشطة المعيشة المستقرة. هذه التقديرات تخص "امرأة مرجعية" يبلغ ارتفاعها 1.63 م (5 أقدام و 4 بوصات) وتزن 57 كجم (126 رطلاً) و "رجل مرجعي" يبلغ ارتفاعه 1.78 م (5 أقدام و 10 بوصات) ويزن 70 كجم ( 154 رطل). [19] نظرًا لاختلاف متطلبات السعرات الحرارية حسب الطول والنشاط والعمر وحالة الحمل وعوامل أخرى ، قامت وزارة الزراعة الأمريكية بإنشاء حاسبة DRI لمتخصصي الرعاية الصحية من أجل تحديد الاحتياجات الفردية من السعرات الحرارية. [20] [21]
وفقًا لمنظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة ، يبلغ متوسط الحد الأدنى لمتطلبات الطاقة للفرد يوميًا حوالي 7500 كيلو جول (1800 كيلو كالوري). [22]
يحتاج كبار السن وذوو أنماط الحياة المستقرة إلى طاقة أقل ؛ يحتاج الأطفال والأشخاص النشطون بدنيًا إلى المزيد. وإدراكًا لهذه العوامل ، يوصي مجلس البحوث الصحية والطبية الوطني الأسترالي بتناول كميات مختلفة من الطاقة يوميًا لكل فئة عمرية وجنس. [23] على الرغم من ذلك ، فإن ملصقات التغذية على المنتجات الغذائية الأسترالية عادةً ما توصي بمتوسط استهلاك يومي للطاقة يبلغ 8800 كيلو جول (2100 كيلو كالوري).
الحد الأدنى من تناول الطاقة الغذائية يكون أعلى أيضًا في البيئات الباردة. تم ربط زيادة النشاط العقلي بزيادة استهلاك طاقة الدماغ بشكل معتدل . [24]
تسميات التغذية
تطلب العديد من الحكومات من مصنعي الأغذية وضع علامات على محتوى الطاقة في منتجاتهم ، لمساعدة المستهلكين على التحكم في استهلاكهم للطاقة. لتسهيل التقييم من قبل المستهلكين ، غالبًا ما يتم اقتباس قيم الطاقة الغذائية (وغيرها من الخصائص الغذائية) في ملصقات العبوات أو الجداول للكميات المناسبة من الطعام ، وليس لكل جرام أو كيلوغرام ؛ مثل "السعرات الحرارية لكل وجبة" أو "كيلو كالوري لكل 100 جرام" أو "كيلو جول لكل عبوة". تختلف الوحدات حسب الدولة:
| دولة | الوحدة الإلزامية (الرمز) | الوحدة الثانية (رمز) | استعمال شائع |
|---|---|---|---|
| الولايات المتحدة | السعرات الحرارية (كالوري) [25] | كيلوجول (كيلوجول) ، اختياري [25] | السعرات الحرارية [26] |
| كندا | السعرات الحرارية (Cal) [ بحاجة لمصدر ] | كيلوجول (كيلوجول) ، اختياري [ بحاجة لمصدر ] | السعرات الحرارية [ بحاجة لمصدر ] |
| استراليا ونيوزيلندا _ | كيلوجول (كيلوجول) [27] [28] | كيلو كالوري (كيلو كالوري) ، اختياري [27] [28] | AU: كيلو كالوري (kcal) [ بحاجة لمصدر ] |
| المملكة المتحدة | كيلوجول [14] | سعر حراري ، إلزامي [14] | |
| الاتحاد الأوروبي | كيلوجول (كيلوجول) [29] | كيلو كالوري ، إلزامي [29] | |
| البرازيل | سعرات حرارية أو كيلو كالوري (كيلو كالوري) [30] | السعرات الحرارية |
انظر أيضا
- نظام أتواتر
- معدل الاستقلاب الأساسي
- السعرات الحرارية
- الطاقة الكيميائية
- سلسلة غذائية
- تكوين الغذاء
- حرارة الاحتراق
- تسمية الحقائق الغذائية
- جدول المغذيات الغذائية
- قائمة الدول حسب استهلاك الطاقة الغذائية
المراجع
- ^ أ ب أليسون مارش (2020): " كيف أصبح حساب السعرات الحرارية علمًا: حددت المسعرات القيمة الغذائية للطعام ومخرجات مولدات البخار أرشفة 2022-01-21 في آلة Wayback ." مقالة عبر الإنترنت عن IEEE Spectrum أرشفة 2022- 01-20 على موقع Wayback Machine ، بتاريخ 29 ديسمبر 2020. تم الوصول إليه في 2022-01-20.
- ^ روس ، كا (2000 ج) الطاقة والوقود ، في Littledyke M. ، Ross KA and Lakin E. (محرران) ، المعرفة العلمية والبيئة. لندن: دار نشر ديفيد فولتون.
- ^ أ ب ج منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة (2003): " ورقة منظمة الأغذية والزراعة للأغذية والتغذية 77: الطاقة الغذائية - طرق التحليل وعوامل التحويل أرشفة 2010-05-24 في آلة Wayback .". تم الوصول إليه في 21 يناير 2022.
- ^ "الجدول 7: تصنيف التغذية" . Legislation.gov.uk . الأرشيف الوطني. 1 يوليو 1996 . تم الاسترجاع 13 ديسمبر 2019 .
- ^ Adrienne Youdim (2021): " السعرات الحرارية في الأرشيف 2012-08-04 في آلة Wayback .". مقال في Merck Manual Home Edition على الإنترنت ، بتاريخ ديسمبر / 2011. تم الوصول إليه في 21 فبراير 2022
- ^ "القيمة الغذائية لبعض الأطعمة الشائعة" (PDF) . وزارة الصحة الكندية ، PDF ص. 4 . 1997 . تم الاسترجاع 25 يناير 2015 .
- ^ "كيف يقوم مصنعو المواد الغذائية بحساب عدد السعرات الحرارية للأطعمة المعبأة؟" . Scientific American . تم الاسترجاع 8 سبتمبر 2017 .
- ^ "لماذا تكون ملصقات الطعام خاطئة" أرشفة 2011-11-13 في آلة Wayback . بقلم بيجال تريفيدي ، نيو ساينتست ، 18 يوليو 2009 ، ص 30-3.
- ^ انابيل ميريل. برنيس وات (1973). قيم الطاقة للأغذية ... الأساس والاشتقاق (PDF) . وزارة الزراعة في الولايات المتحدة. مؤرشفة من الأصلي (PDF) في 22 نوفمبر 2016.
- ^ "كربوهيدرات ، بروتينات ، تغذية" . دليل ميرك .
- ^ جيفري إس إف (2006). "تنظيم توازن الطاقة: الركيزة تتراجع". العلوم : 861-864.
- ^ Garlick ، PJ دور الليوسين في تنظيم التمثيل الغذائي للبروتين. مجلة التغذية ، 2005. 135 (6): 1553S-6S.
- ^ أ ب "توجيه المجلس 90/496 / EEC المؤرخ 24 سبتمبر 1990 بشأن وضع العلامات الغذائية للمواد الغذائية" . مؤرشفة من الأصلي في 3 أكتوبر 2011 . تم الاسترجاع 18 مارس 2010 .
- ^ أ ب ج د المملكة المتحدة لوائح وضع العلامات الغذائية لعام 1996 أرشفة 2013-09-21 في آلة Wayback. - الجدول 7: وضع العلامات على التغذية أرشفة 2013-03-17 في آلة Wayback.
- ^ ستيفن سيلر ، الكفاءة والاقتصاد وأداء التحمل أرشفة 2007-12-21 في آلة Wayback. (1996 ، 2005).
- ^ Concept II Rowing Ergometer ، دليل المستخدم أرشفة 2010-12-26 في آلة Wayback. (1993).
- ^ Guyton AC ، Hall JE Textbook of Medical Physiology ، 11 ed. ، p. 887 ، إلسفير سوندرز ، 2006.
- ^ Wishnofsky ، M. مكافئات السعرات الحرارية لاكتساب أو فقد الوزن. المجلة الأمريكية للتغذية السريرية (1958).
- ^ معاهد الصحة الوطنية الأمريكية (2015): " المبادئ التوجيهية الغذائية أرشفة 2016-03-01 في آلة Wayback . "
- ^ "المبادئ التوجيهية الغذائية للأمريكيين 2020 - 2025" (PDF) . dietaryguidelines.gov . وزارة الزراعة الأمريكية و HHS . تم الاسترجاع 17 مايو 2022 .
- ^ "حاسبة DRI لمتخصصي الرعاية الصحية" . usda.gov . وزارة الزراعة الأمريكية . تم الاسترجاع 17 مايو 2022 .
- ^ منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة (2014): " الجوع أرشفة 2009-12-20 في آلة Wayback .". تم الوصول إليه في 27 سبتمبر 2014
- ^ "الطاقة الغذائية" . تم الاسترجاع 27 سبتمبر 2014 .
- ^ تقييم فرضية الجهد العقلي للارتباطات بين التمثيل الغذائي القشري والذكاء أرشفة 2012-10-23 في آلة Wayback. ، الذكاء ، المجلد 21 ، العدد 3 ، نوفمبر 1995 ، ص 267-278 (12) ، 1995.
- ^ أ ب الحكومة الفيدرالية للولايات المتحدة (1977) ، " قانون اللوائح الفيدرالية - الجزء 101 - وضع العلامات الغذائية أرشفة 2022-01-21 في آلة Wayback ." ، من السجل الفيدرالي 14308 ، 15 مارس 1977.
- ^ إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (2019): " السعرات الحرارية في القائمة - معلومات للأرشفة 2022-01-20 في آلة Wayback .". مستند عبر الإنترنت على موقع الويب FDA أرشفة 2013-09-15 في آلة Wayback . ، بتاريخ 5 أغسطس 2019. تم الوصول إليه في 2022-01-20.
- ^ أ ب الصحة. "قانون معايير الأغذية في أستراليا ونيوزيلندا - المعيار 1.2.8 - متطلبات معلومات التغذية" . www.legislation.gov.au . تم الاسترجاع 29 مايو 2020 .
- ^ أ ب "ما الفرق بين السعرات الحرارية والكيلوجول" . صحة كوينزلاند . 21 فبراير 2017 . تم الاسترجاع 29 مايو 2020 .
- ^ أ ب برلمان الاتحاد الأوروبي (2011): " اللائحة (الاتحاد الأوروبي) رقم 1169/2011 أرشفة 2022-01-11 في آلة Wayback. " مستند 02011R1169-20180101
- ^ Ministério da Saúde ، Brazil (2020): " التعليمات المعيارية Nº 75 - تحدد المتطلبات الفنية لإعلان الملصقات الغذائية في الأطعمة المعبأة أرشفة 2022-01-21 في آلة Wayback ." ، بتاريخ 2020-10-08 ، نُشر في Diário مسؤول الاتحاد بتاريخ 2020-10-09 ، صفحة 113.