¿Sabías qué...?

se puede medir el contenido en energía de los alimentos?

Ruth Hornedo
Ana B Cerezo
M Carmen García Parrilla
Ana M Troncoso
Departamento de Nutrición y Bromatología, Toxicología y Medicina Legal. Facultad de Farmacia. Universidad de Sevilla

1.Introducción

¿De dónde viene la energía que necesitamos como seres vivos para poder realizar todas nuestras funciones? Los humanos obtenemos la energía a partir de los alimentos, y en concreto a partir de tres clases de compuestos que actúan como combustibles a nivel biológico y que son constituyentes mayoritarios de los alimentos, a saber, hidratos de carbono, lípidos y proteínas, también conocidos como macronutrientes o nutrientes energéticos. Esto nos indica que la energía que precisamos para caminar o mantener las constantes vitales (movimiento del corazón, funcionamiento de órganos y sistemas, mantenimiento de la temperatura corporal,…) proviene de los alimentos que ingerimos.

La digestión rompe estas moléculas que son fuente de energía en fragmentos más pequeños que ya pueden ser absorbidos en el tracto gastrointestinal y pasarán a la circulación sanguínea. Una vez llegan a los correspondientes órganos y tejidos pueden ser utilizados como combustibles por las células, que transforman la energía química potencial que guardan los enlaces carbono-carbono en energía útil para la célula. Los principales compuestos que son absorbidos una vez se ha realizado la digestión son monosacáridos (principalmente glucosa, a partir de los hidratos de carbono), monoacilglicéridos y ácidos grasos de cadena larga a partir de las grasas y pequeños péptidos y aminoácidos a partir de las proteínas. Una vez que están en el torrente sanguíneo, las diferentes células pueden aprovecharlos y metabolizarlos. Hay que señalar que todas estas moléculas son fuente de energía, no solo la glucosa como algunos creen. Esta energía química contenida en las moléculas es transformada por el organismo animal en energía disponible mediante reacciones de oxidación. Este fenómeno se conoce como metabolismo energético que precisa oxígeno para la combustión de los compuestos y genera dióxido de carbono, agua y energía en forma química, en concreto en forma de enlaces ricos en energía, que es la forma de energía utilizable por las células del organismo.

Factores de conversión de energía

La energía bruta de un alimento o macronutriente se mide con una bomba calorimétrica en la que se cuantifica el calor de combustión al someter al alimento a una oxidación. El dispositivo está formado por un contenedor cerrado donde se quema la muestra, previamente pesada, en una atmosfera oxigenada. El contenedor está sumergido en un volumen de agua conocido. Como resultado de la combustión se forma dióxido de carbono (CO2), agua, y además en el caso de las proteínas, óxidos de nitrógeno ya que las proteínas contienen nitrógeno en su molécula. Esta combustión también produce una liberación de energía en forma de calor, que se mide por el aumento de la temperatura del agua después de quemar el alimento. Esta energía es la que denominamos energía bruta o energía total del alimento. De la misma manera su oxidación en el organismo humano libera CO2 agua y urea que contiene el nitrógeno derivado de la proteína.

Conocer la energía bruta de los alimentos es útil para la determinación de la energía metabolizable que es la que nuestro organismo utiliza realmente. El organismo humano no se comporta como una bomba calorimétrica y no utiliza el 100 % de la energía presente en los alimentos. En primer lugar, los macronutrientes de los alimentos no se digieren y absorben en su totalidad, y como consecuencia siempre hay una pérdida de energía que aparece en las heces. En segundo lugar, los compuestos derivados del metabolismo incompleto de las proteínas aparecen en la orina en forma de urea y otros compuestos nitrogenados. Así, la energía metabolizable sería igual a la energía bruta del alimento menos las pérdidas de energía por heces y orina. Estas pérdidas se podrían medir determinando la energía residual de heces y orina mediante la bomba calorimétrica.

La energía bruta de los diferentes macronutrientes, obtenida a partir de un calorímetro es el siguiente

Hidratos de carbono: 3,9 kcal/g - 4,2 kcal/g

Lipidos: 9,2 kcal/g - 9,5 kcal/g

Proteínas: 5,2 kcal/g - 5,9 kcal/g

Alcohol: 7,1 kcal/g

Figura 1. Bomba calorimétrica
Figura 1. Bomba calorimétrica

Antes de continuar es interesante señalar que existe una confusión entre kilocalorías y kilojulios. Clásicamente, la unidad de energía empleada en el área de nutrición ha sido la kilocaloría, cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura de 1 litro de agua destilada de 14,5 ºC a 15,5 °C a presión constante, es decir, una medida de energía térmica. La unidad de energía en el sistema internacional (SI) es el julio (J), que es el estándar de energía que se usa en estudios científicos de nutrición y metabolismo y debería utilizarse asimismo para expresar el contenido en energía de los alimentos. Debido a que los alimentos contienen una cantidad importante de energía y también las necesidades de energía del organismo humano son elevadas, generalmente se usan los kilojulios (1 kJ = 103 J). Aunque las recomendaciones para desterrar las kcal se remontan a hace más de 30 años, sigue existiendo una gran reticencia a efectuar dicho cambio. Por ello ambas unidades kilojulios y kilocalorías se usan en casi todos los ámbitos regulatorios como la presentación de información nutricional obligatoria que debe aparecer en las etiquetas de los alimentos según se establece en el Reglamento (UE) 1169/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo de 25 de octubre de 2011 sobre la información alimentaria facilitada al consumidor. 1 kcal equivale a 4,184 kJ por lo que para pasar de kcal a kJ, debemos multiplicarlas por 4,184, y en el caso contrario para pasar de kJ a kcal deberemos dividir por 4,184.

Existe un método sencillo y útil en la practica diaria para determinar la energía utilizable de los alimentos, estos son los números de Atwater o también conocidos como los valores fisiológicos de combustión de los macronutrientes que tienen en cuenta las pérdidas por heces y urinarias y la eficacia en la captación de energía. Para el caso de los lípidos el valor determinado es de 9 kcal por gramo, es decir que 1 g de lípido proporciona una energía utilizable de 9 kcal (37 kJ/g). Para los hidratos de carbono y proteínas el valor es de 4 kcal por gramo (17 kJ/g). El alcohol no es un nutriente pero es un compuesto presente en las bebidas fermentadas y destilados que produce también energía, concretamente 7 kcal por gramo y debe tenerse en cuenta también para el cálculo de la energía que proporciona el alimento. Ha de tenerse en cuenta que son valores aproximados, pero muy útiles. Por ello para calcular el valor energético de un alimento de manera sencilla se multiplican estos valores por los correspondientes gramos de hidratos de carbono, proteínas, grasas y alcohol del alimento y el sumatorio sería el valor energético del alimento, que normalmente se refiere a 100 g o a una porción del mismo.

Un caso particular es el de la fibra alimentaria, que es una fracción compleja del alimento formada por polímeros de hidratos de carbono con tres o más unidades monoméricas, que no son digeridos ni absorbidos y que pertenecen a las categorías siguientes:

  • polímeros de hidratos de carbono comestibles presentes de modo natural en los alimentos tal como se consumen,
  • polímeros de hidratos de carbono comestibles que se han obtenido a partir de materia prima alimenticia por medios físicos, enzimáticos o químicos y que tienen un efecto fisiológico beneficioso demostrado,
  • polímeros de hidratos de carbono comestibles sintéticos que tienen un efecto fisiológico beneficioso demostrado.

Hace unos años se consideraba que la fibra no aportaba energía al organismo ya que no era digerida ni absorbida. Pero hoy día se sabe que la fibra alimentaria es parcialmente utilizada por la microbiota del colon, considerándose que es fermentable en un 70 % por ciento. Asimismo parte de la energía que se libera durante la fermentación colónica se pierde en forma de gas o por las heces. Otra parte rinde ácidos orgánicos de bajo peso molecular que son utilizados como fuente de energía por el organismo. Por ello el factor de conversión de energía para la fibra reconocido internacionalmente y que se utiliza en el etiquetado es de 2 kcal/g (8,0 kJ/g).

Todos los alimentos son potenciales fuentes de energía pero en cantidades variables según su diferente contenido en macronutrientes (hidratos de carbono, grasas y proteínas, alcohol y fibra). Por ejemplo, los alimentos ricos en grasas son más calóricos que aquellos constituidos principalmente por hidratos de carbono o proteínas.

Un aspecto fundamental dentro de la dieta equilibrada es sin duda el equilibrio energético. Para ello a partir de los alimentos que consumimos se debe aportar una cantidad de nutrientes energéticos (también llamados macronutrientes) que sea capaz de mantener el denominado equilibrio energético que se da cuando la energía que obtenemos de los alimentos y bebidas se iguala a la energía que usamos. La energía que obtenemos a partir de los alimentos es necesaria para crecer, desarrollarnos y para el funcionamiento de los órganos y sistemas internos (corazón, pulmón, aparato digestivo, termorregulación,...) así como para la realización de actividad física. De hecho el funcionamiento de nuestros órganos vitales representa entre el 60 %-70 % de la energía que diariamente necesitamos.

Determinar los requerimientos energéticos diarios de un individuo con un grado elevado de precisión es una tarea difícil, debido a la multitud de factores que influyen, aparte de la edad, sexo, peso corporal, altura y nivel de ejercicio físico. De todas maneras, sí existe una fórmula consensuada sobre los componentes del gasto energético, a saber:

GET (gasto energético total)= Gasto energético basal (supone 60 % -70 % del GET) + Efecto termogénico de los alimentos (supone el 10 %) + gasto energético derivado de la actividad física (variable, 15 %-30 %)

El efecto termogénico de los alimentos se produce tras la ingesta y metabolización de los alimentos y se conoce también como acción dinámico específica de los alimentos. Representa la energía necesaria para llevar a cabo los procesos de digestión, absorción, transporte y síntesis y almacenamiento de los nutrientes energéticos. Las proteínas inducen un incremento en la producción de calor del 12 %, los hidratos de carbono del 6 % y la grasa del 2 %. Para una dieta mixta el efecto termogénico supone alrededor del 10 % de la energía total consumida. Este efecto se produce también con la administración parenteral de alimentos y se relaciona con la energía requerida para producir ATP (adenosín trifosfato). Este efecto disminuye con la edad y en la Diabetes tipo II.

Figura 2. Información nutricional del etiquetado.
Figura 2. Información nutricional del etiquetado.

El equilibrio energético parece sencillo: supone un balance entre la energía que entra a partir de los alimentos y la que se gasta en forma de actividad (de los órganos internos, actividad física, calor). Cuando se producen desequilibrios en cualquiera de estos factores, aparece una pérdida o ganancia de peso. Pero esto no es tan sencillo, ya que los componentes de dicho equilibrio (energía entrante y saliente) están interrelacionados y al cambiar uno de los componentes de dicho equilibrio, es probable que el otro también cambie. Por ejemplo una dieta para perder peso hará que disminuya el ingreso de energía partir de los alimentos, por lo que probablemente hará disminuir el peso pero también disminuirán las necesidades energéticas. Es decir el equilibrio energético se reajusta a un nivel más bajo. Esto se debe a que el metabolismo basal disminuye y/o a que el grado de actividad física también disminuye de forma inconsciente.

Reparto de energía a partir de los diferentes nutrientes

Una dieta equilibrada es pues aquella que aporta cantidades adecuadas de energía y nutrientes para la salud y el bienestar.

Debido a que el organismo es capaz de regular la distribución y el uso de los diferentes nutrientes energéticos, los seres humanos podemos sobrevivir ingiriendo dietas que aporten un amplio rango de proporciones de hidratos de carbono, grasas y proteínas.

Según la OMS, los datos científicos disponibles indican que las grasas no deberían superar el 30 % de la ingesta calórica total para evitar un aumento de peso, lo que implica dejar de consumir grasas saturadas para consumir grasas no saturadas y eliminar gradualmente las grasas industriales de tipo trans. Limitar asimismo el consumo de azúcar libre a menos del 10 % de la ingesta calórica total forma parte de una dieta saludable. Mantener el consumo de sal por debajo de 5 gramos diarios ayuda a prevenir la hipertensión y reduce el riesgo de enfermedad cardíaca y de accidente cerebrovascular en la población adulta.

Los objetivos nutricionales establecidos por los diferentes organismos: OMS, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) y la Federación Española de Sociedades de Nutrición, Alimentación y Dietética (FESNAD) varían ligeramente en cuanto a los valores del porcentaje que debe suponer cada uno de los grupos de macronutrientes respecto a la energía total de la dieta, pero en lo esencial presentan un patrón común.

  1. Los hidratos de carbono nos aportarán un 45 % -60 % del valor energético de la dieta.
  2. Las grasas el 25 % - 35 % de la energía de la dieta.
  3. Las proteínas se establecen en función del peso corporal, 0,83 g proteína/kg peso corporal/día y un valor orientativo se fija en un 15 % de la energía total de la dieta.
  4. La cantidad de fibra de referencia en la dieta debe ser de al menos 25 gramos al día.

Además para conseguir una dieta equilibrada se deben suministrar las cantidades adecuadas de vitaminas y minerales esenciales. Dichas cantidades son pequeñas, por ello se conocen como micronutrientes y varían a lo largo de la vida según las distintas condiciones fisiológicas (embarazo y lactancia). El aporte de estos micronutrientes se garantiza a través de una dieta variada y reviste importancia para lograr los objetivos de una dieta equilibrada. Puede así darse la circunstancia que la dieta sea adecuada respecto al aporte de energía por parte de los diferentes macronutrientes pero que no aporte las cantidades necesarias de micronutrientes, no pudiéndose considerar una dieta equilibrada.

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