Énergie alimentaire

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Une boisson énergétique de 710 millilitres (24 onces liquides) contenant 330 kcal, soit plus qu'un cheeseburger de restauration rapide et l'équivalent de 18 paquets de sucre en portion individuelle

L'énergie alimentaire est l'énergie chimique que les animaux (y compris les humains) tirent de la nourriture par le biais du processus de respiration cellulaire. La respiration cellulaire peut impliquer la réaction chimique de molécules alimentaires avec l'oxygène moléculaire[1] (respiration aérobie) ou le processus de réorganisation des molécules alimentaires sans oxygène supplémentaire (respiration anaérobie).

Aperçu

Les humains et les autres animaux ont besoin d'un apport minimum d'énergie alimentaire pour soutenir leur métabolisme et stimuler leurs muscles. Les aliments sont principalement composés de glucides, de graisses, de protéines, d’eau, de vitamines et de minéraux. Les glucides, les graisses, les protéines et l'eau représentent pratiquement tout le poids des aliments, les vitamines et les minéraux ne représentant qu'un faible pourcentage du poids. (Les glucides, les graisses et les protéines représentent 90% du poids sec des aliments.[2]) Les organismes tirent leur énergie des glucides, des graisses et des protéines, ainsi que des acides organiques, des polyols et de l’éthanol présents dans l’alimentation.[3] Certains composants de l'alimentation qui fournissent peu ou pas d'énergie alimentaire, tels que l'eau, les minéraux, les vitamines, le cholestérol et les fibres insolubles, peuvent encore être nécessaires à la santé et à la survie pour d'autres raisons. L'eau, les minéraux, les vitamines et le cholestérol ne sont pas dégradés (ils sont utilisés par l'organisme sous la forme dans laquelle ils sont absorbés) et ne peuvent donc pas être utilisés pour produire de l'énergie. La fibre ne peut pas être complètement digérée par la plupart des animaux, y compris les humains, qui ne peuvent extraire que 2 kcal / g d'énergie alimentaire. Les ruminants peuvent extraire près de 4 kcal / g des fibres en raison des bactéries présentes dans leur rumen.

À l'aide du système international d'unités, les chercheurs mesurent l'énergie en joules (J) ou en leurs multiples; le kilojoule (kJ) est le plus souvent utilisé pour les quantités d'aliments. Une autre unité d'énergie métrique du système, encore largement utilisée dans les contextes alimentaires, est la calorie; plus précisément, les "calories alimentaires", "grandes calories" ou kilocalories (kcal ou Cal), égales à 4184 joules. (Contraste la "petite calorie" (cal), égale à 1/1000 d'une calorie alimentaire, souvent utilisée en chimie et en physique.) Au sein de l'Union Européenne, les kilocalories ("kcal") et les kilojoules ("kJ") apparaissent sur les étiquettes nutritionnelles. Dans de nombreux pays, une seule des unités est affichée; Au Canada et aux États-Unis, les étiquettes désignent l'unité «calorie» ou «calorie».

Les graisses et l'éthanol ont la plus grande quantité d'énergie alimentaire par gramme, respectivement 37 et 29 kJ / g (8,8 et 6,9 kcal / g). Les protéines et la plupart des glucides ont tous deux environ 17 kJ / g (4 kcal / g).[4] La différence de densité énergétique des aliments (matières grasses, alcools, glucides et protéines) réside principalement dans leurs proportions variables d'atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène: Pour les aliments de composition élémentaire CcHhOoNn, la chaleur de combustion sous-jacente à l'énergie alimentaire est de 100 kcal / g (c + 0.3 h − 0.5 o)/(12 c + h + 16 o + 14 n) à une bonne approximation (± 3%).[1] Les glucides qui ne sont pas facilement absorbés, tels que les fibres ou le lactose chez les personnes intolérantes au lactose, contribuent moins à l'énergie alimentaire. Les polyols (y compris les alcools de sucre) et les acides organiques représentent respectivement 10 kJ / g (2,4 kcal / g) et 13 kJ / g (3,1 kcal / g).[5]

Mesure

Théoriquement, on pourrait mesurer l'énergie alimentaire de différentes manières, en utilisant (disons) l'énergie de combustion libre de Gibbs, ou la quantité d'ATP générée par le métabolisme de la nourriture. Cependant, la convention est d'utiliser la chaleur de la réaction d'oxydation produisant de l'eau liquide. L'énergie alimentaire conventionnelle est basée sur des chaleurs de combustion dans un calorimètre à bombe et des corrections qui prennent en considération l'efficacité de la digestion et de l'absorption et la production d'urée et d'autres substances dans l'urine. Le chimiste américain Wilbur Atwater a travaillé ces corrections à la fin du 19ème siècle[6] (voir le système Atwater pour plus de détails). Sur la base des travaux d'Atwater, il est devenu courant de calculer la teneur en énergie des aliments en utilisant 4 kcal / g pour les glucides et les protéines et 9 kcal / g pour les lipides.[6] Le système a ensuite été amélioré par Annabel Merrill et Bernice Watt du ministère de l'Agriculture des États-Unis, qui ont établi un système selon lequel des facteurs de conversion calorique spécifiques pour différents aliments étaient proposés.[7]

Il convient de mentionner que Calorie = 1000 calories. La prononciation est la même pour les deux "calories". C'est un vieux problème qui ne peut plus être résolu, car il pourrait embrouiller plus de 500 millions de personnes. La calorie est une mesure métrique. Les épiciers et d'autres aux États-Unis ont décidé qu'écrire qu'une tranche de pain de 80 000 calories était trop lourde (et qu'elle implique trop de précision), alors ils ont commencé à utiliser des calories (qui sont en fait des kilocalories). Kilocalories (Calories) ou kilojoules sont toujours utilisés pour la nourriture, tandis que «calories» est considéré comme archaïque (scientifiques aux États-Unis et la plupart des autres pays utilisent joules et newtons). Les diététiciens et le gouvernement américain ont commencé à utiliser kJoules ou kcal au lieu de calories. Dans les pays qui se sont entièrement convertis au système métrique, les joules et les kilojoules sont généralement utilisés.

Étiquettes nutritionnelles

L'étiquette d'information nutritionnelle sur un paquet de riz Basmati au Royaume-Uni

De nombreux gouvernements exigent que les fabricants de produits alimentaires indiquent le contenu énergétique de leurs produits afin d'aider les consommateurs à contrôler leur consommation d'énergie.[8] Dans l'Union européenne, les fabricants d'aliments emballés doivent étiqueter l'énergie nutritionnelle de leurs produits en kilocalories et en kilojoules, au besoin. Aux États-Unis, les étiquettes obligatoires équivalentes affichent uniquement les «Calories» (kilocalories),[9] souvent comme un substitut au nom de la quantité mesurée, l'énergie alimentaire; un kilojoules supplémentaire est facultatif et rarement utilisé.En Australie et en Nouvelle-Zélande, l'énergie alimentaire doit être exprimée en kilojoules (et éventuellement aussi en kilocalories), et d'autres informations sur l'énergie nutritionnelle sont également véhiculées en kilojoules.[10][11] L'énergie provenant de la respiration des aliments est généralement indiquée sur les étiquettes pour 100 g, pour une taille de portion typique (selon le fabricant) et / ou pour tout le contenu de l'emballage.

La quantité d'énergie alimentaire associée à un aliment particulier pourrait être mesurée en brûlant complètement la nourriture séchée dans un calorimètre à bombe, une méthode connue sous le nom de calorimétrie directe.[12] Cependant, les valeurs données sur les étiquettes des aliments ne sont pas déterminées de cette manière. La raison en est que la calorimétrie directe brûle aussi les fibres alimentaires et ne permet donc pas de pertes fécales; ainsi la calorimétrie directe donnerait des surestimations systématiques de la quantité de carburant qui pénètre réellement dans le sang par digestion. À la place, on utilise des tests chimiques normalisés ou une analyse de la recette à l'aide de tableaux de référence pour les ingrédients courants.[13] estimer les constituants digestibles du produit (protéines, glucides, graisses, etc.). Ces résultats sont ensuite convertis en une valeur énergétique équivalente sur la base du tableau normalisé suivant des densités d'énergie.[5][14] Cependant, la «densité d'énergie» est un terme trompeur car elle suppose à nouveau que l'énergie est dans l'aliment particulier, alors que cela signifie simplement que la nourriture «haute densité» a besoin de plus d'oxygène pendant la respiration.[1][15]

Notez que le tableau standardisé suivant des densités d'énergie[14] est une approximation et la valeur en kJ / g ne se convertit pas exactement en kcal / g en utilisant un facteur de conversion.

L'utilisation d'un système aussi simple a été critiquée pour ne pas prendre en compte d'autres facteurs liés à l'influence de différents aliments sur l'obésité.[6]

Composante alimentaire Densité d'énergie[16]
kJ / g kcal / g
Graisse 37 9
Ethanol (boire de l'alcool) 29 7
Protéines 17 4
Les glucides 17 4
Acides organiques 13 3
Polyols (alcools de sucre, édulcorants) 10 2.4
Fibre 8 2

Tous les autres nutriments contenus dans les aliments sont non caloriques et ne sont donc pas comptabilisés.

Apport journalier recommandé

Une activité mentale accrue a été associée à une consommation d'énergie cérébrale modérément accrue.[17] Les personnes âgées et les personnes sédentaires ont besoin de moins d’énergie; les enfants et les personnes physiquement actives ont besoin de plus.

Selon l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture, le besoin énergétique moyen par personne et par jour est d'environ 7 500 kJ (1 800 kcal).[18]

Aux États-Unis, les recommandations sont de 2 600 et 2 000 kcal (10 900 et 8 400 kJ) pour les hommes et les femmes (respectivement) entre 31 et 35, à un niveau d'activité physique équivalant à environ 2 à 5 km (1 12 à 3 mi) par jour à 5 à 6 km / h (3 à 4 mph) en plus de l'activité physique légère associée à la vie quotidienne typique.[19] Les directives françaises suggèrent à peu près les mêmes niveaux.[20]

Pour les jeunes enfants, les besoins caloriques estimés vont de 1 000 à 2 000 calories par jour. L'apport calorique recommandé pour les enfants plus âgés et les adolescents, d'autre part, varie considérablement de 1 400 à 3 200 calories par jour. Les garçons en général nécessitent un apport calorique supérieur à celui des filles.[19]

Reconnaissant que les personnes de différents groupes d'âge et de sexe ont des niveaux d'activité quotidiens variables, le Conseil national australien de la recherche médicale et médicale recommande de ne pas prendre d'énergie quotidienne, mais recommande une recommandation appropriée pour chaque groupe d'âge et de sexe.[21] Néanmoins, les étiquettes nutritionnelles des produits alimentaires australiens recommandent généralement un apport énergétique quotidien moyen de 2 100 kcal (8 800 kJ).

Consommation d'énergie dans le corps humain

Articles détaillés: Bioénergétique et bilan énergétique (biologie)

Le corps humain utilise l'énergie libérée par la respiration pour un large éventail de fins: environ 20% de l'énergie est utilisée pour le métabolisme cérébral, et une grande partie du reste est utilisée pour les besoins métaboliques basaux d'autres organes et tissus. Dans les environnements froids, le métabolisme peut augmenter simplement pour produire de la chaleur afin de maintenir la température corporelle. Parmi les diverses utilisations de l'énergie, l'un est la production d'énergie mécanique par le muscle squelettique pour maintenir la posture et produire des mouvements.

L'efficacité de conversion de l'énergie de la respiration en puissance mécanique (physique) dépend du type d'aliment et du type d'utilisation d'énergie physique (par exemple, quels muscles sont utilisés, si le muscle est utilisé de manière aérobie ou anaérobie). En général, l'efficacité des muscles est plutôt faible: seulement 18 à 26% de l'énergie disponible de la respiration est convertie en énergie mécanique.[22] Cette faible efficacité est le résultat d'environ 40% d'efficacité de génération d'ATP de la respiration des aliments, des pertes dans la conversion de l'énergie de l'ATP en travail mécanique à l'intérieur du muscle, et des pertes mécaniques à l'intérieur du corps. Les deux dernières pertes dépendent du type d'exercice et du type de fibres musculaires utilisées (contraction rapide ou contraction lente). Pour un rendement global de 20%, un watt de puissance mécanique équivaut à 4,3 kcal (18 kJ) par heure. Par exemple, un fabricant de matériel d'aviron montre que les calories libérées par les aliments «brûlants» représentent quatre fois le travail mécanique réel, plus 300 kcal (1 300 kJ) par heure,[23] ce qui représente environ 20% d'efficacité à 250 watts de puissance mécanique. Cela peut prendre jusqu'à 20 heures de faible rendement physique (par exemple, marcher) pour "brûler" 4 000 kcal (17 000 kJ)[24] plus qu'un corps consommerait autrement. À titre de référence, chaque kilogramme de graisse corporelle équivaut à peu près à 32 300 kilojoules ou 7 700 kilocalories d'énergie alimentaire (c'est-à-dire 3 500 kilocalories par livre).[25]

Les changements de température corporelle - plus chauds ou plus froids - augmentent le taux métabolique, brûlant ainsi plus d'énergie. Une exposition prolongée à des environnements extrêmement chauds ou très froids augmente le taux métabolique de base (BMR). Les personnes qui vivent dans ces types de milieux ont souvent un BMR supérieur de 5 à 20% à celui des autres climats.

Voir également

  • Système Atwater
  • Le taux métabolique basal
  • Énergie chimique
  • Chaîne alimentaire
  • Composition alimentaire
  • Chaleur de combustion
  • Liste des pays par apport énergétique alimentaire
  • Etiquette nutritionnelle
  • Tableau des nutriments alimentaires

Les références

  1. ^ un b c Schmidt-Rohr K (2015). "Pourquoi les combustions sont toujours exothermiques, dégageant environ 418 kJ par mole de O2". J. Chem. Educ. 92: 2094-2099. doi: 10.1021 / acs.jchemed.5b00333.
  2. ^ "Glucides, protéines, nutrition". Le manuel de Merck.
  3. ^ Ross, K. A. (2000c) Energie et carburant, dans Littledyke M., Ross K. A. et Lakin E. (eds), Science Knowledge and the Environment. Londres: David Fulton Publishers.
  4. ^ Les chaleurs de combustion du glucose, du saccharose et de l'amidon sont respectivement de 15,57, 16,48 et 17,48 kJ / g ou de 3,72, 3,94 et 4,18 kcal / g.
  5. ^ a b Royaume-Uni Règlement sur l'étiquetage des denrées alimentaires 1996 - Annexe 7: Étiquetage nutritionnel
  6. ^ un b c Bijal Trivedi (15 juillet 2009). "L'illusion calorique: pourquoi les étiquettes alimentaires sont fausses". Nouveau scientifique.
  7. ^ Annabel Merrill; Bernice Watt (1973). Valeurs énergétiques des aliments ... base et dérivation (PDF). Département de l'agriculture des Etats-Unis. Archivé (PDF) de l'original le 22 novembre 2016.
  8. ^ "Réglementation de l'Union européenne sur l'étiquetage nutritionnel". Archivé depuis l'original le 2009-03-04. Récupéré 2009-10-21.
  9. ^ Réglementation fédérale des États-Unis sur l'étiquetage des aliments 21CFR101.9
  10. ^ "Normes alimentaires australiennes et néo-zélandaises, Panels d'information nutritionnelle". Foodstandards.gov.au. Récupéré 2018-06-11.
  11. ^ "Le site d'information diététique de 8700 (kJ) du gouvernement de NSW". 8700.com.au. Récupéré 2018-06-11.
  12. ^ Youdim, Adrienne. "Calories: Vue d'ensemble de la nutrition: Merck Manual Home Edition". Merckmanuals.com. Récupéré 2018-06-11.
  13. ^ "Valeur nutritive de certains aliments courants" (PDF). Santé Canada, PDF p. 4. 1997. Récupéré 2015-01-25.
  14. ^ un b "Directive 90/496 / CEE du Conseil du 24 septembre 1990 relative à l'étiquetage nutritionnel des denrées alimentaires". Récupéré 2018-06-11.
  15. ^ Voir par exemple la section Energie (suivez "Carburants") dans Science Issues http://scienceissues.org.uk
  16. ^ "Chapitre 3: Calcul de la teneur énergétique des aliments - Facteurs de conversion énergétique". Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture. Récupéré 30 mars 2017.
  17. ^ Evaluation d'une hypothèse d'effort mental pour des corrélations entre le métabolisme cortical et l'intelligence, Intelligence, Volume 21, Number 3, novembre 1995, pp. 267-278 (12), 1995.
  18. ^ "Faim - FAO - Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture". Récupéré 27 septembre 2014.
  19. ^ un b "Annexe 2. Besoins caloriques estimés par jour, selon l'âge, le sexe et le niveau d'activité physique - 2015-2020 Dietary Guidelines". health.gov. Récupéré 2018-06-11.
  20. ^ "Apport énergétique recommandé" (PDF). Archivé depuis l'original le 26 novembre 2013. Récupéré 30 avril 2014.
  21. ^ "Énergie diététique". Récupéré 27 septembre 2014.
  22. ^ Stephen Seiler, efficacité, économie et performance d'endurance. (1996, 2005)
  23. ^ Ergomètre d'aviron Concept II, mode d'emploi Archivé le 26 décembre 2010 sur le Wayback Machine .. (1993)
  24. ^ Guyton AC, Hall JE Manuel de physiologie médicale 11ed p. 887 Elsevier Saunders 2006
  25. ^ [Wishnofsky, M. équivalents caloriques de poids gagné ou perdu. The American Journal of Clinical Nutrition, (1958).]

Liens externes

  • FAO Food and Nutrition Paper 77: Énergie alimentaire - méthodes d'analyse et facteurs de conversion
  • Est-ce qu'une calorie est une calorie?
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Incidents de contamination des aliments
  • Devon colique
  • Scandale du lait en poudre
  • 1858 Bradford empoisonne les bonbons
  • 1900 Empoisonnement de la bière anglaise
  • Incident d'empoisonnement au lait de Morinaga
  • Maladie de Minamata
  • 1971 Irak désastre de grain de poison
  • Le syndrome de l'huile toxique
  • 1993 Jack dans la boîte épidémie de E. coli
  • Épidémie d'Edwalla E. coli en 1996
  • Éclosions nord-américaines d’E. Coli en 2006
  • Controverse sur le réemballage de la viande de l'ICA
  • Épidémie de listériose au Canada en 2008
  • 2008 Le scandale du lait chinois
  • La crise du porc irlandais en 2008
  • Épidémie de salmonellose aux États-Unis en 2008
  • Epidémie d'E. Coli Allemagne 2011
  • 2011 Scandale alimentaire de Taïwan
4.2
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