الطاقة الغذائية

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

الطاقة الغذائية هي الطاقة الكيميائية التي تستمدها الحيوانات من الطعام للحفاظ على عمليات الأيض والنشاط العضلي . [ 1 ] وعادة ما يتم قياسها بالسعرات الحرارية أو الجول .

تستمد معظم الحيوانات معظم طاقتها من التنفس الهوائي ، أي دمج الكربوهيدرات والدهون والبروتينات مع الأكسجين من الهواء أو المذاب في الماء . [ 2 ] قد تساهم مكونات أخرى أقل في النظام الغذائي، مثل الأحماض العضوية والبوليولات والإيثانول (الكحول)، في توفير الطاقة. بعض مكونات النظام الغذائي التي لا توفر طاقة غذائية تذكر، مثل الماء والمعادن والفيتامينات والكوليسترول والألياف ، قد تكون ضرورية للصحة والبقاء لأسباب أخرى . في المقابل ، تمتلك بعض الكائنات الحية تنفسًا لاهوائيًا ، يستخلص الطاقة من الطعام عن طريق تفاعلات لا تتطلب الأكسجين.

عادةً ما يُعبّر عن محتوى الطاقة في كتلة معينة من الطعام بوحدة الطاقة المترية (SI) ، وهي الجول (J)، ومضاعفها الكيلوجول (kJ)؛ أو بوحدة الطاقة الحرارية التقليدية، وهي السعرة الحرارية (cal). في السياقات الغذائية، تُعدّ السعرة الحرارية (cal) غالبًا (خاصةً في الولايات المتحدة) هي الصيغة "الكبيرة" لهذه الوحدة، وتُكتب أيضًا "كالوري" (Calorie) (برمز Cal، وكلاهما بحرف "C" كبير) أو "كيلو كالوري" (kcal)، وتُعادل 4184 جول أو 4184 كيلوجول. [ 3 ] على سبيل المثال، تحتوي الدهون والإيثانول على أكبر كمية من طاقة الطعام لكل وحدة كتلة، 37 و29 كيلوجول/غرام (9 و7 كيلو كالوري/غرام) على التوالي . تحتوي البروتينات ومعظم الكربوهيدرات على حوالي 17 كيلوجول/غرام (4 كيلو كالوري/غرام) ، مع وجود اختلافات بين الأنواع المختلفة. على سبيل المثال، تبلغ قيم الجلوكوز والسكروز والنشا 15.57 و 16.48 و17.48 كيلوجول لكل غرام (3.72 و 3.94 و4.18 كيلوكالوري/غرام) على التوالي. ويكمن اختلاف كثافة الطاقة في الأطعمة (الدهون والكحولات والكربوهيدرات والبروتينات) بشكل رئيسي في اختلاف نسب ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين فيها. وتساهم الكربوهيدرات التي يصعب امتصاصها، مثل الألياف أو اللاكتوز لدى الأشخاص الذين يعانون من عدم تحمل اللاكتوز ، بنسبة أقل من الطاقة الغذائية. وتساهم البوليولات (بما في ذلك كحولات السكر ) والأحماض العضوية بـ 10 كيلوجول/غرام (2.4 كيلوكالوري/غرام) و 13 كيلوجول/غرام (3.1 كيلوكالوري/غرام) على التوالي. [ 4 ]           

يمكن تقريب محتوى الطاقة في الطعام أو الوجبة عن طريق جمع محتوى الطاقة في مكوناتها، على الرغم من أن الكمية الكاملة من السعرات الحرارية المحسوبة قد لا يتم امتصاصها أثناء عملية الهضم.

تاريخ وأساليب القياس

قياس السعرات الحرارية المباشر للاحتراق

تم إجراء أولى عمليات تحديد محتوى الطاقة في الطعام عن طريق حرق عينة مجففة في مسعر قنبلة وقياس التغير في درجة الحرارة في الماء المحيط بالجهاز، وهي طريقة تُعرف باسم قياس السعرات الحرارية المباشر . [ 5 ]

نظام أتووتر

مع ذلك، فإن طريقة قياس السعرات الحرارية المباشرة تُبالغ عمومًا في تقدير الطاقة الفعلية التي يمكن للجسم الحصول عليها من الطعام، لأنها تحسب أيضًا محتوى الطاقة في الألياف الغذائية والمكونات الأخرى غير القابلة للهضم، ولا تأخذ في الحسبان الامتصاص الجزئي و/أو التمثيل الغذائي غير الكامل لبعض المواد. لهذا السبب، يُحسب محتوى الطاقة في الطعام اليوم بطريقة غير مباشرة، باستخدام التحليل الكيميائي لتحديد كمية كل مكون غذائي قابل للهضم (مثل البروتين والكربوهيدرات والدهون)، وإضافة محتوى الطاقة الغذائية المقابل، الذي تم الحصول عليه مسبقًا عن طريق قياس الحرارة الأيضية المنبعثة من الجسم. [ 6 ] [ 7 ] وبالتحديد، يُستثنى محتوى الألياف. تُعرف هذه الطريقة بنظام أتووتر المُعدَّل ، نسبةً إلى ويلبر أتووتر الذي كان رائدًا في هذه القياسات في أواخر القرن التاسع عشر. [ 1 ] [ 8 ]

تم تحسين النظام لاحقًا بواسطة أنابيل ميريل وبيرنيس وات من وزارة الزراعة الأمريكية ، اللتين ابتكرتا نظامًا تم من خلاله اقتراح عوامل تحويل محددة للسعرات الحرارية لأنواع مختلفة من الأطعمة. [ 9 ]

مصادر الطاقة الغذائية

يتكون النظام الغذائي البشري النموذجي بشكل رئيسي من الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والماء والإيثانول ومكونات غير قابلة للهضم مثل العظام والبذور والألياف (معظمها من السليلوز ). وتشكل الكربوهيدرات والدهون والبروتينات عادةً 90% من الوزن الجاف للغذاء. [ 10 ] تستطيع المجترات استخلاص الطاقة الغذائية من تنفس السليلوز بفضل البكتيريا الموجودة في كرشها والتي تحلله إلى كربوهيدرات قابلة للهضم.

ومن المكونات الثانوية الأخرى للنظام الغذائي البشري التي تساهم في محتواه من الطاقة الأحماض العضوية مثل حمض الستريك وحمض الطرطريك ، والبوليولات مثل الجلسرين والزيلتول والإينوزيتول والسوربيتول .

تؤدي بعض العناصر الغذائية أدوارًا تنظيمية تتأثر بإشارات الخلايا ، بالإضافة إلى توفير الطاقة للجسم. [ 11 ] فعلى سبيل المثال، يلعب الليوسين دورًا هامًا في تنظيم استقلاب البروتين وكبح الشهية. [ 12 ] وتُستخدم كميات صغيرة من الأحماض الدهنية الأساسية ، وهي مكونات لبعض الدهون التي لا يستطيع الجسم البشري تصنيعها، (وهي ضرورية) لعمليات كيميائية حيوية أخرى.

المحتويات التقريبية للطاقة الغذائية لمختلف مكونات النظام الغذائي البشري، والتي سيتم استخدامها في وضع العلامات على العبوات وفقًا للوائح الاتحاد الأوروبي [ 13 ] ولوائح المملكة المتحدة [ 14 ] هي:

مكون غذائيكثافة الطاقة
كيلوجول/غرامكيلو كالوري/غرام
سمين379
الإيثانول297
البروتينات174
الكربوهيدرات174
الأحماض العضوية133
البوليولات ( كحولات السكر ، المحليات ) (1)102.4
الألياف (2)82

(1) بعض البوليولات، مثل الإريثريتول ، لا يتم هضمها ويجب استبعادها من الحساب.

(2) هذا البند موجود في لوائح الاتحاد الأوروبي لعام 2008، [ 13 ] ولكنه غير موجود في لوائح المملكة المتحدة، والتي تنص على عدم احتساب الألياف. [ 14 ]

وقد نشرت العديد من المنظمات جداول أكثر تفصيلاً لأنواع محددة من الأطعمة، مثل منظمة الأغذية والزراعة التابعة للأمم المتحدة التي نشرت أيضاً جدولاً مماثلاً. [ 3 ]

أما المكونات الأخرى للنظام الغذائي البشري فهي إما غير سعرية، أو يتم استهلاكها عادة بكميات صغيرة لدرجة أنه يمكن إهمالها.

استخدام الطاقة في جسم الإنسان

يستخدم جسم الإنسان الطاقة الغذائية التي يتم الحصول عليها فعلياً عن طريق التنفس لأغراض متعددة، تشمل عمليات الأيض الأساسية لمختلف الأعضاء والأنسجة، والحفاظ على درجة حرارة الجسم الداخلية ، وبذل القوة العضلية للحفاظ على وضعية الجسم وتحريكه. ويُستخدم حوالي 20% منها في عمليات الأيض في الدماغ. [ 3 ]

تعتمد كفاءة تحويل الطاقة الناتجة عن التنفس إلى طاقة عضلية (بدنية) على نوع الغذاء ونوع استخدام الطاقة البدنية (مثل العضلات المستخدمة، وما إذا كانت العضلة تعمل هوائياً أم لا هوائياً ). عموماً، تُعتبر كفاءة العضلات منخفضة نسبياً: إذ لا يُحوّل سوى 18 إلى 26% من الطاقة المتاحة من التنفس إلى طاقة ميكانيكية. [ 15 ] ويعود هذا الانخفاض في الكفاءة إلى كفاءة توليد الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) من تنفس الغذاء، والتي تبلغ حوالي 40%، بالإضافة إلى الفاقد في تحويل طاقة ATP إلى عمل ميكانيكي داخل العضلة، والفاقد الميكانيكي داخل الجسم. ويعتمد هذان النوعان الأخيران من الفاقد على نوع التمرين ونوع ألياف العضلات المستخدمة (سريعة الانقباض أو بطيئة الانقباض). عند كفاءة إجمالية تبلغ 20%، يُعادل واط واحد من الطاقة الميكانيكية 18 كيلوجول/ساعة (4.3 كيلوكالوري/ساعة) . على سبيل المثال، تُظهر إحدى الشركات المصنعة لمعدات التجديف أن السعرات الحرارية المنبعثة من "حرق" الطعام تعادل أربعة أضعاف الجهد الميكانيكي الفعلي، بالإضافة إلى 1300 كيلوجول (300 سعر حراري) في الساعة، [ 16 ] وهو ما يعادل كفاءة بنسبة 20% تقريبًا عند قدرة ميكانيكية تبلغ 250 واط. وقد يستغرق الأمر ما يصل إلى 20 ساعة من الجهد البدني الخفيف (كالمشي مثلاً) "لحرق" 17000 كيلوجول (4000 سعر حراري) [ 17 ] أكثر مما يستهلكه الجسم في الأحوال العادية. وللمقارنة، يُعادل كل كيلوغرام من دهون الجسم تقريبًا 32300 كيلوجول من طاقة الطعام (أي 3500 سعر حراري لكل رطل أو 7700 سعر حراري لكل كيلوغرام ). [ 18 ]      

نشرت العديد من الدول والمنظمات الصحية توصيات بشأن المستويات الصحية للاستهلاك اليومي من الطاقة الغذائية. فعلى سبيل المثال، تُقدّر حكومة الولايات المتحدة الأمريكية احتياجات النساء والرجال، الذين تتراوح أعمارهم بين 26 و45 عامًا، من الطاقة بـ 8400 و10900 كيلوجول (2000 و2600 سعرة حرارية) على التوالي ، إذا كان نشاطهم البدني الإجمالي يعادل المشي لمسافة تتراوح بين 2.5 و5 كيلومترات ( 1.5 إلى 3 أميال ) يوميًا، بالإضافة إلى نمط حياتهم الخامل. وتُشير هذه التقديرات إلى امرأة نموذجية يبلغ طولها 1.63 متر (5 أقدام و4 بوصات) ووزنها 57 كيلوغرامًا (126 رطلًا) ، ورجل نموذجي يبلغ طوله 1.78 متر (5 أقدام و10 بوصات) ووزنه 70 كيلوغرامًا (154 رطلًا) . [ 19 ] نظرًا لاختلاف الاحتياجات من السعرات الحرارية باختلاف الطول والنشاط والعمر وحالة الحمل وعوامل أخرى، أنشأت وزارة الزراعة الأمريكية حاسبة المدخول المرجعي الغذائي (DRI) للعاملين في مجال الرعاية الصحية لتحديد الاحتياجات الفردية من السعرات الحرارية. [ 20 ] [ 21 ]              

بحسب منظمة الأغذية والزراعة التابعة للأمم المتحدة ، يبلغ متوسط ​​الحد الأدنى من احتياجات الطاقة للفرد يومياً حوالي 7500 كيلوجول (1800 سعر حراري) . [ 22 ] ورغم التغيرات التي طرأت على الولايات المتحدة مع مرور الوقت نتيجة النمو السكاني وزيادة استهلاك الأطعمة المصنعة أو الأطعمة بشكل عام، فإن الأمريكيين اليوم يحصلون على نفس مستوى السعرات الحرارية تقريباً الذي كان يحصل عليه الجيل الأكبر سناً.  

يحتاج كبار السن ومن يتبعون أنماط حياة خاملة إلى طاقة أقل، بينما يحتاج الأطفال والأشخاص النشطون بدنياً إلى طاقة أكبر. وإدراكاً لهذه العوامل، يوصي المجلس الوطني الأسترالي للصحة والبحوث الطبية باستهلاك كميات مختلفة من الطاقة يومياً لكل فئة عمرية وجنسية. [ 23 ] ومع ذلك، توصي ملصقات التغذية على المنتجات الغذائية الأسترالية عادةً بمتوسط ​​استهلاك يومي للطاقة يبلغ 8800 كيلوجول (2100 سعر حراري) .  

كما أن الحد الأدنى من استهلاك الطاقة الغذائية يكون أعلى في البيئات الباردة. وقد ارتبط ازدياد النشاط الذهني بزيادة معتدلة في استهلاك طاقة الدماغ . [ 24 ]

ملصقات المعلومات الغذائية

ملصق المعلومات الغذائية على عبوة أرز بسمتي في المملكة المتحدة

تُلزم العديد من الحكومات مُصنّعي الأغذية بوضع ملصقات توضح محتوى الطاقة في منتجاتهم لمساعدة المستهلكين على التحكم في استهلاكهم للطاقة. ولتسهيل عملية التقييم من قِبل المستهلكين، تُذكر قيم الطاقة الغذائية (وغيرها من الخصائص الغذائية) في ملصقات العبوات أو الجداول عادةً لكميات مناسبة من الطعام، بدلاً من ذكرها لكل غرام أو كيلوغرام؛ مثل "السعرات الحرارية لكل حصة" أو "كيلو كالوري لكل 100  غرام" أو "كيلو جول لكل عبوة". وتختلف وحدات القياس باختلاف البلدان.

دولةالوحدة الإلزامية (الرمز)الوحدة الثانية (الرمز)الاستخدام الشائع
الولايات المتحدةالسعرات الحرارية (كالوري) [ 25 ]كيلوجول (كيلو جول)، اختياري [ 25 ]سعر حراري (سعر حراري) [ 26 ]
كنداسعرة حرارية (كالوري)كيلوجول (kJ)، اختياريسعرة حرارية (كال)
أستراليا ونيوزيلندا​كيلوجول (kJ) [ 27 ] [ 28 ]كيلو كالوري (kcal)، اختياري [ 27 ] [ 28 ]أستراليا: كيلو كالوري (kcal)
المملكة المتحدةكيلو جول [ 14 ]سعرات حرارية، إلزامي [ 14 ]
الاتحاد الأوروبيكيلوجول (kJ) [ 29 ]كيلو كالوري (كيلو كالوري)، إلزامي [ 29 ]
البرازيلالسعرات الحرارية أو الكيلو كالوريا (كيلو كالوري) [ 30 ]سعرات حرارية

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 أليسون مارش (2020): " كيف أصبح حساب السعرات الحرارية علمًا: حددت أجهزة قياس السعرات الحرارية القيمة الغذائية للطعام وإنتاج مولدات البخار. مؤرشف في 21 يناير 2022 على موقع Wayback Machine ". مقال منشور على الإنترنت في IEEE Spectrum ، مؤرشف في 20 يناير 2022 على موقع Wayback Machine ، بتاريخ 29 ديسمبر 2020. تم الاطلاع عليه في 20 يناير 2022.
  2. ↑ روس، ك.أ. (2000ج) الطاقة والوقود، في ليتلدايك م.، روس ك.أ. ولاكين إ. (محررون)، المعرفة العلمية والبيئة. لندن: دار نشر ديفيد فولتون.
  3. ١ ٢ ٣ منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة (٢٠٠٣): " ورقة منظمة الأغذية والزراعة للأغذية والتغذية رقم ٧٧: طاقة الغذاء - طرق التحليل ومعاملات التحويل. مؤرشفة بتاريخ ٢٠١٠-٠٥-٢٤ في أرشيف الإنترنت ". تم الاطلاع عليها بتاريخ ٢١ يناير ٢٠٢٢.
  4. ↑ "الجدول 7: وضع العلامات الغذائية" . Legislation.gov.uk . الأرشيف الوطني. 1 يوليو 1996. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 ديسمبر 2019 .
  5. ↑ أدريان يوديم (2021): " السعرات الحرارية مؤرشفة بتاريخ 4 أغسطس 2013 في أرشيف الإنترنت ". مقال منشور في النسخة الإلكترونية من دليل ميرك الطبي ، بتاريخ ديسمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2022.
  6. ↑ "القيمة الغذائية لبعض الأطعمة الشائعة" (ملف PDF) . وزارة الصحة الكندية، صفحة 4. 1997. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يناير 2015 .
  7. ↑ "كيف يحسب مصنّعو الأغذية عدد السعرات الحرارية في الأطعمة المعلبة؟" . مجلة ساينتفك أمريكان . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 سبتمبر 2017 .
  8. ↑ "لماذا ملصقات الطعام خاطئة" مؤرشف في 13-11-2011 في Wayback Machine بقلم بيجال تريفيدي، نيو ساينتست ، 18 يوليو 2009، ص 30-3.
  9. ↑ أنابيل ميريل؛ بيرنيس وات (1973). القيم الطاقية للأغذية ... الأساس والاشتقاق (ملف PDF) . وزارة الزراعة الأمريكية. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 22 نوفمبر 2016.
  10. ↑ "الكربوهيدرات، البروتينات، التغذية" . دليل ميرك .
  11. ↑ جيفري إس إف (2006). "تنظيم توازن الطاقة: الركيزة ترد الصاع صاعين". مجلة ساينس : 861-864 .
  12. ↑ غارليك، بي جيه. دور الليوسين في تنظيم استقلاب البروتين. مجلة التغذية، 2005. 135(6): 1553S–6S.
  13. 1 2 "توجيه المجلس 90/496/EEC الصادر في 24 سبتمبر 1990 بشأن وضع العلامات الغذائية على المواد الغذائية" . مؤرشف من الأصل في 3 أكتوبر 2011. تم الاطلاع عليه في 18 مارس 2010 .
  14. ١ ٢ ٣ ٤ المملكة المتحدة لوائح وضع العلامات الغذائية لعام ١٩٩٦ مؤرشفة بتاريخ ٢٠١٣-٠٩-٢١ في Wayback Machine – الجدول ٧: وضع العلامات الغذائية مؤرشفة بتاريخ ٢٠١٣-٠٣-١٧ في Wayback Machine
  15. ↑ ستيفن سيلر، الكفاءة والاقتصاد وأداء التحمل مؤرشف في 2007-12-21 في Wayback Machine (1996، 2005).
  16. ↑ جهاز التجديف Concept II، دليل المستخدم مؤرشف بتاريخ 2010-12-26 في Wayback Machine (1993).
  17. ↑ جايتون إيه سي، هول جيه إي كتاب علم وظائف الأعضاء الطبية، الطبعة الحادية عشرة، ص 887، إلسيفير سوندرز، 2006.
  18. ↑ ويشنوفسكي، م. المكافئات الحرارية للوزن المكتسب أو المفقود. المجلة الأمريكية للتغذية السريرية، (1958).
  19. ↑ المعاهد الوطنية للصحة في الولايات المتحدة (2015): " الإرشادات الغذائية " مؤرشفة بتاريخ 2016-03-01 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine )
  20. ↑ "الإرشادات الغذائية للأمريكيين 2020-2025" (ملف PDF) . dietguidelines.gov . وزارة الزراعة الأمريكية ووزارة الصحة والخدمات الإنسانية. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 14 مايو 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مايو 2022 .
  21. ↑ "حاسبة الكمية المرجعية الغذائية للعاملين في مجال الرعاية الصحية" . usda.gov . وزارة الزراعة الأمريكية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مايو 2022 .
  22. ↑ منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة (2014): " الجوع " مؤرشف في 20 ديسمبر 2009 على موقع Wayback Machine . تم الاطلاع عليه في 27 سبتمبر 2014
  23. ↑ "الطاقة الغذائية" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 سبتمبر 2014 .
  24. ↑ تقييم فرضية الجهد العقلي للارتباطات بين استقلاب القشرة الدماغية والذكاء. مؤرشف في 2012-10-23 في Wayback Machine ، الذكاء، المجلد 21، العدد 3، نوفمبر 1995، الصفحات 267-278 (12)، 1995.
  25. 1 2 حكومة الولايات المتحدة الفيدرالية (1977)، " قانون اللوائح الفيدرالية - الجزء 101 - وضع العلامات على الأغذية مؤرشف في 2022-01-21 في Wayback Machine "، من السجل الفيدرالي 14308، 15 مارس 1977.
  26. ↑ إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (2019): " السعرات الحرارية في قائمة الطعام - معلومات مؤرشفة بتاريخ 20 يناير 2022 على موقع Wayback Machine ". وثيقة إلكترونية على موقع إدارة الغذاء والدواء ، مؤرشفة بتاريخ 15 سبتمبر 2013 على موقع Wayback Machine ، بتاريخ 5 أغسطس 2019. تم الاطلاع عليها بتاريخ 20 يناير 2022.
  27. ١ ٢ الصحة. "قانون معايير الغذاء الأسترالي النيوزيلندي - المعيار ١.٢.٨ - متطلبات المعلومات الغذائية" . www.legislation.gov.au . تاريخ الاطلاع: ٢٩ مايو ٢٠٢٠ .
  28. 1 2 "ما الفرق بين السعرة الحرارية والكيلوجول؟" وزارة الصحة في كوينزلاند . 21 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 مايو 2020 .
  29. 1 2 البرلمان الأوروبي (2011): " اللائحة (الاتحاد الأوروبي) رقم 1169/2011 مؤرشفة في 11 يناير 2022 على موقع Wayback Machine " الوثيقة 02011R1169-20180101
  30. ↑ Ministério da Saúde، البرازيل (2020): " Instrução Normativa N° 75 - Estabelece os requisitos técnicos para declaração da rotulagem nutricional nos alimentos embalados أرشفة 2022-01-21 في آلة Wayback. "، بتاريخ 2020-10-08، منشور في Diário Oficial da الاتحاد بتاريخ 2020-10-09، الصفحة 113.