System wodny

System Atwatera , nazwany na cześć Wilbura Olina Atwatera , lub pochodne tego systemu, służą do obliczania dostępnej energii pokarmów . System został opracowany w dużej mierze na podstawie eksperymentalnych badań Atwatera i jego współpracowników w drugiej połowie XIX wieku i wczesnych latach XX wieku na Wesleyan University w Middletown, Connecticut . Jego użycie było często przyczyną sporów, ale zaproponowano niewiele alternatyw. Podobnie jak w przypadku obliczania białka z całkowitego azotu, system Atwatera jest konwencją, a jego ograniczenia można dostrzec w jego wyprowadzeniu.

Pochodzenie

Dostępna energia (używana przez Atwater) jest równoważna współczesnemu użyciu terminu energia metaboliczna (ME).

$${\ Displaystyle {\ tekst {energia metaboliczna}} = \ lewo ({\ tekst {energia brutto w żywności}} \ prawej) - \ lewo ({\ tekst {energia utracona w kale, moczu, wydzielinach i gazach}} \ right ).}$$

W większości badań na ludziach straty w wydzielinach i gazach są ignorowane. Energia brutto (GE) żywności mierzona kalorymetrią bombową jest równa sumie ciepła spalania składników – białka (GE _p ), tłuszczu (GE _f ) i węglowodanów (GE _cho ) (różnica) w układzie bliższym.

$${\ Displaystyle {GE} = {{GE} _ {p} + {GE} _ {f} + {GE} _ {cho}} \, }$$

Atwater w ten sam sposób rozważał wartość energetyczną kału.

$$Displaystyle {GE} ^ {F} = {{GE} _ {p} ^ {F} + {GE} _$$

Mierząc współczynniki dostępności lub we współczesnej terminologii pozornej strawności, Atwater opracował system obliczania strat energii w kale.

$$\ Displaystyle {\ tekst {energia strawna}} = {{GE} _ {p} (D_{p})}+{{GE}_{f}(D_{f})}+{{GE}_{cho}(D_{cho})}\,}$$

gdzie D _p , D _f i D _cho są odpowiednio współczynnikami strawności białka, tłuszczu i węglowodanów obliczonymi jako

$${\ Displaystyle {\ Frac {{\ tekst {spożycie}} - {\ tekst {wydalanie z kałem}}} {\ tekst {spożycie}}}}$$

dla danego składnika.

Straty z moczem obliczono ze stosunku energii do azotu w moczu. Eksperymentalnie było to 7,9 kcal/g (33 kJ/g) azotu w moczu, a zatem jego równanie na energię metaboliczną stało się

$$Displaystyle {ME} = \ lewo ({GE} _ {p} - {\$$

Wartości energetyczne brutto

Atwater zebrał wartości z literatury, a także zmierzył ciepło spalania białek, tłuszczów i węglowodanów. Różnią się one nieznacznie w zależności od źródeł i wartości ważonych pochodzących od Atwatera dla ciepła spalania brutto białka, tłuszczu i węglowodanów w typowej diecie mieszanej tamtych czasów. Argumentowano, że te ważone wartości są nieważne dla poszczególnych produktów spożywczych i diet, których skład pod względem środków spożywczych różni się od tych spożywanych w Stanach Zjednoczonych na początku XX wieku.

Pozorne współczynniki strawności

Atwater zmierzył dużą liczbę współczynników strawności dla prostych mieszanek, aw eksperymentach z substytucją wyprowadził wartości dla poszczególnych pokarmów. Połączył je w sposób ważony, aby uzyskać wartości dla diet mieszanych. Kiedy zostały one przetestowane eksperymentalnie z mieszanymi dietami, nie dały dobrych prognoz, a Atwater dostosował współczynniki dla diet mieszanych.

Korekta moczu

Stosunek energia/azot w moczu wykazuje znaczną zmienność, a energia/materia organiczna jest mniej zmienna, ale wartość energia/azot zapewniła Atwater praktyczne podejście, chociaż spowodowało to pewne zamieszanie i dotyczy tylko osób z bilansem azotowym.

Zmodyfikowany układ

Opierając się na pracy Atwatera, powszechną praktyką stało się obliczanie wartości energetycznej żywności przy użyciu 4 kcal/g dla węglowodanów i białek oraz 9 kcal/g dla lipidów . System został później udoskonalony przez Annabel Merrill i Bernice Watt z USDA , którzy opracowali system, w którym zaproponowano określone współczynniki konwersji kalorii dla różnych produktów spożywczych. Uwzględnia to fakt, że po pierwsze wartość energetyczna brutto białka, tłuszczów i węglowodanów z różnych źródeł żywności jest różna, a po drugie pozorna strawność składników różnych pokarmów jest różna.

System ten polega na pomiarze ciepła spalania szerokiej gamy wyizolowanych białek, tłuszczów i węglowodanów. Zależy to również od danych z badań strawności, w których poszczególne pokarmy zostały zastąpione podstawowymi dietami w celu zmierzenia pozornych współczynników strawności tych pokarmów. Podejście to opiera się na założeniu, że w jelicie nie występują żadne interakcje między pokarmami w mieszaninie, a z praktycznego punktu widzenia takie badania na ludziach są trudne do kontrolowania z wymaganą dokładnością.

Założenia oparte na zróżnicowaniu wykorzystania węglowodanów i wpływie błonnika pokarmowego

Podejście oparte na węglowodanach według różnicy stwarza kilka problemów. Po pierwsze, nie rozróżnia cukrów, skrobi i węglowodanów niedostępnych (pasza objętościowa, czyli „ błonnik pokarmowy ”).

Wpływa to najpierw na energię brutto przypisaną węglowodanom — sacharoza ma ciepło spalania 3,95 kcal/g (16,53 kJ/g), a skrobia 4,15 kcal/g (17,36 kJ/g).

Po drugie, nie uwzględnia faktu, że cukry i skrobia są praktycznie całkowicie trawione i wchłaniane, a tym samym dostarczają energii metabolicznej równoważnej z ciepłem ich spalania.

Niedostępne węglowodany (błonnik pokarmowy) są w różnym stopniu rozkładane w jelicie grubym. Produktami tego rozkładu mikrobiologicznego są kwasy tłuszczowe, CO2 ₍ dwutlenek węgla), metan i wodór. Kwasy tłuszczowe (octany, maślany i propioniany) są wchłaniane w jelicie grubym i dostarczają energii metabolizowanej. Stopień degradacji zależy od źródła pochodzenia błonnika pokarmowego (jego składu i stanu podziału) oraz od osobnika spożywającego błonnik pokarmowy. Nie ma wystarczających danych, aby dać jednoznaczne wytyczne dotyczące energii dostępnej z tego źródła.

Wreszcie błonnik pokarmowy wpływa na utratę azotu i tłuszczu z kałem. Nie jest jasne, czy zwiększona utrata tłuszczu wynika z wpływu na wchłanianie w jelicie cienkim. Zwiększone straty azotu z kałem w przypadku diet bogatych w błonnik są prawdopodobnie spowodowane zwiększoną zawartością azotu bakteryjnego w kale. Oba te efekty prowadzą jednak do obniżenia pozornej strawności, dlatego system Atwater gwarantuje niewielkie zmiany właściwych współczynników konwersji energii dla tych diet.

Teoretyczne i praktyczne rozważania dotyczące obliczania wartości energetycznych

Zmiany ciepła spalania składników żywności

Białka

Eksperymentalne dowody na wielkość tej zmienności są bardzo ograniczone, ale ponieważ ciepło spalania poszczególnych aminokwasów jest różne, uzasadnione jest oczekiwanie różnic między różnymi białkami. Odnotowano obserwowany zakres od 5,48 dla konglutyny (z łubinu niebieskiego) do 5,92 dla hordeiny (jęczmień), co porównuje się z zakresem Atwatersa wynoszącym od 5,27 dla żelatyny do 5,95 dla glutenu pszennego. Trudno jest obliczyć oczekiwane wartości białka na podstawie danych dotyczących aminokwasów, ponieważ niektóre rodzaje ciepła spalania nie są dokładnie znane. Wstępne obliczenia mleka krowiego sugerują wartość około 5,5 kcal/g (23,0 kJ/g).

Tłuszcze

Analogicznie, dowody eksperymentalne są ograniczone, ale ponieważ kwasy tłuszczowe różnią się ciepłem spalania, należy oczekiwać, że tłuszcze będą różnić się ciepłem spalania. Różnice te są jednak stosunkowo niewielkie – na przykład tłuszcz mleka kobiecego ma obliczone ciepło spalania 9,37 kcal/g (39,2 kJ/g) w porównaniu z tłuszczem mleka krowiego 9,19 kcal/g (38,5 kJ/g). .

Węglowodany

Monosacharydy mają ciepło spalania około 3,75 kcal/g (15,7 kJ/g), disacharydy 3,95 kcal/g (16,5 kJ/g), a polisacharydy 4,15 do 4,20 kcal/g (17,4 do 17,6 kJ/g). Ciepło hydrolizy jest bardzo małe, a wartości te są zasadniczo równoważne, gdy oblicza się je w przeliczeniu na monosacharydy. Tak więc 100 g sacharozy daje po hydrolizie 105,6 g monosacharydu, a 100 g skrobi daje po hydrolizie 110 g glukozy.

Pozorne współczynniki strawności

Przewód pokarmowy człowieka jest bardzo wydajnym narządem, a wydalanie substancji azotowych i tłuszczów z kałem stanowi niewielką część (zwykle mniej niż 10%) spożycia. Atwater uznał, że wydalanie z kałem było złożoną mieszaniną niewchłoniętych wydzielin jelitowych, materiału bakteryjnego i metabolitów, złuszczonych komórek błony śluzowej, śluzu i tylko w niewielkim stopniu niewchłoniętych składników pokarmowych. To może być jeden z powodów, dla których wybrał raczej dostępność niż strawność . Jego zdaniem te składniki kału były naprawdę niedostępne i że jego pozorne lekceważenie natury wydalania kału było uzasadnione w kontekście praktycznym.

Stosunek $przybliżeniu$ wszędzie tam, gdzie wydalanie z kałem jest małe, będzie w do jedności, a zatem współczynniki te mają niską wariancję i mają wygląd stałych. Jest to fałszywe, ponieważ wydalanie z kałem jest zmienne nawet przy stałej diecie i nie ma dowodów sugerujących, że wydalanie z kałem jest w rzeczywistości związane ze spożyciem w sposób sugerowany przez te współczynniki.

Praktyczne względy w obliczaniu wartości energetycznej żywności i diet

Obliczenie wartości energii należy traktować jako alternatywę dla bezpośredniego pomiaru, a zatem może być związane z pewną niedokładnością w porównaniu z bezpośrednią oceną. Nieścisłości te wynikają z kilku powodów

• Różnice w składzie żywności : Żywność jest mieszanką biologiczną i jako taka wykazuje znaczne różnice w składzie, szczególnie pod względem zawartości wody i tłuszczu. Oznacza to, że wartości składu podane dla reprezentatywnych próbek żywności w tabelach składu żywności niekoniecznie odnoszą się do poszczególnych próbek żywności. W badaniach, w których wymagana jest duża dokładność, należy przeanalizować próbki spożywanej żywności.
• Pomiary spożycia pokarmu: Przy szacowaniu spożycia energii wykonuje się pomiary spożycia pokarmu, a wiadomo, że są one obarczone znaczną niepewnością. Nawet w badaniach prowadzonych pod bardzo ścisłą kontrolą błędy w ważeniu poszczególnych artykułów spożywczych rzadko kiedy są mniejsze niż ±5%. Dlatego przy ocenie procedur obliczania spożycia energii należy zachować pewien stopień pragmatyzmu, a wielu autorów przypisuje większą dokładność cytowanym obliczonym poborom energii, niż jest to uzasadnione.
• Indywidualne zróżnicowanie: We wszystkich badaniach na ludziach obserwuje się zróżnicowanie osobników, a w większości obliczeń nie uwzględnia się tych różnic.

Teoretyczne i fizjologiczne zastrzeżenia do założeń tkwiących w systemie Atwatera prawdopodobnie spowodują błędy znacznie mniejsze niż te praktyczne. Współczynniki konwersji pochodzą z badań eksperymentalnych z małymi niemowlętami, ale dały one wartości poboru energii metabolicznej, które były nieznacznie różne od tych uzyskanych przez bezpośrednie zastosowanie zmodyfikowanych współczynników Atwatera.

Zobacz też

• Energia żywności
• Kalorymetr

Dalsza lektura

• Departament Rolnictwa USA - Serwis Badań Rolniczych : Założenie amerykańskiej nauki o żywieniu - Wilbur Olin Atwater