Водная система - Atwater system

В Водная система,^[1] названный в честь Уилбур Олин Этуотер, либо производные от этой системы используются для расчета доступных энергия пищи. Система была разработана в основном на основе экспериментальных исследований Этуотера и его коллег в конце 19 века и в начале 20 века. Уэслианский университет в Мидлтаун, Коннектикут. Его использование часто было причиной споров, но реальных альтернатив предложено не было. Как и в случае расчета белка из общего азота, система Этуотера является условной, и ее ограничения можно увидеть в ее выводе.

Вывод

Доступная энергия (как используется Atwater) эквивалентна современному использованию термина метаболическая энергия (МЕНЯ).

$${displaystyle { ext{Metabolisable Energy}}=left({ ext{Gross Energy in Food}}ight)-left({ ext{Energy lost in Faeces, Urine, Secretions and Gases}}ight).}$$

В большинстве исследований на людях не учитываются потери секрета и газов. Общая энергия (ГЭ) пищи, измеряемая бомбить калориметрия равна сумме теплота сгорания компонентов - белок (GE_п), жир (GE_ж) и углевод (GE_чо) (по разнице) в уточненной системе.

$${displaystyle {GE}={{GE}_{p}+{GE}_{f}+{GE}_{cho}},}$$

Таким же образом Этуотер считал энергетическую ценность кала.

$${displaystyle {GE}^{F}={{GE}_{p}^{F}+{GE}_{f}^{F}+{GE}_{cho}^{F}},}$$

Измеряя коэффициенты доступности или в современной терминологии очевидная усвояемость, Этуотер разработал систему для расчета фекальных потерь энергии.

$${displaystyle { ext{Digestible energy}}={{GE}_{p}(D_{p})}+{{GE}_{f}(D_{f})}+{{GE}_{cho}(D_{cho})},}$$

где D_п, D_ж, и D_чо - коэффициенты перевариваемости белков, жиров и углеводов соответственно, рассчитанные как

$${displaystyle {frac {{ ext{intake}}-{ ext{faecal excretion}}}{ ext{intake}}}}$$

для рассматриваемого компонента.

Потери с мочой рассчитывались по соотношению энергии и азота в моче. Экспериментально это было 7,9 ккал / г (33 кДж / г) азота в моче, и, таким образом, его уравнение для метаболической энергии стало

$${displaystyle {ME}=left({GE}_{p}-{frac {7.9}{6.25}}ight)D_{p}+{GE}_{f}D_{f}+{GE}_{cho}D_{cho},}$$

Значения валовой энергии

Атвотер собрал данные из литературы, а также измерил теплоту сгорания белков, жиров и углеводов. Они незначительно различаются в зависимости от источников и полученных Этуотером взвешенных значений общей теплоты сгорания белков, жиров и углеводов в типичной смешанной диете того времени. Утверждалось, что эти взвешенные значения недействительны для отдельных продуктов и диет, состав которых с точки зрения пищевых продуктов отличается от продуктов, которые ели в США в начале 20 века.

Коэффициенты кажущейся перевариваемости

Этуотер измерил большое количество коэффициентов перевариваемости простых смесей, а в экспериментах по замещению получил значения для отдельных пищевых продуктов. Он объединил их взвешенным образом, чтобы получить значения для смешанных диет. Когда они были протестированы экспериментально со смешанными диетами, они не дали хорошего прогноза, и Этуотер скорректировал коэффициенты для смешанных диет.

Коррекция мочеиспускания

Соотношение энергия / азот в моче значительно варьируется, а соотношение энергия / органическое вещество менее изменчиво, но соотношение энергия / азот обеспечило Atwater работоспособным подходом, хотя это вызвало некоторую путаницу и применимо только для субъектов с азотным балансом.

Модифицированная система

Основываясь на работе Этуотера, стало обычной практикой рассчитывать энергетическую ценность пищевых продуктов, используя 4 ккал / г для углеводов и белков и 9 ккал / г для липиды.^[2] Позднее система была улучшена Аннабель Меррилл и Бернис Ватт из USDA, который разработал систему, в которой были предложены конкретные коэффициенты преобразования калорий для различных продуктов.^[3] При этом учитывается тот факт, что, во-первых, валовая энергетическая ценность белков, жиров и углеводов из разных источников пищи различается, а во-вторых, очевидная усвояемость компонентов разных продуктов питания различается.

Эта система основана на измерении теплоты сгорания широкого диапазона изолированных белков, жиров и углеводов. Это также зависит от данных исследований усвояемости, в которых отдельные продукты питания были заменены базовыми диетами, чтобы измерить очевидные коэффициенты усвояемости этих продуктов. Этот подход основан на предположении, что в кишечнике отсутствуют взаимодействия между продуктами в смеси, и с практической точки зрения такие исследования на людях трудно контролировать с необходимой точностью.

Предположения, основанные на использовании углеводов по разнице и влиянии пищевых волокон

Подход, основанный на разнице углеводов, представляет несколько проблем. Во-первых, он не делает различий между сахарами, крахмалом и недоступными углеводами (грубыми кормами или "пищевые волокна ").

Это в первую очередь влияет на общую энергию, которая присваивается углеводам - ​​сахароза имеет теплоту сгорания 3,95 ккал / г (16,53 кДж / г), а крахмал 4,15 ккал / г (17,36 кДж / г).

Во-вторых, это не обеспечивает того факта, что сахара и крахмал практически полностью перевариваются и абсорбируются и, таким образом, обеспечивают метаболическую энергию, эквивалентную теплоте их сгорания.

Недоступные углеводы (пищевые волокна) в различной степени расщепляются в толстой кишке. Продуктами этого микробного пищеварения являются жирные кислоты CO.₂ (диоксид углерода), метан и водород. Жирные кислоты (ацетат, бутират и пропионат) всасываются в толстом кишечнике и обеспечивают некоторую метаболическую энергию. Степень разложения зависит от источника пищевых волокон (их состава и степени разделения) и человека, потребляющего пищевые волокна. Недостаточно данных, чтобы дать четкое представление об энергии, доступной из этого источника.

Наконец, пищевые волокна влияют на потерю азота и жира с фекалиями. Неясно, вызвана ли повышенная потеря жира влиянием на абсорбцию в тонком кишечнике. Повышенные потери азота с фекалиями при рационе с высоким содержанием клетчатки, вероятно, связаны с повышенным содержанием азота в фекалиях. Однако оба этих эффекта приводят к снижению очевидной усвояемости, и поэтому система Atwater гарантирует небольшие изменения в надлежащих коэффициентах преобразования энергии для этих диет.

Теоретические и практические соображения, касающиеся расчета значений энергии

Вариации теплоты сгорания пищевых компонентов

Белки

Экспериментальные свидетельства величины этой вариации очень ограничены, но, поскольку теплота сгорания отдельных аминокислот различна, разумно ожидать вариаций между разными белками. Сообщалось о наблюдаемом диапазоне от 5,48 для конглютина (от синего люпина) до 5,92 для Hordein (ячмень), что сравнимо с диапазоном Atwaters от 5,27 для желатина до 5,95 для глютена пшеницы. Трудно рассчитать ожидаемые значения для белка по аминокислотным данным, поскольку некоторые значения теплоты сгорания неизвестны точно. Предварительные расчеты для коровьего молока предполагают значение около 5,5 ккал / г (23,0 кДж / г).

Жиры

Аналогичным образом экспериментальные данные ограничены, но поскольку жирные кислоты различаются по теплоте сгорания, следует ожидать, что жиры будут различаться по теплоте сгорания. Эти различия, однако, относительно невелики - например, жир грудного молока имеет расчетную теплоту сгорания 9,37 ккал / г (39,2 кДж / г) по сравнению с жиром коровьего молока 9,19 ккал / г (38,5 кДж / г). .

Углеводов

Моносахариды имеют теплоту сгорания около 3,75 ккал / г (15,7 кДж / г), дисахариды 3,95 ккал / г (16,5 кДж / г) и полисахариды от 4,15 до 4,20 ккал / г (от 17,4 до 17,6 кДж / г). Теплота гидролиза очень мала, и эти значения практически эквивалентны при расчете на основе моносахаридов. Таким образом, 100 г сахарозы дает при гидролизе 105,6 г моносахарида, а 100 г крахмала дает при гидролизе 110 г глюкозы.

Коэффициенты кажущейся перевариваемости

Пищеварительный тракт человека - очень эффективный орган, и выведение азотистых веществ и жиров с фекалиями составляет небольшую часть (обычно менее 10%) от поступления. Этуотер признал, что фекальные выделения представляют собой сложную смесь неабсорбированных кишечных секретов, бактериального материала и метаболитов, отшелушенных клеток слизистой оболочки, слизи и лишь в небольшой степени неабсорбированных пищевых компонентов. Возможно, это одна из причин, по которой он решил использовать доступность скорее, чем усвояемость. Он считал, что эти фекальные компоненты действительно недоступны и что его очевидное игнорирование природы фекальных выделений было оправдано в практическом контексте.

Соотношение ${displaystyle {frac {{ ext{intake}}-{ ext{faecal excretion}}}{ ext{intake}}},}$ везде, где экскреция с фекалиями небольшая, будет приближаться к единице и, следовательно, эти коэффициенты имеют низкую дисперсию и имеют вид констант. Это ложно, поскольку экскреция с фекалиями варьируется даже при постоянной диете, и нет никаких доказательств того, что экскреция с фекалиями на самом деле связана с потреблением так, как это подразумевается этими коэффициентами.

Практические соображения при расчетах энергетической ценности продуктов и диет

Расчет значений энергии следует рассматривать как альтернативу прямому измерению и, следовательно, может быть связан с некоторой неточностью по сравнению с прямой оценкой. Эти неточности возникают по ряду причин.

• Вариации в пищевой состав: Пищевые продукты представляют собой биологические смеси и поэтому имеют значительные различия в составе, особенно в отношении содержания воды и жира. Это означает, что значения состава, указанные для репрезентативных образцов пищевых продуктов в таблицы состава продуктов питания не обязательно относиться к отдельным образцам пищевых продуктов. В исследованиях, где требуется большая точность, необходимо анализировать образцы потребляемой пищи.
• Измерения потребления пищи: при оценке потребления энергии производятся измерения потребления пищи, которые, как известно, подвержены значительной неопределенности. Даже в исследованиях под очень тщательным наблюдением ошибки при взвешивании отдельных пищевых продуктов редко составляют менее ± 5%. Поэтому при оценке процедур расчета потребляемой энергии необходимо проявлять определенную степень прагматизма, и многие авторы приписывают указанным расчетным потребляемым энергиям большую точность, чем это оправдано.
• Индивидуальные вариации: вариации у людей наблюдаются во всех исследованиях на людях, и эти вариации не допускаются в большинстве расчетов.

Теоретические и физиологические возражения против допущений, присущих системе Атвотера, вероятно, приведут к ошибкам гораздо меньшим, чем эти практические вопросы. Коэффициенты пересчета были получены из экспериментальных исследований с маленькими детьми, но они дали значения потребления метаболизируемой энергии, которые незначительно отличались от значений, полученных прямым применением модифицированных коэффициентов Атвотера.

Смотрите также

• Пищевая энергия
• Калориметр

использованная литература

1. D.A.T. Саутгейт, A.R.C. Институт пищевых исследований, Норвич, Великобритания (октябрь 1981 г.). «Взаимосвязь между составом пищи и доступной энергией». Пункт 4.1.3 предварительной повестки дня, Совместная консультация экспертов ФАО / ВОЗ / УООН по потребностям в энергии и белке, Рим, 5-17 октября 1981 г.. Продовольственная и сельскохозяйственная организация Организации Объединенных Наций, Всемирная организация здоровья, The Университет ООН. ESN: FAO / WHO / UNU EPR / 81/41, август 1981 г.. Получено 9 марта 2006.
2. Биджал Триведи (15 июля 2009 г.). «Заблуждение о калориях: почему этикетки на продуктах питания неправильные». Новый ученый.
3. Аннабель Меррилл; Бернис Уотт (1973). Энергетическая ценность продуктов питания ... основа и происхождение (PDF). Министерство сельского хозяйства США. В архиве (PDF) из оригинала от 22 ноября 2016 г.

дальнейшее чтение

• Министерство сельского хозяйства США – Служба сельскохозяйственных исследований: Основатель американской науки о питании - Уилбур Олин Этуотер