Energía en los alimentos y su transformación
Valentina se come una empanada antes del entrenamiento de baloncesto y su hermano Santiago dice que «eso tiene como 300 calorías». ¿De dónde sale ese número? ¿Cómo se mide la energía que guarda un alimento y qué hace el cuerpo con ella? Al final de la página lo resolvemos.
Los alimentos son energía química almacenada
Los alimentos contienen moléculas que, al reaccionar con el oxígeno en tus células, liberan energía. Esa energía estaba guardada en los enlaces químicos. Tres grupos de nutrientes la aportan:
| Nutriente | Energía aproximada | Ejemplo |
|---|---|---|
| Carbohidratos | $4\ \text{kcal/g}$ | harina de maíz, arroz, cambur |
| Proteínas | $4\ \text{kcal/g}$ | caraotas, carne, queso |
| Grasas | $9\ \text{kcal/g}$ | aceite, mantequilla, aguacate |
Las grasas aportan más del doble por gramo porque sus moléculas tienen muchos enlaces C–H que pueden oxidarse. Por eso el cuerpo las usa como reserva de energía a largo plazo: guarda mucha energía en poca masa. Los carbohidratos, en cambio, se aprovechan más rápido.
Los valores energéticos aproximados de los nutrientes son: carbohidratos $4\ \text{kcal/g}$, proteínas $4\ \text{kcal/g}$ y grasas $9\ \text{kcal/g}$. a) Ordena los tres…
Los valores energéticos aproximados de los nutrientes son: carbohidratos $4\ \text{kcal/g}$, proteínas $4\ \text{kcal/g}$ y grasas $9\ \text{kcal/g}$.
- a) Ordena los tres nutrientes de mayor a menor aporte de energía por gramo.
- b) Indica cuál de ellos almacena el cuerpo como principal reserva de energía y explica por qué es una ventaja.
Calcular el valor energético de un alimento
El valor energético se obtiene multiplicando la masa de cada nutriente por su aporte y sumando:
Es una suma porque la energía total es la que aporta cada nutriente por separado.
Leer una etiqueta
Las etiquetas indican los gramos por porción. Si el paquete trae varias porciones y te comes algunas, multiplica la energía de una porción por el número de porciones. Para saber qué parte de tu necesidad diaria representa, usa un porcentaje:
$$\%=\frac{E\ \text{consumida}}{E\ \text{diaria}}\cdot 100$$Una porción de un alimento contiene $20\ \text{g}$ de carbohidratos, $5\ \text{g}$ de proteínas y $10\ \text{g}$ de grasas. Con los valores $4$, $4$ y $9\ \text{kcal/g}$…
Una porción de un alimento contiene $20\ \text{g}$ de carbohidratos, $5\ \text{g}$ de proteínas y $10\ \text{g}$ de grasas. Con los valores $4$, $4$ y $9\ \text{kcal/g}$ respectivamente, calcula el valor energético total de la porción en kilocalorías.
La etiqueta de un paquete de galletas indica, por cada porción de $30\ \text{g}$: $20\ \text{g}$ de carbohidratos, $2\ \text{g}$ de proteínas y $6\ \text{g}$ de grasas.…
La etiqueta de un paquete de galletas indica, por cada porción de $30\ \text{g}$: $20\ \text{g}$ de carbohidratos, $2\ \text{g}$ de proteínas y $6\ \text{g}$ de grasas. El paquete trae $4$ porciones. Usa $4$, $4$ y $9\ \text{kcal/g}$ y $1\ \text{kcal} = 4{,}184\ \text{kJ}$.
- a) Calcula el valor energético de una porción en kcal.
- b) Diego come $2$ porciones. Calcula la energía que consume, en kcal y en kJ.
- c) Calcula qué porcentaje representa esa energía de una necesidad diaria de $2.000\ \text{kcal}$.
Calorías, Calorías y julios
La caloría (cal) es la energía necesaria para elevar $1\ ^\circ\text{C}$ la temperatura de $1\ \text{g}$ de agua. Es una unidad pequeña, así que en nutrición se usa la kilocaloría (kcal), que vale $1.000\ \text{cal}$. En las etiquetas se escribe «Caloría» con mayúscula o «kcal»: son lo mismo.
La unidad del Sistema Internacional es el julio (J). La equivalencia es:
$$1\ \text{kcal} = 4{,}184\ \text{kJ}$$Para pasar de kcal a kJ se multiplica por $4{,}184$; para el camino inverso se divide.
Una barra de cereal aporta $250\ \text{kcal}$. Usa $1\ \text{kcal} = 4{,}184\ \text{kJ}$. a) Expresa la energía de la barra en kilojulios. b) Explica la diferencia entre…
Una barra de cereal aporta $250\ \text{kcal}$. Usa $1\ \text{kcal} = 4{,}184\ \text{kJ}$.
- a) Expresa la energía de la barra en kilojulios.
- b) Explica la diferencia entre la «caloría» de la ciencia y la «Caloría» (kilocaloría) que aparece en las etiquetas de los alimentos.
Medir la energía con calorimetría
¿Cómo se sabe cuánta energía tiene un alimento? Se quema una muestra y se mide el calor que cede a una masa conocida de agua. Esa energía hace subir la temperatura del agua.
El calor absorbido por el agua es:
Si suponemos que toda la energía del alimento pasa al agua, ese $Q$ es la energía del alimento. Dividiendo entre la masa quemada se obtiene el valor energético por gramo.
En el laboratorio del liceo se quema una muestra de $2{,}0\ \text{g}$ de un snack bajo un recipiente con $500\ \text{g}$ de agua. La temperatura del agua sube de…
En el laboratorio del liceo se quema una muestra de $2{,}0\ \text{g}$ de un snack bajo un recipiente con $500\ \text{g}$ de agua. La temperatura del agua sube de $20{,}0\ \text{°C}$ a $29{,}0\ \text{°C}$. Considera que toda la energía liberada la absorbe el agua, cuyo calor específico es $1{,}00\ \text{cal/(g·°C)}$.
- a) Calcula el calor absorbido por el agua en calorías y en kilocalorías.
- b) Calcula el valor energético del snack por gramo.
- c) Menciona una razón por la que el resultado real sería algo mayor que el medido.
Respiración celular: energía exotérmica
Tus células «queman» la glucosa de forma controlada, con oxígeno, y liberan energía poco a poco:
$$C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O \qquad \Delta H = -2.800\ \text{kJ/mol}$$El signo negativo de $\Delta H$ indica que el sistema libera energía: la reacción es exotérmica. Si $\Delta H$ fuera positivo, absorbería energía (endotérmica). Parte de esa energía se almacena en el ATP, que la entrega donde la célula la necesita; el resto se disipa como calor, y por eso tu cuerpo se mantiene tibio.
Este valor concuerda con los $4\ \text{kcal/g}$ de los carbohidratos: $134/36\approx 3{,}7\ \text{kcal/g}$.
La respiración celular oxida la glucosa según la ecuación: $C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O \qquad \Delta H = -2.800\ \text{kJ/mol}$ a) Indica si el…
La respiración celular oxida la glucosa según la ecuación:
$C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O \qquad \Delta H = -2.800\ \text{kJ/mol}$
- a) Indica si el proceso es exotérmico o endotérmico y justifica con el signo de $\Delta H$.
- b) Calcula la energía liberada al oxidarse $18\ \text{g}$ de glucosa ($M = 180\ \text{g/mol}$).
- c) Expresa ese resultado en kilocalorías.
Transformación de la energía en el cuerpo
El cuerpo no crea energía: la transforma. La energía química de los alimentos se convierte en trabajo mecánico (moverte) y en calor. Si el cuerpo es el sistema, el primer principio dice:
Los libros de física suelen escribir $\Delta U = Q - W$, con $W$ como trabajo hecho por el sistema. Es la misma ley con otra convención de signos; aquí usamos la de arriba.
La eficiencia es la fracción de energía convertida en trabajo útil:
$$\text{eficiencia}=\frac{E_{\text{trabajo}}}{E_{\text{total}}}\cdot 100$$Qué nutriente conviene y cuándo
Un jugo de carbohidratos se absorbe y se usa rápido: sirve antes de un esfuerzo intenso. Una comida con mucha grasa se digiere despacio y no conviene justo antes de hacer ejercicio fuerte.
Isabella camina y gasta aproximadamente $5\ \text{kcal}$ por minuto. Quiere comparar dos opciones para después de clases: un jugo de $330\ \text{mL}$ con $35\ \text{g}$…
Isabella camina y gasta aproximadamente $5\ \text{kcal}$ por minuto. Quiere comparar dos opciones para después de clases:
-
un jugo de $330\ \text{mL}$ con $35\ \text{g}$ de carbohidratos y nada de grasa;
-
una barra con $20\ \text{g}$ de carbohidratos y $12\ \text{g}$ de grasas.
Usa $4\ \text{kcal/g}$ para los carbohidratos y $9\ \text{kcal/g}$ para las grasas.
- a) Calcula la energía de cada opción.
- b) Calcula cuántos minutos de caminata se necesitan para gastar cada una.
- c) Argumenta qué opción conviene antes de hacer ejercicio intenso y cuál no, considerando la rapidez con que el cuerpo aprovecha cada nutriente.
Un atleta del equipo de baloncesto del liceo metaboliza durante un entrenamiento $2.400\ \text{kcal}$ de energía química de los alimentos. De esa energía,…
Un atleta del equipo de baloncesto del liceo metaboliza durante un entrenamiento $2.400\ \text{kcal}$ de energía química de los alimentos. De esa energía, $480\ \text{kcal}$ se convierten en trabajo mecánico y el resto se disipa como calor al ambiente. Usa $1\ \text{kcal} = 4{,}184\ \text{kJ}$ y la relación $\Delta U = q + w$, con $q$ y $w$ medidos desde el cuerpo como sistema.
- a) Calcula el calor disipado en kcal y en kJ.
- b) Calcula la eficiencia del cuerpo como porcentaje de la energía convertida en trabajo.
- c) Explica qué signo tienen $q$ y $w$ en este caso y cómo esta situación muestra que la energía se transforma pero no se crea ni se destruye.
- d) Explica por qué el atleta suda más durante el entrenamiento.
Vuelve al principio: la empanada de Valentina tiene unas $300\ \text{kcal}$ porque se suman $4\ \text{kcal/g}$ de sus carbohidratos y proteínas y $9\ \text{kcal/g}$ de sus grasas; ese valor se puede medir quemando una muestra bajo agua, y el cuerpo lo transforma en trabajo y calor.
Resumen
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Carbohidratos y proteínas aportan $4\ \text{kcal/g}$; las grasas, $9\ \text{kcal/g}$ (la reserva de energía del cuerpo).
-
Valor energético: $E = 4\,m_{\text{carb}} + 4\,m_{\text{prot}} + 9\,m_{\text{grasa}}$; en etiquetas, cuida «por porción».
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$1\ \text{kcal} = 1\ \text{Caloría} = 4{,}184\ \text{kJ}$.
-
Calorimetría: $Q=m\cdot c\cdot\Delta T$; lo medido suele ser menor que lo real por pérdidas de calor.
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Respiración celular: reacción exotérmica ($\Delta H<0$); $\Delta U = q + w$ con la energía transformada en trabajo y calor.