Química de Joseleg, cuantitativa: 14. Alimentos | 🔥 Termoquímica

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La mayoría de las reacciones químicas utilizadas para la producción de calor son reacciones de combustión. La energía liberada cuando se quema un gramo de cualquier sustancia es el valor combustible de la sustancia. El valor de combustible de cualquier alimento o combustible se puede medir por calorimetría.

La glucosa como fuente de energía

La mayor parte de la energía que nuestro cuerpo necesita proviene de los carbohidratos y las grasas. Los carbohidratos conocidos como almidones se descomponen en los intestinos en glucosa, C₆H₁₂O₆. La glucosa es soluble en sangre y en el cuerpo humano se la conoce como azúcar en sangre. Es transportada por la sangre a las células donde reacciona con el O₂ en una serie de pasos que puede estudiar en los capítulos de glucólisis y respiración celular, produciendo finalmente CO₂(g), H₂O(l) y energía con una entalpía estándar de -2803 kJ/mol de reacción (o de glucosa, es este caso da lo mismo).

Debido a que los carbohidratos se descomponen rápidamente, su energía se suministra rápidamente al cuerpo. Sin embargo, el cuerpo almacena solo una cantidad muy pequeña de carbohidratos. El valor medio de combustible de los carbohidratos es 17 kJ/g o 4 kcal/g.

Las grasas como fuente de energía

Al igual que los carbohidratos, las grasas producen CO₂ y H₂O cuando se metabolizan. La reacción de la triestearina, C₅₇H₁₁₀O₆, una grasa típica genera una entalpía estándar de 275520 kJ/mol de reacción.

El cuerpo utiliza la energía química de los alimentos para mantener la temperatura corporal, contraer los músculos y construir y reparar tejidos. Cualquier exceso de energía se almacena en forma de grasas. Las grasas son adecuadas para servir como reserva de energía del cuerpo por al menos dos razones:

👉 son insolubles en agua, lo que facilita el almacenamiento en el cuerpo, y …

👉 producen más energía por gramo que las proteínas o los carbohidratos, …

… que las convierte en fuentes de energía compactas. El valor medio de las grasas en el combustible es 38 kJ/g o 9 kcal/g.

Midiendo la entalpía de una reacción en un paso o en múltiples pasos

La combustión de carbohidratos y grasas en un calorímetro de bomba genera los mismos productos que cuando se metabolizan en el cuerpo. Aunque evidentemente en el cuerpo las sustancias orgánicas no se oxidan en una combustión, o si no arderíamos espontáneamente, lo que sucede es que la entalpía estándar de una reacción ∆H⁰ al ser una variable de estado, tiene el mismo valor sin importar que se haga en un solo paso de combustión en un calorímetro de bomba o que se haga en un sinfín de pequeños pasos como ocurre en un proceso metabólico biológico.

Proteínas como fuentes de energía

El metabolismo de las proteínas produce menos energía que la combustión en un calorímetro porque los productos son diferentes. Las proteínas contienen nitrógeno, que se libera en el calorímetro de bomba como N₂. En el cuerpo, este nitrógeno termina principalmente como urea, (NH₂)₂CO. El cuerpo utiliza las proteínas principalmente como materiales de construcción para las paredes de los órganos, la piel, el cabello, los músculos, etc. En promedio, el metabolismo de las proteínas produce 17 kJ/g o 14 kcal/g, lo mismo que para los carbohidratos.

Tablas de valor de combustible en alimentos

Los valores de combustible para algunos alimentos comunes se muestran en la siguente tabla:

Tabla 14‑1. Composiciones y valores de combustible de algunos alimentos comunes.Tomada de la Química La Ciencia Central (Brown et al., 2017). Tenga en cuenta que los alimentos presentados aquí se toman como mezclas de sustancias con sus propios valores de combustible promedio. Algunos alimentos tienen proporciones muy bajas de algunos nutrientes, por ejemplo la mantequilla contendrá muy pocos carbohidratos o proteínas en comparación con la proporción en grasa que posee, por tal razón en la tabla cuando eso sucede se coloca un guion.

Composiciones y valores de combustible de algunos alimentos comunes.Tomada de la Química La Ciencia Central (Brown et al., 2017). Tenga en cuenta que los alimentos presentados aquí se toman como mezclas de sustancias con sus propios valores de combustible promedio. Algunos alimentos tienen proporciones muy bajas de algunos nutrientes, por ejemplo la mantequilla contendrá muy pocos carbohidratos o proteínas en comparación con la proporción en grasa que posee, por tal razón en la tabla cuando eso sucede se coloca un guion.

Las etiquetas de los alimentos envasados muestran las cantidades de carbohidratos, grasas y proteínas contenidas en una porción promedio, así como la cantidad de energía suministrada por una porción. La cantidad de energía que nuestro cuerpo necesita varía considerablemente, dependiendo de factores como el peso, la edad y la actividad muscular. Se requieren aproximadamente 100 kJ por kilogramo de masa corporal por día para mantener el funcionamiento del cuerpo a un nivel mínimo. Una persona promedio de 70 kg (154 libras) gasta alrededor de 800 kJ/h cuando realiza un trabajo ligero, y la actividad intensa a menudo requiere 2000 kJ/h o más. Cuando el valor de combustible, o el contenido calórico, de los alimentos que ingerimos excede la energía que gastamos, nuestro cuerpo almacena el excedente en forma de grasa.