Calorias: a energia contida nos alimentos - eduquim - Universidade ...

INTRODUÇÃO
CALORIAS: A ENERGIA CONTIDA NOS ALIMENTOS
Desde a pré-história o homem faz uso de energia. Inicialmente, para se aquecer
e para cozinhar seus alimentos. Com o passar dos séculos, o homem passou a
empregar energia também em atividades agrícolas, nas construções, assim como em
seus deslocamentos. Na vida moderna, gasta-se energia em grande quantidade nos
transportes, nas residências, nas atividades de recreação e assim por diante. Pode-se
dizer que o homem moderno consome, diariamente, cerca de 250.000 kcal de energia,
contra apenas 2000 kcal consumidas pelo homem primitivo.
Energia é a capacidade de realizar trabalho ou de transferir calor.
A fonte primária de energia de que se dispõe na Terra é o sol. Ele ilumina,
aquece, transfere energia para as águas, formando nuvens e as chuvas. O sol também
fornece energia aos vegetais, através da fotossíntese. Além disso, muitos dos
combustíveis que hoje são empregados (como o carvão mineral, o petróleo, etc.) foram
produzidos pela ação da energia solar, por meio de transformações que demoram
milhões de anos.
No cotidiano, grande parte da energia que é consumida provém de reações
químicas e isso pode ser constatado nas coisas mais simples, como riscar um fósforo
ou acender um fogão a gás.
A própria vida depende de transformações energéticas. De fato, os alimentos
que são ingeridos são queimados nos organismos, resultando daí o calor do corpo e os
movimentos; enfim, todas as manifestações de vida.
O calor é uma das formas mais freqüentes de variações que decorrem das
reações químicas. Nas reações em que está envolvida energia luminosa, elétrica,
mecânica ou cinética é comum que haja também a produção ou consumo de energia
térmica (calor). Toda vez que se transforma uma forma de energia em outra há o
envolvimento de uma certa quantidade de calor.
A Termodinâmica é, em linhas geriais, uma teoria física que trata de fenômenos
associados às transformações da matéria em que a energia tem um papel destacado. A
termodinâmica Química é a aplicação desta teoria ao estudo de sistemas químicos.
A Termoquímica, em amplo sentido, é o estudo das variações de energia
associadas às reações químicas.
Para a Termoquímica, as reações químicas se classificam em:
• Reações exotérmicas – as que liberam ou produzem calor.
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• Reações endotérmicas – as que absorvem calor.
• Reações isotérmicas ou atérmicas: as que não liberam ou absorvem calor.
Em geral, basta provocar uma reação exotérmica para que ela se inicie e
prossiga sozinha, como por exemplo, a queima do carvão. Ao contrário, uma reação
endotérmica ocorre somente quando se fornece continuamente o calor de que ela
necessita, como é o caso do cozimento de alimentos.
Os calorímetros constituem uma grande família de instrumentos científicos,
que são essencialmente destinados a medir variações de energia em sistemas onde a
temperatura tem um papel relevante.
Um dos mais simples é o calorímetro de água. Colocando um corpo aquecido
(ou provocando uma reação química) dentro da água contida em um calorímetro, a
água se aquece. Pela elevação da temperatura, pode-se calcular a quantidade de calor
que é liberada pelo corpo ou pela reação.
A unidade de medida de energia de calor e trabalho no sistema internacional
(SI) é o joule (J). Entretanto ainda é bastante utilizada a unidade caloria (1 caloria =
4,184 J e J = m2 kg s-2) A quantidade de calor recebida pela água é dada pela seguinte expressão:
Onde:
Q= quantidade de calor (cal);
M= massa da água (g);
c= calor específico (cal/g°C) e
∆T= a variação de temperatura (°C);
Q = m.c.∆T
No caso particular da água, o calor específico é igual a 1 cal /g ºC, logo,
numericamente pode-se utilizar a seguinte relação:
Q = m. ∆T
Uma grandeza química que descreve o somatório de todas as energias contidas
em um sistema químico é a Entalpia. Por exemplo, a energia que mantém os átomos
unidos na formação das moléculas e a interação destas dentro do sistema, bem como
as energias potencial e cinética dessas moléculas. Generalizando, entalpia é o
conteúdo global de energia (calor) de um sistema e é simbolizada por H.
Chama-se de variação de entalpia a quantidade de calor que pode ser medida,
sob pressão constante, em uma reação química. É o calor resultante da diferença dos
conteúdos energéticos antes e depois da reação. A variação de entalpia é representada
por ∆H.
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Nos estudos de alimentos, caloria é quanto de calor o alimento libera após sua
digestão e metabolização. Quando se fala em quantidade de calorias em um
determinado alimento, fala-se em energia armazenada nas ligações químicas dos
alimentos. A energia química é liberada no organismo através do metabolismo dos
nutrientes absorvidos pelo sistema digestório. É ela responsável por todas as
atividades vitais dos seres vivos, desde o funcionamento do cérebro, a atividade
muscular, os batimentos cardíacos, até o crescimento dos cabelos e das unhas.
Chamamos de energéticos ou calóricos os alimentos que, quando
metabolizados, liberam energia química aproveitável pelo organismo. Esta energia é
quantificada através da unidade física denominada caloria que é a quantidade de
energia necessária para elevar de um grau centígrado (de 15°C para 16°C, por
exemplo) 1 grama de água. Por ser uma unidade muito pequena, em nutrição,
costuma-se utilizar a quilocaloria, que equivale a 1000 calorias. Para simplificar, a
quilocaloria também é chamada de Caloria, com "C" maiúsculo.
Os principais alimentos energéticos são:
• Gorduras: cujo metabolismo de um grama libera nove Calorias.
• Carboidratos: cujo metabolismo de um grama libera quatro Calorias.
• Proteínas: cujo metabolismo de um grama libera quatro Calorias.
• Álcool: cujo metabolismo de um grama libera sete Calorias.
Um aparte deve ser feito às proteínas, que nem sempre são utilizadas para a
produção de calorias. Durante os processos de crescimento e formação de novos
tecidos orgânicos, são empregadas com funções estruturais e o seu metabolismo, ao
invés de liberar, acaba consumindo calorias.
Uma das principais características dos alimentos energéticos é a de que o seu
excesso não pode ser eliminado pelo organismo (ao contrário do que acontece com as
vitaminas, sais minerais, oligoelementos e fibras). Todo o excedente ingerido, não
utilizado nas funções metabólicas, acaba sendo armazenado na forma de gordura,
causando obesidade.
Caloria é, resumidamente, a quantidade de energia que o alimento fornece.
Energia que vamos precisar pra tudo, o dia todo. Até para dormir. Então quanto de
energia, ou melhor, quantas calorias diárias são necessárias para a nossa
sobrevivência ?
O homem saudável adulto precisa aproximadamente de 2.500 calorias, e uma
mulher, de 2.200 calorias. Durante a gravidez, as necessidades de calorias são
maiores do que as requeridas normalmente. Nesta situação, uma certa reserva de
gorduras é, até certo ponto, desejável, para garantir o suprimento contínuo de energia
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para o feto, no caso de interocorrências clínicas, como as náuseas e vômitos da
gravidez e o estressante período do trabalho de parto. Por outro lado, o seu excesso é
prejudicial à saúde, causando problemas circulatórios, fadiga e dores nas costas.
Durante o pré-natal, uma das preocupações do obstetra será avaliar as reservas de
tecido gorduroso da paciente e orientá-la no sentido de aumentar, diminuir ou manter
o ritmo de ganho de peso.
Os alimentos fornecem diferentes quantidades de energia. A determinação da
quantidade de energia que está armazenada em cada alimento é importante,
especialmente no planejamento de uma dieta para balancear a quantidade de energia
que é ingerida e que é gasta.
E se ingerir mais do que isso? As calorias sobram e se acumulam em forma de
gordura, é assim que a gente engorda. Aí, começa a corrida para academia.
Se duas pessoas do mesmo peso correrem em uma esteira por 30 minutos na
mesma velocidade, elas vão gastar o mesmo número de calorias?
Elas, necessariamente, não terão gastos calóricos iguais, mas nos visores das
esteiras vão aparecer os mesmos valores, porque são médias desses dados, segundo os
médicos especialistas em medicina esportiva.
As tabelas abaixo mostram os gastos calóricos importantes para a
compreensão dos assuntos relativos à obesidade e à perda de peso:
Tabela 1 - Gastos de calorias diárias de acordo com a atividade física do indivíduo
Peso corporal Levemente
ativo
Moderadamente
ativo
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Muito ativo Intensamente
ativo
Homem 70Kg 2 940 3 220 3 780 4 340
Mulher 70 Kg 2 520 2 800 3 290 3 850
Tabela 2- Gastos de calorias nas diversas atividades esportivas, de rotina e de
entretenimento:
Atividade Calorias por minuto
Futebol 10,4
Caminhar moderado 3,60
Arrumar a cama 3,9
Consertar carros 4,3
Dormir 1,2
Escrever sentado 1,8

Vários outros fatores influenciam nessa queima: o peso corporal, a idade e o
sexo.
Foi realizada uma pesquisa onde foram comparadas diferentes tabelas de
composição de alimentos utilizadas no Brasil. As tabelas apresentaram diferenças
entre os valores de nutrientes e calorias em relação ao que foi avaliado em laboratório.
O mamão papaia, por exemplo, foi um dos campeões de diferença entre as
tabelas. Enquanto uma diz que meio papaia tem 32 calorias, outra tabela registra
mais que o dobro, 68 calorias. A pessoa não deve se basear apenas nas informações
de tabelas ou rótulos.
Não se deixe influenciar pelas palavras em destaque nas embalagens dos
produtos alimentícios como: "light", "diet", contém fibra, baixo teor de gordura, etc. O
alimento light contém taxas de açúcar e gordura pequena, o alimento diet não deve
conter açúcar embora possam apresentar determinada taxa de gordura.
Na realidade, é necessário examinar os dados, contidos na embalagem, que
descrevem os valores dos componentes do produto, a seguir temos um rótulo que nos
mostra como esses dados estão dispostos em algumas etiquetas de produtos
alimentícios.
INFORMAÇÃO NUTRICIONAL
Porção de 12 g (1 ½ colher de sopa)
Quantidade por porção % V.D. (*)
Valor calórico 35 kcal 1 %
Carboidratos 4g 1%
Proteínas 3g 6%
Gorduras totais 1g 1%
Gorduras saturadas 0 g 0 %
Colesterol 0 g 0 %
Fibra alimentar 3 g 10 %
Cálcio q.n.s.(**) q.n.s.(**)
Ferro 1 mg 7 %
Sódio 0 mg 0 %
(*) Valores diários de referência com base em uma dieta de 2.500 calorias (**) Quantidade não significativa
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Na prática, os órgãos fiscalizadores de alimentação e de nutrição verificam a
veracidade dessas tabelas da seguinte maneira: Primeiro tritura-se o alimento. Depois
vem a fase da desidratação do alimento, a água é desprezada porque ela tem índice
calórico igual a zero. Um tratamento químico a base de ácidos e reagentes separa
tudo: gorduras, proteínas e carboidratos. Depois da separação faz-se algumas contas
simples: O peso em gramas das gorduras é multiplicado por nove (9) e o das proteínas
e carboidratos, é multiplicado por quatro (4). Somando tudo, chega-se ao número total
de calorias do alimento.
Nesta atividade, será estimada a quantidade de energia contida em uma noz e
em uma castanha-do-pará. Para isto, deve-se desprender energia das amostras
queimando-as e usando o calor produzido para aquecer uma quantidade conhecida de
água. Observando o aumento da temperatura da água, pode-se determinar a
quantidade de calorias produzidas na queima.
Os produtos da combustão da amostra do alimento são CO2, carvão (carbono) e
água.
As reações químicas são acompanhadas por trocas de energia que podem se
manifestar de diferentes formas. Quando se queima um material, energia é liberada na
forma de calor (energia térmica). Na queima de uma vela, a variação de energia se
manifesta como luz (energia luminosa). Da reação química de uma pilha, aproveita-se
a energia elétrica. No motor de um automóvel, a energia da queima da gasolina é
transformada em energia mecânica ou cinética.
Para se medir a quantidade de energia liberada (calor) é necessário antes conhecer
como se mede essa energia. Uma unidade muito conveniente é a caloria que e definida
como a quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de um
grama de água.
É muito comum encontrar nos rótulos de vários alimentos, a quantidade de
calorias que eles fornecem.
Atualmente, existem duas maneiras de se indicar as calorias: a científica e a
utilizada na medicina, que está presente nas tabelas médicas usadas em dietas e nas
embalagens de alimentos industrializados.
Em medicina, o termo caloria deve ser escrito com a letra inicial maiúscula:
Caloria, pois neste caso, uma Caloria corresponde a 1000 calorias ou 1 Kcal.
1 caloria = 1 cal
1 Caloria = 1 kcal = 1000 cal
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A quantidade de energia liberada por um alimento pode ser quantificada
quando se usa a energia liberada na sua combustão para aquecer uma massa
conhecida de água.
Quantidade de energia liberada = Massa da solução x ∆T
Onde: ∆T = variação de temperatura, em graus Celsius.
Para se determinar a energia característica do alimento consumido, utiliza-se a
seguinte equação:
Q = quantidade de energia liberada
Massa do alimento
O valor encontrado corresponde ao valor energético do alimento.
2 - OBJETIVOS
Reconhecer a presença da Química na determinação das calorias presentes nos
alimentos.
Determinar a quantidade de calorias presentes em alguns alimentos utilizando
um calorímetro de água.
3 - PARTE EXPERIMENTAL
3.1 - Aparelhagem necessária:
O aparelho utilizado neste experimento é bastante simples e deve ser montado
pelos educandos, como indicado na figura abaixo:
3.2 - Materiais necessários
• uma balança técnica
• uma proveta (100 mL)
• um erlenmeyer (250 mL)
• um termômetro
• um clipe para papel
• uma lata (diâmetro: 10 cm; altura: 13 cm)
• duas garras
• um suporte
• fita adesiva
• ½ noz e 1 castanha-do-Pará
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Pode-se ainda usar outros alimentos que tenham alto teor de gordura em sua
composição. É importante que antes de serem realizados pelos alunos, os
experimentos sejam testados pelo professor, para averiguar se os mesmos queimam
completamente e liberam energia suficiente para ser quantificada.
3.3 - Procedimento:
Montar o equipamento como descrito a seguir e mostrado na fig. 1.
Pesar a metade de uma noz e anotar sua massa.
Adicionar 100 mL de água de torneira a um erlenmeyer.
Sugestão: se quiser maior precisão no experimento, ao invés de medir 100 mL de água
faça a pesagem deste volume.
Cuidado: Para a realização do experimento é necessário que se use uma
quantidade mínima de 100 mL de água. Se for usado um volume inferior a este, a
água poderá entrar em ebulição. Nestas condições, a energia liberada na queima da
amostra será aproveitada na mudança de estado físico da água, impossibilitando
assim a realização adequada do experimento.
Com o auxílio do termômetro, verificar a temperatura da água (temperatura
inicial).
Dobrar um clipe formando um apoio para segurar a amostra.
Montar o seguinte sistema:
a) Fixar o clipe na bancada com fita adesiva.
b) Prender a amostra de alimento no clipe (figura 1).
c) Colocar uma lata (Nescau ou Leite em pó), com o fundo removido, envolvendo o
alimento.
d) Fixar o erlenmeyer contendo água no suporte, com o auxílio da garra.
e) Na outra garra prender o termômetro. É necessária atenção para que o termômetro
não encoste sobre a parede do erlenmeyer, caso contrário haverá erro na leitura da
temperatura.
f) Queimar o alimento utilizando um palito de fósforo aceso.
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Figura 1 - Montagem necessária para determinação da quantidade de energia nos
alimentos.
Realizar a combustão em ambiente ventilado, pois a mesma libera gases com
fortes odores. Preferencialmente, realizar o experimento na capela.
Para que haja a queima do material é necessário aproximar o fósforo, depois de
iniciada a combustão, deve-se manter a chama do fósforo próxima do material por
mais alguns instantes. Caso contrário, a combustão da amostra pode ser interrompida
prejudicando o desenvolvimento do experimento (Figura 2).
Aproximar o erlenmeyer rapidamente da chama produzida pela queima do
alimento.
Proceder primeiramente a queima do alimento e em seguida aproximar o
erlenmeyer do mesmo. Colocar o erlenmeyer o mais próximo possível da chama para
que as perdas de energia sejam minimizadas.
Envolver o alimento com uma lata vazia (conforme figura 3) assim que se iniciar
a combustão, com a finalidade de proteger os alunos da chama e minimizar a perda de
calor para o ambiente.
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Figura 2 – Queima da noz para determinação da quantidade de calorias
Figura 3 – Proteção do sistema para a determinação de calorias
Quando o alimento estiver totalmente queimado verificar a temperatura da água
(temperatura final).
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Anotar os valores da massa da amostra, da massa de água e das temperaturas
inicial e final da água.
4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
A tabela abaixo mostra os resultados obtidos neste experimento para as duas
amostras analisadas.
Amostra Massa
(g)
Noz
Castanhado-pará
Massa de
água (g)
Temperatura
inicial da água
(ºC)
122
Temperatura
final da água
(ºC)
2,61 100 16 78 62
4,15 120 16 93 77
A quantidade de energia liberada na queima das duas amostras foi calculada, a
partir dos dados acima, da seguinte maneira:
Quantidade de energia liberada = massa da solução (g) x variação da Temperatura (ºC)
Para a noz:
Quantidade de energia liberada = 100g x 62ºC
Quantidade de energia liberada = 6200 cal
Para a castanha-do-Pará:
Quantidade de energia liberada = 120g x 77ºC
Quantidade de energia liberada = 9240 cal
Caloria é a quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC 1 grama de água
(ou, mais precisamente, de 14,4ºC a 15,5ºC). Sabendo que 1000cal equivale a 1Kcal, e
que 1cal equivale a 4,18joule, podemos transformar os valores obtidos na equação
anterior em kcal e em kJ.
Para a noz:
1000 cal _________ 1 kcal
6200 cal _________ X
X = 6200 X = 6,2 kcal
1000
∆T
(ºC)

1 kcal _______ 4,18 kJ
6,2 kcal _____ X
X = 6,2 x 4,18 X = 25,916 kJ
Para a castanha-do-Pará:
1000 cal ________1 kcal
9240 cal ________ X
X = 9240
1000
X = 9,24 kcal
1 kcal _______ 4,18 kJ
9,24 kcal ____ X
X = 9,24 x 4,18 X = 38,62 kJ
Para determinar os valores energéticos dos alimentos utilizados no experimento,
em kcal/g:
Para a noz: Q = Quantidade de calorias liberada (kcal)
Massa do alimento (g)
Q = 6,2 kcal.
2,61g
Q = 2,375 kcal/g
Para a castanha-do-pará: Q = Quantidade de calorias liberada (kcal)
Massa do alimento (g)
Q = 9,240 kcal
4,1g
Q = 2,23 kcal/g
Podem ocorrer algumas diferenças nos valores obtidos, devido a maior ou
menor perda de calor durante o experimento provocada por:
1) Distância do erlenmeyer da chama.
2) Ventilação do ambiente (o experimento realizado em capela terá maior perda de
energia)
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3) O tempo que se demora em aproximar o erlenmeyer à chama da amostra.
4) A primeira combustão tende a perder mais energia para a lata, pois a mesma ainda
está fria.
A tabela mostra abaixo tem como objetivo, a comparação entre os resultados
obtidos pelo aluno e os dados retirados de alguns rótulos.
Nutrientes
(em 100g do alimento)
Kcal Protídios
(g)
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Glícidios
(g)
Fibras
(g)
Amêndoa s/ casca 607 21,23 17,68 10,5
Castanha do Pará 656 14,34 12,80 5,4
Noz inglesa s/ casca 654 15,23 13,71 6,7
5 -REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1) GOMES, Márcio Augusto de Oliveira. Determinação da energia contida em alguns
alimentos. Curitiba, 1999.26f. Monografia (Especialização em Ensino de Química
Experimenal para o 2o. Grau) - Setor de Ciências Exatas, Departamento de Química,
Universidade Federal do Paraná.
2) BORGFORD, Christie L.; SUMMERLIN, Lee R. Chemical Activies. Washington:
Americal Chemical Society, 1998. P. 83-84.
3) LEHNINGER, A. L. Vias metabólicas e de transferência energética: levantamento
geral do metabolismo intermediário. In: LEHNINGER, A. L. Bioquímica. Volume 1.
São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda, 1976. P. 265-281.
4)SOS OBESIDADE. Principais Nutrientes. Disponível em: <
http://www.sosobesidade.hpg.ig.com.br/principaisnutrientes.html > Acesso em 17
junho 2004.
5) PUERICULTURA. Calorias. Disponível em: <
http://www.docsystems.med.br/calorias.html > Acesso em 17 junho 2004.
6) CHAGAS, A.P. Termodinâmica Química. Campinas: Editora da Unicamp, 1999.
pgs 20-21, 42, 59.