Atwater system
विलबर ओलिन एटवाटर के नाम पर नामित एटवाटर प्रणाली या इस प्रणाली के व्युत्पन्न का उपयोग खाद्य पदार्थों की उपलब्ध ऊर्जा की गणना के लिए किया जाता है। इस प्रणाली को काफी हद तक 19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध और कनेक्टिकट के मिडलटाउन में वेस्लेयन विश्वविद्यालय में 20वीं के शुरुआती वर्षों में एटवाटर और उनके सहयोगियों के प्रयोगात्मक अध्ययनों से विकसित किया गया था। इसका उपयोग अक्सर विवाद का कारण रहा है, लेकिन कुछ विकल्प प्रस्तावित किए गए हैं। कुल नाइट्रोजन से प्रोटीन की गणना के साथ, एटवाटर प्रणाली एक परंपरा है और इसकी सीमाओं को इसकी व्युत्पत्ति में देखा जा सकता है। व्युत्पत्ति उपलब्ध ऊर्जा (एटवाटर द्वारा उपयोग की जाने वाली) चयापचय ऊर्जा (एम. ई.) शब्द के आधुनिक उपयोग के बराबर है। मनुष्यों पर अधिकांश अध्ययनों में, स्राव और गैसों में होने वाले नुकसान को नजरअंदाज कर दिया जाता है। बम कैलोरीमेट्री द्वारा मापा जाने वाला भोजन की सकल ऊर्जा (जी. ई.) निकटवर्ती प्रणाली में घटकों-प्रोटीन (जी. ई. पी.), वसा (जी. ई. एफ.) और कार्बोहाइड्रेट (जी. ई. सी. ओ.) (अंतर से) के दहन की ऊष्मा के योग के बराबर होती है। अटवाटर को उसी तरह मल का ऊर्जा मूल्य माना जाता है। उपलब्धता के गुणांक को मापकर या आधुनिक शब्दावली में स्पष्ट पाचन क्षमता में, एटवाटर ने मल ऊर्जा हानि की गणना के लिए एक प्रणाली प्राप्त की। जहाँ डी. पी., डी. एफ. और डी. सी. ओ. क्रमशः प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट के पाचन गुणांक हैं जिनकी गणना प्रश्न में घटक के लिए की जाती है। मूत्र हानि की गणना मूत्र में ऊर्जा और नाइट्रोजन के अनुपात से की गई थी। प्रायोगिक रूप से यह 7.9 किलोग्राम/ग्राम (33 किलोग्राम/ग्राम) मूत्र नाइट्रोजन था और इस प्रकार चयापचय योग्य ऊर्जा के लिए उनका समीकरण सकल ऊर्जा मान बन गया साहित्य से एकत्र किए गए जल मूल्य और प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट के दहन की गर्मी को भी मापा। ये उनके समय के विशिष्ट मिश्रित आहार में प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट के दहन की सकल गर्मी के लिए स्रोतों और एटवाटर से प्राप्त भारित मूल्यों के आधार पर थोड़ा भिन्न होते हैं। यह तर्क दिया गया है कि ये भारित मान व्यक्तिगत खाद्य पदार्थों और आहार के लिए अमान्य हैं जिनकी संरचना खाद्य पदार्थों के मामले में 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में अमेरिका में खाए जाने वाले खाद्य पदार्थों से अलग है। प्रत्यक्ष पाचन गुणांक एटवाटर ने सरल मिश्रणों के लिए बड़ी संख्या में पाचन गुणांक को मापा, और प्रतिस्थापन प्रयोगों में अलग-अलग खाद्य पदार्थों के लिए मूल्य प्राप्त किए। उन्होंने मिश्रित आहार के लिए मूल्य प्राप्त करने के लिए इन्हें एक भारित तरीके से जोड़ा। जब इनका मिश्रित आहार के साथ प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया गया तो उन्होंने एक अच्छी भविष्यवाणी नहीं दी, और एटवाटर ने मिश्रित आहार के लिए गुणांक को समायोजित किया। मूत्र में ऊर्जा/नाइट्रोजन अनुपात में काफी भिन्नता दिखाई देती है और ऊर्जा/कार्बनिक पदार्थ कम परिवर्तनशील होते हैं, लेकिन ऊर्जा/नाइट्रोजन मूल्य ने एटवाटर को एक व्यवहार्य दृष्टिकोण प्रदान किया है, हालांकि इससे कुछ भ्रम पैदा हुआ है और यह केवल नाइट्रोजन संतुलन में विषयों के लिए लागू होता है। संशोधित प्रणाली एटवाटर के काम के आधार पर, कार्बोहाइड्रेट और प्रोटीन के लिए 4 किलो कैलोरी/ग्राम और लिपिड के लिए 9 किलो कैलोरी/ग्राम का उपयोग करके खाद्य पदार्थों की ऊर्जा सामग्री की गणना करना आम बात हो गई। इस प्रणाली में बाद में यू. एस. डी. ए. के एनाबेल मेरिल और बर्निस वाट द्वारा सुधार किया गया, जिन्होंने एक ऐसी प्रणाली विकसित की जिसमें विभिन्न खाद्य पदार्थों के लिए विशिष्ट कैलोरी रूपांतरण कारक प्रस्तावित किए गए थे। यह इस तथ्य का संज्ञान लेता है कि पहले विभिन्न खाद्य स्रोतों से प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट के सकल ऊर्जा मूल्य अलग-अलग हैं, और दूसरा, कि विभिन्न खाद्य पदार्थों के घटकों की स्पष्ट पाचन क्षमता अलग-अलग है। यह प्रणाली पृथक प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट की एक विस्तृत श्रृंखला के दहन की मापी गई ऊष्मा पर निर्भर करती है। यह पाचन क्षमता अध्ययनों के आंकड़ों पर भी निर्भर करता है, जहां उन खाद्य पदार्थों के लिए स्पष्ट पाचन क्षमता गुणांक को मापने के लिए व्यक्तिगत खाद्य पदार्थों को बेसल आहार के लिए प्रतिस्थापित किया गया है। यह दृष्टिकोण इस धारणा पर आधारित है कि आंत में मिश्रण में खाद्य पदार्थों के बीच कोई बातचीत नहीं होती है, और एक व्यावहारिक दृष्टिकोण से, मनुष्यों के साथ इस तरह के अध्ययनों को आवश्यक सटीकता के साथ नियंत्रित करना मुश्किल है। अंतर से कार्बोहाइड्रेट के उपयोग और आहार फाइबर के प्रभाव के आधार पर अनुमान कार्बोहाइड्रेट अंतर दृष्टिकोण से कई समस्याएं प्रस्तुत करता है। सबसे पहले, यह शर्करा, स्टार्च और अनुपलब्ध कार्बोहाइड्रेट (रफेज, या "आहार फाइबर") के बीच अंतर नहीं करता है। यह सबसे पहले कार्बोहाइड्रेट को दी जाने वाली सकल ऊर्जा को प्रभावित करता है-सुक्रोज में 3.95 किलोकैलरी/ग्राम (16.53 kJ/g) और स्टार्च 4.15 किलोकैलरी/ग्राम (17.36 kJ/g) की दहन ऊष्मा होती है। दूसरा यह इस तथ्य के लिए प्रदान नहीं करता है कि शर्करा और स्टार्च लगभग पूरी तरह से पच जाते हैं और अवशोषित हो जाते हैं, और इस प्रकार उनके दहन की गर्मी के बराबर चयापचय ऊर्जा प्रदान करते हैं। अनुपलब्ध कार्बोहाइड्रेट (आहार फाइबर) बड़ी आंत में एक परिवर्तनीय सीमा तक खराब हो जाते हैं। इस सूक्ष्मजीव पाचन के उत्पाद फैटी एसिड, CO2 (कार्बन डाइऑक्साइड), मीथेन और हाइड्रोजन हैं। फैटी एसिड (एसीटेट, ब्यूटाइरेट और प्रोपियोनेट) बड़ी आंत में अवशोषित हो जाते हैं और कुछ चयापचय ऊर्जा प्रदान करते हैं। क्षरण की सीमा आहार फाइबर के स्रोत (इसकी संरचना और विभाजन की स्थिति) और आहार फाइबर का सेवन करने वाले व्यक्ति पर निर्भर करती है। इस स्रोत से उपलब्ध ऊर्जा पर ठोस मार्गदर्शन देने के लिए अपर्याप्त डेटा है। अंत में आहार फाइबर नाइट्रोजन और वसा के मल के नुकसान को प्रभावित करता है। यह स्पष्ट नहीं है कि बढ़ी हुई वसा हानि छोटी आंत के अवशोषण पर प्रभाव के कारण है या नहीं। उच्च फाइबर आहार पर मल नाइट्रोजन की हानि में वृद्धि संभवतः मल में जीवाणु नाइट्रोजन की मात्रा में वृद्धि के कारण होती है। हालाँकि इन दोनों प्रभावों से स्पष्ट पाचन क्षमता में कमी आती है, और इसलिए एटवाटर प्रणाली उन आहारों के लिए उचित ऊर्जा रूपांतरण कारकों में छोटे बदलाव की गारंटी देती है। ऊर्जा मूल्यों की गणना से संबंधित सैद्धांतिक और व्यावहारिक विचार खाद्य घटकों प्रोटीन के दहन की ऊष्मा में भिन्नता इस भिन्नता के परिमाण के लिए प्रयोगात्मक साक्ष्य बहुत सीमित हैं, लेकिन चूंकि व्यक्तिगत अमीनो-एसिड के दहन की ऊष्मा अलग-अलग होती है, इसलिए विभिन्न प्रोटीनों के बीच भिन्नता की उम्मीद करना उचित है। कांग्लुटीन (नीले ल्यूपिन से) के लिए 5.48 से हॉर्डेन (जौ) के लिए 5.92 की एक देखी गई सीमा बताई गई थी, जो जिलेटिन के लिए एटवाटर की सीमा 5.27 से गेहूं ग्लूटेन के लिए 5.95 से तुलना करती है। अमीनो एसिड डेटा से प्रोटीन के लिए अपेक्षित मूल्यों की गणना करना मुश्किल है, क्योंकि दहन की कुछ ऊष्माओं का सटीक रूप से पता नहीं है। गाय के दूध पर प्रारंभिक गणना लगभग 5.5 किलोकैलरी/ग्राम (23 किलोकैलरी/ग्राम) के मूल्य का सुझाव देती है। वसा समान रूप से प्रयोगात्मक साक्ष्य सीमित हैं, लेकिन चूंकि वसा अम्ल दहन की अपनी ऊष्मा में भिन्न होते हैं, इसलिए किसी को उम्मीद करनी चाहिए कि वसा दहन की ऊष्मा में भिन्न होंगे। हालाँकि, ये अंतर अपेक्षाकृत कम हैं-उदाहरण के लिए, स्तन के दूध की वसा में 9.37 किलोग्राम/ग्राम (39.2 किलोग्राम/ग्राम) की दहन की गणना की गई गर्मी होती है, जबकि गाय के दूध की वसा 9.19 किलोग्राम/ग्राम (38.5 किलोग्राम/ग्राम) होती है। कार्बोहाइड्रेट मोनोसेकेराइड में लगभग 3.75 किलोकैलरी/ग्राम (15.7 किलोकैलरी/ग्राम), डिसैकराइड 3.95 किलोकैलरी/ग्राम (16.5 किलोकैलरी/ग्राम) और पॉलीसेकेराइड 4.15 से 4.20 किलोकैलरी/ग्राम (17.4 से 17.6 किलोकैलरी/ग्राम) की दहन ताप होती है। हाइड्रोलिसिस की ऊष्मा बहुत कम होती है और मोनोसेकेराइड के आधार पर गणना करने पर ये मान अनिवार्य रूप से बराबर होते हैं। इस प्रकार 100 ग्राम सुक्रोज हाइड्रोलिसिस 105.6 ग्राम मोनोसेकेराइड देता है और 100 ग्राम स्टार्च हाइड्रोलिसिस 110 ग्राम ग्लूकोज देता है। प्रत्यक्ष पाचन गुणांक मानव पाचन तंत्र एक बहुत ही कुशल अंग है, और नाइट्रोजनयुक्त सामग्री और वसा का मल उत्सर्जन सेवन का एक छोटा अनुपात (आमतौर पर 10 प्रतिशत से कम) होता है। एटवाटर ने पहचाना कि मल विसर्जन अवशोषित आंतों के स्राव, जीवाणु सामग्री और चयापचय, सुस्त श्लेष्मा कोशिकाओं, श्लेष्मा और केवल कुछ हद तक, अवशोषित आहार घटकों का एक जटिल मिश्रण था। यह एक कारण हो सकता है कि उन्होंने पाचन क्षमता के बजाय उपलब्धता का उपयोग करना चुना। उनका विचार था कि ये मल घटक वास्तव में अनुपलब्ध थे और मल विसर्जन की प्रकृति की उनकी स्पष्ट उपेक्षा व्यावहारिक संदर्भ में उचित थी। जहाँ भी मल का उत्सर्जन कम होता है, वह अनुपात एकता के लिए अनुमानित होगा और इस प्रकार इन गुणांकों में कम भिन्नता होती है और स्थिरांक की उपस्थिति होती है। यह नकली है क्योंकि मल उत्सर्जन निरंतर आहार पर भी परिवर्तनशील है, और यह सुझाव देने के लिए कोई सबूत नहीं है कि मल उत्सर्जन वास्तव में इन गुणांकों द्वारा निहित तरीके से सेवन से संबंधित है। खाद्य पदार्थों और आहार के ऊर्जा मूल्य की गणना में व्यावहारिक विचार ऊर्जा मूल्यों की गणना को प्रत्यक्ष माप के विकल्प के रूप में माना जाना चाहिए, और इसलिए प्रत्यक्ष मूल्यांकन की तुलना में कुछ अशुद्धता के साथ जुड़े होने की संभावना है। ये अशुद्धियाँ कई कारणों से उत्पन्न होती हैं-खाद्य संरचना में भिन्नताएँः खाद्य पदार्थ जैविक मिश्रण हैं और इस तरह संरचना में काफी भिन्नता दिखाई देती है, विशेष रूप से पानी और वसा की मात्रा के संबंध में। इसका मतलब है कि खाद्य संरचना तालिकाओं में खाद्य पदार्थों के प्रतिनिधि नमूनों के लिए उद्धृत संरचनात्मक मान आवश्यक रूप से खाद्य पदार्थों के अलग-अलग नमूनों पर लागू नहीं होते हैं। अध्ययनों में जहां बहुत सटीकता की आवश्यकता होती है, उपभोग किए गए भोजन के नमूनों का विश्लेषण किया जाना चाहिए। भोजन के सेवन का मापनः ऊर्जा के सेवन का अनुमान लगाने में, भोजन के सेवन का मापन किया जाता है, और ये काफी अनिश्चितता के अधीन होने के लिए जाने जाते हैं। यहां तक कि बहुत करीबी निगरानी के तहत अध्ययनों में भी व्यक्तिगत खाद्य पदार्थों के वजन में त्रुटियां शायद ही कभी ± 5 प्रतिशत से कम होती हैं। इसलिए ऊर्जा सेवन की गणना के लिए प्रक्रियाओं का आकलन करते समय कुछ हद तक व्यावहारिकता का उपयोग किया जाना चाहिए, और कई लेखक उद्धृत गणना की गई ऊर्जा सेवन के लिए अधिक सटीकता का अनुमान लगाते हैं जो उचित है। व्यक्तिगत भिन्नताएँः व्यक्तियों में भिन्नताएँ सभी मानव अध्ययनों में देखी जाती हैं, और अधिकांश गणनाओं में इन भिन्नताओं की अनुमति नहीं है। एटवाटर प्रणाली में निहित धारणाओं के लिए सैद्धांतिक और शारीरिक आपत्तियों के परिणामस्वरूप इन व्यावहारिक मामलों की तुलना में बहुत कम त्रुटियां होने की संभावना है। परिवर्तन कारक छोटे शिशुओं के साथ प्रायोगिक अध्ययनों से प्राप्त किए गए थे, लेकिन ये चयापचय योग्य ऊर्जा सेवन के लिए मूल्यों का उत्पादन करते थे जो संशोधित एटवाटर कारकों के प्रत्यक्ष अनुप्रयोग द्वारा प्राप्त मूल्यों से मामूली रूप से अलग थे। खाद्य ऊर्जा कैलोरीमीटर संदर्भ भी देखें आगे पढ़ने के लिए अमेरिकी कृषि विभाग-कृषि अनुसंधान सेवाः अमेरिकी पोषण विज्ञान की स्थापना-विल्बर ओलिन एटवाटर पोषण खाद्य विज्ञान