Trong hơn một thế kỷ, các nhà khoa học thường ước tính năng lượng thực phẩm dựa trên hệ số Atwater, quy định lượng calo trung bình từ mỗi gram chất béo, protein và carbohydrate.

Phương pháp này hữu ích để chuẩn hóa nhãn dinh dưỡng, nhưng không mô tả đầy đủ mọi quá trình xảy ra trong đường tiêu hóa. Một phần thức ăn không được hấp thụ ở ruột non sẽ đi xuống đại tràng. Tại đây, vi khuẩn và các vi sinh vật khác phân giải những thành phần còn lại, tạo ra các chất chuyển hóa mà cơ thể có thể hấp thụ, trong đó có axit béo chuỗi ngắn.

Để mô tả sự trao đổi năng lượng này, nhóm nghiên cứu tại Đại học bang Arizona phát triển mô hình DAMM, viết tắt của “tiêu hóa, hấp thụ và chuyển hóa của vi sinh vật”. Mô hình theo dõi năng lượng từ thức ăn, phần được cơ thể hấp thụ trực tiếp, phần vi khuẩn sử dụng và những sản phẩm cuối cùng có thể đi vào máu hoặc bị đào thải.

Rosa Krajmalnik-Brown, giáo sư tại Trường Kỹ thuật Bền vững và Môi trường Xây dựng, đồng thời là giám đốc Trung tâm Biodesign về Sức khỏe thông qua Hệ vi sinh của trường, cho biết tiêu hóa là quá trình hợp tác giữa cơ thể người và cộng đồng vi sinh vật sống trong ruột.

Nhóm nghiên cứu đối chiếu mô hình với dữ liệu từ một thử nghiệm chế độ ăn có kiểm soát. Những người tham gia ăn theo một trong hai chế độ: chế độ giàu chất xơ và tinh bột kháng (dạng carbohydrate thoát khỏi phần lớn quá trình tiêu hóa ở ruột non, sau đó được vi khuẩn tại đại tràng phân giải), hoặc chế độ kiểu phương Tây với ít chất xơ và tinh bột kháng hơn, thường có nhiều thực phẩm chế biến.

Kết quả cho thấy những người ăn theo chế độ kiểu phương Tây hấp thụ nhiều hơn khoảng 116 calo mỗi ngày so với nhóm ăn giàu chất xơ.

Mô hình DAMM cũng ước tính axit béo chuỗi ngắn được hấp thụ từ đại tràng cung cấp trung bình khoảng 140 calo mỗi ngày, tương đương 7,4% tổng năng lượng có thể sử dụng từ thức ăn.

Theo tính toán của nhóm, khoảng 85% năng lượng hấp thụ đến từ đường tiêu hóa trên và khoảng 15% từ đường tiêu hóa dưới, nơi hoạt động của vi sinh vật có vai trò lớn hơn.

Thoạt nhìn, kết quả có vẻ mâu thuẫn: chế độ ăn giàu chất xơ hỗ trợ vi khuẩn tạo ra nhiều axit béo chuỗi ngắn hơn, nhưng người ăn lại hấp thụ ít calo hơn.

Điều này có thể được giải thích khi tách quá trình tiêu hóa thành từng giai đoạn. Vi khuẩn thực sự tạo ra những hợp chất có thể cung cấp năng lượng, nhưng lượng năng lượng cơ thể hấp thụ trực tiếp từ thức ăn ở ruột non cũng thay đổi theo thành phần và cấu trúc thực phẩm.

Tổng năng lượng cuối cùng phụ thuộc vào cả hai quá trình, chứ không chỉ lượng chất chuyển hóa do vi khuẩn tạo ra.

Mô hình DAMM được nhóm nghiên cứu cho biết dự đoán kết quả hấp thụ năng lượng sát với dữ liệu thử nghiệm hơn cách tính truyền thống dựa trên hệ số Atwater. Đây là lợi thế tiềm năng của mô hình khi nghiên cứu những khác biệt về chuyển hóa giữa các chế độ ăn.

Nghiên cứu cho thấy, giá trị năng lượng thực tế của thức ăn chịu ảnh hưởng bởi cách chế biến, cấu trúc thực phẩm và hệ vi sinh đường ruột. Trong tương lai, hiểu rõ những yếu tố này có thể giúp xây dựng chế độ ăn phù hợp hơn với từng người.