Запознайте се с трима изследователи, които работят, за да разберат тайните на храната

25 май 2017 г. в 6:10 ч

места

Дейвид Баер хвърля поглед към вкусна закуска: пържени яйца и препечен хляб. След това той накланя всичко в блендер. WHIRRRR. Той няма да яде този странен смути. По-скоро смесването е една стъпка в процеса на определяне колко калории съдържа ястието. След като се смеси, той ще запали материала. По-късно той ще смеси и изгори изпражненията и урината от доброволец, който е ял една и съща - но без смес - закуска.

Всичко това е в еднодневна работа за Баер и неговия изследователски екип в Beltsville Human Nutrition Research Center в Мериленд. Това е част от националната служба за научни изследвания в селското стопанство. Този екип на ARS изучава храната и връзката й със здравето. Един важен фокус на изследванията е калориите. Тази мерна единица разкрива колко енергия храната осигурява на тялото.

За да извлече енергия от храната, тялото я разчупва и след това изгаря молекулите. Да, тялото ви работи като пещ! Затова го заредете с гориво - храна - и то ще ви стопли и ще осигури енергията, необходима ви за растеж, движение, мислене и изпълнение на други задачи.

Калорията е мярка за количеството топлина, произведено от този процес. Терминът „калория“ на етикетите на храните всъщност е кратък за килокалория. Ето колко енергия е необходима, за да се повиши температурата на един килограм вода с 1 градус по Целзий (1,8 градуса по Фаренхайт).

Обяснител: Всичко за калориите

Прогнозите за калории се показват в менютата на ресторантите и етикетите на храните. Някои хора, които спазват диета, обсебващо ги броят. Те се надяват да консумират по-малко калории, отколкото ще използват за работа - и по този начин да отслабнат. Но храненето на човека е сложно. А броят на калориите върху етикетите на храните не разказва цялата история.

Тук се срещаме с двама специалисти по хранене и учен по храните, които разглеждат калориите по нови начини. И тримата се опитват да разберат по-добре храната, за да помогнат на хората да останат здрави. Баер научава, че някои храни осигуряват на тялото по-малко калории от очакваното. Друг диетолог иска да тренира мозъка да предпочита нискокалорични храни. А учен по храните използва химията, за да проектира нови продукти и методи за готвене, за да намали наличността на калории в храната.

От антилопи до бадеми

Какво е общото между антилопите, игуаните и хората? Баер е проучил как се хранят всички. Започва като зоолог, изучаващ диетата на дивите животни. По-късно той насочи вниманието си към хората. Човек или звяр обаче отбелязва, че винаги се е интересувал от това „как ядем храна, смиламе я, обработваме я в телата си, превръщаме я в мускули или мазнини и я горим за енергия“.

Напоследък екипът му се побърква. Те са изучавали калориите в шам-фъстъци, бадеми и орехи. Едно общо правило за хранене гласи, че всеки изяден грам мазнина, без значение от какъв вид или откъде идва, осигурява на тялото 9 калории енергия. Това е правилото, което повечето хранителни компании използват за създаване на етикети за храни. Екипът на Baer искаше да тества това, използвайки ядки.

Екипът на Baer използва същия експеримент за всяка ядка. Той набра 18 здрави възрастни доброволци, които да ядат всичките си ястия в изследователския център Белтсвил за два триседмични периода. (Тези два периода не е задължително да се връщат назад.) По време на първия доброволците са яли типични американски ястия. Например, закуската може да бъде яйца и препечен хляб. През втората седмица на всяка поредица изследователите намаляват броя на калориите в първоначалното хранене. След това заместиха бадеми или друга ядка, за да компенсират разликата в калориите.

Телата на доброволците се приспособиха към новата диета през първите девет дни от всеки период на изследване. През следващите девет дни забавното смесване започна.

Изследователите смесват и смесват храна, която е идентична по вид и количество с това, което всеки доброволец е ял през този ден. След това те замразяват сместа и я натрошават на фин прах. След това прахът за всеки ден се комбинира в краен микс. Екипът на Baer взе грам от него и го постави в устройство, известно като бомбен калориметър (Kal-oh-RIM-eh-tur). Учените използват това устройство за измерване на топлината, отделяна при химична реакция - в този случай изгарянето на прахообразната храна.

Baer или колега пълнят устройството с чист кислород, след което го затварят в резервоар с вода. Когато изследователят включи машината, тя създава искра. Искра плюс кислород се равнява на експлозия! Прахът изгаря светкавично. Енергията, която отделя, загрява водата. Колко се повишава температурата, разкрива колко калории е имало в праха.

Сега Баер и неговият екип знаят точно колко енергия - колко калории - доброволците са изяли за девет дни.

Предизвикателството

Но хората не са бомбени калориметри. Част от това, което ядат, оставя тялото като изпражнения и урина. Така че Баер и екипът му също трябва да събират и „бомбардират“ и тези отпадъци.

Предупреждение: Ето я неприятната част. Всеки ден доброволците трябваше да носят у дома специални чанти, които да поставят над тоалетните си. Тези торби събираха всичко, което излезе от новобранците. На следващия ден, на път за закуска в лабораторията, новобранците предадоха отпадъците от предишния ден. За да гарантират, че екипът е получил правилните отпадъци от домакинството, доброволците са приемали капсула багрило при всяко хранене. Това промени цвета на каката им. „Излиза зелено“, съобщава Баер.

Тези отпадъци бяха лиофилизирани и смлени на прах. След това и той беше бомбардиран в калориметъра. „Това е нещо необичайно за правене“, признава Баер, но е свикнал. Екипът му разполага със специално оборудване, за да поддържа процеса чист и безопасен.

След това изследователите извадиха калориите в отделените отпадъци от калориите, които са били през деня. Това разкри колко енергия е оставила храната в тялото на доброволеца. След като намали цифрите по този начин, групата на Baer установи, че ядките не осигуряват толкова калории, колкото биха предвидили етикетите на храните. Това означаваше, че вечерящите не са усвоили ядките напълно.

Целите бадеми доставят с 25 процента по-малко енергия от очакваното, орехите с 21 процента по-малко и шам-фъстъците с 5 процента по-малко.

„Ядките са растения“, обяснява Баер. Всяка растителна клетка е заобиколена от дебела стена, която хората не могат да усвоят. Дъвченето или смилането може да пробие тези стени, позволявайки достъп до енергията вътре. Но това няма да разруши стената на всяка клетка. В резултат на това някои парченца ядки в крайна сметка преминават през тялото неразградени. А с несмлените отпадъци отиват калории - точно в тоалетната.

Ядките са част от здравословната диета, казва Баер. Те осигуряват важни витамини и минерали. Но той се притеснява, че висококалорийният брой на много етикети на ядки може да обезкуражи някои хора да ги ядат. В крайна сметка изследвания като него могат да помогнат за актуализирането на етикетите. „Бих искал потребителите да имат точна информация“, казва той.

Трениране на мозъци от нездравословна храна

Не всеки използва цифрите на хранителните пакети, за да им помогне да решат какво да ядат. „Не броя калории. Това е твърде скучно и неприятно “, казва Сюзън Робъртс. Тя е специалист по хранене в университета Туфтс в Бостън, Масачузетс. Там тя е специализирала в тактики за отслабване. За нея това е лично. „Бях много наднормено тегло като малко дете и след това като млад възрастен,“ казва тя. Тя се научи да управлява собственото си тегло и сега помага на другите.

Вместо да се фокусира върху калориите, Робъртс учи диетите да обичат здравословната храна. Тя комбинира знанията си по готвене (някога е работила като готвач) и наука, за да създаде диетична програма, наречена „Instinct Diet“ или iDiet. Той предлага рецепти за ястия, които имат вкус на нездравословни храни, но съдържат по-здравословни съставки. Например, рецептата за шоколадов пудинг включва смесване на какао и ванилов екстракт в обезмаслено сирене рикота.

Повечето рецепти на Робъртс съдържат повече протеини и фибри, отколкото обикновените американски храни. Те също така съдържат по-малко захар. Захарта има добър вкус, но тялото бързо изразходва енергията си. Енергията от протеини трае по-дълго. Помага да не се чувства гладен един час или два след хранене.

Докато хората имат навика да ядат здравословна храна, мозъкът им започва да се променя, показват изследванията на Робъртс. С течение на времето гладът за нездравословна храна изглежда намалява, докато желанието за здравословна храна нараства. В едно проучване от 2014 г. Робъртс и нейните колеги се обединяват с мозъчни изследователи от Харвардското медицинско училище в Бостън, Масачузетс. Те заедно проследяват 13 доброволци с наднормено тегло или затлъстяване в продължение на шест месеца. Като контролна група петима доброволци не ядат iDiet. Осемте, които наистина получиха рецепти и присъстваха на класове и групи за подкрепа.

В началото и в края на проучването всеки доброволец се качи в машина за функционален магнитен резонанс (fMRI). Той измерва притока на кръв към различни области на мозъка. Докато бяха в машината, доброволците разглеждаха снимки на храна. Някои бяха по-нискокалорични продукти от диетата, като пилешки гърди на скара. Други бяха висококалорични предложения, като пържено пиле. По време на всичко това, fMRI машината записва активност в част от мозъка, която има тенденция да се включва, когато срещне нещо, което намира за „полезно“.

Тази област светна от активност, когато някой разглежда снимки на храни, които той или тя намира за привлекателни.

В началото на проучването висококалоричните храни като пърженото пиле бяха по-привлекателни за повечето доброволци. Но след шест месеца на iDiet, „инстинктивната реакция на хората беше съвсем различна“, казва Робъртс. Областта за възнаграждение на мозъка на iDiet-доброволците се активира повече в отговор на пиле на скара и други храни с по-ниско съдържание на калории. Междувременно техният център за награди светна по-малко в отговор на висококалорична храна.

Това беше много малко проучване. Но Робъртс се надява да го повтори в по-голям мащаб. Междувременно тя беше заета в Гвинея Бисау, страна на западното крайбрежие на Африка. Там много хора не могат да получат достатъчно калории. Нейният екип разработва богата на хранителни вещества лента, която да разпространява сред местните деца. Барът ще осигури витамини, минерали, протеини и калории, за да им помогне да растат.

Приготвяне на малко химия

Робъртс използва познанията си за храненето, за да измисли по-добри рецепти за храни, които хората могат да приготвят у дома. По същия начин учени от хранителни компании работят зад кулисите, за да разработят нови рецепти за продукти, които се появяват на рафтовете за хранителни стоки.

Пушпараджа Тавараджа работи като учен по храните в B.O.V. Solutions Inc. в Стейтсвил, Северна Каролина, където използва химията, за да създаде по-здравословни версии на храните. В момента работи върху смес за палачинки без глутен. Глутенът е вещество, което се намира в пшеницата и няколко други зърнени храни. Това е важна съставка в много печени продукти. „Глутенът е смола“, казва той. Помага на палачинката да се слепи. Но някои хора не могат да ядат глутен.

Thavarajah използва знанията си по хранителна химия, за да разузнава заместители на глутена и някои други хранителни съставки. Източникът на тези заместващи химикали може да бъде царевица, ориз или картофи. Дори ако новата съставка помага на палачинката да се слепи, работата му не е свършена. „Трябва да се уверите, че вкусът е наред“, обяснява той. За това екипът му работи с панели от тестери за вкус. Те пробват всяка нова храна, преди тя да попадне в хранителни магазини.

Thavarajah работи и със студенти в няколко различни университета, включително Колежа по химически науки в Раджагирия, Шри Ланка. Той произхожда от тази малка островна държава край южното крайбрежие на Индия. Неговите ученици използват химията, за да променят начина, по който тялото обработва въглехидратите.

Има три основни типа въглехидрати: захари, нишесте и фибри. Захарите са сладки молекули като захароза (трапезна захар) и фруктоза (естествено се срещат в плодовете). Простите захарни глюкози се свързват във вериги, за да произвеждат нишестета, като тези, които се съдържат в ориза, зърнените култури и царевицата. Фибрите са още по-дълга верига от глюкоза. Тази силна молекула образува структурна част от растенията.

Храносмилателната система лесно превръща захарите и нишестето в енергия, но не може да разгражда фибрите. (Това обаче може да е добро за тялото. Много фибри в диетата могат да помогнат на храносмилателната система да поддържа нещата да се движат през нея.) Тавараджа и неговите ученици намериха начини да заменят обикновеното нишесте с разнообразие, наречено устойчиво нишесте. Този въглехидрат действа като фибри, тъй като се противопоставя на храносмилането. Но имитира редовно нишесте по текстура и вкус.

Тъй като устойчивите нишесте правят по-малко калории достъпни за тялото, отбелязва Тавараджа, те могат да бъдат ценни в хранителните продукти. Един от учениците му, Пол Фенласон от Държавния университет в Северна Дакота във Фарго, извлича устойчиво нишесте от царевица. Той го използва, за да замени брашното в торта за рожден ден. Sudhair James, друг студент, изобретил нов метод за готвене на ориз. Тази техника увеличава количеството естествено, устойчиво нишесте в ориза.

Джеймс е един от учениците, работещи в Шри Ланка. Започна с известна техника. Приготвянето на нишестена храна и след това охлаждането й за поне 12 часа превръща някои обикновени нишестета в устойчива форма. Претоплянето на храната не я променя обратно. Тъй като устойчивото нишесте не се усвоява, някои от енергосъдържащите молекули в храната преминават през тялото неразградени.

Крайният резултат е ястие, което оставя по-малко от калориите си в тялото. Този процес се случва във всички нишестета, включително ориз, тестени изделия и картофи. „Вярно е“, казва Тавараджа. „Остатъците от картофи са по-нискокалорични от пресните!“

Джеймс обаче откри, че добавянето на малко количество кокосово масло, докато оризът се готви, превръща по-голямата част от нишестето в устойчива форма. Мазнината в маслото се свързва с някои от молекулите на нишестето, за да създаде устойчиво нишесте. Методът превръща 10 до 15 процента от нишестето в ориза в устойчива форма. Това от своя страна намалява наличните калории с подобно количество.

Хората се нуждаят от калории, за да захранват тялото си, но това не е всичко, което тялото изисква, отбелязва Тавараджа. Тялото също се нуждае от десетки витамини, минерали и други хранителни вещества, за да процъфтява. Днес половината американци не получават достатъчно от тях.

Проблемът е, че калориите са твърде евтини и много. Като учен по храните Thavarajah може да произведе богата на калории храна само за няколко долара. „Добавянето на останалите 50 хранителни вещества става изключително скъпо“, посочва той. Така че той търси храни, които започват да са богати на хранителни вещества, като зеле и леща, за да доставят повече от тези основни молекули на ниска цена.

Следователно калориите са само началното място за измисляне на начина, по който да се храните добре. Но колкото повече хора научат за храненето, толкова по-голям е шансът да направят добър избор по време на хранене.

„Храната, химията и храненето са много важни“, казва Тавараджа. „Те пряко влияят на вашето здраве.“ Неговият съвет е да се научите да обичате здравословните храни. Напълнете с леща, нахут, грах, боб, зеленчуци и плодове. Тялото ви, казва той, ще ви благодари.

Това е една от поредицата за кариера в науката, технологиите, инженерството и математиката, станала възможна с щедрата подкрепа от Фондация Арконик.

Споделя това:

Цитати

Списание: K. Portune et al. Микробиота на червата, диета и нарушения, свързани със затлъстяването - добрите, лошите и бъдещите предизвикателства. Молекулярно хранене и изследвания на храните. Кн. 61, януари 2017 г., стр. 1600252. doi: 10.1002/mnfr.201600252.

Списание: S. Gebauer et al. Преработката и структурата на храните влияят върху метаболизиращата енергия на бадемите. Храна и функция. Кн. 7, 1 октомври 2016 г., стр. 4231. doi: 10.1039/C6FO01076H.

Списание: D. Baer и сътр. Орехите, консумирани от здрави възрастни, осигуряват по-малко налична енергия, отколкото се предвижда от факторите на Атуотър. Вестник на храненето. Кн. 146, 1 януари 2016 г., стр. 9. doi: 10.3945/jn.115.217372.

Книга: М. Нестле и М. Несхайм. Защо калориите се броят. Бъркли и Лос Анджелис: University of California Press, 2012.