Churn Baby, Churn: Mit Virtuellen Mägen Die Geheimnisse Der Verdauung Wieder Auffliegen Lassen
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Anonim

Was kann uns die rechnergestützte Fluiddynamik über die größte Lücke in der Ernährungswissenschaft lehren?

Anmerkung des Herausgebers: Dies ist der dritte Teil einer Reihe von sechs Artikeln zur Wissenschaft der Lebensmittel, die täglich vom 30. März bis 6. April 2009 erscheinen.

DAVIS, Calif.-Ann Wigmore war von der amerikanischen Ernährung nicht begeistert. Nachdem sie nach dem Ersten Weltkrieg aus Litauen gezogen war, war sie entsetzt über unser Weißbrot und andere Greuel und vermisste die Leckereien, die ihre Großmutter einmal zubereitet hatte, darunter einen herzhaften "Brei aus zerkleinertem Roggenkorn und verdünnter Ziegenmilch".

Eines Tages, nachdem sie jahrelang mit Krankheit zu kämpfen hatte, ging sie zu einem verlassenen Parkplatz und, wie sie in ihren Memoiren schrieb, warum leiden? Wie ich Krankheit und Schmerz auf natürliche Weise überwunden habe: "Dort, vor meinen Augen ausgebreitet, befanden sich Hunderte Quadratmeter des üppigsten Unkrauts, das ich je gesehen hatte." So begann Wigmores Glaube an die Heilkräfte von Weizengras, ein Glaube, der sie zu einer Pionierin der Rohkostbewegung machte und Tausende dazu inspirierte, auf eine der frühesten Innovationen des Menschen zu verzichten und sich ausschließlich an rohen, gekeimten Körnern, rohen Nüssen und knusprigen Karottenstangen zu erfreuen. Obwohl Wigmores eigenes Leben verkürzt wurde, als sie 1994 im Alter von 85 Jahren bei einem Brand in Boston starb, lebt ihr Erbe durch eine Reihe von Stiftungen weiter, darunter das Hippocrates Health Institute, das sie 1956 in West Palm Beach, Florida, gegründet hatte.

Obwohl es leicht sein mag, sich über die leidenschaftlichsten Anhänger des "Raw Foodism" lustig zu machen, hat Wigmores atavistische Philosophie Einfluss darauf, wie die meisten Mainstream-Amerikaner essen und über das Essen nachdenken. Wir mögen ein brutzelndes Braten von Gemüse Wigmores erstaunlich milden Rezepten vorziehen, aber es ist schwer, das anhaltende Gefühl zu verwerfen, dass rohes Gemüse für uns einfach gesünder sein könnte.

Im Laufe der Jahre hatten Wissenschaftler auch Probleme, die Raw Foodists zu entlassen. Befürworter der Rohküche weisen darauf hin, dass beim Kochen eine Reihe nützlicher Enzyme und Vitamine abgebaut werden. Kritiker bemerken jedoch, dass Magensäure die Enzyme ohnehin inaktiviert, und mäßiges Kochen kann auch dazu beitragen, andere Nährstoffe freizusetzen, beispielsweise das Lycopin einer Tomate (ein Antioxidans mit Potenzial) gesundheitliche Vorteile) oder Folsäure und Beta-Carotin aus Spinat. Tatsache ist, dass die Mechanismen, wie unser Verdauungssystem feste Lebensmittel abbaut und ihre Vorteile nutzt, im Allgemeinen kaum verstanden werden.

Das Nährwertkennzeichen der US-amerikanischen Food and Drug Administration auf der Rückseite dieser Packung Erdnüsse von Planters basiert ausschließlich auf der chemischen Analyse der Nüsse und gibt keinen Aufschluss darüber, welchen Anteil dieser herzgesunden einfach ungesättigten Fette Ihr Körper tatsächlich aufnimmt. Seit 2004 haben zwei europäische Forscherteams versucht, diese Lücke zu schließen, indem sie den Magen in vitro mit einer Art Robo-Magen simulierten. Und jetzt hat Paul Singh von der University of California, Davis 'Department of Food Science & Technology, das Projekt in den digitalen Bereich gebracht, um die Verdauung "in silico" zu simulieren.

Eines Nachmittags im Oktober zog Singh in seinem Büro ein Grafikvideo auf seinem Computermonitor hoch. Eine glitzernde rosa Masse, die einen zusammengepreßten Mund zu haben scheint, gurgelte heftig und zog sich zusammen wie das parasitäre Monster aus dem ersten Alien-Film. Dies war kein Parasit, sondern eine seltene Ansicht des Inneren eines menschlichen Magens, da er eine rhythmische Peristaltik durchführte, bei der feste Lebensmittel zu Partikeln mit einem Durchmesser von 2,5 mm (zehntel Zoll) zerkleinert und aufgewühlt wurden. Wie genau diese Partikel aussehen, nachdem sie von unseren Zähnen gekaut und von unseren Mägen aufgewühlt wurden, ist der Schlüssel zum Verständnis dessen, was passiert, wenn sie schließlich durch die Pylorusklappe in den Dünndarm rutschen, wo Nährstoffe absorbiert werden. Für Wissenschaftler wie Singh war dieser Prozess größtenteils unsichtbar. Schließlich können wir nur in leere Mägen schauen, weil durcheinandergebrachte Lebensmittel die Sicht trüben würden. "Woher wissen wir, was wirklich los ist?" er fragt.

Mit einem zweijährigen, uter. Ihr virtueller Magen ist in ein Netz von 281.602 Quadraten aufgeteilt; Sie verwenden die Fluiddynamik, um zu berechnen, wie die rollenden Kontraktionswellen die Magensäure in ihr bewegen. Die Forscher können dann virtuelle Lebensmittelpartikel darin platzieren - jedes mit seinen eigenen physikalischen Eigenschaften - und simulieren, wie lange es dauert, bis nährstoffgroße Nährstoffe austreten.

"Jedes Lebensmittel hat seine eigene Mikrostruktur", sagt Singh. "Ob es porös oder verdichtet ist oder seine Zellen durch ein Bindemittel zusammengehalten werden. Nährstoffe sind in diese Matrix eingebettet, und es sei denn, die Matrix zerfällt bis zu dem Punkt, an dem diese Nährstoffe anfallen." veröffentlicht, werden sie eingebettet bleiben."

Der 60-jährige Singh, der in Punjab, Indien, aufgewachsen ist, ist buchstäblich der Raketenwissenschaftler der Lebensmittelwelt. In seinem Kellerlabor zeigt er stolz die nächste Mehrzweck-Küchenmaschine, die er 2007 für die von der NASA vorgeschlagene bemannte Mars-Mission fertiggestellt hat. Ein halbes Dutzend Bücher in seinem Regal befassen sich mit der Physik der Wärmeübertragung und ein weiteres halbes Dutzend befasst sich mit der Fluiddynamik. Er ist Autor des College-Lehrbuchs Introduction to Food Engineering, das jetzt in der dritten Auflage erscheint. Nach dem Schrecken von 1993, der durch den Tod von vier Kindern ausgelöst wurde, die in einem Jack-in-the-Box-Restaurant ungekochte Hamburgerpastetchen gegessen hatten, half er der Fast-Food-Industrie mit einem Rechenmodell von Hamburgern, die auf Fast-Food-Grills kochten. Zuletzt hat er ein Patent für eine Kunststoff-Clamshell-Verpackung angemeldet, mit der Erdbeerzüchter ihre Früchte nach der Ernte abkühlen können. Dies ist ein entscheidender Schritt, um Erdbeeren frisch zu halten.

Singh, der sich nicht in seinem mathematischen Universum verirrt, ergänzt seine Berechnung durch Laboruntersuchungen, bei denen ein von ihm entworfener mechanischer Magen verwendet wird, der aussieht wie ein stark instrumentierter Eiscremekocher. In einem Experiment, das letztes Jahr im Journal of Food Science veröffentlicht wurde, nahm Singh rohe und gekochte Karottenwürfel mit einer Breite von sechs Millimetern und legte sie in diese Vorrichtung, die von ähnlichen Geräten inspiriert war, die von der Pharmaindustrie zum Studieren verwendet wurden wie sich Drogen auflösen.

Nachdem ein Karottenwürfel in simulierten Speichel eingeweicht und 30 Sekunden lang geschüttelt worden war, wurde er in einer Spinnkammer suspendiert, die mit Magensäure (auf Körpertemperatur gehalten) und Plastikperlen gefüllt war, die die Scherwirkung anderer Lebensmittelpartikel simulierten. Die Wissenschaftler zeichneten dann die Kräfte auf die Karotte auf und wogen sie regelmäßig ab, um zu messen, wie viel sich aufgelöst hatte. Der gekochte Karottenwürfel brauchte nur 20 Minuten, um auf 50 Prozent seiner ursprünglichen Masse reduziert zu werden, aber der rohe brauchte eine volle Stunde. "Mama hatte Recht, als sie sagte, du musst dein Essen gut kauen", sagt Singh und schlägt vor, dass du besser auf das Kauen vorbereitet bist, wenn du dich an Rohkost hältst.

In der Zwischenzeit haben Forscher am Institut für Lebensmittelforschung in Norwich, England, The Model Gut entwickelt, ein softwaregesteuertes In-vitro-System-Verdauungssystem, um zu untersuchen, wie Karotten, Fleisch, Mandeln und eine Vielzahl anderer Lebensmittel im Verdauungssystem abgebaut werden. Obwohl Mandeln etwa 55 Prozent Fett enthalten, sagt der leitende Forscher Giusy Mandalari, ein Biologe, dass Menschen weniger als die Hälfte davon absorbieren, hauptsächlich weil die Öle in Mandeln hinter einer harten Zellwand gespeichert sind, die gebrochen werden muss, damit unser Körper sie absorbieren kann. Ein Großteil des Nährstoffgehalts von Mandeln dient als "Präbiotikum", was bedeutet, dass es nützliche mikrobielle Gemeinschaften in unserem Dickdarm unterstützt. Als die Gruppe natürliche Mandeln mit blanchierten Mandeln verglich, die einer Wärmebehandlung unterzogen wurden, um ihre Haut zu entfernen, stellten sie fest, dass blanchierte Mandeln etwas größere Mengen an Nährstoffen freisetzen.

Marion Nestle, eine Ernährungsberaterin an der New York University, sagte, sie fand diese jüngsten Ergebnisse "überraschend" und stellte fest, dass wenn Mandeln und Rohkost wirklich so prebiotisch sind, Sie Darmbeschwerden haben würden. Nach einer kurzen Überlegung erinnerte sie sich jedoch an eine kürzliche Reise nach Rancho La Puerta in Mexiko, einem semivegetarischen Resort, das dafür bekannt ist, große Mengen an Salaten und anderem rohem Gemüse zu servieren. "Einer der großen Witze im Lager", sagt sie, "ist, dass jeder eine enorme Menge Benzin abgibt."

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