A termikus és nem termikus élelmiszer-feldolgozás energetikai következményei

Rachel N. Carmody

Humán evolúciós biológia tanszék, Peabody Múzeum, Harvard Egyetem, Cambridge, MA 02138; és

Gil S. Weintraub

Humán evolúciós biológia tanszék, Peabody Múzeum, Harvard Egyetem, Cambridge, MA 02138; és

Richard W. Wrangham

Humán evolúciós biológia tanszék, Peabody Múzeum, Harvard Egyetem, Cambridge, MA 02138; és

b Stellenbosch Institute for Advanced Study (STIAS), Wallenberg Kutatóközpont, Stellenbosch Egyetem, Stellenbosch 7600, Dél-Afrika

A szerző közreműködései: R.N.C., G.S.W. és R.W.W. tervezett kutatás; R.N.C. és G.S.W. végzett kutatás; R.N.C., G.S.W. és R.W.W. elemzett adatok; és R.N.C. és R.W.W. írta a lap.

Társított adatok

Absztrakt

Az energiaellátás az anyagcsere-folyamatok rutinszerű korlátja, beleértve a növekedést, a betegség elnyomását és a szaporodást, ezért kulcsfontosságú változó az emberi táplálkozás és az evolúciós alkalmasság szempontjából. Régóta felismerték, hogy a főzés növeli a keményítőből származó energiát (1–3), de hogy miként változtatja meg a húsevésből származó energianyereség mértékét, megoldatlan probléma, amelynek gyakorlati és elméleti vonatkozásai vannak. Mivel a húst szinte mindig főzve fogyasztják, a hús főzésének hozzájárulása az emberi táplálkozási energetikához potenciálisan nagy: Japán kivételével minden jómódú országban a hús a legnagyobb fehérjeforrás (4), és a fejlődő nemzetek körében gyorsan növekszik a húsfüggőség (5). ) szerint az éves globális húsfogyasztás várhatóan 2030-ra eléri a 376 millió tonnát (6). A hús főzésének energetikai következményei az emberi evolúcióban is fontosak lettek volna, mióta a tüzet szabályozták, minimálisan 300 000–400 000 évvel ezelőtt, amikor a hús arra következtetett, hogy az étrend nagy alkotóeleme volt, és az energia rutinszerűen rövid lett volna ellátás (7–9).

Az Atwater szabványos energiaértékelési rendszere egy ehető termék teljes metabolizálható tápanyagtartalmának mérésén alapul (az élelmiszer bruttó energiatartalma mínusz a vizelettel, ürülékkel, váladékkal és gázokkal elvesztett energia), és megállapítja, hogy a főzés általában minimális hatást gyakorol a hús energiájára. érték (10) (S1. táblázat). Ez a következtetés azonban gyanús, mert az Atwater rendszer figyelmen kívül hagyja a potenciálisan fontos hatásokat (1). A hő okozta fehérje denaturáció, a szerkezeti integritás elvesztése és a mikrobák deaktiválása várhatóan növeli a hús energiaértékét (2, 11, 12), míg a csepegő veszteség, a Maillard-reakciók, a fehérje kovalens kötések kialakulása és az izomrostok megkeményedése csökkenti it (10, 13 –15). Ezen mechanizmusok integrált hatásai ismeretlenek, és csak a fogyasztói energiamérleg tanulmányozásával érthetők meg. Ezenkívül a hő egyedi hozzájárulásának elkülönítése érdekében a főzés hatásait össze kell hasonlítani a nem termikus feldolgozás hatásaival.

E problémák megoldása érdekében megvizsgáltuk a feldolgozatlan, dübörgött és/vagy főtt étrend testtömegre és táplálék-preferenciákra gyakorolt hatását egy mindenevő emlősnél, az egérnél (Mus musculus), amely faj ismerten használja ki a húst (16) és a keményítőt - gazdag élelmiszerek (17) természetes körülmények között. Hitelesítettük protokollunkat gumókból álló étrenddel, amely egy keményítőben gazdag elem, amelyben a keményítés emészthetőségének korábbi vizsgálatai alapján a főzés jelentős pozitív hatásai megjósolhatók voltak (2), de az Atwater-egyezmény (10) alábecsülték (S2. Táblázat). Ezután megismételtük a kísérletet hús felhasználásával. A gumós és a húsos kísérletek lehetővé tették a főzés és a nem termikus feldolgozás relatív energetikai előnyeinek felmérését is, ez egy korábban nem vizsgált probléma.

A témán belüli kiegyensúlyozott vizsgálat alapján a felnőtt hím CD-1 egereket ökológiai édesburgonyával (Ipomoea batatas) vagy organikus sovány marhahússal (Bos taurus) etették négy kísérleti étrendben: nyersen és egészben (RW), nyersen és fonton (RP). ), főzve és egészben (CW), főzve és ütögetve (CP) (S1. ábra). Mindegyik étrendet ad libitum adtuk 4 napig, az egymást követő étrendek között 6 napos ad libitum chow kimosási periódussal. Az egereket egyenként olyan ketrecekben helyezték el, amelyek célja a koprofágia minimalizálása, valamint a táplálékbevitel és az aktivitás szintjének felmérése (S2. Ábra). A testtömeg változását alkalmaztuk a megszerzett vagy elvesztett energia indexeléséhez, figyelembe véve a bevitelt és az aktivitást. Ezenkívül annak értékelésére, hogy a naiv és/vagy tapasztalt egerek táplálék-preferenciái összhangban vannak-e az energetikai értékkel, preferencia-teszteket végeztünk a takarmányozási ciklus előtt és után.

Eredmények

Az élelmiszer-feldolgozás hatásai a gumós étrendre.

A főzés általában növeli a keményítőben gazdag ételeken tartott állatok súlygyarapodását (1). A hő hatására zselatinizálódik a keményítő, aminek következtében a rezisztens félkristályos struktúrák amorf vegyületekké alakulnak, amelyek könnyen hidrolizálódnak cukrokká és dextrinekké (3), ami magasabb fogyasztói specifikus emészthetőséget eredményez (2). Ezért azt vártuk, hogy a főzés pozitív hatást gyakorol a gumós étrendünk energetikai értékére, amely szárazanyagra számítva nyersen ~ 40% keményítőt tartalmazott (S3. Táblázat). Ezzel szemben a nem termikus feldolgozás gumókra gyakorolt hatását soha nem vizsgálták az energiával kapcsolatban. A dörömbölés csökkenti a gumók szerkezeti integritását azáltal, hogy károsítja a sejtfalakat és felszabadítja a sejtvizet, ezáltal csökken a szilárdság (18, 19). A dörömbölés hajlamos a nyers gumók frakcionálására is, csökkentve a bevitt részecskeméretet, és ezért valószínűleg a rágási és gyomorfeszítést (20). Ezeknek az átalakításoknak pozitív hatással kell lenniük a nettó energianyereségre. A dübörgés azonban nem valószínű, hogy megzavarná magukat a keményítőszemcséket, amelyek átmérője általában 2–100 μm, és ezért túl kicsi ahhoz, hogy mechanikai kezeléssel rendszeresen károsodjanak (21). Ezért feltételeztük, hogy a dörömbölés javítja a nettó energianyereséget, de a dörömbölés előnyei kicsiek lesznek a főzés előnyeihez képest.

Megállapítottuk, hogy a 4 d-nél nagyobb nettó energianyereség mind főzéssel, mind dörömböléssel javult [kétirányú ismételt mérések ANOVA (2 × 2 RM ANOVA); főzés: P 1. ábra). A főzés javította a font diétát (páros t teszt; RP CP; P 2. ábra). Az étkezési preferenciákat éhgyomri egereken értékelték naiv (minden gumós étrendnek való kitettség előtt) és tapasztalt (minden gumós étrendnek való kitettség után) körülmények között, két mutató felhasználásával: az első harapás (az első étrend fogyasztása, az összes étrend egyidejű bemutatása mellett) és a teljes bevitel ( 3 órán belül elfogyasztott gramm kiszáradásra korrigálva). Míg a naiv egerek 17 esetből 14 esetben választottak font diétát (χ 2; P = 0,008) és főtt étrendet 17 esetből 9-ben (χ 2; P = 0,808) az első harapás alapján, tapasztalat után ugyanazok a kiválasztott egerek főttek diéták 17-ből 17 esetben (χ 2; P 2; P = 0,808). A teljes bevitel alapján mérve, a naiv egerek előnyösen duzzasztott étrendet fogyasztottak (2 × 2 RM ANOVA; főzés: P = 0,388, dübörgés: P 2; főzés: P = 0,489, dübörgés: P 2; főzés: P 3. ábra). A főzés javította a font diétát (páros t teszt; RP CP; P = 0,002) (S3 ábra).

A testtömeg változásai a diétákon. A testtömeg átlagos kumulatív változása (± 95% CI) 4 d alatt 4 napon belül egerekben (n = 16), normál, ad libitum diétával táplált szerves marhahús (B. taurus) szem körül, nyersen és egészben (RW), nyersen és dübörögve (RP) ), főzve és egészben (CW), valamint főzve és ütögetve (CP). A diétákat az alanyokon belüli tanulmányok kiegyensúlyozása alapján alkalmazták.

Az aktivitási szintek és a táplálékbevitel elméletileg a nettó energianyereség különbségeit a húskészítmény alapértékeitől elkülönítve vezethetik, de bebizonyosodtak, hogy nem ezt teszik. A kerékpáros futással indexelt aktivitási szintek nem különböztek a diéták között (2 × 2 RM ANOVA; főzés: P = 0,143, dübörgés: P = 0,710). A kumulált táplálékfelvétel (± 95% CI) étrendenként változó volt, de a főtt étrend általában inkább alacsonyabb, mint magasabb bevitelhez kapcsolódott: friss súlyra vonatkoztatva: RW, 64,5 ± 3,2 g; RP, 69,1 ± 2,8 g; CW, 53,7 ± 2,7 g; CP, 55,1 ± 2,9 g; száraz tömeg bázis: RW, 20,8 ± 0,8 g; RP, 19,3 ± 0,9 g; CW, 18,6 ± 0,9 g; CP, 18,7 ± 0,9 g. Friss súlyú alapon az étkezés 4 napos táplálkozás alatt a főtt diétáknál szignifikánsan alacsonyabb volt, a font diétáknál pedig magasabb (2 × 2 RM ANOVA; főzés: P 4. ábra). Az első harapás alapján a naiv egerek 16 esetből 14-ben választottak főtt étrendet (χ 2; P = 0,003), szemben a 16-ból 7 esetben font dióval (χ 2; P = 0,617), és tapasztalt egerek választottak főtt étrendet A 16 esetből 12 esetben (χ 2; P = 0,046) összehasonlítva a dübörgött diétákkal 16 esetben 6 esetben (χ 2; P = 0,317). A teljes bevitel alapján a naiv egerek elsősorban főtt étrendet fogyasztottak (2 × 2 RM ANOVA; főzés: P = 0,012, dübörgés: P = 0,132), a főtt étrendek az összes elfogyasztott gramm 75,6% -át teszik ki, szemben a dübörgött diéták 36,6% -ával . A tapasztalt egerek hajlamosak voltak a főtt étrend kiválasztására is (az összes bevitt gramm százalékos aránya; főtt: 60,3%, dübörgött: 53,8%), bár ez a preferencia nem érte el a statisztikai szignifikanciát (2 × 2 RM ANOVA; főzés: P = 0,084, dübörgés: P = 0,448). A naiv egerekben a főtt hús preferenciáját szabályozó mechanizmusok nem ismertek. Vizuális, szaglási és tapintási jelek mind lehetségesek.

Élelmiszer-preferenciák a húsdiétákon. Az ökológiai marhahús (B. taurus) szem nyersen és egészben (nyersen), nyersen tálalva a naiv (minden húsos étrendnek való kitettség előtt) és tapasztalt (minden húsos étrendnek való kitettség után) viszonylagos preferenciák az egerek (n = 16) között és ütött (RP), főtt és egész (CW), és főtt és dübörgött (CP). A bemutatott értékek tükrözik az ebben a vizsgálatban használt két preferencia-mérőszám összetett adatait: az első harapás (az étrend fogyasztása először az összes étrend párhuzamos bemutatása) és a teljes bevitel (a 3 órán belül elfogyasztott grammok kiszáradásra korrigálva). Egy adott étrend összesített értékét az első harapások százalékának és az adott étrendnek tulajdonítható teljes bevitel százalékának átlagaként kell kiszámítani. Az egerek előnyben részesítették a főtt hús diétákat mind a naiv állapotban (összetett érték χ 2; főzés: P 2; főzés: P Wrangham R. Catching Fire: Hogyan főttünk emberré a főzés. New York: Basic Books; 2009. [Google Scholar]