Cool Jobs: Kalóriaszámolás

Találkozz három kutatóval, akik az étel titkainak megértésén munkálkodnak

2017. május 25-én 6: 10-kor

David Baer egy finom reggelire pillant: sült tojás és pirítós. Aztán turmixgépbe tippeli az egészet. WHIRRRR. Nem fogja megenni ezt a furcsa turmixot. Inkább a keverés az egyik lépés annak meghatározásában, hogy az étkezés hány kalóriát tartalmaz. Miután összekeverték, felgyújtja az anyagot. Később egy önkéntes székletét és vizeletét keveri össze és égeti el, aki ugyanazt a - de keverék nélküli - reggelit fogyasztotta.

Mindez Baer és kutatócsoportja számára a Maryland-i Beltsville Humán Táplálkozási Kutatóközpontban végzett napi munkában van. A nemzet Agrárkutatási Szolgálatának része. Ez az ARS csapat tanulmányozza az ételt és annak egészséghez való viszonyát. Kutatásának egyik fontos fókusza a kalória. Ez a mértékegység megmutatja, hogy az étel mennyi energiát biztosít a test számára.

Ahhoz, hogy energiát nyerjen az ételből, a test feldarabolja, majd megégeti a molekulákat. Igen, a tested úgy működik, mint egy kemence! Tehát tüzelőanyaggal - étellel - melegítse meg, és biztosítsa a növekedéshez, mozgáshoz, gondolkodáshoz és más feladatok elvégzéséhez szükséges energiát.

A kalória az ezzel a hőtermeléssel mérhető mennyiség. Az élelmiszerek címkéjén szereplő „kalória” kifejezés valójában a kilokalória rövidítése. Ennyi energia szükséges egy kilogramm víz hőmérsékletének 1 Celsius-fokkal (1,8 Fahrenheit fok) való emeléséhez.

Magyarázó: Minden a kalóriáról

A kalória becslések megjelennek az éttermi menükben és az élelmiszer-címkéken. Néhány fogyókúra megszállottan számolja őket. Remélik, hogy kevesebb kalóriát fogyasztanak, mint amennyit a munkára fordítanak - és ezáltal lefogynak. De az emberi táplálkozás összetett. És az ételcímkéken számított kalória nem mondja el az egész történetet.

Itt találkozunk két táplálkozási szakemberrel és egy élelmiszer-tudóssal, akik új módszerekkel nézik a kalóriát. Mindhárom megpróbálja jobban megérteni az ételeket, hogy segítsen az embereknek egészséges maradni. Baer megtudja, hogy egyes ételek a vártnál kevesebb kalóriát biztosítanak a testnek. Egy másik táplálkozási szakember azt akarja kiképezni az agyra, hogy az alacsonyabb kalóriatartalmú ételeket részesítse előnyben. Az élelmiszer-tudós kémia segítségével új termékeket és főzési módszereket tervez, amelyek segítenek csökkenteni az ételek kalóriáinak elérhetőségét.

Az antilopoktól a manduláig

Mi a közös az antilopokban, a leguánokban és az emberekben? Baer azt tanulmányozta, hogyan étkeznek mindegyikük. Zoológusként kezdte a vadállatok étrendjét. Később az emberekre fókuszált. Ember vagy vadállat azonban megjegyzi, hogy mindig is érdekelte, hogy „hogyan eszünk ételt, emésztjük meg az ételt, dolgozzuk fel a testünkben, alakítsuk izommá vagy zsírgá és égessük energiává”.

Az utóbbi időben csapata dióba esett. Tanulmányozták a pisztácia, a mandula és a dió kalóriáit. Az egyik általános táplálkozási szabály kimondja, hogy minden elfogyasztott zsír gramm, függetlenül attól, hogy milyen típusú vagy honnan származik, 9 kalória energiát biztosít a szervezet számára. Ezt a szabályt használja az élelmiszeripari vállalatok a legtöbb élelmiszer-címke elkészítéséhez. Baer csapata ezt diófélékkel akarta kipróbálni.

Baer csapata ugyanazt a kísérletet használta minden anyához. 18 egészséges felnőtt önkéntest toborzott, hogy két háromhetes időtartamra az összes étkezésüket a beltsville-i kutatóközpontban fogyasszák el. (Ez a két időszak nem feltétlenül futott össze-vissza.) Az első során az önkéntesek tipikus amerikai ételeket ettek. Például a reggeli lehet tojás és pirítós. Minden sorozat második hetében a kutatók csökkentették az eredeti étkezés kalóriáinak számát. Ezután mandulát vagy más diót helyettesítettek a kalória különbség pótlására.

Az önkéntesek teste minden vizsgálati időszak első kilenc napján alkalmazkodott az új étrendhez. A következő kilenc nap alatt elkezdődött a keverési móka.

A kutatók olyan ételeket kevertek és kevertek, amelyek típusa és mennyisége megegyezett azzal, amit az egyes önkéntesek ettek aznap. Ezután fagyasztva szárítják a keveréket, és finom porrá zúzzák. Ezután a napi porokat összekeverjük egy végső keverékké. Baer csapata vett belőle egy grammot, és betette egy bombakaloriméter néven ismert eszközbe (Kal-oh-RIM-eh-tur). A tudósok ezt az eszközt használják a kémiai reakció során felszabaduló hő mérésére - ebben az esetben a porított élelmiszer égésére.

Baer vagy egy kollégája tiszta oxigénnel tölti fel a készüléket, majd lezárja egy víztartály belsejében. Amikor a kutató bekapcsolja a gépet, szikra keletkezik. Egy szikra és oxigén egyenlő egy robbanással! A por villámgyorsan eléget. Az általa felszabadított energia felmelegíti a vizet. Mennyivel emelkedik a hőmérséklet, kiderül, hogy hány kalória volt a porban.

Most Baer és csapata pontosan tudja, mennyi energiát - mennyi kalóriát - fogyasztottak az önkéntesek kilenc nap alatt.

A kihívás

De az emberek nem bombázzák a kalorimétereket. Az általuk fogyasztott anyagok egy része ürülékként és vizeletként távozik a testből. Tehát Baernek és csapatának is össze kell gyűjtenie és „bombáznia” kell ezeket a hulladékokat.

Figyelmeztetés: Itt van a jószerés rész. Az önkénteseknek minden nap speciális táskákat kellett magukkal hozniuk a WC-k fölé. Ezek a táskák összegyűjtöttek mindent, ami egy utánpótlásból származott. Másnap a laborba reggelizni menet az újoncok átadták az előző napi hulladékot. Annak érdekében, hogy a csapat megfelelő hulladékot kapjon egy háztartásból, az önkéntesek minden étkezéskor kapszulát vettek egy festékből. Megváltoztatta a kakuk színét. "Zölden jön ki" - jelenti Baer.

Ezeket a hulladékokat fagyasztva szárították és porokká őrölték. Aztán azt is a kaloriméterben bombázták. "Ez egyfajta szokatlan dolog" - ismeri el Baer, de már megszokta. Csapatának speciális felszerelései vannak a folyamat tisztaságának és biztonságának megőrzéséhez.

Ezt követően a kutatók kivonták a kiválasztott hulladékokban lévő kalóriákat azokból a kalóriákból, amelyek a napi étkezés során voltak. Ez kiderítette, hogy az étel mennyi energiát hagyott el egy önkéntes testében. Miután a számokat ilyen módon összezúzta, Baer csoportja megállapította, hogy a dió nem adott annyi kalóriát, mint amennyit az élelmiszer-címkék megjósoltak volna. Ez azt jelentette, hogy az étkezők nem emésztették meg teljesen a diót.

A teljes mandula a vártnál 25, a dió 21, a pisztácia pedig 5 százalékkal kevesebb energiát adott a vártnál.

"A dió növények" - magyarázza Baer. Minden növényi sejtet vastag fal vesz körül, amelyet az emberek nem tudnak megemészteni. A rágás vagy őrlés áttörheti ezeket a falakat, és hozzáférést biztosít a benne lévő energiához. De ez nem fogja lebontani minden sejt falát. Ennek eredményeként néhány anyadarab emésztetlenül jut át a testen. Az emésztetlen pazarlásokkal pedig kalóriák mennek - közvetlenül a WC-n.

A dió az egészséges étrend része, mondja Baer. Fontos vitaminokat és ásványi anyagokat biztosítanak. De attól tart, hogy a magas kalóriatartalom sok diócímkén számít, visszatarthatja néhány embert attól, hogy elfogyassza őket. Végül az őéhez hasonló kutatások segíthetnek a címkék frissítésében. "Szeretném, ha a fogyasztók pontos információkkal rendelkeznének" - mondja.

Edző agyak a gyorsételektől

Nem mindenki használja az ételcsomagokon található számokat, hogy segítsen nekik eldönteni, mit egyenek. „Nem számolom a kalóriákat. Túl unalmas és kellemetlen ”- mondja Susan Roberts. Táplálkozástudományi tudós a bostoni Tufts Egyetemen (Massachusetts), ahol súlycsökkentő taktikával foglalkozik. Számára ez személyes. "Fiatal gyerekként, majd fiatal felnőttként nagyon túlsúlyos voltam" - mondja. Megtanulta kezelni a saját súlyát, és most segít másoknak.

Ahelyett, hogy a kalóriákra koncentrálna, Roberts megtanítja a fogyókúrázókat, hogy szeressék az egészséges ételeket. Kombinálta a főzéssel kapcsolatos tudását (egykor szakácsként dolgozott) és a tudományt, hogy létrehozzon egy „Instinct Diet” vagy iDiet nevű diétaprogramot. Olyan ételek receptjeit tartalmazza, amelyek íze egészségtelen ételek, de egészségesebb összetevőket tartalmaz. Például a csokoládé puding recept magában foglalja a kakaó és a vanília kivonat keverését zsírmentes ricotta sajtba.

Roberts legtöbb receptje több fehérjét és rostot tartalmaz, mint a szokásos amerikai ételek. Kevesebb cukrot is tartalmaznak. A cukor íze jó, de a test gyorsan felhasználja energiáját. A fehérjéből származó energia tovább tart. Segít abban, hogy a diétázó étkezés után egy-két órával ne érezze magát éhesen.

Ahogy az emberek szoktak egészséges ételeket fogyasztani, az agyuk megváltozni kezd - mutatta Roberts kutatása. Az idő múlásával a szemét iránti vágy csökkenni látszik, miközben nő az egészséges ételek iránti vágy. Az egyik 2014-es tanulmányban Roberts és munkatársai összefogtak a bostoni Harvard Medical School agykutatóival (Massachusetts), és együtt követték 13 túlsúlyos vagy elhízott önkéntest hat hónapon keresztül. Kontroll csoportként öt önkéntes nem ette meg az iDiet-et. Az a nyolc, akik recepteket kaptak, osztályokon és támogató csoportokon vettek részt.

A vizsgálat elején és végén minden önkéntes felmászott egy funkcionális mágneses rezonancia képalkotó (fMRI) gépbe. Méri a vér áramlását az agy különböző területeire. A gép belsejében az önkéntesek ételeket néztek. Néhány alacsonyabb kalóriatartalmú termék volt az étrendből, például grillezett csirkemell. Mások magas kalóriatartalmú ajánlatok voltak, például sült csirke. Az egészben az fMRI gép olyan tevékenységeket rögzített az agy egy részén, amely hajlamos bekapcsolódni, amikor olyan dologgal találkozik, amelyet „kifizetődőnek” talál.

Ez a terület aktivitással világított meg, amikor valaki olyan ételeket nézett meg, amelyeket vonzónak talált.

A vizsgálat elején a magas kalóriatartalmú ételek, például a sült csirke vonzóbbak voltak az önkéntesek többségének. De az iDiet hat hónapja után "az emberek ösztönös reakciója teljesen más volt" - mondja Roberts. Az iDiet-önkéntesek agyának jutalomrégiója jobban aktiválódott a grillezett csirkehús és más alacsony kalóriatartalmú ételek hatására. Eközben jutalomközpontjuk kevésbé világított a magas kalóriatartalmú ételekre reagálva.

Ez egy nagyon kicsi tanulmány volt. De Roberts reméli, hogy nagyobb mértékben megismétli. Időközben Bissau-Guinea-ben volt elfoglaltság, egy ország Afrika nyugati partján. Ott sok ember nem tud elegendő kalóriát kapni. Csapata tápanyagokban gazdag sávot fejleszt ki, amelyet a helyi gyerekeknek kiosztanak. A bár vitaminokat, ásványi anyagokat, fehérjét és kalóriákat biztosít a növekedéshez.

Kémia főzése

Roberts táplálkozási ismereteivel jobb recepteket dolgoz ki olyan ételekhez, amelyeket az emberek otthon készíthetnek. Hasonlóképpen, az élelmiszeripari vállalatok tudósai a színfalak mögött dolgoznak új receptek kidolgozásával az élelmiszerboltok polcain megjelenő termékekhez.

Pushparajah Thavarajah élelmiszeripari tudósként dolgozik a B.O.V. Solutions Inc., Stateville, N.C., ott a kémia segítségével hozza létre az élelmiszerek egészségesebb változatait. Jelenleg gluténmentes palacsintakeveréken dolgozik. A glutén a búzában és más szemekben található anyag. Számos pékáru fontos összetevője. "A glutén gumírozik" - mondja. Segít a palacsinta összetapadásában. De néhány ember nem ehet glutént.

Thavarajah az élelmiszer-kémia ismereteit felhasználva a glutén és bizonyos egyéb élelmiszer-összetevők helyettesítőinek felderítésére szolgál. A helyettesítő vegyi anyagok forrása lehet kukorica, rizs vagy burgonya. Még akkor is, ha az új összetevő segíti a palacsinta összetartását, a munkája nem teljes. "Biztosítania kell, hogy rendben legyen az íze" - magyarázza. Ehhez csapata ízlésvizsgáló testületekkel dolgozik. Minden új ételt kipróbálnak, mielőtt az élelmiszerboltokban végeznék.

Thavarajah több különböző egyetem hallgatóival is együttműködik, beleértve a Srí Lanka-i Rajagiriya-i Vegyészettudományi Főiskolát. Ebből a kis szigetországból származik, India déli partjainál. Tanítványai a kémia segítségével változtatták meg a szervezet szénhidrát-feldolgozását.

A szénhidrátoknak három alapvető típusa van: cukrok, keményítők és rostok. A cukrok olyan édes molekulák, mint a szacharóz (asztali cukor) és a fruktóz (természetesen megtalálható a gyümölcsben). Az egyszerű cukorglükóz láncokba kapcsolva keményítőket állít elő, például rizsben, szemekben és kukoricában. A rost még hosszabb glükózlánc. Ez az erős molekula a növények szerkezeti részét alkotja.

Az emésztőrendszer könnyen átalakítja energiává a cukrokat és a keményítőket, de nem tudja lebontani a rostokat. (Ez azonban jó dolog lehet a test számára. Az étrendben lévő sok rost segíthet az emésztőrendszerben abban, hogy a dolgok ezen keresztül mozogjanak.) Thavarajah és tanítványai megtalálták a módját annak, hogy a szokásos keményítőt rezisztens keményítőnek nevezzék. Ez a szénhidrát rostként viselkedik, mivel ellenáll az emésztésnek. De állaga és íze utánozza a szokásos keményítőt.

Mivel az ellenálló keményítők kevesebb kalóriát tesznek elérhetővé a szervezet számára - jegyzi meg Thavarajah - értékesek lehetnek az élelmiszertermékekben. Egyik tanítványa, Paul Fenlason, a fargói Észak-Dakota Állami Egyetem rezisztens keményítőt nyert ki kukoricából. A születésnapi torta lisztjének pótlására használta. Sudhair James, egy másik hallgató feltalálta a rizs új főzési módszerét. Ez a technika növeli a természetes, ellenálló keményítő mennyiségét a rizsben.

James az egyik Srí Lankán dolgozó hallgató. Ismert technikával indult. Keményítőtartalmú étel főzése, majd legalább 12 órán át történő hűtése néhány szokásos keményítőt rezisztens formává alakít. Az étel újramelegítése nem változtatja vissza. Mivel a rezisztens keményítő nem emészthető meg, az étkezés energiatartalmú molekuláinak egy része emésztetlenül jut át a testen.

A végeredmény egy olyan étel, amely kevesebb kalóriát hagy a szervezetben. Ez a folyamat minden keményítőben előfordul, beleértve a rizst, a tésztát és a burgonyát is. "Igaz" - mondja Thavarajah. "A maradék burgonya alacsonyabb kalóriatartalmú, mint a friss!"

James azonban felfedezte, hogy kis mennyiségű kókuszolaj hozzáadása a rizs főzése során a keményítő nagyobb részét ellenállóvá alakítja. Az olajban lévő zsír egyesül a keményítőmolekulákkal, így ellenálló keményítőt hoz létre. A módszer a rizsben lévő keményítő 10-15% -át rezisztens formává alakítja. Ez viszont hasonló mennyiséggel csökkenti a rendelkezésre álló kalóriákat.

Az embereknek kalóriákra van szükségük a testük táplálásához, de ez nem minden szükséges a test számára - jegyzi meg Thavarajah. A testnek tucatnyi vitaminra, ásványi anyagra és egyéb tápanyagra is szüksége van a fejlődéshez. Ma az amerikaiak fele nem jut eleget ezekből.

A probléma az, hogy a kalóriák túl olcsóak és bőségesek. Élelmiszertudósként Thavarajah néhány dollárért kalóriadús ételeket tud előállítani. "A másik 50 tápanyag hozzáadása rendkívül drágává válik" - mutat rá. Tehát olyan tápanyagokat keres, amelyek tápanyagban gazdagak, mint például a kelkáposzta és a lencse, hogy esetleg több ilyen alapvető molekulát juttassanak el alacsony költséggel.

A kalóriák tehát csak a kiindulási pontok a jó étkezés eldöntésére. De minél többen ismerik meg a táplálkozást, annál nagyobb az esély arra, hogy étkezési időkben jól döntsenek.

"Az étel, a kémia és a táplálkozás nagyon fontos" - mondja Thavarajah. - Közvetlenül befolyásolják az egészségét. Tanácsa: tanulja meg szeretni az egészséges ételeket. Töltsön fel lencsét, csicseriborsót, borsót, babot, zöldséget és gyümölcsöt. A tested - mondja - meg fogja köszönni.

Ez egy sor a természettudományi, technológiai, mérnöki és matematikai karrierekről, amelyek az Arconic Alapítvány nagylelkű támogatásával valósultak meg.

Ossza meg ezt:

Idézetek

Folyóirat: K. Portune és mtsai. A bél mikrobiotája, az étrend és az elhízással kapcsolatos rendellenességek - a jó, a rossz és a jövő kihívásai. Molekuláris táplálkozás és élelmiszer-kutatás. Vol. 61., 2017. január, p. 1600252. doi: 10.1002/mnfr.201600252.

Folyóirat: S. Gebauer és mtsai. Az élelmiszer-feldolgozás és a szerkezet befolyásolja a mandula metabolizálható energiáját. Étel és funkció. Vol. 2016. október 1., 7. o. 4231. doi: 10,1039/C6FO01076H.

Folyóirat: D. Baer és mtsai. Az egészséges felnőttek által fogyasztott dió kevesebb rendelkezésre álló energiát szolgáltat, mint azt az Atwater-tényezők előre jelzik. A Journal of Nutrition. Vol. 146., 2016. január 1, p. 9. doi: 10.3945/jn.115.217372.

Könyv: M. Nestle és M. Nesheim. Miért számít a kalória? Berkeley és Los Angeles: University of California Press, 2012.