Рейчъл Н. Кармоди

отдел по еволюционна биология на човека, Музей Peabody, Харвардския университет, Кеймбридж, Масачузетс 02138; и

Gil S. Weintraub

отдел по еволюционна биология на човека, Музей Peabody, Харвардския университет, Кеймбридж, Масачузетс 02138; и

Ричард У. Урангъм

отдел по човешка еволюционна биология, музей Peabody, Харвардския университет, Кеймбридж, Масачузетс 02138; и

b Stellenbosch Institute for Advanced Study (STIAS), Wallenberg Research Center at Stellenbosch University, Stellenbosch 7600, Южна Африка

Принос на автора: R.N.C., G.S.W. и R.W.W. проектирани изследвания; R.N.C. и G.S.W. извършени изследвания; R.N.C., G.S.W. и R.W.W. анализирани данни; и R.N.C. и R.W.W. написа вестника.

Свързани данни

Резюме

Наличността на енергия е рутинно ограничение на метаболитните процеси, включително растеж, потискане на заболяването и възпроизводството, и следователно, тя е ключова променлива за човешкото хранене и еволюционната годност. Готвенето отдавна е признато за увеличаване на наличната енергия от нишесте (1–3), но как то променя степента на енергийната печалба от яденето на месо е нерешен проблем с практически и теоретични последици. Тъй като месото почти винаги се яде варено, приносът на готвенето на месо към хранителната енергетика на човека е потенциално голям: месото е най-големият източник на протеини във всички богати страни с изключение на Япония (4), а зависимостта от месото бързо нараства сред развиващите се страни (5 ), като се очаква годишното потребление на месо в световен мащаб да достигне 376 милиона тона до 2030 г. (6). Енергийните последици от готвенето на месо също биха били важни за човешката еволюция, откакто се контролира огънят, преди минимум 300 000–400 000 години, период, когато се предполага, че месото е било основен компонент на диетата, а енергията рутинно би била накратко доставка (7–9).

Стандартната система за оценка на енергията на Atwater се основава на измерване на общото метаболизиращо се хранително съдържание на ядлив продукт (брутно енергийно съдържание на храна минус загубената енергия в урината, изпражненията, секретите и газовете) и установява, че готвенето има минимално въздействие върху енергията на месото стойност (10) (Таблица S1). Това заключение обаче е подозрително, тъй като системата Atwater пренебрегва потенциално важните ефекти (1). Индуцираната от топлина денатурация на протеини, загубата на структурна цялост и дезактивирането на микробите се очаква да повишат енергийната стойност на месото (2, 11, 12), докато загубата на капене, реакциите на Maillard, образуването на протеинови ковалентни връзки и втвърдяването на мускулните влакна трябва да намалят то (10, 13–15). Интегрираните ефекти на тези механизми са неизвестни и могат да бъдат разбрани само чрез изучаване на енергийния баланс на потребителите. Освен това, за да се изолират уникалните приноси на топлина, ефектите от готвенето трябва да се сравняват с ефектите от нетермичната обработка.

За да се справим с тези проблеми, ние изследвахме ефектите от непреработените, натрошени и/или сготвени диети върху телесната маса и предпочитанията към храната при моделен всеяден бозайник, мишката (Mus musculus), вид, за който е известно, че експлоатира както месо (16), така и нишесте -богати храни (17) в естествен контекст. Ние утвърдихме нашия протокол с диети, състоящи се от грудки, богата на нишесте, в която значими положителни ефекти от готвенето бяха предсказуеми въз основа на предишни проучвания за смилаемост на нишестето (2), но подценени от конвенцията на Атваутер (10) (Таблица S2). След това повторихме експеримента с месо. Експериментите както с грудки, така и с месо също ни позволиха да оценим относителните енергийни предимства на готвенето и нетермичната обработка, преди това непроучен проблем.

Въз основа на балансиран дизайн на изследване на субекти, възрастни мъжки CD-1 мишки са били хранени с органичен сладък картоф (Ipomoea batatas) или органично постно говеждо месо (Bos taurus) в четири експериментални диети: сурови и цели (RW), сурови и натрошени (RP) ), варени и цели (CW) и варени и начукани (CP) (фиг. S1). Всяка диета се прилага ad libitum за 4 дни, с 6-d период на измиване на ad libitum чау между последователни диети. Мишките бяха настанени индивидуално в клетки, предназначени да минимизират копрофагията и да позволят оценка на приема на храна и нивото на активност (фиг. S2). Използвахме промяна в телесната маса, за да индексираме спечелената или загубена енергия, като отчитаме приема и активността. В допълнение, за да оценим дали хранителните предпочитания на наивни и/или опитни мишки са в съответствие с енергийната стойност, проведохме тестове за предпочитания преди и след цикъла на опитите за хранене.

Резултати

Ефекти от хранителната обработка върху диетите на грудки.

Готвенето има тенденция да увеличава наддаването на тегло при животните, отглеждани на храни, богати на нишесте (1). Топлинният желатинизира нишестетата, превръщайки устойчиви полукристални структури в аморфни съединения, които лесно се хидролизират до захари и декстрини (3), което води до по-висока смилаемост, специфична за потребителя (2). Следователно ние очаквахме да открием положителен ефект от готвенето върху енергийната стойност на нашите диети с грудки, които се състоят от ∼40% нишесте, когато са сурови на суха маса (Таблица S3). За разлика от това, ефектът от нетермичната обработка върху клубените никога не е изследван по отношение на енергията. Разбиването намалява структурната цялост на клубените, като уврежда клетъчните стени и освобождава клетъчна вода, като по този начин намалява твърдостта (18, 19). Разбиването също има тенденция към фракциониране на суровите клубени, намалявайки погълнатия размер на частиците и следователно, дъвкателно и стомашно усилие (20). Тези трансформации трябва да имат положителен ефект върху нетната печалба на енергия. Въпреки това, удрянето е малко вероятно да наруши самите нишестени гранули, които обикновено са с диаметър 2–100 μm и по този начин са твърде малки, за да бъдат редовно повредени от механична обработка (21). Следователно, ние предположихме, че ударът ще подобри нетната печалба на енергия, но че предимствата на ударите ще бъдат малки в сравнение с предимствата на готвенето.

Установихме, че нетната печалба на енергия в продължение на 4 d се подобрява както чрез готвене, така и чрез удряне [двупосочни повторни мерки ANOVA (2 × 2 RM ANOVA); готвене: P Фиг. 1). Готвенето подобри разчупената диета (сдвоен t тест; RP CP; P Фиг. 2). Предпочитанията за храна се оценяват на гладни мишки при наивно (преди излагане на каквато и да е диета с грудки) и се изпитват (след излагане на всички диети с грудки) условия, като се използват две показатели: първа хапка (консумирана диета, първо при едновременно представяне на всички диети) и общ прием грами, консумирани за 3 часа, коригирани за изсушаване). Докато наивните мишки избраха набитите диети в 14 от 17 случая (χ 2; P = 0,008) и приготвените диети в 9 от 17 случая (χ 2; P = 0,808) въз основа на първото ухапване, след опит, същите мишки избраха варени диети в 17 от 17 случая (χ 2; P 2; P = 0,808). Измерено с общия прием, наивните мишки консумират за предпочитане разбити диети (2 × 2 RM ANOVA; готвене: P = 0,388, удари: P 2; готвене: P = 0,489, удари: P 2; готвене: P Фиг. 3). Готвенето подобри разтопената диета (сдвоен t тест; RP CP; P = 0,002) (фиг. S3).

последици

Промени в телесната маса при месни диети. Средна кумулативна промяна в телесната маса (± 95% CI) в продължение на 4 дни при мишки (n = 16), хранени със стандартизирани диети ad libitum от органично говеждо месо (B. taurus) на кръг, сервирани сурови и цели (RW), сурови и натрошени (RP) ), варени и цели (CW) и варени и начукани (CP). Диетите се прилагат въз основа на балансиран дизайн на изследване в рамките на субектите.

Нивата на активност и приемът на храна на теория могат да доведат до разлики в нетната печалба на енергия отделно от основните стойности на диетите с месо, но те доказаха, че не го правят. Нивата на активност, индексирани чрез бягане на колела, не се различават при диетите (2 × 2 RM ANOVA; готвене: P = 0,143, удари: P = 0,710). Кумулативният прием на храна (± 95% CI) наистина се различава в различните диети, но приготвените диети обикновено се свързват с по-ниски, а не с по-високи приема: основа на прясно тегло: RW, 64,5 ± 3,2 g; RP, 69,1 ± 2,8 g; CW, 53,7 ± 2,7 g; CP, 55,1 ± 2,9 g; сухо тегло: RW, 20,8 ± 0,8 g; RP, 19,3 ± 0,9 g; CW, 18,6 ± 0,9 g; CP, 18,7 ± 0,9 g. При прясно тегло приемът на храна през 4-дневното хранене е значително по-нисък при готвените диети и по-висок при разбити диети (2 × 2 RM ANOVA; готвене: P Фиг. 4). Въз основа на първото ухапване, наивните мишки избраха приготвени диети в 14 от 16 случая (χ 2; P = 0,003) в сравнение с разбити диети в 7 от 16 случая (χ 2; P = 0,617) и опитни мишки избраха готвени диети в 12 от 16 случая (х 2; Р = 0,046) в сравнение с разбити диети в 6 от 16 случая (х 2; Р = 0,317). Въз основа на общия прием, наивните мишки консумират преференциално сготвени диети (2 × 2 RM ANOVA; готвене: P = 0,012, удари: P = 0,132), като приготвените диети представляват 75,6% от общия прием на грамове в сравнение с 36,6% за разтворените диети . Опитните мишки също са склонни да избират варени диети (процент от общия прием на грамове; варени: 60,3%, удряни: 53,8%), въпреки че това предпочитание не достига статистическа значимост (2 × 2 RM ANOVA; готвене: P = 0,084, удари: P = 0,448). Механизмите, регулиращи предпочитанията към варено месо при наивни мишки, са неизвестни. Възможни са визуални, обонятелни и тактилни сигнали.

Хранителни предпочитания при месни диети. Относителни предпочитания сред мишки (n = 16) при наивно (преди излагане на каквато и да е диета с месо) и опитни (след излагане на всички диети с месо) условия за органично говеждо месо (B. taurus), поднесено на сурово и цяло (RW), сурово и начукани (RP), варени и цели (CW), и варени и начукани (CP). Показаните стойности отразяват съставни данни от двата показателя за предпочитание, използвани в това проучване: първа хапка (консумирана диета, първо при едновременно представяне на всички диети) и общ прием (грамове, консумирани за 3 часа, коригирани за изсушаване). Композитната стойност за дадена диета се изчислява като средната стойност на процента на първите хапки и процента на общия прием, който се дължи на тази диета. Мишките предпочитаха диетично приготвено месо както в наивно състояние (съставна стойност χ 2; готвене: P 2; готвене: P Wrangham R. Catching Fire: How Cooking Made Us Human. New York: Basic Books; 2009. [Google Scholar]