Churn Baby, Churn: Bruke virtuelle mager å regurgitate mysteriene av fordøyelsen


Redaktørens merknad: Dette er den tredje i en serie med seks funksjoner på matematikkens vitenskap, som løper daglig fra 30. mars til 6. april 2009. DAVIS, Calif.-Ann Wigmore var ikke enamored med den amerikanske dietten. Etter å ha flyttet fra Litauen etter første verdenskrig, ble hun forferdet av våre hvite brød og andre vederstyggeligheter, og savnet hardt de godbiter hennes bestemor en gang forberedt, inkludert en salig "grus laget av knust rugkorn og fortynnet geitmelk". En da

Redaktørens merknad: Dette er den tredje i en serie med seks funksjoner på matematikkens vitenskap, som løper daglig fra 30. mars til 6. april 2009.

DAVIS, Calif.-Ann Wigmore var ikke enamored med den amerikanske dietten. Etter å ha flyttet fra Litauen etter første verdenskrig, ble hun forferdet av våre hvite brød og andre vederstyggeligheter, og savnet hardt de godbiter hennes bestemor en gang forberedt, inkludert en salig "grus laget av knust rugkorn og fortynnet geitmelk".

En dag, etter å ha slitt i mange år med dårlig helse, vandret hun ut til en forlatt parkeringsplass, og som hun skrev i hennes memoir Why Suffer? Hvordan jeg overvinter sykdom og smerte naturlig, "Det spredte seg for øynene mine, var hundrevis av kvadratmeter av de mest saftige ugressene jeg noensinne hadde sett." Så begynte Wigmores tro på hvetegrassens helbredende krefter, en tro som gjorde henne til en banebryter for den rå matbevegelsen og inspirerte tusenvis til å avstå fra en av menneskets tidligste innovasjoner og fest bare på råkornede korn, rå nøtter og knasefulle gulrotspinner. Selv om Wigmore sitt eget liv ble kuttet kort da hun døde i en brann i Boston i 1994 i en alder av 85 år, lever arven hennes gjennom en rekke stiftelser, inkludert Hippocrates Health Institute hun startet i 1956 i West Palm Beach, Fla.

Selv om det kan være lett å snike på de mest ivrige etterfølgere av "Raw Foodism", har Wigmore's atavistiske filosofi påvirket hvordan de fleste vanlige amerikanerne spiser og tenker på å spise. Vi kan foretrekke en sizzling sauté av veggies over Wigmore's forbausende blid oppskrifter, men det er vanskelig å avvise den dvelende følelsen at rå veggies kanskje bare er sunnere for oss.

I løpet av årene har forskere også hatt problemer med å avvise de Raw Foodists. Foresøkere av rå mat som å påpeke at matlaging bryter ned en rekke fordelaktige enzymer og vitaminer, men kritikere merker at magesyre inaktiverer enzymer uansett, og moderat matlaging kan også bidra til å frigjøre andre næringsstoffer - som en tomatens lycopen (en antioxidant med potensial helsemessige fordeler) eller folsyre og beta-karoten fra spinat. Faktum er at det generelt er mekanikken til hvordan våre fordøyelsessystemer bryter ned faste matvarer og høster deres fordeler, er dårlig forstått.

Den amerikanske mat- og narkotikastyrelsens ernæringsetikett på baksiden av denne pakken med Planters-jordnøtter er strengt basert på kjemisk analyse av nøtter, og det forteller deg ikke hvilken brøkdel av de hjertesynlige enumettede fettene kroppen din faktisk absorberer. Siden 2004 har to europeiske forskerteam forsøkt å fylle dette gapet ved å simulere magen in vitro med en slags robo-mage. Og nå har Paul Singh, ved Universitetet i California, Davis Department of Food Science & Technology, tatt prosjektet til det digitale riket for å simulere fordøyelsen "i silico".

En ettermiddag i oktober trakk Singh opp en grafisk video på sin dataskjerm på sitt kontor. En glitrende rosa masse som ser ut til å ha en knust munn var voldsomt gurgling og kontraherende som det parasittiske monsteret fra den første Alien- filmen. Dette var ingen parasitt, men en sjelden visning av innsiden av en menneskelig mage som det utførte rytmisk peristaltikk, knusing og kuring av fast mat til partikler en tiendedel av en tomme (2, 5 millimeter) i diameter. Nøyaktig hva disse partiklene ser ut etter å ha blitt tuppet av tennene våre og klemt av magen, er nøkkelen til å forstå hva som skjer når de endelig slipper gjennom pylorventilen og inn i tynntarmen der næringsstoffer absorberes. For det meste har denne prosessen vært usynlig for forskere som Singh. Tross alt kan vi bare se inne i tomme mage, fordi mushed opp mat ville skyte utsikten. "Hvordan vet vi hva som skjer?" han spør.

Med et toårig, $ 300.000 tilskudd fra US Department of Agriculture, Singh og hans postdoktorale student Fanbin Kong, har hun bygget en 3-D mage på sin datamaskin. Deres virtuelle mage er delt inn i et maske på 281 602 kvadrater; de bruker væskedynamikk for å beregne hvordan de rullende bølger av sammentrekning agiterer magesyren i den. Forskerne kan da plassere virtuelle partikler av mat inni - hver med sine egne fysiske egenskaper - og simulere hvor lang tid det tar for molekylstørrelses næringsstoffer å sive ut.

"Hver mat har sin egen mikrostruktur, " sier Singh, "om det er porøst eller komprimert eller dets celler holdes sammen gjennom et bindemiddel. Næringsstoffer er innebygd i den matrisen, og med mindre matrisen bryter ned til det punktet der de næringsstoffene får utgitt, de skal bli innebygd. "

Singh, 60, som vokste opp i Punjab, India, er bokstavelig talt rakettforskerens vitenskapsmann i matverdenen. I sitt kjellerlaboratorium viser han stolt av neste multifunksjonelle matprosessor han fullførte i 2007 for NASAs foreslåtte bemannede Mars-oppdrag. Et halvt dusin bøker på hyllen handler om fysikk av varmeoverføring og et halvt dusin dekselvæskedynamikk. Han er forfatter av høgskolens lærebok Introduksjon til matteknikk, nå i sin tredje utgave. Etter at 1993-skremmingen ble slått av ved døden av fire barn som hadde spist underkokte hamburgerpatties fra en Jack-in-the-Box-restaurant, hjalp han næringsmiddelindustrien med en beregningsmodell av hamburgere som lagde mat på fastmatgriller. Senest har han søkt om et patent på en plast clamshell pakke som vil hjelpe jordbær produsenter kjøle ned sine frukter etter høst, et kritisk skritt for å holde jordbær frisk.

Ikke en til å gå seg vill i sitt matematiske univers, utfyller Singh sin beregning med laboratorieundersøkelser som bruker en mekanisk mage han designet, noe som ser ut som en kraftig instrumentert iskrem. Singh tok i et eksperiment som ble utgitt i årets Journal of Food Science, rå og kokte kuber av gulrøtter, 0, 2 tommer (seks millimeter) bredt, og plasserte dem i denne kontrasten, som ble inspirert av lignende utstyr som brukes av farmasøytisk industri for å studere hvordan narkotika oppløses

Etter å ha bløt en gulrotkube i simulert spytt og rystet i 30 sekunder, ble den suspendert i et spinnkammer fylt med magesyre (opprettholdt ved kroppstemperatur) og plastperler, som simulerer skjæringsvirkningen av andre matpartikler. Forskerne registrerte da kreftene på gulrot og veide det med jevne mellomrom for å måle hvor mye det var oppløst. Den kokte gulrotkuben tok bare 20 minutter til å bli redusert til 50 prosent av sin opprinnelige masse, men den røde tok en full time. «Mor hadde rett da hun sa at du må tygge maten godt, » sier Singh, og tyder på at hvis du holder fast på rå mat, er du bedre forberedt på å tygge.

I mellomtiden har forskere ved Institutt for matforskning i Norwich, England, bygget The Model Gut, et programvarestyrt in vitro system fordøyelsessystem for å studere hvordan gulrøtter, kjøtt, mandler og en rekke andre matvarer brytes ned i fordøyelsessystemet. Selv om mandler inneholder om lag 55 prosent fett, forteller forsker Giusy Mandalari, biolog, at menn absorberer mindre enn halvparten av det i stor grad fordi oljene i mandler lagres bak en tøff cellevegg som må brytes for at kroppene våre skal absorbere dem. Mye av næringsinnholdet i mandler fungerer som en "prebiotisk", noe som betyr at den støtter fordelaktige mikrobielle samfunn i våre tykktarmer. Når gruppen sammenlignet naturlige mandler med blancherte mandler, som har gjennomgått en varmebehandling for å fjerne skinnene, fant de at blancherte mandler utløser litt større mengder næringsstoffer.

Marion Nestle, nutritionist ved New York University, sa at hun fant disse siste resultatene "overraskende", og bemerket at hvis mandler og rå matvarer virkelig er så prebiotiske, vil du oppleve noe tarm ubehag. Men etter et øyeblikk av hensyn tilbakekalte hun en siste tur til Rancho La Puerta i Mexico, et semifinert feriested kjent for å servere store mengder salater og andre rå grønnsaker. "En av de store vitsene i leiren, " sier hun, "er alle passerer en enorm mengde gass."

Biospheric Bartering: Debtor Nations Betal regningene og bevare sine ressurserKlimaendring Remobiliserer Long Buried Pollution som arktiske ismelterKeystone XL Oljepipeline forverrer klimaendringKjør ned: Dammer, forurensning Reduser vestkystslaksnummerHøye IQ kan bidra til å redusere posttraumatisk stressFacet-Lift: Selvmonterende nanopartikler kan gi nøkkel til nye materialerTilbake til startHaig Donabedian: Finne en medisinsk nisje