面對眾多美食的誘惑，很多朋友難以抵抗，但是又害怕長胖，這可怎么辦？沒關(guān)系，軟物質(zhì)物理學(xué)家們正在研究一種新型的功能食品，可以將產(chǎn)生飽腹感的激素直接釋放到腸道中進行消化。
發(fā)達國家居民在變得更加肥胖。英國的肥胖率在過去25年中幾乎增長到原來的4倍；而在經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）大多數(shù)富裕的成員國中，超重和肥胖人群占據(jù)了大部分人口。導(dǎo)致群體性肥胖的原因多種多樣，久坐的生活方式和高熱量即食食品顯然是重要因素，但事情并不完全如此。
在我們吃東西的時候，體內(nèi)會進行極其復(fù)雜的激素調(diào)節(jié)過程，這一過程涉及的不止是我們當(dāng)天吃下的食物，還與我們之前吃過的食品的種類和總量相關(guān)。不幸的是，我們的身體會在這樣的過程中習(xí)得一種易于變胖的傾向，而要想翻轉(zhuǎn)這種傾向讓身體重新變瘦并不容易。
舉個例子來說，讓我們想想身體是如何意識到自己吃飽了的。飽腹感（感覺吃飽了）和滿足感（不想再吃了）既來自于外部環(huán)境和物理因素，比如盤子的大小、食物的多少、胃部的飽脹程度，也來自于我們體內(nèi)新陳代謝的反饋。當(dāng)腸道探測到脂肪酸、糖類、氨基酸的存在，就會釋放出幾種已知的“飽腹感激素”。這些激素使我們感到“吃飽了”，但是人體釋放這些激素的途徑以及大腦對它們的調(diào)控方式非常復(fù)雜，我們還不完全清楚。我們的胃腸道是一組十分復(fù)雜的器官：舉個例子，口腔中有能夠讓我們感知食物甜、咸、苦、鮮味道的味覺受體，而這些受體在胃部、小腸、大腸中同樣存在。所以并不是只有嘴才能“品嘗”食物。
無論一個人是超重還是偏瘦，接受任何一種“飽腹感激素”的注射都會降低他的熱量攝入水平。但遺憾的是，這些激素很快就會恢復(fù)到原有水平，它們的作用甚至支撐不到下一頓飯的時間。此外，反復(fù)給藥也起不到減肥的效果，因為互相聯(lián)結(jié)的激素反應(yīng)能夠逐漸適應(yīng)這些額外的激素。因此，飽腹感激素可能并不會成為一種好的候選減肥方案。那么，是否還有其它可能有效的介入方案呢？
一種方案需要利用能夠增加飽腹感的外部因素，比如減小包裝食品的單包含量：結(jié)果不出所料，我們會因此吃得更少。我們也可以把食物做得更加厚實、更有嚼勁，這樣就需要咀嚼更多次、吃得更慢，從而達到少吃的目的。然而，現(xiàn)代人快速的生活節(jié)奏和廣泛流行的速食食品使這一方案顯得不夠現(xiàn)實。在考慮實用的同時，我們也應(yīng)該意識到加工食品不會在短時間內(nèi)消失。
另一個方案是重構(gòu)（re-engineer）食物。這聽起來很極端，但是某種意義上，它們已經(jīng)出現(xiàn)在了我們的生活中：許多現(xiàn)代加工食品為迎合消費者偏好而變得更加細膩、濃厚、味道鮮明。這一方案的主要挑戰(zhàn)是在創(chuàng)造美味食物的同時，有效地將食品中添加的飽腹感激素釋放到它們最能發(fā)揮作用的人體組織里。而這些所謂“功能食品”的開發(fā)就需要用到軟物質(zhì)物理。
不只是營養(yǎng)
除具有“正常”的營養(yǎng)價值和味道外，功能食品能帶來一些額外的生理效應(yīng)。舉例來說，富含維生素的面包、牛奶和橙汁，加入“益生菌”的酸奶，高Ω-3脂肪酸的雞蛋，添加纖維來減少脂肪含量的肉制品。功能食品也可以方便過敏或者有其它健康狀況的人群：無乳糖和無麩質(zhì)食品越來越多地出現(xiàn)在超市貨架上。
但是用更健康的成分替代原有成分，或者向已有的食品配方中添加新的成分（比如飽腹感激素），都不是一件容易的事情。食品配方往往都是長時間實踐研究而得的復(fù)雜成果，添加或者去除任意一部分都會產(chǎn)生難以預(yù)期的后果。
理解食物結(jié)構(gòu)和食品配方的任務(wù)正好屬于軟物質(zhì)物理的領(lǐng)域：軟物質(zhì)物理研究含有分散的氣泡、膠體、乳液或聚合物的復(fù)雜流體。這些分散物質(zhì)的尺度可以從納米到微米量級——后者正是咀嚼時你的唇舌所能感知的尺度。
以冰淇凌為例，它含有氣泡、乳液、冰晶等膠體顆粒，也含有作為聚合物和兩親性分子（同時包含親水基和疏水基的分子）的蛋白質(zhì)。而在巧克力中，可可顆粒、糖晶體和蛋白質(zhì)聚合物混合于可可脂連續(xù)相中。啤酒泡沫則依靠生物分子降解產(chǎn)生的聚合物來保持穩(wěn)定。在軟物質(zhì)物理學(xué)家眼中，意大利面就是一種玻璃相的無定型碳水化合物。所有這些食物成分都充滿了生物學(xué)復(fù)雜性，但它們都可以被改造，并且為將功能性成分送達身體中相應(yīng)部位提供了可能性。
乳液（分散相液滴懸浮于連續(xù)相液體的混合物）可以將飽腹感激素運送到腸道。很多加工食品都含有這樣的乳液：沙拉醬就是油滴懸浮于富水相中的乳液，而黃油和人造黃油則是水滴懸浮于富油相中。這樣的乳液中，作為“乳化劑”的兩親分子可以穩(wěn)定其中懸浮的液滴，避免液滴間的聚集；“乳化助劑”則可以使連續(xù)相變得濃厚或發(fā)生膠化，從而避免乳滴間發(fā)生碰撞。這樣的乳液中同時含有水相、油相和兩親相，就可能可以同時容納用以提升飽腹感的多種功能成分。合理地組合、加工乳液可以使它們形成各種質(zhì)地，從糊狀到膠狀再到可以自由流動的液體，甚至可以在干燥后成為粉狀的添加成分。重要的是，很多食品級的材料都可以用相對簡單又節(jié)能的方法加工成乳液。
然而乳液也確實存在局限，有些在食物處理階段就會遇到。高溫烹煮、低溫冷藏或冷凍、強力攪拌、pH值改變都會使液滴變得不穩(wěn)定，這就給功能食品的研發(fā)提出了難題。如果油相分散于水相中的乳液的穩(wěn)定性被破壞，分散的液滴就會聚集在一起，在食物的內(nèi)部或者表面形成富油相——也就是發(fā)生了“油析”，這樣的情況是我們不想看到的。
通過在液滴外包裹上由帶電聚合高分子電解質(zhì)形成的堅實的薄膜，可以提升乳液的穩(wěn)定性。我們可以對薄膜的成分進行選擇，使之可以在特定pH或鹽濃度條件下溶解或產(chǎn)生空洞，從而在腸道中特定的位置釋放出飽腹感因子。
這種薄膜并不一定要很薄或者由聚合物構(gòu)成：比如纖維素顆粒或者更小的液滴，它們的表面本身就由一層蛋白層包裹，構(gòu)成了所謂的“皮克林乳液”。如何使用這樣的乳液則取決于食物：這種尺寸的液滴可以被口腔感覺到，而在酸奶等半液體食品中，它們會帶來沙礫般的不適口感。
【圖注】液滴一般在小分子乳化劑的作用下維持穩(wěn)定，不過小顆粒（圖中上部）或者蛋白質(zhì)和多糖等生物高聚物（圖中下部）也可以起到同樣的作用。當(dāng)液滴被小顆粒包裹時，就形成了“皮克林乳液”。小顆粒和聚合物在乳液外部組成結(jié)實的外殼，保護液滴內(nèi)部成分不被外界環(huán)境降解。通過仔細篩選外殼材質(zhì)，我們可以設(shè)計出不同的液滴，使之包裹的功能性成分（如飽腹感因子）只在胃腸道的特定位置釋放出來，從而最大程度地發(fā)揮作用。圖片來源：physicalworld
還有一種乳液技術(shù)是用乳液捕捉乳滴，形成一種被稱為“復(fù)合型乳劑”的分層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以是“油包水包油”：在油的連續(xù)相中懸浮著“油分散于水中的乳滴”；也可以是“水包油包水”：在水的連續(xù)相中懸浮著“水分散于油中的乳滴”。復(fù)合型乳劑在“捕捉”揮發(fā)性成分方面十分有效，這些成分被包裹在一種它們無法穿過的外層介質(zhì)中，從而阻止它們擴散到外部。這種結(jié)構(gòu)也可以防止一些苦味成分在口腔中被釋放出來。另外，復(fù)合型乳劑可以保護食物中一些不穩(wěn)定的成分，防止它們和外部物質(zhì)發(fā)生不良化學(xué)反應(yīng)，使食物變質(zhì)。
雖然乳液能夠為封裝、遞送功能性成分提供不錯的方式，但遺憾的是，選擇合適的乳液、開發(fā)功能性食品并非探囊取物般簡單。我們的身體對于不同大小和組分的乳液顆粒會產(chǎn)生不同的反應(yīng)。研究表示，較小的乳滴既能提供熱量又能增強飽腹感，而較大的乳滴卻會在提供熱量的同時減弱飽腹效果。乳液在人體內(nèi)的哪個部位解體也很重要：如果油質(zhì)乳液在酸性的胃中解體，那么胃壁內(nèi)就會裹上一層脂肪，從而減少飽腹感，但是脂肪降解的產(chǎn)物又會增強飽腹感。
乳液在食品領(lǐng)域的應(yīng)用涉及到乳滴的大小、食品的味道與質(zhì)地、腸道中的消化過程，以及飽腹感激素的最終釋放等因素之間非常復(fù)雜的相互作用。在弄明白這些作用之前，我們就像是想要擊中一個不斷移動的目標(biāo)，極難成功。
蛋白質(zhì)的效能
蛋白質(zhì)也是一種有吸引力的食物成分。相比于脂肪，它們有兩點重要的優(yōu)勢：熱量密度低，以及能夠帶來更強的飽腹感。簡單地改變溫度或pH值就可以使蛋白質(zhì)變成纖維狀（透明）或是顆粒狀（不透明）膠質(zhì)，使食物產(chǎn)生不一樣的質(zhì)地。前文中提到，這些調(diào)節(jié)食品質(zhì)地的膠質(zhì)能夠加厚乳滴周圍的介質(zhì)，阻止其團聚。同樣，通過簡單地改變溫度或pH，我們也可以控制蛋白聚集的方式，使蛋白質(zhì)顆粒表現(xiàn)出乳液的特性。像乳液一樣，這些蛋白質(zhì)可以用于封裝和緩釋飽腹感調(diào)控成分。同時，即使不加脂肪和油，它們也能帶給食物一種“奶油狀”的細膩質(zhì)地。
相似的效應(yīng)也可見于碳水化合物聚合物，比如淀粉、纖維素、殼聚糖、海藻酸以及樹膠。這些材料中有不少被用于封裝益生菌。不過，我們必須仔細設(shè)計這些封裝材料，使之能夠抵抗胃中的酸性環(huán)境，防止益生菌在到達小腸之前就被破壞。很多多糖也會被用作增稠劑，而且它們中很多不能被人體消化，因此不會直接提供熱量。有些“膳食纖維”同樣可以導(dǎo)致飽腹感，這可能是因為它們增加了食物體量或含水量，從而提高了飽脹的物理感受，但也可能是因為它們在小腸中發(fā)酵后，引發(fā)了飽腹感激素的釋放。 責(zé)編：科普知識網(wǎng)