走进科学
为什么食品的热量信息都是不靠谱的
食物的消化是一个难以用精确数字表达的复杂过程，食品标签上所示的热量与你实际获得的卡路里值相去甚远。原因有很多。
人类也同样参与到了这种与植物的角逐之中。这种角逐令我们所测量的卡路里信息统统错了。
我（指原作者Rob Dunn，美国生物学家，下同）科学事业里的一段尤为奇葩的时光，是在一堆堆又大又尖的鸸鹋翔里扒来扒去，只为计算多少经过鸸鹋消化系统的种子还完整到能发出芽来。我和同事们收集并种下了数千颗种子，等待它们发芽。最终，长成了密密麻麻的小丛林。
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显然，鸸鹋吃下去的种子相对完好地幸免了消化。鸟类希望从果实（包括种子）中获得更多的热量，而植物则致力于保存它们的后代。尽管当时没有发觉，但后来我意识到我们人类也同样参与到了这种与植物的角逐之中。这种角逐令我们所测量的卡路里信息统统错了。
食物是我们的能量来源。我们口腔、胃与肠里的消化酶将复杂的食物分子分解成糖、氨基酸这样简单的结构，这些物质随着血液运送到身体的各个组织。我们的细胞利用贮存在这些较小分子的化学键当中的能量来进行日常工作。科学家们计算了每种食物中所有能够利用的能量，用一种叫做“卡路里”或曰“千卡”的单位衡量——1千克的水升高1摄氏度所需要的热量。每克脂肪大约提供9卡路里的热量，每克碳水化合物或蛋白质则只提供大约4卡路里。每克纤维只提供小小的2卡路里，因为人类消化道中的酶需费九牛二虎之力来把纤维切成较小的分子。
新近的研究表明，这一假设充其量也只能说是太简单化了。
每种食物成分表上所示的卡路里值都是用这种方法或由此适当改进而衍生出来的方法估计得出。而这些估计值都是假设那些19世纪的实验精确反映了具备不同体质的不同人在摄入不同种类的食物所获得的能量值。新近的研究表明，这一假设充其量也只能说是太简单化了。想要精确计算一个人从一种特定食物中所获得的热量，需要考虑五花八门的因素，包括：这一物种有没有进化出抗消化的能力；水煮、烘焙、微波或烧烤如何改变了食物的物理和化学结构；此人身体会耗费多大能量来分解各种食物；更有甚者，人体内数以亿计的细菌多大程度上帮助消化以及将多少能量占为己用。
营养学家已经初步拥有理论上改进卡路里标签的知识，但消化是一个尤其复杂而且牵扯到各种事情的过程，我们可能永远无法得到一个可靠的卡路里计算公式。
难啃的骨头
当今卡路里计算的谬误始于19世纪，当时美国化学家Wilbur Olin Atwater发明了一个计算1克脂肪、蛋白质和碳水化合物平均卡路里值的系统。Atwater尽力了，但没有食物可以视作“平均”的，因为每种食物都有自己的被消化方式。
一些植物已经进化出了好吃和免于被消化的双重适应性。
以蔬菜为例。我们以数百种植物的茎、叶、根为食。一些植物的细胞壁比其他植物坚韧得多。即使同一种植物，细胞壁的耐久性也有所不同，老叶的细胞壁就比嫩叶厚实。总体来说，细胞壁约脆弱，我们从植物中获得的卡路里越多。烹饪能轻松破坏一些植物诸如菠菜、西葫芦的细胞壁，而荸荠和木薯的细胞壁则顽强得多。当细胞壁足够强大时，食物能完整地通过我们体内（玉米），卡路里也不会被我们吸收。
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一些植物已经进化出了好吃和免于被消化的双重适应性。水果和坚果最早出现在白垩纪（14500万年至6500万年前），也是哺乳动物开始穿梭在恐龙腿间的不久之后。进化有利于那些味道好又易于消化的水果，同时也有利于难以消化的坚果和种子，后者毕竟还需得从鸟类、蝙蝠、啮齿目（老鼠）或猴子的肠道中生存下来。
研究表明花生、开心果和杏仁相比其它蛋白质、碳水化合物和脂肪成分类似的食物来说，更难以完全消化，这意味着它们实际提供的卡路里比我们想像的要少。美国农业部由Janet A. Novotny和同事们进行的一项新研究表明，人们吃一份杏仁所获得的卡路里值为129，而不是标签上所示的170。这项实验通过另两组不同的人吃除了杏仁之外完全相同的食物，然后测量他们排泄物里残余的能量来得到这一结论。
蛋白质的消化通常五倍于脂肪消化所需能量，食品标签并没有考虑这一耗费。
即便食物没有进化出防止消化的功能，它们被消化的能力也千差万别。鉴于蛋白酶需要揭开氨基酸之间紧紧缠绕的化学键，蛋白质的消化通常五倍于脂肪消化所需能量，食品标签并没有考虑这一耗费。而一些食品比如蜂蜜，近乎能直接为人体所吸收，消化系统几乎没发挥什么作用。蜂蜜在胃里被分解并迅速被肠壁吸收进入血液，然后……然后就没有然后了。
最后，一些食物会促使免疫系统分辨并对付病原体。目前没有人做过这一程序所消耗卡路里的严肃测量，但这一过程很可能消耗不少能量。一片相对生的肉可能携带很多具有潜在威胁的细菌。即便我们的免疫系统没有对这些病原体采取攻击行为，仍然会在检验细菌是否有害的这一步下足功夫，更不提一片生肉可能导致的腹泻所流失的能量。
烹饪是什么？
或许卡路里标签所面临的最大问题是它们没能够将我们日常的食品处理——炖、煎、炒等等——对我们从食物中所获能量的巨大改变考虑在内。
加热食物促使蛋白质解构，因而促进了蛋白质的消化；同时加热也杀死了细菌，降低了免疫系统用于对付病原体的功耗。
现于哈佛大学的生物学家Richard Wrangham当年研究野生黑猩猩的进食行为时，尝试只吃猩猩们吃的东西。最后实在饿得抗不住只好放弃猩食，重吃人饭。他开始相信，加工食物——用火烤熟和用石头捣碎——是人类进化史上的里程碑式的事件。鸸鹋和类人猿都不处理食物，而每一种人类文明都拥有加工食物的技术。我们碾磨、加热、腌制食物。当人类学会烹饪食物——尤其是肉——时，他们从食物中获得的卡路里大大增加。Wrangham认为从食物中获得更多的能量，使我们发展出相对身体来说尤其大的脑。但没有科学家尝试通过对照实验来精确考量食品加工在多大程度上改变了其提供的能量——直到现在。
Rachel N. Carmody曾经是Wrangham实验室里的一名研究生。她和同事们给一些成年雄鼠分别喂食红薯和牛肉。她们把每种食物分成四组：生且完整、生且捣碎、熟且完整、熟且捣碎，让小鼠们尽情地吃4天。吃生红薯的小鼠大约减了4克，而吃熟红薯的小鼠则长了膘，无论是否捣碎。类似地，吃熟牛肉的小鼠比吃生牛肉的小鼠多长了1克。这一实验尤具生物学意义：加热食物促使蛋白质解构，因而促进了蛋白质的消化；同时加热也杀死了细菌，降低了免疫系统用于对付病原体的功耗。
Carmody的新发现对工业食品加工同样适用。一项2010年的研究发现消化全麦葵花籽面包、谷粒或cheddar干酪比消化相同热量（600卡路里或800卡路里）的白面包或“加工过的奶酪”多消耗1倍的能量。因此，进食全麦食品的参与者获得的能量要少10%。
研究发现肥胖的人的肠里有更多硬壁菌，因此推测一些人之所以肥胖是因为这些额外的细菌令他们能够以更高的效率代谢食物
即便两个人吃相同的红薯或者熟肉，他们获得的卡路里也会不同。Carmody与同事研究了遗传特征极为相似的同系小白鼠，然而尽管进食相同，他们的生长状况也各异。再看看人，不仅外表特征各不相同，还有各种内在不明显特征上的不同，比如肠子的大小。测量结肠虽然早已没落，但曾在20世纪之初的欧洲科学界风行一时。那时的研究发现特定俄罗斯群体的肠子比波兰群体平均长度长57厘米。由于营养吸收的最后阶段发生在大肠里，一名俄罗斯人相比吃同量食物的波兰人能获得更多卡路里。一些人也会具备或缺乏特定的酶。从某种程度上说，绝大多数成年人不产生分解牛奶中乳酸所必需的乳酸酶。因此喝同样一杯拿铁咖啡（#由浓咖啡和牛奶兑成）的两个人，可能卡路里获取量迥异。
人们还在科学家称之为“人体额外器官”——肠道里的菌落——的方面千差万别。人类肠里的菌种以拟杆菌门和硬壁菌门为主。研究发现肥胖的人的肠里有更多硬壁菌，因此推测一些人之所以肥胖是因为这些额外的细菌令他们能够以更高的效率代谢食物：这样那些本该排泄掉的营养就进入了身体的循环，如果这些营养没有被用掉，就会变成脂肪贮存起来。另一些细菌则只有某些特定人群具备。例如，一些日本人的肠道里有一种特别善于分解海藻的细菌。这种肠道细菌其实是从一种以海藻为食海洋细菌中偷取了消化海藻的基因，而这一海洋细菌又经常在生海藻沙拉上出现。
FDA不会给食品厂商按照新的研究调整卡路里值带来阻力，但更大的挑战是各种食品加工手段本身如何改变了卡路里值。
因为现代人都以易于消化的加工食品为食，人们肚里的那些善于消化人体自身的酶所难以消化食物的细菌正在减少。如果我们继续为这些细菌制造这样不友好的环境，我们可能会从芹菜这样的食物中获得的能量越来越少。（#所以吃点粗粮还是有益的）
鲜有人尝试去依照我们对消化过程的现有认识来改进食品标签上的卡路里值。我们可以在Atwater系统上直面坚果的挑战对其卡路里值做系统性调整，或者更进一步分别对待每一种坚果，甚至更普遍地对每一种食物各做调整。这样的变迁（加州坚果协会还真支持过）需要科学家们像Novotny和她同事们那样，一砣翔一砣翔、一泡尿一泡尿地对每一种食物进行测定。虽然按照规定，FDA不会给食品厂商按照新的研究调整卡路里值带来阻力，但更大的挑战是各种食品加工手段本身如何改变了卡路里值。目前为止，还没有科学家在这一领域取得很大进展。
即使我们彻底修改了卡路里计算方法，我们也不能精确的估计我们的实际卡路里获得量，因为我们从食物中获得卡路里的过程是基于食品、人体和细菌相互作用的一个极为复杂的系统。
最后，我想我们都希望在超市选购食品时做出精明的选择。仅仅参照食品标签上的卡路里值来配置健康饮食着实是一种过于简化的方法，这种方法未必能增进健康，尽管在减肥方面还有所帮助。我们应该在人体生物学背景下对我们如何从食物中获取能量做深入考量。深加工的食品容易被胃和肠道消化吸收，因而能轻易给我们带来更多能量。相反，蔬菜、坚果和全麦食品则需要消化系统付诸辛劳，不仅比加工食品提供更多维生素等营养，还能取悦肠道中帮助消化的细菌。所以我们若想吃得更低热更健康，更完整和更生的食物才是明智的选择。我们不妨称此为“鸸鹋之道”。
本文译自 scienceamerican，由 Gaga 编辑发布。