吃肉背后的科学

根据世界经济论坛2014年的统计数据,当年全球人均年肉类消费量为43千克。国家间肉类消费量差异巨大:吃肉最多的美国人均每年消费100千克肉;中国为50千克;印度只有5千克。

一个中国人一生要吃掉4~5吨肉。肉类是我们重要的蛋白质、脂肪和维生素来源。虽然我们都吃过好多不同的肉,但不同肉之间又有什么区别呢?我们吃多少肉才合适呢?接下来,让我们从一个吃货的角度,去看看肉里藏着的那些秘密。

肌肉纤维有分别

肉到底是什么?广义上讲,动物肌肉、内脏、筋腱和韧带都是肉,不过我们吃得最多的肉还是骨骼肌。骨骼肌质量的75%是水,20%是蛋白质,3%是脂肪。虽然骨骼肌的功能很简单,只是收缩和放松,但其构造复杂,而且按照功能和代谢需求,还分为红色肌肉和白色肌肉两类。

红色的肌肉纤维是专门用于进行耐力(如长跑)和持续运动的。红色肌肉主要依靠脂肪和氧气供能,含有大量储存氧气的肌红蛋白,因此呈红色。肌肉进行的耐力运动越多,对氧气的总体需求量就越大,肌肉中所含的肌红蛋白就越多,肌肉颜色也就越暗——长时间在山地散养的土鸡,由于经常走动,大腿肌肉呈深色;而白羽鸡这类速生品种由于缺乏运动,腿部肌肉颜色就没有前者那么深。

白色的肌肉纤维专门用于短时间的剧烈运动。白色肌肉靠氧气和糖原反应供能。在某些情况下,白色肌肉不需要氧气也能通过无氧呼吸获得能量。不过,无氧呼吸会导致乳酸迅速积累,并让肌肉產生酸痛感,因此白色肌肉只适合短时间的剧烈运动。用于短时间剧烈运动的肌肉,例如鸡胸肉、蛙腿肉和兔肉都属于白色肌肉。

为什么动物越老,肉质也越硬?

和人类一样,动物衰老也会导致肌肉退化、胶原蛋白量减少。为了维持骨骼肌的拉伸强度,衰老动物肌肉间的胶原蛋白会形成更多交联聚合,让胶原蛋白变得比以前更强韧。这就导致越老的动物其肉质也会变得越硬。

以鸡肉为例。因为消费者青睐较嫩的肉质,所以大部分养殖者会在肉鸡还没完全长大之前进行宰杀,这样鸡肉中就不会有太强韧的胶原蛋白,便于咀嚼。养了8个星期的鸡和养了两年的鸡,两者的肉咀嚼起来的感觉是完全不同的。速生鸡的肉质更嫩,加工时间短,更适合快餐行业;饲养时间更长的鸡,其肉中胶原蛋白更强韧,所以往往需要炖2~3个小时,肉质才能变得松软适口。

酥脆的口感取决于胶原蛋白

脆皮五花肉是潮汕地区的名菜。厨师在处理五花肉时,先将五花肉煮熟,然后将肉取出晾凉后,用针板在肉皮表面戳出一个个密集的小孔,再进行烘烤。在烘烤阶段,这些小孔会成为肉皮中的水和油脂逃离的出口。在一些更讲究的餐馆,厨师会在烘烤前将五花肉肉皮朝下浸入醋液中过夜,以进一步降低胶原蛋白的强度。还有的厨师会用棉线捆绑五花肉,然后在肉皮表面涂抹一层盐,烘烤时将盐擦净并置于温度极高的炉内,这样做出来的脆皮五花肉肉皮会更加酥脆。

那么,脆皮五花肉的猪皮是如何变脆的呢?猪皮中(按质量计)30%是胶原蛋白。胶原蛋白是一种十分强韧的蛋白质分子,它也被称为胶原蛋白三螺旋(由3条α肽链或α链的多肽亚基缠绕成特有的三股螺旋)。东坡肉软烂的猪皮就是经历长时间炖煮后,胶原蛋白的螺旋结构水解,形成结构更松散的明胶的结果。再看脆皮五花肉的制作,当烘烤时,脆皮五花肉的猪皮会逐渐脱水,明胶分子会逐渐凝结在一起并脱水变硬,水分子受热膨胀的过程在明胶组织中形成大量微型空腔。这几个步骤缺了一个,就无法形成酥脆的猪皮。

脆皮五花肉拥有酥脆的肉皮。

肉味何处来?

炒肉时,肉中的还原糖和氨基酸/蛋白质在高温的油锅内发生反应,生成黑色大分子“类黑精”和成百上千种有不同香味的分子。这一系列反应被称为“美拉德反应”,既能给肉上色,也赋予了肉一部分的肉香味。

动物的脂肪也提供了一部分肉味。各种脂肪酸和储存在动物脂肪组织中的芳香物质是肉香味的另一个重要来源。动物脂肪常常作为芳香物质的溶剂,帮助动物在成长过程中积累这些芳香物质,其中一些很大程度上决定了动物肉的风味。动物生长时间越久,体内脂肪细胞中风味物质积累量越多,典型的例子就是炖鸡汤一定要用比较老的散养鸡。

不过,脂肪也有令人不愉快的气味,肉腥味等异味就是脂肪双键氧化后形成的。还有如羊肉那股令人避之不及的膻味。研究显示,羊肉的大部分膻味来自羊瘤胃中的细菌代谢活动所产生的的支链脂肪酸。支链脂肪酸在羊肉中的含量远超其他任何肉类,并且会储存在羊的脂肪中,在被加热时释放出来。

越老的动物,其肉中的风味越强烈。研究人员发现,除了脂肪中积累的芳香物质外,牛肉味、血腥味和金属味等这些气味的多少还和动物肌肉组织中的肌红蛋白含量有关。越老的动物,肌肉中肌红蛋白含量一般也越高,这几种气味也越强烈。

吃哺乳动物的肉会引发慢性炎症?

炎症是人体对感染或伤害的正常反应。炎症发生时,受损的组织释放出某些信号分子,让白细胞开始修复组织,这属于急性炎症。而慢性炎症则遍布全身,虽然程度较轻,却会持续损害身体。某些部位的慢性炎症会直接导致动脉中聚集硬化斑块,从而增加患动脉粥样硬化或形成血栓的风险。此外,慢性炎症还会增加患癌症、糖尿病和其他慢性病的风险。

有科学家在研究中将食用猪牛羊肉等红肉与动脉粥样硬化、结肠癌等疾病联系起来,并猜测食用上述肉类可能是引发人体的慢性炎症反应的原因之一。2017年,科学家证实了这个猜测。原来,这是一种名为Neu5Gc的分子在作祟。几乎所有哺乳动物的细胞表面都有Neu5Gc分子,今天只有人类、雪貂、鸭嘴兽等极少数动物的细胞表面没有这种分子。

在300万~250万年前,人类祖先的一个基因突变,导致人类从此无法合成Neu5Gc。而人一旦进食了来自哺乳动物的肉,这些肉细胞表面的Neu5Gc分子就会黏附到人体细胞表面的多糖分子上。当人体内的抗体识别出这些外来分子时,便会认为人体受到感染,于是引发炎症。不过,科学家对此已经有了解决方案,其中一种方案是進行微生物肠道移植。某些细菌会以Neu5Gc分子为食物,那么,如果能向人类肠道中移植这类细菌,或许就能利用细菌将Neu5Gc分子从红肉细胞表面剔除掉,从而减少慢性炎症对人体的损伤。

吃肉让我们成为现代人类?

其实,吃肉这个饮食习惯还助推了人类大脑的进化。2012年,科学家在坦桑尼亚的奥杜威峡谷中发现了一个有150万年历史的人类孩童颅骨碎片。这个孩童死亡时年龄应该不超过2岁。颅骨碎片的边缘处有一些密集的小孔,这是典型的多孔性骨质增生的症状。这种病通常是由于饮食中缺乏维生素B9和B12造成的。如果幼儿的日常主食从母乳转为固体食物的过程中,缺少维生素B9和B12这两种维生素的摄入,就容易患上多孔性骨质增生。

因为肉类中富含B族维生素,所以科学家推测,这名儿童缺乏B族维生素的原因,要么是母亲的肉类摄入不足导致乳汁中缺乏B族维生素,要么是在断奶过程中缺少肉类食物。科学家认为,如果没有定期食用肉类的习惯,某些人类祖先的颅骨就无法正常发育。

肉食也直接促进了人类祖先脑容量的增加。以现代人类为例,我们静止时大脑消耗的能量占总能量消耗的20%。科学家早就怀疑,纯素食的饮食方式无法支撑一个如此耗能的器官正常运转,并认为肉食是人类脑容量增加的重要推动因素。

2012年,在测量了几种灵长目动物的脑容量后,科学家发现,体积是成年人类3倍的大猩猩,脑容量却仅为成年人类的1/3。大猩猩的饮食不含动物蛋白质,几乎只由水果构成。要满足大猩猩庞大身躯的热量需求,大猩猩每天不得不花12小时来觅食、进食。

700万年前乍得沙赫人和现代人类的脑容量对比。食用高能量密度的骨髓帮助人类大脑进化。

在奥杜威峡谷的早期人类遗址中,科学家发现了大量的石器和脊椎动物骨骼。所有动物骨骼表面都有细微的石器切割痕迹,其中不少还被利器从中间砍断。种种迹象表明,200多万年前生活在那里的能人(早期人类)已经会使用石器宰杀并将动物肉从骨骼上分离。更重要的是,能人学会了从骨髓中获取高能量的食物——骨髓。蛋白质和脂肪这类高热量食物不但有利于脑容量发展,还将人类从收集水果、植物种子和块茎这类繁重的工作中解放出来,让人类有更多时间制作工具、进行社会交往,这进一步促进了人类大脑的进化。可以说,没有肉食就没有现代人类。

航天员要吃肉

人类如此喜爱肉食,连宇航员都无法忍受单调的太空食品,冒着巨大风险偷偷夹带肉食。1965年的双子座3号任务中,一位宇航员将一个咸牛肉三明治藏在宇航服中带上航天器,后来这块三明治被另一名宇航员发现。从此,当局开始注意为宇航员配备种类更丰富的肉食。

著名的阿波罗系列太空任务就考虑到了宇航员的肉食习惯。执行阿波罗任务的航天器的太空舱内部狭窄逼仄,排泄系统粗陋,使用时没有隐私,而且宇航员的餐食也没有什么吸引人的地方——只是冻干处理食品,吃的时候要么原封不动吃下去,要么需要使用热水枪,将热水从食品包装袋底部的小口注入,从而加热食物。不过,为了让执行任务的宇航员在环境条件不尽如人意的情况下保持愉快的心情,美国宇航局为宇航员们准备了培根块,也就是烟熏猪肉。

1968年,执行阿波罗7号任务的宇航员的4种早餐方案中,3种有培根块。宇航员似乎也很喜欢吃培根块,在11天飞行任务的尾声,一名宇航员感慨:“幸福就是在第十天吃上一袋培根块。”

相比20世纪60年代的宇航员,今天的宇航员的食物选择丰富多了,例如牛肉干、炖牛肉、鲈鱼肉冻……中国宇航员杨利伟在执行太空飞行任务时,餐食中甚至包括经过特殊工艺处理的宫保鸡丁和鱼香肉丝。

偷偷被带上航天器的咸牛肉三明治的一部分。偷带三明治的宇航员(右)。

如何让“假肉”更像真肉?

在过去几年,合成肉技术不断取得突破,全世界至少有50家公司在进行合成肉的研究和生产。但是至今为止还没有研发出能够完全替代真肉的产品。合成肉没有大规模推向市场的主要原因:一是成本过高;二是口感和风味都远不如真肉,消费者并不买单。

合成肉没有真肉的口感,主要原因是合成肉缺<b 少真肉的肌肉细胞,也没有动物肌肉细胞间类似脚手架的胶原蛋白。要让合成肉的口感更接近真肉,就要还原这些支撑肌肉细胞的“脚手架”。

常見的做法是利用牛明胶蛋白作为合成肉的“脚手架”,不过,明胶蛋白依然来自于动物。为了彻底摆脱对动物蛋白的依赖,科学家尝试利用生产豆油的副产品——豆粕。豆粕中的“大豆组织蛋白”可以作为合成肉生长所需的“脚手架”。2020年,科学家在海绵状的大豆蛋白组织中培养了牛的肌肉细胞和血管细胞,并将合成出来的合成肉置于烤箱中烘烤。三名试吃员在尝过烘烤合成肉后都认为,这种合成肉还原了牛肉真实的咀嚼感。

胶原蛋白存在于肌肉组织的三种膜中。大豆组织蛋白细胞在其上生长

食肉为何对人类如此重要?这是因为肉不但营养丰富,而且很好吃。此外,不同国家还形成了独特的食肉文化。作为饮食文化的重要组成部分,食肉构成了生活的烟火气,是我们每天生活中一块必不可少的“拼图”。不过,光有肉吃还不够,重要的是如何吃得健康,让吃肉变成一件幸福的事,而不是成为一种健康负担。

为什么有人一口肥肉也不吃?

有些人几乎从不吃肥肉。其实,除了怕胖,很可能他们是真的接受不了脂肪的味道。人类的舌头上有一种对脂肪极为敏感的蛋白质——CD36蛋白。有些人舌头上有很多CD36蛋白,这让他们对脂肪比普通人更加敏感,因此他们倾向于摄入脂肪含量少的食物。相反,舌头上CD36蛋白含量少的人对脂肪不敏感,因此他们更容易摄入过量的脂肪。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午10:10。
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