调教美少奴隶菊花文:《剑桥世界食物史》之蛋白质的前世今生(上)

IV.C.2. -

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翻译：王晶冰；校对：山寨盲流，田不野

“蛋白质”这个词是瑞典化学家永斯·雅各布·贝采里乌斯（Jöns Jakob Berzelius）在1838年创造的。在这之前的150多年里，只有“动物物质”的概念，人们认为这些“物质”稍稍变化就组成了肌肉、皮肤和血液。最初，这些不同形式的“物质”都被认为是类胶质（只是有胶质的性质，但不是胶质，因此文中用了gluey，我觉得翻译成类胶质比较好）。但在加热时，它们会变成坚硬的角状物质；在潮湿、温暖的环境中则腐烂变臭，产生碱性的挥发物。这与在潮湿、温暖的储藏环境中产生酸性物质的淀粉、糖类和多数的植物体截然不同。

对营养学感兴趣的人一定会问：“动物界从整体来看是完全靠植物界维生的，它们是如何将吃进去的东西转换成似乎完全不同的‘动物物质’的呢？”自然，人类也包括在动物界中，人类的食物供给系统和动物的本质上没什么不同。18世纪的一些发现揭开了蒙在这个问题上的面纱一角。

1728年，意大利学者雅可布·贝卡利（Jacopo Beccari）宣布发现白面粉中存在具有“动物物质”全部特性的东西。将和好的生面团在水中揉搓清洗，除去细小的白色淀粉颗粒，剩下的就是粘性的面筋团。如果不知道它是从哪儿来的，人们就会以为它来自动物。贝卡利认为，这些“动物物质”成分使得小麦特别有营养。作为一个整体，面粉并没有表现出动物物质特性，这是因为大量淀粉的存在掩盖了面筋的性质。

营养中的氮

18世纪末，随着新化学的发展，（这类物质中）主要的元素被确定下来。氨，也就是“挥发碱”，被证明是一种氮氢化合物。而面筋和动物组织一样含有氮元素，淀粉、脂肪和糖类则没有。

起初人们认为，动物消化过程中肯定有一步是把植物性食物中的营养和大气中的氮结合，使营养物“动物化”。尤其是，这个理论似乎可以解释反刍动物缓慢的消化过程和巨大的胃。可是，在法国，进一步的研究推翻了这个理论。

首先，弗朗西斯·马让迪（François Magendie）在1816年公布，只吃不含氮的脂肪和糖类食品的狗只能存活几个星期（可怜的小狗狗，总是被实验党迫害的主要对象）。接着，19世纪30年代，让·布森戈（Jean Boussingault）证明，牛每天吃掉的干草和土豆中含有的氮元素数量足以抵消产奶和日常氮元素流失的总额。所以，假设动物营养中的氮来自大气是没必要的。由于氮元素在营养学中的重要性，布森戈认为应该根据植物食品的相对含氮量来评价其营养价值。因此，氮含量是谷物两倍的干蚕豆，营养价值也是谷物的两倍。

现在，对植物组成的进一步研究表明，尽管植物中都有含氮化合物，但其中大多数和小麦面筋不同：它们溶于水，可通过加热或加入酸沉淀出来。1838年，自学了化学分析的荷兰医生盖里特·穆尔德（Gerritt Mulder）发表文章称，他分析过的所有重要的“动物物质”都具有相同的基本组成：40个碳原子，62个氢原子，10个氮原子和12个氧原子，可以简单的表示为：C40H62N10O12。这些“动物物质”表现出不同的性质仅仅是因为依附于它们的硫或磷原子的个数不同。他把文章寄给了瑞典的化学权威雅各布·贝采里乌斯（Jacob Berzelius）。贝采里乌斯答复说：这是对“动物营养的基本或主要物质”的最重要的发现，这种物质应当以希腊海神普罗透斯（Proteus，具有预言能力，但会变换成各种形状以逃避回答问题——译者注）为名，称为“蛋白质（protein）”。

德国头号有机化学家，贾斯特斯·李比希（Justus Liebig）证实了穆尔德的发现并进一步主张：从化学的看，只有植物才具有制造蛋白质的能力，动物的消化作用仅仅是打破了蛋白质分子间的结合，使它们能够溶解和吸收到血液之中，直接进入动物体内。法国的主要科学家们接受了这一观点，同时认为动物也同样需要植物油和碳水化合物在体内燃烧以保持体温。

蛋白质——肌肉燃料

李比希自己并没有进行任何生理学的研究，却武断地得出了一系列关于营养在生物体内功能的结论。他认为，肌肉收缩所需要的能量只来源于它们自身蛋白质的分解，这些蛋白质碎片进一步分解成含氮的尿素，出现在尿液中。因此，一个人对蛋白质的需求量和他（或她）所从事的体力劳动成正比。 脂肪和糖的作用仅仅是（与侵入的氧发生反应，以）保护生物组织免受氧损伤。所以，蛋白质是唯一真正的营养物质。

尽管李比希的观点极受重视，但有许多值得质疑的地方。（例如，一直研究伦敦监狱中囚犯的健康和饮食情况的医生和生理学家，爱德华•史密斯（Edward Smith），在1862年发表了关于尿素日产生量影响因素的研究。这些每天吃同样口粮，每周三天参加重体力劳动的囚犯，无论当天是不是劳动日，每天白天加上当晚排出的总尿素量是几乎是相同的。但是劳动会使二氧化碳呼出量大大增加。影响尿素产生量的主要因素看来是过去24小时中食用的蛋白质数量。

1865年，一所瑞士大学的职员，阿道夫•菲克（Adolf Fick）和约翰尼斯•卫斯理色努斯（Johannes Wislicenus）继续了该方面的研究。实验前的24小时内，他们的饮食里不含任何蛋白质，然后攀登了大约2000米高度到达附近的一座山顶。之后，计算攀登期间的所做的功，并测定尿液中的含氮量。根据计算，每个人大约代谢了37克蛋白质。他们在英国的朋友，爱德华•弗兰克兰（Edward Frankland）则计算出每代谢一克蛋白质会产生4.37千卡热量。

这时“能量守恒定律”原则已经被广泛接受，詹姆斯•焦耳（James Joules）已估算出一千卡大约相当于机械克服重力做功423千克米。这些蛋白质（37克）释放出的能量折合约6万8千千克米。不过，每位科学家上升到山顶所需的净功约为14万千克米，大约是这些能量的两倍。同时，进一步的研究表明，肌肉的能效大约是百分之二十五，所以能量需求量应当是最小理论值的四倍。他们由此得出结论：肌肉做功所需的能量主要不是来自蛋白质，而是膳食中的脂肪和碳水化合物。

虽然李比希的宏伟体系已不足信，但是人们——尤其是德国研究者仍然认为高蛋白摄入对保持体力和精力非常有好处。他们的理由是，来自主要吃素食和低蛋白食品的国家的人缺乏魄力和热情，以及无论哪里的人群，一旦摆脱了贫困，可以想吃什么吃什么的时候，都会选择大量肉类和高蛋白食品。农业部营养学专家威尔伯•阿特沃特（Wilbur Atwater），在十九世纪末颁布的美国第一个国家标准走了同样的路线，建议从事体力劳动的男性每天应当食用125克蛋白质。

不过，这种观点并非没有争议。1840年起，美国出现了素食主义“学派”，认为食肉对人体产生过度刺激，并且导致纵欲而损耗受到刺激的机体。约翰•哈维•凯洛格（John Harvey Kellogg，Kellogg早餐食品公司的共同创办人）相信肉和其他过多的蛋白质会在大肠中腐坏，导致自体中毒。科学机构认为这些观点不科学、不值得重视。不过，1902年，耶鲁大学生理化学教授罗素•齐藤登（Russell Chittenden）向“高蛋白”学派发起了严肃的挑战。

齐藤登和他的六个同事，十二个陆军医护兵，以及一组耶鲁大学的运动员，在六个月的时间内每天只摄入不到阿特沃特推荐量一半的蛋白质。这些人都保持着健康和活跃的身心。齐藤登在1904年发表的报告中总结说，这样的饮食不仅足以满足需要，也更可取，因为它们降低了肾脏排泄尿素和不易溶解的尿酸的压力。

他的发现引发了医学界激烈的争论。大多数人认为齐藤登的研究结果作为推行大规模的饮食变更的理由并不充分。例如，他的研究对象没有经历骤然压力或在一段时期内食物不足必须依靠自身储存的情况。此外，只给狗以低蛋白质食物的实验显示，尽管它们能在一个时期内保持健康和氮平衡，但最后总是衰弱而死。但齐藤登在自己的实验室延续了同样的实验，得出结论认为狗在长期实验中死亡并不是因为缺少蛋白质，而是因为食物中长期缺乏一种或多种未知的微量元素。这一结论激发了后来40多年中营养学方面最重要的研究，最终发现了维生素。

营养学中的氨基酸

1905年，另一个重要的问题得到重视：那些从众多食物中分离出来的蛋白质是否具有相同的营养价值？人们很早就知道，高压蒸煮骨头所得的凝胶，虽然含氮量和普通的组织蛋白一样，但对狗的生长发育却没有什么作用。而且它们具有一些不同的物理性质，比如在沸水中保持溶解状态，因而不被归入蛋白质。

对蛋白质的进一步研究需要更清楚的知道它们的组成。蛋白质不能扩散通过细孔膜说明它们是大分子。但是在消化过程中它们的物理性质发生了巨大变化。当人们从屠宰后的牲畜胃壁中分离得到消化介质“胃蛋白酶”，从胰液中分离得到“胰蛋白酶”后，这个过程得到了更细致的研究。

早在19世纪60年代初，研究者就在有胰液参与的蛋白质消化过程的研究中意外地发现了“亮氨酸”和“酪氨酸”。这两种化合物现在已广为人知。这些可以通过把蛋白质与硫酸一起煮沸得到的化合物已被证明是“氨基酸”——意思是有一个酸根和一个碱基（氨基）组成的化合物，每种氨基酸的原子数都少于25个，是相对较小的分子。不过，因为生产过程条件非常苛刻，和消化系统内温和的条件不同，也有人认为它们是热和强酸条件下的产物。

随着体外消化、蛋白质的弱酸或碱分馏的应用，人们逐渐得到了全部氨基酸，用于定量分析成分的近似法也日渐成熟。而且，不断积累的证据说明消化后被肠壁吸收的化合物就是简单的氨基酸。早期的研究者认为大自然不大可能采取这样一种系统，因为先分解然后再在体内重新组装为同样的蛋白质似乎非常浪费。它们果真是一样的化合物吗？

一些最早的比较不同蛋白质营养价值的实验是拉法叶•孟德尔（Lafayette Mendel）（来自齐藤登小组）和植物化学家托马斯•奥斯本（Thomas Osborne）进行的。它们发现食用脂肪，碳水化合物，矿物质，天然维生素浓缩物和纯酪蛋白（一种牛奶蛋白）的幼鼠会正常生长。而以玉米蛋白（玉米中提取的一种蛋白质）作为蛋白质来源，幼鼠就不会发育生长，除非饮食中同时加入赖氨酸和色氨酸。化学分析表明，玉米蛋白缺乏这两种氨基酸，因此这两种氨基酸被定性为“必需氨基酸”，意即它们是幼鼠饮食中最基本的和不可缺少的部分。这个结果也说明动物使用氨基酸来构建它们自己体内的蛋白质。