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物理学家帮助人们抵抗肥胖
英国的肥胖率在过去25 年中几乎增长了4 倍；而在经济合作与发展组织（O E C D）大多数富裕的成员国中,超重和肥胖人群占据了大部分人口.导致群体性肥胖的原因多种多样,久坐的生活方式和高热量食品等显然都是重要因素,但事情并不完全如此.因为在我们吃东西时,体内会进行极其复杂的激素调节过程,这一过程涉及的不仅是吃下的食物,还与之前吃过的食品的种类和总量相关.不幸的是,我们的身体会在这样的过程中习得一种易于变胖的倾向,而要想翻转这种倾向让身体重新变瘦并不容易.例如,我们的饱腹感（感觉吃饱了）和满足感（不想再吃了）既来自于外部环境和物理因素——盘子的大小、食物的多少、胃部的饱胀程度,也来自于我们体内新陈代谢的反馈——当肠道探测到脂肪酸、糖类、氨基酸的存在时就会释放出“饱腹感激素”使我们感到“吃饱了”.但是人体释放这些激素的途径,以及大脑对它们的调控方式非常复杂,我们现在还不完全清楚.我们的胃肠道是一组十分复杂的器官：口腔中有能够让我们感知食物甜、咸、苦、鲜味道的味觉受体,而这些感知受体在胃部、小肠、大肠中同样存在,所以并不是只有嘴才能“品尝”食物.
无论一个人是超重还是偏瘦,接受任何一种“饱腹感激素”的注射都会降低他的热量摄入水平.但遗憾的是,这些激素很快就会恢复到原有水平,它们的作用甚至支撑不到下一顿饭的时间,而且即使反复给药也起不到减肥的效果,因为互相联结的激素反应能够逐渐适应这些额外的激素,因此饱腹感激素可能并不会成为一种比较好的候选减肥方案.那是否还有其他可能有效的介入方案呢？一种方案需要利用能够增加饱腹感的外部因素,如减小包装食品的单包含量,结果发现我们会因此吃得更少,此外也可以把食物做得更加厚实、更有嚼劲,这样就需要咀嚼更多次、吃得更慢,从而达到少吃的目的.然而现代人快速的生活节奏和广泛流行的速食食品使这一方案很难现实.而另一个方案则是听起来很极端的重构食物,但从某种意义上说它们已经出现在我们的生活中,如今许多现代的加工食品为迎合消费者偏好而变得更加细腻、浓厚、味道鲜明,因而重构食物方案的主要挑战是在创造美味食物的同时,有效地将食品中添加的饱腹感激素释放到它们最能发挥作用的人体组织里.
除具有“正常”的营养价值和味道外,功能食品也能带来一些额外的生理效应.如富含维生素的面包、牛奶和橙汁,以及高Ω-3 脂肪酸的鸡蛋,添加纤维来减少脂肪含量的肉制品等,但用替代原有成分或向已有的食品配方中添加新的成分（比如饱腹感激素）都不是一件容易的事情.食品配方往往都是长时间实践研究而得的复杂成果,添加或者去除任意一部分都会产生难以预期的后果.
不只是营养
理解食物结构和食品配方的任务正好属于软物质物理的领域：软物质物理研究含有分散的气泡、胶体、乳液或聚合物的复杂流体.以冰激凌为例,它含有气泡、乳液、冰晶等胶体颗粒,也含有作为聚合物和两亲性分子（同时包含亲水基和疏水基的分子）的蛋白质.而在巧克力中,可可颗粒、糖晶体和蛋白质聚合物混合于可可脂连续相中.啤酒泡沫则依靠生物分子降解产生的聚合物来保持稳定,所有这些食物成分都充满了生物学复杂性,但它们都可以被改造,并且为将功能性成分送达身体中相应部位提供了可能性.
乳液可以将饱腹感激素运送到肠道.很多加工食品都含有乳液：沙拉酱就是油滴悬浮于富水相中的乳液,而黄油和人造黄油则是水滴悬浮于富油相中.作为“乳化剂”的两亲分子在这样的乳液中可以稳定其中悬浮的液滴,避免液滴间的聚集；“乳化助剂”则可以使连续相变得浓厚或发生胶化,从而避免乳滴之间发生碰撞.这样的乳液中同时含有水相、油相和两亲相,而这就可以同时容纳用以提升饱腹感的多种功能成分.然而,乳液也存在局限——高温烹煮、低温冷藏或冷冻、强力搅拌、p H 值改变都会使液滴变得不稳定,这就给功能性食品的研发提出了难题.不过,还有一种用乳液捕捉乳滴技术,形成一种被称为“复合型乳剂”的分层结构.这种结构可以是“油包水包油”,也可以是“水包油包水”复合型乳剂在“捕捉”挥发性成分方面十分有效,这些成分被包裹在一种它们无法穿过的外层介质中,从而阻止它们扩散到外部.另外,复合型乳剂可以保护食物中一些不稳定的成分,防止它们和外部物质发生不良化学反应,使食物变质.
虽然乳液能够为封装、递送功能性成分提供不错的方式,但选择合适的乳液、开发功能性食品并非探囊取物般简单.研究表示,较小的乳滴既能提供热量又能增强饱腹感,而较大的乳滴却在提供热量的同时减弱饱腹效果.此外,乳液在人体内的哪个部位解体也很重要,如果油质乳液在酸性的胃中解体,胃壁内就会裹上一层脂肪,从而减少饱腹感,但是脂肪降解的产物又会增强饱腹感.因此乳液在食品领域的应用涉及乳滴的大小、食品的味道与质地、肠道中的消化过程,以及饱腹感激素的最终释放等因素之间复杂的相互作用.
蛋白质的效能
蛋白质也是一种有吸引力的食物成分.相比于脂肪,它们有两点重要的优势：热量密度低,以及能够带来更强的饱腹感.简单地改变温度或p H 值就可以使蛋白质变成纤维状（透明）或是颗粒状（不透明）胶质,使食物产生不一样的质地.这些调节食品质地的胶质能够加厚乳滴周围的介质,阻止其团聚.同样,通过简单地改变温度或p H,我们也可以使蛋白质颗粒表现出乳液的特性.相似的效应也可见于碳水化合物聚合物,比如淀粉、纤维素、壳聚糖、海藻酸以及树胶.这些材料中有不少被用于封装益生菌,但我们必须仔细设计这些封装材料,使之能够抵抗胃中的酸性环境,防止益生菌在到达小肠之前就被破坏.有些“膳食纤维”同样可以导致饱腹感,这可能是因为它们增加了食物体量或含水量,从而提高了饱胀的物理感受,但也可能是因为它们在小肠中发酵后,引发了饱腹感激素的释放.
未来食品
理论上,重构的加工食物热量密度更低：高热量的食材（如脂肪）被替换成低热量的替代品（如膳食纤维）.然而这么做很可能会影响食物的口味和质地,从而影响消费者的满意度.食品物理学家对于这种两难境地提供了解决方法：开发出能够模仿热销产品口味和口感,同时又加入了可以在特定部位释放内容物的新产品.
在一个人们很少或完全不吃加工食物的理想世界中,上面的解决方案都没有存在的必要.然而在现实世界中,90% 美国人会购买方便食品,英国民众50% 以上的热量摄入来自深加工和高热量食品：食品的改善十分必要.或许,聪明的物理学家可以帮助我们阻止这场肥胖危机.
物理学家论文范文结:
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