补充良好的营养，保证身体健康，对于促进人体生命发展至关重要。本期 MDPI 生命学科月活动，精选了两篇发表于 Foods 和 Nutrients 期刊的相关文章，让我们一起探索蛋白质和咖啡中的奥妙。
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Microbes: Food for the Future
探索未来食物：微生物蛋白质
Matilde Ciani et al.
https://www.mdpi.com/2304-8158/10/5/971
文章导读
蛋白质是人体必需的营养物质，是构成人体的重要成分。目前，全球蛋白质供应来源比重为：植物 (57%)、肉类 (18%)、乳制品 (10%)、鱼类和贝类 (6%) 以及其他动物产品 (9%)。诸多学者认为，为解决不断增长的人口给世界资源带来的压力，在未来的 30 年内，有必要将粮食产量增加 60% 以上。但目前的农业生产方式受自然资源日益紧缺和气候变化制约，导致粮食问题仍不易解决。随着经济水平的不断提高，人们对动物蛋白的需求不断增长，预计将对环境产生更多负面影响，如产生更多温室气体、占用更多的水和土地资源等。要解决这一问题，急需提高现有蛋白质来源的生产可持续性，同时为人类的直接消费寻找替代来源。
分析过程与结果
微生物蛋白质是什么？
微生物蛋白质是指用作食物或饲料来源的微生物质。微生物蛋白具有很高的蛋白质含量 (占干燥生物质的 75％)，包含所有必需氨基酸，并且富含维生素和矿物质以及其他各种营养物质，产生于被称为“生物反应器”的密闭集约化系统中。生物质对水和耕地的需求量低，且不使用农药或者抗生素，不会直接与农作物粮食产品竞争肥沃的土壤和淡水资源，可以在边际土地和工业化大都市地区生产，进行“城市微生物养殖”。
微生物蛋白质来源知多少？
来自意大利佛罗伦萨大学的 Mario R. Tredici 教授及其团队研究分析了目前在试点水平上测试作为食品或饲料成分出售的 4 种微生物蛋白来源的潜力和局限性，这 4 种微生物蛋白的来源分别为氢氧化细菌、甲烷氧化菌、真菌和微藻类 (蓝细菌)，该研究团队将上述 4 种微生物蛋白来源的生产效率以及环境影响 (能源、土地、水的利用和温室气体的排放等) 与常见植物蛋白、动物蛋白、昆虫和人造肉蛋白的来源进行了比较。
在各种蛋白质来源中，细菌 (螺旋藻、氢氧化细菌和甲烷氧化菌) 的蛋白质含量最高 (46–75%)，一些新蛋白质来源 (如细菌和昆虫) 的平均蛋白质含量是肉类的 2–2.5 倍，是大豆的 1.7 倍；对于土地的蛋白质生产效率而言，细菌的产量比动物高出约 600 倍，比大豆高出约 90 倍；对于生产蛋白质的能源利用量来说，肉类 (牛肉、猪肉、家禽) 和昆虫的利用量是螺旋藻的 5 倍多；对于生产蛋白质的水资源使用情况来说，需求最低的是细菌微生物蛋白，特别是甲烷氧化菌，其水需求量比动物少 3000 倍；对于生产蛋白质的温室气体排放量来说，主要的排放源是牛肉，其次是猪肉和家禽。尽管微生物蛋白质的市场相对较新，但微生物来源蛋白质的价格与动物来源蛋白质的价格相比是具备优势的，其中来源于甲烷氧化菌的蛋白质价格最低 (每公斤蛋白质 3 欧元)。
总结
综上，虽然用微生物蛋白质替代肉类具有减少耕地使用、降低淡水资源消耗、减少温室气体排放等诸多益处，但公众长期以传统肉类为主的饮食方式及观念很难转变，微生物蛋白如何获得公众认可、提升市场竞争力是其推广应用的重要挑战。可以尝试将微生物蛋白质加工为食品，保留营养功能的同时增添良好的风味与口感，且确保整体成本低于传统动物来源蛋白质 (牛奶、鸡蛋、奶酪、肉类)，这将是提升微生物蛋白质竞争力的一个有效途径，其作为未来食物的应用值得拭目以待。
Ciani, M.; Lippolis, A.; Fava, F.; Rodolfi, L.; Niccolai, A.; Tredici, M.R. Microbes: Food for the Future. Foods 2021, 10, 971.
Effects of coffee and Its Components on the Gastrointestinal Tract and the Brain-Gut Axis
咖啡及其成分对胃肠道与脑肠轴的影响
Amaia Iriondo-DeHond et al.
https://www.mdpi.com/2072-6643/13/1/88
文章导读
咖啡作为全球公认的最受欢迎饮料之一，是由数千种生物活性化合物组成的复杂混合物。目前对咖啡的健康研究多集中在它对于心血管和中枢神经系统的影响，其他身体系统的相关研究相对较少。脑肠轴作为胃肠道与大脑的特殊联系，对于情绪稳定、压力调节以及内脏疼痛调节非常重要，本文通过分析相关研究，对咖啡及其成分对胃肠道与脑肠轴的影响进行了综述。
分析过程与结果
咖啡与胃肠道粘膜
有证据表明，咖啡中的主要成分咖啡因并不是咖啡中唯一的生物活性化合物。咖啡的来源及制备方法 (水蒸汽温度、烘焙等) 都会对咖啡成分产生影响，进而影响生理学和微生物群。研究者对动物模型与志愿者进行体内研究，用分离的细胞进行体外研究，评估了咖啡中存在的各种化合物 (咖啡因、多酚类物质、二萜、类黑精) 对胃肠道的作用。
体外实验表明，咖啡及其成分具有抗氧化性和抗炎性，并且其抗氧化性成分的含量取决于咖啡种类、制备方法 (是否过滤、烘焙条件) 等；体内实验表明，咖啡增加了人体对蔗糖的通透性，且在胃肠道的吸收状态与胃粘膜的损伤有关。饮用咖啡对人体的肠道微生物群有影响，可以使大肠杆菌、肠球菌、梭状芽孢杆菌和类杆菌的数量减少，同时使乳酸杆菌和双歧杆菌的数量增加。此外，有研究证明咖啡因可以在胃和小肠中被迅速吸收，降低癌症风险，但咖啡因剂量、给药方式和肿瘤诱导方法的不同可能会导致不同结果。
咖啡与胃肠蠕动
相关研究表明，咖啡可以直接刺激食管粘膜或促进胃食管反流病，这可能会引起巴雷特食管病症。咖啡也被证明可以减缓胃排空，还可能降低食管括约肌的压力，刺激胃分泌，加重胃灼热。然而，咖啡对胃排空的结果是不一致的，这可能是由于研究对象的身体状况或咖啡类型不同造成的。
相关研究还证明了咖啡可以刺激结肠运动，促进排便欲望，在预防术后肠梗阻方面存在潜在的益处。咖啡中含有许多膳食纤维，该结论出自对结肠微生物群发酵过程中释放的短链脂肪酸的研究，该物质影响了速溶废咖啡渣的急性促结肠运动作用。与该研究结果一致的是，咖啡银皮水提取物中的类黑精作用于肌肉张力，能促进 Ca2+ 流入离体胃肌层细胞，加速小肠内的转运，并有加速粪便颗粒形成的趋势。
咖啡与脑肠轴
脑肠轴是大脑和肠消化道两个器官间的沟通桥梁，肠道中的菌群也对此路径贡献匪浅，三者相互影响并调控全身各种生理作用，从脑部早期发育到晚期老年神经疾病等，皆与此连结轴线有着密切的关系。研究人员表明，在无压力条件下急性饮用咖啡，激活了交感神经系统，这与唾液 α-淀粉酶和血压的升高有关。
咖啡中的主要成分可能对脑肠轴的健康产生重要影响。其中，咖啡因从饮食中被摄取，并吸收到血液，刺激交感神经系统活动，易穿过血脑屏障，对中枢神经系统产生刺激作用；多酚类物质则被证实可以改善帕金森病的运动症状与非运动症状；咖啡中天然存在的色氨酸对维生素 B2 (烟酸) 的合成是必不可少的，缺乏烟酸可能导致阿尔茨海默氏症、帕金森病、亨廷顿氏病、认知障碍和精神分裂症等；膳食纤维和类黑精对于肠道与大脑的益处为促进短期食欲，减少能量消耗。
总结
咖啡的作用根据其来源、加工方式、生物利用度以及协同或拮抗作用而产生变化。流行病学研究表明，咖啡能够对消化道产生多种影响，包括对粘膜的抗氧化性、抗炎性、抗增生性和对肌肉层的促进作用。本文通过分析相关研究发现，尽管胃肠道是饮用咖啡时较早与之接触的身体器官，但咖啡对整个系统肠壁中存在的不同细胞类型所起作用的具体机制却极为罕见。本文还促进了人们对咖啡与脑肠轴相互作用重要性的认识，并且为相关研究提供了综合参考。
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