食物中的“暗物質”

何媛媛

物理學家認為，暗物質是指無法通過對電磁波的觀測進行研究的物質，也就是不與電磁力產生作用的物質。暗物質質量占宇宙總質量的85%左右。

美國達能公司首先提出了“營養暗物質”的概念，以此形容食物中一些未知的成分。那么，什么是營養暗物質？以方便面為例，一包普通方便面的配料表列出近40種成分，雖然其中很多是添加劑，但確實也包括一些“真正的食物”，如黃豆、辣椒、芝麻、蝦、白菜、海帶、蘑菇、鳳尾魚和墨魚等。最重要的是，其中有一種含有大量營養暗物質的食物——大蒜。大蒜中就含有那些我們還不了解卻可能會影響人體健康的成分。

迄今為止，在食物怎樣影響人體健康方面，大多數研究的對象僅限于150種關鍵的營養成分，它們只占食物中所有成分種數的一小部分。食物是各種各樣結構復雜的物質組合。對人體最重要的3種主要營養成分——蛋白質、碳水化合物和脂肪在不同條件下的結構都可能是不同的，所以都具有多樣性。雖然人體對礦物質、維生素和其他營養物質的需求量較小，但它們對健康也有深遠影響。

營養成分構成“食物宇宙”

美國農業部國家營養數據庫收錄了數十萬種食物成分信息，并把它們分為188個不同種類。例如，在該數據庫中含有“大蒜”的食品超過5.8萬種。在“生蒜”條目下，又包含67種常量營養物質和微量營養物質，其中一些甚至量化至濃度低于千萬分之一。這些數據看起來很詳細，但其實遠遠不夠全面，因為至少遺漏了大蒜中一些典型的風味化合物，如蒜氨酸。其實，不僅是大蒜，很多食物中所含的罕見成分都被遺漏。2003年，科學家開始填補這一缺憾，在原有的150種營養成分中增加了38種黃酮類化合物（與降低心血管疾病風險相關的植物化合物，常見于漿果類、芹菜等食物中）。雖然38個種類看上去并不多，但科學家為此付出了巨大努力。

2010年左右，一個國際研究團隊決定搭建一個更全面的食物成分信息數據庫，目的是把各種食物成分的詳細信息都一一列明。遺憾的是，該團隊費了大量功夫，也只列出了幾十種食物的成分信息，離他們所期望的成百上千種相去甚遠，這是因為他們對哪怕最普通的食物中所含的微量營養物質也幾乎完全不了解。于是，他們查閱了大量資料，并借助實驗室化學分析，最終建立了一個龐大的數據庫——食品數據庫（FooDB）。FooDB包括約7萬種食物成分，這一數量是美國農業部國家營養數據庫的近400倍。美國農業部國家營養數據庫的信息只涵蓋生大蒜中的67種化合物，但FooDB則列出了2306種。

沙棘

漿果類都富含黃酮類化合物，食用可降低心血管病風險。

然而，FooDB提供的數據仍不能代表食物成分的全貌，因為在其列出的大蒜所含的2306種化合物中，只有146種被成功量化。而且，整個FooDB數據庫中像大蒜這樣有一部分成分已被量化的食物種類僅占15%?？梢赃@么說，當我們談論大蒜的營養價值時，我們所提到的其實只是大蒜所含營養物質種類的冰山一角。由此可見，我們嚴重低估了食物的復雜性。而且，不僅食物中的化學物質很復雜，它們進入人體腸道與微生物相互作用后會轉化成什么別的化學物質也未知。那么，我們為什么要把吃進肚子里的食物進一步復雜化呢？因為飲食中的暗物質無論好壞都可能會影響我們的健康，所以鑒定出食物中的每種物質是營養科學發展的關鍵。

營養成分的主體：營養暗物質

到目前為止，科學家仍無法確定營養暗物質對健康的影響。有科學家認為，其中一些被忽視的化合物對健康很重要。

但一些營養學家對此并不認同。他們認為，與營養流行病學相關的食物成分都是已知的，非傳染性疾?。ㄈ缪?、骨質酥松和齲齒）幾乎都與這些成分有關。所以，需要解決的問題是厘清多種已知食物成分共同對人體產生的作用。至于營養暗物質，哪怕它們真實存在，但與人體健康無關，也就沒有研究價值。還有一些人認為，所謂的營養暗物質大都以極微量存在，對人體的影響可忽略不計。

但這樣的結論未免太過武斷，因為有些食物中已確定成分的濃度是營養暗物質濃度的數十億倍，但濃度并不是唯一的關鍵因素。例如，盡管日常100克正常飲食中所含的維生素E僅為幾微克，維生素E卻是人體必不可少的營養物質之一。

為了探索“食物宇宙”的邊界，前述團隊又搜索了另一個數據庫——毒性基因組學數據庫，該數據庫中包含數千種化學物質與人體相互作用機制的信息。他們發現，美國農業部發布的67種大蒜成分中有37種已確定與人類某些疾病有關，而FooDB數據庫中2306種大蒜成分中有574種對健康有潛在影響?；谶@一發現，他們認為，食物中那些大量未知的暗物質帶來的不確定性，導致營養科學研究往往無法得出一致和可復制的結果。這對那些熱衷于嚴格執行營養建議的人來說并不陌生：這個星期有新聞說喝紅酒對人體有好處，但下個星期可能又有新聞說喝紅酒沒有好處。如果對食物營養成分沒有一個完整了解，那么就不能嚴格定性某種食物對健康的影響是好是壞。

骨質疏松。在飲食中若只注重補鈣而忽略了維生素D，也會影響骨骼健康，如導致骨質疏松。

血栓的產生與飲食密切相關。

除了主要營養物質，個別微量營養物質也如此，如β-胡蘿卜素。根據流行病學研究，人體內β-胡蘿卜素水平過低可能增加患心臟病的風險。但有研究顯示，在飲食中單獨添加β-胡蘿卜素并不能降低患心臟病的風險。科學家認為，一個潛在原因是β-胡蘿卜素在植物中并非單獨存在，而總是與其他大約400個分子共同存在。因此，要檢測β-胡蘿卜素對健康的影響，就需要將其與其他分子一同進行檢測。另一方面，腸道微生物也扮演著重要角色，因為大多數營養暗物質都是由腸道微生物負責分解、轉化的。即便攝入同種食物，不同的人獲得的營養物質的種類和量都可能不同，這是因為每個人腸道中的微生物種類和代謝水平都不同。

所有這些都表明，食物總體好比一個小宇宙，其中我們未知的營養物質（即營養暗物質）也像宇宙中未知的暗物質一樣，等待我們去探索。這看起來太復雜，好像無從下手，但人類基因組測序計劃為科學家提供了一種思路。在2005年人類基因組計劃完成之前，只有大約1.4%（編碼蛋白質的部分）的人類DNA被認為對生長發育有意義，其余98.6%則被認為是“廢物”。但我們現在知道，在與疾病有關的DNA序列中，約有三分之二屬于這些所謂的“廢物”中。雖然這些DNA序列不直接編碼蛋白質，但其中許多都控制著基因的表達。

現在，我們對營養物質與健康之間關系的理解與我們對DNA和遺傳流行病學之間關系的認識有很多相似之處。雖然這并不意味著飲食和健康之間的大多數關聯是由營養暗物質構成的，但如果把我們吃進體內的98.6%的化合物都當作不重要的東西，那就太不明智了。

因此，科學家已經開始繪制營養暗物質的完整圖譜。目前用于分析食物的方法仍是利用質譜和磁共振等耗時長且費勁的實驗室技術，但科學家已在設計新方法。

探索營養暗物質的意義

前述團隊的所有成員都不是營養學家，而是物理學家。他們擅長利用大數據和復雜的網絡科學來探究人類疾病的遺傳起源等問題。他們認為，基因只是5%～20%的疾病誘因，而其余80%～95%的誘因很可能是各種食物成分。于是，他們創建了一個文本挖掘工具“食品挖掘器”（FoodMine），以挖掘科學文獻中有關食物成分的零星信息。FoodMine發現了大蒜中一種物質（二烯丙基二硫醚，一種可能對健康有益的辛辣風味分子）的濃度信息。此外，FoodMine還發現了大蒜的另外96種成分，這些成分甚至在FooDB數據庫中都沒有列出。除大蒜外，對可可做同樣的研究也發現了238種新型化合物。這說明現有數據庫中的信息還非常不完整。目前，科學家正利用FoodMine發掘更多食物信息。他們的目標是覆蓋所有最常見食物，以提升我們對食物化學復雜性的全面理解。

如果能實現這一目標，那么下一個挑戰是探索烹飪會將食物中的化學成分轉化為哪些其他成分。一些烹飪方法會把原本沒有毒性的物質轉化成有毒物質。例如，通過燒烤可把食物加工得很美味，但經過燒烤的食物中可能含有致癌物。所以，烹飪和加工可能會使營養暗物質轉變成另一種營養暗物質或有害物質。

除腸道微生物和烹飪外，人體新陳代謝也是影響營養物質轉化的因素。如此看來，本身就未知的營養暗物質經過一系列轉化過程而形成的最終形態有極端復雜性，而這些最終形態才是影響健康的關鍵。而且，現在我們的食物中有很大一部分并非天然食物，其中不少都添加了食品添加劑。營養暗物質和這些添加劑經過腸道微生物分解和人體新陳代謝后最終會轉化成什么，更不得而知。

要想識別出食物中的每一種化合物已經是一個挑戰，而要找出這些化合物與人類生理系統的相互作用機制則是更大的挑戰。要想完全解析食物對人體健康的影響，科學家需要把每一種營養物質分子與其在人體多種不同細胞中的分子效應聯系起來。這雖然比不上探索宇宙暗物質那樣遙不可及，但也需要大量繁重的實驗室工作。好在人工智能技術正飛速發展，我們對食物中暗物質的探索之路也將會越來越平坦。

探索食物中暗物質的最終目標，是描繪出營養物質與人類健康之間相互作用的一幅完整的對應圖。雖然這是一項巨大的工程，需要關于個人基因組、微生物組和其他因素的更多數據，但要真正了解人類健康和食物營養之間的復雜性，這或許是唯一途徑。