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[知识] 庞大的维生素家族,是如何被我们发现的?

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发表于 2023-1-9 02:39 PM | 显示全部楼层 |阅读模式


庞大的维生素家族,是如何被我们发现的?

 付喆 国家人文历史 2023-01-02 22:23 Posted on 北京


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本 文 约 5000 字
阅 读 需 要 12 min

今年的冬天,很多人已经与奥密克戎开始了正面交锋。而在如何对抗病毒的过程中,维生素是提升免疫战胜“敌人”必不可少的得力干将。不过,大家是否想过,人们是从什么时候开始发现维生素的?又是如何区分各种维生素,发现不同维生素的不同作用?我们在日常保健过程中补充维生素时又需要注意什么?

维生素是如何被发现的?


维生素,这个“熟悉的陌生人”,是我们生活中必不可少的营养物质,但人类第一次确定它的存在还是在20世纪初,距今仅百余年。当然,维生素在人类历史中的作用远不止百余年。


古往今来,我们对营养学的看法和观点常被我们认知的边界所限制,而并没未充分调动自己的求知欲和想象力。科学家们在维生素研究的每一个里程碑时刻中,都认为他们已经达到了知识的顶峰。他们后来才意识到,新的发现往往迫使我们对旧的知识体系进行修正。维生素的发现史就是一个不断创新、不断更新、不断修正的精彩旅程。


维生素被发现之前,古人就已经认识到一个现象——吃了某些食物之后,能够对健康有所助益。3500年前,古埃及人认识到夜盲症可以用特定的食物治疗——即摄入动物肝脏。


“地理大发现”的来临使15世纪以降的航海技术迎来了巨大的进步,但是远洋航行经常会导致海员们难以获得新鲜水果和蔬菜,继而患上坏血病(Scurvy)。除此之外,坏血病还经常流行于生活在寒冷或干燥地带的居民之中。古希腊“医学之父”希波克拉底(前460年-前380年)曾描述过坏血病。许多古老文明的文献中也有用草药治疗此病的记载,例如印第安人。1536年,法国探险家雅克·卡蒂亚发现自己的团队患上了一种奇怪的疾病,当地印第安人用柏树叶所煮成的茶成功将他们治好。但是,远航的船员享受不到这种方法,他们还是只能准备泡菜,或在甲板上种植蔬菜。


直到数百年后的1753年,苏格兰海军军医詹姆斯·林德才发现坏血病与食用水果有关,并经由英格兰探险家詹姆斯·库克进一步印证。他们发现,饮用橘子汁、柠檬汁后,可治疗和预防坏血病,英国人便将柠檬汁加入朗姆酒内,坏血病就此被人类征服。


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18世纪英国海军的食物,加入了富含维生素的水果。来源/纪录片《维生素狂热》截图


也就是说,人们虽凭借智慧找到了办法,对疾病的本质并没有一个全面的认识,而只是依靠经验与“运气”。现代医学出现以前,大多数疾病都被归咎于神秘物质、糟糕的环境、坏的体液甚至是命运使然。科学技术的滞后令人们难以认识到维生素的巨大作用。


直到20世纪初,首位认识到维生素存在的科学家,是波兰生物化学家卡西米尔·冯克(Casimir Funk)。冯克于1904年获得瑞士伯尔尼大学有机化学博士学位,毕业后在法国巴黎巴斯德研究所工作,后在柏林以及伦敦李斯特研究所工作。冯克通过阅读荷兰病理学家克里斯蒂安·艾克曼的文献,了解到食用糙米的人比食用精制白米的人患脚气病的可能性更低。于是,他尝试将糙米中的这一有效成分分离出来,并于1912年成功提取出能够治疗脚气病的白色物质。


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卡西米尔·冯克。来源/维基百科


但是,冯克并不知其化学本质,只清楚这是维持生命所必须的一种胺类(amine),并将其称为“生命胺”(Vitamine)。这个词语由拉丁文的生命(Vita)和氨(-amin)缩写组合而成。后来,现代医学将他提取出的这种物质称作硫胺或维生素B1。卡西米尔·冯克又发展了自己理论,认为维生素还可以治疗佝偻病、糙皮病等。1920年,英国化学家杰克·德拉蒙德(Jack Drummond)提出既然不能证明“生命胺”是胺,则应将最后一个字母e去掉以符合命名规范,而且Vitamin一词的后缀是-in,可以指成分不明的中性物质。从此,维生素(Vitamin)一词被沿用下来,中文翻译为维生素或维他命。随着科学和医学技术的进步,越来越多的维生素被科学家们发现,人们开始用字母来区别不同的维生素。那么,维生素究竟是什么,又被分为几类呢?它们各自又有什么功能呢? 


维生素家族的分类与功能


根据数百年的科学技术发展,科学界逐渐认识到维生素是机体维持正常功能所必需的,但在体内不能合成或合成量很少,必须由食物供给的一组低分子量有机物质。维生素的每日需要量甚少,它们既不是构成机体组织的成分,也不是体内供能物质,然而在调节物质代谢和维持生理功能等方面却发挥着重要作用。


生活中,我们对某些维生素的名称与功用非常熟悉,例如维生素C与维生素E。但也有许多维生素有着更为人熟知的别名,例如叶酸(维生素B9,folic acid)与生物素(维生素B7,Biotin)。科学家究竟是如何将维生素分类的呢?


经过研究发现,人体一共需要13种维生素。科学界根据维生素的溶解性质的不同将其分为脂溶性维生素(lipid-soluble vitamin)和水溶性维生素(water-soluble vitamin)两大类。水溶性维生素有9种,包括8种维生素B与维生素C。


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水溶性维生素。来源/《中国营养科学全书》


脂溶性维生素有4种,包括维生素A、D、E、K。


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脂溶性维生素。来源/《中国营养科学全书》


1910年至1920年间,科学家发现了五种维生素,命名为A、B、C、D和E。1920年,科学家们发现了与最初名为“B”的维生素相似的第二个类似特性的维生素,这两种维生素的特性与在自然界的分布以及它们在调节生理功能方面的功用有一定的相似性。所以,两者均被更名,这就是今天我们熟知的维生素B1(硫胺素,Thiamine)和维生素B2(核黄素,Riboflavin)


如今,维生素B是一组水溶性维生素,一共有8种。每种维生素B均以其具体编号或名称来表示,即维生素B1、B2、B3、B5、B6、B7、B9与B12。B族维生素在化学上是不同的化合物,通常共存于同一食物中。


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图中食物富含维生素B。来源/《维生素狂热》截图


由上可知,最初被发现的维生素是维生素B而并非由第一个拉丁字母A命名的维生素A,那维生素A的命名又是什么情况呢?这要从维生素A的发现说起。1914年,美国威斯康辛大学麦迪逊分校的埃尔默·麦考勒姆(Elmer McCollum)与玛格丽特·戴维斯(Marguerite Davis)在研究脂肪于饮食的作用时,在鱼肝油中发现了一种未知的具有“辅助因素”(accessory factors)的物质。1917年,随着水溶性维生素B的发现,研究人员在1918年决定将实际发现时间更早的物质取名为“脂溶性维生素A”。1920年,该物质的名称被确定为“维生素A”。


科学家们发现维生素A后,英国医生爱德华·梅兰比(Edward Mellanby)注意到,被喂食鳕鱼肝油的狗没有发展出佝偻病,因此认为维生素A或其他同类物质可以预防这种疾病。1922年,埃尔默·麦考勒姆测试了维生素A被破坏的改良鳕鱼肝油,而经改良的鱼肝油也成功治愈了患病的狗,因此麦柯伦得出结论,鱼肝油中治愈佝偻病的因素不同于维生素A。于是,他将这种物质命名为维生素D,因为它是继维生素B1、B2、A之后第四个被命名的维生素(字母D在拉丁字母表中排名第四)


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维生素D主要从鱼肝油中获取。来源/《维生素狂热》截图


至于维生素C,是1912年由冯克发现的一系列维生素中的一种抗坏血细胞因子。1928年,科学家们尽管尚未确定其化学结构,将其称为“水溶性C”,也就是我们今天熟知的维生素C。


1922年,维生素E由赫伯特·麦克林·埃文斯(Herbert McLean Evans)和凯瑟琳·斯科特·毕晓普(Katharine Scott Bishop)发现。由于维生素E活性最初被确定源于大鼠饮食中的生育因子,所以被命名为“生育酚”(tocopherol)。“生育酚”(tocopherol)源自古希腊语单词“τόκος”(tókos,出生)及“φέρειν”(phérein,承受或携带),含义为“携带怀孕”,名称末尾的“-ol”表示其状态为化学醇。这个命名过程还获得了加利福尼亚大学的古希腊文教授乔治·卡尔霍恩(George M. Calhoun)的帮助。


因此,随着维生素不断被发现,科学家将维生素C至维生素H,以发现的先后时间用英文字母表顺序来命名。但我们或许会疑惑,为什么维生素从E之后就是维生素K?中间空的几个字母去哪儿了呢?如同曾经的维生素B一样,许多过去科学家认为是维生素的物质被重新分类了,现代科学认为它们不再属于维生素家族。例如,维生素F今天被称为必需脂肪酸,维生素G被重新归类为维生素B2之中,而维生素H变成了现在的生物素。


如何科学补充维生素?


人体需要的维生素主要来源于饮食,所以合理饮食是科学补充维生素最重要的途径。谷类、豆类、坚果类、油料类、蔬菜水果类、肉类、鱼类、奶和奶制品、蛋和蛋制品中具有许多人体所需的维生素。例如,谷类是维生素B1、B2、B6、B12与泛酸的主要来源。豆类、坚果类、油料类中含有较高的维生素B1、B2、C。肉类、鱼类食品和蔬菜水果类含有丰富的维生素A、C、D等等。奶和奶制品中含有较多的维生素A。蛋和蛋制品中含有维生素A、B1 、B2、D较多。


我们尤其需要注意,不同的人群对各种维生素的需要量不尽相同,孕妇、婴幼儿、老人以及长期患有慢性消耗性疾病的人群体内的需要量一般有所增加。维生素是健康膳食中极为重要的部分。大多数维生素推荐的每日膳食摄取量(RDA,大多数健康人为保持健康而每日所需要的量)是确定的,我们可以通过国家颁布的《中国居民膳食指南》来学习健康饮食,达到通过合理膳食补充维生素的目的。


既然维生素这么好,我们能多吃点吗?是否吃的越多就越好呢?答案当然是否定的。举个例子,假如我们摄入过多维生素A,就会出现头痛、皮疹、毛发粗糙、嘴唇干裂、皮肤干燥粗糙等中毒症状。如果长期服用大剂量维生素A,甚至会导致肝损伤。假如超大剂量服用维生素B6,可能会损伤我们的神经,导致足部和腿部疼痛麻木,甚至影响行走。假如大剂量使用烟酸(维生素B3),可引起潮红、瘙痒、痛风以及血糖水平升高。在喝酒、体力活动、晒太阳或吃辛辣食物之后,潮红可能加重。


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维生素含片的生产,其中大量无活性的配料如纤维素、糖,维生素含量并不多。来源/《维生素狂热》截图


由此可见,过量甚至长期过量补充维生素会引起许多病症,可谓得不偿失,所以我们在补充维生素的过程中,绝不能超量。这又是为什么呢?


人体会储藏脂溶性维生素(维生素A、D、E、K),如果我们摄入过量的脂溶性维生素,便会积存在身体,尤其是肝脏中,从而导致中毒的危险。虽然水溶性维生素会通过肾脏排泄,相对脂溶性维生素比较安全,但也不可摄入过量,因为超量的水溶性维生素可能在体内与其他物质发生化学反应。通常从食物中正常摄取维生素不会存在过量的问题,但食用过多维生素补充品就有可能发生危险。


通过科学界与医学界的研究,我们能够知道维生素的安全上限。如果摄入量超过安全上限,有害作用(毒性)的危险性会增加。在没有医学监护的情况下服用大量的维生素(通常作为补充剂)可能造成危害。维生素之所以被称为必需微量营养素,言外之意便是,人体需要维生素,但仅需要少量即可。所以,维生素虽重要,不能贪多哦。


参考来源:

维基百科

默沙东诊疗手册(大众版)

周爱儒主编:《生物化学》(第五版),人民卫生出版社,2000年。

杨月欣,葛可佑主编:《中国营养科学全书》,人民卫生出版社,2019年。

李军明,张军:《体内维生素的生理功能和日常保健的科学合理摄取》,《中国食物与营养》,2009年第3期。


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END
作者 | 付喆
编辑 | 詹茜卉
校对 | 彦文

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