體外仿生消化系統(tǒng)在食品營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù)：1191 更新時(shí)間：2021-01-15
體外仿生消化系統(tǒng)是對(duì)人或動(dòng)物的胃腸道進(jìn)行仿生模擬的設(shè)備,可以作為“前篩選”工具開展相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究,協(xié)助理解消化道里的混合、消化和排空等現(xiàn)象。與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)相比,體外實(shí)驗(yàn)不僅操作簡便、重復(fù)性好、取樣方便、成本低廉,而且無倫理限制。因此,體外仿生消化系統(tǒng)在食品營養(yǎng)學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)和藥物學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。此前,陳利丁等人在遵循解剖學(xué)原理的基礎(chǔ)上,制作出與人胃形態(tài)、尺寸和內(nèi)部褶皺結(jié)構(gòu)類似的仿生硅膠人胃模型,構(gòu)建了拉繩牽引的體外人胃消化系統(tǒng)(RD-Ⅳ-HSM),并通過蕎麥的消化實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的胃排空性能和破碎能力進(jìn)行了初步評(píng)估。RD-Ⅳ-HSM在一定程度上可以重現(xiàn)食物顆粒在胃內(nèi)的分布和排空行為,但是基于拉繩牽引產(chǎn)生的胃蠕動(dòng)力對(duì)顆粒的破碎能力有限,并且食物的胃排空速度不能定量控制,手工制作的硅膠人胃模型耗時(shí)、成本高且重復(fù)性較差。鑒于此,本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括:1)考察了DIVHS的運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)單一液體和固體的胃排空行為的影響,結(jié)果表明改變系統(tǒng)傾斜角可以顯著改變液體和固體的胃排空速率。通過調(diào)整DIVHS的運(yùn)行參數(shù)(胃傾斜角度、幽門開合幅度和速度等)著重研究了300g牛肉和果汁的混合膳食(150g牛肉塊+150mL果汁)在DIVHS中的排空行為,結(jié)果表明模擬胃消化得到的固、液組分的胃排空趨勢都與相關(guān)文獻(xiàn)體內(nèi)數(shù)據(jù)一致。應(yīng)用冪指數(shù)模型分別對(duì)固、液組分的胃殘留率數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,結(jié)果顯示固體組分在DIVHS中的胃排空速度(k)、半排空時(shí)間(t1/2)和排空滯后時(shí)間(tlag)分別為0.0154L/min、74.1min和36.3min,與相應(yīng)體內(nèi)的0.0149L/min、75.8min和40.2min非常相似。液體組分在DIVHS中的排空特性也和體內(nèi)數(shù)據(jù)近似。2)研究了米飯(150g,濕重)和面條(150g,濕重)在DIVHS中的消化和胃排空特性,數(shù)據(jù)結(jié)果顯示胃消化120min后,較大米飯顆粒(2mm)的比例從初始未消化時(shí)的67%下降至17%,平均中值粒徑從3.7mm降低至2.1mm。該結(jié)果表明DIVHS對(duì)食物固體顆粒具有較強(qiáng)的破碎能力。此外,米飯模擬消化期間胃排空殘留率的冪指數(shù)模型擬合結(jié)果以及胃內(nèi)容物的pH變化趨勢亦與體內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道相近。面條的胃排空特性與米飯近似,且與體內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果相近。3)簡化已有的消化液模擬配制方式,并通過靜態(tài)體外消化的方法研究兩種方法配制的消化液對(duì)淀粉和酪蛋白消化的影響。結(jié)果表明簡化后的方法更省時(shí)力、方便儲(chǔ)存和配制,而且能夠達(dá)到一般靜態(tài)體外消化的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。以上結(jié)果表明通過調(diào)整和優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù),可以獲得與體內(nèi)一致的胃排空結(jié)果,證明了DIVHS具有良好的可控性,一定程度上可有效模擬食物在人胃內(nèi)的混合、破碎、消化和排空行為。
