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)：1640 更新時間：2021-01-15
體外仿生消化系統(tǒng)是對人或動物的胃腸道進(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)對系統(tǒng)的胃排空性能和破碎能力進(jìn)行了初步評估。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)生的胃蠕動力對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、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)動參數(shù)對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)、半排空時間(t1/2)和排空滯后時間(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力、方便儲存和配制,而且能夠達(dá)到一般靜態(tài)體外消化的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｒ陨辖Y(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。
