體外消化模型研究進(jìn)展及其在食品中的應(yīng)用

體外消化模型是模擬人類消化時(shí)真實(shí)的生理?xiàng)l件，是研究攝入物質(zhì)的變化、相互作用以及營養(yǎng)物質(zhì)生物可及性的有用工具[1]。真實(shí)的消化過程十分復(fù)雜且涉及多個(gè)器官以及激素、神經(jīng)調(diào)節(jié)，簡單來說可分為機(jī)械剪切和酶促轉(zhuǎn)化，其中儲(chǔ)存、混合、研磨和排空的機(jī)械剪切過程主要在胃階段，大分子分解以及水和營養(yǎng)物吸收的酶促轉(zhuǎn)化過程主要在小腸階段[2]。為了充分了解食物對(duì)健康的影響以及與飲食相關(guān)的疾病，例如心血管疾病和2型糖尿病[3]，學(xué)者越來越多地開展對(duì)食品消化過程的研究。但體內(nèi)消化有著高技術(shù)高成本及道德倫理的約束，因此學(xué)者對(duì)體外消化模擬的研究愈來愈豐富。理想的體外消化模型應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：(1)在短時(shí)間內(nèi)提供準(zhǔn)確的結(jié)果；(2)可作為快速分析不同成分的食物或食物結(jié)構(gòu)的工具[1,4]。

1 體外消化模型概述

體外消化是近二十年的研究熱點(diǎn)之一，普遍適用于蔬菜、乳制品、烘焙食品、肉類食品、海鮮食品和雞蛋食品[1]，其較多的是對(duì)上消化道進(jìn)行模擬研究，可分為靜態(tài)、半動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型。各模型具有不同的消化參數(shù)：(1)消化流程中所包含的步驟數(shù)量和類型不同(根據(jù)研究目的的不同，可以包括口腔、胃和小腸的部分或所有階段，在某些情況下，還可以包括大腸發(fā)酵階段)；(2)每個(gè)階段消化液的化學(xué)組成、酶濃度以及鹽緩沖液、生物聚合物、表面活性劑等成分不同；(3)機(jī)械應(yīng)力以及在消化過程中流體流動(dòng)不同，施加應(yīng)力的大小和方向、模型的幾何形狀等不同[1,5]。

1.1 靜態(tài)模型概述

靜態(tài)體外消化模型是最簡單也是應(yīng)用最廣泛的體外消化模型，實(shí)驗(yàn)材料相對(duì)廉價(jià)易得，可分為僅含胃相或腸相的單隔室和包括口腔、胃、小腸的多隔室。其模擬參數(shù)都是固定的，這意味著每個(gè)相的分泌物比率、pH值以及生物活性劑濃度在整個(gè)相都是恒定的[6]。由于簡化了消化過程，無法模擬消化過程中的機(jī)械力、流體動(dòng)力及生化環(huán)境的變化，故靜態(tài)模型主要用于條件假設(shè)和目的篩選[2]。

研究表明，不同的模型參數(shù)會(huì)使靜態(tài)模型呈現(xiàn)不同程度的差異性[2,5]。而標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)體外消化模型(INFOGEST)將參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，使各實(shí)驗(yàn)間的可比性增強(qiáng)，是一套適合成人的食品靜態(tài)體外消化模型。自2014年發(fā)表以來[7]，已被學(xué)者廣泛應(yīng)用在食品體外消化模擬中[1,5]并在2019年進(jìn)一步完善為INFOGEST 2.0[8]。該模型的消化過程分為3個(gè)階段。首先是準(zhǔn)備階段：酶活性和膽汁的測定；模擬唾液(simulated salivary fluid，SSF)、模擬胃液(simulated gastric fluid，SGF)、模擬腸道液(simulated intestinal fluid，SIF)的制備和pH測試。其次是消化階段：(1)口腔階段：食物和SSF進(jìn)行1∶1混合，加入CaCl2及唾液淀粉酶，在37 ℃、pH=7的條件下混合孵育2 min。(2)胃階段：口腔食糜和SGF以1∶1混合，加入胃蛋白酶、胃脂肪酶在37 ℃、pH=3的條件下混合孵育2 h。(3)腸階段：胃食糜與SIF以1∶1混合，加入膽汁、胰酶在37 ℃、pH=7的條件下混合孵育2 h。最后是取樣階段，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇不同的消化階段取樣[8]。

將牛奶在人體內(nèi)的消化研究對(duì)比INFOGEST靜態(tài)消化模型模擬的牛奶體外消化以及模擬脫脂奶粉的體外消化對(duì)比脫脂奶粉在豬體內(nèi)的消化研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)體外消化有著良好的相似性[9-10]。這證明了INFOGEST靜態(tài)消化模型在食品應(yīng)用中的可靠性。有研究報(bào)道，通過INFOGEST靜態(tài)消化模型從3種分離蛋白(膠原蛋白、玉米蛋白和乳清蛋白)和5種食物(高粱粉、小麥麩皮、花生、黑豆和木豆)中得出木豆是最適合人體營養(yǎng)需求的蛋白食物[11]。FERNANDES等[12]等則通過INFOGEST靜態(tài)消化模型模型分析了3種Carolino水稻(Carolino white-Cw、Carolino brown-Cb 和 Carolino Ariete brown-CAb)的淀粉消化，定性定量地描述了米飯的消化過程，并實(shí)現(xiàn)了與其他實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)比對(duì)。INFOGEST靜態(tài)消化模型也存在著局限性，其僅適用于胃、腸端點(diǎn)的取樣研究[1,6]，無法準(zhǔn)確地模擬更復(fù)雜的體內(nèi)條件，如生化環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化、物理剪切力和研磨力的作用，這些可能會(huì)對(duì)較大顆粒食物的分解和營養(yǎng)物質(zhì)的釋放產(chǎn)生影響。

1.2 半動(dòng)態(tài)模型概述

半動(dòng)態(tài)消化模型是至少模擬一個(gè)胃腸道的動(dòng)態(tài)特征，介于復(fù)雜的動(dòng)態(tài)模型和更簡單的靜態(tài)模型之間的中間系統(tǒng)，主要用于胃階段，模擬了食糜的pH值變化或控制酶促釋放等動(dòng)態(tài)過程。目前大多數(shù)半動(dòng)態(tài)模型的研究都集中在模擬胃液pH值的動(dòng)態(tài)變化和胃蠕動(dòng)力、剪切力等力學(xué)研究[6]。胃液pH和胃動(dòng)力對(duì)蛋白質(zhì)水解有一定影響，尤其是胃蛋白酶活性的改變。胃液pH的變化影響蛋白質(zhì)構(gòu)象和結(jié)構(gòu)，繼而影響蛋白水解性，也會(huì)影響其他常規(guī)營養(yǎng)素的消化[6,13]。研究中通常使用pH-stat法控制液體分泌進(jìn)而控制pH值，還可以結(jié)合計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制滴定來模擬梯度變化。若采用半動(dòng)態(tài)模型來研究胃行為，需仔細(xì)考慮混合機(jī)制，大多數(shù)半動(dòng)態(tài)模型通常使用的是磁力攪拌器，但這可能會(huì)破壞模擬胃內(nèi)食物的結(jié)構(gòu)變化。最后，應(yīng)該考慮模擬胃的形狀，它可能會(huì)影響剪切力。胃是J形器官，這種形狀的結(jié)構(gòu)模擬比較困難，因此圓柱形狀容器是半動(dòng)態(tài)模型中最常見的形狀[2,6]。

與靜態(tài)模型相比，半動(dòng)態(tài)模型可以獲得有關(guān)胃階段營養(yǎng)物的消化及食物結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，而不僅僅是提供不考慮可能的結(jié)構(gòu)變化下的胃、腸消化端點(diǎn)的評(píng)估[14]。這對(duì)于理解營養(yǎng)物的消化、食物的結(jié)構(gòu)變化、生物利用度以及吸收動(dòng)力學(xué)等研究至關(guān)重要。特別是對(duì)于一些容易排空或者對(duì)胃消化中pH值敏感的食物，半動(dòng)態(tài)模型可以更好地了解食物的分解和營養(yǎng)釋放，以便更好地設(shè)計(jì)膳食[13]。例如，可通過體外消化模擬來了解食品的消化機(jī)制，逆向設(shè)計(jì)出不同營養(yǎng)消化率的食品來滿足不同人群的營養(yǎng)和健康需求[15]。半動(dòng)態(tài)模型的容量比動(dòng)態(tài)模型的大，且更為簡單、低成本，它也可以輕松地適應(yīng)其他消化參數(shù)的變化，如pH值，酶的分泌速率等。它們通常不涉及復(fù)雜的軟件，所以被改編為成年人以外的其他年齡段的消化模型就較為簡單[6]。MULET-CABERO等[14]基于INFOGEST靜態(tài)消化模型，重點(diǎn)模擬了胃液分泌和排空的瞬時(shí)特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)適用于成年人上消化道的半動(dòng)態(tài)消化模型，該模型可以輕松地用于世界各地的實(shí)驗(yàn)室和各種食品中。

1.3 動(dòng)態(tài)模型概述

相較于靜態(tài)和半動(dòng)態(tài)模型，動(dòng)態(tài)模型更復(fù)雜也更接近人體內(nèi)的消化過程，近年來開發(fā)了多種動(dòng)態(tài)消化模型，可簡單分為單隔室和多隔室。其研究主要集中在幾何學(xué)、物理力學(xué)和生物化學(xué)三方面的模擬[16]。

1.3.1 單隔室動(dòng)態(tài)模型

Dynamic Gastric Model(DGM)是由食品研究所(Norwich，UK)開發(fā)的，結(jié)合了計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)建模來模擬人胃消化過程中生化過程和機(jī)械過程的模型[17]。重點(diǎn)模擬了胃粘膜的分泌和蠕動(dòng)收縮，系統(tǒng)可根據(jù)計(jì)算出的排空速度和食物基質(zhì)的物理特性來調(diào)整酸和酶的添加，比較進(jìn)食和禁食狀態(tài)及研究不同基質(zhì)對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的影響。該系統(tǒng)底部設(shè)有pH電極，配合胃壁加酸加酶裝置，可根據(jù)實(shí)際的膳食動(dòng)態(tài)來調(diào)整分泌物的添加。且裝置下端由一個(gè)桶和一個(gè)活塞組成，通過上下運(yùn)動(dòng)對(duì)胃竇內(nèi)容物施加剪應(yīng)力，桶頂部設(shè)計(jì)的可彎曲環(huán)，在每次擊打時(shí)食物會(huì)通過這個(gè)環(huán)，配合酸化推注，模擬了人胃節(jié)奏性的蠕動(dòng)收縮[17-18]。該剪切力是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，這種剪切力得到驗(yàn)證的模型還有Human Gastric Simulator(HGS)、和TIM-agc[16]。

由于它能夠精準(zhǔn)地處理膳食過程，模擬胃在正常生理范圍內(nèi)的混合、運(yùn)輸和分解力，且在總消化期間內(nèi)的任何時(shí)間點(diǎn)都可采集樣品，這使得DGM也越來越多地被制藥業(yè)用作研究食品基質(zhì)對(duì)藥物制劑的影響以及藥物的運(yùn)輸。如CHESSA等[19]探究食物對(duì)緩釋劑型(例如親水性基質(zhì))生物性能的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)比傳統(tǒng)的藥典測試，DGM可以提供關(guān)于劑型特性更詳細(xì)的機(jī)械信息。但DGM僅模擬了胃腔的行為，如果要充分研究營養(yǎng)素或生物活性物質(zhì)的消化，則需要與模擬口腔、大腸的系統(tǒng)聯(lián)用[18]。

除了應(yīng)用較多的DGM模型外還有HGS、Artificial colon(ARCOL)等模型。HGS的特點(diǎn)是模擬胃壁的連續(xù)蠕動(dòng)及收縮力的幅度、頻率與體內(nèi)報(bào)道的相似。該系統(tǒng)主要由一個(gè)模擬胃腔的乳膠容器和一系列固定在皮帶上的滾輪組成，這些滾軸由電機(jī)和滑輪驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生乳膠壁的連續(xù)收縮。它還結(jié)合了胃液分泌、排空系統(tǒng)和溫度控制，能夠準(zhǔn)確模擬動(dòng)態(tài)消化過程，以詳細(xì)研究攝入食物的物理化學(xué)性質(zhì)的變化[20]。其可容納膳食及分泌物的體積為0.9～1.0 L，適合于量大的樣品分析，典型樣本(餐)大小為150～300 g，對(duì)于某些高價(jià)值的化合物或成分，會(huì)產(chǎn)生較高的成本。而ARCOL模型是模擬人或動(dòng)物結(jié)腸環(huán)境下消化道單階段的發(fā)酵模型，通過微生物群來維持代謝活性，搭配透析纖維以模擬被動(dòng)吸收，可評(píng)估單次或重復(fù)使用目標(biāo)化合物(食品成分、益生菌、藥物等)對(duì)腸道菌群組成及活性的影響[16,18]。

1.3.2 多隔室動(dòng)態(tài)模型

相較于單隔室，多隔室系統(tǒng)會(huì)更加全面、精準(zhǔn)，有類似于DIDGI?、TNO Gastro-Intestinal Model(TIM)這種相對(duì)成熟的模型，也有很多處于不同研發(fā)階段的新興系統(tǒng)。DIDGI?是由法國國家農(nóng)業(yè)研究所INRA 開發(fā)的一種兩室(胃和小腸)體外動(dòng)態(tài)胃腸消化系統(tǒng)。胃、小腸兩個(gè)連續(xù)隔室都由配有水浴泵的玻璃夾套包圍，并配備溫度、pH以及氧化還原傳感器和變速泵。由StoRM軟件控制計(jì)算機(jī)從體內(nèi)研究中獲得例如進(jìn)餐數(shù)量、持續(xù)時(shí)間、胃和小腸的 pH曲線、不同隔室的分泌率以及胃和小腸的排空率等參數(shù)，來建立消化方程，實(shí)現(xiàn)體外消化模擬。胃和腸間還可以放置帶孔(2 mm)聚四氟乙烯膜，以模擬人體幽門的篩分效果[18,21]。該系統(tǒng)致力于探究胃腸道中食物的分解機(jī)制、確定消化過程中釋放的分子及確定食物基質(zhì)的結(jié)構(gòu)影響食物消化和營養(yǎng)的生物可及性、生物利用度的機(jī)理。最后，將這一系列研究轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，以便逆向設(shè)計(jì)出更符合人類營養(yǎng)健康需求的食物。REYNAUD等[22]以DIDGI?模型測得豆腐在胃、十二指腸和回腸的消化參數(shù)對(duì)比于小豬體內(nèi)的消化，顯示其蛋白質(zhì)分解模式基本一致，且總體動(dòng)力學(xué)高度相似。

TIM是1990年代初期開發(fā)的多隔室模型，從一個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置開發(fā)成一個(gè)機(jī)柜系統(tǒng)平臺(tái)。該系統(tǒng)旨在模擬真實(shí)的胃腸道內(nèi)腔動(dòng)態(tài)條件及預(yù)測存在于各種食品和藥物基質(zhì)中攝入化合物的生物可及性[16]。將系統(tǒng)模型的可控性和再現(xiàn)性與生理學(xué)參數(shù)相結(jié)合，如混合、膳食轉(zhuǎn)運(yùn)、pH曲線、消化持續(xù)時(shí)間、分泌率和消化液體的成分以及消化的吸收。這些參數(shù)組合作為特定的消化環(huán)境由計(jì)算機(jī)輸入模擬。其參數(shù)設(shè)置包括不同物種(人、狗、豬)、不同年齡(嬰兒、成人、老年人)以及某些特殊病理的膳食消化數(shù)據(jù)，都是從體內(nèi)研究中獲得的[23-24]。TIM-1是TIM平臺(tái)最常用的配置，包括胃、十二指腸、空腸和回腸4個(gè)隔室，由蠕動(dòng)閥泵PVP連接，通過控制柔性壁外循環(huán)水溫實(shí)現(xiàn)控溫及改變?nèi)嵝员谏蠅毫韺?shí)現(xiàn)混合。消化產(chǎn)物中水溶性成分是通過膜透析去除，親脂性成分通過50 nm 過濾器去除，該過濾器可通過膠束保留脂肪滴。TIM-1還是高脂肪膳食模擬的經(jīng)典系統(tǒng)[16,25]。Tiny-TIM是TIM-1的簡化版，與TIM-1相比旨在提高通量，只有一個(gè)小腸腔室，沒有回腸流出物[26]。該平臺(tái)還有側(cè)重對(duì)胃內(nèi)容物混合均質(zhì)及胃的排空模擬的TIMagc系統(tǒng)、對(duì)大腸消化模擬的TIM-2。即使在今天，它仍是一個(gè)持續(xù)的優(yōu)化過程，例如模擬嬰兒胃腸道狀況或老年人胃腸道[16,18]。

模擬人體腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)的Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem(SHIME?)模型，與體內(nèi)胃腸道微生物群落的研究對(duì)比顯示兩者有著良好的相似性[27]，繼而還開發(fā)了對(duì)照研究的TWINSHIME?系統(tǒng)，以及TripleSHIME和QuadSHIME模型。SHIME?還在持續(xù)不斷研發(fā)中，最新進(jìn)展有自動(dòng)化控制(即液體轉(zhuǎn)移，pH，沖洗)、數(shù)據(jù)采集以及模擬小腸等[16,18]。Engineered Stomach and small INtestine(ESIN)系統(tǒng)創(chuàng)新在胃腔結(jié)構(gòu)的模擬，可重現(xiàn)體內(nèi)觀察到的胃排空的兩相性質(zhì)。但是ESIN是一種新模型，到目前為止，它僅在液體消化過程的制藥應(yīng)用中得到驗(yàn)證[28]。SIMulator of the Gastro-Intestinal tract(simgi?)是由計(jì)算機(jī)控制模擬胃腸消化、大腸微生物群代謝轉(zhuǎn)化的模型。其優(yōu)勢(shì)在于靈活，允許在不同隔室中分開工作或聯(lián)合執(zhí)行，在急性和慢性條件下都可控制食物運(yùn)輸，且接近人類的真實(shí)體積。透明窗口的設(shè)計(jì)可以隨時(shí)從胃內(nèi)容物中取樣，并觀察食物的消化過程，但缺少腸道吸收模擬，系統(tǒng)參數(shù)還需要體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證[18]。

2 體外消化模型的應(yīng)用

2.1 營養(yǎng)物質(zhì)的消化研究及功能性食品的開發(fā)

雖然各體外消化模型無法完全復(fù)刻體內(nèi)的消化過程，但對(duì)于蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪及微量元素和植物化學(xué)物質(zhì)的生物可及性分析及預(yù)測它們?cè)隗w內(nèi)消化的結(jié)果時(shí)還是非常有用的[19,22,29]。其中淀粉的消化一直是研究的重點(diǎn)，JENKINS等[30]通過臨床試驗(yàn)首次驗(yàn)證了食物血糖指數(shù)與淀粉消化之間的相關(guān)性，繼而修改成以GR曲線面積來監(jiān)測淀粉的消化[6,29]。ENGLYST等[31]通過體外模擬胃腸道消化，創(chuàng)新性地將淀粉分為快速消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉進(jìn)行研究，極大推進(jìn)了淀粉消化研究的進(jìn)程。值得注意的是，胃的排空對(duì)血糖反應(yīng)的影響較大，若采用靜態(tài)模型研究淀粉的消化，可能會(huì)低估其水解量[6,29]。關(guān)于蛋白質(zhì)的消化研究除了常見指標(biāo)——蛋白質(zhì)消化率校正后的氨基酸分?jǐn)?shù)和氨基酸評(píng)分外[6]，對(duì)蛋白質(zhì)消化物的功效性探究也越來越多，例如牛奶miRNAs的功效性就存在爭議，其是否能夠在消化過程中保持穩(wěn)定性，通過腸細(xì)胞進(jìn)入人體的吸收循環(huán)系統(tǒng)？RANI等[32]通過腸上皮細(xì)胞模型(caco-2)模擬牛奶胃腸消化來評(píng)估牛奶miRNAs消化、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的穩(wěn)定性，驗(yàn)證了牛奶miRNAs的功效性，使其成為牛奶中具有功能和生物活性的成分。有研究表明，靜態(tài)模型可提供同體內(nèi)有著良好相似性的蛋白質(zhì)消化結(jié)果，由于pH值動(dòng)態(tài)變化和蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)蛋白質(zhì)的影響較大，(半)動(dòng)態(tài)模型在蛋白質(zhì)消化動(dòng)力學(xué)方面極具研究潛力[6]。

體外消化模型除了應(yīng)用于營養(yǎng)物質(zhì)的消化分析，也可用于功能性食品的開發(fā)，在功能性食品開發(fā)的配方方面，SUCCI等[33]在含有80%可可和高總酚含量的黑巧克力上添加不同益生菌菌株，通過體外消化模擬及益生菌存活率測定，發(fā)現(xiàn)GG和F19菌株最佳。與傳統(tǒng)的益生菌產(chǎn)品(酸奶)相比，這種黑巧克力是一種可在常溫下較長時(shí)間保存的即食益生菌食品。在功能性食品開發(fā)的加工工藝方面，AHMAD等[34]將白藜蘆醇采用納米技術(shù)封裝在3種不同的淀粉(荸薺、馬蹄、蓮藕)中，經(jīng)過體外消化模擬以及測定其包封率、粒徑和Zeta電位，結(jié)果顯示納米包封體系具有更好的熱穩(wěn)定性、較高的抗糖尿病和抗肥胖活性。

2.2 食物中生物活性化合物消化后的抗氧化性研究

近些年食品中多酚類、維生素和類胡蘿卜素等生物活性化合物的潛在功能的研究日益增長。因?yàn)檫@些化合物可以通過Hydrogen Atom Transfer(HAT)、Single Electron Transfer-Proton Transfer(SET-PT)及Sequential Proton Loss Electron Transfer(SPLET)機(jī)制清除自由基達(dá)到抗氧化效果[35]，有利于預(yù)防糖尿病、高血糖等代謝疾病[36]。這些物質(zhì)的有效性很大程度上取決于其生物可及性，受化學(xué)環(huán)境、食物基質(zhì)、與其他成分相互作用、加工工藝等影響[35]。有研究表明，生物活性化合物的含量與其消化產(chǎn)物的抗氧化性有時(shí)是正相關(guān)有時(shí)負(fù)相關(guān)或呈無相關(guān)性[1,6,35]。QUAN等[36]以蘋果汁、橙汁、葡萄汁、柚子汁及獼猴桃汁5種食物采用靜態(tài)模型模擬胃、腸室的消化并對(duì)消化物進(jìn)行ABTS測定評(píng)估消化物的抗氧化力，發(fā)現(xiàn)蘋果汁的抗氧化活性與總酚含量呈正相關(guān)，但橙汁和葡萄汁呈負(fù)相關(guān)性。造成這種矛盾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因可能是：(1)食物基質(zhì)的影響，如有研究發(fā)現(xiàn)麩皮的研磨和靜電分離提高了香豆酸和芥子酸的生物可及性[37]；(2)不同消化模型的生理?xiàng)l件不同，從而影響酚類成分的消化?；趐H值對(duì)各類次級(jí)代謝產(chǎn)物清除自由基機(jī)制的影響，不同酸堿環(huán)境下其抗氧化活性是顯著不同的[35]，例如蘆丁、綠原酸在pH=1.5、5.8時(shí)，具有很好的親水親油性，可以跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)并被吸收，pH=7.8時(shí)，其水溶性不強(qiáng)，不能被吸收[38]。當(dāng)然，不同實(shí)驗(yàn)室間矛盾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可能是樣本中營養(yǎng)成分的相互作用、抗氧化性的測定方法不同等原因。

為了深入了解這些生物活性化合物的消化過程，充分發(fā)揮其潛在的有益作用，需要對(duì)模型的選擇及消化產(chǎn)物的測定逐步達(dá)成共識(shí)[35,39]。模型的多樣性不僅會(huì)妨礙各實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果的比較，還增加矛盾結(jié)果出現(xiàn)的可能性。因此，應(yīng)該仔細(xì)考量試驗(yàn)的研究目的，選擇最適合的消化模型。對(duì)于深入了解消化對(duì)某一種物質(zhì)的影響時(shí)，基于有限的樣本量或消化高相關(guān)性的要求，顯然動(dòng)態(tài)模型更為適合[39]。WANG等[40]采用TIM-1系統(tǒng)模擬雞蛋在胃腸道的消化并對(duì)消化產(chǎn)物進(jìn)行抗氧化性分析，確定了4種多肽、鑒定出抗氧化活性最高的肽含量，證明了煮熟雞蛋在消化中會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的抗氧化肽，這對(duì)人體氧化應(yīng)激有益。為進(jìn)一步研究消化過程，還可采用動(dòng)態(tài)消化系統(tǒng)與細(xì)胞模型耦合的形式。如果是假設(shè)分析或?qū)颖具M(jìn)行篩選，則相對(duì)簡單高效的靜態(tài)模型更為適合[39]。PAPILLO等[41]對(duì)5種不同食物基質(zhì)(蘋果、菠菜、核桃、紅豆和全麥)進(jìn)行多步酶解的靜態(tài)消化模擬，并測定各個(gè)步驟消化和未消化食材的總抗氧化能力，結(jié)果顯示核桃具有最高的總抗氧化能力值。

2.3 食物過敏的消化性研究

食物過敏是人體對(duì)食物產(chǎn)生不利的免疫應(yīng)答反應(yīng)，分為IgE介導(dǎo)和非IgE介導(dǎo)兩大類[42]。雖然具體的過敏反應(yīng)機(jī)制尚未明確，但過敏都存在一個(gè)普遍現(xiàn)象：即消化障礙。20世紀(jì)90年代中期，發(fā)表了第一篇以消化障礙來篩選食物過敏原的文章，繼而開發(fā)了以SGF評(píng)估食物過敏蛋白潛在致敏性的體外消化試驗(yàn)[43]，歐洲食品安全局也采納了這一觀點(diǎn)，但是也有研究表明，食物過敏原與消化穩(wěn)定性沒有嚴(yán)格的關(guān)系[44-45]，過敏原不一定有消化障礙。B?GH等[45]通過IgE結(jié)合、誘導(dǎo)或致敏能力來評(píng)估致敏性，研究表明消化可能消除、減少、無影響甚至增加食物過敏原的致敏性。一方面因?yàn)椤安煌耆边^敏原(如Bet V1等)容易被分解。另一方面是因?yàn)橄实臏y定會(huì)受眾多因素影響，具體有：(1)消化系統(tǒng)的情況(pH值、表面活性劑、美拉德等食品加工及食物基質(zhì))不同[46]；(2)蛋白酶與過敏原的比率及蛋白酶活性的測定方法不同；(3)評(píng)估蛋白質(zhì)和多肽的方法不同?；跊]有共同的物理化學(xué)性質(zhì)能夠真正區(qū)分食物過敏原和非過敏蛋白，體外消化模擬依舊是目前用于評(píng)估新蛋白質(zhì)致敏性的重要方法[44]。

PINTO等[47]通過模擬胃腸道消化對(duì)Mo-CBP3蛋白進(jìn)行了早期的食品安全評(píng)估。體外消化模型可提供一個(gè)蛋白質(zhì)相對(duì)完整性的消化及其引發(fā)過敏反應(yīng)可能性的信息，這需要人們就蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性與過敏原的相關(guān)性達(dá)成共識(shí)且建立標(biāo)準(zhǔn)化的分析條件[44]。其中關(guān)于消化過程的模擬，不少研究人員對(duì)SGF中模擬的生理?xiàng)l件進(jìn)行了調(diào)整，如胃蛋白的濃度和pH值等，這些調(diào)整不利于實(shí)驗(yàn)間的比較。越來越多的學(xué)者呼吁建立標(biāo)準(zhǔn)化的消化模型，其中有對(duì)靜態(tài)SGF模型的改良建議也不乏考量模擬動(dòng)態(tài)生理環(huán)境的聲音[44,48]。體外消化模型除了可對(duì)新蛋白質(zhì)致敏性進(jìn)行預(yù)測外，還可用于降低致敏性加工工藝的篩選，STASIO等[49]將整個(gè)生花生和烤花生進(jìn)行對(duì)比研究，將口腔、胃和十二指腸消化模型與刷狀緣膜酶結(jié)合起來，以模擬肽的空腸降解。結(jié)果顯示烘烤提高了花生的消化率、降低了變應(yīng)原性，腸肽酶進(jìn)一步破壞了花生過敏原的特定結(jié)構(gòu)域從而降低了致敏性。

3 結(jié)論與展望

由于體外消化模型相較于體內(nèi)更方便快捷、重現(xiàn)性好、成本低且無道德約束，其越來越受到歡迎且廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域。目前雖然在改進(jìn)體外消化模型方面已經(jīng)取得重大進(jìn)展，但未來仍有大量工作需要改進(jìn)：(1)大多數(shù)體外消化系統(tǒng)很少結(jié)合胃腸道的形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)；正如上述闡明消化模型是從幾何學(xué)、物理力學(xué)和生物化學(xué)三方面去模擬消化，為了構(gòu)建更真實(shí)的體外消化模型，需要多考慮腸道形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)細(xì)節(jié)，如腸絨毛、皺紋等。(2)目前消化系統(tǒng)沒有一個(gè)包括從口腔到大腸的全部步驟；消化是一個(gè)連續(xù)且復(fù)雜的過程，從口腔的咀嚼、吞咽到結(jié)腸的吸收作用都不可或缺。將口腔裝置與胃腸道系統(tǒng)、細(xì)胞模型耦合可更真實(shí)地模擬體內(nèi)的消化過程。(3)體內(nèi)和體外的相關(guān)性還需要更多更廣泛的試驗(yàn)來驗(yàn)證。(4)關(guān)于模型的選擇和結(jié)果的解釋說明；哪個(gè)模型最準(zhǔn)確地反映消化的過程？哪個(gè)模型成本最低？人們勢(shì)必會(huì)在生理相關(guān)性和經(jīng)濟(jì)性之間綜合考慮。

體外消化模型在食品中的應(yīng)用從最初的消化率、穩(wěn)定性到結(jié)構(gòu)變化、生物可及性、抗氧化性和結(jié)構(gòu)分析，逐步發(fā)展到功能性食品的開發(fā)、轉(zhuǎn)基因食品過敏原的安全性評(píng)估，其應(yīng)用面越來越廣泛、探究的點(diǎn)越來越深。面對(duì)未知的問題，選擇不同的體外消化模型工具，必然會(huì)產(chǎn)生不同的試驗(yàn)參數(shù)，這不利于實(shí)驗(yàn)間的比較和進(jìn)一步消化分析。因此，在相似的研究需要下，應(yīng)該逐步達(dá)成生理?xiàng)l件的共識(shí)，形成標(biāo)準(zhǔn)化，從而促進(jìn)目標(biāo)物的消化研究，也為模型的完善積累經(jīng)驗(yàn)。綜上所述，構(gòu)建一個(gè)被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用的體外消化模型是一個(gè)需要長時(shí)間積累及不斷地改進(jìn)技術(shù)的過程。