人工胃消化系统（AGDS）的优化、评价与应用研究

发布时间：2020-07-30 19:32

【摘要】：体外人工胃模型越来越多地被用于替代体内试验研究,特别在食品营养和健康相关研究中,对营养物和食品活性成分的生物可接收性评价、药物制剂的胃肠释放及微生物制剂存活率等方面提供了有价值的研究工具。虽已有各种各样的体外消化系统被开发利用,如静态的单室模型(恒生理环境)、动态多室模型(动态生理环境)等,但在接近人体真实性方面(如蠕动方式、压力大小、胃内不同时间空间的pH变化等等)尚存在很大的提升和改进空间。本文在实验室前期研制开发的人工胃消化系统(Artificial Gastric Digestive System,AGDS)的基础上,进行各项参数优化试验研究,对AGDS进行评价,并利用优化的AGDS探究了不同形态乳制品(UHT纯牛奶、酸奶、奶酪)的消化特性。主要的研究内容及结果如下:(1)探索了胃壁与胃内容物的受力情况与胃内不同位置的pH变化,优化了胃排空与胃分泌参数。并通过禁食/饱腹状态研究胃壁与胃内容物受力时发现,从胃蠕动起始处(胃体1/3)到胃蠕动终止处(胃窦),滚轮对胃壁与胃内容物所造成的力不同,越往下所传递的力越大,并在胃窦部分达到最大为27mmHg(2.67N),与人体真实胃蠕动所受力情况相似,同时建立受力位置与受力大小的数学模型。利用醋酸钠缓冲液研究胃内不同位置pH值的变化,发现AGDS消化初期胃窦部分比胃体部分pH值低约0.3,胃消化90 min后,两者间差值达到最大为1.1,到消化终点180 min,胃窦比胃体的pH低0.8,与人体实际消化情况相符。上述研究结果表明,AGDS能够在动力系统和分泌系统上准真实地模拟人体胃部,能给食物在胃部创造一个类似人胃的消化环境。(2)通过与最常用的两种消化模型(静态和半动态)进行比较,对AGDS消化α-乳白蛋白溶液进行评价。结果表明,静态消化(恒pH、酶,水浴搅拌)过程中α-乳白蛋白在3 min时就发生大量水解,游离氨基氮含量为6.06μg/mL,而α-乳白蛋白在半动态模型(变pH、酶,水浴搅拌)和AGDS的水解程度较低,游离氨基氮含量分别为1.55μg/mL和2.22μg/mL,消化终点三者含量均接近为11μg/mL,多肽含量变化趋势类似。通过比较具有相同动力系统的静态和半动态消化发现,动态的环境(pH和酶)变化对食物胃部前期消化有很大影响,静态消化初始(0-6min)消化速度明显快于半动态消化。比较具有相同胃内环境的半动态消化和AGDS消化发现,用水浴搅拌的半动态消化在12 min时蛋Qg质聚集颗粒明显比使用类似人胃蠕动的AGDS的蛋白质颗粒小,说明半动态消化的机械力比AGDS的大。上述研究结果表明,胃内环境变化(pH与酶)对胃消化前期影响较大,而机械力的不同则导致消化中期的食糜颗粒不同,且现有的静态模型和半动态模型与真实人体消化有一定差距,AGDS则能够较好的人胃消化。(3)利用AGDS探究三种不同形态乳制品(UHT纯牛奶,酸奶和奶酪)在消化过程中蛋白质、乳脂、微观结构等的变化。结果发现,液态纯牛奶和酸奶的蛋白质在胃15-30 min间大量水解,而固体奶酪蛋白质消化时间较液态奶慢约10 min表明固体奶酪需要通过较长时间的胃蠕动挤压和胃酸降解才可消化。根据SDS-PAGE和共聚焦显微镜微观结构分析,牛奶随着乳脂肪球膜(milk fat globule membrane,MFGM)的消化,乳脂肪球从消化前的0.619±0.001μm增加到30min的85.5±5.70μm,再减小到120 min的9.96±0.25 μm;而酸奶中多糖和蛋白质的相互作用使得蛋白质包裹住的脂肪在消化过程中无法裸露,脂肪球粒径变化不大;奶酪脂肪球粒径变化与纯牛奶相似,且奶酪的脂肪主要由水相中游离的脂肪和消化MFGM产生的脂肪组成。上述研究结果显示不同形态乳制品对乳脂肪球和蛋白质在胃的前期消化阶段有着重要的影响。本研究根据人体数据优化了胃分泌和排空等动力学参数,证实AGDS能真实模拟人体胃的消化;通过对不同乳制品的消化特性试验发现,不同加工工艺下的食品体系各组分的消化特性完全不同,与实验室前期研究不同处理的牛奶(未加热全脂奶,巴氏杀菌奶和UHT奶)在小鼠胃消化中的实验结果相似。
【学位授予单位】：浙江工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS252.1
【图文】：

示意图,物理化学环境,舱室,胃肠道

括约肌进入小肠的十二指肠。在肠道中，食物的大小进一步降解，营养物质开始逡逑吸收。胃内的胃窦收缩波在食物消化中起着重要的作用，但在许多进行胃模拟的逡逑领域中仍然被忽略或模仿不当。图１．２显示胃肠道的不同舱室，以及进食食物通逡逑过每个舱室的转运时间。逡逑ｕ邋腔逦］逡逑？邋ｐＨ邋５邋７逡逑|r食笔的N逡逑？时．ａ＇．邋１０ｓ－２邋ｍｉｎ逡逑？邋ｐＨ邋１－５逡逑＊时间：ｌ５ｍ，ｎ－３ｈ0ｕｒｓ逡逑＇〗、肝二逦］逡逑？，．十－？？逡逑Ｉ￣逦结脒逡逑？逦ｐＨ邋６－７邋５逦？＞＞＿．逦ｉ逡逑？时逦２－Ｓ邋ｈｏｕｒｓ逦逦逦Ａ逡逑．ＰＨ５－７逡逑？逦ｆｅｕ？f Ｗ帕敦钠逦．／逡逑？邋ｆｆ邋ａ］：邋１２－２４邋ｈｏｕｒｓ逡逑图１－２食物通过胃肠道每个舱室的物理化学环境示意图［６１逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２．邋Ｔｈｅ邋ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｅａｃｈ邋ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｆｏｏｄ邋ｔｈｒｏｕｇｈ邋ｔｈｅ逡逑ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ邋ｔｒａｃｔ＾逡逑２逡逑

胃排空,置信范围,百分位数,健康志愿者

逦浙江工商大学硕上学位论文逦逡逑２７］。因此，胃排空是一种高度协调的生理反应，在一些病理条件下可能会受到损逡逑害。对胃排空的了解对于所有这些代谢研究也是非常重要的，将营养物质从胃输逡逑送到胃肠道的吸收部位。逡逑－般通过将残胃含量观测值与排空过程的确定性数学表示相拟合来计算胃逡逑残存率，迄今为止已经提出了几种基于指数、幂指数、双幂指数、线性指数、修逡逑正幂指数和确定性消去模型的胃排空模型，包括指数模型、幂指数模型、双幂指逡逑数模型、线性指数模型和修正幂指数模型。目前，液体餐和固体餐最流行的模式逡逑是指数型和幂指数型［２８］。如图１－４所示，从这１９例人体试验可以看出不同的胃逡逑排空方式（即时排空和快速排空，延迟但快速排空，延迟排空，缓慢排空和中逡逑

示意图,胃动力,示意图,益生菌

１．２．２邋Ｄｙｎａｍｉｃ邋Ｇａｓｔｒｉｃ邋Ｍｏｄｅｌ邋［ＤＧＭ］逡逑２０１１年，英国食品研宄所（Ｎｏｒｗｉｃｋ，ＵＫ）的肠道模型平台引入了动态胃模逡逑型（ＤＧＭ）。ＤＧＭ仅由胃部分组成，其主要结构如图１－６所示。如图所示，ＤＧＭ逡逑主要由活塞运动模拟胃的蠕动收缩，并利用水浴对系统进行加热。Ｖａｒｄａｋｏｕ等逡逑人Ｍ通过引入ＤＧＭ解决体内释药曲线无法预测的剂量失效问题，以及溶出装逡逑置ＩＩ的缺点。ＬｏＣｕｒｔｏ等人Ｐｉ研究了邋３种不同益生菌在胃肠道消化过程中的存活逡逑率，在此模型之前，Ｈｕａｎｇ邋＆邋Ａｄａｍｓ等人采用烧杯／搅拌棒方法对肠道中细菌逡逑的存活性进行了研究，研究发现，他们的益生菌菌株能够在ＴＩＭ恶劣的物理和逡逑化学环境中存活下来。逡逑丫逡逑丨邋—邋＼邋①邋／逡逑ｎ逡逑＾邋１邋■逡逑？逦ｉ￣１１邋—ｒ逦ＩＩ逡逑图１－６胃动力模型的示意图［４｜］。图（ａ）描述了邋ＤＧＭ的主要成分，图（ｂ）说明了机械消化逡逑的主要机制，其中数字符号指的是：（１）胃主体？，（２）胃窦；（３）加工食糜；（４）将食糜排出并逡逑收集。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－６邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｄｙｎａｍｉｃ邋ｇａｓｔｒｉｃ邋ｍｏｄｅｌ邋ｆ４２ｌ邋Ｄｉａｇｒａｍ邋（ａ）邋ｄｅｐｉｃｔｓ逡逑ｔｈｅ邋ｍａｉｎ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ

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