體外消化模型研究進展及其在食品中的應(yīng)用

徐雯，王振南，蒲仕文，楊燕，王慧，劉軍，艾合買提江·艾海提*，呂慎金*

1(新疆大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊，830046)2(臨沂大學(xué) 農(nóng)林科學(xué)學(xué)院，山東 臨沂，276005) 3(臨沂市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 臨沂，276012)

體外消化模型是模擬人類消化時真實的生理條件，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]。真實的消化過程十分復(fù)雜且涉及多個器官以及激素、神經(jīng)調(diào)節(jié)，簡單來說可分為機械剪切和酶促轉(zhuǎn)化，其中儲存、混合、研磨和排空的機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：(1)在短時間內(nèi)提供準確的結(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]，其較多的是對上消化道進行模擬研究，可分為靜態(tài)、半動態(tài)和動態(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)機械應(yīng)力以及在消化過程中流體流動不同，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，實驗材料相對廉價易得，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，這意味著每個相的分泌物比率、pH值以及生物活性劑濃度在整個相都是恒定的[6]。由于簡化了消化過程，無法模擬消化過程中的機械力、流體動力及生化環(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)會使靜態(tài)模型呈現(xiàn)不同程度的差異性[2,5]。而標準的靜態(tài)體外消化模型(INFOGEST)將參數(shù)標準化，使各實驗間的可比性增強，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年進一步完善為INFOGEST 2.0[8]。該模型的消化過程分為3個階段。首先是準備階段：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)具體實驗?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，并實現(xiàn)了與其他實驗室進行聯(lián)網(wǎng)比對。INFOGEST靜態(tài)消化模型也存在著局限性，其僅適用于胃、腸端點的取樣研究[1,6]，無法準確地模擬更復(fù)雜的體內(nèi)條件，如生化環(huán)境的動態(tài)變化、物理剪切力和研磨力的作用，這些可能會對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 半動態(tài)模型概述

半動態(tài)消化模型是至少模擬一個胃腸道的動態(tài)特征，介于復(fù)雜的動態(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態(tài)過程。目前大多數(shù)半動態(tài)模型的研究都集中在模擬胃液pH值的動態(tài)變化和胃蠕動力、剪切力等力學(xué)研究[6]。胃液pH和胃動力對蛋白質(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法控制液體分泌進而控制pH值，還可以結(jié)合計算機自動化控制滴定來模擬梯度變化。若采用半動態(tài)模型來研究胃行為，需仔細考慮混合機制，大多數(shù)半動態(tài)模型通常使用的是磁力攪拌器，但這可能會破壞模擬胃內(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態(tài)模型中最常見的形狀[2,6]。

與靜態(tài)模型相比，半動態(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、腸消化端點的評估[14]。這對于理解營養(yǎng)物的消化、食物的結(jié)構(gòu)變化、生物利用度以及吸收動力學(xué)等研究至關(guān)重要。特別是對于一些容易排空或者對胃消化中pH值敏感的食物，半動態(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)計膳食[13]。例如，可通過體外消化模擬來了解食品的消化機制，逆向設(shè)計出不同營養(yǎng)消化率的食品來滿足不同人群的營養(yǎng)和健康需求[15]。半動態(tài)模型的容量比動態(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，重點模擬了胃液分泌和排空的瞬時特性，設(shè)計了一個適用于成年人上消化道的半動態(tài)消化模型，該模型可以輕松地用于世界各地的實驗室和各種食品中。

1.3 動態(tài)模型概述

相較于靜態(tài)和半動態(tài)模型，動態(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)合了計算機和數(shù)學(xué)建模來模擬人胃消化過程中生化過程和機械過程的模型[17]。重點模擬了胃粘膜的分泌和蠕動收縮，系統(tǒng)可根據(jù)計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，比較進食和禁食狀態(tài)及研究不同基質(zhì)對營養(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)實際的膳食動態(tài)來調(diào)整分泌物的添加。且裝置下端由一個桶和一個活塞組成，通過上下運動對胃竇內(nèi)容物施加剪應(yīng)力，桶頂部設(shè)計的可彎曲環(huán)，在每次擊打時食物會通過這個環(huán)，配合酸化推注，模擬了人胃節(jié)奏性的蠕動收縮[17-18]。該剪切力是經(jīng)過實驗驗證的，這種剪切力得到驗證的模型還有Human Gastric Simulator(HGS)、和TIM-agc[16]。

由于它能夠精準地處理膳食過程，模擬胃在正常生理范圍內(nèi)的混合、運輸和分解力，且在總消化期間內(nèi)的任何時間點都可采集樣品，這使得DGM也越來越多地被制藥業(yè)用作研究食品基質(zhì)對藥物制劑的影響以及藥物的運輸。如CHESSA等[19]探究食物對緩釋劑型(例如親水性基質(zhì))生物性能的影響時，發(fā)現(xiàn)對比傳統(tǒng)的藥典測試，DGM可以提供關(guān)于劑型特性更詳細的機械信息。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的特點是模擬胃壁的連續(xù)蠕動及收縮力的幅度、頻率與體內(nèi)報道的相似。該系統(tǒng)主要由一個模擬胃腔的乳膠容器和一系列固定在皮帶上的滾輪組成，這些滾軸由電機和滑輪驅(qū)動以產(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，能夠準確模擬動態(tài)消化過程，以詳細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，對于某些高價值的化合物或成分，會產(chǎn)生較高的成本。而ARCOL模型是模擬人或動物結(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吸收，可評估單次或重復(fù)使用目標化合物(食品成分、益生菌、藥物等)對腸道菌群組成及活性的影響[16,18]。

1.3.2 多隔室動態(tài)模型

相較于單隔室，多隔室系統(tǒng)會更加全面、精準，有類似于DIDGI?、TNO Gastro-Intestinal Model(TIM)這種相對成熟的模型，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)體外動態(tài)胃腸消化系統(tǒng)。胃、小腸兩個連續(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軟件控制計算機從體內(nèi)研究中獲得例如進餐數(shù)量、持續(xù)時間、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，從一個實驗室設(shè)置開發(fā)成一個機柜系統(tǒng)平臺。該系統(tǒng)旨在模擬真實的胃腸道內(nèi)腔動態(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、pH曲線、消化持續(xù)時間、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)境由計算機輸入模擬。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平臺最常用的配置，包括胃、十二指腸、空腸和回腸4個隔室，由蠕動閥泵PVP連接，通過控制柔性壁外循環(huán)水溫實現(xiàn)控溫及改變?nèi)嵝员谏蠅毫韺崿F(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，只有一個小腸腔室，沒有回腸流出物[26]。該平臺還有側(cè)重對胃內(nèi)容物混合均質(zhì)及胃的排空模擬的TIMagc系統(tǒng)、對大腸消化模擬的TIM-2。即使在今天，它仍是一個持續(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比顯示兩者有著良好的相似性[27]，繼而還開發(fā)了對照研究的TWINSHIME?系統(tǒng)，以及TripleSHIME和QuadSHIME模型。SHIME?還在持續(xù)不斷研發(fā)中，最新進展有自動化控制(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)用中得到驗證[28]。SIMulator of the Gastro-Intestinal tract(simgi?)是由計算機控制模擬胃腸消化、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輸，且接近人類的真實體積。透明窗口的設(shè)計可以隨時從胃內(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)實驗進一步驗證[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)測它們在體內(nèi)消化的結(jié)果時還是非常有用的[19,22,29]。其中淀粉的消化一直是研究的重點，JENKINS等[30]通過臨床試驗首次驗證了食物血糖指數(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行研究，極大推進了淀粉消化研究的進程。值得注意的是，胃的排空對血糖反應(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——蛋白質(zhì)消化率校正后的氨基酸分數(shù)和氨基酸評分外[6]，對蛋白質(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，通過腸細胞進入人體的吸收循環(huán)系統(tǒng)？RANI等[32]通過腸上皮細胞模型(caco-2)模擬牛奶胃腸消化來評估牛奶miRNAs消化、吸收和轉(zhuǎn)運的穩(wěn)定性，驗證了牛奶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值動態(tài)變化和蠕動運動對蛋白質(zhì)的影響較大，(半)動態(tài)模型在蛋白質(zhì)消化動力學(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。因為這些化合物可以通過Hydrogen Atom Transfer(HAT)、Single Electron Transfer-Proton Transfer(SET-PT)及Sequential Proton Loss Electron Transfer(SPLET)機制清除自由基達到抗氧化效果[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)物的抗氧化性有時是正相關(guān)有時負相關(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、腸室的消化并對消化物進行ABTS測定評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相關(guān)性。造成這種矛盾實驗結(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條件不同，從而影響酚類成分的消化?；趐H值對各類次級代謝產(chǎn)物清除自由基機制的影響，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，具有很好的親水親油性，可以跨膜轉(zhuǎn)運并被吸收，pH=7.8時，其水溶性不強，不能被吸收[38]。當(dāng)然，不同實驗室間矛盾的實驗結(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，需要對模型的選擇及消化產(chǎn)物的測定逐步達成共識[35,39]。模型的多樣性不僅會妨礙各實驗室研究結(jié)果的比較，還增加矛盾結(jié)果出現(xiàn)的可能性。因此，應(yīng)該仔細考量試驗的研究目的，選擇最適合的消化模型。對于深入了解消化對某一種物質(zhì)的影響時，基于有限的樣本量或消化高相關(guān)性的要求，顯然動態(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消化產(chǎn)物進行抗氧化性分析，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產(chǎn)生更強的抗氧化肽，這對人體氧化應(yīng)激有益。為進一步研究消化過程，還可采用動態(tài)消化系統(tǒng)與細胞模型耦合的形式。如果是假設(shè)分析或?qū)颖具M行篩選，則相對簡單高效的靜態(tài)模型更為適合[39]。PAPILLO等[41]對5種不同食物基質(zhì)(蘋果、菠菜、核桃、紅豆和全麥)進行多步酶解的靜態(tài)消化模擬，并測定各個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)機制尚未明確，但過敏都存在一個普遍現(xiàn)象：即消化障礙。20世紀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評估食物過敏蛋白潛在致敏性的體外消化試驗[43]，歐洲食品安全局也采納了這一觀點，但是也有研究表明，食物過敏原與消化穩(wěn)定性沒有嚴格的關(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。一方面因為“不完全”過敏原(如Bet V1等)容易被分解。另一方面是因為消化率的測定會受眾多因素影響，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)評估蛋白質(zhì)和多肽的方法不同。基于沒有共同的物理化學(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Mo-CBP3蛋白進行了早期的食品安全評估。體外消化模型可提供一個蛋白質(zhì)相對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)性達成共識且建立標準化的分析條件[44]。其中關(guān)于消化過程的模擬，不少研究人員對SGF中模擬的生理條件進行了調(diào)整，如胃蛋白的濃度和pH值等，這些調(diào)整不利于實驗間的比較。越來越多的學(xué)者呼吁建立標準化的消化模型，其中有對靜態(tài)SGF模型的改良建議也不乏考量模擬動態(tài)生理環(huán)境的聲音[44,48]。體外消化模型除了可對新蛋白質(zhì)致敏性進行預(yù)測外，還可用于降低致敏性加工工藝的篩選，STASIO等[49]將整個生花生和烤花生進行對比研究，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。目前雖然在改進體外消化模型方面已經(jīng)取得重大進展，但未來仍有大量工作需要改進：(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)細節(jié)，如腸絨毛、皺紋等。(2)目前消化系統(tǒng)沒有一個包括從口腔到大腸的全部步驟；消化是一個連續(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)、細胞模型耦合可更真實地模擬體內(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來驗證。(4)關(guān)于模型的選擇和結(jié)果的解釋說明；哪個模型最準確地反映消化的過程？哪個模型成本最低？人們勢必會在生理相關(guān)性和經(jīng)濟性之間綜合考慮。

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估，其應(yīng)用面越來越廣泛、探究的點越來越深。面對未知的問題，選擇不同的體外消化模型工具，必然會產(chǎn)生不同的試驗參數(shù)，這不利于實驗間的比較和進一步消化分析。因此，在相似的研究需要下，應(yīng)該逐步達成生理條件的共識，形成標準化，從而促進目標物的消化研究，也為模型的完善積累經(jīng)驗。綜上所述，構(gòu)建一個被廣泛認可和應(yīng)用的體外消化模型是一個需要長時間積累及不斷地改進技術(shù)的過程。