基于猪体外仿生消化技术研究高粱与玉米养分降解效率的差异

本试验旨在解析高粱和玉米养分降解效率的差异,探究不同类型高粱替代玉米的潜力。以国产黄玉米、进口美国高粱、国产低单宁高粱和高单宁高粱为研究对象,通过体外仿生消化技术模拟高粱和玉米在猪前肠道中化学酶消化和后肠道中微生物发酵过程,解析高粱和玉米养分在猪前、后肠道的消化差异,每个处理分别设置5个重复和3个空白对照。结果表明:1)在胃蛋白酶作用下,国产低单宁高粱的养分消失率与国产黄玉米和进口美国高粱没有显著差异(P>0.05),而国产高单宁高粱的养分消失率显著低于国产黄玉米、进口美国高粱和国产低单宁高粱(P<0.05)。2)无论在胃蛋白酶-胰液素还是在胃蛋白酶-胰液素-微生物发酵作用下,国产低单宁高粱的养分消失率与进口美国高粱没有显著差异(P>0.05),但是显著低于国产黄玉米养分消失率(P<0.05),且显著高于国产高单宁高粱的养分消失率(P<0.05)。3)与其他处理相比,国产高单宁高粱的猪胃蛋白酶-胰液素酶解残渣的微生物发酵产气量在36和48 h显著降低(P<0.05),且发酵液中的总挥发性脂肪酸含量显著降低(P<0.05),pH显著升高(P<0.05)。综上所述,基于体外模拟猪的化学酶和微生物降解2种消化方式,国产低单宁高粱的养分消失率与进口美国高粱没有显著差异,而国产高单宁高粱的养分消失率较低。因此,尽管国产低单宁高粱比高单宁高粱更适合替代国产黄玉米用作猪能量饲料原料,但是仍不能忽略高粱养分消化率低的产业难题。

基于体外仿生循环实验的B型夹层腔间压力功能评估

目的评估B型主动脉夹层在不同撕裂口条件下真、假腔的腔间压力功能参数变化,量化撕裂口对主动脉夹层血流动力学的影响。方法基于1例B型主动脉夹层患者的CTA数据进行三维血管重建,利用3D打印技术构建6种不同撕裂口大小、位置、数量的主动脉夹层血管模型。借助体外仿生循环系统和多通道同步压力监测装置,完成对血管真假腔间压力的同步采集,分析不同撕裂口工况下的血管内压力并计算真假腔间压力差。结果对比4 mm的小撕裂口、大撕裂口(10 mm)模型的真假腔间压力差减小,最大变化幅度为1.5 mmHg;撕裂口位置改变导致真腔与假腔内压力相对大小发生反转(-1.7 mmHg vs 1.6 mmHg;-1.1 mmHg vs 2.3 mmHg);相对于单个撕裂口,两个撕裂口使真假腔压力趋于平衡,压力差维持在0 mmHg附近。结论B型主动脉夹层中撕裂口的大小、位置和数量对真假腔间压力差均有显著影响,临床中需根据不同撕裂口形态及风险水平确定最佳的手术干预决策。

应用体外仿生模型分析海藻水煎液中微量金属的形态和生物可给性

将体外"半仿生消化"和"全仿生消化"法分别应用于海藻分析前处理,即模拟人体消化环境,加入消化液所含有机物和无机物,模拟海藻(海带和紫菜)水煎液在胃肠中的吸收和转运机制。鉴于消化管和血管间的生物膜是类脂质膜,以单层脂质体为细胞生物膜模型考察海藻水煎液中微量金属在单层脂质体-水体系中的分配行为。以单层脂质体结合态、水溶态界定水煎液中微量金属的形态;以单层脂质体结合态含量评价微量金属的生物可给性;比较单层脂质体结合态金属在胃肠中浓度,确定微量金属的主要吸收部位。消化酶对海藻中微量元素的形态和生物可给性影响明显。水煎液全仿生消化后,海带和紫菜中的Fe均主要在胃被吸收,海带中的Mn和Zn主要在肠被吸收;紫菜中的Mn和Zn在胃与肠均有吸收。

体外仿生法研究牡蛎和蛤仔体内微量金属元素的生物可给性

采用体外全仿生消解方法,模拟人体的消化道环境,对牡蛎和蛤仔样品进行仿生消解,分析牡蛎和蛤仔体内微量元素的生物可给性。以原子吸收光谱法测定胃、肠仿生提取液中微量元素的含量。结果表明,牡蛎胃提取液中Fe,Cu,Zn,Cd的含量明显高于肠提取液中的含量,蛤仔胃提取液中Fe,Cu的含量与肠提取液中的含量没有明显差异,而Zn,Cd的含量远高于其在肠提取液中的含量。经全仿生消解后,牡蛎体Fe,Cu,Zn,Cd的可给性分别为60.2%,83.6%,83.1%,76.8%;蛤仔Fe,Cu,Zn,Cd的可给性分别为46.3%,86.3%,85.3%,87.7%。本研究结果为进一步研究牡蛎和蛤仔对金属元素的累积和迁移、生物可利用性,Cd等有害元素对食用者的健康风险评估,提供技术支持和理论依据。

应用体外仿生模型分析南极磷虾中氟的生物可给性及其对人体的健康风险

运用体外全仿生消化模型研究了南极磷虾中氟的生物可给性及其对人体的健康风险.采用氟离子选择电极法进行分析,结果表明,南极磷虾中氟的溶解态含量及其生物可给性差异很大,模拟胃液中氟的溶解态含量为81.68～1 987.4 mg/kg,生物可给性为61.24％～ 87.50％;模拟小肠液中氟的溶解态含量为23.48～ 550.64 mg/kg,生物可给性为16.97％ ～27.31％.胃液中氟的溶解态含量与南极磷虾是否带壳有关.如以胃消化阶段判断,摄入南极磷虾中氟对儿童的日允许摄入量（TDI）贡献率均低于1.0％,其中虾肉的最低为0.035％.如以小肠消化阶段判断,摄入南极磷虾中氟对儿童的TDI贡献率均低于0.30％.研究还发现,经过不同加工处理的南极磷虾摄入的氟对人体均没有太大的风险,若食用去壳后的南极磷虾且日摄入量控制在8000 mg以内,其安全性更高.本研究为科学评价南极磷虾中氟的食用安全性和有效提高南极磷虾的加工利用提供参考.

体外仿生消化在华贵栉孔扇贝(Chlamys nobilis)体内镉的生物可给性中的应用

体外仿生消化是目前研究食品中污染物生物可利用性的有效手段之一。将体外仿生消化法应用于华贵栉孔扇贝(Chlamys nobilis,以下简称扇贝)中镉(Cd)生物可给性分析的前处理工序(Cd暴露水平较高),即模拟人体消化环境,加入消化液所含有机物和无机物(含消化酶),探讨扇贝体内Cd在胃肠中的释放机制。结果显示,各体外仿生消化液单独作用于扇贝时,Cd溶出平衡时间顺序依次为:仿生唾液>胃液>胆汁>十二指肠液,而溶出量大小顺序为:胃液>胆汁≈十二指肠液>唾液,仅十二指肠液和胆汁中Cd溶出时的ln C–t呈线性相关(R^2=0.9530和R2=0.8891)。因此,Cd在唾液或胃液中溶出时的关键因子是pH,但在十二指肠液、胆汁和全过程仿生消化液中,消化酶起决定作用。样-液比在1∶10–1∶120(g/ml)之间时,扇贝体内Cd溶出率没有显著差异,即样-液比对Cd的生物可给率影响不大。体外全仿生消化结果显示,扇贝内约有70%的Cd释放溶出,即扇贝消化糜中Cd的最大生物可给率为70%。

鱼头汤在体外仿生消化系统中的运动参数优化及消化特性研究

通过对体外仿生消化系统的关键运动参数进行优化,探究了大眼金枪鱼头汤中微/纳米颗粒(micro/nano-sized particles,MNPs)在其中的消化行为。通过调节胃倾斜角和幽门打开频率的运动参数,使胃排空曲线与体内数据拟合;通过在胃消化过程中流加盐酸调节胃内pH使其贴近人体真实胃内消化环境;利用光学显微镜观察鱼头汤中MNPs的微观结构变化。结果表明,当胃倾斜角的运动参数在0~1 min为0°/min,1~4 min为3°/min,4~31 min为0.1°/min,31~61 min为1.0°/min,61~91 min为0.4°/min,91~121 min为0.1°/min;幽门在0~6 min不打开,6~121 min胃挤压3次,幽门打开1次;备用泵在1~21 min以0.3 mL/min的速度流加1 mol/L的盐酸时,消化条件最优并且鱼头汤的消化特性与相关体内文献相似。

体外仿生三维血管生成微流控芯片的构建

目的在微流控芯片上构建模拟人体血管的三维血管管道,实现管道间的物质交换,并形成有自主出芽功能的血管,为血管生成相关的疾病机制研究、药物筛选等提供良好的平台工具。方法利用微流控技术,采用被动进样方式,使人体脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)在微流控芯片上自主贴壁生长形成三维血管管腔,构建体外仿生三维单管道血管和双管道血管芯片。在此基础上,开展对血管响应刺激因子出芽的功能的验证实验。结果体外仿生的双管道芯片的构建成功率达80%以上。在血管管道,内皮细胞无需借助外力支撑,在芯片上自主形成直径300μm±50μm,细胞分布均匀的、类似体内血管的三维血管管腔;物质通过模拟体内的扩散过程达到血管管道,使血管管腔响应物质刺激而出现功能性的血管出芽。结论体外仿生三维血管微流控芯片在体外实现了体内血管的结构与功能,模拟了体内物质扩散对血管生成的影响,可以用于生理过程中血管生成的体外动态观察。

体外仿生大鼠胃的功能性材料的实用性研究

优选适合制备体外仿生大鼠胃柔性模型的功能性硅胶材料。采用四种不同硬度的功能性硅胶材料制作成三种厚度的硅胶片,并制作了相应的大鼠胃柔性模型,利用色差仪、质构仪、拉压力试验机以及灌胃实验对样品的透明度、延展性和拉伸特性进行表征。结果表明:在相同硬度下,硅胶片的透明度和延展性随着其厚度的增加而递减;而在相同厚度下,不同硬度硅胶片的透明度差异不大,但其最大拉伸形变量和延展性随硬度增大而减小。其中,硬度为10A的功能性硅胶Dragon Skin的半透明程度最高、延展性最好、抗撕扯、易回弹,且具有一定的容受性舒张的功能,因此适用于制作成体外仿生大鼠胃柔性模型。模型的前胃部分厚度定为0.32 mm,腺胃部分厚度定为0.46 mm。

菌酶协同发酵棉籽粕及其体外模拟消化研究

试验旨在研究蛋白酶和干酪乳杆菌协同发酵对棉籽粕的营养价值及体外消化率的影响。试验一:以蛋白降解度和小肽含量的指标归一值(OD)为综合评价指标,采用4因素3水平的BBD-RSM试验设计,考察酶解温度、时间、酶添加量、料液比和pH对蛋白酶酶解棉籽粕效果的影响;试验二:将植物乳杆菌和蛋白酶协同发酵48 h,分为3个处理组,即不加植物乳杆菌和酶的棉籽粕(对照组)、酶解棉籽粕、菌酶协同发酵棉籽粕,评定3组棉籽粕的营养成分及进行猪胃肠道体外模拟消化试验。结果表明:最佳酶解条件为酶添加量1%、温度40℃、时间8 h、料液比1:4 g/mL、pH 9.0;经过菌酶协同发酵预消化处理之后的棉籽粕与原棉籽粕相比,粗蛋白质、酸溶蛋白以及氨基酸含量有显著提高,粗蛋白质消化率以及干物质消化率也有显著增加。总的来说,蛋白酶与植物乳杆菌协同使用可以更大程度地降解棉籽粕中大分子蛋白,提高蛋白质的营养价值和利用率,提高非常规蛋白原料棉籽粕在饲料中添加比例,降低饲料成本。

基于体外全仿生消化模型分析海带和紫菜中微量元素的生物可给性

探究海带和紫菜中6种必需元素(Cu、Fe、Mn、Zn、Co和V)与5种有害元素(As、Cd、Pb、Al和Sr)的生物可给性及胃、肠消化过程中As、Cd等有害元素的形态转化,分析加工过程对样品中元素含量、形态及生物可给性的影响,结果表明:紫菜对除Sr外10种元素的富集能力均显著高于海带,经加工,海带和紫菜中6种人体必需微量元素含量均下降;紫菜中必需元素的生物可给性高于海带,加工后海带中不同元素的生物可给性变化不同,海带和紫菜中Zn的生物可给性最低。紫菜中As、Cd、Pb、Al的含量显著高于海带,且加工后均显著下降。海带和紫菜中Pb的生物可给性最低,分别为6.7%和21.4%。Cd、As、Al、Sr的生物可给性较高,为57.3%~90.6%,且加工前、后变化较小。在胃、肠消化液的作用下,海带和紫菜样品中As的形态发生显著变化,部分形态的有机砷在消化过程中可能转化成无机砷。煮熟加工不会改变样品及其仿生消化液中As的形态,总As含量的降低主要表现在大分子有机砷的糖含量降低。煮熟能显著降低紫菜样品及其仿生消化液中无机离子态Cd2+的浓度。本研究结果对于科学评估海带和紫菜中必需微量元素的营养价值和有害元素的食用风险提供重要依据。

应用体外全仿生模型初步分析2种富硒产品中硒形态及生物可给性

建立微波消解-高分辨-连续光源石墨炉原子吸收光谱(high resolution-continuum source graphite furnace atomic absorption spectrophotometry,HR-CS GFAAS)法测定富硒蛹虫草和富硒酵母胃、肠全仿生提取液中各形态硒的方法,研究胃、肠消化对富硒产品中硒形态和生物可给性的影响。采用体外全仿生消化技术对富硒蛹虫草和富硒酵母进行预处理,得到胃、肠全仿生提取液;通过0.45μm微孔滤膜实现可溶态和悬浮态的分离;选择D101大孔树脂分离可溶态中有机态和无机态;分别利用丙酮和无水乙醇沉淀可溶态中蛋白和多糖,得到蛋白结合态和多糖结合态;分别以正辛醇和单层脂质体为细胞膜,模拟富硒产品中硒在人体胃、肠中的分配行为。通过单因素试验,确定最佳测定条件:分析谱线为196.026 7 nm,基体改进剂为1 g/L Pd(NO_3)_2和0.5 g/L Mg(NO_3)_2混合溶液,添加体积为5μL,灰化温度为1 100℃,原子化温度为2 200℃。在此条件下,测定富硒蛹虫草和富硒酵母中硒含量分别为2.129μg/g和27.75μg/g,肠全仿生提取液中除悬浮态其他各形态硒的含量都高于胃全仿生提取液,在肠消化过程中产生的正辛醇醇溶态硒和单层脂质体结合态硒的含量都高于各自水溶态硒。

运用体外全仿生消化法分析海藻中砷形态

运用体外全仿生消化模型研究在唾液、胃肠无机物、有机物及消化酶作用下紫菜和海带中砷的主要形态及砷形态变化,采用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法(HPLC-ICP-MS)联用技术进行砷形态分析,结果发现在胃肠全仿生消化提取液中,紫菜中砷的主要形态为砷糖1(AsS1)(砷糖OH)和砷糖2(AsS2),海带中砷的主要形态为AsS1和二甲基砷酸(DMA);随着胃肠消化酶的作用,紫菜样品消化液中AsS2含量降低,砷糖OH含量升高,说明紫菜中部分未知砷糖2在消化酶作用下转化成砷糖1(砷糖OH);海带中砷糖1含量降低而DMA含量升高,说明海带中部分砷糖在消化酶作用下转化成DMA。在胃肠全仿生消化液作用下某些紫菜和海带中砷的主要形态与根据国标方法检测到的主要砷形态存在一定差异,因此,在对海藻中砷进行食用安全性评价时可以结合体外全仿生模型,分析砷的主要形态及生物可给性。

仿生研究食品中铝的体内迁移分配及其生物利用率评价

目的重新界定食品铝进入人体后的形态(水溶态和单层脂质体亲和态),分别考察食品铝(粉条和千层饼)在胃肠中的溶出率及其迁入体循环系统的比率(生物利用率)。方法以"仿生胃肠消化、仿脂质体生物膜亲合吸附"为模型,对食品中铝在人体内的迁移分配进行了体外仿生消化研究。结果被测食品中铝在胃肠溶液中的溶出率为31.0%~42.5%,单层脂质体亲和态占比为69.4%~76.8%。结论食品铝在人体中具有与食品基质和体内环境相适应的生物可给性和生物利用率,不能以食品中铝的总量测定简单代替。因此,对于铝的每周耐受摄入量的确定应在同时考虑人体消化系统溶出率和食品铝的生物有效性的基础上制定。

仿生消化-单层脂质体萃取在蕨类植物微量金属形态分析和生物可给性评价中的应用

依据化学仿生原理,将整体药物研究与分子药物研究法(以微量元素为指标)相结合,设计体外仿生消化法用于蕨类植物分析前处理。以单层脂质体为细胞膜模型,萃取分离食糜中微量元素形态(单层脂质体亲合态、水溶态);根据单层脂质体亲合态含量对微量元素的生物可给性和危险性进行评价。比较单层脂质体结合亲和态金属在胃、肠中浓度,可得金属主要吸收部位。沙椤茎、叶和蜈蚣草茎、叶成年人摄入安全剂量分别为210.4、153.5、828.2、367.5 g/day,最大摄入剂量分别为864.1、1208.8、2067.1、1977.3 g/day。

体外模型研究制川乌和白芍配伍中重金属铅和镉毒性

中草药中重金属含量是重要质量控制指标之一,本文首次采用体外仿生消化-微生物代谢模型对制川乌和白芍进行预处理,模拟制川乌和白芍单煎液及配伍水煎液在人体内消化和微生物代谢过程,研究制川乌和白芍单煎液及不同配伍水煎液中重金属铅(Pb)和镉(Cd)毒性.实验结果表明制川乌药粉中重金属含量Pb为2.88 mg/kg,Cd为0.53 mg/kg,白芍药粉中Pb为2.01 mg/kg,Cd为0.10 mg/kg,均低于国家现行标准(《中华人民共和国药典》2015年版),由此表明我国居民在饮用含制川乌和白芍中草药汤剂时Pb和Cd暴露水平很低.加入仿生消化液和大肠微生物菌液后,仿生消化和代谢食靡中重金属Pb和Cd浓度逐渐稀释而降低,Pb和Cd的形态随着仿生消化和微生物代谢而转化,其毒性也发生相应的变化.本文所建立的体外仿生消化-微生物代谢模型研究重金属毒性,为川乌和白芍生产和使用风险评估提供一定参考.

乳双歧杆菌Probio-M8发酵乳缓解便秘的作用

便秘是一种常见的消化道疾病,益生菌可通过维持肠道菌群平衡、产生有益代谢产物、促进肠道蠕动和缓解炎症等方式改善便秘。该文对乳双歧杆菌Probio-M8发酵乳进行动态体外仿生消化系统测试,并利用人群实验探究发酵乳对便秘的有益影响。结果发现:乳双歧杆菌Probio-M8具有良好的耐胃肠液能力,能够以活菌的状态进入宿主体内发挥益生功效。受试者在饮用乳双歧杆菌Probio-M8发酵乳后,排便频次、排便类型和排便用力程度均得到改善,其中排便类型和排便用力程度的改善效果在40~50岁的人群中尤为明显。

体积排阻高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定海产贝类中镉的形态

运用体积排阻高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(SEC-HPLC-ICP-MS)分析了高镉积累扇贝和低镉积累菲律宾蛤仔中镉的存在形态,并结合体外全仿生消化技术,研究了在唾液、胃、肠无机物和有机物(含消化酶)作用下,扇贝和菲律宾蛤仔中镉的主要存在形态。结果发现:扇贝中Cd总量约为菲律宾蛤仔的10倍;在扇贝中检测到3种Cd形态:金属硫蛋白(MT)-Cd、谷胱甘肽(GSH)-Cd和半胱氨酸(Cys)-Cd;在菲律宾蛤仔中检测到2种Cd形态:MT-Cd和GSH-Cd;以峰面积作参考进行比较,扇贝中MT-Cd和GSH-Cd含量分别约为菲律宾蛤仔的5.6和2.0倍。结合体外全仿生模型发现,在扇贝胃全仿生提取液中,检测到1种未知小分子有机镉形态(Cd-X),在扇贝肠全仿生提取液中检测到4种Cd形态,其中MT-Cd是主要形态;而在菲律宾蛤仔胃、肠全仿生提取液中均仅检测到1种未知小分子有机态镉(Cd-X)。本实验证明贝类中的MT-Cd,GSH-Cd,Cys-Cd中络合的Cd在生物体胃肠消化液作用下会发生解离。

体积排阻高效液相色谱—电感耦合等离子体质谱法测定紫菜中镉(Cd)的形态

运用体积排阻高效液相色谱—电感耦合等离子体质谱联用技术(SEC-HPLC-ICP-MS)分析了紫菜中Cd的存在形态,结果发现,在紫菜水提取液中检测到3种Cd形态,根据其保留时间确定为植物螯合肽(PC)3-Cd、谷胱甘肽(GSH)-Cd和1种未知小分子有机态Cd,结合体外全仿生消化技术,研究了在唾液、胃、肠无机物和有机物(含消化酶)作用下,紫菜中Cd的主要存在形态,分析发现在紫菜胃全仿生提取液中,检测到2种未知小分子有机态Cd,其中以保留时间为24.2 min的Cd形态为主要存在形态。在肠全仿生提取液中检测到2种Cd形态,其中(PC)3-Cd是主要存在形态。有关(PC)3-Cd在生物体内的代谢规律还需进一步研究。实验确证了Cd在紫菜中的主要有机形态,为紫菜食用安全风险评价提供重要依据。

植物乳植杆菌P-8低温喷雾干燥工艺优化及其特性研究

喷雾干燥制备益生菌制剂具有成本低、处理量大且可连续化生产的优势,但由于高温会损伤菌体活性因此喷雾干燥的应用受限。利用低温喷雾干燥技术降低热损伤,提高菌体存活率。通过单因素试验和响应面中心组合设计联用的方法优化工艺条件,以制备植物乳植杆菌P-8活性菌粉,并探究其菌株形态变化、贮藏稳定性以及在动态体外仿生胃肠道消化模型中的耐受性。植物乳植杆菌P-8在进料速度9 mL/min、干燥温度75℃、雾化压强为0.3 MPa时,存活率最高为81.50%,且菌粉颗粒形态完整。在动态体外仿生胃肠道消化模型内连续消化4 h后,表现出良好的耐受特性。菌粉4和25℃贮藏35 d后存活率分别为92.18%和87.49%。低温喷雾干燥技术可用于植物乳植杆菌P-8高活性菌粉的制备,优化后的工艺参数可以为植物乳植杆菌P-8中试制备提供参考。