体外仿生消化系统的研究进展——从静态到动态

体外仿生模拟消化系统是对人或动物的消化道及其消化环境、消化道内的流体动态行为等进行模拟的装置。在功能性食品功效性评估、药物缓释、婴幼儿奶粉配方优化、肠道益生菌的存活率等科学研究中,它具有连续取样和监测、成本低、效率高、重复性好且无体内试验涉及到的伦理限制等优点,但现有的体外仿生消化系统尚不能实现对于体内消化过程的高度还原,距离食品消化研究的需求仍有一定差距。基于现有研究基础,本文简要阐述了食物在胃肠道内的消化过程,综述了文献报道的主要静态和动态体外消化系统的结构、优缺点和应用,重点介绍了作者研究团队主导开发的动态鼠胃和人胃消化系统的最新研究成果和进展,指出了现有体外仿生消化系统的不足和面临的挑战,并提出消化道的形态和解剖学特征、先进的实时监测技术和生物学因素在体外仿生消化系统开发中的重要性,以期构建出能高度还原体内消化过程的仿生消化系统。

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。

不同透析袋对仿生消化法评定猪饲料原料干物质和磷体外消化率的影响

本试验旨在研究不同截留分子质量及来源的透析袋对仿生消化法评定猪饲料原料干物质和磷体外消化率的影响,为猪饲料磷生物学效价评定的仿生消化法操作规程的设计提供参考。试验采用单因素完全随机试验设计,选用美国Viskase截留分子质量分别为14 000、7 000、3 500 u以及美国光谱医学截留分子质量分别为3 500、1 000 u的5种透析袋,评定玉米、豆粕、麦麸的干物质和磷的体外消化率。结果表明:1)随着截留分子质量的缩小,使用美国Viskase透析袋测得饲料干物质及磷消化率呈现下降的趋势。截留分子质量为14 000 u的透析袋测得的玉米和麦麸干物质消化率显著高于截留分子质量为7 000和3 500 u的透析袋(P<0.05);截留分子质量为3 500 u的透析袋测得的玉米、豆粕、麦麸的磷消化率最低(P<0.05),分别为55.46%、55.53%和75.66%。2)在本试验条件下,不同截留分子质量的美国光谱医学透析袋测得的饲料原料干物质和磷消化率存在差异,但最大仅分别相差3.35%和1.67%。3)截留分子质量为3 500 u的美国光谱医学透析袋测得的饲料原料干物质和磷消化率均显著高于截留分子质量为3 500 u的美国Viskase透析袋(P<0.05),而与截留分子质量为14 000 u的美国Viskase透析袋测定结果接近。从本试验结果可知,使用美国Viskase截留分子质量为14 000 u的透析袋更适宜于仿生消化法测定饲料原料的干物质消化率,而截留分子质量为3 500 u的透析袋较适宜测定饲料原料的磷消化率。

仿生法评定几种猪常用植物性饲料原料磷体外透析率

本试验通过比较不同截留分子质量(MWCO)透析袋条件下几种饲料原料的总磷与无机磷体外透析率,探讨采用SDS-Ⅰ型仿生消化系统进行饲料磷体外透析率快速测定的可行性。试验1通过测定玉米、豆粕和麦麸的仿生消化残渣中总磷及透析液中无机磷含量,研究MWCO分别为14 000和3 500 u的透析袋分离无机磷与有机磷的有效性,探讨消化残渣总磷测定法评定饲料磷体外透析率的可行性。试验2通过测定仿生消化透析液中无机磷含量,分别评定M WCO为14 000和3 500 u透析袋条件下玉米、豆粕、米糠、菜籽粕及麦麸磷的体外透析率,探讨透析液无机磷测定法评定饲料磷体外透析率的可行性。结果表明:1)2种透析袋条件下消化残渣总磷测定法测得透析液中均存在有机磷,表明MWCO 3 500 u透析袋仍然没有将有机磷完全截留,没有达到有机磷与无机磷有效分离的目的。2)MWCO 14 000 u透析袋条件下,透析液无机磷测定法测得饲料磷体外透析率结果显著高于MWCO 3 500 u透析袋条件下测定结果(P<0.05)。3)仿生消化法测得饲料磷体外透析率的变异系数均在4%以下,低于其他研究者报道的结果。综上所述,MWCO 3 500 u透析袋无法实现饲料中无机磷与有机磷的有效分离,因此消化残渣总磷测定法不适用于饲料磷体外透析率的研究;MWCO 14 000 u透析袋条件下透析液无机磷测定法,试验测值和精度都较高,更适宜于仿生法评定饲料磷体外透析率的研究。

外源酶对不同加热程度菜籽饼体外养分消化率的影响

试验旨在利用单胃动物仿生消化系统(SDS-Ⅲ)建立肉鸡体外模拟消化模型,测定不同加热程度菜籽饼体外养分消化率的差异以及额外补加外源酶(蛋白酶Proact和淀粉酶A酶)对不同加热程度菜籽饼体外养分消化率的影响。试验采用2×2双因素完全随机设计,以不添加外源酶的正常菜籽饼和过热菜籽饼为对照试验,以分别在两组对照试验基础上额外补加外源酶蛋白酶Proact 15 prot/g、淀粉酶A酶0.4 KNU/g作为试验组。利用SDS-Ⅲ模拟肉鸡全消化道消化过程,测定4组试验原料的体外干物质消化率(IVDMD)、体外表观粗蛋白质消化率(IVACPD)、体外标准化粗蛋白质消化率(IVSCPD)、体外脱脂干物质消化率(IVDDMD)、酶水解物能值(EHGE)、体外能量消化率(IVGED),每个样品均设5个重复,每个重复1根消化管。结果表明,正常菜籽饼的IVDMD、IVACPD、IVSCPD、IVDDMD、EHGE和IVGED均极显著高于过热菜籽饼(P<0.01),为更加优质的菜籽饼来源。添加外源酶过热菜籽饼的IVDMD、IVDDMD、EHGE、IVGED显著高于对照组(P<0.05),IVACPD、IVSCPD极显著高于对照组(P<0.01)。研究表明,额外补加外源酶对养分消化率的提高具有正面作用,尤其是对发生美拉德反应的饲料原料消化率改善作用更明显,可能是外源酶对美拉德反应产物有一定的降解释放作用。

仿生法评定饲料干物质消化率的影响因素

【目的】为确立饲料养分生物学效价仿生法的评定操作规程,探讨仿生法测定饲料干物质消化率的影响因素。【方法】试验采用单因素完全随机设计,共设6个处理,每个处理5个重复,每个重复使用1根仿生消化管,其中处理1—2、3—4、5—6分别考察透析袋的前处理方式、消化残渣脱脂和蠕动泵泵入方式对饲料体外干物质消化率的影响。【结果】①透析袋使用两种前处理方式,玉米、豆粕和麦麸干物质消化率无显著影响(P>0.05);②脱脂显著提高玉米、豆粕和麦麸的干物质和粗脂肪的消化率,干物质消化率提高约3%,粗脂肪消化率达到90%以上(P<0.05),但脱脂未对饲料其它养分的消化率产生影响(P>0.05);③蠕动泵泵入缓冲液方式对饲料干物质消化率有显著影响,注入式所测得的玉米、豆粕和麦麸的饲料干物质消化率显著低于吸入式(P<0.05),但是其测试的平行性较好。【结论】仿生法测试饲料体外干物质消化率时,消化残渣应进行脱脂,透析袋采用两种前处理方式均可,蠕动泵以注入方式更符合测试精度的要求。

体外透析法评定单胃动物饲料养分生物学效价

体外法能快速准确地进行饲料生物学效价评定,其中体外透析法具有将酶促反应和产物分离合二为一、消除产物抑制、类似于动物消化道吸收等特点。文章对国内外利用体外透析法评定单胃动物饲料养分生物学效价方面的研究进展与存在的问题进行讨论,侧重分析了蛋白质、氨基酸、淀粉、矿物元素等饲料养分的生物学效价体外评定发展现状与不足以及主要影响因素,并简要概述单胃动物仿生消化系统进行饲料评定的优势,旨在为建立我国便捷评定畜禽饲料养分生物学效价的方法提供参考。

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。

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。

大肠酶对猪饲料酶水解物能值的影响及与非淀粉多糖组分的关系

【目的】研究大肠酶对单胃动物仿生消化系统测试猪饲料原料的体外干物质消化率(DMD)和酶水解物能值(EHGE)的影响,并分析不同大肠酶条件下非淀粉多糖(NSP)组分与DMD和体外总能消化率(GED)的关系,为完善体外模拟胃-小肠-大肠三步消化方法提供参考依据。【方法】采用单因素完全随机设计,共设4个处理,在单胃动物仿生消化系统模拟饲料原料胃和小肠消化后,分别使用对照组(去离子水)、纤维素酶、Viscozyme酶和仿生酶(由纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶和果胶酶组成)模拟大肠阶段的消化。每个处理设5个重复,每个重复1根消化管,分别测定玉米、大豆粕、小麦麸、玉米DDGS、苜蓿草粉和大豆皮的DMD、GED和EHGE。并使用乙酸酐衍生化气相色谱法测定6种饲粮原料NSP含量和组分。分析饲料原料NSP组分与DMD及GED的相关关系。【结果】(1)在对照组中,玉米的DMD最高,达到了81.51%,相应的EHGE为15.39 MJ·kg^(-1),而大豆皮的DMD最低,只有10.60%,相应的EHGE只有2.42 MJ·kg^(-1)。(2)3种模拟大肠酶均显著提高了玉米、大豆粕和大豆皮的DMD(P<0.01),提高了大豆粕和大豆皮的EHGE(P<0.01)。但纤维素酶作用下苜蓿草粉、玉米DDGS的DMD和EHGE与对照组差异不显著,Viscozyme酶作用下小麦麸、玉米DDGS的DMD和EHGE与对照组差异不显著(P>0.05)。仿生酶显著提高了6种饲料原料的DMD(P<0.01),显著提高了除玉米DDGS外的其他5种饲料原料的EHGE(P<0.01)。(3)不同的大肠酶对不同饲料原料体外消化率的提升程度不同。在6种原料中,纤维素酶对小麦麸的DMD和EHGE提升程度最高,分别达到了5.89%和1.03 MJ·kg^(-1),而只使大豆粕的DMD和EHGE提高了1.26%和0.36 MJ·kg^(-1);Viscozyme酶对大豆皮体外消化率的提升程度最高,分别使其DMD和EHGE提高6.01%和1.02 MJ·kg^(-1)。仿生酶对小麦麸的DMD和EHGE的提升程度最高,达到了6.59%和1.37 MJ·kg^(-1)。(4)6种饲料原料的可溶性非淀粉多糖(SNSP)的含量均低于不溶性非淀粉多糖(INSP),玉米的总非淀粉多糖(TNSP)含量最低(8.59%),大豆皮的TNSP含量最高(75.72%),各原料的NSP主要由阿拉伯糖、木糖、甘露糖和葡萄糖组成,但不同原料中4种单糖含量存在差异。(5)6种饲料原料的SNSP、INSP以及TNSP含量与DMD、GED均呈显著的负相关(P<0.05)。仿生酶作用下DMD与TNSP含量的相关性(R^2=0.95,P<0.01)高于纤维素酶(R^2=0.94,P<0.01)和Viscozyme酶(R^2=0.93,P<0.01)。同时,仿生酶作用下GED与TNSP含量的相关性(R^2=0.89,P<0.01)也高于纤维素酶(R^2=0.86,P<0.01)和Viscozyme酶(R^2=0.81,P<0.01)。【结论】仿生酶在体外模拟猪大肠消化过程中,对饲料的消化作用优于纤维素酶和Viscozyme酶,可作为单胃动物仿生消化系统体外模拟猪消化中大肠阶段的模拟消化酶。

药物肠道吸收研究方法

药物在肠道内的吸收程度和吸收特征是影响口服药物生物利用度的重要因素。肠道吸收研究可以预测影响药物在肠道吸收的机制与因素,研究方法主要包括体内法(invivo)、在体法(insitu)、体外法(invitro)等。就目前药物小肠吸收的研究方法及其特点进行综述。