CN114155770A - 一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法。该方法包括：（1）模拟口腔消化液（SSF）的制备；（2）模拟胃消化液（SGF）的制备；（3）模拟肠消化液（SIF）的制备；（4）模拟胆汁（SBF）的制备；（5）半固体食物模型花生酱的制备；（6）模拟口腔消化；（7）启动3D摇床、pH‑stat、恒温水浴***和夹套杯装置，按一定程序进食、分泌胃液和排空，模拟老年人半动态胃肠消化。相比现有的静态模拟消化，该方法利用半动态消化装置设计更贴近于人体的消化过程；同时，现有消化方法多基于正常成年人胃肠环境，而本方法针对老年人群设计半固体食物的消化参数。
Description
技术领域
本发明属于食品技术领域，特别是涉及一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法。
背景技术
由于动物及人体实验研究存在伦理与道德约束、实验对象个体差异明显、成本昂贵等缺陷，体外模拟消化方法在食品、营养及医药领域日益受到关注，用以研究食物结构降解和营养素释放、药物缓释和功效评价。但现今国内外采用的消化方法大都基于静态消化模型或针对于成年人的消化方法。然而，胃肠消化是人体从食物吸收能量和营养的关键步骤，同时也是一个复杂的连续过程，目前常用的静态模型无法模拟人体真实胃肠道消化的动态变化，尤其是胃排空、pH动态变化、酶和消化液持续分泌等。另外，半固体食物是老年人群食用最广的一种食物形态，与口腔接触时间适中、胃肠消化受口腔影响较小，但针对老年人的相关半动态消化标准操作程序并未开发。因此，迫切需要利用更贴近人体的胃肠***，开发一套消化半固体食物的操作方法，不仅可以模拟老年人胃肠道消化的理化环境，而且可以实时调节和监控消化过程中的食物的胃肠降解动力学过程。
中国专利申请201810123560.4公开了一种人工胃装置，该装置通过胃收缩力装置模拟胃收缩蠕动，通过温控装置模拟体温，通过控制测试物进出，最终实现模拟人胃的体外模拟消化。
中国专利申请201810590324.3公开了一种动态人胃-十二指肠体外仿生消化***，包括加热保温箱和位于加热保温箱内的食管模型、胃模型、十二指肠模型、蠕动挤压装置及消化排空单元，可真实模拟人体胃、十二指肠的消化过程，为研究人体消化***提供准确的试验数据，同时在一定程度上可适当的减少动物实验和人体实验。
然而，以上专利对于真实老年人消化道环境以及消化过程中的胃分泌和胃排空等特点并未很好的模拟，且未针对半固体食物进行专门的胃肠液pH值变化、胃肠液分泌速率、胃肠排空速率等设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法。相比现有的静态模拟消化方法，该方法利用半动态胃肠装置等并结合老年人生理条件，设计了更贴近半固体食物在老年人胃肠道中的消化环境，由此得到的消化产物更贴近真实的老年人消化产物，实验结果重现性高、数据更可靠。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法，其特征在于包括如下所述步骤：
（1）模拟口腔消化液（SSF）制备：以α-淀粉酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、尿素和超纯水为原料制备SSF；
（2）模拟胃消化液（SGF）制备：以胃蛋白酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化铵、氯化钙、尿素、盐酸和超纯水为原料制备SGF；
（3）模拟肠消化液（SIF）制备：以胰蛋白酶、胰脂肪酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、尿素、氢氧化钠和超纯水为原料制备SIF；
（4）模拟胆汁（SBF）的制备：以氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、磷酸二氢钠、尿素、甘氨脱氧胆酸钠、牛磺胆酸钠、氢氧化钠和超纯水为原料制备SBF；
（5）半固体食物模型花生酱的制备：以花生为主要原材料，加入一定浓度的瓜尔胶，经过高速剪切处理获得半固体食物；
（6）模拟口腔消化：将花生酱与SSF按5∶1（w/v）比例混合，37 ºC水浴加热2 min形成花生酱食团；
（7）模拟老年人半动态胃肠消化：预留胃液为5-15 mL，口腔消化后消化产物50-80g加入夹套杯中并开始计时；以0.5-1.0 mL/min的流速加入含有胃蛋白酶和胃脂肪酶的SGF；通过控制滴加HCl速率控制消化过程pH值，使得消化10 min达到pH 6.0-6.2，40 min达到pH 5.7-6.0，90 min达到pH 3.5-3.8，120 min达到pH 3.0并维持至消化结束；通过泵控制胃排空速率，使得消化5 min时排空速率为2.60-2.90 mL/min，15 min时改为1.50-1.70mL/min，30 min时改为0.85-1.15 mL/min，60 min时改为0.80-1.10 mL/min，90 min时改为0.30-0.50 mL/min并维持至消化结束；
（8）模拟老年人半动态肠消化：预留肠液为3-4 mL，胃消化产物20-50 mL加入夹套杯中并开始计时；以0.20-0.40 mL/min的流速加入含有胰蛋白酶和胰脂肪酶的SIF和SBF；通过泵控制胃排空速率，使得肠消化排空速率为0.30-0.50 mL/min到消化结束，通过pH-stat将pH稳定在6.5到消化结束。
优选地，步骤（1）SSF的组成比例为：α-淀粉酶46.6 U/mL，氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M；用盐酸调节pH值至6.7。
优选地，步骤（2）SGF的组成比例为：胃蛋白酶2000 U/mL，胃脂肪酶60 U/mL，氯化钾0.5 M, 二水磷酸二氢钾0.5 M，Tris 1.0 M，六水氯化镁0.15 M，氯化钙0.3 M；用盐酸调节pH值至1.5。
优选地，步骤（3）SIF的组成比例为：胰蛋白酶46 U/mL，胰脂肪酶1400 U/mL，氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M，用氢氧化钠调节pH至6.5。
优选地，步骤（4）SBF的组成比例为：氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M，甘氨脱氧胆酸钠2.67 mM，牛磺胆酸钠2.67 mM，用氢氧化钠调节pH至6.5。
优选地，步骤（5）半固体食物模型花生酱的制备方法为：将花生仁用家用电磁炉炒熟，去衣，得到熟花生仁；用碾磨机将其磨成粉末；将花生粉和超纯水以1：4（w:w）比例混合，增加少量瓜尔胶作为增稠剂；采用高速剪切机20000 rpm处理5 min，获得半固体食物模型花生酱。
本发明基于半动态消化***，开发了适合模拟老年人消化半固体食物的消化方法。本发明具有以下技术特点：
（1）本发明致力于制定半固体消化方法的标准操作。针对半固体食物胃肠消化的特点设置动态消化参数，更加接近真实老年人胃肠消化环境，提高模拟老年人消化半固体食物的准确性。
（2）相较于传统静态消化方法，本发明利用夹套杯、3D摇床、恒温水浴***、pH-stat等装置，实现了消化过程中消化液的动态分泌、实时调节消化环境pH值、胃、肠排空速率动态变化等动力学的模拟，使得实验结果更加接近人体。
附图说明
图1是具体实施方式中实施例案利用本发明的模拟老年人消化方法对半固体花生酱进行半动态消化时pH值变化和消耗的盐酸的体积（V）变化示意图。
图2是具体实施方式中实施例案利用本发明的模拟老年人消化方法对半固体花生酱进行半动态消化得到的粒径分布示意图。
图3是具体实施方法中实施例案利用本发明的模拟老年人消化方法对半固体花生酱进行半动态消化得到的粘度变化示意图。
具体实施方式
以下具体实施例是对本发明提供的方法与技术方案的进一步说明，但不应理解成对本发明的限制。
本发明公开了一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明所述仿一种基于半动态消化***模拟老年人半动态消化半固体食物的方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
（1）模拟口腔消化液（SSF）制备：以α-淀粉酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、尿素和超纯水为原料制备SSF；
（2）模拟胃消化液（SGF）制备：以胃蛋白酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化铵、氯化钙、尿素、盐酸和超纯水为原料制备SGF；
（3）模拟肠消化液（SIF）制备：以胰蛋白酶、胰脂肪酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、尿素、氢氧化钠和超纯水为原料制备SIF；
（4）模拟胆汁（SBF）的制备：以氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、磷酸二氢钠、尿素、甘氨脱氧胆酸钠、牛磺胆酸钠、氢氧化钠和超纯水为原料制备SBF；
（5）半固体食物模型花生酱的制备：以花生为主要原材料，加入一定浓度的瓜尔胶，经过高速剪切处理获得半固体食物；
（6）模拟口腔消化：将花生酱与SSF按5∶1（w/v）比例混合，37 ºC水浴加热2 min形成花生酱食团；
（7）模拟老年人半动态胃肠消化：在夹套杯中加入预留胃液，启动3D摇床、pH-stat、超级恒温水浴***，随后加入口腔消化后的花生酱食团，在不同时间点改变胃液分泌速率和胃排空速率，模拟老年人动态胃消化共120 min；
（8）模拟老年人半动态肠消化：在夹套杯中加入预留肠液，启动3D摇床、pH-stat、超级恒温水浴***，随后加入不同时间点的胃排空产物，采用固定的肠液分泌速率和排空速率，模拟老年人半动态肠消化共120 min。
实施例（1）
（1）SSF制备：将适量α-淀粉酶、氯化钾、磷酸二氢钾、Tris、氯化镁、氯化钙溶于超纯水中，用盐酸pH调节至6.7得到SSF，SSF的组成比例为：α-淀粉酶46.6 U/mL，氯化钾0.623M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375M，氯化钙0.300 M；用盐酸调节pH值至6.7；
（2）SGF制备：将适量胃蛋白酶、胃脂肪酶、氯化钾、磷酸二氢钾、Tris、氯化镁、氯化钙溶于超纯水中，用盐酸调节pH至1.5得到SGF，SGF的组成比例为：胃蛋白酶2000 U/mL，胃脂肪酶60 U/mL、氯化钾0.5 M, 磷酸二氢钾0.5 M，Tris1.0 M, 六水合氯化镁0.15 M，氯化钙0.3 M；并用盐酸调节pH值至1.5；
（3）SIF制备：将适量胰蛋白酶、胰脂肪酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、尿素溶于超纯水中，用氢氧化钠调节pH至6.5得到SIF，SIF的组成比例为：胰蛋白酶46 U/mL，胰脂肪酶1400 U/mL，氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M，用氢氧化钠调节pH至6.5；
（4）SBF制备：将适量氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、磷酸二氢钠、尿素、甘氨脱氧胆酸钠和牛黄胆酸钠溶于超纯水中，用氢氧化钠调节pH至6.5得到SBF，SBF的组成比例为：氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M，甘氨脱氧胆酸钠2.67 mM，牛磺胆酸钠2.67 mM，用氢氧化钠调节pH至6.5
（5）半固体食物模型花生酱的制备：花生酱由花生和超纯水按1：4（w:w）组成，采用高速剪切机20000 rpm处理5 min，得到对照组（未添加瓜尔豆胶）的花生酱；
（6）模拟口腔消化：将花生酱与SSF按1∶1比例混合，37 ºC水浴加热2 min形成花生酱食团；
（7）模拟老年人半动态胃消化：预留胃液为9 mL，口腔消化后的花生酱食团60 g加入夹套杯中并开始计时；以0.50 mL/min的流速加入含有胃蛋白酶和胃脂肪酶的SGF；通过控制滴加HCl速率控制消化过程pH值，使得消化10 min达到pH 6.11，40 min达到pH 5.53，90 min达到pH 3.61，120 min达到pH 3.0并维持到消化结束；通过泵控制胃排空速率，使得消化5 min时排空速率为2.85 mL/min，15 min时改为1.63 mL/min，30 min时改为0.86 mL/min，60 min时改为0.99 mL/min，90 min时改为0.45 mL/min并维持至消化结束。
（8）模拟老年人半动态肠消化：预留肠液为3 mL，胃消化产物30 mL加入夹套杯子中并开始计时；以0.25 mL/min的流速加入含有胰蛋白酶和胰脂肪酶的SIF和SBF；通过泵控制胃排空速率，使得肠消化排空速率为0.34 mL/min到消化结束，通过pH-stat将pH稳定在6.5到消化结束。
将得到的花生酱消化产物进行储存、检验。对照组花生酱消化时pH值变化和消耗盐酸的量分别如图1（a）所示，对照组花生酱消化过程中花生酱的粒径变化分别如图2（a）所示，对照组花生酱消化过程中花生酱胃排空产物的粘度化分别如图3（a）所示。
实施例（2）
（1）SSF制备：将适量α-淀粉酶、氯化钾、磷酸二氢钾、Tris、氯化镁、氯化钙溶于超纯水中，用盐酸pH调节至6.7得到SSF，SSF的组成比例为：α-淀粉酶46.6 U/mL，氯化钾0.623M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375M，氯化钙0.300 M；用盐酸调节pH值至6.7；
（2）SGF制备：将适量胃蛋白酶、胃脂肪酶、氯化钾、磷酸二氢钾、Tris、氯化镁、氯化钙溶于超纯水中，用盐酸调节pH至1.5得到SGF，SGF的组成比例为：胃蛋白酶2000 U/mL，胃脂肪酶60 U/mL、氯化钾0.5 M, 磷酸二氢钾0.5 M，Tris1.0 M, 六水合氯化镁0.15 M，氯化钙0.3 M；并用盐酸调节pH值至1.5；
（3）SIF制备：将适量胰蛋白酶、胰脂肪酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、尿素溶于超纯水中，用氢氧化钠调节pH至6.5得到SIF，SIF的组成比例为：胰蛋白酶46 U/mL，胰脂肪酶1400 U/mL，氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M，用氢氧化钠调节pH至6.5；
（4）SBF制备：将适量氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、磷酸二氢钠、尿素、甘氨脱氧胆酸钠和牛黄胆酸钠溶于超纯水中，用氢氧化钠调节pH至6.5得到SBF，SBF的组成比例为：氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M，甘氨脱氧胆酸钠2.67 mM，牛磺胆酸钠2.67 mM，用氢氧化钠调节pH至6.5
（5）半固体食物模型花生酱的制备：花生酱由花生和超纯水按1：4（w:w）组成，其中加入0.4 %的瓜尔胶作为增稠剂，采用高速剪切机20000 rpm处理5 min，得到高粘度的花生酱；
（6）模拟口腔消化：将花生酱与SSF按1∶1比例混合，37 ºC水浴加热2 min形成花生酱食团；
（7）模拟老年人半动态胃消化：预留胃液为9 mL，口腔消化后的花生酱食团60 g加入夹套杯中并开始计时；以0.5 mL/min的流速加入含有胃蛋白酶和胃脂肪酶的SGF；通过控制滴加HCl速率控制消化过程pH值，使得消化10 min达到pH 5.59，40 min达到pH 5.64，90min达到pH 4.26，120 min达到pH 3.0并维持到消化结束；通过泵控制胃排空速率，使得消化5 min时排空速率为2.85 mL/min，15 min时改为1.63 mL/min，30 min时改为0.86 mL/min，60 min时改为0.99 mL/min，90 min时改为0.45 mL/min并维持至消化结束。
（8）模拟老年人半动态肠消化：预留肠液为3 mL，胃消化产物30 mL加入夹套杯子中并开始计时；以0.25 mL/min的流速加入含有胰蛋白酶和胰脂肪酶的SIF和SBF；通过泵控制胃排空速率，使得肠消化排空速率为0.34 mL/min到消化结束，通过pH-stat将pH稳定在6.5到消化结束。
将得到的花生酱消化产物进行储存、检验。高粘度组花生酱消化时pH值变化和消耗盐酸的量分别如图1（b）所示，高粘度组花生酱消化过程中花生酱的粒径变化分别如图2（b）所示，高粘度组花生酱消化过程中花生酱胃排空产物的粘度化分别如图3（b）所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法，其特征在于包括如下所述步骤：
（1）模拟口腔消化液（SSF）制备：以α-淀粉酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、尿素和超纯水为原料制备SSF；
（2）模拟胃消化液（SGF）制备：以胃蛋白酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化铵、氯化钙、尿素、盐酸和超纯水为原料制备SGF；
（3）模拟肠消化液（SIF）制备：以胰蛋白酶、胰脂肪酶、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、尿素、氢氧化钠和超纯水为原料制备SIF；
（4）模拟胆汁（SBF）的制备：以氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、氯化钠、氯化镁、氯化钙、磷酸二氢钠、尿素、甘氨脱氧胆酸钠、牛磺胆酸钠、氢氧化钠和超纯水为原料制备SBF；
（5）半固体食物模型花生酱的制备：以花生为主要原材料，加入一定浓度的瓜尔胶，经过高速剪切处理获得半固体食物；
（6）模拟口腔消化：将花生酱与SSF按5∶1（w/v）比例混合，37 ºC水浴加热2 min形成花生酱食团；
（7）模拟老年人半动态胃肠消化：预留胃液为5-15 mL，口腔消化后消化产物50-80 g加入夹套杯中并开始计时；以0.5-1.0 mL/min的流速加入含有胃蛋白酶和胃脂肪酶的SGF；通过控制滴加HCl速率控制消化过程pH值，使得消化10 min达到pH 6.0-6.2，40 min达到pH5.7-6.0，90 min达到pH 3.5-3.8，120 min达到pH 3.0并维持至消化结束；通过泵控制胃排空速率，使得消化5 min时排空速率为2.60-2.90 mL/min，15 min时改为1.50-1.70 mL/min，30 min时改为0.85-1.15 mL/min，60 min时改为0.80-1.10 mL/min，90 min时改为0.30-0.50 mL/min并维持至消化结束；
（8）模拟老年人半动态肠消化：预留肠液为3-4 mL，胃消化产物20-50 mL加入夹套杯中并开始计时；以0.20-0.40 mL/min的流速加入含有胰蛋白酶和胰脂肪酶的SIF和SBF；通过泵控制胃排空速率，使得肠消化排空速率为0.30-0.50 mL/min到消化结束，通过pH-stat将pH稳定在6.5到消化结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法，其特征在于，所述步骤（1）SSF的组成比例为：α-淀粉酶46.6 U/mL，氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M；用盐酸调节pH值至6.7。
3.根据权利要求1所述的一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法，其特征在于，所述步骤（2）SGF的组成比例为：胃蛋白酶750 U/mL，胃脂肪酶60 U/mL，氯化钾0.623 M，磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，氯化铵0.510 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M，用盐酸调节pH至1.3。
4.根据权利要求1所述的一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法，其特征在于，所述步骤（3）SIF的组成比例为：胰蛋白酶46 U/mL，胰脂肪酶1400 U/mL，氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M，用氢氧化钠调节pH至6.5。
5.根据权利要求1所述的一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法，其特征在于，所述步骤（4）SBF的组成比例为：氯化钾0.623 M, 磷酸二氢钾0.500 M，碳酸氢钠 1.000 M，氯化镁0.148 M，氯化钠2.053 M，尿素0.375 M，氯化钙0.300 M，甘氨脱氧胆酸钠2.67 mM，牛磺胆酸钠2.67 mM，用氢氧化钠调节pH至6.5。
6.根据权利要求1所述的一种基于半动态消化***模拟老年人消化半固体食物的方法，其特征在于，所述步骤（5）半固体食物模型花生酱的制备方法为：将花生仁用家用电磁炉炒熟，去衣，得到熟花生仁；用碾磨机将其磨成粉末；将花生粉和超纯水以1：4（w:w）比例混合，增加少量瓜尔胶作为增稠剂；采用高速剪切机20000 rpm处理5 min，获得半固体食物模型花生酱。
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