弛豫率用于蛋白質(zhì)消化研究：功能性食品的個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)新視角

背景

隨著功能性食品的興起，食品科學(xué)家和營(yíng)養(yǎng)學(xué)家開發(fā)了一系列特定健康益處的食品，如降糖低GI，改善體重或皮膚管理等。而對(duì)于其中一個(gè)重要功能：個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)，開發(fā)能夠根據(jù)個(gè)體需求提供最佳營(yíng)養(yǎng)吸收的食品變得尤為重要，需要深入理解蛋白質(zhì)在人體消化系統(tǒng)中的行為，包括其在胃中的消化過程。

人工胃液通常被用來在體外模擬胃中的消化環(huán)境，藥典建議“取稀鹽酸16.4ml，加水約800ml與胃蛋白酶1Og，搖勻后，加水稀釋成1000ml，即得”^[1]。而在食品和營(yíng)養(yǎng)學(xué)科，人工胃液要求更接近現(xiàn)實(shí)，比如采用仿生模擬裝置，或者模擬胃液的組成^[2]，除了HCl和胃蛋白酶，還包括其他成分，如胃粘液或食物基質(zhì)，以更準(zhǔn)確地模擬胃中的消化環(huán)境。

同時(shí)，在一些消化過程研究中，比如在蛋白中加入外源物質(zhì)^[3]，或是構(gòu)建復(fù)合水凝膠包埋體系^[4]，低場(chǎng)核磁技術(shù)已用于解釋被消化物質(zhì)不同類型的水分子（如自由水、弱結(jié)合水和結(jié)合水）具有不同的弛豫特性，即為食品中水分的分布及其遷移特性的經(jīng)典研究。

弛豫率在蛋白消化中的新應(yīng)用

與造影劑的弛豫率原理類似，人工胃液弛豫率也是受到樣品中水質(zhì)子的化學(xué)環(huán)境和物理動(dòng)態(tài)的影響，主要為蛋白質(zhì)與水分子的相互作用，以及pH值對(duì)水質(zhì)子動(dòng)力學(xué)的影響。本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)量弛豫率（R1和R2），并找出蛋白質(zhì)濃度、氫離子濃度（pH值的反映）與其之間的相關(guān)性，可以建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)在不同pH值（胃酸環(huán)境）下的消化程度。

實(shí)驗(yàn)過程：

1、制備樣品。制備兩種濃度的乳清蛋白分離物（Whey Protein Isolated, WPI）凝膠，分別為15wt%和20wt%，放入標(biāo)準(zhǔn)配方的模擬胃液（pH=1.5，37℃）。

2、數(shù)據(jù)采集。選取采集時(shí)間（消化開始前t=0min，30min內(nèi)每隔5min,30min-120min內(nèi)每隔30min），使用pH計(jì)測(cè)量樣品的pH值，使用BCA蛋白定量試劑盒測(cè)定蛋白質(zhì)濃度。弛豫率測(cè)試方法：使用CPMG序列測(cè)量T₂弛豫時(shí)間，CWFP序列^[5]測(cè)量T₁弛豫時(shí)間，從而得到R₂=1/T₂，R₁=1/T₁。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

使用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行線性回歸分析，建立R₁和R₂與蛋白質(zhì)濃度和pH值[H+]之間的經(jīng)驗(yàn)方程。

    R₂ = 0.46 + 0.05 · c__protein ? 1.31 · c__protein·[H+] (R2 = 0.99)

    R₁ = 0.41 + 0.006 · c__protein ? 0.02 · c__protein·[H+] (R2 = 0.96)

總結(jié)?

本文描述了一種新的方法，在針對(duì)消化功能異常（如胃酸分泌不足或過量）的人群開發(fā)功能性食品時(shí)，通過弛豫率、蛋白質(zhì)濃度、pH值的經(jīng)驗(yàn)方程，可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服用或配方定制，達(dá)到精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)的目的。

如您對(duì)以上應(yīng)用感興趣，歡迎咨詢：15618820062 

參考資料

[1]?中華人民共和國(guó)藥典，2020年版，四部，0921崩解時(shí)限檢查法，附注.

[2] Deng, R., Seimys, A., Mars, M., Janssen, A. E. M., & Smeets, P. A. M. (2022). Monitoring pH and whey protein digestion by TD-NMR and MRI in a novel semi-dynamic in vitro gastric simulator (MR-GAS). Food Hydrocolloids, 125, 107393.

[3] 劉曉艷，葉月華，白衛(wèi)東，等. 外源物質(zhì)對(duì)低鹽羅非魚糜蛋白構(gòu)象及體外消化特性的影響 [J]. 食品工業(yè)科技，2024，45（1）：80?87.

[4] 劉治芹, 陳俊亮, 任廣躍, 等. 基于明膠/六偏磷酸鈉/谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶復(fù)合水凝膠包埋體系的構(gòu)建及作用機(jī)理[J]. 食品科學(xué), 2023, 44(16): 81-90.

[5] Fabíola Manhas Verbi Pereira, Sérgio Bertelli Pflanzer, Thaísa Gomig, Carolina Lugnani Gomes, Pedro Eduardo de Felício, Luiz Alberto Colnago,Fast determination of beef quality parameters with time-domain nuclear magnetic resonance spectroscopy and chemometrics,Talanta,Volume 108,2013,Pages 88-91,ISSN 0039-9140.