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膳食摄入时人体暴露于真菌毒素、重金属物质等污染物的主要途径。污染物在胃肠道环境内经消化作用从基质中释放出来,成为机体可吸收部分的过程即为生物可及性。生物可及性的数值是胃肠道内污染物释放量占原食品基质中污染物水平的百分比。研究表明不同食物组成、不同烹饪方式、不同外源物质添加等污染物的生物可及性均有所差异。


近年来,模拟食物中污染物如重金属、真菌毒素等,经口腔、胃和小肠消化过程的体外消化模型成为探究污染物生物可及性、肠转运和代谢的热点,已成为评估食品、土壤和玩具中真菌毒素、重金属、有机污染物风险的重要技术手段。体外消化模型是基于生理条件如消化液成分、pH值、两餐间隔时间、残留物滞留时间等模拟人类胃肠道消化过程的一种方式,可研究各种污染物在模拟人体内的代谢过程,是一种可重复测定食品中污染物和真菌毒素生物可及性的有用工具。传统的体外消化模型只是对污染物在胃、小肠消化器官进行环境和消化液模拟。更为接近人体真实情况的体外消化模型应增加人体肠道菌群,反应大肠部分及肠道微生物对消化物质的真实作用,可以完整的模拟污染物经口摄入后在人体胃肠道中的代谢情况。


在模拟消化过程中,消化液主要由人工唾液(Simulated Salivary Fluid SSF)、人工胃液(Simulated Gastric Fluid SGF)和人工肠液(Simulated Intestinal Fluid SIF)等消化液组成。人工唾液(SSF)由淀粉酶,电解质溶液组成,人工胃液(SGF)由蛋白酶,模拟胃酸液,磷脂液、电解质溶液等组成。人工肠液(SIF)由胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胰脂肪酶、胆汁盐、胰淀粉酶、电解质溶液组成。


有研究表明体外模拟实验和细胞吸收实验有机耦合得到的结果与人体更加接近,数据更加科学可靠。近年来,细胞模型是研究食物重金属生物可及性提供新的研究方法。Caco-2细胞源自人结肠癌细胞,具有类似小肠吸收细胞的特征。Caco-2细胞早期研究应用于药物在小肠吸收的评价和转运机制的研究中,后研究发现Caco-2单细胞层的转运吸收量与人体口服吸收实验的结果表现良好的相关性,先被用于研究金属离子在小肠上的吸收和转运机制。利用Caco-2细胞模型耦合体外消化模型研究食物中重金属在人体的生物可及性,可得到真实客观的研究结果。


 

肠道微生物的构建也是体外消化模型进行污染物评价的一个有效手段。在人体胃肠道中,大肠中含有数量庞大的微生物菌群,每克大肠内含有约1011个微生物。许多有机污染物可以在微生物作用下代谢生成高生物富集性、高毒性的代谢产物。如果污染物的体外消化过程中增加大肠环境的模拟,体外人工构建肠道菌群,将会得到更加真实科学的污染物风险评估结果。

 

一种污染物体外消化举例:

添加了污染物的食物营养物质

                     


口腔模拟过程:人工唾液 SSF,咀嚼系统进行破碎,6min37℃,pH 6.8

                      


胃模拟过程:胃组件模拟蠕动,人工胃液SGF (胃蛋白酶等混合酶,电解质,胃酸液),37℃,pH 1.5~2120min

                        样品消化液进入Caco-2细胞培养系统,代谢产物分析



小肠模拟过程:人工肠液SIF(胰蛋白酶、十二指肠酶等混合酶,人造胆汁,电解质,添加或不添加人工肠道菌群系统),37℃,pH 7 


                     样品消化液进入Caco-2细胞(人体结肠癌细胞)培养系统,代谢产物分析,污染物吸收评价


大肠环境模拟:人工肠道菌群构建(健康未摄入抗生素的人群排泄物的菌群提取)

                           样品消化液进入Caco-2细胞(人体结肠癌细胞)培养系统,代谢产物分析,污染物吸收评价

污染物生物可及性评价,菌群代谢产物分析,污染物对菌群结构变化分析,污染物富集分析 

 

参考文献 

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