《Food Chemistry: X》：Influence of dietary fiber type and concentration on pesticide residue bioaccessibility in natural products consumed with emulsified foods
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为解决含农药残留的新鲜果蔬与乳化食品（如酱汁、蘸料）同食时可能加剧农药吸收的食品安全问题，本研究系统探究了三种膳食纤维（黄原胶、β-葡聚糖、壳聚糖）在不同浓度下对模型水包油乳液中疏水性农药毒死蜱生物可及性的调控作用。研究发现，黄原胶和β-葡聚糖能增加毒死蜱的生物可及性，而壳聚糖则会降低，其效应与膳食纤维浓度及对胶束性质、胃肠道流体粘度的改变相关。该研究揭示了食品基质组分相互作用的复杂性，为设计更安全的乳化食品提供了新思路。
新鲜的水果蔬菜富含营养，是现代健康饮食不可或缺的一部分。然而，在规模化农业生产中，为防治病虫害、保障产量，农药的使用难以避免。这些残留的农药，尤其是疏水性强的种类，会随着果蔬一同进入人体，带来潜在的健康风险。一个常被忽视的细节是，我们很少单独食用果蔬，沙拉配酱、水果蘸奶油、蔬菜配蘸料是餐桌上的常见组合。这些酱料、奶油等，在食品科学中属于“乳化食品”，本质上是水包油(OW)乳液。研究表明，乳液中脂质的消化过程会产生大量的混合胶束(Mixed Micelles)，这些胶束的疏水内核能够“装载”并显著提高共食的疏水性物质（如脂溶性维生素、或是有害的农药）在胃肠道中的溶解性，即“生物可及性”。这意味着，一份看似健康的果蔬沙拉，如果搭配了不当的酱汁，可能会无意中增加我们对农药的摄入。
那么，如何调控这种风险？现代食品工业为了改善口感、质构和稳定性，常在乳化食品中添加各种膳食纤维。不同的膳食纤维，如增稠的黄原胶(Xanthan Gum)、具有益生元潜力的β-葡聚糖(β-Glucan)、以及天然阳离子多糖壳聚糖(Chitosan)，它们会如何影响乳液的命运，进而改变其中农药的生物可及性？其影响是否与添加浓度有关？由密苏里大学李芳芳、张若杰等人开展，发表在《Food Chemistry: X》上的这项研究，正是为了回答这些问题。
研究人员以疏水性农药毒死蜱(Chlorpyrifos)为模型污染物，使用吐温80(Tween 80)和乳清分离蛋白(Whey Protein Isolate, WPI)分别稳定的两种水包油乳液作为食品模型，系统研究了黄原胶、β-葡聚糖和壳聚糖在0.05、0.25和0.5 wt%三种浓度下，对乳液理化性质、脂质消化以及毒死蜱生物可及性的影响。关键方法包括：制备含有不同浓度膳食纤维的模型乳液；利用有机西红柿制备含有法定最大残留限量(MRL)水平毒死蜱的污染样本；采用模拟口腔、胃和小肠消化的三阶段静态体外消化模型；使用马尔文粒度仪和Zeta电位分析仪、共聚焦激光扫描显微镜(Confocal Laser Scanning Microscopy, CLSM)等表征乳液颗粒大小、表面电荷和微观结构；通过测定消化过程中释放的游离脂肪酸(Free Fatty Acid, FFA)来追踪脂质消化进程；最终，通过离心分离混合胶束相，并使用液体闪烁计数器测量放射性标记的毒死蜱含量，精确计算其生物可及性。
3.1. 乳液的理化性质
3.1.1. 不含膳食纤维的乳液特性
在不添加膳食纤维时，两种乳液均呈现单峰粒度分布，平均液滴直径约0.13 μm，乳液在四周存储期内保持物理稳定。WPI稳定的乳液因蛋白质在pH 7时带负电，其Zeta电位约为-50 mV，而吐温80稳定的乳液也表现出轻微的负电性（约-12 mV）。
3.1.2. 膳食纤维类型对乳液特性的影响
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黄原胶的影响：黄原胶的添加导致两种乳液的颗粒尺寸呈浓度依赖性增大，尤其是在0.5 wt%的高浓度下，WPI乳液出现明显的二次峰，表明有不可逆絮凝或聚集结构形成。共聚焦显微镜图像显示，低浓度时吐温80乳液微观结构无显著变化，而WPI乳液已出现部分可逆的耗尽絮凝。高浓度黄原胶下，两种乳液均观察到更广泛的絮凝，但由于连续相粘度大幅增加，乳液在存储中仍保持稳定。Zeta电位测量显示，黄原胶使吐温80乳液表面负电性略有增加，但对WPI乳液的表面电荷无显著影响。
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β-葡聚糖的影响：在所有测试浓度下，β-葡聚糖的添加对两种乳液的颗粒大小、粒度分布和微观结构均无显著影响，乳液在储存期间也保持良好的物理稳定性。Zeta电位也未发生明显变化。
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壳聚糖的影响：对于吐温80乳液，壳聚糖的添加未显著改变其颗粒大小和分布，乳液长期稳定。但Zeta电位测量显示，乳液表面电荷随壳聚糖浓度增加从负值轻微反转为正值。对于WPI乳液，壳聚糖的加入则引起显著变化：低浓度(0.05 wt%)即导致轻微絮凝和粒径增大，并在存储一周后出现薄奶油层；浓度升至0.25 wt%时，粒径显著增大，分布变为双峰，出现广泛的絮凝和明显的失稳（奶油层和透明血清相）；在0.5 wt%时，尽管絮凝更严重，但由于连续相粘度更高并可能形成三维网络，存储稳定性反而有所改善。这种不稳定性主要归因于带正电的壳聚糖与带负电的WPI包被液滴之间发生的桥联絮凝。
3.2. 脂质消化曲线
在不含膳食纤维时，两种乳液都表现出快速的脂质水解，吐温80乳液的初始消化速率略快于WPI乳液，但最终消化程度相近。膳食纤维的加入对脂质消化产生了不同影响。
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黄原胶对吐温80乳液的消化速率和程度影响甚微，但略微提高了WPI乳液的初始消化速率。
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β-葡聚糖对两种乳液的初始消化速率均无显著影响，但随着浓度增加，最终消化程度略有下降。
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壳聚糖对吐温80乳液的消化没有显著影响。对于WPI乳液，低浓度壳聚糖(0.05和0.25 wt%)轻微提高了初始消化速率，而高浓度(0.5 wt%)则显著降低了初始速率和最终消化程度。
3.3. 农药生物可及性
与不含乳液的对照组(3.9%)相比，乳化显著提高了毒死蜱的生物可及性（吐温80乳液：75.6%；WPI乳液：64.4%）。膳食纤维的加入进一步改变了这一数值。
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黄原胶和β-葡聚糖均以浓度依赖的方式增加了毒死蜱的生物可及性。在0.5 wt%浓度下，黄原胶使吐温80和WPI乳液的生物可及性分别升至89.6%和72.5%；β-葡聚糖则使其分别达到81.7%和74.5%。
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壳聚糖则普遍降低了毒死蜱的生物可及性（WPI乳液在0.05 wt%时略有增加除外），在0.5 wt%浓度下达到最低值（吐温80乳液：50.3%；WPI乳液：37.7%）。
研究指出，生物可及性的变化不能完全用脂质消化程度（即混合胶束生成量）来解释。例如，黄原胶并未增加（甚至轻微抑制）脂质消化程度，但生物可及性却升高了；壳聚糖也并未显著降低消化程度，但生物可及性却下降了。这表明其他物理化学因素也起着关键作用。研究人员推测，阳离子壳聚糖可能与带负电的混合胶束发生静电相互作用，促进其聚集并在离心过程中沉降，从而降低了胶束相中农药的回收率；而黄原胶则增加了消化体系的粘度，阻碍了相分离，使更多的疏水性化合物保留在胶束相中。
4. 结论
本研究系统阐明了乳化剂类型和膳食纤维特性如何协同调控乳液的稳定性、脂质消化行为以及共食疏水性农药的生物可及性。WPI稳定的乳液比吐温80稳定的乳液对膳食纤维引起的结构变化更为敏感。膳食纤维的影响具有特异性：黄原胶通过耗尽效应引起轻度絮凝；β-葡聚糖影响甚微；壳聚糖则通过桥联絮凝显著破坏WPI乳液的稳定性。在生物可及性方面，黄原胶和β-葡聚糖增加了毒死蜱的生物可及性，而壳聚糖则降低了它，这与纤维引起的粘度变化、物理截留以及纤维与胶束间的潜在结合相互作用密切相关。
这项研究的重要意义在于，它深刻揭示了日常饮食中复杂的食品基质相互作用，指出在追求食品口感、质地和功能性的同时，不能忽视其对有害物质生物可及性的潜在影响。研究结果为食品科学家和工业界提供了关键信息：通过精心选择和设计乳化食品中的膳食纤维类型与浓度，有可能在保证产品功能性的同时，主动调控甚至降低共食污染物的人体暴露风险，为开发兼具优异感官品质和更高食品安全性的功能性食品提供了新的科学依据和设计思路。当然，本研究采用的静态体外消化模型无法完全模拟动态、复杂的人体内环境，未来需要结合动态模型或体内研究进行验证，以更准确地评估膳食纤维在生理条件下对污染物吸收的真实影响。
