《Molecular Nutrition & Food Research》：The Role of Food Structure on Fatty Acid Bioaccessibility: A Decade of TIM-1 Simulated Digestion Studies in Review
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本文系统综述了过去十年中利用动态TIM-1消化模型，探究食物基质结构如何影响脂质消化与脂肪酸生物可及性的研究进展。文章深入剖析了乳化剂结构、脂质结晶度、酸稳定性、酯交换技术乃至婴儿配方奶粉与母乳差异等多种食品结构因素，如何通过调控餐后血脂水平（Postprandial Lipemia）影响健康，为设计有益健康的下一代食品提供了科学见解。
餐后甘油三酯（TAGs）是心血管疾病（CVD）的一个独立风险因素，其检测价值可能优于空腹血浆TAGs。理解食物结构如何影响餐后血脂，对于开发旨在有益健康的定制化食品至关重要。食物结构是一个广泛影响营养与健康的关键概念，而体外消化模型的研究使我们能更好地理解食物基质特性在胃肠道消化过程中如何变化并影响营养释放和转运的结构-功能关系。
1. 动态TIM-1模拟胃肠道
TNO肠道模型（TIM-1）是一个多室系统，能精确模拟健康成人胃肠道的关键动态物理化学条件。它具有高度可重复的管腔消化环境，包括pH值以及胃、胆汁和胰腺分泌。TIM-1由四个串联连接的隔室组成，通过循环水维持37°C并诱导蠕动样收缩。其优势在于能够在排除了人体个体差异（如体重、解剖结构差异）的情况下，分离出食物成分和结构对脂质生物可及性的影响，是研究食物结构对营养释放作用的理想工具。TIM-1将生物可及的脂质分数定义为能够被动通过附着在空肠和回肠隔室上的半透膜（0.05 μm孔径）的脂肪酸（FA）比例。
1.1 十二指肠前脂质消化阶段
胃肠道消化包括口腔和胃 compartments 的十二指肠前阶段。口腔加工通过咀嚼机械地减少食物颗粒尺寸，同时唾液分泌稀释和润滑食物，形成食团。唾液中的黏蛋白和盐会影响乳化液的稳定性。胃中的胃液（含HCl、盐、黏蛋白和胃脂肪酶）将内容物酸化至pH 1-3。胃脂肪酶约占TAG水解的10%–30%，特异性切割sn-3酯键，优先释放短链脂肪酸（SCFA）和中链脂肪酸（MCFA）。胃排空速率取决于食物结构的崩解情况，因为幽门限制大于1–2 mm的颗粒进入十二指肠。
1.2 肠道脂质消化阶段
食糜通过幽门进入十二指肠后，与消化液混合并被中和至pH ~6。消化液中含有胆汁、共脂肪酶和胰腺酶（包括脂肪酶、淀粉酶和蛋白酶）。胆汁有助于将TAGs乳化成更小的液滴，从而增加共脂肪酶和脂肪酶接触的表面积。TAGs优先在sn-1和sn-3位被切割，最终水解为2-单甘酯（2-MAG）和两个FAs。长链脂肪酸（LCFA）在肠细胞中重新酯化为TAGs，包装成乳糜微粒后进入循环系统。
1.3 水包油乳液中乳化剂结构的影响
一项TIM-1研究聚焦于用sn-2单棕榈酸甘油酯（sn-2 MC16）、溶血磷脂酰胆碱（LysoPC）或β-乳球蛋白（BLG）乳化的三辛酸甘油酯O/W乳液。结果表明，乳化剂的存在会减缓胃脂肪分解，但对于胰腺脂肪分解的抑制仅发生在sn-2 MC16乳化的乳液中。sn-2 MC16能在界面形成抗脂肪酶的单层，持续主导整个消化过程的界面。另一项使用九种乳化剂（包括Span、Tween和离子型乳化剂）的研究发现，使用Tween 20、Span 20和SSL乳化的油脂，其脂解程度最高可达对照组的4倍。乳化剂的亲水亲油平衡值（HLB）与总生物可及FA相关，HLB值更高的乳化剂能更有效地从界面去除或置换sn-2 MAGs，使脂肪酶能持续接触表面的TAGs。
1.4 脂质结晶度与水包油乳液的酸稳定性
脂质的物理化学性质（如TAG结晶度）会影响消化。结晶TAG比液态TAG更难消化。研究表明，在相似的O/W乳液中，结晶度会减弱消化早期的FA释放。通过混合棕榈油精（PO）和棕榈硬脂（PS）制备的不同PO:PS比例的O/W乳液，研究发现化学组成（过冷液体乳液）对FA生物可及性的影响小于固体脂肪的存在。另一项复杂的TIM-1研究与临床试验相结合，比较了酸稳定和不稳定的、过冷的或结晶的乳液。临床试验发现，在胃中絮凝的乳液（SU和LU）排空更快，短期食欲抑制效果更低。当在TIM-1中根据体内观察到的胃排空半衰期调整模型参数后，TIM-1测得的FA生物可及性与人体餐后血浆TAG变化显示出良好的相关性，这凸显了食物结构在胃酸环境下的响应变化在影响代谢反应中的关键作用。
1.5 脂质的化学与酶促酯交换
酯交换通过切断酯键，使脂肪酸在不同甘油分子上重排，从而在不改变总FA组成的情况下改变功能性和营养特性。一项研究将70%高油酸葵花籽油与30%完全氢化菜籽油混合，分别进行化学酯交换（CIE）和酶促酯交换（EIE）。TIM-1消化结果显示，两种酯交换脂质混合物的生物可及性均显著高于未酯交换的混合物。这与临床试验中健康参与者体内观察到的趋势一致（酯交换后餐后血清TAG有升高趋势）。TIM-1的FA生物可及性与健康非肥胖参与者的餐后TAG浓度呈显著正相关。
1.6 婴儿配方奶粉与人类母乳
婴儿配方奶粉的发展一直致力于在成分和物理特性上模拟母乳。母乳具有独特的脂肪球膜（MFGM）和较大的脂滴尺寸（平均约4.0 μm）。一项研究比较了母乳和四种Similac配方奶粉的理化性质（如黏度、粒径）及其在TIM-1中的FA生物可及性。研究发现，不同配方奶粉之间及其与母乳之间在粒径和黏度上存在显著差异。TIM-1消化后，FA生物可及性从高到低依次为：Advance配方奶粉、母乳、Total Comfort配方奶粉、Sensitive配方奶粉和Soy配方奶粉。母乳释放一半生物可及FA所需的时间远长于所有配方奶粉，其FA释放动力学常数也更高。另一项使用Tiny-TIM模型的研究表明，母乳和含有MFGM的配方奶粉中的大脂滴在胃中会发生相分离和上浮，导致脂质排空更慢，从而改变了脂解动力学和生物利用度。
1.7 嵌入整个食物中的脂质——鸡蛋、牛排和汉堡
食物微观结构改变了宏量和微量营养素的生物可及性。以鸡蛋为例，研究考察了在不同温度（65°C, 70°C, 75°C, 85°C）下烹煮对蛋黄理化性质和蛋白质二级结构的影响。随着烹煮温度升高，蛋黄从液体变为弹性凝胶，蛋白质发生变性。将这些不同烹煮程度的蛋黄在TIM-1中消化，发现FA生物可及性随烹煮温度升高而降低。质构更坚硬、蛋白质变性更彻底的烹煮鸡蛋，其脂质生物可及性更低。这表明，通过改变食品的宏观结构（如烹煮程度），可以调控营养素的释放。
