特殊医学用途配方食品蛋白质体外模拟消化研究

陈佳

上海励成营养科技有限公司（上海 200331）

特殊医学用途配方食品（foods for special medical purpose，FSMP）是为了满足进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱或特定疾病状态人群对营养素或膳食的特殊需要，专门加工配制而成的配方食品[1]。据报道，住院病人的营养不良发生率约为10%～60%，营养不良不仅损害机体组织、器官的生理功能，而且可增加手术风险、增加手术后并发症发生率及病死率[2-4]。早期识别营养不良以及合理的营养支持有助于患者尽快恢复，明显降低术后并发症发生率，缩短住院时间，改善临床结局[5]。特殊医学用途配方食品作为一种肠内营养制剂，可以经胃肠道提供代谢需要的营养物质及其他各种营养素，具有符合人体生理特点、改善和维持肠道黏膜细胞结构与功能的完整性、促进肠蠕动的恢复，且技术操作与监测简单、并发症少、费用低等优势，营养成分主要包括三大营养物质即蛋白质、脂肪和碳水化合物，以及维生素和矿物质等[6-8]。其中蛋白质是一切生命形态不可或缺的物质基础，机体的新陈代谢和生理功能都依赖蛋白质的不同形式才得以正常进行，蛋白质是人体生长发育所必须的营养素之一[9]，对于生理功能出现异常的患者更是必不可少，而且补充充足的蛋白质有助于患者增强机体功能，加速疾病康复，缩短住院时长。然而对于进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱或特定疾病状态的人群，由于蛋白质的消化吸收障碍而无法从食物中摄入足量的蛋白质[10]。故而选择优质的、消化率高的蛋白质原料对于FSMP的产品开发至关重要。

体内测定消化率的方法费时费力，而体外模拟法相对简单、快速。体外模拟消化的方法被广泛应用于研究食物的胃肠道行为，尽管体内研究仍被认为是“黄金标准”，但体外模拟消化的方法具有重现性更好、速度更快、成本更低、没有伦理限制的优势。体外消化模型要考虑相关的消化条件，主要包括消化酶的种类和浓度、胃和肠阶段的pH、消化时间和盐浓度等。但由于不同文献中体外消化模型在参数的设置上存在显著差异，这阻碍了跨研究小组比较结果和推断普遍结果的可能性。而INFOGEST是一个国际组织，该组织的主要目的之一是固定模拟消化食物的条件，并尽可能统一消化模型，建立共识协议，INFOGEST的静态消化模型中消化过程的试验条件，如pH、消化时间和酶活性等，是基于食物进食后的生理数据而定，该模型已作为筛选工具来解决食品相关问题，如食物的消化率、生物利用度、生物活性化合物的释放等，但大部分的研究用该模型来评价食品中蛋白、脂肪和淀粉的消化情况，蛋白质消化已在不同乳制品、分离的乳蛋白中使用[11-15]。但目前该方法尚未在FSMP中应用。

研究通过体外模拟蛋白消化的方法，测定添加水解乳清蛋白的FSMP配方和添加整蛋白（浓缩乳清蛋白+酪蛋白）的配方体外消化的区别。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

肽类配方（南通励成生物工程有限公司）；整蛋白配方[雀巢健康科学（中国）有限公司]。

胃蛋白酶、胰蛋白酶（Sigma-Aldrich）。

盐酸、氢氧化钠、三氯乙酸、氯化钾、磷酸二氢钾、磷酸氢钠、氯化钠、六水氯化镁、碳酸铵（国产分析纯）。

1.2 仪器与设备

Sorvall S T 16R高速离心机[赛诺菲世尔科技（中国）有限公司]；HH-4数显恒温水浴锅（常州国华电器有限公司）；SHZ-A水浴振荡器（常州诺基仪器有限公司）。

1.3 方法

参考INFOGEST标准静态体外消化模型[11-12]并稍加改进。

1.3.1 胃肠模拟液的配制[13]

胃模拟液（simulated gastric juice，SGF）和肠模拟液（simulation intestinal fluid，SIF）的浓度见表1。试验前，可先配制胃肠模拟液备用。

表1 胃肠模拟液

1.3.2 模拟胃消化阶段

参考INFOGEST标准静态体外消化模型[11]并稍加改进。配制蛋白含量4%的样品于锥形瓶中，将样品溶液加入SGF中，用盐酸溶液调节pH至3.0，加入CaCl2(H2O)2溶液，加入胃蛋白酶溶液使最终消化液中胃蛋白酶活达2 000 U/mL，然后加水定容，使样品溶液和SGF的体积比为1∶1，将样品置于37 ℃下摇床水浴，分别在0，5，10，30，60和120 min取样，调节pH到7.0灭酶。

1.3.3 模拟肠消化阶段

当模拟胃消化反应120 min后，用NaOH溶液调节pH至7.0灭酶，之后加入SIF，加入CaCl2(H2O)2溶液，加入胰蛋白酶溶液使最终消化液中胰蛋白酶活达100 U/mL，然后加水定容，使样品溶液和SIF的体积比为1∶1，将样品置于37 ℃下摇床水浴，分别在反应60和120 min时取样，沸水浴5 min灭酶。

1.4 消化后的样品处理[16-17]

样品取出后，加入等体积的24%的三氯乙酸（Trichloroacetic acid，TCA）溶液沉淀，按9 000 r/min离心20 min，取上清液检测蛋白含量。

1.5 蛋白消化率的计算[18]

以式（1）计算蛋白消化率。

式中：M0为空白对照上清液中的蛋白总量，g；M1为样品上清液中的蛋白总量，g；M2为样品的蛋白总量，g。

2 结果与分析

2.1 两款FSMP产品的消化率

由表2和图1可知，在初始消化时（0 min），选择水解乳清蛋白作为蛋白来源的肽类配方的消化率为45.3%，远远高于整蛋白的消化率（2.5%）。不仅是在初始消化时（0 min），在整个胃肠模拟消化过程中的消化率均高于整蛋白配方，特别是在胃消化阶段（0～120 min），消化率明显高于整蛋白配方。说明采用水解乳清蛋白作为蛋白来源的肽类配方，蛋白已经经过预消化，在胃肠模拟消化阶段，更易消化，更利于胃排空，对于消化吸收障碍人群更适用，可以提高肠内营养的耐受性，从而改善营养状况。

图1 FSMP的蛋白消化率

表2 FSMP的蛋白消化率

3 讨论

GB 29922—2013《食品安全国家标准 特殊医学用途配方食品通则》[1]规定全营养配方食品中优质蛋白质所占比例不少于50%，优质蛋白是指蛋白质中所含的必需氨基酸种类齐全、数量充足、比例适当。乳清蛋白、酪蛋白以及大豆蛋白等都属于优质蛋白[19]，其中水解乳清蛋白是乳清蛋白的水解产物，主要以肽形式存在，它是蛋白质的一种预消化形式。根据已有报道，Nakano等[20]曾在体外模拟乳清蛋白和水解乳清蛋白的消化吸收速度，水解乳清蛋白和浓缩乳清蛋白通过胃蛋白酶和胰酶处理快速消化，很容易用这两种酶消化，然而单一酶不能完全将浓缩乳清蛋白消化，并且仍然保留了高分子量的蛋白质，如β-乳球蛋白和a-乳白蛋白，结果表明水解乳清蛋白相比乳清蛋白更易于消化吸收。水解乳清蛋白的消化率远高于整蛋白形式的浓缩乳清蛋白和酪蛋白，其胃排空速度快，且较乳清蛋白更容易被机体消化吸收且为机体所耐受。此外，水解乳清蛋白促进肠道微生物对营养物质的利用，促进氨基酸、微量元素吸收的诸多特点，整体提高了机体的消化利用率，纠正负氮平衡，不会引起患者胃肠不良反应[21]。

水解乳清蛋白是一种优质的蛋白来源，加上其易消化吸收的特性，更适合用于蛋白过敏、消化吸收障碍、代谢紊乱或特定疾病状态的人群。多项研究也证明了这一结论，龙继红[22]的研究表明水解蛋白配方乳粉可以通过促进胃排空，缩短达全肠道喂养时间来显著改善婴幼儿的胃肠道耐受性，其中的小分子蛋白更易被婴幼儿消化吸收，从而减轻了乳蛋白过敏引起的便秘、腹泻等症状，提高蛋白质的消化吸收率并降低致敏性。有文章报道[23]，在膳食中加入多肽，肠道黏膜的损伤减少，而且黏膜的功能和结构升高。Hanan等[24]在对180名危重症患儿的随机对照研究中发现，与使用整蛋白配方的患者相比，使用肽类配方的患者的肠内喂养耐受性显著提高，患者胃残留、腹胀、呕吐甚至吐血的发生率明显降低。Staelens等[25]、Elfadil等[26]和Marino等[27]的研究也同样证明了肽类配方更易消化吸收，可以改善肠道耐受性，达到营养支持的目标。

4 结论

通过体外模拟，对选择水解乳清蛋白作为蛋白来源的肽类配方和整蛋白配方作对比，分析蛋白消化的差异。结果表明：肽类配方的消化率明显高于整蛋白配方。由此说明，水解乳清蛋白是一种优质的蛋白来源，可用于FSMP产品开发中，对蛋白过敏、消化吸收障碍、肠内营养不耐受等人群来说更易消化吸收，可提高机体的消化利用率。试验首次将INFOGEST标准静态体外消化模型用于FSMP产品的研究中，研究结果和文献数据及理论一致，说明INFOGEST体外模拟方法可靠，接近人体消化的实际情况，适用于FSMP产品的筛选和评价。