螺旋藻强化烘焙食品的动态体外消化模型研究：营养释放与生物可及性分析

本刊推荐：为解决螺旋藻功能性成分在食品基质中的生物利用度问题，研究人员开展螺旋藻强化蛋糕、饼干和花生球的动态体外消化研究。结果表明螺旋藻强化使蛋白质含量提升2-3%，碳水化合物降低2-3，类胡萝卜素（186.468μg/g）和藻蓝蛋白（6.88 mg/g）在肠道阶段释放率最高达53.8%。该研究为开发营养强化食品提供了消化特性数据支撑。

　　

在当今追求健康饮食的时代，微藻类食品正成为营养补充的新宠。其中，螺旋藻（Spirulina）作为一种蓝绿藻，因其富含蛋白质、维生素和抗氧化物质而备受关注。然而，将螺旋藻添加到日常食品中面临着一个关键挑战：这些珍贵的营养成分能否在人体消化过程中有效释放并被吸收？传统研究多集中于螺旋藻本身的营养成分分析，但对于螺旋藻强化食品在消化过程中的行为特性仍缺乏系统研究。

为了解决这一问题，SASTRA大学的研究团队开展了一项创新性研究，他们将螺旋藻粉末添加到三种常见食品——蛋糕、饼干和花生球中，通过动态体外消化模型模拟人体消化过程，详细分析了蛋白质、碳水化合物、类胡萝卜素和藻蓝蛋白在整个消化过程中的释放规律。这项研究最近发表在《Scientific Reports》期刊上。

研究人员主要采用动态体外消化模型技术，模拟人体口腔、胃部和肠道的消化环境。该模型通过精确控制pH值、消化酶组成和机械振荡条件，重现食物在人体内的消化过程。实验使用健康成人消化酶制剂（包括α-淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶等），按照INFOGEST标准流程进行操作。样品在消化各阶段通过Whatmann滤纸分离后，采用分光光度法进行蛋白质（Lowry法）、碳水化合物（Anthrone法）、类胡萝卜素（丙酮提取法）和藻蓝蛋白（特异性吸光度测定）的定量分析。

食品配方 exhibited differences in color and structures

螺旋藻成功融入三种食品基质中，添加量为4%（w/w）。蛋糕和花生球呈现深绿色，而咸饼干因面粉含量较高颜色较浅。质构方面，蛋糕柔软蓬松，花生球甜度最高（仅含花生、粗糖和螺旋藻三种成分），咸饼干则干燥易碎。这种质构差异为后续消化特性研究提供了多样化的食品基质模型。

Nutritional values of Spirulina-infused formulations

螺旋藻强化使三种食品的蛋白质含量显著提升2-3%，碳水化合物含量相应降低2-3%。这主要是由于用螺旋藻替代了部分高碳水化合物的粗糖原料。特别值得注意的是，螺旋藻强化配方中的类胡萝卜素含量（蛋糕186.2μg/g、花生球167.1μg/g、饼干196.05μg/g）和藻蓝蛋白含量（蛋糕6.097 mg/g、花生球6.88 mg/g、饼干5.467 mg/g）显著高于普通配方，这些生物活性物质是螺旋藻强化食品具有健康益处的重要来源。

Visual transformation of food products

消化过程中食物基质的分解通过颜色变化直观呈现。花生球的深绿色在消化过程中最先消失，表明其食物基质降解最快；蛋糕和饼干则保持较长时间的绿色特征。从口腔到肠道阶段（pH从7到3再到7），所有样品的颜色都从绿色转变为棕色，这反映了藻蓝蛋白在不同pH环境下的降解特性以及类胡萝卜素的释放过程。

Protein quantification

蛋白质释放规律显示：蛋糕和花生球在口腔阶段就释放了约55-59.5%的蛋白质，这与其柔软质构和粉末状特性相关；而饼干的干燥脆性使其在口腔阶段仅释放24.7%的蛋白质，但在肠道阶段呈现显著释放。最终，蛋白质的生物可及性从高到低依次为：咸饼干（83.4%）、花生球（77.8%）和蛋糕（60.6%），表明食物基质特性显著影响蛋白质的消化释放效率。

Carbohydrate quantification

碳水化合物释放研究显示：所有样品在口腔阶段仅释放3-4.5%的碳水化合物；胃阶段释放率提升至11-18%；肠道阶段达到最高释放率（蛋糕24.4%、花生球32.4%、饼干13.5%）。这种阶段性释放规律与消化酶的作用特性密切相关——口腔中的α-淀粉酶启动碳水化合物分解，胃部酸性环境继续降解，最终在肠道由胰酶完成主要水解过程。

Total carotenoid content

类胡萝卜素的释放研究呈现有趣规律：三种食品在口腔阶段的释放率均低于3%；胃阶段因盐酸作用，释放率提升至4.6-6.43%；肠道阶段达到最高释放率（蛋糕48.2%、花生球50.38%、饼干33.7%）。这表明类胡萝卜素的释放主要发生在肠道阶段，胆汁盐的乳化作用对疏水性类胡萝卜素的释放至关重要。

Phycocyanin content

藻蓝蛋白作为螺旋藻特有的水溶性色素蛋白，其释放规律更为复杂：口腔阶段释放率5.7-10.4%；胃阶段因酸性环境呈现差异化表现（蛋糕8.8%、花生球6.8%、饼干17.7%）；肠道阶段达到最高释放率（蛋糕52.3%、花生球53.8%、饼干36.2%）。这种差异可能与不同食品基质对藻蓝蛋白的保护作用相关——脂质和碳水化合物含量较高的基质可能提供更好的保护效果。

In vitro bioaccessibility and In vitro bioavailability

生物可及性研究显示：蛋白质的生物可及性最高（60.6-83.4%），其次是藻蓝蛋白（59.6-73.9%）和碳水化合物（29.1-54.9%），类胡萝卜素的生物可及性最低（35.9-50.8%）。生物利用度数据表明：咸饼干的蛋白质生物利用度最高（60.1%），花生球的碳水化合物生物利用度最高（24.2%），蛋糕的类胡萝卜素生物利用度最高（20.5%），而藻蓝蛋白的生物利用度在花生球和咸饼干中最高（约39%）。这些数据为螺旋藻强化食品的配方优化提供了重要参考。

该研究通过系统的体外消化模型证明，螺旋藻强化食品在消化过程中能够有效释放蛋白质、类胡萝卜素和藻蓝蛋白等生物活性成分，且释放效率受食品基质特性的显著影响。研究结果对开发新型营养强化食品具有重要指导意义：首先，为食品工业企业提供了螺旋藻强化食品的消化特性数据；其次，揭示了不同食品基质对营养素释放的影响规律，为配方优化提供依据；最后，建立的动态体外消化方法为类似功能性食品的评价提供了可靠的研究范式。

值得注意的是，花生球由于未经过热加工且基质组成简单，显示出最高的营养素生物可及性，这提示我们在食品加工过程中应尽可能保留天然成分并简化配方。研究还发现，藻蓝蛋白在胃部酸性环境中相对稳定，这为其作为食品色素和功能性成分的应用提供了稳定性依据。

这项研究的价值不仅在于证实了螺旋藻强化食品的营养优势，更在于提供了营养素在消化过程中动态释放的详细数据，为未来设计更高效的功能性食品提供了科学基础。随着人们对食品营养与健康关系的认识不断深入，这种基于消化特性的食品设计理念将推动食品工业向更科学、更精准的方向发展。