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为探究固体食物胃内分解机制，研究人员以 4 种不同胃软化动力学的标准化模型固体食物为对象，借助人体胃模拟器（HGS）等开展体外消化研究。发现硬度影响分解机制，结果为关联食物质地与消化机制提供依据。
食物进入胃部后如何被物理分解，这一过程看似平常却暗藏科学玄机。胃作为消化系统的关键器官，其对固体食物的物理分解速率不仅影响着胃排空等生理过程，还与饱腹感的产生密切相关。然而，固体食物的物理特性究竟如何影响其在胃环境中的分解机制，至今尚未完全明晰。现有的食物分解分类系统（FBCS）虽能根据食物的初始硬度和软化半衰期对其在胃消化中的行为进行分类预测，却无法揭示不同类别食物的具体分解机制。例如，侵蚀和断裂作为固体食物在胃环境中的两种分解机制，前者指食物颗粒外表面的磨损，后者则是因裂纹扩展导致的颗粒破裂，而食物的韧性等断裂特性与流变特性在消化过程中的变化规律仍不明确。在此背景下，开展相关研究以建立食物质地特性变化与分解机制之间的联系，对于深入理解胃消化过程至关重要。
为解决上述问题，相关研究人员开展了针对标准化模型固体食物在体外胃消化过程中的断裂和流变特性变化及其在模拟蠕动体外消化中分解情况的研究。该研究成果发表在《Food Hydrocolloids》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：运用人体胃模拟器（HGS）这一具有生理代表性的胃消化模型，以及蠕动模拟器来分离蠕动的影响，对模型食物进行静态体外消化和模拟蠕动消化实验；通过测定模型食物的韧性、屈服应力、刚度和剪切模量（G’，1Hz 下）等物理特性，分析消化过程中食物的特性变化；利用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察模型食物的微观结构，以探究其结构与物理特性的关系。
模型食物的微观结构
共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）成像数据显示，乳清蛋白强凝胶内部网络更致密，孔隙更少，而乳清蛋白弱凝胶网络结构相对疏松。标准饮食强凝胶呈现出绿色的淀粉网络以及用罗丹明 B 标记的乳清蛋白网络，二者相互贯穿；标准饮食弱凝胶中淀粉和蛋白质则共处于同一网络中。
模型食物的初始断裂和流变特性与微观结构的关系
标准饮食强凝胶形成了乳清蛋白和淀粉相互贯穿的网络，这与先前研究结果一致，其乳清蛋白网络结构与 pH5.2 条件下形成的颗粒状乳清蛋白凝胶相似。标准饮食弱凝胶由淀粉和蛋白质共定位的单一网络组成。
静态体外消化对模型食物断裂和流变特性的影响
一般来说，在静态体外消化过程中，模型食物的韧性、屈服应力、刚度和剪切模量（G’）随时间推移而降低。这些变化归因于模拟胃液中的酸和酶对模型食物基质的分解。
不同消化模型中模型食物的分解机制
在人体胃模拟器（HGS）中，硬度 <约 10n 的模型食物颗粒通过侵蚀、崩解和破碎进行分解，而硬度> 约 40N 的颗粒仅通过侵蚀分解。蠕动模拟器实验表明，硬度约 20N 的模型食物最初通过侵蚀和崩解分解，但在施加约 30 次蠕动收缩后，开始经历大规模破碎，削弱了颗粒基质。
本研究通过对四种标准化模型固体食物的研究，明确了不同物理特性的模型食物在模拟蠕动体外消化过程中的分解机制。研究发现，静态体外消化时间和模型食物类型对其韧性、屈服应力、刚度和 G’等物理特性有显著影响，且食物硬度是影响分解机制的关键因素。该研究成果不仅加深了对胃消化过程的理解，将固体食物的 FBCS 类别与胃环境中可能的分解机制相关联，为后续设计具有特定胃肠道行为的新型食物提供了重要依据，有助于推动通过调控食物物理特性来优化消化生理响应的研究与应用。
