从食物结构到生物功效：连接复杂食物基质中生物活性蛋白和脂质的消化、肠道吸收及代谢利用的整合框架

《Food Bioscience》：From food structure to bioefficacy: An integrative framework linking digestion, intestinal absorption, and metabolic utilization of bioactive proteins and lipids in complex food matrices

　　

# 论文信息

| 项目 | 内容 |
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| **标题** | 食物结构、消化与肠吸收在蛋白质和脂质消化-吸收-代谢轴中的作用 |
| **作者** | Clitor J. F. de Souza, Caciane P. Mega, Guilherme Z. Borges, Anderson A. Leiria, Volmir Kist, Mario G. de Carvalho, Edwin Elard Garcia-Rojas, Juarez Vicente |
| **期刊** | Food Chemistry: X |

# 摘要

• 食物结构决定了蛋白质和脂质的消化–吸收–代谢轴。
• 肠吸收是营养生物功效的关键决定因素。
• 蛋白质–脂质相互作用调控胶束化和转运体介导的摄取。
• SDAM-B框架将分子结构与生理效应整合起来。
• 先进的加工与递送体系可增强吸收与代谢利用。

# 1. 引言

食物组成与生理功能之间的关系传统上通过以消化为中心的范式来解读，认为宏量营养素的水解程度决定了营养价值。在食品化学领域内，该途径侧重于酶解动力学、蛋白质变性、脂质水解以及低分子化合物的释放作为营养可利用度的主要指标。然而，尽管对胃肠道消化的理解取得了显著进展，该框架仍不足以解释结构迥异的食物体系之间观察到的显著生物功效差异。越来越多的证据表明，消化率并不等同于吸收率，也无法可靠地预测代谢利用度或生理效应，对于嵌入复杂食物基质中的生物活性蛋白质和脂质尤其如此。

当前方法的一个关键局限性在于其隐含的假设，即可溶性消化产物的生成必然保证其被有效摄取。实际上，消化仅代表一个预备阶段，产生具有吸收潜力的分子物种，而肠道摄取则代表一种独特的选择性转变，其对整体生物利用度的相对贡献取决于食物基质、分子物种和生理环境。从食品化学角度看，这一区分至关重要：生物可及性（释放到胃肠道环境中的化合物比例）并不必然转化为生物利用度，因为它未考虑这些化合物与肠道转运机制的物理化学兼容性。因此，传统的"组成→消化→可利用度"序列必须重新考量，以纳入肠吸收的选择性和高度调控特性。

肠吸收是一个复杂的、对结构敏感的进程，受分子性质与生物系统之间相互作用的调控。肠上皮组织充当一个动态且具有选择性的屏障，其中的转运由特定载体、膜分配现象和胞内加工通路介导。对于蛋白质而言，只有消化衍生肽的一个子集（主要是二肽和三肽）能够经由载体介导的系统被高效转运，而较大的肽链可能面临空间位阻和构象限制，从而阻碍其摄取。对于脂质而言，吸收关键性地依赖于混合胶束的形成，这一过程内在关联于脂质的分子结构、界面组织和乳化组分的存在。这些机制不仅是生理性的，而且深深植根于食物体系的化学和结构性质之中，强化了从食品化学视角分析吸收的必要性。

这一视角的核心在于认识到，蛋白质和脂质并非以孤立实体被摄入，而是作为层级化组织基质的组成部分被摄入，其中超分子相互作用、相行为和界面现象决定了它们的消化命运。蛋白质聚集、折叠状态以及与多糖的相互作用可调节酶可及性和肽的释放，而脂质液滴的大小、结晶度和界面组成则影响脂肪酶活性和胶束形成。此外，蛋白质–脂质相互作用可能增强或阻碍脂质溶解，从而影响后续的吸收效率。这些结构决定因素超越了消化，影响着营养素以何种物理化学形式到达肠上皮组织，并最终决定其跨越上皮的能力。

尽管这些联系已得到确立，但当前研究仍呈碎片化状态，常将食物结构、消化和吸收视为独立领域。这种缺乏整合代表了一个重大的科学空白，尤其在设计具有可预测生物功效的功能性食品方面尤为突出。若缺乏将分子组织与肠道转运及代谢命运相连接的机制框架，便难以合理阐释为何成分概况相似的食物会表现出相悖的生理效应。解决这一空白需要从还原论模型转向对整个消化–吸收–代谢连续统中结构–功能关系的整合性理解。

现有方法已成功建立了食物基质组织、消化率、营养释放和营养质量之间的关系。然而，这些概念往往止步于生物可及性，或将生物利用度视为消化的下游结果，而未明确区分上皮摄取、系统暴露和代谢利用。SDAM-B框架的独特贡献并非简单地将顺序生理阶段叠加，而是将多尺度结构特性与从消化到生物效应的逐级转变效率之间的机制性联系建立起来。就这一点而言，SDAM-B提供了一个结构导向的框架，可在消化、肠道转运、系统可利用度、代谢或生物利用等任一环节识别损失或限制，而非仅从消化率加以推断。

为回应这一需求，本研究提出了一个结构化整合框架，称为SDAM-B（Structure–Digestion–Absorption–Metabolism–Bioefficacy，结构–消化–吸收–代谢–生物功效），它将营养功能重新概念化为一个连续且相互依赖的过程。在该框架内，食物结构定义了生物活性化合物的初始物理化学状态，消化将该结构转化为具有吸收潜力的物种，肠吸收则代表一个主要的选择性转变，调控生物可及化合物向体循环的转移。后续的代谢过程决定其生化命运，最终表现为可测量的生理效应。通过明确地将肠吸收纳入作为独立且可定量评估的转变，SDAM-B模型将分析焦点从营养释放的程度转向营养摄取的效率与选择性。

这一概念转变与食品化学中新兴的前沿领域相契合，包括先进体外肠道模型的应用、用于追踪被吸收物种的代谢组学和脂质组学，以及使用预测性计算工具将分子描述符与吸收效率相关联。此外，新兴的食物结构设计领域，涵盖纳米包封、工程乳液和控释体系，凸显了通过刻意调控物理化学性质来调节吸收的潜力。这些进展共同强调了一种新范式，即食物系统的化学结构和组织不仅被理解为消化的决定因素，更是肠转运乃至生物功效的关键调节因子。

在此背景下，肠吸收代表了连接生物可及性与系统可利用度的重要机制转变，处于更宏观的结构–消化–吸收–代谢–生物功效连续统之中。明确整合这一转变对于推进食品化学的预测能力和实现下一代具有优化营养与功能性能食品的理性设计至关重要。

# 2. 文献检索策略

文献检索旨在确保对食品化学、消化与肠吸收交叉领域研究进行全面且具有机制相关性的覆盖。系统检索了主要科学数据库，包括Scopus、Web of Science和PubMed，以获取跨多学科的高影响力、经同行评审的研究成果。检索策略采用目标描述词与布尔运算符的组合，整合关键词如"food"等。

# 3. SDAM-B框架：概念创新与机制整合

SDAM-B框架（Structure–Digestion–Absorption–Metabolism–Bioefficacy，结构–消化–吸收–代谢–生物功效）被提出作为传统食物结构–消化和食物基质–生物利用度概念的机制性延伸。其创新之处不在于将这些生理阶段表征为线性序列，而在于明确地将不同组织层级的结构描述符与消化、上皮摄取、系统可利用度、代谢转化之间的可测量转变相连接。

# 4. 决定消化和吸收的结构因素

在SDAM-B框架内，食物系统的组织结构作为消化转化与后续肠吸收的主要决定因素显现出来，并与组成、加工、分子和生理因素共同发挥作用。从食品化学角度而言，蛋白质和脂质不仅是化学实体，而是复杂、动态架构的组分组分，其物理化学性质决定了它们与消化酶的相互作用及其转化方式。

# 5. 肠吸收的机制洞见

肠吸收代表了连接消化转化与系统可利用度及生物功效的关键机制界面。在食品化学的语境下，该过程必须被理解为不仅是一种生理现象，更是一种依赖于结构的事件，由消化产物的分子特征及其与肠上皮组织的相互作用所调控（图2）。肠细胞（enterocyte）充当一个高度专门化和选择性的界面，其中……

# 6. SDAM-B框架下不同生物活性来源的比较分析

将SDAM-B框架应用于不同生物活性来源，为理解内禀结构特征如何调控消化、肠吸收并最终决定生物功效提供了机制基础。从食品化学角度而言，动物、植物、微藻、真菌和微生物系统之间观察到的变异性不仅是成分层面的，而且从根本上是结构和组织层面的，影响着每一个阶段。

# 7. 增强吸收和生物功效的策略

在SDAM-B框架内，增强营养素生物功效的策略必须被构想为结构驱动的干预措施，作用于消化–吸收连续统，特别强调优化肠道摄取。从食品化学角度而言，提高生物利用度不仅仅是增加营养成分的问题，而是工程化设计蛋白质和脂质被转化、溶解和转运的物理化学环境。食品科学方面的进步……

# 8. 分析与预测方法

推进SDAM-B框架下对营养生物功效的理解需要稳健的分析和预测工具，能够捕捉消化、肠吸收和代谢转化的复杂性。传统的食品化学方法通常以成分分析和静态消化测定为中心，不足以解析决定生物利用度的动态和结构依赖过程。因此，出现了一种范式转变……

# 9. 关键空白与未来方向

尽管在理解食物结构、消化与营养生物利用度之间关系方面取得了显著进展，但仍有关键空白限制了食品化学从描述性科学向预测性科学的转变。在SDAM-B框架中，这些局限性在消化与肠吸收的界面尤为明显，缺乏机制整合和方法学一致性限制了生物功效的准确预测。

# 10. 结论

本研究通过认识到食物结构是生物功效的主要决定因素，其跨越并贯穿于整个消化–吸收–代谢连续统发挥作用，推进了营养功能的概念与机制性解释。从食品化学角度而言，蛋白质和脂质不仅应从其化学成分角度来理解，更应作为嵌入复杂基质中的结构化实体来理解，其物理化学性质决定了它们……

# CRediT作者贡献声明

- **Clitor Junior Fernandes de Souza**：撰写 – 初稿；方法论；调查；形式分析；概念化。
- **Caciane Peinhopf Mega**：撰写 – 初稿；调查；形式分析；数据整理。
- **Guilherme Zuse Borges**：方法论；调查；概念化。
- **Anderson Aquino Leiria**：形式分析；数据整理；概念化。
- **Volmir Kist**：撰写 – 初稿；方法论；调查。
- **Mario Geraldo de Carvalho**：验证；监督；项目管理。

# AI使用说明

人工智能（AI）生成的图像工具仅用于创建说明性图表。所有科学内容、实验设计、数据分析、结果解释以及稿件撰写均由作者完成。作者对所有AI生成的图像进行了审核和验证，并对所发布作品的准确性和完整性承担全部责任。

# 利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

# 致谢

感谢圣卡塔琳娜州研究与创新基金会（Funda??o de Amparo à Pesquisa e Inova??o do Estado de Santa Catarina – FAPESC），通过提案征集公告CP 29/2025提供支持。