微藻添加对无麸质松饼经模拟咀嚼及成人与老年人消化后营养素消化率及抗氧化活性的影响

《Food & Function》：Effects of microalgae incorporation on nutrient digestibility and antioxidant activity of gluten-free muffins after simulated chewing and digestion in adults and older adults

　　

本研究旨在评估微藻（螺旋藻Spirulina platensis与小球藻Chlorella vulgaris）的添加、咀嚼条件及消化模型（成人vs老年人）对无麸质松饼碳水化合物与蛋白质消化率、总酚含量及抗氧化活性的影响，所用体外食团（bolus）由流变仪通过压缩–剪切–解压缩过程制备。研究人员配制了含微藻与不含微藻的无麸质松饼，并表征其化学与力学特性。体外食团分别按正常咀嚼（normal chewing, NC）与咀嚼功能缺陷（deficient chewing, DC）制备，测定其粒度分布与力学性质。采用INFOGEST标准化方案模拟成人口腔胃肠消化（adult digestion, AD）与老年口腔胃肠消化（older adult digestion, OD）。结果表明：流变仪可可靠模拟体外食团形成，能较好复现体内条件；微藻添加提高了蛋白质、灰分和膳食纤维含量，降低碳水化合物含量，增加硬度、降低内聚性（cohesiveness）；微藻还可提高蛋白质消化率、降低淀粉消化率，并提升总酚含量（total phenolic content, TPC）与抗氧化活性（DPPH自由基清除能力、FRAP铁还原抗氧化力、ABTS自由基清除能力）；此外，咀嚼不充分（DC）降低淀粉消化率但促进酚类化合物的释放，而老年人消化模型降低蛋白质与淀粉消化率，同时增加总酚释放与抗氧化活性。本研究强调咀嚼方式与年龄相关的消化改变对淀粉和蛋白质消化率及酚类物质与抗氧化活性具有决定性影响。

论文解读：微藻添加对无麸质松饼经模拟咀嚼及成人与老年人消化后营养素消化率及抗氧化活性的影响

该研究针对当前市售无麸质（gluten-free, GF）焙烤食品普遍存在碳水含量偏高、蛋白质、膳食纤维及微量营养素偏低等营养缺陷，提出以螺旋藻（Spirulina platensis，占75%）与小球藻（Chlorella vulgaris，占12.5%）混合微藻粉部分替代鹰嘴豆粉与大米粉以改善营养品质，并借助流变仪压缩–剪切–解压缩循环模拟体外咀嚼（in vitro bolus formation），结合INFOGEST标准体外口腔–胃–肠消化（in vitro oro-gastrointestinal digestion）模型，分别模拟成人（adult digestion, AD）与老年人（older adult digestion, OD，≥65岁）消化环境，系统考察微藻添加、不同咀嚼条件（正常咀嚼 normal chewing, NC；咀嚼功能缺陷 deficient chewing, DC）及消化模型对无麸质松饼蛋白质与淀粉相对消化率、总酚含量（total phenolic content, TPC）及抗氧化活性（DPPH、FRAP、ABTS法）的影响。论文发表于《Food & Function》（Food Funct.）。

主要关键技术方法：

研究人员以鸡蛋、糖、牛奶、鹰嘴豆粉、大米粉、烘焙粉、葵花籽油制备对照组无麸质松饼（M），实验组（MM）以15 g微藻粉（螺旋藻+小球藻+羽衣甘蓝）等质量替代部分面粉。基本营养成分按AOAC法定方法测定（杜马斯法测蛋白、索氏提取脂肪、酶-重量法测膳食纤维等）。质构剖面分析（texture profile analysis, TPA）测定松饼硬度、内聚性、弹性与耐嚼性。采用Kinexus Pro流变仪平板–平板体系，贴3M Transpore?外科胶带模拟舌面，加无α-淀粉酶人工唾液，按预设循环次数与板间距进行压缩–剪切–解压缩模拟NC与DC咀嚼制各体外食团，并以真人志愿者in vivo咀嚼作验证。食团经筛分法测粒度分布取中位粒径d₅₀，并做TPA。按INFOGEST 2014/2019方案模拟AD（胃相120 min，胃蛋白酶2000 U mL^?1，胰酶100 U mL^?1，胆汁盐10 mM）与OD（胃相180 min，胃蛋白酶1200 U mL^?1，胰酶80 U mL^?1，胆汁盐6.7 mM）。消化液分别测：蛋白消化率指标——Bradford法总可溶性蛋白、三氯乙酸（trichloroacetic acid, TCA）溶性肽（A_{280 nm}以L-酪氨酸当量）、TNBS法游离氨基（以L-亮氨酸当量）；淀粉消化率——DNS法还原糖（以D-葡萄糖当量）；TPC——Folin–Ciocalteu法（没食子酸当量）；抗氧化活性——DPPH·清除、FRAP、ABTS^+·清除（均以Trolox当量表示）。数据经单因素/重复测量ANOVA及多因素ANOVA（样本类型S×咀嚼C×消化D）统计分析（p＜0.05显著）。

研究结果：

3.1 Nutritional composition of gluten-free muffins（无麸质松饼营养成分）：

MM较M显著提高蛋白质（11.75 vs 9.65 g/100 g）、灰分与膳食纤维含量，显著降低碳水化合物（39.9 vs 43.3 g/100 g），水分、脂肪、盐分与糖类无显著差异，归因于微藻尤其是螺旋藻本身高蛋白低糖特性。

3.2 Mechanical properties of gluten-free muffins（无麸质松饼力学特性）：

MM硬度（14 vs 8.3 N）与耐嚼性显著高于M，内聚性显著降低（54% vs 62%），弹性无差异，表明微藻蛋白与纤维干扰了GF基质中连续网络形成，使质地更硬、更易碎。

3.3 Programming of the rheometer to produce in vitro boluses and analysis of their granulometric properties（流变仪程序设定及食团粒度特征）：

经in vivo验证确定M-NC 14次循环板间距4–2 mm，MM-NC 17次循环5–3 mm，DC分别放大至6–4 mm与7–5 mm。in vitro NC食团粒度分布及d₅₀（约3.9 mm）与in vivo NC无显著差异，证实流变仪可模拟生理咀嚼破碎；DC食团d₅₀显著增大（M-DC 6.6 mm，MM-DC 5.9 mm），大颗粒比例升高。

3.4 Mechanical properties of gluten-free muffin boluses（食团力学特性）：

无论咀嚼条件，MM食团硬度高于M食团，与原始松饼硬度趋势一致；M食团黏附性高于MM，DC食团黏附性略高于NC；M食团内聚性高于MM，咀嚼条件对内聚性影响不显著。

3.5 Relative digestibility of gluten-free muffins（无麸质松饼相对消化率）：

蛋白质消化：肠段终末MM总可溶性蛋白低于M，但TCA-溶性肽与游离氨基高于M，提示微藻细胞壁被肠道糖苷酶水解后蛋白更易接触蛋白酶，整体蛋白生物可及性改善。NC较DC在肠段产生更高总可溶性蛋白，DC则产生更多游离氨基（大颗粒限制酶解程度，产物偏小分子肽/氨基酸）。OD较AD降低胰酶活性致总可溶性蛋白降低，但更长胃相使OD胃段可溶性蛋白略增。淀粉消化：无论阶段M还原糖高于MM（本身碳水更多），NC高于DC（小颗粒利于胰α-淀粉酶接触），OD较AD降酶活使还原糖生成减少；胃段OD因较高起始pH与延长时间反而略升还原糖溶出。

3.6 Total phenolic content (TPC) during oro-gastrointestinal digestion（消化过程中总酚含量）：

TPC随消化进程升高。MM全程TPC高于M（源自微藻多酚）。DC与OD均使肠段TPC升高：DC大颗粒对酚类起一定屏蔽保护减少降解，OD低酶活限制酚-蛋白复合水解及酚自身降解。胃段AD因较高胃蛋白酶更易打断酚-蛋白键释出酚类，故AD胃段TPC高于OD。

3.7 Antioxidant activity of muffins during oro-gastrointestinal digestion（消化过程中抗氧化活性）：

DPPH、FRAP、ABTS三种方法均显示抗氧化活性随消化增强，肠段MM在DPPH与FRAP高于M（与更高TPC及肽相关），ABTS法差异微小。DC在M中略升抗氧化活性而在MM中略降，关联松饼硬度差异影响破碎与释放。OD肠段ABTS法活性高于AD，与OD更高TPC一致。

讨论与结论总结（Conclusions）：

研究人员得出结论：微藻添加提升了无麸质松饼的蛋白质、灰分与膳食纤维，降低可利用碳水，并使质地变硬、内聚性下降；流变仪压缩–剪切–解压缩法可有效模拟in vivo咀嚼形成体外食团。微藻强化提高了蛋白质相对消化率（肠段肽/氨基释放增多），降低了淀粉消化率（潜在低血糖生成指数益处），并显著提升总酚含量与抗氧化活性。咀嚼不充分（DC）降低淀粉消化率但有利于酚类物质最终释放；老年人消化模型降低蛋白质与淀粉消化率，但最终促进总酚释放并提高抗氧化活性。研究强调了咀嚼机能与增龄性消化变化对宏量营养素消化及生物活性物生物可及性的关键调控作用，为面向特定人群（老年人、乳糜泻患者）开发微藻强化的营养改良型无麸质焙烤食品提供了体外消化学依据。