《Foods》：Effects of Konjac Glucomannan and Inulin on the Gel Properties, Swallowing Characteristics, and In Vitro Digestion of Heat-Induced Silver Carp–Sea Cucumber Composite Gels for Dysphagia
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摘要专业翻译
本研究以鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）和海参（Apostichopus japonicus）为主要蛋白质来源，分别添加浓度为0%、0.5%、1.0%和1.5%的魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，K
摘要专业翻译
本研究以鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）和海参（Apostichopus japonicus）为主要蛋白质来源，分别添加浓度为0%、0.5%、1.0%和1.5%的魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）或菊粉（inulin，INU），系统评价了所得复合凝胶的凝胶特性、质构特性、流变学行为及体外消化性能。研究人员在模拟成人和老年人生理条件下，系统考察了复合凝胶的胃肠消化行为、结构变化及功能特性，以阐明不同生理阶段对其消化命运的影响。结果表明，KGM或INU的掺入改变了凝胶网络内的氢键及蛋白质-多糖相互作用，从而调控了复合凝胶的结构完整性和流变学特性。依据国际吞咽障碍饮食标准化倡议（International Dysphagia Diet Standardization Initiative，IDDSI）框架，KGM/INU改良凝胶成功通过了规定测试，被划分为第4级（糊状/极度浓稠）和第6级（柔软且一口大小）食品，证实其适用于吞咽障碍管理。与对照组相比，0.5% KGM组表现出最理想的质构特征，其硬度、咀嚼性和黏附性显著降低，内聚性显著升高（p < 0.05）；而1.0% INU组在凝胶强度和黏弹性方面增强最为显著，表现为最高的储能模量（G′）和损耗模量（G″）（p < 0.05）。此外，成人和老年人体外消化模型均显示复合凝胶发生了广泛蛋白质水解，伴随蛋白质聚集减少、食糜微观结构疏松以及抗氧化能力增强。值得注意的是，老年模型通常表现出高于成人模型的消化率，同时伴随更多的游离氨基酸和抗氧化成分释放（p < 0.05）。总体而言，上述发现表明KGM/INU改良复合凝胶作为质构改良食品具有广阔的应用潜力，而两种体外生理模型为评估其消化相关特性提供了有价值的平台。因此，KGM/INU改良复合凝胶为开发适用于存在吞咽障碍的老年人以及需要安全、易消化膳食选择的成年人的质构改良型、营养强化食品提供了有前景的载体。
论文解读文章
一、研究背景与意义
随着全球人口老龄化进程加速，吞咽障碍（dysphagia）已成为老年人群中高发的健康问题，严重影响患者的营养状况和生活质量。吞咽是一个涉及神经、肌肉、化学和物理反射机制高度协调的生理过程，任一环节的功能障碍都可能导致口咽期吞咽困难，表现为咀嚼功能受损、咽部吞咽受阻以及进食和饮水时呛咳和误吸风险增加。目前，吞咽障碍患者普遍依赖质构改良饮食（如糊状食品和增稠液体）来降低误吸风险并保障营养摄入，但传统改良食品往往因外观不佳而抑制食欲，降低饮食依从性。相比之下，凝胶基质食品因其诱人的外观和可调的质构特性，在激发食欲方面具有显著优势。
在蛋白质-多糖复合体系基础上开发软质食品已成为吞咽障碍膳食领域的研究热点。鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）肉质细嫩、蛋白质含量高且富含赖氨酸和谷氨酸，是优质淡水鱼糜原料；海参（Apostichopus japonicus）体壁富含维生素、矿物质、氨基酸及多种生物活性物质，具有抗炎、抗肿瘤和免疫增强等生理活性。然而，海参固有的坚韧质构使其不适合吞咽障碍人群直接食用，而加工过程中产生的小规格或破损形态的低值即食海参虽营养完整但商业价值较低。因此，基于氨基酸互补、质构改良和低值原料利用等多重优势，开发鲢鱼-海参复合凝胶具有重要的研究价值和应用前景。
二、研究目的
本研究旨在开发含有不同浓度KGM和INU的热诱导鲢鱼-海参复合凝胶，系统考察其作为吞咽障碍人群食品的可行性，阐明KGM和INU对复合凝胶质构特性和营养特性的调控机制，为合理设计兼具健康功能和适宜质构的新型软凝胶食品提供理论依据。
三、主要技术方法
研究人员采用多维度表征手段开展研究，主要包括：质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）测定凝胶质构特性；色差仪测定颜色参数；流变仪进行振荡应变扫描、频率扫描和稳态剪切黏度测定；依据IDDSI框架（2.0版，2019年）进行叉子滴落测试、叉子按压测试和勺子倾斜测试；化学力测定法分析离子键、氢键、疏水相互作用和二硫键的贡献；衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）表征分子间相互作用。体外消化实验采用成人消化模型和老年消化模型两种模拟体系，前者胃蛋白酶浓度为2000 U/mL、胰蛋白酶浓度为100 U/mL，后者分别降至1500 U/mL和50 U/mL，并调整胃内pH和消化时间以模拟老年人生理条件。消化产物分析采用氨基酸分析仪测定氨基酸组成、原子力显微镜（atomic force microscopy，AFM）观察微观结构，并通过DPPH自由基清除活性、ABTS自由基清除活性、铁还原能力和金属螯合能力四种方法评价抗氧化活性。样本来源为大连市水产市场的新鲜鲢鱼（n = 30，体重1.5–2.0 kg）和大连菜神岛有限公司的即食海参（n = 55，体重150–180 g）。
四、研究结果
4.1 质构特性分析
KGM的掺入显著降低了凝胶硬度（p < 0.05），对照组硬度最高（0.333 ± 0.047 N），1.0% KGM组最低（0.036 ± 0.004 N），而INU对硬度无显著影响。KGM处理组因凝胶过软导致弹性无法检测。KGM和1.0% INU分别使内聚性较对照组（0.493 ± 0.087）提高约46.52%和4.06%。值得注意的是，KGM处理组的咀嚼性显著高于对照组，主要由内聚性大幅增加所致。KGM和INU均降低了凝胶黏附性，其中1.5% KGM处理产生显著降低效果。
4.2 颜色特性分析
KGM掺入显著降低了复合凝胶的a*、b*和L*值，0.5% KGM组的L*值较对照组降低27.79%，b*值由正转负，呈现偏蓝色调。INU掺入也显著降低了a*和L*值，但变化幅度小于KGM；INU显著提高了复合凝胶的白度指数，平均较对照组提高5.32%。
4.3 流变学特性分析
所有配方均表现出假塑性剪切稀化行为。在固定剪切速率1 s?1下，KGM将表观黏度从对照组的81.6586 Pa·s显著提升至0.5%、1.0%和1.5%组的184.514、139.304和138.332 Pa·s；INU则将黏度分别降至55.1498、63.4943和39.0717 Pa·s。所有复合凝胶的G′均高于G″，表明体系以弹性为主导，呈固态凝胶特性。INU样品在相同添加量下表现出显著高于KGM样品的G′值。
4.4 IDDSI分级评价
叉子滴落测试显示，不含KGM的样品牢固保持在叉齿上，无可见滴落；含KGM配方缓慢通过叉齿并在叉下形成短尾，符合第4级（糊状/极度浓稠）标准。勺子倾斜测试中，KGM样品在倾斜勺面上保持完整并显示较强黏附性；对照组和INU样品保持成型形状但黏附性较低。叉子按压测试中，所有含KGM凝胶在最小压力下即可轻易压缩变形，无结块残留，符合第4级分类；对照组和INU凝胶需较大压力才能破碎且压缩后不恢复原状，符合第6级（柔软且一口大小）标准。
4.5 化学作用力分析
氢键和疏水相互作用是凝胶网络稳定的主要作用力。KGM掺入显著增加了氢键含量（p < 0.05），离子键含量随KGM浓度增加先降后升，疏水相互作用呈先降后升的双相模式，二硫键含量显著增加（p < 0.05）。INU掺入对离子键无显著影响，氢键含量略有增加但不显著，疏水相互作用显著低于对照组（p < 0.05），二硫键含量在0.5% INU时达到最高值后随浓度增加而下降。
4.6 FTIR分析
所有样品在约3400 cm?1处呈现宽而强的吸收带，归属为O–H伸缩振动。随着KGM/INU浓度从0%增至1.5%，3427.85 cm?1处的峰位分别移至3413.87、3395.07、3423.99、3401.82、3414.35和3414.87 cm?1，1576.52 cm?1处的峰位移至1582.31、1585.20、1582.31、1589.06、1586.65和1585.20 cm?1。960.38 cm?1处C–O/C–C耦合振动带出现展宽，证实KGM/INU与蛋白质-多糖弱凝胶基质间存在氢键相互作用。
4.7 体外消化率分析
在成人模型中，三个KGM组及0.5% INU和1.5% INU组的胃消化率显著高于其他配方（p < 0.05），对照组（16.23 ± 3.61%）和1.0% INU组（17.05 ± 3.81%）胃消化率较低。1.5% INU组的肠消化率显著高于其他组（p < 0.05），所有复合凝胶在成人模型中的肠消化率均超过90%。在老年模型中，0.5% KGM和1.0% KGM组的胃消化率显著高于其他样品（p < 0.05），对照组肠消化率高于所有KGM/INU补充凝胶。两种模型中所有复合凝胶的总消化率均超过90%。
4.8 消化产物FTIR分析
胃肠消化后，2800–3100 cm?1区域的C–H振动峰形和强度无明显变化，表明脂肪族结构在消化过程中相对稳定。消化后在1350–1450 cm?1出现新的C–N吸收峰，表明胃蛋白酶的活性位点作用于C–N键；1066 cm?1处C–C吸收峰减弱，表明胰蛋白酶作用于C–C键位点，部分肽链进一步降解为氨基酸。
4.9 氨基酸组成分析
成人模型中，对照组总氨基酸（TAA）含量为47.30 mg/100 g，赖氨酸最为丰富（4.39 mg/100 g），蛋氨酸含量最低（1.27 mg/100 g），谷氨酸含量最高（7.26 mg/100 g）。KGM和INU补充后TAA含量排序为：1.0% KGM > 0.5% KGM > 1.5% KGM > 1.5% INU > 0.5% INU > 1.0% INU。老年模型中，1.5% KGM组TAA含量最高（56.70 mg/100 g），且同一配方在老年模型中的氨基酸释放量普遍高于成人模型。1.0% INU组在两种模型中的TAA含量均下降，可能与蛋白质-多糖复合物的形成阻碍胃蛋白酶结合有关。
4.10 消化产物微观结构观察
成人模型中，对照组消化产物呈现不规则、异质性分布的蛋白质聚集体；0.5–1.0% KGM和1.5% INU组产生更规则均匀的聚集体。1.5% KGM组的Rq值（2.73 ± 0.85 nm）略高于对照组（2.11 ± 0.54 nm），1.0% INU组Rq值显著升高至4.49 ± 0.05 nm。老年模型中，1.0%和1.5% KGM组的Rq值分别降至0.30 ± 0.13 nm和0.74 ± 0.28 nm，均显著低于对照组（2.76 ± 0.71 nm）；0.5%和1.0% INU组Rq值分别为2.63 ± 1.18 nm和1.49 ± 0.54 nm，而1.5% INU组显著升高至4.12 ± 0.06 nm。
4.11 抗氧化活性分析
DPPH自由基清除活性方面，成人模型胃消化阶段1.0% KGM（72.54 ± 0.22%）和1.5% KGM（74.40 ± 0.85%）组显著高于其他配方；肠消化阶段1.5% INU组最高（67.44 ± 1.23%）。老年模型中0.5% INU组在胃消化阶段（62.80 ± 0.77%）和肠消化阶段（55.84 ± 1.22%）均表现出最高清除率。ABTS自由基清除活性方面，成人模型胃消化阶段0.5% INU组最高（81.84 ± 0.30%）；肠消化阶段KGM组（0.5–1.5%）均显著高于其他组，清除率约为92.24–92.41%；老年模型肠消化阶段1.5% KGM组最高（92.53 ± 0.08%）。铁还原能力方面，成人模型胃消化阶段0.5% INU组FRAP值最高（3.80 ± 0.07 mmol TE/g）；肠消化阶段1.5% KGM组最高（8.04 ± 0.29 mmol TE/g），较对照组提高1.32倍。金属螯合能力方面，成人模型胃消化阶段1.0% INU（36.46 ± 0.82%）和1.5% INU（37.52 ± 0.59%）组显著高于其他配方；老年模型胃消化阶段对照组最高（53.63 ± 0.41%）；老年模型肠消化阶段1.0% KGM（58.48 ± 0.16%）和1.5% KGM（57.95 ± 0.09%）组显著高于其他处理，较对照组分别提高2.54倍和2.52倍。
五、讨论与结论
本研究表明，KGM和INU的掺入有效调控了复合蛋白凝胶中的分子间作用力，其中氢键和疏水相互作用得到显著增强。在维持弹性主导凝胶网络的同时，添加这些亲水胶体显著降低了凝胶硬度并提高了内聚性，有利于形成可安全吞咽的食团，更适应吞咽障碍人群的口腔加工需求。KGM补充使凝胶颜色变暗并增加食物残留在勺子上的保留量，可能增加误吸风险；INU添加则使复合凝胶外观更明亮并减少勺子残留，可能降低误吸可能性。依据IDDSI框架，含KGM改良复合凝胶被划分为第4级（糊状/极度浓稠）食品，不含KGM的INU配方凝胶被划分为第6级（柔软且一口大小）食品，均表现出良好的吞咽适宜性。成人和老年人模拟胃肠条件下的系统消化评价显示，所有复合凝胶均发生广泛水解，伴随蛋白质聚集减少、食糜微观结构疏松和抗氧化能力增强，表明消化过程高效且对两种年龄特异性消化模型所代表的生理特征具有响应性。消化产物含有七种必需氨基酸，其中赖氨酸和谷氨酸含量尤为丰富。此外，消化产物表现出显著增强的DPPH-RSA、ABTS-RSA、FRAP和MCA活性，这可能归因于蛋白水解过程中寡肽、芳香族氨基酸和疏水性残基的生成与释放。
本研究为吞咽障碍人群食品设计提供了全面的表征和理论依据，阐明了KGM/INU改良复合凝胶的凝胶特性、吞咽适宜性和消化行为，为未来开发面向吞咽障碍人群的质构改良型、营养强化膳食产品奠定了基础。需要指出的是，本研究仅局限于模拟胃肠消化，未评估吞咽障碍老年人群中的营养吸收和吞咽表现，这是本研究的重要局限性，未来需要通过体内和人体研究加以验证。
