弛豫率用于蛋白质消化研究：功能性食品的个性化营养新视角

背景

随着功能性食品的兴起，食品科学家和营养学家开发了一系列特定健康益处的食品，如降糖低GI，改善体重或皮肤管理等。而对于其中一个重要功能：个性化营养，开发能够根据个体需求提供最佳营养吸收的食品变得尤为重要，需要深入理解蛋白质在人体消化系统中的行为，包括其在胃中的消化过程。

人工胃液通常被用来在体外模拟胃中的消化环境，药典建议“取稀盐酸16.4ml，加水约800ml与胃蛋白酶1Og，摇匀后，加水稀释成1000ml，即得”^[1]。而在食品和营养学科，人工胃液要求更接近现实，比如采用仿生模拟装置，或者模拟胃液的组成^[2]，除了HCl和胃蛋白酶，还包括其他成分，如胃粘液或食物基质，以更准确地模拟胃中的消化环境。

同时，在一些消化过程研究中，比如在蛋白中加入外源物质^[3]，或是构建复合水凝胶包埋体系^[4]，低场核磁技术已用于解释被消化物质不同类型的水分子（如自由水、弱结合水和结合水）具有不同的弛豫特性，即为食品中水分的分布及其迁移特性的经典研究。

弛豫率在蛋白消化中的新应用

与造影剂的弛豫率原理类似，人工胃液弛豫率也是受到样品中水质子的化学环境和物理动态的影响，主要为蛋白质与水分子的相互作用，以及pH值对水质子动力学的影响。本实验通过测量弛豫率（R1和R2），并找出蛋白质浓度、氢离子浓度（pH值的反映）与其之间的相关性，可以建立数学模型，预测蛋白质在不同pH值（胃酸环境）下的消化程度。

实验过程：

1、制备样品。制备两种浓度的乳清蛋白分离物（Whey Protein Isolated, WPI）凝胶，分别为15wt%和20wt%，放入标准配方的模拟胃液（pH=1.5，37℃）。

2、数据采集。选取采集时间（消化开始前t=0min，30min内每隔5min,30min-120min内每隔30min），使用pH计测量样品的pH值，使用BCA蛋白定量试剂盒测定蛋白质浓度。弛豫率测试方法：使用CPMG序列测量T₂弛豫时间，CWFP序列^[5]测量T₁弛豫时间，从而得到R₂=1/T₂，R₁=1/T₁。

实验结果：

使用统计软件进行线性回归分析，建立R₁和R₂与蛋白质浓度和pH值[H+]之间的经验方程。

    R₂ = 0.46 + 0.05 · c__protein − 1.31 · c__protein·[H+] (R² = 0.99)

    R₁ = 0.41 + 0.006 · c__protein − 0.02 · c__protein·[H+] (R² = 0.96)

总结 

本文描述了一种新的方法，在针对消化功能异常（如胃酸分泌不足或过量）的人群开发功能性食品时，通过弛豫率、蛋白质浓度、pH值的经验方程，可实现个性化服用或配方定制，达到精准营养的目的。

如您对以上应用感兴趣，欢迎咨询：15618820062 

参考资料

[1] 中华人民共和国药典，2020年版，四部，0921崩解时限检查法，附注.

[2] Deng, R., Seimys, A., Mars, M., Janssen, A. E. M., & Smeets, P. A. M. (2022). Monitoring pH and whey protein digestion by TD-NMR and MRI in a novel semi-dynamic in vitro gastric simulator (MR-GAS). Food Hydrocolloids, 125, 107393.

[3] 刘晓艳，叶月华，白卫东，等. 外源物质对低盐罗非鱼糜蛋白构象及体外消化特性的影响 [J]. 食品工业科技，2024，45（1）：80−87.

[4] 刘治芹, 陈俊亮, 任广跃, 等. 基于明胶/六偏磷酸钠/谷氨酰胺转氨酶复合水凝胶包埋体系的构建及作用机理[J]. 食品科学, 2023, 44(16): 81-90.

[5] Fabíola Manhas Verbi Pereira, Sérgio Bertelli Pflanzer, Thaísa Gomig, Carolina Lugnani Gomes, Pedro Eduardo de Felício, Luiz Alberto Colnago,Fast determination of beef quality parameters with time-domain nuclear magnetic resonance spectroscopy and chemometrics,Talanta,Volume 108,2013,Pages 88-91,ISSN 0039-9140.