本期介绍南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室聂少平教授团队（第一作者：胡婕伦）发表在《中国食品学报》第23卷第7期特约专栏（2022中国食品科技十大进展）上的文章《全自动模拟人体胃肠道消化酵解装置创制》。
“健康中国2030”已成为国家战略，发展食物营养健康产业，对提高国民营养健康水平意义重大。食物在人体内发挥的营养功能很大程度上取决于其经人体消化酵解的过程及产物。由于人体体内研究的道德伦理限制，体外模拟人体胃肠道消化酵解成为食物营养功能研究的关键技术问题。本创制成果将人体胃肠道消化酵解原理、全方位模拟与人工智能相结合，针对口腔到胃、小肠、大肠的人体胃肠道生理环境特点，确立模拟装置构建的依据；自主设计完成消化/发酵罐、胃肠排空装置、消化液分泌装置、吸收装置等核心模拟部件，建立胃肠道消化酵解吸收的核心模拟技术；构建胃肠道任意部位的模拟、取样、监测、预警的AI智能系统，结合集控装置实现全自动仿真模拟消化酵解吸收过程，突破了智能化控制技术瓶颈。基于上述关键技术，实现口腔-胃-小肠-大肠的全过程模拟，并可对动物或临床试验结果进行系统验证。基于该装置，建立不同食物营养组分胃肠道消化代谢评价技术体系，发掘不同食物营养组分胃肠道消化代谢方式，实现了系列产品最优配方的构建，促进系列健康新产品研发并实现产业化，助力“健康中国2030”国家战略，并入选2022年度中国食品科技十大进展。
1. 全自动模拟人体胃肠道消化酵解装置的关键技术特点
1）本装置将人体胃肠道消化酵解原理、全方位模拟与人工智能相结合，针对口腔到胃、小肠、大肠的人体胃肠道生理环境特点，确定动态模拟装置构建的依据，自主设计完成消化/发酵罐、胃肠排空装置、消化液分泌装置、吸收装置等核心模拟部件。
2）突破了口腔咀嚼、胃酸分泌、胃部蠕动、胃部排空、小肠蠕动、小肠吸收、小肠排空、胆汁分泌、肠液分泌、大肠蠕动等模拟过程的技术瓶颈，建立了胃肠道消化酵解吸收的核心模拟技术。例如，结合双层夹空设计与智能控温系统，使得消化罐中的消化模拟过程更贴近人体温度，同时结合弧形与气动排空设计，实现胃肠排空率99.7%，最大限度地实现零残留和在固定消化部位的恒温消化。
3）构建了胃肠道任意部位的取样、监测、预警的AI智能系统，实现在任何消化酵解时刻均能准确收集各个部位的消化、酵解、吸收产物，并能全自动低温保藏所有消化、酵解、吸收产物。采用AI智能化芯片和集控装置完成全自动仿真模拟消化酵解吸收过程，突破智能化控制技术瓶颈。
基于上述关键技术构建的全自动模拟人体胃肠道消化酵解装置，实现了口腔－胃－小肠－大肠一体化的智能模拟，可完全智能化模拟人体胃肠道消化、酵解、吸收全过程。图4为全自动模拟人体胃肠道系统装置实物图。
2. 解决的主要问题
1）最大限度地模拟人体胃肠道生理环境并系统解析食物的消化酵解过程，全面分析食物营养组分在人体胃肠道消化酵解吸收途径，并对动物/临床试验结果进行体外验证。
2）结合动物体内/临床试验形成不同食物营养组分消化酵解吸收途径的体内、外评价体系，为不同食物营养组分消化酵解吸收提供研究模型，并对食物营养组分功能研究提供数据支持。
3）分析不同食物营养组分在胃肠道中的相互作用及其健康效应，为不同食物营养组分间的互作机制研究提供模型，并为优化膳食结构提供基础数据支持。
4）解析不同配方下的食品在胃肠道消化酵解吸收过程中的变化、其产生的代谢产物及其相关效应，并系统评价不同食品在胃肠道消化酵解吸收过程中的健康效应，助力系列健康产品的开发。
3. 实际应用
1）基于构建的全自动模拟人体胃肠道消化酵解装置，建立了不同营养组分（如食源性多糖、蛋白等）的消化酵解吸收途径研究体系，系统研究了不同食源性多糖、蛋白在人体胃肠道消化酵解吸收途径及在胃肠道中发挥的效应，发现了不同食源性多糖、蛋白等体内消化酵解与代谢途径规律，成功助力开发出富含多糖、蛋白等的健康产品。
2）建立了不同食品（如婴幼儿配方奶粉、控糖粥、杂粮粥等）消化、酵解与吸收评价体系，发掘了不同食品中营养成分的胃肠道消化酵解吸收方式，解析了不同营养成分在胃肠道中的相互作用及其健康效应，实现了系列食品最优配方的构建并成功推向市场。
3）全面解析了“食药同源”食材（如猴头菇、燕麦、茯苓等）中的活性组分在胃肠道消化酵解吸收过程中的变化，其产生的代谢产物及其作用机制，阐明了不同“食药同源”食材在胃肠道中发挥的健康效应，完成了改善胃肠道功能系列健康新产品研发并实现产业化。
4. 展望
聚焦“人体胃肠道消化酵解智能化模拟”，本创制成果针对口腔、胃、小肠、大肠的人体胃肠道生理环境特点，创制了全自动模拟人体胃肠道消化酵解装置，实现了口腔-胃-小肠-大肠的全自动仿真模拟。未来可进一步形成针对不同人群特点、不同食物特性的系列胃肠道消化酵解模拟装置。推广和扩大该装置的应用范畴，促进减少或替代传统方法上的采用动物实验进行食物/营养组分/产品胃肠道消化酵解途径及健康效应的研究，积极响应国家对于实验动物“减少、替代、优化”的原则要求。基于该模拟装置加大对不同食物营养组分在机体内发挥的健康效应研究及安全性评价，为开发系列营养健康食品提供技术支持，助力“健康中国2030”国家战略。
