体外仿生消化系统是对人或动物的胃肠道进行仿生模拟的设备,可以作为“前筛选”工具开展相关的科学实验研究,协助理解消化道里的混合、消化和排空等现象。与体内实验相比,体外实验不仅操作简便、重复性好、取样方便、成本低廉,而且无伦理限制。因此,体外仿生消化系统在食品营养学、环境毒理学和药物学等领域应用广泛。此前,陈利丁等人在遵循解剖学原理的基础上,制作出与人胃形态、尺寸和内部褶皱结构类似的仿生硅胶人胃模型,构建了拉绳牵引的体外人胃消化系统(RD-Ⅳ-HSM),并通过荞麦的消化实验对系统的胃排空性能和破碎能力进行了初步评估。RD-Ⅳ-HSM在一定程度上可以重现食物颗粒在胃内的分布和排空行为,但是基于拉绳牵引产生的胃蠕动力对颗粒的破碎能力有限,并且食物的胃排空速度不能定量控制,手工制作的硅胶人胃模型耗时、成本高且重复性较差。鉴于此,本论文的主要研究内容和结论包括:1)考察了 DIVHS的运动参数对单一液体和固体的胃排空行为的影响,结果表明改变系统倾斜角可以显著改变液体和固体的胃排空速率。通过调整DIVHS的运行参数(胃倾斜角度、幽门开合幅度和速度等)着重研究了 300 g牛肉和果汁的混合膳食(150 g牛肉块+150 mL果汁)在DIVHS中的排空行为,结果表明模拟胃消化得到的固、液组分的胃排空趋势都与相关文献体内数据一致。应用幂指数模型分别对固、液组分的胃残留率数据进行拟合,结果显示固体组分在DIVHS中的胃排空速度(k)、半排空时间(t1/2)和排空滞后时间(tlag)分别为0.0154 L/min、74.1 min和36.3 min,与相应体内的0.0149 L/min、75.8 min和40.2 min非常相似。液体组分在DIVHS中的排空特性也和体内数据近似。2)研究了米饭(150 g,湿重)和面条(150 g,湿重)在DIVHS中的消化和胃排空特性,数据结果显示胃消化120 min后,较大米饭颗粒(>2 mm)的比例从初始未消化时的67%下降至17%,平均中值粒径从3.7 mm降低至2.1 mm。该结果表明DIVHS对食物固体颗粒具有较强的破碎能力。此外,米饭模拟消化期间胃排空残留率的幂指数模型拟合结果以及胃内容物的pH变化趋势亦与体内文献报道相近。面条的胃排空特性与米饭近似,且与体内相关文献结果相近。3)简化已有的消化液模拟配制方式,并通过静态体外消化的方法研究两种方法配制的消化液对淀粉和酪蛋白消化的影响。结果表明简化后的方法更省时力、方便储存和配制,而且能够达到一般静态体外消化的实验目的。以上结果表明通过调整和优化系统运行参数,可以获得与体内一致的胃排空结果,证明了 DIVHS具有良好的可控性,一定程度上可有效模拟食物在人胃内的混合、破碎、消化和排空行为。