用于预测体外胃消化过程中pH 与温度对猪源和人源胃蛋白酶活性影响的工具

为何胃内酶对日常饮食很重要

每次进食时，胃中的强效酶就会开始将食物中的蛋白质分解成我们身体可以利用的更小片段。其中最重要的酶之一是胃蛋白酶。食品科学家在实验室测试中常用猪源胃蛋白酶来替代人源酶，假定两者行为大体相同。本研究提出了一个简单但关键的问题：在真实胃内不断变化的条件下——酸度（pH）与温度上下波动——人源与猪源胃蛋白酶真的表现一致吗？我们如何预测它们的行为？

胃内变化的条件如何塑造消化过程

在胃内，pH 和温度远非恒定。喝冷饮会短暂将胃温降低超过10摄氏度，而大量或碱性膳食会在随后慢慢回到更酸性状态之前将胃内pH 提高几个单位。由于胃蛋白酶切割蛋白质的能力强烈依赖酸度和温度，这些波动会加速或减缓消化。直接在人体内追踪这些变化很困难，因此研究者依赖体外模型——在受控条件下模拟消化的玻璃器皿体系。这些模型通常使用猪源胃蛋白酶作为人源酶的替代，但直到现在，科学界仍缺乏一张清晰的图谱来说明当pH 与温度像进食后那样共同变化时，两种酶如何响应。

在多种条件下测量胃蛋白酶的表现

作者从胃液中分离出人源胃蛋白酶，并使用商业化的猪源胃蛋白酶，在37种pH（从非常酸到接近中性）与温度（从冰箱冷到相当热）的组合条件下进行测试。随后，他们利用这些测量建立数学模型，可以预测在任何类似胃内的酸度与温度组合下每种酶的活性。两种酶在接近pH 2 和体温时活性最好，但人源酶在更宽的条件范围内维持活性。在pH 3 和4 时，人源胃蛋白酶仍保有相当的活性，而猪源酶的活性则急剧下降。有趣的是，尽管猪源酶在其最佳条件下更强，但它对pH 的敏感度更高，这意味着当条件不那么理想时，其性能下降得更快。

新预测工具能告诉我们的内容

研究者将这些测量转化为嵌入电子表格的易用方程，创建了一个可让他人估算实验室消化试验中胃蛋白酶活性的方法。他们通过几个案例研究演示了该工具的用途。在模拟半动态的牛奶消化模型中，模拟的人源与猪源胃蛋白酶显示出相似的总体模式，但随着pH 变化，人源酶在更长时间内保持有用活性，导致随时间累积的“曲线下面积”（总活性）更大。该工具还比较了传统的静态消化设置——保持pH 恒定——与逐步酸化的半动态设置，并模拟了年轻人与年长成人之间可能的差异（年长者通常分泌较少胃蛋白酶）。这些示例凸显了同一餐食和相同流程可能因所用酶类型和消化模型不同而产生不同程度的蛋白质分解。

找到能够温和关闭胃蛋白酶的热处理点

在消化实验中，必须在特定时间点终止胃蛋白酶的作用，以便后续测量反映“胃内”发生的情况，而非试管中持续的分解。常用的灭活方法是加热，但过度加热会损害其他食物成分并扭曲结果。本研究仔细测试了多少时间、多高温度的加热能使猪源胃蛋白酶永久失活。在65°C加热长达15分钟只部分降低了其活性，意味着加热后酶仍可能继续起作用。相比之下，在75°C或更高温度下仅加热5分钟就能完全且不可逆地关闭胃蛋白酶。对酶结构的红外光谱分析显示，这些较高温度导致蛋白质发生持久的展开和聚集，与活性丧失相符。

这对食品研究与健康的意义

对非专业读者而言，关键结论是：在考虑现实胃内条件——不断变化的酸度与温度——时，实验室模型中常用的猪源胃蛋白酶并不完全等同于人源酶。新的预测工具可帮助研究者估算消化实验中每一时刻的蛋白质切割能力，并评估其设置是否真实反映人体胃内可能发生的情况，包括年长成人的情况。同时，该研究指出了一种温和且可靠的热处理方法——75°C保持5分钟——可在不对其他食物成分造成不必要损害的前提下关闭胃蛋白酶。综合来看，这些进展将使基于实验室的消化研究更准确、更便于比较，增进我们对不同食物与加工方式如何在日常生活中影响蛋白质消化的理解。

引用: C. J., F., D., F., I., C. et al. A tool for predicting pH and temperature effects on porcine and human pepsin activity during in vitro gastric digestion. Sci Rep 16, 9176 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38033-5

关键词: 胃蛋白酶, 胃部消化, pH 与温度, 体外模型, 蛋白质消化