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与动物体内或者人体志愿者临床试验相比，体外仿生胃肠道消化模型作为“前筛选”工具，可用来预测食物或者药物在胃肠道内的混合、消化、排空及营养活性成释放等行为，不仅省时省力、节约成本、重复性较高，并且没有伦理方面的限制，因此在营养学、药物学及环境微生物学等多种学科领域中应用广泛。然而，目前已有的体外消化模型仅局限于模拟胃肠道内的理化环境及运动行为，而忽略了胃肠道的几何形态和内部生理结构对消化和胃排空等行为的影响。此前本课题组从形态学仿生的角度自主研发了一套动态体外鼠胃消化系统(DIVRS)，并对酪蛋白粉末在大鼠胃内的消化和排空过程展开了初步研究。 本论文首先在通过大鼠体内实验获得的相关生理学参数的基础上，利用DIVRS和搅拌槽反应器(STR)两种不同的体外消化系统模拟了生米粒在大鼠胃内的消化过程，并与体内实验结果进行对比，进一步验证了DIVRS的有效性，建立了更多的体外与体内之间的联系;其次对精白米饭和糙米饭产生血糖反应和排空速率差异的原因进行了研究;紧接着针对DIVRS存在的压缩力不够强劲以及缺乏十二指肠模型等缺陷进行了逐一改进，设计并构建了动态体外鼠胃-十二指肠消化系统(DIVRSD)，并对其收缩频率、幅度及收缩力进行了调试，研究了其对生米粒的消化能力;最后利用DIVRSD研究了含有果胶粉和芒果粉的饲料在胃和十二指肠内的消化和排空行为，并探讨了消化物的流变学性质、微观结构与消化率和排空速率之间的关系。 研究结果表明DIVRS和STR均能重现生米粒颗粒在真实鼠胃内的破碎效果及消化趋势，但消化效率和缓冲能力均低于体内;糙米饭相对于精白米饭之所以能产生较低的血糖效应和胃排空速率，主要是由于其表层麸皮不仅增大了胃内容物的粘度和较大颗粒残留在胃内的比例，进而不利于胃内食糜的流动和混合，阻碍了胃酸和消化酶向米饭颗粒内部扩散进而降低了酸水解和酶解效率;与DIVRS相比，引入了二次滚动挤压运动的DIVRSD显著提高了米粒颗粒的破碎能力，生米粒在胃内的消化率提高了32％，且高于STR处于最佳转速（300rpm）下的消化效果，表明胃肠道的几何形态和内部生理结构对消化有重要影响;食物中的果胶成分能显著降低淀粉和蛋白质的水解效率和胃排空速率，主要是由于果胶不仅极大地增加消化物的粘度，阻碍食糜的流动和混合，并且果胶形成的凝胶网状结构将食物中的淀粉颗粒覆盖或包埋在内部，进而降低了底物和酶之间的接触效率。