丙酰化薯类淀粉结构表征、肠道菌群代谢性质及潜在益生菌的包埋应用

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangkai198610
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酰化淀粉因其良好的抗消化性并且能向结肠传递特异性短链脂肪酸(SCFAs)而备受关注,目前国内外乙酰化淀粉的研究方法比较成熟,但丙酰化淀粉仍缺乏系统性研究。因此,本文首先以马铃薯淀粉和木薯淀粉为原料制备了三种不同取代度(DS)丙酰化淀粉,对其理化性质、消化特征及肠道菌群发酵特性进行研究,同时探究其作为包埋益生菌的微胶囊壁材的应用潜力,为将来丙酰化淀粉作为改善肠道菌群的功能因子及益生菌加工过程中的保护壁材提供理论基础。主要研究内容及结果如下:(1)丙酰化淀粉的结构表征本研究制备了DS为0.83、1.54、2.73的丙酰化马铃薯淀粉(PPS)并命名为PPS-1、PPS-2、PPS-3和DS为0.81、1.53、2.67的丙酰化木薯淀粉(PTS)并命名为PTS-1、PTS-2、PTS-3,同时对这些淀粉进行了结构表征。红外光谱(FTIR)表明丙酰化马铃薯淀粉和丙酰化木薯淀粉分别在1746 cm-1、1740 cm-1处出现酯羰基(C=O),证实了丙酰基的存在,核磁共振氢谱(~1HNMR)在1.0 ppm和2.2 ppm出现新的质子峰(甲基和亚甲基),进一步验证了丙酰化的发生,且随着DS的增加,上述基团特征峰逐渐增强。X射线衍射(XRD)显示,随着DS的增大,马铃薯淀粉的B型晶体结构和木薯淀粉A型晶体结构逐渐被破坏,对应的相对结晶度由原来的33.94%、47.34%降低至25.62%、22.28%。体外消化实验表明,随着DS增大,马铃薯淀粉与木薯淀粉的RS含量分别由原来的79.24%、67.90%增加到改性后的89.90%、86.10%。(2)丙酰化淀粉对肠道菌群结构及短链脂肪酸产生情况的研究与空白样品相比,丙酰化马铃薯淀粉和丙酰化木薯淀粉显著改变了肠道菌群的结构。门水平结果显示放线菌门(Actinobacteriota)的相对丰度增加而变形菌门(Proteobacteria)相对丰度降低;厚壁菌门/拟杆菌门(Firmicutes/Bacteroidetes)的比值降低,由1.24(NPS)、1.34(NTS)降低至1.17(PPS-1)、1.11(PPS-2)、0.98(PPS-3)、1.18(PTS-1)、1.14(PTS-2)、0.80(PTS-3);属水平结果显示普雷氏菌属(Prevotella_9),双歧杆菌属(Bifidobacterium),粪杆菌属(Faecalibacterium),巨单胞菌属(Megamonas)的相对丰度增加;PPS-1、PTS-2发酵后使得大肠埃希-志贺氏菌属(Escherichia-Shigella)的相对丰度均降低,分别由4.84%(NPS)、5.30%(NTS)降低至1.84%(PPS-1)、2.12%(PTS-2);此外,丙酰化淀粉可明显促进SCFAs的产生,DS为0.83(PPS-1)、0.81(PTS-1)的丙酰化淀粉增加最为显著,发酵24 h后,总酸浓度分别由15.84 mmol/L(NPS)、16.20 mmol/L(NTS)增加至23.22 mmol/L(PPS-1)、22.95 mmol/L(PTS-1)。(3)丙酰化淀粉作为益生菌包埋壁材的应用研究以马铃薯淀粉和木薯淀粉及其相对应的丙酰化淀粉为壁材,选取鼠李糖乳杆菌(LGG)为代表性益生菌进行研究,采用喷雾干燥法制备了LGG微胶囊,并结合包埋率、微胶囊表面形态与粒径、体外模拟消化性质、储藏稳定性进行分析,结果表明,DS为1.54(PPS-2)、1.53(PTS-2)的丙酰化淀粉制备的微胶囊(PPS-2-ELGG、PTS-2-ELGG)表现出更饱满的形态和最高的包埋率;体外模拟胃肠消化实验表明,被包埋的LGG表现出优异的抗胃酸性能;储藏实验表明,4°C的温度条件为该微胶囊提供更好的稳定性,在储藏42天后其存活率仍可高达99.8%(PPS-2-ELGG)、99.6%(PTS-2-ELGG)。
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