苦荞来源的纳米颗粒对肠道微生物的影响及发酵饮料的研发

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苦荞(Fagopyrum tataricum)是食药同源植物,具有降糖、降脂、降压等多种生理功能。已有研究表明,苦荞中的抗性淀粉、活性肽、多酚等营养功能物质是苦荞发挥生理功能的物质基础,但其生物效应机制仍存争议,提示苦荞中存在目前未关注的“暗营养物质”。细胞外囊泡(Extracellular vesicles,EVs),作为细胞间进行信号传递的重要载体,富含核酸、蛋白质、脂质等成分,具有跨物种交流的功能,是潜在的供能物质。本研究首次对苦荞来源的纳米颗粒(Tartary Buckwheat-Derived Nanoparticles,TBDNs)进行提取鉴定,采用生物信息预测与体外实验验证其对肠道菌群的影响。以苦荞为主要原料,加入鼠李糖乳杆菌进行发酵,开发了一种富含益生菌的发酵饮料,主要研究成果如下:(1)首次从苦荞中分离鉴定苦荞来源的纳米颗粒,初步完成其功能预测与验证。通过超高速离心法首次从苦荞粉中分离得到了苦荞来源的纳米颗粒。其平均粒径为141.8 nm,粒径主峰在114.8 nm,高通量测序结果表明苦荞来源的纳米颗粒中miRNA的总数为129,其中新预测miRNA总数为11;使用Miranda预测苦荞来源的纳米颗粒中miRNA与大肠杆菌和鼠李糖乳杆菌特异性结合的序列,并分析靶基因功能,选择miRNA6300、miRNA482b、miRNA482c、novel 1、miRNA3630 进行功能验证。体外实验表明,苦荞来源的纳米颗粒能促进大肠杆菌和鼠李糖乳杆菌生长,且呈现浓度依赖,但miRNA对大肠杆菌和鼠李糖乳杆菌生长的影响不大,仅miRNA6300 mimic对大肠杆菌的生长具有促进作用,推测与miRNA的稳定性有关。(2)苦荞来源的纳米颗粒提高粪便微生物多样性及短链脂肪酸水平。相对空白组,苦荞来源的纳米颗粒处理组粪便微生物Chao1指数、Observed-species指数、Shannon指数均显著升高,说明苦荞来源的纳米颗粒能够增加肠道微生物多样性,有利于维持肠道稳态;苦荞来源的纳米颗粒处理后增加了能产乙酸的无氧芽孢杆菌属Anoxybacillus、沙雷氏菌属Serratia和明串珠菌、赖氨酸芽孢杆菌丰度,降低了条件致病菌巨型球菌Megasphaera和弧菌Vibrio等,但对乳杆菌属以及大肠杆菌属无显著影响。体外发酵48 h后,苦荞来源的纳米颗粒组发酵液中的乙酸、丙酸和丁酸分别比对照组提高34.41%、33.97%、11.84%,说明苦荞来源的纳米颗粒能促进短链脂肪酸的产生。(3)开发富含益生菌的新型苦荞复配发酵饮料。基于前面研究结果,选择鼠李糖乳杆菌为主要菌种,苦荞和糯米为主要原料开发新型发酵饮料,以感官评分、活性成分、活菌数等指标评价饮料质量。结果表明,与纯糯米发酵饮料相比,苦荞配发酵饮料的ABTS与DPPH自由基清除能力均显著提高;纯苦荞与苦荞复配的饮料中芦丁含量分别达7.79 μg/mL,5.96 μg/mL,而槲皮素含量则分别达到59.9 μg/mL、42.53μg/mL,均高于纯糯米发酵饮料;苦荞复配饮料中乳酸菌数能够达到108CFU/mL,显著高于纯苦荞与纯糯米发酵饮料中的107 CFU/mL,符合国标对于乳酸菌饮料的要求。综上所述,本研究首次从苦荞中提取鉴定苦荞来源的纳米颗粒,初步探讨苦荞来源的纳米颗粒对肠道菌群及其代谢物短链脂肪酸的影响,在此基础上,选择苦荞来源的纳米颗粒具有较好增殖作用的益生菌鼠李糖乳杆菌为菌株,开发了一种新型的苦荞复配发酵饮料。研究结果对揭示营养机制及其开发利用,均具有重要意义。
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