论文部分内容阅读
近几十年来,高脂高糖饮食已逐渐成为人类饮食的重要组成部分。而长期能量过量摄入与慢性非传染性疾病的发生率紧密相关,如2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus,T2DM）在全球流行率正逐年攀升。研究表明,增加全谷物的摄入对降低T2DM等慢性疾病发生率具有重要积极作用,也最具成本效益。青稞作为谷物的重要组成,富含膳食纤维特别是β-葡聚糖及多酚等功能成分,具有抗氧化、抗炎及调节肠道菌群等多种功效。然而,消费者对青稞的可接受度,青稞膳食纤维与多酚等功能性成分的生物可利用度均不理想,限制了其在食品加工领域的应用。因此,采用适当的热加工提高青稞膳食纤维与多酚的可及性,对提高青稞的营养价值及其健康食品加工具有重要的借鉴意义。采用烘焙（flacking and roasting,FR）、炒制（stir-frying,SF）、蒸汽爆破（steam-flash explosion）及膨化（popping expansion,PE）四种热加工方式处理全谷青稞,分析其基本成分的变化。探究不同热加工及β-葡聚糖对青稞体外消化特性、抗氧化活性及调节肠道菌群的影响。采用高效凝胶排阻色谱与多角度激光光散射联用仪、X-射线晶体衍射仪、激光共聚焦显微镜、原子力显微镜及16S r DNA测序技术等方法研究不同热加工对青稞β-葡聚糖结构特征、理化性质及益生元性的影响。利用超高压液相色谱-三重四级杆质谱仪分析不同热加工对青稞多酚在T2DM大鼠消化道组成及含量的影响,并在体外消化过程中测定其含量、抗氧化活性。此外,采用Western blot等技术分析不同热加工青稞对T2DM大鼠糖脂代谢指标、氧化应激和炎症因子水平、盲肠菌群组成和SCFAs含量、肠道屏障功能、肠道NF-k B蛋白及肝脏/骨骼肌PI3K/AKT信号通路相关蛋白的表达水平的影响。通过以上研究,初步阐明了青稞β-葡聚糖及不同热加工对淀粉消化的影响机理,揭示了不同热加工全谷青稞对T2DM大鼠的改善效果及可能机理。主要结果如下:（1）β-葡聚糖位于青稞细胞壁,并与细胞壁形成完整结构或网状结构阻碍淀粉消化;不同加工组青稞淀粉和蛋白消化率大小顺序为PE＞SFE＞FR＞SF＞Control;SF和FR加工青稞结构相对完整,PE和SFE加工则完全破坏了青稞的自然结构。不同热加工青稞·O2-清除力、Fe还原力及总抗氧化能力在体外胃肠消化后均增强,不同组抗氧化活性大小顺序为SFE＞PE＞SF＞FR＞control;将青稞β-葡聚糖水解后,各组抗氧化力均显著增强,但·OH抑制力明显降低。不同热加工青稞增加了人体粪便体外发酵液中厚壁菌门与拟杆菌门的比例,以及巨型球菌属、双歧杆菌属、乳酸杆菌属、unclassified-o-Veillonellales-Selenomonadales及硬厚壁菌属的相对丰度。此外,SFE组和PE组β-葡聚糖利用率和总SCFAs含量较高,特别是乙酸和丁酸含量。（2）PE、SF及FR显著增加了青稞中β-葡聚糖的提取率（＞0.7%,w/w）、分子量（Mw分别为5243.6 k Da、1245.6 k Da和210.2 k Da）及分子量分布（Rg分别为125.5 nm、59.7 nm和126.4 nm）,SFE降低了β-葡聚糖的提取得率、纯度及分子量（Mw～89.9 k Da）。热加工青稞β-葡聚糖的一级结构并未发生明显变化,其持水性与分子量呈正相关,但其溶解度和胶凝特性不仅受分子量的影响,还与β-葡聚糖的构象相关。青稞β-葡聚糖经体外发酵后,人体粪便菌群中拟杆菌门的相对丰度明显降低,巨型球菌属、乳杆菌属及双歧杆菌属的相对丰度明显增加,其中Control、PE和SFE组较为明显.PE和SFE组β-葡聚糖利用率,乙酸、丁酸及异丁酸含量较高。（3）自然青稞中结合多酚显著高于游离多酚;不同热加工均显著增加了青稞游离多酚和游离黄酮的含量及其抗氧化活性（FRAP,T-AOC,·OH和·O2-清除力）,特别是SFE和PE的作用尤为明显。体外胃肠消化后及将β-葡聚糖水解后,每组青稞样品游离多酚、游离黄铜及总多酚及其抗氧化活性均显著增加;同一消化阶段,不同组青稞游离多酚含量及其抗氧化活性大小顺位为:SFE＞PE＞SF＞FR＞Control。体外发酵过程中,Control、FR及SF组多酚含量及抗氧化能力随发酵时间延长逐渐增强,而SFE和PE组先（0～12 h）增加后（12～48 h）降低。LC-MS分析表明,热处理可明显增加游离型阿魏酸、根皮素及山奈酚等含量,但明显减少槲皮苷、表儿茶素及原花青素B2的含量,其中,SFE和PE的影响最为明显;去除β-葡聚糖后,所有单体酚酸及黄酮含量均明显增加。（4）SFE和PE青稞干预T2DM大鼠的消瘦程度、空腹血糖、空腹胰岛素、血脂、糖化血红蛋白及糖异生水平均显著降低,糖耐量损伤和酮酸血症得也到有效控制,氧化应激水平、炎症因子及肠道NF-k B蛋白表达水平显著下调,肠道功能明显增强。与SF组相比,Non BG组增强了绿原酸、阿魏酸的吸收;SFE延缓了槲皮苷、表儿茶素、根皮素、芦丁的吸收,加速了没食子酸、对羟基苯甲酸及原花青素B2的吸收;PE延缓了槲皮苷和根皮素的吸收,加速了对羟基苯甲酸、对香豆酸及原花青素B2的吸收。所有青稞组双歧杆菌属、乳杆菌属、粪杆菌属、库特氏菌属、考拉杆菌属的相对丰度及SCFAs含量明显增加,而Nk4A214-group及罗姆布茨菌属等的丰度明显降低;SF组和SFE组布劳特氏菌属、PE组杜氏杆菌属、Non BG组阿克曼菌属和乳杆菌属明显增加;Non BG、SFE和PE组丁酸、异丁酸及戊酸含量明显高于模型组。Western blot结果表明,青稞组骨骼肌AMPK蛋白表达水平显著增加,SFE和PE组肝脏和骨骼肌IRS-1/PI3K/AKT蛋白表达水平显著上调,而GSK-3β蛋白明显下调。SFE和PE青稞通过增加β-葡聚糖和多酚利用率降低氧化应激及炎症反应水平,增加肠道有益微生物相对丰度及增强肠道功能等途径调节PI3K/AKT信号通路的表达,进而改善T2DM大鼠的症状。