酶法制备富含低聚果糖的龙眼汁及其功能性研究

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龙眼是岭南佳果,其干制果肉(桂圆肉)被列入“药食同源”原料目录中。但新鲜龙眼果肉总糖尤其蔗糖含量高。高糖(高热量)食品因易引发肥胖、II型糖尿病和心血管疾病而备受关注,不能满足这类人群的饮食需求和大众消费者的健康饮食追求。因此开发出低糖(低热量)、富含益生因子的龙眼加工制品十分必要。本文利用果汁加工商业用复合植物水解酶Viscozyme L(具有果糖基转移酶活力,EC 2.4.1.9)处理新鲜龙眼果浆,将果浆中蔗糖转化成低聚果糖(FOS),制得蔗糖含量低且富含FOS的转化龙眼汁(Modified longan juice,MLJ),并研究酶转化工艺对龙眼汁理化性质及营养成分的影响,考察MLJ对益生菌增殖和大鼠餐后血糖的影响,并通过高脂饮食大鼠模型,评价MLJ对大鼠体态特征、生化指标和激素水平的影响,并对肠道菌群进行分析,揭示MLJ调节高脂饮食大鼠糖代谢和脂代谢的作用规律及调节机制。1.MLJ的制备及其理化性质与营养成分分析。(1)在酶添加量9 U/g蔗糖、温度55℃、时间5 h的工艺条件下制得蔗糖含量低且富含FOS的MLJ。与未转化的龙眼汁(No-modified longan juice,NLJ)相比,MLJ中蔗糖含量由110.98 mg/g降至17.11 mg/g,蔗糖转化率达84.58%。生成FOS含量为61.59 mg/g,其中蔗果三糖和蔗果四糖的含量分别为47.52 mg/g和14.08 mg/g。(2)该酶转化工艺能所得的MLJ的出汁率(93.03%)、透光率(82.07%)、可溶性固形物含量(20.13oBrix)与NLJ相比(76.81%、45.80%、19.33oBrix)显著提高,同时分解龙眼果肉中的不溶性纤维,促进细胞破裂,使果汁中多糖、果胶和可溶性氨基酸的含量显著增加,并导致多糖的分子量分布和单糖组成发生改变。2.MLJ对乳酸菌和双歧杆菌等益生菌的增殖及大鼠餐后血糖的影响。(1)MLJ和NLJ显著促进嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、肠膜明串珠菌、动物双歧杆菌和青春双歧杆菌6株益生菌体外增殖。其中,对于嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、肠膜明串珠菌和青春双歧杆菌5株菌,MLJ的体外增殖效果比NLJ更好,且FOS是贡献这种益生作用的主要物质基础。(2)与NLJ相比,灌胃MLJ后大鼠餐后血糖峰值显著降低,说明MLJ能更好地维持大鼠餐后血糖的稳定。该酶转化工艺将高GI的NLJ(GI=78.33)转化为中GI的MLJ(GI=64.15),实现了果汁加工中低糖(低热量)化生产的目的。3.MLJ对高脂饮食大鼠的干预效果及机制。(1)MLJ、FOS和NLJ均能提升高脂饮食大鼠血清中脂联素(ADPN)和酪酪肽(PYY)的水平,起到控制大鼠食欲、降低大鼠能量摄入、抑制大鼠脂肪细胞肥大的效果,从而实现减少大鼠腹部脂肪积累和控制大鼠体重的作用。(2)MLJ、FOS和NLJ都能够有效降低高脂饮食大鼠血清中总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)和游离脂肪酸水平,提高大鼠血清中高密度脂蛋白(HDL)水平和肝脏中脂蛋白酯酶(LPL)和肝脂酶(HL)活力,改善大鼠脂代谢,并且降低动脉粥样硬化指数(AI),减少机体患心血管疾病的风险;其中MLJ和FOS在此方面比NLJ呈现出更好的效果。(3)MLJ、FOS和NLJ都能够有效降低高脂饮食大鼠空腹血糖和胰岛素抵抗指数,改善大鼠糖耐量,维持大鼠血清中葡萄糖依赖性促胰岛素肽(GIP)和胰高血糖素样肽-1(GLP-1)的正常水平,改善大鼠糖代谢;其中MLJ和FOS比NLJ的效果更好。(4)MLJ、FOS和NLJ都能够在一定程度上降低高脂饮食大鼠肝脏系数、谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)活力,提高高脂饮食大鼠肝脏组织中的具备抗氧化活性的还原型谷胱甘肽(GSH)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活力,降低肝脏组织中脂质过氧化中间产物丙二醛(MDA)含量,减少肝脏组织内出现的脂肪变性和脂肪积累,起到改善肝功能、预防肝脏氧化损伤的作用,且MLJ的效果优于FOS和NLJ。综上所述,MLJ、FOS和NLJ均能在一定程度上改善高脂饮食诱发的大鼠糖脂代谢异常和肝功能损伤,而MLJ的效果显著优于NLJ。4.MLJ对高脂饮食大鼠肠道菌群的影响。(1)MLJ能显著提高高脂饮食大鼠肠道中拟杆菌门的丰度,降低厚壁菌门的丰度,并提高乳酸菌属和双歧杆菌属益生菌的丰度,降低脱硫弧菌的丰度,同时促进大鼠肠道短链脂肪酸的产生。(2)通过KEGG功能基因注释和分析,发现FOS和MLJ干预组样本的代谢通路基因较为接近,而NLJ干预组与高脂饮食(HF)组样本较为接近。与HF组相比,MLJ组样本菌群甘油脂代谢(ko00561)、次级胆汁酸生物合成(ko00121)和原发性胆汁酸生物合成(ko00120)等通路的基因丰度显著升高。(3)Lactobacillus和Bifidobacterium丰度的增多在改善宿主的糖脂代谢和肝脏抗氧化功能上具有重要的作用,而Desulfovibrio和Butyricimonas丰度的增加可能会加剧宿主脂代谢的异常和肝脏氧化应激状态。综上所述,MLJ可通过调节肠道菌群的组成促进肠道益生菌增殖,并改变肠道菌群的脂肪相关代谢通路和碳水化合物酶基因丰度,进而调整大鼠对食物中脂类和碳水化合物的分解和消化吸收,改善高脂膳食诱发的代谢异常。
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