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燕麦多糖主要为β-葡聚糖,在燕麦麸皮中含量丰富,是一种常见的可溶性膳食纤维,其水解产物β-葡寡糖,也被认为是具有潜在益生元特性的功能物质。近年来,国内外对β-葡聚糖益生功能的研究日趋增多,但是目前关于植物来源β-葡寡糖对肠道菌群改善作用的研究较少,有关肠道菌群对β-葡聚糖和其水解产物β-葡寡糖的发酵特性差异的研究更是鲜有报道。此外,目前对新型益生元的开发主要通过体外静态发酵和小鼠等动物实验,本研究室研发了一种新型胃肠道反应器,经验证可准确模拟大肠的蠕动、排空和混合等动态特征,可在线调节pH,并且可实现无菌和厌氧培养。基于此,本研究从燕麦麸皮中提取纯化得到燕麦β-葡聚糖(Oatsβ-glucans,OGs),并通过OGs酸水解制备β-葡寡糖(Oatsβ-gluco-oligosaccharides,OGOs)。通过分别添加OGs和OGOs为培养基碳源,在厌氧管和胃肠道反应器中进行粪便菌群的体外厌氧发酵,研究OGs和OGOs对肠道菌群结构和代谢的影响,并初步探索肠道菌群对OGs和OGOs的发酵特性差异。主要研究如下:(1)燕麦β-葡聚糖(OGs)及其寡糖(OGOs)的制备。首先采用热水浸提法从燕麦麸皮中提取纯化得到OGs;然后通过OGs酸水解制备得到OGOs。通过测定不同批次制得的OGs和OGOs的组成成分,测得OGs的纯度为(89.71±3.69)%,OGOs的纯度可达90%以上,两者均符合后续发酵实验要求。最后,分别采用凝胶渗透色谱和飞行时间质谱测定了OGs的分子质量和OGOs的聚合度分布,得到OGs分子质量为1.34×10~5 Da;OGOs的聚合度范围为2～11。(2)体外模拟OGs和OGOs在人体唾液、胃液和小肠液中的消化情况。结果表明,OGs和OGOs样品经唾液、胃肠液消化后,总糖和还原糖含量基本不变;OGs的分子量没有随消化过程降低;OGOs的聚合度分布也没有发生变化。表明OGs和OGOs不会被人体自身降解,可以顺利通过消化系统并“安全”地到达大肠。(3)通过体外静态发酵健康人和2型糖尿病人来源粪便菌群,研究OGs和OGOs对不同来源肠道菌群结构和代谢的影响。结果显示,OGs和OGOs对肠道菌群中有益菌的生长、代谢产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)均有显著地促进作用,其中以OGs为碳源,可以显著促进健康人和2型糖尿病人肠道菌群产丁酸,以OGOs为碳源,则更有利于促进2型糖尿病人肠道菌群产乙酸和丙酸。同时,分别以OGs和OGOs为碳源进行健康和2型糖尿病个体粪便菌群的体外发酵,进一步验证了上述发酵结果的可靠性,表明OGs和OGOs对肠道菌群结构和代谢的影响在个体间具有稳定性。(4)在胃肠道反应器动态模型中体外模拟OGs和OGOs在大肠内的发酵情况。通过监控发酵液的实时pH值和NaOH溶液流加量,判断出胃肠道反应器可以在发酵过程中较好地模拟大肠内的pH调控,并且维持发酵过程稳定进行。通过每隔12小时测定发酵液中的总糖、还原糖和SCFAs含量,发现在添加OGs和OGOs进行发酵后,肠道菌群对碳水化合物的代谢水平提高,SCFAs产量显著提高。