抗性淀粉体外发酵过程的结构变化及其对小鼠肠道菌群的影响

来源 :齐鲁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Okira_lacusO
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随着人们生活水平的提高,肉制品消费比例增高、饮食不规律等导致的肠道菌群紊乱问题日益突出。菌群的紊乱会打破肠道微生物与宿主之间相对稳定的状态,诱发高血压、糖尿病、肥胖等疾病。改善膳食结构、增加膳食纤维摄入量是改善肠道菌群紊乱的有效手段之一。抗性淀粉(RS)作为膳食纤维的一种,不但具备调节肠道健康、预防疾病等生物学功效,还具有成本适中、结构可调的产业化特性。因此,RS的开发利用受到越来越多的关注。目前,物理或酶法因制备工艺绿色、安全等特点,已经成为研究热点。压热、酶解脱支、微波、超声以及复合处理等方法越来越多的用于RS的制备。然而,不同制备方法RS的结构性质及其对肠道菌群影响的数据仍有限,需要进一步研究。因此,本文采用了压热(ARS)、酶解脱支(DRS)和压热-脱支(ADRS)三种不同的方法来制备RS,探究了RS的结构、体外发酵特性以及对小鼠肠道菌群的影响。主要研究内容与结果如下:(1)采用扫描电镜、X-射线衍射、离子色谱、傅里叶变换红外、热重分析,研究了ARS、DRS和ADRS在结构性质上的差异。结果表明:ADRS呈不规则块状,颗粒表面比ARS和DRS粗糙;ADRS支链以B1链为主,平均DP值为19.97%,略高于ARS;HAMS和DRS的结晶类型分别为A型和B型,而ADRS与ARS均为B+V型晶体。ADRS的R1047-1-1cm/1022 cm和R-1-1995 cm/1022cm值最高为1.35和0.94,说明其双螺旋结构结合紧密。此外,ADRS热降解速率低,具有良好的热稳定性。综上,与其他RS相比,ADRS存在最粗糙的颗粒表面,表现出良好的双螺旋结构和热稳定性特性,这可能对其功能特性产生影响。(2)选用成人肠道内的青春双歧杆菌和大肠埃希氏菌作为试验菌株,RS用作培养基成分,探究了RS的体外发酵特性。研究结果表明:青春双歧杆菌和大肠埃希氏菌通过产生胞外淀粉酶利用RS,同时产生有机酸降低了培养基pH。在ADRS培养基中,青春双歧杆菌的OD600 nm值和淀粉酶活性显著高于ARS和DRS培养基。而大肠埃希氏菌在ARS、DRS和ADRS的培养基上,生长均受抑制,OD600 nm值低于对照培养基。此外,青春双歧杆菌在ADRS培养基上的耐酸性和耐胆汁酸盐性还强于HAMS、ARS和DRS培养基。综上,ADRS对于促进有益菌增殖以及增强有益菌的胃肠耐受性效果强于HAMS、ARS和DRS,并且其对抑制有害菌生长也有一定效果。(3)分离体外发酵后的RS,通过测定分析其性质,探究发酵前后RS结构性质的变化。结果表明:青春双歧杆菌和大肠埃希氏菌的发酵使ARS、DRS和ADRS颗粒被降解出现碎屑片段,结构疏松。RS的结晶类型经体外发酵后并无改变,但青春双歧杆菌的发酵导致ARS和ADRS在22°和24°的双峰被23°的弥散峰取代,衍射角13°和19.7°处的V型结晶峰强度降低。红外分析表明青春双歧杆菌或大肠埃希氏菌对RS的利用均不影响RS的化学基团和化学键,但使ADRS的R1047cm-1/1022 cm-1和R995 cm-1/1022cm-1值分别降低了20.74%和30.85%。(4)将ADRS作为小鼠饲料的成分用于动物试验,并以HAMS作为阳性对照,探究RS及其剂量对小鼠生理生化指标和肠道菌群的影响。各组小鼠的脏器指数均无显著变化,说明ADRS对小鼠无不良副作用。在饲喂4周后,高剂量组显著降低了小鼠血清中的胆固醇含量和动脉硬化指数。小鼠粪便丁酸含量在高剂量组中显著升高,为5.65μmo L/m L。肠道微生物群落的丰度和多样性随着ADRS的摄入呈现降低趋势。小鼠肠道菌群的差异性分析表明,不同RS诱导了不同物种的富集。其中,高剂量组对拟杆菌门的细菌显著富集。低剂量组显著富集了Ruminococcus_2;在中等剂量组中则富集了放线菌科和毛螺菌科。综上,RS的微观形貌、链长分布、结晶特性等均影响其被肠道细菌的利用。此外,RS的摄入量还可影响肠道菌群的结构和短链脂肪酸的代谢,从而影响机体健康。因此,探究RS结构性质及其对肠道菌群的影响对于维持肠道菌群和宿主之间相对稳定至关重要。
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