不同热处理对抗性淀粉结构及相关功能的影响

摘要

抗性淀粉(Resistant starch，RS)不仅具有类似膳食纤维的生理功能，其作为低热量的功能性碳水化合物在改善机体健康、预防重大疾病等方面具有一定的生理功效。然而不同结构的RS在机体肠道中的消化模式与发酵代谢是不同的，进而对机体肠道生理环境的功能性作用也不同。淀粉普遍经过热加工存在于食品中，这为进一步形成RS提供前提。明确热处理方式给RS带来的构效差异，将使提高RS的生物效益变得更具可控性。
　　本论文采用美国高直链玉米淀粉品种HylonTMⅦ为原料，通过不同的热处理，再经体外消化，可获得不同种类的RS:RS2、干热RS和压热RS3。利用SEM、FTIR、XRD、HPLC等手段研究各RS的结构特征。
　　不同热处理的高直链淀粉在消化前3h，均呈现快速消化，3h后缓速代谢，最终RS2与干热RS为含有不同比例的支链淀粉/大分子量直链淀粉和大量小分子量直链淀粉的圆整颗粒，压热RS3为仅含有小分子量直链淀粉的不规则碎块，小分子量直链淀粉为各RS的主要组成部分。热处理过程中的水分含量与对HylonTMⅦ结构的破坏程度呈正相关，决定着RS的颗粒形态、结晶特性。XRD与FTIR表明干热RS结晶度最低且有序度最差，压热RS3则与其相反。
　　体外模拟肠道发酵环境，三种RS可显著降低发酵环境的pH，对乳酸菌均无明显增殖效果，但对产丁酸菌均有增殖，且发酵液中产丁酸菌的量与丁酸浓度成正比。压热RS3体现出对双歧杆菌与E.Coli的增殖;RS2体现出对E.Coli的增殖作用;干热RS均未体现出对两种菌的增殖效果，对两种产丁酸菌的增殖效果最显著。综合pH、总短链脂肪酸(Short-chain fatty acid，SCFA)、丁酸量以及产丁酸菌的情况，可筛选出干热处理效果最优。
　　采用链脲佐菌素(STZ)诱导建立Ⅱ型糖尿病模型，发现糖尿病提高了肠道菌群丰度和多样性，各RS具有改善糖尿病鼠肠道菌群失衡的功效。在门水平上，与糖尿病发病相关的潜在的有害菌为变形菌门、优势菌为拟杆菌门，干热RS的综合调控效果最佳。属水平上，受糖尿病调控的相关有害菌属为埃希氏杆菌属，RS2与干热RS调控效果最佳。

目录

声明

摘要

主要符号表

1 前言

1．1 抗性淀粉

1．1．1 抗性淀粉的定义

1．1．2 抗性淀粉的分类及结构特征

1．2 抗性淀粉的研究现状

1．2．1 抗性淀粉的制备方法

1．2．2 抗性淀粉的研究技术与测定方法

1．3 抗性淀粉的肠道发酵代谢的研究进展

1．3．1 抗性淀粉与肠道菌群结构的相关性

1．3．2 抗性淀粉与其肠道代谢产物的相关性

1．4 现代肠道微生物的研究技术

1．4．1 原位荧光杂交技术(FISH)

1．4．2 高通量测序技术

1．5 本课题研究的目的和意义及主要内容

1．5．1 研究目的和意义

1．5．2 本课题主要包含以下几个研究内容

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 主要原料

2．1．2 主要试剂

2．1．3 主要仪器

2．2 实验方法

2．2．1 热处理样品的制备

2．2．2 淀粉的体外消化模式的建立

2．2．3 扫描电子显微镜(SEM)观察抗性淀粉的颗粒形态

2．2．4 高效液相色谱(HPLC)观察抗性淀粉的分子结构

2．2．5 傅里叶红外光谱(FTIR)测定抗性淀粉的结构

2．2．6 X射线衍射(XRD)测定抗性淀粉的结晶特性

2．2．7 不同结构的抗性淀粉体外发酵代谢产物的研究

2．2．8 抗性淀粉调控体外代谢模型对主要菌群的影响(FISH技术)

2．2．9 抗性淀粉调控体内代谢对肠道微生物菌群分布的影响(高通量测序技术)

3 结果与讨论

3．1 热处理方式对淀粉颗粒形态的影响

3．1．1 干热处理对淀粉颗粒形态的影响

3．1．2 压热处理对淀粉颗粒形态的影响

3．2 消化前后淀粉颗粒形态的变化

3．2．1 消化过程中RS颗粒的形态观察

3．2．2 淀粉的消化曲线

3．3 热处理方式对抗性淀粉分子构象的影响(FTIR)

3．3．1 非热处理的抗性淀粉消化前后的分子构象

3．3．2 干热处理方式对抗性淀粉分子构象的影响

3．3．3 压热处理方式对抗性淀粉分子构象的影响

3．3．4 相对有序度与结构因子指数

3．4 热处理方式对抗性淀粉分子量分布的影响

3．4．1 消化前后不同热处理淀粉的分子量分布变化

3．4．2 不同热处理的RS分子量分布特征

3．5 热处理方式对RS结晶特性的影响

3．5．1 不同热处理对HylonTMⅦ结晶特性的影响

3．5．2 不同RS的结晶特性

3．5．3 不同RS的结晶度

3．6 不同热处理抗性淀粉对肠道菌群代谢产物的影响(体外模型)

3．6．1 不同热处理的抗性淀粉底物肠道微生物发酵产SCFA分析

3．6．2 不同热处理的RS对肠道pH的影响

3．7 不同结构RS对肠道主要菌群的调控作用(体外模型)

3．7．1 对肠道主要菌群的影响

3．7．2 对肠道丁酸生产菌浓度的影响

3．8 不同RS对糖尿病鼠肠道菌群多样性的调控(体内模型)

3．8．1 OTU聚类和物种Alpha多样性分析

3．8．2 肠道菌群结构基于门水平的差异

3．8．3 肠道菌群结构基于属水平的差异

3．9 热处理方式对RS结构影响的综合描述

3．10 抗性淀粉结构与其生理功能的初步模型建立

4 结论

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢