酶法改性对阿拉伯木聚糖及全麦制品益生活性的影响

发布时间：2020-09-24 19:39

　　阿拉伯木聚糖(AX)是影响全麦制品品质的重要组分,也是其肠道益生活性的关键因子。以AX为靶点的酶法改性——戊聚糖酶(Pn)和葡萄糖氧化酶(GOX),可有效改善全麦制品品质。但全麦制品中AX酶法改性对其益生活性的作用尚不清楚。本研究从小麦品种来源、酶法改性、乙醇分级分离方面入手,开展水溶性AX(WEAX)结构组成与益生活性研究,揭示WEAX结构组成与益生活性之间的构效关系,探讨酶法改性对WEAX益生活性的影响及作用机制。具体包括:AX单糖组成、分子量和阿魏酸含量等结构组成的测定和AX对双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌和短链脂肪酸(SCFA)产量的增殖效果的益生潜能的评价。在此基础上将酶法改性应用于全麦制品中,通过AX结构组成与益生活性的关联性分析,明确酶法改性对其益生活性的影响,以期得到高品质和高益生活性的全麦制品。主要研究结果如下:(1)选择津强、美国硬红春、澳洲白麦3种小麦品种,对比3种小麦来源WEAX结构组成和体外益生活性。结果表明,不同小麦品种来源的WEAX具有不同的结构组成和益生潜能。在3种WEAX中,具有低分支度(0.49)和高阿魏酸含量(2370μg/g)结构特征的WEAX发酵液中双歧杆菌、乳酸杆菌和SCFA含量较高。(2)采用单一酶(GOX)和复合酶(Pn+GOX)对WEAX进行酶法改性,阐明酶法改性对WEAX益生活性的影响及作用机制。结果表明,酶法改性WEAX能显著提高发酵液中双歧杆菌含量(12%-37%),且复合酶改性效果要优于单一酶改性。复合酶改性WEAX经过Pn酶降解木糖主链和GOX适度交联,体外益生活性显著提高。(3)在酶作用下,交联的形成与强弱对WEAX益生活性有显著影响。交联的形成能显著提高WEAX发酵液中双歧杆菌含量。在相同酶作用下,能够形成弱交联的WEAX发酵液中双歧杆菌含量明显高于其强交联。(4)采用不同浓度乙醇(0-45%、45%-50%、50%-65%和65%-100%)对酶法改性WEAX进行分级分离。结果表明,在WEAX组分中,适中分子量(7.27×10~3 Da)WEAX发酵液中双歧杆菌、乳酸杆菌和SCFA含量较高。(5)采用低纤维饮食诱导便秘小鼠,研究酶法改性WEAX对便秘小鼠肠道微生物影响。结果表明,除了WEAX低剂量组和GOX添加量为50μg/g改性的WEAX(GOX50)高剂量组外,AX组都能增加有益菌丰度,降低有害菌丰度。Pn添加量为200μg/g复合酶改性的WEAX高剂量组小鼠肠道益生活性较好。(6)采用Pn、GOX和Pn+GOX对AX复合体系和全麦馒头体系进行酶法改性,探讨酶法改性对全麦制品益生活性的影响。结果表明,复合酶改性能显著增加全麦馒头发酵液中双歧杆菌含量,原因可能为Pn降解导致AX生物利用度增加和GOX交联导致阿魏酸生物利用量增加。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS213
【部分图文】：

小麦粉

认为 Pn 和 GOX 复合使用的作用机理为：在混合阶段，GOX 能够支持蛋白质和戊聚糖形成交联，使 Pn 缓慢的作用于与蛋白交联的戊聚糖形成较小的聚合物，因此能够更好的提高面筋网络结构的持气能力。Primo-Martin 等人 (2010) 研究发现，GOX 不仅能够促进蛋白质二硫键的形成，还能导致戊聚糖间形成交联。后者对全麦馒头品质起负面影响。Pn 的加入可以通过裂解戊聚糖来纠正后者效应，产生小的戊聚糖酶片段干扰高分子量戊聚糖交联 (Primo-Martín et al., 2005)。1.2 全麦粉中的核心多糖—阿拉伯木聚糖（AX）1.2.1 AX 的结构组成全麦粉中膳食纤维的主要组成成分是阿拉伯木聚糖（Arabinoxylan, AX）。AX 是由木聚糖主链和阿拉伯糖侧链组成，某些阿拉伯糖 C5 位上存在以酯键连接的阿魏酸，其结构如图 1.1 所示 (Izydorczyket al., 1991)。AX 结构决定了其理化特性。研究表明，AX 分子量及分支度能显著影响其溶解度。当分子量相同时，AX 分子中侧链越多，AX 溶解度越大；当分子量不同时，分子量越小，AX 溶解度越大 (Bengtsson et al., 1990)。AX 溶液黏度和氧化凝胶特性与木糖主链长度、取代度及其分布、阿魏酸含量及其交联情况等有关 (Dervilly et al., 2000)。研究显示阿魏酰基团含量高、分子量高、分支度低的 AX 形成氧化凝胶能力强 (Izydorczyk et al., 1995; Rattan et al.,1994)。

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图 1.2 AX 相关酶制剂作用示意图Fig. 1.2 AX enzymes酶不同的木聚糖酶水解成不同链长和不同取代度的 AX 水解产物。目种木聚糖酶，可分为 6 种，分别为 GH5、GH7、GH8、GH10、GH11 GH11 大约占 95% (Dornez et al., 2009; Tony et al., 2010)。GH10 和 AX 的方式存在显著差异 (Bonnin et al., 2010)。GH10 降解得到的和较小的分子量，而 GH11 木聚糖酶优先降解有 3 个连续未取代的elix et al., 1993; Pollet et al., 2010)。也有研究表明，GH10 木聚糖，GH11 能够更好的渗入细胞壁结构中，因此能够有效的降解 WUAX (11 木聚糖酶的一种，可以降解 AX，随着 Pn 量增加，AX 分子量降量为 800 μg/g 时，小麦粉 WEAX 分子量从 1.85×105Da 降至 1.97×Pn 处理全麦粉 WEAX 后，分子量从 1.87×106Da 降至 1.18×105Da。且优先作用于 WUAX 取代度低的位置。单糖组成结果显示，WUAX WEAX 分支度较小，而剩余的 WUAX 分支度增加 (杨炜, 2017)。

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图 1.3 人体结肠摄入 AX 时关键微生物和代谢事件模型del for the key microbiological and metabolic events in the human colon upon ingestion 效的增殖双歧杆菌、乳酸杆菌、真细菌等益生菌 (Hughes et al., 2007)害菌生长 (Maria et al., 2007; Zahra et al., 2012)。Damen 等人 (20X、AXOS 的益生活性，结果表明，WEAX 和 AXOS 都能显著增加小WUAX 能够显著增加盲肠氏菌属含量。喂食 WEAX 和 WEAX+AX含量明显高于喂食 WUAX 和 WUAX+WEAX+AXOS 小鼠。Varda明，木聚糖酶改性 WUAX 能够显著降低结肠中梭状芽胞杆菌数量。在能够改善因高脂饮食导致的有益菌数量的减少 (Neyrinck et al., 2011发表文章指出 AX 对肠道益生菌解纤维芽孢杆菌（B. cellulosilyticus W。降低 AX 使用量和使用时间，解纤维芽孢杆菌的丰度增加效应仍该益生菌的丰度显著下降 (Meng et al., 2017)。链脂肪酸（SCFA）产生的影响道细菌发酵的底物，能够被肠道微生物利用产生 SCFA，降低结肠 pH

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