薏苡仁抗性淀粉结构特性及其对肠道菌群调节机制的研究

发布时间：2018-03-02 07:32

本文关键词： 薏苡仁抗性淀粉结构表征肠道菌群代谢组　出处：《福建农林大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：肠道菌群与人体健康关系密切,在机体营养摄取、黏膜屏障保护、免疫调节方面均发挥重要的作用。当菌群发生紊乱时,炎症细胞因子、炎症介质、蛋白酶类和氧自由基会大量释放,造成肠黏膜机械屏障损伤,引发细菌易位和肠道免疫调节失控,严重威胁人体健康。因此,开发一种有效的益生元来调节人体肠道菌群平衡,维持肠道健康显得十分重要。薏苡仁(Coixlachryma-jobi),属禾本科,薏苡属,淀粉含量丰富,是我国重要的特产经济资源。本论文以福建产薏苡仁为原料,分别采用压热法、超声波辅助压热法、酶辅助压热法和微波辐射法制备薏苡仁抗性淀粉,通过现代分析检测技术研究不同方法制备的薏苡仁抗性淀粉结构特性和理化性质,初步表征抗性淀粉的结构性质。在此基础上,采用体外试验研究不同方法制备的薏苡仁抗性淀粉对多株益生菌的增殖效果,并考察益生菌在模拟胃肠道逆环境下的耐受能力,进而阐释薏苡仁抗性淀粉结构-益生元功效的构效关系。通过动物实验进一步评价不同方法制备的薏苡仁抗性淀粉对小鼠肠道微生态环境的影响,印证前期体外试验,筛选得出一种对肠道菌群调节效果最好的薏苡仁抗性淀粉,研究其对动物肠道形态结构的调节的作用,并基于代谢组学研究方法,从代谢水平研究其作用机理。研究结果表明:(1)以传统益生元HAMS为对照,研究不同方法制备的薏苡仁抗性淀粉GP-SRS3、UP-SRS3、EP-SRS3、MP-SRS3结构特性和理化性质。FE-SEM结果显示,HAMS颗粒表面较光滑,而GP-SRS3、UP-SRS3、EP-SRS3、MP-SRS3表面均呈现深浅不一的条纹状沟壑,UP-SRS3表面呈现众多大小不一的孔洞,MP-SRS3表面粗糙程度最大,呈现大量条纹状沟壑。FT-IR结果表明,MP-SRS3的DO和DD值分别为 1.118,1.114,与 GP-SRS3、UP-SRS3、EP-SRS3 和 HAMS相比,MP-SRS3分子链具有更高的有序程度和双螺旋比例。13CNMR结果显示,MP-SRS3的相对结晶度为81.57%,无定形区含量为5.23%,与 GP-SRS3、UP-SRS3、EP-SRS3 和 HAMS 相比,MP-SRS3 具有更高的相对结晶度和较低的无定形区比例,具有更稳定的结晶结构。DSC结果表明,MP-SRS3糊化峰值温度为118.9±0.25℃,糊化焓为6.03±0.12J/g,说明MP-SRS3晶体结构完整,双螺旋结构紧密。在90℃高温条件下,GP-SRS3、UP-SRS3、EP-SRS3 和 MP-SRS3 的溶解度分别为 32.72±0.24%、29.69±0.52%、31.86±0.65%、28.64±0.55%,膨胀度分别为 5.56±0.07%、5.27±0.09%、5.39±0.09%、5.13±0.11%,MP-SRS3展现较低的溶解度和膨胀度,说明其颗粒密集度高,双螺旋结构比例大,淀粉分子内键结合强度大,且分子排列有序。碘吸收特性显示薏苡仁抗性淀粉碘吸收峰由直链淀粉向支链淀粉转移,分子量整体分布较集中。(2)通过研究薏苡仁抗性淀粉GP-SRS3、UP-SRS3、EP-SRS3、MP-SRS3和HAMS对两歧双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、动物双歧杆菌增殖效果,结果显示与HAMS相比,薏苡仁抗性淀粉能更好的促进双歧杆菌生长,其中MP-SRS3对双歧杆菌增殖的效果最好。在酸性、胆汁酸盐、胃蛋白酶和胰蛋白酶逆环境下,与HAMS相比,双歧杆菌在薏苡仁抗性淀粉为培养基的碳源中能保持较高的存活率,其中MP-SRS3为培养基的碳源中各株双歧杆菌在逆环境下的存活率高于GP-SRS3、UP-SRS3、EP-SRS3 和 HAMS 组。(3)以传统益生元HAMS为阳性对照,研究薏苡仁抗性淀粉对小鼠肠道菌群的调节作用。结果显示,薏苡仁抗性淀粉能控制小鼠体重增长,摄入薏苡仁抗性淀粉不会对小鼠机体带来不良反应和影响。抗性淀粉组小鼠胸腺指数和脾脏指数均有不同程度的增加,说明其具有提高机体免疫能力的效果。薏苡仁抗性淀粉能有效降低结肠、盲肠内容物pH,其中MP-SRS3组小鼠升结肠、横结肠、降结肠、乙状结肠和盲肠内容物pH均低于其它组。薏苡仁抗性淀粉能增加小鼠粪便中Bifidobacteria数量并减少Escherichia coli数量,经6d喂养后,MP-SRS3组小鼠粪便中Bifidobacteria数量大于其余各组。薏苡仁抗性淀粉能显著提高小鼠肠道中厌氧菌群代谢物乙酸、丙酸、丁酸和异丁酸的浓度,MP-SRS3组小鼠粪便中乙酸、丙酸和丁酸浓度高于其它各组。薏苡仁抗性淀粉能降低小鼠肠道内Porphyromonadaceae、Clostridiur、Rikenellaceae等具有致病性或潜在致病性菌群的数量,增加Butyrivibrio、Bacteroidaceae等有益肠道健康菌群的数量,对于肠道疾病的预防,菌群的调节具有较好的促进作用。(4)在前期体外试验和体内试验基础上筛选出益生元效果最好的薏苡仁抗性淀粉MP-SRS3,以大鼠作为模式动物,研究其对肠道形态结构的影响。结果表明,MP-SRS3能显著降低大鼠体重增加量和饲料效率(p0.05),且不会对机体造成不良反应。此外,MP-SRS3能增加粪便湿重,提高粪便水分含量,促进肠道蠕动,加速肠道有毒物质排出。同时,MP-SRS3能增加大鼠盲肠总质量,盲肠壁质量和盲肠内容物质量,促进上皮细胞代谢、生长和分化,实现肠道代偿性生长。通过对肠道组织形态观察,结果表明MP-SRS3能有效增加大鼠十二指肠、空肠和回肠绒毛长度,降低隐窝深度,提高绒腺比,增加十二指肠、空肠、回肠、盲肠和结肠黏膜厚度和肌层厚度,对肠道组织生长代谢具有积极的促进作用。(5)通过代谢组学方法研究薏苡仁抗性淀粉MP-SRS3对大鼠作用过程中粪便代谢表型的变化,结果显示,空白组与MP-SRS3组粪便代谢物谱有明显差异,PCA得分图显示两组区分良好,PLS-DA分析获得了生物标记物水平随时间变化呈动态改变。MP-SRS3能调节大鼠体内琥珀酸、柠檬酸、乙酰乙酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、2-磷酸甘油酸、磷酸烯醇丙酮酸、亚麻酸、亚油酸、油酸、马尿酸的含量,提示MP-SRS3能调节和改善与大鼠肠道菌群变化相关的脂肪酸、氨基酸和糖代谢,进而改善大鼠的整体代谢状态。
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【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TS231

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