基于酶处理探究多糖结构改变对桑葚果汁体外消化和发酵特性的影响

作     者：艾健 

作者单位：上海海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：包斌;田灵敏

授予年度：2022年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：桑葚果汁 生物酶 消化发酵 桑葚多糖 结构表征 肠道菌群 

摘      要：桑葚具有多种功能活性,营养和经济价值极高。桑葚在食品领域应用广泛,果汁加工业的发展是推动桑葚产业健康持续发展的重要途径之一。多糖是桑葚的主要功能成分之一,具有抗氧化、降血糖、降血脂、保护肝脏、调节机体免疫及改善肠道菌群等多种生物活性。生物酶因其绿色、安全和高效等优点而被广泛应用于食品加工领域,如果汁加工和植物活性成分提取等。鉴于此,本研究探讨了果胶酶、果胶裂解酶和纤维素酶处理对桑葚果汁中可溶性糖、酚类、黄酮类和花色苷等活性成分溶出的影响,阐明了不同生物酶制备的桑葚全果汁在口腔和胃肠中的消化特点以及在人体结肠中的发酵特性;并进一步采用上述三种酶辅助提取桑葚中的可溶性多糖,对其化学组分和结构特征进行了系统的研究,同时阐明了其结肠发酵特性、对肠道菌群的影响以及构-效关系。主要结论如下:(1)果胶酶、果胶裂解酶和纤维素酶处理均可促进桑葚果汁中可溶性糖的溶出,其中纤维素酶效果最好,果胶酶次之,果胶裂解酶溶出效果较差。同时,果胶酶主要促进矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cyanidin-3-O-glucoside,C3G)的溶出;果胶裂解酶处理可促进酚类、黄酮类、C3G和矢车菊素-3-O-芸香糖苷(Cyanidin-3-Orutinoside,C3R)的溶出;纤维素酶则主要促进黄酮类物质的溶出。体外模拟消化后,桑葚果汁中酚类、黄酮类和C3G含量下降,而C3R、可溶性糖和糖醛酸含量增加。生物酶处理可提高肠道菌群对桑葚果汁中糖类物质的利用。16S rDNA测序结果表明,桑葚果汁可调节肠道菌群的组成和丰度,在门水平上可增加Bacteroidetes、Firmicutes和Proteobacteria(果胶酶处理的桑葚果汁除外)的相对丰度,降低Fusobacteria的相对丰度;在属水平上可增加Bacteroides、Klebsiella、Parabacteroides和Phascolarctobacterium的相对丰度,降低Fusobacterium和Escherichia的相对丰度。其中,生物酶处理的桑葚果汁在增加Bacteroidetes和Firmicutes相对丰度上不如无酶处理的桑葚果汁;果胶酶处理可降低桑葚果汁发酵过程中Proteobacteria的增加;果胶裂解酶处理的桑葚果汁在降低Fusobacteria相对丰度上比无酶处理的桑葚果汁效果好。此外,桑葚果汁发酵产生了大量乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸。(2)生物酶处理可以提高桑葚粗多糖的得率,其中纤维素酶辅助提取产率最高,果胶酶次之,果胶裂解酶提取产率较低。不同生物酶提取的桑葚粗多糖碳水化合物、糖醛酸、蛋白质和总酚含量不同。结构分析表明桑葚粗多糖主要含水溶性果胶,生物酶处理可降低桑葚粗多糖的分子量和侧链分枝度,改变其单糖组成、糖苷键和微观形貌等。(3)桑葚粗多糖可被肠道菌群有效酵解和利用,发酵过程中多糖的碳水化合物被消耗,分子量和单糖含量逐渐降低。其中果胶裂解酶和水提取的桑葚粗多糖更易被肠道菌群消耗利用。16S rDNA测序结果表明桑葚粗多糖在门水平上增加了Bacteroidetes和Firmicutes的相对丰度,降低了Proteobacteria(不含纤维素酶提取的多糖)和Fusobacteria的相对丰度;在属水平上增加了Bacteroides和Klebsiella的相对丰度,降低了Escherichia-Shigella和Fusobacterium的相对丰度。不同酶处理对肠道菌群的结构和丰度影响不同,酶辅助提取的多糖在增加Bacteroidetes和Firmicutes相对丰度和降低Proteobacteria相对丰度上不如水提取的桑葚粗多糖;纤维素酶提取的桑葚粗多糖在降低Fusobacteria相对丰度上比水提取的桑葚粗多糖效果好。桑葚粗多糖发酵产生了大量乙酸、丙酸和丁酸,其中果胶裂解酶提取的多糖所产乙酸、丙酸和总短链脂肪酸的量最高,同时果胶裂解酶和水提取的桑葚粗多糖所产丁酸的量最高(两者无显著差异)。果胶酶和纤维素酶处理不利于所提取多糖的肠道发酵,而水提取和果胶裂解酶提取的多糖则表现出更好的发酵特性和益生潜力,这可能归因于其更高的分子量、结构上含更多的半乳糖和阿拉伯糖。总之,多糖是影响桑葚果汁结肠发酵的主要化合物之一,酶处理通过改变桑葚多糖的化学结构进而影响桑葚果汁的发酵特性。