绿色木霉固态发酵释放脱脂米糠不溶性膳食纤维结合多酚及其延缓秀丽隐杆线虫衰老的机制研究

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多酚是植物中的一类次生代谢产物,具有抗氧化、抗炎、抗衰老等多种生物活性。长期以来,研究人员多关注于易萃取的游离多酚(FP),忽视了与膳食纤维、蛋白质、淀粉等食品基质紧密相连的结合多酚(BP)及其潜在健康益处。脱脂米糠是从稻米的加工副产物米糠中提取的残渣,然而,这种通常被视为工业废弃物的残渣中仍然含有丰富的多酚、膳食纤维等营养物质,这些残渣的随意丢弃造成了功能成分和资源的极大损失。据悉,脱脂米糠中大部分多酚以与膳食纤维结合的形式存在,亟需寻找能够温和、高效、低成本释放BP的方法。此外,人口老龄化问题日益严峻,对全球经济和社会生活造成了极大的影响。研究表明,膳食中天然的植物化学物质多酚可以缓解衰老及衰老相关疾病的发生。因此,本课题以脱脂米糠不溶性膳食纤维(DRB-IDF)为原料,优化绿色木霉固态发酵(SSF)释放BP的最佳工艺,分析SSF法和碱法分别制备的FT-IDF-RBP和AT-IDF-RBP的组成、含量、抗氧化及酶抑制活性;同时,评估SSF对DRB-IDF结构特性的影响,解析菌种所产碳水化合物水解酶的活性与BP释放量的相关性,从而探究BP的潜在释放机制;在此基础上,以秀丽隐杆线虫为研究模型,饲喂不同浓度SSF释放的FT-IDF-RBP,评价FT-IDF-RBP对线虫衰老及其相关指标的影响;再从转录组学的角度挖掘FT-IDF-RBP对线虫抗衰老作用的潜在机制,并进一步利用突变体进行验证。本研究旨在提升稻米农产品加工副产物的附加值,同时,为从膳食中开发天然抗衰老营养补充剂提供理论与技术指导。本文的主要结论如下:(1)建立了绿色木霉SSF释放DRB-IDF中BP的方法,并分析了SSF法与传统碱法释放的BP的差异。响应面法优化从DRB-IDF中释放BP的最佳发酵条件为:初始p H 4,含水量66%,菌种接种量10~5 spores/g,发酵时间4天。在此条件下,BP的释放量可达到5.55 mg GAE/g DW。结合定性定量分析结果,推测了多酚在发酵过程中存在羟基苯甲酸和羟基肉桂酸生物转化途径。此外,体外抗氧化及酶抑制活性研究发现,与碱法释放的AT-IDF-RBP相比,SSF法释放的FT-IDF-RBP具有更显著的体外抗氧化活性,且对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性的抑制效果更佳。(2)阐明了SSF对DRB-IDF结构特性的影响,解析了SSF释放DRB-IDF中BP的潜在机制。对未处理、高温高压灭菌处理和SSF处理的DRB-IDF进行结构表征,发现高温高压灭菌处理和SSF处理后IDF纤维网络结构变得更为松散,半纤维素及纤维素等无定形区发生降解,纤维素、半纤维素、木质素结构中红外特征峰及强度发生改变。此外,木聚糖酶、纤维素酶和β-葡萄糖苷酶等碳水化合物水解酶的活性在SSF过程中出现不同程度的提高,且与BP释放量呈显著正相关。因此,我们推测,SSF过程中,BP与纤维素、半纤维素和木质素等基质间的相互作用力被削弱,从而促进了BP的释放。(3)以秀丽隐杆线虫为研究模型,研究了SSF释放的FT-IDF-RBP对线虫衰老及其相关指标的影响。结果表明,FT-IDF-RBP能够在不影响线虫生殖能力的情况下延长其寿命。然而,这种延寿作用存在一个阈值,FT-IDF-RBP的最佳浓度为100μg/m L。在此条件下,线虫的平均寿命延长约14.81%,同时,线虫衰老相关的生理指标在FT-IDF-RBP作用下显著改善,包括身体弯曲能力增强,氧化应激水平下降,脂褐素积累减少,抗氧化酶活性提高。(4)基于RNA测序技术获取FT-IDF-RBP干预前后线虫的转录组信息,研究了FT-IDF-RBP对线虫抗衰老作用的潜在机制。共筛选出433个差异表达基因(DEGs),上调DEGs有173个,如gst-10和sod-3等;下调DEGs有260个,如F49E12.10等。GO分析表明,多数DEGs主要富集的GO功能集与免疫反应及氧化还原酶相关;KEGG分析筛选出12条显著富集的通路,其中与线虫衰老调节相关的主要有氧化还原酶以及长寿调节通路。针对“长寿调节通路-蠕虫”通路进行验证,发现FT-IDF-RBP能显著提高线虫突变株CF1553(SOD-3::GFP)的荧光蛋白表达水平,表明FT-IDF-RBP能够通过增强内源性抗氧化防御系统以延长线虫的寿命,“长寿调节通路-蠕虫”通路中的基因sod-3可能是其作用的关键靶点。
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