鹰嘴豆抗性淀粉的制备、理化性质和肠道益生特性研究

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抗性淀粉是食品研究领域的热点之一,具有能促进肠道有益菌的生长、促进肠道短链脂肪酸的生成和预防结肠癌等生理功能。目前国内外对鹰嘴豆淀粉的研究主要集中于鹰嘴豆天然淀粉理化性质和生理功能方面,对鹰嘴豆抗性淀粉的研究报道较少,尤其是对纯鹰嘴豆抗性淀粉的研究报道就更少。本研究以鹰嘴豆为原料,分别对鹰嘴豆抗性淀粉的制备工艺、鹰嘴豆抗性淀粉样品的理化与体外消化性质和鹰嘴豆抗性淀粉样品的肠道益生特性进行研究。主要研究结果如下:1.鹰嘴豆抗性淀粉制备工艺的研究通过单因素试验和响应面优化试验确定鹰嘴豆抗性淀粉制备工艺的最佳工艺参数为:pH值2.6,淀粉添加量2.24 g,冷藏时间18.7 h、压热温度121℃、压热时间30 min、压热冷却循环次数为1次。在鹰嘴豆抗性淀粉最优制备条件下进行验证试验得抗性淀粉得率为63.0%。2.鹰嘴豆淀粉样品的理化和体外消化性质研究采用元素分析、扫描电镜和热重分析等方法研究鹰嘴豆淀粉样品的理化及其体外消化性质,实验结果表明:(1)用淀粉酶酶解鹰嘴豆淀粉会导致部分酶蛋白残留到鹰嘴豆淀粉中,淀粉酶的用量越大残留越多,且残留的酶蛋白并不是均匀的分布在淀粉中而是更多的集中于某些淀粉颗粒上; (2)NS中直链淀粉和支链淀粉含量分别为30.72%和70.57%,其平均聚合度为471。RSI、RSII、RSII-1和RSII-2的淀粉成分主要由带有少量支链的短链直链淀粉分子构成,其平均聚合度都在41左右;(3)NS的碘复合物的最大吸收波长为605 nm,其蓝值为0.61。RSI、RSII、RSII-1和RSII-2的碘复合物的最大吸收波长都为582 nm,四种鹰嘴豆抗性淀粉按其蓝值从大到小的顺序依次排列为RSI、RSII-2、RSII和RSII-1;(4)根据热特性分析的结果,适度的淀粉酶酶解能提高淀粉的热稳定性,但是如果过度酶解则会使淀粉的热稳定性有所降低;(5)根据扫描电镜观察的结果,NS的颗粒呈椭圆形或者球形,大小不一,表面比较光滑;RSI和RSII的颗粒形状不规则,表面平整,质地紧密,具有层状结构;RSII-1的颗粒形状不规则,表面平整,具有多孔疏松结构;RSII-2的颗粒形状不规则,表面粗糙,具有层状结构;(6)根据体外消化特性研究的结果,RSII和RSII-2在体外模拟消化液中稳定性高于RSI,而RSII-1的稳定性最低。3.鹰嘴豆淀粉样品结晶结构的研究建立两种可以相互印证的分析鹰嘴豆淀粉样品结晶结构的方法:一种是基于X射线衍射曲线图谱分析淀粉样品结晶结构的曲线拟合方法,另一种为基于淀粉样品水分含量分析淀粉样品结晶结构的水分含量分析方法。根据曲线拟合方法可得到以下结果:(1)RSI的RC、RCB和BP比NS分别增加15.32%、4.15%和2.98%,表明NS压热处理后经淀粉酶酶解制备RSI的过程有利于淀粉中结晶(特别是B-型结晶)的增加;(2)RSII的RC、RCB和BP比RSI分别增加12.78%、4.91%和3.72%,表明RSI中的无定形区比结晶区更容易受到淀粉酶的酶解,且B-型结晶比A-型结晶更耐淀粉酶的酶解;(3)RSII-2的RC和RCA比RSII分别减少7.59%和7.77%,而RCB则保持稳定(仅增加0.18%),表明RSII中的A-型结晶在高浓度碳酸钾溶液中不稳定,而B-型结晶则不受高浓度碳酸钾溶液的影响。4.鹰嘴豆淀粉样品的傅里叶红外光谱分析建立起一种全新的计算淀粉相对结晶率的傅里叶红外光谱法。我们提出一个假说:淀粉在1300-800 cm-1波数范围内的红外光谱曲线存在一个可以被分为无定形区和结晶区的全晶峰(Holocrystalline-peak, HCP),其中的结晶区是指全晶峰与红外光谱曲线重叠的区域;淀粉的相对结晶率就是指结晶区面积与全晶峰面积的比值。这个假说不仅适用于鹰嘴豆淀粉样品,还适用于红薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉和马铃薯淀粉。通过傅里叶红外光谱法计算所得的淀粉相对结晶率与通过X射线衍射法计算所得的结果的组内相关系数为0.998(P=0.000,n=9),95%的置信区间为0.992-1.000,表明这两种方法的计算结果相一致。而且傅里叶红外光谱法还具有较好的线性、准确度、特异性、重复性(变异系数为1.1-2.9%)和中间精密度(变异系数为2.8%)。5.鹰嘴豆抗性淀粉样品对双歧杆菌、鼠李糖乳杆菌和大肠杆菌生长的影响采用体外厌氧培养法研究鹰嘴豆抗性淀粉样品对双歧杆菌、鼠李糖乳杆菌和大肠杆菌生长的影响,实验结果表明:(1)当单菌厌氧培养时,RSI、RSII、RSII-1 和 RSII-2都能抑制大肠杆菌的生长和促进双歧杆菌与鼠李糖乳杆菌的生长,其中RSII和RSII-1对大肠杆菌生长的抑制效果最好,而RSI和RSII-2能使双歧杆菌更早地进入生长稳定期和生长衰亡期;(2)当双歧杆菌和大肠杆菌混合厌氧培养时,RSI、RSII、RSII-1和RSII-2对双歧杆菌和大肠杆菌的生长都有抑制作用,但RSII-2和RSI都有利于双歧杆菌在菌群中占优势,其中RSII-2的效果最好;(3)当鼠李糖乳杆菌和大肠杆菌混合厌氧培养时,RSI、RSII、RSII-1和RSII-2都能促进鼠李糖乳杆菌的生长和抑制大肠杆菌的生长,其中RSII、RSII-1和RSII-2在发酵后期能使鼠李糖乳杆菌在菌群中占优势;(4)当双歧杆菌和鼠李糖乳杆菌混合厌氧培养时,RSI、RSII、RSII-1和RSII-2对双歧杆菌和鼠李糖乳杆菌的生长都有抑制作用,其中RSI对双歧杆菌和鼠李糖乳杆菌生长的抑制作用最大;(5)当鼠李糖乳杆菌、双歧杆菌和大肠杆菌混合厌氧培养时,RSI、RSII、RSII-1和RSII-2都能抑制双歧杆菌和大肠杆菌的生长和促进鼠李糖乳杆菌的生长,都具有一定的益生效果,其中RSII-1和RSII-2的益生效果最好。6.鹰嘴豆抗性淀粉样品的体外肠道益生特性研究采用体外厌氧粪样培养法研究鹰嘴豆抗性淀粉样品的体外肠道益生特性,实验结果表明:(1)RSI具有一定的益生功能,能促进双歧杆菌和优杆菌的生长,增加有益菌在总菌群中所占比例,在发酵后期对丙酸的生成有促进作用,但对甲酸、乳酸、乙酸和丁酸的生成有一定的抑制作用;(2)RSII具有较好的益生功能,能促进双歧杆菌和优杆菌的生长并抑制拟杆菌的生长,能明显增加优杆菌、乳酸菌和肠球菌在总菌群中所占比例,促进乳酸的生成,对丙酸的生成影响不大,但对甲酸、乙酸和丁酸的生成有一定的抑制作用;(3)RSII-1在发酵前期具有较好的益生功能,能促进双歧杆菌、乳酸菌和肠球菌的生长,抑制优杆菌、溶组织梭菌和拟杆菌的生长并降低其各自在总菌群中所占比例,促进甲酸、乳酸、乙酸和丁酸的生成,但对丙酸的生成影响不大;(4)RSII-2具有较好的益生功能,能促进双歧杆菌和优杆菌的生长,抑制溶组织梭菌和拟杆菌的生长,增加双歧杆菌、优杆菌、乳酸菌和肠球菌在总菌群中所占比例,促进乳酸、乙酸和丁酸的生成,对甲酸的生成影响不大,但对丙酸的生成有一定抑制作用。
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