【摘 要】
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肠道菌群在宿主的营养代谢、神经调节和免疫保护中扮演着极其重要的角色,且菌群的组成与膳食结构中可供微生物利用的碳水化合物比例高度相关。抗性淀粉球晶（resistant starch spherulites,RSS）因具有较好的热稳定性和加工稳定性,同时表现出优良的产丁酸特性,并促进有益菌的增殖,有利于促进肠道健康、降低代谢疾病的风险,在碳水化合物营养领域受到了广泛关注。近年研究表明,抗性淀粉的结构差
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肠道菌群在宿主的营养代谢、神经调节和免疫保护中扮演着极其重要的角色,且菌群的组成与膳食结构中可供微生物利用的碳水化合物比例高度相关。抗性淀粉球晶（resistant starch spherulites,RSS）因具有较好的热稳定性和加工稳定性,同时表现出优良的产丁酸特性,并促进有益菌的增殖,有利于促进肠道健康、降低代谢疾病的风险,在碳水化合物营养领域受到了广泛关注。近年研究表明,抗性淀粉的结构差异可能对肠道菌群的发酵行为和群落结构产生不同的调控作用。本文以蜡质玉米淀粉为原料制备不同结晶度的A型和B型RSS,研究结晶晶型和结晶度的差异对淀粉发酵特性和肠道菌群组成的影响,同时跟踪RSS在体外发酵过程中结构特征的变化,阐明RSS结肠酵解的机理,为针对性定向设计益生元结构及改善肠道健康的食品配料提供新的思路。研究从以下两个方面进行展开:1、不同结晶结构的抗性淀粉球晶的体外大肠酵解特性及其结构差异对肠道菌群的影响。利用普鲁兰酶脱支后重结晶的方法,分别制备得到结晶度在47%～79%的A型RSS和结晶度在40%～64%的B型RSS,并通过体外批式发酵模型探究了其发酵产气量、短链脂肪酸产量及菌群丰度的变化。结果显示,A型和B型RSS的总体发酵速率相近,每50 mg样品发酵24 h的产气量分别为11.8～13.2 m L和12.1～12.6 m L,说明结晶晶型和结晶度均不是控制总体发酵速率的关键因素。体外发酵结束时,随着A型RSS结晶度的增加,乙酸和丁酸浓度分别降低了8.4 m M和3.3 m M,而结晶度较高的B型RSS分别使乙酸和丙酸的浓度降低了8.4 m M和2.1 m M。菌群测序分析结果表明,不同结晶晶型的RSS具有相似的整体微生物群落结构,但A型RSS显著地促进了Roseburia faecis和Lachnospiraceae等丁酸产生菌,而B型RSS则倾向于促进产生较高浓度丙酸的关键菌属Prevotella copri。2、抗性淀粉球晶在体外酵解过程中结构特征的变化及其酵解机理。以A型和B型RSS为发酵底物,通过体外批式发酵模型收集发酵残渣,采用扫描电子显微镜、尺寸排阻色谱、X射线衍射、差示扫描量热法等分析手段,跟踪测定了其体外发酵不同时间中外观形貌、分子链长分布、结晶度、热力学性质等结构特征的变化。结果显示,随着发酵时间的延长,蜡质玉米淀粉的分子链长分布和结晶度无明显变化,焓值显著下降（10.8～8.1 J/g）,表明微生物对天然淀粉无定形区和结晶区的酵解无优先顺序。A型和B型RSS的结构变化规律相似,A型RSS的DPAP1和h AP2/h AP1逐渐降低,B型RSS的AP2峰位置无明显出峰。发酵12 h后,RSS的结晶度和焓值均显著下降。A型RSS的结晶度从55%降低至39%,焓值从13.8 J/g下降至5.8 J/g;B型RSS的结晶度从52%降低至35%,焓值从12.3 J/g下降至4.1 J/g,表明RSS的微生物酵解过程不受其结晶晶型影响,其长支链淀粉分子和结晶区优先被酵解,可能是由于其局部有序的结晶区域为微生物提供了合适的附着表面或位点。
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