绿色木霉发酵对茶渣膳食纤维的理化性质与降血糖功能的影响

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gfgfiiii
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Ⅱ型糖尿病不仅给人们健康带来了严重的危害,还对社会经济造成了极大的负担。目前,主要采用药物疗法来延缓Ⅱ型糖尿病的进程,但与此同时会给患者带来一定的副作用。大量研究表明,饮食中膳食纤维(DF)的摄取对Ⅱ型糖尿病具有调节作用,但大多数都仅仅单一研究可溶性膳食纤维(SDF)或者不溶性膳食纤维(IDF)的降糖作用机制。茶渣,是茶饮料制造业未得到充分利用的副产品,含有大量的营养物质,尤其是DF,但其SDF含量很低,无法发挥优良的功能活性,所以通常作为工业废物焚烧或倾倒在垃圾填埋场,造成环境污染和资源浪费。因此,本课题以茶渣为原料,通过绿色木霉发酵法改性制备茶渣膳食纤维,并利用响应面法优化该发酵工艺,再评估发酵对茶渣膳食纤维结构特性、理化性质和体外功能活性的影响;再建立Ⅱ型糖尿病大鼠模型,发酵前后茶渣膳食纤维干预大鼠,评价发酵茶渣膳食纤维对糖尿病大鼠健康改善作用的影响;最后从代谢组学和肠道菌群两个方面来挖掘膳食纤维对Ⅱ型糖尿病大鼠降血糖潜在的机制。该研究旨在提高茶叶加工副产物的附加值,也为糖尿病的饮食疗法提供理论依据和技术指导。主要研究内容和结果如下:(1)探讨了绿色木霉发酵对茶渣膳食纤维结构和功能活性的影响。响应面法确定了绿色木霉发酵制备茶渣可溶性膳食纤维(F-SDF)的最佳发酵条件为:发酵时间43.59 h,发酵初始p H 5.46,绿色木霉接种量10.34%,在该条件下,F-SDF得率比未处理的茶渣可溶性膳食纤维(U-SDF)(4.3%)显著提高到31.56%。发酵对SDF结构方面影响:通过扫描电镜发现,绿色木霉发酵使得SDF更疏松,具有更多的孔洞和裂缝,增加了比表面积。通过FT-IR表明,F-SDF和U-SDF的总体官能团基本相似,都具有多糖的特征吸收峰,发酵可能会破坏果胶和部分多糖的β-糖苷键。此外,通过化学组成分析,发酵改变了SDF的单糖组成,增加了木糖和糖醛酸含量,X射线衍射和TGA分析结果分别发现F-SDF的结晶度和热稳定性都显著高于U-SDF。发酵对SDF体外功能特性方面的影响:F-SDF体外吸收胆固醇的能力、胆酸钠吸附能力、葡萄糖吸附能力以及重金属离子的结合能力都显著强于U-SDF。以上结果表明,发酵不仅能够降解部分半纤维素从而显著提高茶渣中SDF含量,还能改善其结构特征,增强其功能特性。故而,绿色木霉发酵法制备茶渣膳食纤维是一种有价值的改性方法。(2)通过高糖高脂饮食结合小剂量链脲佐菌素(STZ)建立Ⅱ型糖尿病大鼠模型,研究了发酵前后茶渣膳食纤维(TDF和FDF)对Ⅱ型糖尿病大鼠的健康改善作用。结果表明,FDF和TDF干预都可以缓解Ⅱ型糖尿病大鼠多饮、多食、体重下降和葡萄糖不耐受的症状,还能调节Ⅱ型糖尿病大鼠的空腹血糖(FBG)、糖化血清蛋白(GSP)、胰岛素(胰岛素抵抗指数HOMA-IR和胰岛素敏感指数QUICKI)、血脂(总胆固醇TC、甘油三酯TG、高密度脂蛋白HDL-C、低密度脂蛋白LDL-C和游离脂肪酸NEFA)、氧化应激(超氧化物歧化酶SOD、谷胱甘肽过氧化酶GSH-Px和丙二醛MDA)。此外,FDF和TDF干预对Ⅱ型糖尿病大鼠的胰岛和肝脏病理损伤具有一定修复作用,且FDF比TDF改善肝功能的效果更显著。以上结果表明,发酵后的FDF的降血糖和降血脂功能要优于未发酵的TDF,发酵能提高茶渣膳食纤维对Ⅱ型糖尿病大鼠的健康改善作用。(3)基于UPLC-Q-TOF/MS技术,研究了TDF和FDF对Ⅱ型糖尿病大鼠血清代谢物的影响。结果表明,不同处理组在主成分分析(PCA)坐标中均显著分离。此外,糖尿病大鼠与正常大鼠相比,胆汁酸、酰基肉碱、苯丙氨酸等代谢物含量都显著上调。FDF干预后,上调酵母氨酸、组氨酸、左旋多巴、酮亮氨酸等。TDF干预后,上调α-酮戊二酸、左旋多巴等,下调胆汁酸等,这表明TDF可以调节胆汁酸的合成,进而回调胆固醇的代谢。FDF干预相较于TDF,L-高苯丙氨酸等下调,甘油磷酸胆碱和酵母氨酸等上调,FDF显著改善了苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸的生物合成。(4)运用Illumina高通量测序技术,探究了TDF和FDF对Ⅱ型糖尿病大鼠肠道菌群的影响。结果显示,FDF干预后显著增加糖尿病大鼠肠道菌群丰富度,而TDF没有该效果。并且,FDF干预后,可以改善糖尿病大鼠的肠道菌群组成,主要显著下调Proteobacteria,Desulfovibrionaceae,Lactobacillaceae和Clostridiaceae相对丰度;显著上调S24-7,Prevotellaceae,Ruminococcus和Prevotella相对丰度。PICRUSt预测表明,FDF干预后显著上调能量代谢、聚糖的生物合成和代谢的代谢通路表达。此外,FDF干预显著增加Ⅱ型糖尿病大鼠粪便中的总短链脂肪酸(SCFAs)、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸含量,显著回调p H值至正常大鼠水平。而TDF干预后,总短链脂肪酸、乙酸、戊酸的水平和p H值显著回调,但没有FDF明显。以上结果表明,发酵后的FDF的对Ⅱ型糖尿病大鼠结肠肠道菌群紊乱的回调要优于未发酵的TDF。综上所述,通过本研究表明绿色木霉发酵法制备茶渣膳食纤维是一种合理有价值的改性方法,不仅能改善膳食纤维结构和功能特性,还提高了对Ⅱ型糖尿病大鼠的健康改善作用,并增强了对Ⅱ型糖尿病大鼠代谢和肠道菌群的调节作用,为糖尿病的饮食疗法提供理论依据,也为合理开发茶渣膳食纤维的高附加值产品提供了理论基础。
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