微波改性对膳食纤维理化特性及肠道菌群调节作用的影响

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为综合开发利用食品工业中的农副产物,拓宽膳食纤维(DF)的来源渠道,使天然副产物膳食纤维能够更有针对性地有益人体健康,本文通过微波技术对不同来源农副产物(甘薯渣、苹果渣、大豆渣、脱脂米糠)中的膳食纤维进行改性处理。旨在提高其中可溶性膳食纤维(SDF)的质量分数,改善膳食纤维的理化性质,并通过考察微波前后不同来源膳食纤维在不同肠型中的体外发酵特性,来评价微波改性对这些膳食纤维益生特性的影响。其中米糠来源广泛,营养丰富,但很难被肠道菌群利用,因此进一步采用微波联合酶解改性米糠膳食纤维,对比单一与联合改性对其益生特性的改善效果。主要研究结果如下:(1)利用微波改性甘薯渣、苹果渣、大豆渣、脱脂米糠中的膳食纤维,得到微波改性前(WRBF、WAF、WSF、WRBF)及改性后(MWRBF、MWAF、MWSF、MWRBF)共八组DF样品。微波改性后SDF质量分数均有不同程度提高,分别提高了63.11%,4.51%,358.79%及106.78%,其中大豆DF提升最多。扫描电镜(SEM)观察到总体的变化趋势是DF表面出现孔隙、可及性边缘增加,且MWAF表观结构破坏程度最明显。通过X-射线衍射仪(XRD)发现改性对DF结晶结构无显著影响。由热稳定曲线可知,微波后最终质量残留增加,MWSF热稳定性显著提升。SDF质量分数及可及性边缘的增加使得微波后的DF更好的与水、油、胆固醇、亚硝酸根离子等物质结合,且酚类物质的溶出量显著提高,抗氧化能力增强。对比发现SDF质量分数的提高与功能特性综合提高幅度并不相关,微波改性后膳食纤维功能性质的提升是SDF增加与可及性边缘的暴露共同作用的结果。(2)选择三名健康个体的粪便菌群(FD1:普氏菌肠型;FD2、FD3:拟杆菌肠型)对于八种DF进行体外发酵。对于三种不同肠型的菌群,普氏菌肠型FD1相比于其他粪便发酵体系对膳食纤维的降解能力更强,拟杆菌肠型FD2相对最弱,FD3具有更加丰富多样的菌群组成。在四种不同来源的DF中,米糠DF相比于另外三组DF在0-48 h发酵过程中缓慢发酵,这与其更高的抗氧化特性与不溶性纤维组成有关,且微波对其酵解的影响较小。微波处理后的大豆DF(MWSF)由于大量不溶组分降解为低聚糖,在三组粪便发酵体系中均促进了双歧杆菌等有益细菌的生长,显著提高了短链脂肪酸(SCFAs)的产率,降低了p H值,相比WSF显示出更好的发酵特性。(3)使用微波联合酶解对米糠DF进一步改性,得到ME-WRBF。研究表明进一步酶解后ME-WRBF中SDF质量分数相比MWRBF有所下降,但显著提高了ME-WRBF的溶胀力,结构更加疏松多孔,有利于肠道菌群在ME-WRBF上的附着。借助体外研究模型发现相比单一微波处理的MWRBF,ME-WRBF组进一步降低了发酵过程中的产气量及p H值,且在24 h表现出各SCFAs及其总量的显著提升。此外ME-WRBF组菌落的Shannon多样性指数显著增加,与WRBF组具有显著不同的菌群结构。厚壁菌门与拟杆菌门的比例也随着改性方法的增加而降低,调整肠道菌群向有益菌群结构方向发展。
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