莲子抗性淀粉形成动力学及体外益生作用的研究

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莲子淀粉是莲子中最丰富的碳水化合物成分,莲子淀粉中直链淀粉含量高达40%,是制备抗性淀粉RS3的良好原料。团队前期研究结果表明,莲子抗性淀粉(LRS)的结构与益生作用之间具有相关性。但是,由于3型抗性淀粉的制备需经过复杂的回生过程,形成过程中受到自身及环境等多方面因素的影响,且抗性淀粉结构及益生作用随回生条件变化而变化。因此,研究不同条件下制备的莲子抗性淀粉的结构特性与其益生作用之间的关系尤为重要。基于此,本课题以莲子淀粉为原料,研究水分含量、回生时间和回生温度对莲子抗性淀粉结构特性的影响,并利用水分分布模型及Avrami方程研究莲子抗性淀粉形成动力学。在此基础上,并通过体外试验研究不同结构特性莲子抗性淀粉的益生作用,最后通过Pearson相关性分析,阐明莲子抗性淀粉结构特性与益生作用的构效关系。研究结果如下:(1)水分含量对莲子抗性淀粉结构特性影响的研究环境扫描电镜(ESEM)结果表明95%水分含量下制备的LRS形态结构较分散,50%水分含量下制备的LRS形成具有多孔表面的致密结构。分子量测试结果表明中等水分含量(70、80%)可使链长度相对较长的淀粉链形成抗性淀粉,表现为重均分子量(Mw)较大。X射线衍射测试(XRD)、固体核磁共振测试(Solid-state 13C CP/MAS NMR)、傅里叶红外光谱测试(FTIR)表明中等水分含量(70、80%)下制备的LRS含有比低水分含量(60、50%)及高水分含量(95、90%)下制备的LRS具有更高的微晶区比例、总结晶度、双螺旋结构比例及结构有序程度。结合低场核磁共振测试(1H NMR)的Pearson相关性分析表明,LRS中结合水比例(低场核磁共振测得)与R995/1022(傅里叶红外光谱测得)的数据趋势一致,B型结晶通道水比例(低场核磁共振测测得)与微晶区比例(XRD测得)一致。由此,提出水分分布模型用于表述LRS结构与制备浓度间的对应关系。(2)莲子抗性淀粉形成动力学的研究研究不同温度(4、25、4/25℃)下回生不同时间(0.5、1、2、4、8天)制得的LRS的结构差异,在此基础上利用Avrami方程研究其形成动力学。结果表明,在不同回生温度下制备的LRS的分子量、总结晶度、双螺旋结构比例、结构有序程度均随回生时间的延长而呈增长趋势。所有淀粉样品均显现出片层状表面结构,但不同温度下制备的样品的在颗粒形态上表现出差异性。相比其他温度下制备的LRS,4℃下制备的LRS结构松散且细碎,4/25℃条件下制备的LRS结构较致密且均匀。分子量测试结果表明4/25℃条件下制备的LRS分子量较大。同时,XRD及固体核磁共振结果表明4/25℃条件下制备的LRS具有较高的总结晶度、双螺旋结构比例、结构有序程度,而4℃及25℃条件下制备得到的LRS的微晶区比例较4/25℃高。Avrami动力学方程拟合结果表明,LRS在4、25及4/25℃下的回生均为一次成核,但晶核的形成及扩散速率表现出差异性,速率大小顺序为4℃>4/25℃>25℃。(3)不同结构特性莲子抗性淀粉体外益生作用的研究选取不同条件下制备的LRS为碳源配置培养基,用于培养双歧杆菌、丁酸梭菌、双歧杆菌与丁酸梭菌混合菌以及粪便菌群,并观察菌的生长代谢情况。结果表明,LRS对双歧杆菌及丁酸梭菌的促增殖作用较好,其中25℃下回生1天及8天的LRS对双歧杆菌及丁酸梭菌的生长及代谢的促进作用最显著。双歧杆菌在不同碳源培养基中仅产生乳酸及乙酸,丁酸梭菌在不同碳源培养基中代谢产生乳酸、乙酸、丙酸、丁酸。混合菌在不同碳源培养基下的生长情况差异显著,其中4/25℃回生1天及8天的LRS表现出显著的促增殖作用,但产酸方面未见较好促进作用。粪便菌群在不同碳源中的菌群结构差异显著,其中4/25℃回生1天及8天的LRS表现出与其他碳源不同的菌群结构,主要差异其变形菌门丰度较高,而拟杆菌门丰度较低。结合菌群功能分析可知,4/25℃回生1天及8天的LRS可能会增加有害菌的生长。
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