淀粉链键接方式酶法重构与性质研究

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淀粉作为我国居民日常米面主食的典型组分,是机体能量摄入的主要来源,其品质直接影响着机体健康。通过酶法改性淀粉,可以提升淀粉的抗消化性能,进而提升淀粉的品质。糖基转移酶(GTase)具有断裂α-1,4糖苷键、形成其它糖苷键的水解转苷催化特性,是增强淀粉抗消化性能的一种重要酶类。本课题用来源于Azotobacter chroococcum ATCC 4412(嗜铬固氮菌ATCC 4412)的GTase对dian分进行酶法改性,首先GTase的酶学性质和重构淀粉链的作用机理,接着以麦芽糊精(MD)为底物制备难消化糊精,并对难消化糊精的理化性质进行研究,最后对难消化糊精影响Caco-2细胞吸收转运葡萄糖和肠道益生功能进行评价。首先,通过分子生物学方法诱导表达了来源于A.chroococcum ATCC 4412的GTase并研究了其酶学性质。结果表明:GTase的最适pH为6.5-7.0,最适温度为55°C,热变性温度为62°C。1 mmol/L的Ca2+能使GTase的酶活提高2.44倍。GTase的酶活遵循米氏方程的动力学行为,催化效率(kcat/Km)为141.97 L/(g·s)。其次,以蔗糖、麦芽糖、麦芽糊精(MD)、玉米淀粉(MS)、蜡质玉米淀粉(WMS)以及高直链玉米淀粉(HMS)为底物,用GTase进行修饰,薄层层析分析表明GTase不能作用于蔗糖和麦芽糖,能直接作用于淀粉和MD。通过对比不同产物的结构,表明GTase具有水解/转糖苷活力且更易作用于线性葡萄糖链,同时表明改性产物是由麦芽三糖、麦芽四糖、麦芽五糖以及麦芽六糖等通过α-1,6-glc-α-1,4结构或α-1-4,6分枝点形成高度分枝化结构的葡聚糖。推断出GTase重构淀粉链的作用机理,并挑选出MD为GTase的最适改性底物。第三,以MD为底物制备难消化糊精,在制备过程中,MD改性产物(GMD)的α-1,6糖苷键的含量增加至33.33%,慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的总含量由9.01%增长到36.94%。研究了难消化糊精的多项理化性质,结果表明难消化糊精的平均粒径为76.10 nm,是一种典型的纳米粒子;不同浓度的难消化糊精在一定的剪切范围内剪切变稀,是一种假塑性流体;利用热重分析仪(TGA)和差示扫描量热仪(DSC)分析了难消化糊精的热力学特性,表明难消化糊精具有良好的热稳定性;在不同pH和温度下分析了难消化糊精的稳定性,发现难消化糊精在pH 3.0的缓冲液中易被酸解,在pH 5.0-11.0或4-70°C的条件长时间稳定储存,表明难消化糊精有良好的稳定性。第四,通过Caco-2细胞模型,分析了难消化糊精对Caco-2细胞吸收、转运葡萄糖的影响。结果表明,5 mg/mL的难消化糊精降低了Caco-2细胞中两种葡萄糖转运体(SGLT1和GLUT2)mRNA的表达量。在葡萄糖吸收实验24 h时,Caco-2细胞对葡萄糖的吸收降低了25.28%;在葡萄糖转运实验5 h时,Caco-2细胞对葡萄糖的转运率降低了17.29%。表明难消化糊精在小肠中具有维持机体餐后血糖稳态的潜力。同时,对难消化糊精进行体外模拟肠道发酵,结果表明难消化糊精组发酵液的菌体浓度分别是低聚果糖(FOS)、低聚半乳糖(GOS)、菊粉组的1.411倍、1.274倍和1.162倍;短链脂肪酸(SCFAs)的含量分别是三个对照组的2.821倍、2.780倍和2.617倍。表明难消化糊精能显著促进肠道微生物的增殖,专一性的发酵产SCFAs,在大肠中具有一定的肠道益生功能。
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