微波耦合脂质分子互作调控大米淀粉-脂质复合物消化性能及其对肠道菌群影响的研究
随着社会经济的发展和国民生活水平的不断提高，营养保障和供给能力显著增强的同时，由于营养过剩和代谢不均衡所引发的一系列健康问题日益严重，肥胖症、糖尿病、心血管病等慢性代谢性疾病患病率逐年攀升，成为影响我国国民健康水平的严峻问题。因而基于膳食干预理念，通过利用组分间相互作用改变食品多尺度结构进而调控消化性能，使其具有维持血糖血脂稳态、改善肠道菌群结构等有益健康的功能，目前已逐渐成为食品营养领域的研究热点。淀粉和脂质是人类膳食中的主要营养组分，其消化性能对改善膳食营养与机体健康起到重要作用。而微波作为一种简便、环境友好、成本低廉的热加工技术已被广泛应用于食品加工领域，通过作用极性分子使其快速定向排列从而破坏淀粉分子链间或链内的原有氢键结构并形成新的螺旋结构及致密的有序化结构，可以有效地调控淀粉的消化性能。因此，针对国内外相关领域研究现状及发展趋势，本论文从微波耦合脂质分子互作调控大米淀粉-脂质复合物消化性能及其对肠道菌群影响的角度展开研究，力图明晰和建立“微波处理及条件-脂质结构及添加量-大米淀粉-脂质复合物多尺度结构-消化性能及肠道菌群调控”之间的相互影响关系。具体研究及结论如下： 在探究了微波处理参数、油酸添加量和大米淀粉浓度对大米淀粉-油酸复合物（SO）消化性能影响的基础上，利用BP（back-propagation）人工神经网络建立了SO抗消化性能的预测模型。研究发现，采用Levernberg-Marquardt算法，设置学习速率lr=0.50，动量系数mc=0.10，迭代次数epochs=1000次，所建立的模型网络拓扑结构为5-17-2，预测值（仿真值）与实测值相比显示平均相对误差为±3.46%，对SO的慢消化淀粉SDS（R2=0.9775）和抗消化淀粉RS（R2=0.9687）含量有较高预测精度。表明所建立的模型能够精确地预测多因素条件下SO中的SDS和RS含量的变化情况，有良好的泛化能力。 系统深入研究了脂肪酸链长及饱和度、油脂组成和添加量、淀粉浓度等在微波作用环境中对大米淀粉-脂肪酸/油脂复合物多尺度结构演变和消化性能调控的影响，利用Spearman相关性分析建立了复合物结构与消化性能的关联性，通过体外酵解实验考察了复合物消化产物在酵解过程中影响短链脂肪酸（SCFAs）产生、肠道菌群组成及分布的规律。结果显示，微波处理会促进大米淀粉分子链的运动和自组装，使短程和长程有序结构增加；脂肪酸/油脂的引入能与大米淀粉分子通过疏水力和氢键相互作用形成单螺旋复合物和排列成致密的有序结构域，进而屏蔽和减缓了淀粉酶对淀粉分子的特异性酶解反应，使复合物的抗消化性能显著提高。脂肪酸的碳链越长、不饱和程度越低，越容易与淀粉分子相互作用形成有序化结构，其复合物中RS含量越高；油脂中多不饱和脂肪酸含量越高，体系淀粉浓度过高，均会抑制复合物中有序化结构的形成。Spearman相关性分析结果表明，复合率、短程有序化程度、单螺旋含量、结晶度、纳米聚集体致密程度、热焓值与大米淀粉-脂肪酸/油脂复合物的RS值呈正相关；且体外酵解实验结果也显示，所有复合物消化产物在酵解过程中均会产生SCFAs从而降低体系的pH值，SCFAs的生成量与复合物的RS含量呈正相关。大米淀粉-脂肪酸复合物RS含量和总SCFAs含量大小次序为：SS（硬脂酸）＞SP（棕榈酸）＞SO（油酸）＞SL（亚油酸）＞SD（癸酸），大米淀粉-油脂复合物RS含量和总SCFAs含量大小次序为：SOO（橄榄油）＞SCO（菜籽油）＞SMO（玉米油）＞SSO（葵花籽油）。复合物消化产物酵解后会降低肠道菌群的生物多样性和共有物种数量，提高Prevotella及Bifidobacterium等产SCFAs菌的丰度；RS含量较高的SS会进一步促进Faecalibacterium的增殖进而提高肠道中乙酸盐和丁酸盐的含量，SOO则进一步促进Weissella等有益菌的生长繁殖。 进一步考察在微波作用体系中添加较高油脂含量（20%、40%；wt%）对高油脂-大米淀粉复合体系中油脂氧化稳定性和消化性能的影响。结果表明，在微波作用下，油脂与淀粉的复合作用可以抑制氧化过程中油脂酸价和过氧化值的升高，并且随体系油占比的升高，会进一步降低MOS、SOS、OOS的过氧化值，但对COS的过氧化值影响不显著，且还会促进其次级过氧化物的生成；在微波处理下，油脂和淀粉的相互作用会降低复合物中油脂组分的消化程度和速率，当继续提高体系的油脂含量，会进一步降低OOS的脂肪酸最大释放量，但对含有多不饱和脂肪酸组分较多的SOS、MOS、COS中油脂的消化行为没有显著影响；高油脂-大米淀粉复合体系消化产物酵解后体系pH值显著低于油脂消化产物，SCFAs总量大小排序为OOS＞MOS＞COS＞SOS。 本论文针对微波耦合脂质分子互作调控大米淀粉-脂质复合物消化性能及其对肠道菌群影响相关的基础科学问题展开系统的研究，所获得的研究结果具有良好的创新性、学术价值和现实意义，所建立的“微波处理及条件-脂质结构及添加量-大米淀粉-脂质复合物多尺度结构-消化性能及肠道菌群调控”之间的关系和机制，可为淀粉和脂质营养功能的调控及新型高品质营养健康食品的创制提供理论依据和设计思路。
大米淀粉-脂质复合物;微波处理;消化性能;肠道菌群
华南理工大学
博士
制糖工程
李琳;陈玲
2022
中文
TS213.3
2022-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）