薏苡(Coix lacryma-jobi L.)仁为我国药食同源资源,具有健脾、清热、利湿等功效,是临床上常用的利水渗湿药。其营养较全面,为高蛋白、高油脂且血糖生成指数较低的谷物。然而,在储藏过程中极易氧化变质、产生哈败味、生虫,严重影响薏苡仁的品质和营养价值。乳酸菌发酵是保持或提高农产品营养、感官、安全和货架期的最古老、最经济、最有价值的生物技术方法之一。因此,本研究拟将现代益生菌发酵技术应用于薏苡仁发酵,研究植物乳杆菌NCU137发酵对薏苡仁营养组成、产品均一性的影响。鉴于薏苡仁为我国常用的祛湿药,通过短期高湿环境暴露诱导外湿模型,探讨模型小鼠生化指标和肠道菌群的变化及相互影响机制;在此基础上,通过现代检测技术和生物化学等技术手段比较发酵前后薏苡仁及其多糖组分对外湿模型小鼠的干预作用,并探讨其可能的作用机制。主要研究内容及结论如下:(1)研究植物乳杆菌NCU137发酵对薏苡仁营养组成和产品均一性的影响。应用高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、高效凝胶渗透层析(HPGPC)和紫外光谱等技术,检测分析发酵前后薏苡仁的营养组分、挥发性物质和产品均一性的变化。结果表明,发酵薏苡仁中有机酸含量显著升高(p<0.05),产生了乳酸(p<0.05)和丁酸(p<0.05),其p H值显著降低,由6.41±0.05降低至3.92±0.04(p<0.05)。碳水化合物组成发生明显变化,总膳食纤维含量、总淀粉含量及淀粉体外消化特性无显著变化,可溶性膳食纤维含量显著增加(p<0.05),单糖和低聚果糖含量显著降低(p<0.05)。进一步研究发现,发酵后薏苡仁中可溶性多糖提取率明显提高(p<0.05),两种多糖组分中均含有两个不同分子质量大小的级分,其重均分子量分别为141350 Da和3062 Da(发酵薏苡仁多糖)及148812 Da和2082 Da(未发酵薏苡仁多糖),单糖组成均为葡萄糖。总蛋白质含量及其总氨基酸组成无明显变化,发酵后,游离氨基酸含量显著上升(p<0.05),必需氨基酸和风味氨基酸含量显著升高(p<0.01)。粗脂肪含量显著降低(p<0.05),总游离脂肪酸水平显著升高(p<0.01),揭示植物乳杆菌NCU137可能具有脂肪水解活性。发酵薏苡仁的挥发性物质发生了显著变化,醇类物质显著增加(p<0.05),醛类、酮类物质(p<0.05)以及2-戊基呋喃含量(p<0.01)显著降低,且产生了新的物质(己酸,p<0.01)。发酵薏苡仁的粒径增大(p<0.001),ζ电位绝对值降低(p<0.001),黏度增加,储藏过程中,产品不易出现分层现象,产品均一性提高。(2)通过人工气候箱模拟高湿(90±2%)环境,分别将小鼠暴露于高湿环境中12 h、24 h、3天、7天和14天,构建外湿模型12 h、24 h、3 days、7 days和14 days组。采用生物化学、GC和16S r DNA测序技术等手段检测血液生化指标、结肠内容物和粪便代谢物及肠道菌群。结果发现,外湿环境暴露12 h后,红细胞膜Na~+K~+ATPase活性显著降低(p<0.05),并于造模12 h之后极显著降低(p<0.01),同时观察到红细胞形态异常,如体积增大、出现咬痕细胞、棘红细胞和泪滴状红细胞形态。血浆抗利尿激素(ADH)水平于造模3天后显著升高(p<0.05)。血浆Ig M和Ig G水平于造模12 h后显著升高(p<0.05),而Ig A水平显著降低(p<0.05)。血浆尿素氮(BUN)水平在造模12 h后显著升高(p<0.01),同时发现结肠内容物中尿素氮含量显著升高(p<0.01)。24 h出现结肠氨水平显著增加(p<0.01),7天后粪便氨基酸水平显著上升(p<0.05),14天后粪便短链脂肪酸(SCFAs)含量极显著增加(p<0.01),并伴随粪便p H值显著下降(p<0.05)。在造模期间,小鼠粪便菌群组成随时间发生改变。相比正常组,24 h组Bacteroidetes/Firmicutes比值显著降低(p<0.05),Lactobacillus菌属相对丰度显著增加(p<0.05);相比24 h组,随着造模时间延长,其它外湿模型组粪便Bacteroidetes/Firmicutes比值显著升高(p<0.05),Lactobacillus菌属相对丰度降低;7天后,与氨基酸和SCFAs代谢相关菌属(如Bacteroides和Prevotella)相对丰度增加。通过短期高湿环境暴露诱导的外湿模型,模型小鼠血浆BUN升高,致使结肠中尿素流入增加,在肠道菌群作用下,结肠尿素氮代谢发生改变;同时红细胞形态异常,免疫球蛋白水平异常变化,揭示短期高湿环境暴露可能诱导免疫功能失调。(3)通过分别灌胃薏苡仁产品(0.1 m L)或多糖组分(200 mg/kg)进行干预,研究发酵前后薏苡仁及其多糖组分对外湿模型小鼠的干预作用。干预14天后,采用生物化学、GC和16S r DNA测序技术等手段检测血液生化指标和粪便代谢物及菌群组成。结果发现,外湿模型组小鼠粪便质地不均一,或干硬或含水分过多,而干预组均能改善小鼠粪便质地,质地均一、颗粒长、表面光滑且湿润。相比较而言,发酵薏苡仁对模型小鼠的各项指标的干预作用尤为显著。其可显著提高外湿模型小鼠红细胞Na~+K~+ATPase活性(p<0.05),改善红细胞形态,显著降低血浆ADH、BUN、Ig M含量和血清氨水平(p<0.05)。显著上调血浆细胞因子IL-6和IL-4水平(p<0.05),显著抑制IFN-γ分泌(p<0.01),使其细胞因子水平恢复至正常组水平。显著降低粪便SCFAs含量,使其p H值恢复至正常组水平。进一步发现,发酵薏苡仁干预组可显著改变外湿模型小鼠肠道菌群组成,显著提高Bacteroidetes/Firmicutes比值(p<0.05),显著降低芳香氨基酸代谢相关菌属Anaeroplasma和SCFAs生产菌(Ruminococcus、Oscillospira等)菌属相对丰度(p<0.01),并显著增加肠道益生菌Bacteroides菌属的相对丰度(p<0.01)。Pearson相关性分析结果表明,SCFAs含量与血浆Ig A呈负相关,与血浆Ig G呈正相关,揭示肠道SCFAs异常增加可能诱导机体免疫功能紊乱。相比未发酵薏苡仁和发酵前后薏苡仁多糖组分,发酵薏苡仁在调节外湿模型小鼠血浆BUN、ADH、粪便SCFAs和菌群、免疫功能方面具有更显著的改善作用。综上所述,本文系统地比较了植物乳杆菌NCU137发酵前后薏苡仁的营养组成、挥发性物质和产品均一性;通过人工模拟高湿环境并采用短期暴露诱导外湿小鼠模型,监测造模期间小鼠的血液生化指标、肠道代谢物及菌群变化,探讨肠道菌群及其代谢物与生化指标的相互影响机制;在此基础上,比较发酵前后薏苡仁及其多糖组分对该模型小鼠的干预作用。结果表明,外湿模型小鼠结肠尿素氮流入增加,导致结肠尿素氮代谢失衡和肠道菌群失调,这些指标的变化可能影响外湿模型小鼠的免疫功能等;植物乳杆菌NCU137发酵工艺可显著改变薏苡仁的营养组成、改善风味、降低加工过程中危害物的产生和提高产品均一性,并且提高了薏苡仁对外湿模型小鼠肠道菌群和结肠尿素氮代谢的调节作用,恢复免疫功能。