不同直链淀粉含量的米饭体外动态消化特性及其对肠道菌群的影响研究

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大米是世界上大部分人口的主食,淀粉含量丰富,血糖指数(GI)高。不同的米饭在基本成分、结构特性等方面存在差异,从而影响其胃肠消化特性及对大肠菌群的分布。但是,现有对米饭体外消化的研究主要关注淀粉水解率或强调大米膳食纤维的作用,忽略含有不同直链淀粉的米饭对口腔和胃肠的消化行为和消化产物对结肠微生物菌群的影响,采用动态模型探究大米消化特性的研究更是鲜有报道。因此,本论文基于实验室自主研发的人工胃消化系统(AGDS)、小肠消化系统及体外动态发酵模型(CDMN),选用3个直链淀粉含量不同的大米品种(粳米、籼米和糯米),研究其蒸煮后基本成分和性质差异,探究了不同直链淀粉含量米饭的体内口腔消化特性、胃肠消化特性差异,最后通过体外大肠发酵模型研究了大米对肠道菌群的调控作用。具体研究结果如下:(1)不同直链淀粉含量大米蒸煮后的基本性质差异。分析了粳米饭、籼米饭和糯米饭的基本成分、质构特性和微观结构,还探究了熟米粉的结构和功能特性。结果发现:直链淀粉含量:粳米(6.75±0.20%)>籼米(5.26±0.14%)>糯米(0.84±0.04%);糯米饭中的蛋白含量相对较高;粳米饭、籼米饭和糯米饭脂质含量分别为0.27±0.01%、0.31±0.03%和0.23±0.03%。米饭硬度与直链淀粉含量呈正比,且粳米>籼米>糯米。X-射线衍射(XRD)结果显示粳米饭和籼米饭中存在代表直链淀粉-脂质复合物的Vh-型结晶,结晶度分别为12.0%和9.4%,糯米饭无结晶;快速黏度分析(RVA)结果表明,粳米粉和籼米粉整体黏度远低于糯米粉;差示扫描量热(DSC)曲线显示米饭中淀粉已充分糊化;傅里叶转变红外光谱(FTIR)结果表明粳米饭中的淀粉短程有序性最高,能更好的抵抗淀粉酶的水解。(2)不同直链淀粉含量米饭的口腔咀嚼特性及口腔食团结构对胃肠消化的影响。分析3种大米被咀嚼能力不同的人咀嚼后形成的可吞咽食团的物理特性、化学特性、及其体外胃肠消化特性。结果表明,食团的水分含量和质构特性基本相近;咀嚼能力强的人的唾液分泌较快,可吞咽食团中大颗粒较多,唾液含量高,淀粉水解程度高;口腔咀嚼只对胃和小肠初期的淀粉水解率影响较明显,对小肠消化后期影响甚微胃排空结果也显示,咀嚼造成的小颗粒能尽快的从胃排入小肠。(3)基于动态人工胃(AGDS)-模拟小肠消化系统研究不同直链淀粉含量米饭的体外动态消化行为差异。对不同大米在消化过程中pH变化、胃排空、淀粉和蛋白降解、粒径分布和表观黏度变化、微观结构进行了分析。结果表明,在AGDS消化过程中,米饭硬度和胃排空呈反比,糯米结构崩解快,胃排空最快;pH值:糯米>籼米>粳米;糯米蛋白质含量高,在胃中水解最慢。表观黏度:粳米>籼米>糯米。淀粉从细胞中逸出,团聚在一起。在小肠消化前30 min中,大约60%的淀粉被水解,激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)只能观察到细胞壁碎片。最终淀粉水解率:糯米>籼米>粳米,与直链淀粉含量呈反比。(4)基于微生物发酵模型(CDMN)研究不同直链淀粉含量米饭AGDS-模拟小肠消化产物对微生物菌群分布的影响。采用单阶段连续发酵模型培养健康人的粪便菌群,分析短链脂肪酸(SCFAs)浓度、肠道菌群多样性和组成在此阶段的变化。结果表明,3种大米的消化产物均能提高SCFAs浓度,粳米胃肠消化产物促进丁酸和戊酸合成的能力最高;3种大米均能调控肠道有益菌(双歧杆菌属、普雷沃氏菌属、乳杆菌属等)的生长;另外,糯米促进厚壁菌门的生长,抑制拟杆菌门的繁殖,从而促进与肥胖有关的F/B值明显升高。肠道菌群失衡标志物大肠杆菌志贺菌属在实验期内丰度逐渐降低,说明3种大米都能抑制肠道致病菌的增值。综上所述,糯米的直链淀粉含量和硬度均最低,在口腔-胃-肠消化过程中淀粉水解最快,颗粒崩解最快,胃排空最迅速,肠道菌群的结果也表明糯米引起肥胖的风险更高。本研究为后期进一步研究大米中淀粉消化的未知机制及其对肠道菌群调节机制提供了基础,有助于为糖尿病等慢性疾病患者提供饮食参考。
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