糖基化鱼肉蛋白对肠道菌群发酵特性的影响及其机制研究

The extent of protein fermentation in human colon is related to some intestinal diseases. The glycation of food proteins based on Maillard reaction during heated processing decreases their digestibility, and possibly resulting in the changes of colonic protein fermentation via gut microbiota and gut health. Our preliminary research has found that the glycation of fish protein in Maillard reaction of model system caused the changes of the composition of gut microbiota in vitro human colonic fermentation. Firstly, the glycated fish protein from Grass carp via Maillard reaction in model system will prepared, and the growth and the metabolic characteristics of some gut bacteria in the present of glycated fish protein through the method of pure culture and an in vitro colonic fermentation system will be investigated. Secondly, the different extent of glycated fish protein in food system will be prepared, and its structural characteristics and the simulated gastrointestinal digestion of the glycated grass carp protein will be analyzed. Thirdly, the glycated fish protein from the model and food processing system in vivo digestibility, and the effects of colonic metabolites and gut microbiota in vivo colon will be investigated. The impacts and mechanisms on the characteristics of colonic fermentation due to the colonic microbiota from the glycated fish protein will be elucidated through the interactions between the glycated fish protein and gut microbiota. Overall, the project will improve some research about the gut health for heating foods in rich protein, and provides some guidance for the food industry on the safety of some heating foods which are rich in protein if it is funded.

膳食蛋白质的结肠发酵与肠道疾病密切相关。食品蛋白质因热加工发生的美拉德反应糖基化导致其消化性下降，可能改变其结肠发酵特性，进而影响肠道健康。我们发现模式美拉德反应的糖基化改变了鱼肉蛋白的体外消化和肠道发酵特性。本项目拟采用草鱼肉为研究对象，应用模式美拉德反应制备糖基化鱼肉蛋白，通过模拟结肠发酵及纯培养等方法，分析其对体外肠道微生物生长、发酵特性及代谢影响；然后采用鱼肉食品热加工模拟体系制备糖基化鱼肉蛋白，分析热加工条件对糖基化程度及体外消化特性影响；在此基础上，分析糖基化鱼肉蛋白在动物体内的消化性，以及其对不同结肠部位的发酵产物组成、菌群结构与结肠健康水平等的影响；基于糖基化鱼肉蛋白与肠道菌群的相互作用，揭示糖基化对鱼肉蛋白肠道菌群发酵特性影响及其机制。本项目的开展将为热加工食品蛋白质的肠道健康研究提供理论基础，对于未来富含蛋白质食品的绿色加工也具有指导意义。

项目背景/主要研究内容. 本项目针对美拉德反应的糖基化对食品蛋白的结肠菌群发酵特性影响等科学问题，应用模式美拉德反应、热加工处理制备的糖基化鱼肉蛋白（食品），解析其结构特征与体外消化特性的关系；评价摄入剂量、不同糖基化程度的鱼肉蛋白对动物肠道发酵产物的组成、菌群结构与肠道健康水平等的影响，揭示糖基化对鱼肉蛋白肠道菌群发酵特性影响及其机制。.主要结论与科学意义. 基于鱼蛋白与葡萄糖共热过程中色差变化与其形成的不同阶段美拉德反应产物的高度相关性，实现糖基化蛋白的可控制备。通过蛋白组学等手段，揭示了糖基化蛋白的抗消化作用；分析了蛋白糖基化程度与其体外益生活性及发酵特性，发现糖基化蛋白降低了模拟肠道发酵中氨和吲哚的含量，这与具有水解蛋白的细菌菌属相对丰度降低有关。通过3个动物实验，揭示糖基化鱼蛋白健康效应及与肠道菌群相互作用机制：受糖基化蛋白摄入量及结构的影响，糖基化鱼蛋白促进肠道产SCFAs有益菌Roseburia、Faecalibaculum以及Allobaculum等增加，促进BUT和BUK的基因表达水平，进而增加丙酸和丁酸含量，降低有害代谢产物氨、吲哚和生物胺的水平，从而改变肠道发酵特性；摄食低糖基化鱼蛋白增加肠道occludin和ZO-1的基因表达，降低机体IL-1β、IL-6等炎症因子水平，增加HDL-C和SOD水平，改善机体胰岛素抵抗及氧化应激；摄食高糖基化的鱼蛋白降低结肠occludin和ZO-1基因表达，并促进结肠RAGE基因表达；摄入糖基化鱼蛋白增加体内AGEs的累积水平，且受糖基化程度影响较大。另外，从肠道代谢产物、肠道菌群的角度，通过大鼠实验发现含较多AGEs产物的烘烤鱼片具有潜在不利于机体健康作用。. 本项目创新发现摄入糖基化蛋白的降血脂和抗炎作用，首次揭示了糖基化对蛋白发酵特性的影响及其机制，在糖基化蛋白的肠道发酵特性及健康效应等方面取得突破，据此，自资助以来发表的8篇SCI收录研究论文共被引122次（Web of Science核心），篇均引用15.25次，产生了广泛而深入的国际学术影响。本项目工作为热加工食品蛋白的肠道健康研究提供重要理论基础。