桑葚可溶性膳食纤维的结构表征及其对肠道菌群的影响

Colonic fermentation of dietary fibers is closely related to intestinal health. Structural change in dietary fibers is one of the important factors affecting the composition of the intestinal microbiota. In the process of juice preparation, changes in structure and content of dietary fibers present in the juice could alter the colonic fermentation patterns, and consequently affecting intestinal health. Although studies have found that dietary fibers from mulberry can modulate gut microbiota, structure-function relationship and regulating mechanisms are still unclear. In the present study, mulberry will be used as raw materials, and enzyme-assisted process will be used to promote the release of pectic dietary fibers from cell wall. By analyzing the main fractions and molecular structures of soluble dietary fibers in mulberry juice, the processing condition will be optimized and the influence mechanism of enzymes on cell wall deconstruction will be clarified. On the basis of structural characterization, the simulated colonic fermentation will be used to study the effects of selected dietary fibers on gut microbiota and colonic metabolites in an in vitro model. The structural changes of dietary fibers during fermentation will be monitored. Consequently, the structure-function relationship of the soluble mulberry dietary fibers and gut microbiota modulation will be clarified and the corresponding mechanism will be elucidated. The present project will provide theoretical supports for the researches on gut health of soluble mulberry dietary fibers obtained by enzyme-assisted extraction, and also provide guidance for the development of healthy juice-based beverages and for the deep processing of fruits and vegetables.

膳食纤维的结肠发酵与肠道健康密切相关，且膳食纤维的结构变化是影响肠道菌群组成的重要因素之一。在果汁制取过程中，果汁中膳食纤维结构和含量的变化可能改变其结肠发酵特性，进而影响肠道健康。虽然已有研究证明桑葚膳食纤维可以调节肠道菌群，但是其构-效关系和作用机制仍不清楚。本研究拟以桑葚浆果为原料，采用酶辅助处理以促进桑葚果胶类膳食纤维的释放。通过分析桑葚果汁中可溶性膳食纤维的主要组分和分子结构，筛选出释放膳食纤维的最优处理条件，并明确生物酶对桑葚细胞壁崩解的影响机理。在结构解析的基础上，拟基于体外连续结肠发酵模型，探究所选膳食纤维片段对肠道菌群和代谢产物的影响，监测发酵过程中膳食纤维的结构变化，进而阐明桑葚膳食纤维与肠道菌群的构-效关系和作用机制。本项目的开展将为酶辅助获取的桑葚可溶性膳食纤维的肠道健康研究提供理论基础，并为健康果汁类饮料研发和果蔬深加工提供新的思路和依据。

膳食纤维的结肠发酵与肠道健康密切相关，且膳食纤维的结构变化是影响肠道菌群组成的重要因素之一。在果汁制取过程中，果汁中膳食纤维结构和含量的变化可能改变其结肠发酵特性，进而影响肠道健康。桑葚在食品领域应用广泛，果汁加工业的发展是推动桑葚产业健康持续发展的重要途径之一。本研究探讨了果胶酶、果胶裂解酶和纤维素酶处理对桑葚果汁中可溶性糖、酚类、黄酮类和花色苷等活性成分溶出的影响，阐明了不同生物酶制备的桑葚全果汁在口腔和胃肠中的消化特点以及在人体结肠中的发酵特性；并进一步采用上述三种酶辅助提取桑葚中的可溶性多糖，对其化学组分和结构特征进行了系统的研究，同时阐明了其结肠发酵特性、对肠道菌群的影响以及构-效关系。研究发现：(1)果胶酶、果胶裂解酶和纤维素酶处理均可促进桑葚果汁中可溶性糖的溶出，其中纤维素酶效果最好，果胶酶次之，果胶裂解酶溶出效果较差。同时，果胶酶主要促进矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(C3G)的溶出；果胶裂解酶处理可促进酚类、黄酮类、C3G和矢车菊素-3-O-芸香糖苷的溶出；纤维素酶则主要促进黄酮类物质的溶出。(2)桑葚多糖主要为水溶性果胶，生物酶处理降低了桑葚多糖的分子量和侧链分枝度，同时导致单糖组成、化学键和微观形貌等的不同。(3)桑葚多糖可以被人类粪便微生物群有效降解和利用。桑葚多糖在门水平上增加了Bacteroidetes和Firmicutes的相对丰度，在属水平上增加了Bacteroides和Klebsiella的相对丰度，降低了Escherichia-Shigella和Fusobacterium的相对丰度。果胶裂解酶提取的多糖发酵后乙酸、丙酸和总短链脂肪酸产量最高，同时果胶酶和水提取的桑葚多糖丁酸产量最高。本项目的研究结果为酶辅助获取的桑葚可溶性膳食纤维的肠道健康研究提供了理论基础，为合理评价桑葚膳食纤维的营养功能提供了科学依据，并为健康果汁类饮料研发和果蔬深加工提供了新的思路和依据。