碱性热加工魔芋葡甘聚糖分子链和聚集态变化规律及肠道益生性研究

To achieve accurate control of high-quality functional characteristics of food, it is necessary to comprehensively and systematically grasp the relationship and mechanism among processing conditions , food component structure and functional characteristics. Our previous studies have found that aggregation structure and intestinal prebiotic functions of konjac glucomannan (KGM) had been changed after it was made into konjac gel food. However, the related mechanism is not clear. In view of this, the typical konjac processing mode—alkaline heating condition, will be selected as the influential factor. Some modern analytical instruments such as SEC-MALLS, SAXS and SEM will be combined with exponential law macromolecule physics theory to analyze the effect of processing on molecular chain conformation and aggregation structure of KGM. And then, the relationship between processing parameters and characteristics of KGM structure will be revealed via molecular dynamics and thermodynamic function entropy variation. On the basis of information about the processing parameters and evolution of KGM structure, the alteration of intestinal prebiotic functions caused by structural change will be further evaluated. Finally, dynamic control system among KGM processing conditions, structure evolution and intestinal prebiotic functions will be constructed，which will provide theoretical basis and practical reference for the precise control of healthy konjac food processing. This research is also of great significance to the similar research of other polysaccharide gel foods.

若要实现食品高品质功能特性的精准控制，需全面系统掌握加工条件与食品组分结构变化、功能特性之间的相互关联及作用机制。我们前期研究发现魔芋葡甘聚糖（KGM）制作成魔芋凝胶食品后其聚集态结构及肠道益生性都发生改变，但其关联机制尚不明确。针对此，本项目选取魔芋食品典型加工方式——碱性加热条件作为影响因素，运用SEC-MALLS、SAXS及SEM等现代仪器手段结合指数律等高分子物理学理论分析加工条件对KGM分子链及聚集态演变的影响；进而从分子动力学及热力学熵变等分子层面揭示加工参数与KGM结构特性之间的影响规律；在获得加工参数与KGM结构演变的基础上，进一步评价其结构变化带来的肠道益生性的改变；最后，建立KGM加工条件-结构演变-肠道益生性三者之间的动态调控体系，为实现高品质魔芋健康食品的精准调控提供理论基础和实践依据；同时，对于其他多糖凝胶食品的同类研究也有重要借鉴意义。

掌握魔芋葡甘聚糖在碱性加热条件下分子链聚集态变化规律以及肠道益生性的变化对魔芋凝胶食品加工及功能食品开发具有重要意义。本项目在分析不同条件下魔芋葡甘聚糖分子链聚集态变化规律的基础上，运用体外发酵及动物实验观察不同脱乙酰程度对KGM体外发酵特性及肠道益生性的影响。结果显示，随着KGM浓度升高，模量不断增加，分子链间的拓扑缠结随着浓度升高而不断增强。不同PH环境中，在PH为7~9范围内，凝胶模量与弹性成分不断增大，在PH=10时，凝胶损耗模量明显降低，剪切稀化效应降低，分子链的平均缠结点减少，力学强度下降。温度高于45℃之后，分子链的热运动加剧由于不能维持缠结点的存在开始解缠结，模量表现快速下降。KGM结构分析结果显示乙酰基团的红外特征吸收峰随着脱乙酰度的增加而逐渐减少至消失，脱乙酰度的变化对KGM主链结构、晶体结构特性无明显影响；随着脱乙酰度的增加，微观结构逐渐由粗糙的波状螺纹结构转变为平滑有序的结构。体外模拟肠道微生物发酵结果显示，不同脱乙酰度KGM组的pH值均显著低于空白组，还原糖含量和β-甘露聚糖酶酶活先增加后减少，短链脂肪酸（SCFAs）总量明显增加（p < 0.05）。相比于KGM组，低、中程度脱乙酰KGM组发酵液的pH值、还原糖含量、β-甘露聚糖酶酶活、SCFAs总量无明显变化（p > 0.05），高程度脱乙酰KGM发酵液的还原糖浓度、β-甘露聚糖酶酶活性及SCFA总量明显降低（p < 0.05）。16S测序结果显示，与KGM组相比，高程度脱乙酰KGM组的厚壁菌门和放线菌门的相对丰度降低，梭杆菌门和变形菌门的相对丰度增加（p > 0.05）。动物体内实验显示，相比Da-KGM，KGM可显著降低安德克氏菌属(Aldercreutzia)和副杆菌属(Parasutterella)相对丰度。同时在KGM组与Da-KGM组间发现显著变化菌属Ileibacterium。此外，盲肠代谢物进行类别富集分析发现，显著差异代谢物涉及肠道菌群参与的初级胆汁酸合成途径。该研究表明高程度脱乙酰会导致KGM肠道益生性下降影响KGM的健康功能，提示在KGM凝胶食品制作过程应当尽量避免高程度脱乙酰，使其保持KGM良好的肠道益生性。