植物乳杆菌发酵对苦瓜及其多糖组分的理化性质与降血糖功能的影响

发布时间：2020-04-11 16:48

【摘要】：Ⅱ型糖尿病(Type Ⅱ diabetes)给人们带来了巨大的经济和生活负担。目前,Ⅱ型糖尿病的治疗主要采用药物疗法,然而这种方式会产生一定的耐药性和副作用。苦瓜(Momordica charantia)是一种大众常见果蔬,也是“药食同源”食物,广泛分布于热带和亚热带地区。研究显示苦瓜及其多糖组分具有降血糖功能,但其降血糖的作用机制尚不清晰。此外,研究表明益生菌发酵作为一种新兴的食物加工方式,可以转化营养物质,提高产品的生物活性,改善产品的风味,但有关益生菌发酵后苦瓜中组分变化的研究报道较少。因此,本论文以苦瓜为原料,采用仪器分析和分子生物学等方法,探究植物乳杆菌NCU116(本团队前期筛选获得的一株发酵性能良好的植物乳杆菌)发酵对苦瓜及其多糖组分理化性质和降血糖功能的影响。主要研究内容及结论如下:(1)探讨了植物乳杆菌NCU116发酵对苦瓜汁理化性质的影响。采用气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)、气质联用(GC-MS)、紫外光谱及超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF/MS)等技术,对发酵前后苦瓜汁中有机酸、挥发性物质、总皂甙及酚类物质进行分析。结果表明,植物乳杆菌NCU116发酵后,苦瓜汁中有机酸(乙酸、丁酸、戊酸、乳酸、苹果酸)含量与未发酵苦瓜汁相比显著提高(P0.05)。发酵后苦瓜汁的挥发性物质的组成发生明显变化;与未发酵苦瓜汁相比,醇类和酸类物质的种类和占所有挥发性物质的比例升高,醛类和萜类的比例降低。发酵后苦瓜汁皂甙含量显著降低,总酚含量显著增加(P0.05)。同时,发酵后酚类化合物的组成发生明显变化,4-羟基苯甲酸、乙烯基酚、根皮酸、对香豆酸、儿茶酚、二羟基苯乙烯、香兰素、反式肉桂酸、二氢咖啡酸、香草酸、原儿茶酚、焦糖酸和没食子酸的含量与未发酵苦瓜汁相比有所提高,咖啡酸的含量有所降低。(2)研究了植物乳杆菌NCU116发酵对苦瓜多糖基本结构特征的影响。采用离子色谱、高效尺寸排阻色谱(HPSEC)以及红外光谱(FT-IR)等技术,对发酵前后苦瓜多糖的单糖组成、分子质量分布及官能团进行分析。结果表明,苦瓜多糖主要由半乳糖、葡萄糖及半乳糖醛酸构成。植物乳杆菌NCU116发酵后,葡萄糖的比例与未发酵相比有所降低。发酵后苦瓜多糖中小分子质量组分的峰型有明显变化,而大分子质量组分没有明显变化。发酵前后苦瓜多糖的官能团未发生明显变化。(3)采用高脂饮食结合链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)诱导建立Ⅱ型糖尿病大鼠模型,探究了植物乳杆菌NCU116发酵对苦瓜及其多糖组分降血糖功能的影响。实验大鼠共分为10个组:正常组、模型组、糖尿病大鼠服用发酵苦瓜组、糖尿病大鼠服用未发酵苦瓜组、糖尿病大鼠服用发酵苦瓜多糖低、中、高剂量组、糖尿病大鼠服用未发酵苦瓜多糖组、正常大鼠服用发酵苦瓜多糖组、正常大鼠服用未发酵苦瓜多糖组,连续灌胃4周。结果表明,发酵苦瓜对Ⅱ型糖尿病大鼠的体重、饮水、血糖、血清胰岛素、血脂、氧化应激具有调节作用,并能够降低血清谷丙转氨酶(Glutamic-pyruvic transaminase,ALT)、谷草转氨酶活力(Glutamic oxaloacetic transaminase,AST)、肌酐(Creatinine,CREA-J)、尿素氮(Urea nitrogen,UREA)含量及肾脏指数,修复胰岛、肝脏和肾脏病理损伤。与未发酵苦瓜组相比,发酵苦瓜组在血清胰岛素、尿酸(Uric acid,UA)和UREA方面具有更显著的改善作用(P0.05)。此外,发酵苦瓜多糖能够改善Ⅱ型糖尿病大鼠的三多一少症状,降低Ⅱ型糖尿病大鼠的空腹血糖(Fasting blood glucose,FBG)、糖化血清蛋白(Glycated serum protein,GSP)、血清胰岛素以及氧化应激水平,调节Ⅱ型糖尿病大鼠的血脂状况,降低ALT活力、肾脏指数、CREA-J、UREA含量,修复胰岛、肝脏和肾脏病理损伤。与未发酵苦瓜多糖相比,发酵苦瓜多糖在体重、饮食、胰岛素抵抗方面具有更显著的改善作用(P0.05)。(4)基于UPLC-Q-TOF/MS技术,研究了植物乳杆菌NCU116发酵前后苦瓜及其多糖组分对Ⅱ型糖尿病血清和尿液代谢物的影响。结果表明,植物乳杆菌NCU116发酵前后苦瓜显著改善了Ⅱ型糖尿病大鼠的氨基酸代谢和脂质代谢。与未发酵苦瓜相比,发酵苦瓜对Ⅱ型糖尿病大鼠进行干预后,大鼠的乙酯类、葡萄糖神经酰胺、乙醇胺类、甘油二酯、甘油单酯、溶血单甲基磷脂酰乙醇胺、溶血磷脂酰乙醇胺以及麦角甾醇代谢得到更显著改善。发酵前后苦瓜多糖改善了Ⅱ型糖尿病大鼠的碳水化合物代谢、氨基酸代谢以及脂质代谢。与未发酵苦瓜多糖相比,发酵后苦瓜多糖能更显著地改善Ⅱ型糖尿病大鼠的氨酰基-tRNA生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢、D-精氨酸和D-鸟氨酸代谢、烟酸和烟酰胺代谢、戊糖和葡萄糖醛酸相互转化、淀粉和蔗糖代谢、类固醇激素生物合成相关代谢。此外,发酵前后苦瓜多糖还改善了正常大鼠的碳水化合物代谢、氨基酸代谢和脂质代谢。(5)探讨了植物乳杆菌NCU116发酵前后苦瓜及其多糖组分对Ⅱ型糖尿病大鼠肠道菌群的影响。结果显示,发酵苦瓜与未发酵苦瓜相比明显提高了Ⅱ型糖尿病大鼠结肠中Bacteroides caecigallinarum,Oscillibacter ruminantium,Bacteroides thetaiotaomicron,Prevotella loescheii,Prevotella oralis以及Prevotella melaninogenica的相对丰度,并增加了结肠内容物中乙酸、丙酸、丁酸和总短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)的含量。发酵苦瓜多糖与未发酵苦瓜多糖相比更明显地增加了糖尿病大鼠结肠中Lactococcus laudensis和Prevotella loescheii的相对丰度,并提高结肠内容物中乙酸和总SCFAs的含量。综上所述,本文较为系统地比较了植物乳杆菌NCU116发酵前后苦瓜及其多糖的理化特性,并采用Ⅱ型糖尿病动物模型对发酵前后苦瓜及其多糖组分的降血糖功能进行了对比。结果表明植物乳杆菌NCU116发酵在一定程度上改变了苦瓜及其多糖组分的理化特性,提高了苦瓜及其多糖组分的降血糖功能,并增强了苦瓜及其多糖组分对糖尿病大鼠肠道菌群和代谢的调节作用。
【图文】：

有机酸,乳酸,乙酸,植物乳杆菌

间具有显著性差异（P < 0.05）。2.3.2 有机酸新鲜苦瓜汁的有机酸为乙酸、乳酸、柠檬酸和苹果酸（图2.1）。经灭菌处理后，苦瓜汁中乙酸和柠檬酸含量显著提高（P < 0.05），而乳酸和苹果酸含量显著降低（P < 0.05），这可能是由于热降解和化学反应造成的。经植物乳杆菌NCU116发酵后，苦瓜汁中有机酸含量与未发酵样品相比均有所提高，并在乙酸、丁酸、戊酸、乳酸、苹果酸方面有显著差异（P < 0.05），其中乳酸（91.21 mmol/kg）的增加量最大，其值是未发酵苦瓜汁的67.89倍。乳酸是植物乳杆菌的主要代谢产

总皂甙,总酚含量,植物乳杆菌,苦瓜

第 2 章植物乳杆菌 NCU116 发酵前后苦瓜组分变化2.3.4 总皂甙由图 2.2 可见，在三个样品中，新鲜苦瓜汁的总皂甙含量最高，为 2.34 mgGRE/g。经灭菌处理后，苦瓜汁中的总皂甙含量显著降低（P < 0.05），，可能与灭菌过程中皂甙受热分解有关。发酵苦瓜汁的总皂甙含量（0.95 mg GRE/g）显著低于未发酵苦瓜汁（P < 0.05），相对减少了 55.19%。这可能是因为在发酵过程中，植物乳杆菌分泌的 β-葡萄糖苷酶促使苦瓜皂甙水解[125]。上述结果说明植物乳杆菌 NCU116 发酵对苦瓜汁中的总皂甙含量有降低作用，可以作为一种有效降低苦瓜苦味的方法。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS201.4;TS255.3

【参考文献】