甘薯渣膳食纤维的提取方法及其在调节肠道菌群中的应用技术

本发明专利技术提供了甘薯渣膳食纤维的提取方法，可用于从甘薯加工副产物甘薯渣中大量生产高纯度的膳食纤维，工艺简单，产率高。本发明专利技术还提供了甘薯渣膳食纤维在调节肠道菌群中的应用，体外模拟肠道发酵实验证明甘薯渣膳食纤维可以增加肠道有益菌的定植能力，降低条件致病菌的定植能力，证实了甘薯渣膳食纤维的益生元作用显著；动物水平实验证明饲喂28天的甘薯渣膳食纤维后，大鼠肠道菌群在门、属和OTU分类水平的丰度均发生了显著变化，结肠粪便的含水量上升，内容物pH下降，结肠粪便的短链脂肪酸含量上升，此外小肠绒毛高度和隐窝深度均发生了改变，上述结果证实了甘薯渣膳食纤维提升了人体肠道菌群的健康水平，同时增强了小肠的吸收和消化功能。

Extraction of Dietary Fiber from Sweet Potato Residue and Its Application in Regulation of Intestinal Microflora

【技术实现步骤摘要】
甘薯渣膳食纤维的提取方法及其在调节肠道菌群中的应用
本专利技术涉及膳食纤维的提取与应用，具体涉及甘薯渣膳食纤维的提取方法及其在调节肠道菌群中的应用。
技术介绍
甘薯营养丰富，富含淀粉、糖类、蛋白质、维生素、纤维素以及各种氨基酸，是非常好的营养食品。甘薯在中国分布很广，以淮海平原、长江流域和东南沿海各省最多，我国是世界上最大的甘薯生产国，常年甘薯种植面积为7500-8000万亩，甘薯产量占世界总产80％左右。在中国，甘薯主要用于淀粉类产品的加工，其副产物甘薯渣常作为动物饲料或者直接随废水排放，造成巨大的经济损失和环境污染。因此，对甘薯加工副产物甘薯渣进行再利用，开发高价值产品，是提升甘薯渣附加值和改善生态环境的重要途径。甘薯渣中含有高达26.55％的膳食纤维，是除淀粉外最主要的营养成分。膳食纤维被定义为人类第七大营养素，可在结肠远端发酵，对改善肠道微生态系统和提升人类胃肠道健康水平具有重要作用。因此开展针对甘薯渣膳食纤维对肠道菌群多态性的影响的研究，将为以甘薯渣为原料进行功能食品的开发提供重要数据支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种甘薯渣膳食纤维的提取方法，并探索甘薯渣膳食纤维在调节肠道菌群中的应用。作为本专利技术的第一个方面，提供了甘薯渣膳食纤维的提取方法，包括步骤：S1：将甘薯洗净、切块、打碎、过滤，烘干，粉碎，过筛，得甘薯渣；S2：将甘薯渣加入MES-TRIS缓冲液中，搅拌分散，加入α-淀粉酶于高温水浴中酶解，再加入蛋白酶溶液，水浴酶解，之后调节pH至4.5，加入淀粉葡糖苷酶，水浴酶解；S3：酶解完成后，抽滤并收集滤液，纯水洗涤，合并滤液，加入乙醇，边加边搅拌，室温下醇沉，离心，沉淀物经干燥后即为甘薯渣膳食纤维。优选的，所述步骤S1具体包括：将甘薯洗净，切成长宽高分别为5cm的甘薯块，甘薯块和清水以重量比1:2比例置于高速打浆机中打碎，打浆液通过2层纱布过滤后，收集滤渣，滤渣用自来水冲洗4次，充分除去残留的淀粉，之后将滤渣置于60℃烘箱烘干至恒重，再将干燥后的滤渣置于粉碎机粉碎，最后过100目筛，得甘薯渣。优选的，所述步骤S2具体包括：称取甘薯渣1.0g，加入40mLMES-TRIS缓冲液，磁性搅拌仪搅拌分散1小时；加入50μLα-淀粉酶，95℃水浴酶解35min；加入100μL蛋白酶溶液，60℃水浴酶解30min；用3mol/L的醋酸调节pH至4.5后加入100μL淀粉葡糖苷酶，60℃水浴酶解30min。优选的，所述MES-TRIS缓冲液的浓度为0.05mol/L，pH为8.2，温度为24℃；所述α-淀粉酶的浓度为3000U/mL；所述蛋白酶溶液的浓度为50mg/mL。优选的，所述步骤S3具体包括：酶解完成后，抽滤并收集滤液，并用70℃纯水洗涤2次，合并滤液，加入60℃的4倍体积95％乙醇，边加边搅拌，室温下醇沉1h，3000rpm离心15min，沉淀物经干燥后即为甘薯渣膳食纤维。作为本专利技术的第二个方面，提供了甘薯渣膳食纤维的具体应用，包括：甘薯渣膳食纤维在调节肠道菌群中的应用。甘薯渣膳食纤维在制备增加肠道内有益菌的定植能力并降低条件致病菌的定植能力的功能食品或保健食品中的应用。甘薯渣膳食纤维在制备调节肠道菌群多态性和增加小肠消化和吸收能力中的功能食品或保健食品中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的提取方法，工艺简单，产率高，可用于大量生产高纯度甘薯渣膳食纤维；甘薯渣膳食纤维可以增加肠道有益菌的定植能力，降低条件致病菌的定植能力，益生元作用显著；甘薯渣膳食纤维可以改变肠道菌群在门、属和OTU分类水平的丰度，增加结肠粪便的含水量，降低结肠内容物的pH，上调结肠粪便的短链脂肪酸含量，增加小肠绒毛高度和隐窝深度的比值，从而提升人体肠道菌群的健康水平，在制备功能食品或保健食品方面具有很好的应用前景。附图说明图1为甘薯渣膳食纤维对肠道菌群数量的影响的实验结果，其中，甘薯渣膳食纤维的浓度为3％，9％和15％，发酵时间为6h，12h和24h，A)双歧杆菌，B)乳杆菌，C)大肠杆菌，D)肠球菌，E)产气荚膜梭菌；图2为甘薯渣膳食纤维的益生元作用实验结果，其中，甘薯渣膳食纤维的浓度为3％，9％和15％，发酵时间为6h，12h和24h，A)为B/E值；B)为益生元指数(PI指数)；图3为甘薯渣膳食纤维对大鼠进食量的影响的实验结果，其中，甘薯渣膳食纤维浓度为0，3％和15％，实验周期28天；图4为甘薯渣膳食纤维对大鼠体重增长的影响的实验结果，其中，甘薯渣膳食纤维浓度为0，3％和15％，实验周期28天；图5为甘薯渣膳食纤维对大鼠结肠粪便含水量A)和结肠内容物pHB)的影响的实验结果，其中，甘薯渣膳食纤维浓度为0，3％和15％，实验周期28天；图6为甘薯渣膳食纤维对结肠粪便短链脂肪酸含量的影响的实验结果，其中，甘薯渣膳食纤维浓度为0，3％和15％，实验周期28天；图7为16srRNA测序分析甘薯渣膳食纤维对肠道菌群门水平、属水平和OUT水平丰度的影响对比图，其中，甘薯渣膳食纤维浓度为0，3％和15％，实验周期为28天；图8为荧光定量PCR验证甘薯渣膳食纤维对大鼠肠道菌群门水平变化的影响的实验结果，其中，A)厚壁菌门和拟杆菌门的变化；B)厚壁菌门和拟杆菌门比例的变化；图9为荧光定量PCR验证甘薯渣膳食纤维对大鼠肠道菌群Akkermansia属的变化影响的实验结果；图10为甘薯渣膳食纤维对小肠绒毛高度和隐窝深度的影响的对比图，其中，A)绒毛高度，B)隐窝深度，C)绒毛高度和隐窝深度之比，D)代表性的小肠组织HE染色图。具体实施方式：实施例1实验步骤：1)山东红八甘薯购自农贸市场；2)甘薯洗净，切成长宽高分别为5cm的甘薯块；3)甘薯块和清水以重量比1:2比例置于高速打浆机中打碎；4)上述打浆液通过2层纱布过滤后，收集残渣，即为甘薯渣；5)甘薯渣用自来水冲洗4次，充分除去残留的淀粉；6)将甘薯渣置于60℃烘箱烘干至恒重；7)干燥后的甘薯渣置于粉碎机粉碎，后过100目筛，放置于4℃备用。甘薯渣得率为3.7％。实施例2称取甘薯渣1.0g，加入40mLMES-TRIS缓冲液(0.05mol/L，pH8.2，24℃)，磁性搅拌仪搅拌分散1小时。加入50μLα-淀粉酶(3000U/mL)以除去薯渣中溶出的淀粉，95℃水浴酶解35min。加入100μL蛋白酶溶液(50mg/mL),60℃水浴酶解30min。用3mol/L的醋酸调节pH至4.5后加入100μL淀粉葡糖苷酶，60℃水浴酶解30min。酶解完成后，抽滤并收集滤液，并用70℃纯水(约10mL)洗涤2次，合并滤液，加入4倍体积95％乙醇(60℃)，边加边搅拌，室温下醇沉1h，离心(3000rpm,15min)，沉淀物经干燥后即为甘薯渣膳食纤维。甘薯渣中甘薯膳食纤维得率为5.3％。实施例33.1体外模型模拟人体消化过程准确称取12g的甘薯渣膳食纤维置于三角烧瓶中，加入200mL蒸馏水，搅拌均匀，加入α-淀粉酶，在37℃震荡水浴30min，然后用HCl调pH至2.0，加入胃蛋白酶0.54g，并在37℃水浴震荡2h；结束后调节pH至6.8，加入胰液素和胆汁，混匀后进行透析，冷冻干燥，保存用于体外模拟肠道发酵实验。3.2体外模型模拟肠道发酵过程无菌发酵瓶中加入90本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.甘薯渣膳食纤维的提取方法，其特征在于，包括步骤：S1：将甘薯洗净、切块、打碎、过滤，烘干，粉碎，过筛，得甘薯渣；S2：将甘薯渣加入MES‑TRIS缓冲液中，搅拌分散，加入α‑淀粉酶于高温水浴中酶解，再加入蛋白酶溶液，水浴酶解。调节pH至4.5，加入淀粉葡糖苷酶，水浴酶解；S3：酶解完成后，抽滤并收集滤液，纯水洗涤，合并滤液，加入乙醇，边加边搅拌，室温下醇沉，离心，沉淀物经干燥后即为甘薯渣膳食纤维。

【技术特征摘要】
1.甘薯渣膳食纤维的提取方法，其特征在于，包括步骤：S1：将甘薯洗净、切块、打碎、过滤，烘干，粉碎，过筛，得甘薯渣；S2：将甘薯渣加入MES-TRIS缓冲液中，搅拌分散，加入α-淀粉酶于高温水浴中酶解，再加入蛋白酶溶液，水浴酶解。调节pH至4.5，加入淀粉葡糖苷酶，水浴酶解；S3：酶解完成后，抽滤并收集滤液，纯水洗涤，合并滤液，加入乙醇，边加边搅拌，室温下醇沉，离心，沉淀物经干燥后即为甘薯渣膳食纤维。2.根据权利要求1所述的甘薯渣膳食纤维的提取方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：将甘薯洗净，切成长宽高分别为5cm的甘薯块，甘薯块和清水以重量比1:2比例置于高速打浆机中打碎，打浆液通过2层纱布过滤后，收集滤渣，滤渣用自来水冲洗4次，充分除去残留的淀粉，之后将滤渣置于60℃烘箱烘干至恒重，再将干燥后的滤渣置于粉碎机粉碎，最后过100目筛，得甘薯渣。3.根据权利要求1所述的甘薯渣膳食纤维的提取方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：称取甘薯渣1.0g，加入40mLMES-TRIS缓冲液，磁性搅拌仪搅拌分散1小时；加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学志，刘曼，周思含，田俊，邱欣，周康，杨坤龙，李永新，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32