摘要
微生物胞外多糖是细菌、真菌以及藻类在生长和代谢过程中分泌的天然产物，具有免疫调节、抗癌和抗菌等生物活性。假肠膜明串珠菌是天然发酵水果和蔬菜中常见的乳酸菌，也是微生物胞外多糖的重要生产者。假肠膜明串珠菌XG5产生的胞外多糖是由α-1,6糖苷键连接而成的线性葡聚糖，尽管目前已阐明其结构和理化学特性，但生物活性尚不清楚。本论文对假肠膜明串珠菌XG5葡聚糖的生产、益生作用及其机制、在风味发酵乳中的应用进行研究，主要研究结果如下： 在实验室摇瓶水平和中试规模上对假肠膜明串珠菌XG5葡聚糖的生产条件进行优化。摇瓶培养下，当蔗糖浓度为100 g/L时，葡聚糖最大产量为26.02 g/L。以摇瓶培养获得的发酵参数为指导，采用50 L发酵罐进行分批发酵，当发酵罐搅拌桨的转速调整为20 RPM，蔗糖浓度为100 g/L，葡聚糖的产量在发酵24 h时达到29.63 g/L。此外，采用50 L发酵罐进行补料分批发酵，进一步优化葡聚糖的产量，在分批发酵的第12 h时补加浓度为700 g/L的蔗糖溶液，在发酵42 h时，葡聚糖的产量提高到40.07 g/L。 假肠膜明串珠菌XG5葡聚糖的益生元特性通过体外实验以及动物实验共同验证。研究发现该葡聚糖在模拟唾液、胃液和小肠液消化过程中分子量以及表面形貌没有显著变化，但粪菌发酵中其分子量显著降低，且表面出现孔洞，同时添加葡聚糖的粪菌发酵液中双歧杆菌数量和短链脂肪酸水平分别是对照组的1.3倍和1.5倍。表明该葡聚糖可以抵抗口腔、胃和小肠的消化，最终到达大肠被肠道菌群利用。此外，动物实验研究发现，葡聚糖的干预改变了C57BL/6J小鼠肠道菌群的组成，特别是观察到该葡聚糖的干预引起小鼠肠道中厚壁菌门的相对丰度升高，拟杆菌门相对丰度降低，且每天经口灌胃葡聚糖组C57BL/6J小鼠肠道中厚壁菌门与拟杆菌门的比例是对照组的3.6倍。据报道，随着1型糖尿病的发展患者肠道中厚壁菌门与拟杆菌门比例降低。因此，推测该葡聚糖可能对1型糖尿病具有保护作用。 为了验证假肠膜明串珠菌 XG5 葡聚糖对 1 型糖尿病的保护作用，采用NOD/LtJ小鼠作为研究对象，葡聚糖连续对NOD/LtJ小鼠干预8周。研究发现每天经口灌胃50 mg/kg·BW葡聚糖的NOD/LtJ小鼠：（1）1型糖尿病的发病率、胰岛浸润程度、日均摄食量以及血清中细胞因子IL-21水平均低于对照组；（2）血清胰岛素和胰高血糖素样肽-1的水平均高于对照组，且分别是对照组的1.5倍和1.3倍；（3）脾脏中CD4+CD25+Foxp3+调节性T细胞的比例显著提高，且是对照组的1.4倍；（4）肠道中厚壁菌门与拟杆菌门的比例显著升高，是对照组的2.6 倍，特别是提高肠道中生产短链脂肪酸微生物 Roseburia，Odoribacter 和Rikenella 的相对丰度；（5）结肠内容物中总短链脂肪酸，特别是乙酸和丁酸含量显著提高，分别是对照组的1.6倍、1.5倍和2.1倍；（6）结肠胰高血糖素样肽-1的水平显著提高，是对照组的1.2倍，且其相关基因gcg mRNA的表达量是对照组的2.8倍。 为了进一步确认葡聚糖对NOD/LtJ小鼠血糖调节的机制，选择NCI-H716细胞进行研究，NCI-H716细胞是用于研究GLP-1表达与分泌的良好模型。研究发现，葡聚糖和乙酸钠干预没有直接刺激NCI-H716细胞GLP-1的分泌，而丁酸钠的干预显著促进了NCI-H716细胞中gcg和PC3 mRNA的表达以及GLP-1分泌。根据以上实验结果，假肠膜明串珠菌XG5葡聚糖调节血糖的机制可能是该葡聚糖不能被小鼠口腔、胃和小肠消化，直接到达小鼠大肠，并刺激小鼠结肠内产丁酸微生物的生长，进而促进小鼠结肠内丁酸的产生，丁酸作用于小鼠结肠肠黏膜L细胞，刺激结肠肠黏膜L细胞胰高血糖素样肽-1的分泌，最终由胰高血糖素样肽-1发挥调节血糖的作用。 最后，探究该葡聚糖对风味发酵乳稳定性的影响。研究发现添加 0.5%该葡聚糖可以提高风味发酵乳的持水率、改变风味发酵乳的流变特性、质构特性以及微观结构，进而提高风味发酵乳的稳定性。 综上所述，假肠膜明串珠菌XG5葡聚糖具有典型的益生元特征，特别是对1型糖尿病小鼠具有保护作用。本论文初步阐明了该葡聚糖调节血糖波动的机制，并对其生产和应用进行研究，研究结果对阐明乳酸菌葡聚糖的益生作用机制以及生产和应用提供了依据。
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