南昌大学研究生，南昌大学研究生院
藜麦作为一种全营养“伪谷物”，含有优质的蛋白质、比例均衡的氨基酸，因此深受消费者喜爱，此外，藜麦还含有膳食纤维、皂苷、植物甾醇、酚类物质、维生素和矿物质等营养素，联合国粮食和农业组织报告指出藜麦是唯一一种满足人体基本营养需求的单体植物。
藜麦的常见加工处理方式有蒸煮、焙烤、挤压膨化和发酵等，其中挤压膨化技术效率高、连续性强，在我国得到迅速的发展与推广，并被广泛应用于杂粮加工行业。当前，关于挤压膨化加工藜麦的研究主要集中在生产工艺的优化方面，鲜见不同加工方式藜麦营养成分及其对人体肠道菌群影响的报道。
南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，中国-加拿大食品科学与技术联合实验室（南昌），江西省生物活性多糖重点实验室的方 芳、何雨芯、胡婕伦*等利用挤压膨化技术加工藜麦，测定藜麦在加工前后淀粉、膳食纤维、脂肪以及蛋白质含量等，通过体外酵解模型分析藜麦挤压膨化样品在人体粪便培养基中的产气量、pH值、SCFAs浓度以及肠道菌群组成，为藜麦加工产品改善人体肠道菌群研究提供参考。
1、挤压膨化处理前后藜麦基本营养成分含量
如表1所示，与未处理的藜麦相比，挤压膨化后的藜麦灰分、总淀粉以及蛋白质含量并无显著性差异（P＞0.05），与李敏等的研究结果一致。相比未处理的藜麦，挤压膨化后藜麦中直链淀粉含量显著下降（P＜0.05），同时脂肪含量也显著降低（P＜0.05），这可能是由于脂肪酸在高温加热的过程中发生氧化和氢化作用，与直链淀粉形成复合物，最终导致含量下降。与未加工藜麦相比，加工后藜麦的总膳食纤维含量显著下降（P＜0.05）。
2、体外酵解过程中pH值、产气量的变化
从图1A可以看出，CK和AC组pH值在发酵0～12 h明显下降，并在12 h时pH值最低（分别为6.78、4.18），而QUI组在发酵6 h时pH值（5.48）最低。之后，各组pH值均呈现上升趋势，在发酵24～48 h时达到稳定并持续至酵解结束。研究表明，pH值上升的情况可能是由于肠道微生物利用二氧化碳产生甲烷，或培养基中的蛋白质分解产生NH 3 ，NH 3 与酸反应生成NH 4＋ 。体外酵解到达48 h时，pH值依次为CK组（7.18）＞QUI组（5.99）＞AC组（4.78），各组pH值相较于初始值均有所下降。
由图1B可知，各组的产气量在0～48 h体外发酵期间一直保持上升，QUI组和AC组在0～12 h产气量大幅增加，产气速率也最快，表明在该阶段肠道微生物代谢旺盛，这可能是由于藜麦挤压膨化样品和菊粉含有大量的不可消化淀粉（抗性淀粉、膳食纤维、低聚糖等），在酵解前期淀粉类物质的发酵速率比其他物质更快。
3、体外酵解过程中SCFAs的产生情况
如图2A所示，各组总SCFAs浓度随时间的延长持续上升，其中QUI组在发酵24 h后基本保持稳定。AC组和QUI组在0～6 h内SCFAs产生速率最快，而CK组直至发酵12 h后SCFAs产生速率才有所降低，这与2.2节产气量以及pH值的变化趋势相印证。发酵48 h时，总SCFAs浓度依次为：AC组（49.70 mmol/L）＞QUI组（37.08 mmol/L）＞CK组（23.78 mmol/L）。AC组和CK组乙酸浓度呈增加趋势（图2B），QUI组在发酵24～48 h期间基本保持不变。发酵48 h时，AC组、QUI组和CK组乙酸浓度分别为27.06、18.68、12.11 mmol/L。如图2C所示，QUI组产丙酸情况与AC组相近，在48 h时两组丙酸浓度无显著性差异（P＞0.05），而CK组显著低于其余两组（P＜0.05）。从图2D可以看出，QUI组发酵期间产丁酸浓度明显低于AC组，同时明显高于CK组。各组戊酸浓度随发酵时间延长而持续增加（图2E），AC组增长速率几乎不变并且发酵48 h后显著高于其他两组（P＜0.05），QUI组和CK组在发酵24 h后速率降低。如图2F、G所示，发酵前期（0～6 h）各组均产生较少的异丁酸、异戊酸，约在6 h后各组异丁酸、异戊酸浓度出现明显的增长趋势，QUI组产异丁酸、异戊酸能力均最强，其次是CK组，AC组最弱。此外，发酵48 h后QUI组不同SCFAs浓度均高于CK组。
4、体外发酵液肠道菌群的多样性分析结果
从图3A、B可以看出，各组Chao 1指数依次为CK（440.48）＞QUI（368.91）＞AC（365.50）；各组Shannon指数依次为QUI（5.41）＞AC（4.92）＞CK（4.87）；相较于CK组，QUI组肠道微生物丰度显著降低但多样性显著提高。在β-多样性分析中，PCA可以表征不同菌群结构组成的差异性，样本之间距离越远说明菌群结构差异越大。从图3C中可以看出，3 组发酵液中肠道菌群结构差异性较大，其中AC组与CK组差异性最大，而QUI组与AC组之间的菌群差异性小于与CK组的差异性，说明藜麦挤压膨化样品培养发酵会对肠道菌群结构产生一定程度的影响。
5、体外发酵液肠道菌群微生物组成分析结果
体外发酵结束后，QUI组、AC组和CK组肠道菌群在门、属水平的微生物组成如图4A、B所示。3 组样本中相对丰度较高的4 个菌门的分别为厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形菌门（Proteobacteria）及放线菌门（Actinobacteria）。其中，与CK组相比，AC组和QUI组拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门相对丰度明显增加，变形菌门明显减少，这种变化趋势对于宿主健康有一定的积极意义，因为变形菌门中包括大肠杆菌、沙门氏菌、幽门螺杆菌等病原菌，降低该菌门的菌能对肠道健康具有一定的积极意义。
如图5所示，在科、属水平上，相较于CK组，QUI组能显著降低菌群中肠杆菌科（Enterobacteriaceae）及瘤胃菌科（Ruminococcaceae）的相对丰度（P＜0.05），同时显著增加普雷沃氏菌（Prevotella）、巨单胞菌（Megamonas）、巨球形菌（Megasphaera）、考拉杆菌（Phascolarctobacterium）、双歧杆菌（Bifidobacterium）和拟杆菌（Bacteroides）相对丰度（P＜0.05）。
结论
本实验比较挤压膨化处理前后藜麦的基本营养成分含量的变化，并通过体外酵解实验发掘藜麦挤压膨化后样品的酵解特性。结果表明，挤压膨化加工后，藜麦灰分、总淀粉以及蛋白质含量并无显著变化（P＞0.05），其直链淀粉、脂肪以及总膳食纤维含量、不可溶性膳食纤维含量显著下降（P＜0.05），且可溶性膳食纤维含量显著增加（P＜0.05）。藜麦挤压膨化制品在体外酵解中能一定程度上增加粪便肠道菌群的多样性，显著上调普雷沃氏菌、巨单胞菌、巨球形菌、考拉杆菌、双歧杆菌、拟杆菌的相对丰度（P＜0.05），并显著下调瘤胃菌科和肠杆菌科的相对丰度（P＜0.05）。此外，挤压膨化处理藜麦酵解48 h后不同SCFAs浓度均高于CK组。本研究结果可为藜麦挤压膨化制品及其调节肠道功能相关产品的开发提供一定的理论依据。
通信作者简介
胡婕伦，博士，南昌大学食品科学与技术国家重点实验室研究员，博士生导师。国家优秀青年科学基金获得者，IUFoST杰出青年科学家奖获得者，中国科协“青年人才托举工程”人选，江西省“双千计划”首批培养类科技高端人才，南昌大学赣江特聘教授。长期从事食品营养科学与技术相关研究，围绕食物营养组分（重点围绕食源性多糖）消化酵解、功能活性、生物合成及健康产品开发研究。主持了国家自然科学基金、中国科协青托项目、江西省“双千计划”项目等10余项国家和省部级课题，在本领域主流期刊发表国内外学术论文90多篇，其中SCI收录论文70多篇，出版专著1部（副主编），获国家专利授权18件，相关成果获省部级一等奖3项。
本文《挤压膨化处理对藜麦营养成分及体外酵解特性的影响》来源于《食品科学》2023年44卷1期98-106页，作者：方芳，何雨芯，赵巨堂，胡梦伟，聂少平，谢明勇，胡婕伦。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220130-306。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
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修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。
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Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。
投稿网址：
https://www.sciopen.com/journal/2958-4124
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