Foods IF 5.1 | 功能性淀粉潜力布局！扬州大学团队发现紫薯抗性淀粉缓解结肠炎功能
淀粉粘度是衡量淀粉在特定条件下（如加热、搅拌或剪切力作用）抵抗流动或变形能力的物理指标，反映了淀粉糊液的稠度和流动性。
检测方法：布拉本德黏度仪法（ Brabender Viscograph，简称BV法）
测试原理：在规定的测试条件下，淀粉的水悬浮物在加热作用下逐渐糊化（淀粉的凝胶化），此种变化由粘度仪连续监测。淀粉乳在升温和降温过程中黏度变化，通过布拉本德黏度仪测定的黏度曲线得到布拉本德峰值黏度，同时还可得到成糊温度、布拉本德升温终点黏度、布拉本德降温起点黏度、布拉本德降温终点黏度、布拉本德黏度降落值、布拉本德黏度回生值等。
高度模拟实际加工： 其加热、保温、冷却程序能较好地模拟大多数含淀粉产品的热处理过程（如蒸煮、杀菌、冷却）。
综合指标： 一条曲线提供多个关键参数（糊化温度、峰值粘度、最低粘度、最终粘度、崩解值、回生值），全面描述淀粉的糊化和老化行为。
标准化与可比性： 遵循规范标准（如AACC Method 76-21, ICC Standard No. 169，GB/T 22427.7-2023），数据在全球范围内具有可比性，是贸易和研发的基础。
经验关联性强： 大量的历史数据和经验将布拉本德参数与实际产品质构（稠度、凝胶强度、光滑度）和加工稳定性建立了可靠关联。
结果内容：分析报告+数据处理过程+原始数据
Brabender粘度图示例
布拉班德黏度测试通过追踪淀粉糊化过程中的粘度变化，关联淀粉的糊化特性、热稳定性、凝胶性及冷稳定性，为食品、饲料、化工等行业提供质量控制与产品优化的关键数据支持。
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溃疡性结肠炎（UC）是一种复杂的炎症性疾病，发病率持续上升，但目前UC的发病机制在很大程度上还不清楚，且目前的医疗手段还存在成本高、副作用大等缺点。因此找到疗效更好的天然活性成分治疗UC至关重要。
2024年4月发表在Foods上的题为“Resistant Starch from Purple Sweet Potatoes Alleviates Dextran Sulfate Sodium-Induced Colitis through Modulating the Homeostasis of the Gut Microbiota”的文章，作者通过酶分离法从紫色红薯（PSPRS）中获得抗性淀粉。然后，研究了PSPRS的结构特性及其在硫酸右旋糖酐钠（DSS）诱导的结肠炎中的保护功能。
紫薯、抗性淀粉、肠道微生物
淀粉基础指标：淀粉、蛋白质、灰分、抗性淀粉含量测定，淀粉结构及理化指标：颜色、水溶性、SEM、NRM、XRD、SAXS、FTIR；动物实验：组织学分析、ELISA、微生物测序、SCFA检测
作者采用一系列的方法对紫薯淀粉（PSPS）及抗性淀粉(PSPRS)进行表征，表1结果展示了水分、灰分、蛋白质、淀粉、直链淀粉、抗性淀粉结合水能力（WBC），除含水量外，其他参数均在干样中测定。PSPS和PSPRS的白度大于90，表现出轻微的绿色和黄色，这可能是由于花青素和蛋白质之间的共色素（表2）。
表1. PSPS和PSPRS的理化性质
表2. PSPS和PSPRS的颜色、相对结晶度及SAXS参数
作者利用SEM观察了PSPS和PSPRS的表面特征和形状（图1）。PSPS颗粒表面光滑、圆形、不规则和椭圆形。与PSPS相比，PSPRS颗粒的外向结构呈椭圆形，不规则的多层堆叠碎片，表面粗糙，裂纹和空腔较多。已有文献报道PSPRS颗粒的结构可能会导致体内结肠发酵期间的微生物群落反应。
PSPS和PSPRS的XRD结果显示，PSPS具有CA型晶体的特征，PSPRS在酶解过程中，晶体结构从CA型变为A型，且C型淀粉中的B型异形体降解速度快于A型异形体。（图2A）。此外，此外，PSPRS的相对结晶度（30.53%）低于PSPS（表2），这可能是由于PSPRS中直链淀粉含量较高所致。
作者用固态13C CP/MAS NMR分析了结晶多态性淀粉的表征，PSPS的三重峰值为101.6、100.4和99.7 ppm，这表明CA型淀粉的特征。然而，PSPRS的C1共振在相同的峰值上逐渐成为明显的三联体，与A型结晶度的特征相对应。这一结果与XRD一致，进一步证实了PSPRS具有A型结晶性。
图2C和表2结果表明，在酶水解过程中，PSPRS颗粒中的片状结构被完全破坏。PSPS中的Imax为187.138，而它在PSPRS中消失了，可能是由于半晶生长环的水解。SAXS模式与形态学的变化一致（图1B）。
PSPS和PSPRS的FTIR光谱表明，PSPS中的结晶区域高于PSPRS，这一发现与XRD模式中的结晶度结果一致。
图1.PSPS和PSPRS的SEM图像
图2.PSPS和PSPRS的精细结构
作者对DSS诱导的结肠炎小鼠模型给予低剂量（LPSPRS）和高剂量（HPSPRS）的紫薯抗性淀粉。结果表明，与NC组相比，DSS组的最终体重明显较低。在PSPRS干预后，体重恢复，特别是在高剂量PSPRS组。与DSS组相比，DSS+HPSPRS组的胸腺指数显著改善，且HPSPRS对结肠炎小鼠的脾肿大具有保护作用。上述结果表明，PSPRS的干预可以防止DSS引起的体重减轻、胸腺萎缩和脾脏肥大。
H&E染色结果显示，给药300毫克/千克PSPRS恢复了上皮屏障结构，减少了炎症细胞浸润（图3A）。组织学分析更直观地说明，由于严重的结肠炎，DSS组的平均结肠长度明显比NC组短40.88%。100毫克/千克和300毫克/千克剂量的PSPRS改善了DSS诱导的结肠缩短（图3B，C）。这些结果显示，PSPRS对DSS诱导的结肠炎小鼠有保护作用。
为了进一步评估PSPRS对DSS诱导的结肠炎小鼠的调节作用，作者检测了小鼠结肠组织中几种细胞因子的水平。结果如表4所示，与NC组相比，DSS组中的促炎细胞因子表达显著增加，然而在PSPRS干预后被显著抑制。与NC组相比，DSS诱导的结肠炎小鼠的抗炎细胞因子IL-10水平显著降低，PSPRS干预提高了IL-10水平。且300毫克/千克的PSPRS比100毫克/千克的PSPRS效果更好。与DSS组相比，DSS+LPSPRS和DSS+HPSPRS组显示出IgA水平的上升趋势。以上结果表明，PSPRS以剂量依赖性的方式在炎症细胞因子中具有调节作用。
表3. PSPRS对体重、胸腺指数和脾脏指数的影响
图3. PSPRS对结肠的影响
表4. 小鼠结肠中炎症细胞因子和sIgA的水平
结肠微生物群可以使用膳食纤维来产生作为强效抗炎剂的SCFA。RS可以很容易地通过肠道微生物群发酵成SCFAs。因此，作者进一步评估了PSPRS对DSS诱导的结肠炎小鼠肠道微生物群和SCFA的调节作用。结果表明，DSS组的乙酸、丙酸和丁酸水平明显低于NC组，300 mg/kg的PSPRS给药可以显著改善乙酸、丙酸和丁酸的含量（表5）。说明SCFA含量，特别是丁酸水平可能会增强PSPRS的抗炎作用。
表5. HPSPRS对乙酸、丙酸和丁酸水平的影响
小鼠粪便中的OTU可以反映肠道微生物群的多样性[60]。结果表明与DSS组相比，PSPRS给药后的肠道微生物群组成与正常对照小鼠更相似，此外PSPRS组可以恢复DSS诱导的减少的OTU。PLS-DA分析表明DSS显著改变了肠道微生物的结构，但300毫克/千克的PSPRS显著调整了DSS诱导的结肠炎小鼠的肠道微生物（图4），并增加α多样性。
图4. 微生物OTU分析
为了进一步研究微生物种类的变化，作者分析了肠道微生物群的门水平。结果表明，厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门、放线菌门是5个相对丰度优势微生物。300 mg/kg的PSPRS显著缓解了F/B的下降。PSPRS显著抑制了变形菌门的丰度（图5A）。以上结果表明，PSPRS对DSS诱导的结肠炎有缓解作用。
在属水平，PSPRS可能通过增加乳酸杆菌、异丙沃氏菌、钩端螺旋杆菌_NK4A136_group和Birfdobacterium的相对丰度，以及降低拟杆菌、葡萄球菌、阿克曼菌、Jeotgalicoccus、丹毒梭菌和Alistipes的相对丰度来缓解肠道炎症（图5B）。LEfSe分析同样说明了这个趋势，证明在服用PSPRS后，DSS诱导的结肠炎小鼠的肠道微生物群组成可以很好地调节（图6）。
图5. 肠道微生物在门和属水平上的相对丰度
图6. HPSPRS干预肠道微生物群的LEfSe分析
作者进一步利用PSPRS干预逆转的26个微生物属和UC相关指数（炎症细胞因子、IgA和SCFAs）之间的斯皮尔曼相关性热图，以评估UC的发病机制（图7）。结果表明，13个属与至少一个物理指数显著相关，表明PSPRS对DSS诱导的结肠炎小鼠的保护作用可能通过抑制促炎细胞因子、增加SCFA产生和抗炎细胞因子而起作用。
PICRUSt预测了16S测序结果，获得了每组肠道微生物群的COG功能分类。结果表明，这些功能仅涉及碳水化合物运输和代谢、一般功能预测、氨基酸运输和代谢、细胞壁/膜/包膜生物发生、转录、能量产生和转换、防御机制等。此外，PSPRS特别引起碳水化合物运输和代谢的变化（主要是脂质代谢、氨基酸代谢和人类疾病途径）（图8）。总之，结果表明，PSPRS有助于肠道微生物群和/或其代谢物的功能变化。
图7. 属级肠道微生物群与UC参数（A）之间相关性的热图
图8. HPSPRS对PICRUSt预测的肠道微生物群的COG功能分类的影响
综上所述，本研究结果表明，食用PSPRS可以保护小鼠免受DSS诱导的结肠炎。小鼠的各种结肠炎症状，包括体重、胸腺指数、脾脏指数、IL-6、TNF-α、IL-1β、IL-10和IgA，都通过100毫克/千克PSPRS和300毫克/千克PSPRS给药恢复。PSPRS恢复了无序的肠道微生物群，并改善了SCFA的生成。微生物群和SCFA的这些变化可以通过限制杯状细胞丢失和肠道上皮细胞凋亡来增强肠道屏障。因此，PSPRS可能被认为是治疗或预防UC的有效饮食策略。将来，可以进行人类志愿者实验和各种小鼠模型队列，以揭示PSPRS的确切抗炎机制。
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