一种具有可控酵解速率的膳食纤维及其制备方法与应用

本技术属于膳食纤维，具体涉及一种具有可控酵解速率的膳食纤维及其制备方法与应用。

背景技术：

1、由于聚糖醛酸具有良好的增稠、乳化、稳定、分散、缓释和成膜的功能，因此被广泛地用于食品、医药、材料、环境治理等领域。聚糖醛酸如海藻酸钠、果胶、结冷胶等由糖醛酸单体(古洛糖醛酸、甘露糖醛酸、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸)等交替排列连接而成。其中，古洛糖醛酸、甘露糖醛酸以及半乳糖醛酸等聚集体及其单体具有促进矿物质吸收、炎症调节、代谢调节和免疫调节等多种生理活性。体外和体内研究模型均表明，聚糖醛酸可以改善结肠健康，提高结肠短链脂肪酸(scfa)的水平，促进有益菌的增殖，并保护肠道免受粘膜损伤。但体外人体肠道菌群酵解模型表明，糖醛酸高聚物及其低聚物往往迅速被人类肠道菌群分解，在结肠近端区域产生大量scfa。

2、大量研究表明，慢酵解膳食纤维较快酵解膳食纤维有着更好的促健康作用。快速酵解的膳食纤维在结肠近端发酵，如低聚果糖、半乳低聚糖和菊粉等，它们在结肠近端的scfa产量高于其总scfa产量的70％，而使得结肠远端scfa供应不足。因而，大量肠道疾病如腹泻、炎症性肠综合征以及结肠癌等在结肠远端区域更为普遍。慢发酵膳食纤维可显著提高结肠远端scfa的浓度。例如抗性淀粉、小麦胚芽β-葡聚糖、刺梧桐胶、甲基纤维素、车前子多糖等有着较慢的酵解速率，它们到达结肠远端后仍可产生scfa。因此，实现膳食纤维在结肠不同区域的酵解，为结肠不同区域提供持续的scfa供应，是改善肠道健康的一个重要的策略。

3、公开专利cn109770230a发明了一种慢酵解膳食纤维。通过植物细胞壁降解酶解杂豆细胞，获得无细胞壁结构的杂豆细胞，所得膳食纤维在体外发酵的条件下，相比于杂豆淀粉，其发酵速度更加缓慢，发酵更加持久。该发明为发酵膳食纤维提供了一种思路，但是该发明仅通过酶解提取的方式，只能获得单一酵解速率的膳食纤维。授权专利cn104544137b以麦麸为原料发明了一种富含阿拉伯木聚糖的慢速酵解膳食纤维，通过粗提、富集、脱蛋白、脱淀粉的方式获得的膳食纤维富含高达17.41％阿拉伯木聚糖和24.03％可溶性膳食纤维。同理，该专利仅通过“提取”的方式来获得了具有不同组分的膳食纤维，但这些膳食纤维的组合的酵解速率不可控。公开专利cn108967940a通过将海藻酸钠、褐藻浓缩粉、昆布酵素粉、海带粉及裙带菜粉混合制备出一种褐藻膳食纤维粉，该膳食纤维主要为海藻酸钠和岩藻多糖的混合物，但这些膳食纤维的组合的酵解速率性质也不可控。

技术实现思路

1、本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有可控酵解速率的膳食纤维及其制备方法与应用，本技术以阳离子交联调控聚糖醛酸的分子结构，通过交联结构的调控来减缓肠道菌群与聚糖醛酸的接触和菌群分泌的酶的扩散，进而减缓对聚糖醛酸的分解。本技术以调控聚糖醛酸的酵解速率为技术目的，通过发明具有不同酵解速率的聚糖醛酸，以获得可在不同结肠区域酵解的膳食纤维产品。

2、为了实现上述申请目的，第一方面，本技术提供了一种具有可控酵解速率的膳食纤维，所述膳食纤维由多种不同交联度的阳离子交联的聚糖醛酸复配而成。

3、进一步地，所述阳离子交联的聚糖醛酸中阳离子的交联度为1～100mmol/l，即加入的阳离子盐在分散液中的浓度为1～100mmol/l。

4、进一步地，所述阳离子交联的聚糖醛酸中阳离子包括钙离子、铁离子、镁离子、锌离子中的至少一种。

5、进一步地，所述聚糖醛酸由聚古洛糖醛酸、聚甘露糖醛酸、聚半乳糖醛酸、鼠李糖、木糖、阿拉伯糖中的至少一种组成。例如，聚糖醛酸可包括：摩尔比百分含量为30％～95％的聚古洛糖醛酸，摩尔比百分含量为5～70％的聚甘露糖醛酸，摩尔比百分含量为65％～80％的聚半乳糖醛酸。

6、进一步地，所述膳食纤维含有以下重量份成分：未交联的聚糖醛酸0～30份，10～30mmol/l交联度的阳离子交联的聚糖醛酸0～90份，30～60mmol/l交联度的阳离子交联的聚糖醛酸0～50份，60～80mmol/l交联度的阳离子交联的聚糖醛酸0～50份，80～100mmol/l交联度的阳离子交联的聚糖醛酸0～30份。

7、本技术的第二方面，提供了一种具有可控酵解速率的膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：将聚糖醛酸依次进行分散、交联、剪切、透析、干燥和复配。

8、进一步地，包括以下步骤：

9、将所述聚糖醛酸粉末置于去离子水中并机械分散，得到聚糖醛酸分散液；

10、采用外源法交联聚糖醛酸，即将阳离子盐加入到所述聚糖醛酸分散液中，再加入稀酸，静置交联，得到阳离子交联的聚糖醛酸凝胶；

11、向所述阳离子交联的聚糖醛酸凝胶中加入去离子水进行高速剪切，得到阳离子交联的聚糖醛酸；

12、使用截留分子量1000～3000da透析袋透析，冷冻干燥后得到阳离子交联的聚糖醛酸固体颗粒，最后按质量比将不同交联度的所述阳离子交联的聚糖醛酸进行复配。通过配比不同交联度的阳离子交联的聚糖醛酸，即得到具有可控酵解速率的膳食纤维。

13、进一步地，所述聚糖醛酸分散液浓度为1～6％(w/v)；和/或，

14、所述稀酸为葡萄糖酸内酯、稀盐酸、醋酸、柠檬酸等食用酸中的至少一种，所述稀酸的质量浓度为2％；和/或，

15、所述阳离子盐在分散液中的浓度为1～100mmol/l；和/或，

16、所述剪切速率为10000～20000转/分钟，剪切时间为2～5分钟。

17、进一步地，所述阳离子盐为螯合阳离子盐或非螯合态阳离子盐，螯合阳离子盐包括edta-ca、edta-mg、edta-zn等非游离态阳离子中的至少一种，非螯合态阳离子盐包括caco3、feco3、mgco3等游离态阳离子中的至少一种。

18、本技术的第三方面，提供了一种具有可控酵解速率的膳食纤维应用于制备可在不同结肠部位酵解的膳食纤维，所述可在不同结肠部位酵解的膳食纤维的形态为液体、固体、半固体中的一种。例如可以是粉末、片剂、冲剂或胶囊等。本技术的膳食纤维产品具有不同的酵解速率，其可在不同结肠区域酵解，为不同结肠区域提供短链脂肪酸。

19、与现有技术相比，本技术具有以下的技术效果：

20、1、在慢性肠道疾病中，降结肠区、直肠区和全结肠区的炎症发病率占比分别为41.2％、16.2％和42.6％，有着不同的表型分布特点。因此，实现膳食纤维在不同结肠部位的靶向酵解，对于满足肠道健康个性化需求至关重要，以往的发明通过提取、酶解的方式获得膳食纤维酵解速率单一，因此它们只能在某一结肠区域酵解，只能为某一结肠区域提供短链脂肪酸。本技术通过构建不同交联度的阳离子交联的聚糖醛酸，调控聚糖醛酸的酵解速率，以获得可在不同结肠区域酵解的膳食纤维产品。

21、2、其他交联法，如酶法和化学法交联过程中导致膳食纤维发生化学反应，改变了原膳食纤维的化学性质，同时酶法和化学法交联产生新的物质，化学性质和毒理学不清楚，尚不能应用于食品领域。本技术采用的阳离子交联是一种物理方法，不改变原聚糖醛酸的化学性质，引入的交联成分均为食品级物质。同时，交联密度可控，可获得一系列不同酵解速率的聚糖醛酸型膳食纤维，以满足不通肠道健康人群的个性化需求。