CN114395592A - 能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法、设备及应用 - Google Patents

能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法、设备及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及酵母加工技术领域，具体公开了一种能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法、设备及应用，取酵母细胞壁乳作为原料；在酵母细胞壁乳中加入NaHCO3溶液；升温提取离心，得第一离心上清液和第一离心重相；将第一重相加水分散，温度保持并加入酵母甘露聚糖酶进行酶解；升温灭酶并离心，得到第二离心上清液和第二离心重相；将第二离心上清液通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母甘露寡糖；将第二离心重相中加水，分散并升温；加入酵母β‑葡聚糖酶进行酶解；升温灭酶，待灭酶结束后，通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母β‑葡聚糖。本发明具有消费者容易选择、口感较好和纯度较高的特点。

Description

能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法、设备及应用
技术领域
本发明涉及酵母加工技术领域，特别涉及一种能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法、设备及应用。
背景技术
近年来，随着人们对肠道微生物认识的不断加深，肠道菌群与人类健康的关系日益受到关注。肠道微生物在宿主的免疫系统、消化系统中起到了巨大作用，当肠道微生态失衡时，造成的代谢失衡会导致许多疾病发生。随着肠道微生态学科的快速发展，有关的研究成果和研究报道日新月异，许多研究表明，微生物菌群的结构和功能会影响到宿主的健康状态，参与多种疾病的发生。肠道微生物对宿主的影响主要通过两个通路：第一条通路是微生物对宿主的直接作用。其中最著名的例子是，分解丝状菌(SFB)在潘氏结处M细胞旁边的定植影响到宿主Th17细胞的发育。第二条通路是肠道细菌发酵降解未消化的食物残渣产生的代谢产物。人体肠道是一个两头开口(口和肛门)的中空器官，结肠中间生长着大量微生物。人体每天大约有40-50克碳水化合物，15-20克蛋白质逃离小肠的降解与吸收，进入结肠成为结肠细菌的发酵底物。以发酵类型分类，单胃动物的肠道就是一个天然的恒化发酵系统，37度、厌氧和单向流动就是这个发酵系统的发酵特点，食品组份从消化道的一端连续摄入，另一端(肛门)定时排出发酵产物(粪便)。因此通过控制厌氧条件、pH、温度和培养基组分等发酵条件可以调控肠道微生物的生长环境，进而达到调控肠道菌群结构的目的。有报道通过调控发酵的营养条件，在肠道体外模拟系统中成功的模拟出拟杆菌肠型和普雷沃氏菌肠型，和原始粪便菌群相比，体外发酵模拟可以达到90％以上的相似性，从而推断出影响人类肠道肠型的主要饮食营养条件，进一步证明了人肠道体外发酵系统在研究人饮食结构和肠道菌群结构与功能方面的重要性。
肠道细菌对碳水化合物的降解产物主要为乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等短链脂肪酸(SCFA)。乙酸作为大多数肠道微生物代谢碳水化物的主要产物，进入血液后作为合成肝糖原的底物参与了人体能量代谢，但是长期过多乙酸的产生可能会增加胰岛素的释放，进而导致肥胖相关病症等，另外有研究表明一些肠道细菌产生的乙酸盐代谢产物能够参与调节其他肠道细菌，并触发针对潜在有害细菌的免疫反应，例如抵抗呼吸道合胞病毒的感染等。同时丙酸也参与了宿主能量代谢的过程，但和乙酸相反，更多的是起到抑制胆固醇合成的作用，另外肠道菌群产生的丙酸还能够通过免疫调节机制缓解多发性硬化，或减轻高血压心血管损伤等。丁酸则是肠上皮细胞的主要能量来源，缺乏丁酸会造成肠上皮细胞的能量饥饿，迫使细胞从正常的有氧呼吸转入消耗乳酸为主的无氧呼吸途径，引起后续如肠漏、免疫细胞失衡、病原菌感染等一系列的生理问题，所以肠道内丁酸水平和丁酸产生菌的数量已经成为维持肠道系统健康的最重要影响因素。最后，戊酸同样对人体健康发挥着重要的作用，有研究表明，在肠道菌群代谢产生的多种短链脂肪酸中，戊酸能够显著防治辐射损伤，保护造血器官，改善胃肠道功能和肠上皮完整性，同时还能够预防结肠炎的产生，抑制肠道中艰难梭菌的生长，此外戊酸和丁酸还能够显著增强小鼠模型中一些T淋巴细胞的抗肿瘤活性，有望用于人类癌症的治疗。
肠道细菌对碳水化合物的重要降解产物除了主要的短链脂肪酸外，还包括气体、有机胺、甲酚、吲哚、维生素和一些对人体有害的产物如神经毒素、致癌化合物和免疫毒素等。相对其他代谢产物，气体对宿主健康的影响关注度相对较少。研究表明，人体肠道内主要气体组成为氮气(59％)、氢气(20.9％)、二氧化碳(9％)、甲烷(7.2％)、氧气(3.9％)和硫化氢(0.00028％)。除人体自身产生的小部分二氧化碳和硫化氢之外，肠道内大部分气体均为细菌代谢产物，如二氧化碳、氢气和硫化氢等。正常情况下，肠道微生物产生的大部分二氧化碳分别会被肠道细胞吸收到循环中或者被其他微生物迅速利用。除二氧化碳外，人体结肠中还可产生13L·day-1以上的H2，其中约60％-70％的H2在被其他微生物利用后仍然存在，并通过呼吸或排气排出体外。此外，肠道菌群产生量较少的硫化氢一方面具有调节炎症、促进肠道蠕动等功能，另一方面却与溃疡性结肠炎、克罗恩病和肠易激综合征等胃肠道疾病有关。因此适量的肠道气体对于人体而言不可或缺，但是如果大量的气体不能通过正常代谢途径利用消耗，则容易引起人体肠道内的胀气与不适,从而造成各种肠道疾病。肠道气体主要受菌群和饮食的影响，临床上通过调整饮食中的碳水化合物(包括膳食纤维)、蛋白质和脂肪，可调节肠道气体组成和体积，可以达到防治相关胃肠疾病。可见，通过体外模拟肠道发酵技术，检测细菌代谢产物，并分析其与菌群结构变化的关联性，可用于评估不同的膳食组分对肠道菌群的生态变化，且目前被认为是一种更加简捷快速的方法。
如今膳食组分对肠道菌群的调控已成为精准医学和营养学的重要组成部分。但不同人群因身体素质、生活方式、饮食习惯不同，其肠道菌群的种类和数量也存在较大的差异，从而导致了肠道菌群对营养物质的吸收和利用差异比较大，同样体现在对膳食中碳水化合物如寡糖和多糖等的降解率、代谢产物的种类和数量的差异变化。当前，益生菌和益生元被公认为是调节肠道菌群的优良的膳食补充剂，但面对市面上门类繁多的益生菌和益生元，不但消费者无从选择，营养消化专科医生也同样感到束手无策。由于在体外肠道微生物模拟系统中的培养基可以有针对性地设计调整，通过体外肠道微生物模拟系统，可以直接检测人体肠道菌群对不同益生菌和益生元代谢产物种类和含量造成的异同，通过比较分析不同个体的肠道菌群对特定食物组份的代谢特点和菌群结构差异，从而达到调查和评估不同膳食组分对肠道菌群调控的功能评价。有研究发现，可以用酵母多糖作为一种新的益生元来进行肠道菌群的调节。
酵母多糖是从酵母细胞壁提取的大分子多糖复合物，具有多种生物学活性，如促生长、抗病毒及免疫增强作用。酵母多糖具有贮藏生物能〔如：淀粉、糖原、菊粉(inulin)〕和支持结构〔如：纤维素、几丁质(chitin)、粘多糖〕的作用。而目前没有一种兼顾口感好和纯度高的酵母多糖作为膳食补充剂，来供人们长期食用以便调节人体的肠道菌群。
因此，现有用于调节人体肠道菌群的益生元，存在种类繁多和消费者无法选择的问题。
发明内容
本发明为了解决现有用于调节人体肠道菌群的益生元所存在的上述技术问题，提供了一种消费者容易选择、口感较好和纯度较高的能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法、设备及应用。
本发明的第一种技术方案：能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，包括以下步骤，
(S01)取生产酵母抽提物的副产品酵母细胞壁乳作为原料；
(S02)在酵母细胞壁乳中加入浓度为11～15g/l的NaHCO3溶液，搅拌均匀并调节pH；
(S03)将步骤(S02)中搅拌均匀后的物质升温至70℃～90℃进行提取，提取完成后离心，得到第一离心上清液和第一离心重相；
(S04)将步骤(S03)的第一重相加水分散至物料浓度为8％～10％，温度保持并加入0.2％～1％的酵母甘露聚糖酶进行酶解；
(S05)待步骤(S04)中酶解结束后，升温灭酶并离心，得到第二离心上清液和第二离心重相；
(S06)将步骤(S05)中的第二离心上清液通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母甘露寡糖；
(S07)将步骤(S05)中的第二离心重相中加水，分散至干物质浓度为8％～10％，并升温至46℃～60℃；
(S08)往步骤(S07)中加入0.5％～1％的酵母β-葡聚糖酶进行酶解；
(S09)待步骤(S08)中酶解结束后，升温灭酶，待灭酶结束后，通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母β-葡聚糖。
本发明选用酵母细胞壁作为原料，酵母细胞壁作为生产酵母抽提物的副产物，含有大量酵母多糖和蛋白质等成分，是制取酵母多糖的很好原料，利用本发明中的方法可以成功制备2种酵母多糖，具体为酵母甘露寡糖和酵母β葡聚糖，提高了细胞壁的附加值；本发明对酵母细胞壁通过NaHCO3碱液处理、一次酶解和二次酶解及过滤烘干装置，得到了2种较高纯度的酵母多糖，生产工艺简便，生产成本较低，易于工业化。
作为优选，所述NaHCO3溶液与酵母细胞壁乳的重量比为3～5∶1。更优选，所述NaHCO3溶液与酵母细胞壁重量比为4∶1。NaHCO3溶液与酵母细胞壁乳合适重量配比，NaHCO3溶液能够提取溶解细胞壁中更多的蛋白类成分。
作为优选，所述步骤(S02)中的pH为7～8。
作为优选，所述步骤(S03)中的提取时间为1h～3h。更优选，所述步骤(S03)中的提取时间为2h。提取时间的设定，是为了保证细胞壁中的蛋白充分溶于碱液，并使得糖链结构打开，方便后续酶解。
作为优选，所述步骤(S04)中的保持温度为40℃～60℃。
作为优选，所述步骤(S04)中的酶解时间为8h～12h。更优选，酶解时间为10h。兼顾时效性和酶解的完全程度。
作为优选，所述步骤(S05)中的灭酶温度为80℃～100℃。
作为优选，所述步骤(S08)中的酶解时间为12h～16h。更优选，酶解时间为14h。兼顾时效性和酶解的完全程度。
作为优选，所述步骤(S09)中的灭酶温度为80℃～100℃。
本发明的第二种技术方案：能改善肠道菌群的酵母多糖的制备设备，包括过滤烘干装置，所述过滤烘干装置包括烘干箱，所述烘干箱的上端转动连接有密封板，所述烘干箱的内壁固定连接有衔接框，所述衔接框的下端固定连接有过滤板，所述衔接框的下端固定连接有导流板，所述导流板位于过滤板的下方，所述烘干箱的内腔设有挤出压实组件，所述挤出压实组件的上端位于衔接框的内腔，所述挤出压实组件的下端位于衔接框的下方，所述衔接框的内底端固定连接有热膨胀驱动组件，所述衔接框的下端固定连接有往复击打组件。将混合液导入衔接框，通过过滤板对混合液中的水分进行过滤，过滤出的水份通过导流板的引导将流淌至挤出压实组件，流动的水流将会驱动挤出压实组件，从而对过滤板表面的沉淀物进行压实，挤出沉淀物内残余的水份，打开烘干箱对沉淀物进行烘干，在进行烘干的过程中，其热量将使得热膨胀驱动组件发生膨胀，从而驱动挤出压实组件，使得挤出压实组件远离沉淀物，在挤出压实组件远离沉淀物的过程中，将会驱动往复击打组件对过滤板的下端进行一次击打，当热膨胀驱动组件达到膨胀极限时，热膨胀驱动组件会逐渐收缩，并再一次驱动挤出压实组件，使得挤出压实组件再一次对沉淀物进行挤压，在挤出压实组件对沉淀物进行挤压的过程中，将会再次驱动往复击打组件对过滤板的下端进行二次击打，依次往复，挤出压实组件一方面配合热膨胀驱动组件对沉淀物进行反复压实，既能够挤出沉淀物内残余的水份，又可以降低沉淀物结块的可能性，挤出压实组件另一方面能够配合往复击打组件对过滤板进行击打，进一步降低沉淀物结块的可能性，挤出压实组件、热膨胀驱动组件和往复击打组件相互配合，能够实现往复击打组件对过滤板的往复击打，提高往复击打组件对过滤板的击打频率。
作为优选，所述挤出压实组件包括压实板和衔接轴，所述压实板转动连接在衔接框的内壁，所述衔接轴转动连接在烘干箱的内壁，所述衔接轴的外圆周面固定连接有四个水流收纳瓢，所述衔接轴的外圆周面固定连接有一对第一牵引索，一对所述第一牵引索均缠绕在衔接轴的外圆周面，一对所述第一牵引索的上端均贯穿衔接框与压实板的下端固定连接。的水流通过导流板被引流至水流收纳瓢，水流收纳瓢配合水流将带动衔接轴进行转动，转动的衔接轴能够对第一牵引索进行收卷，从而带动压实板向下进行转动，向下进行转动的压实板能够对沉淀物内残余的水份进行挤压，能够提高沉淀物的烘干效率。
作为优选，所述衔接框的下端开凿有一对穿孔，一对所述穿孔的内壁均转动连接有辊轮，所述第一牵引索贯穿穿孔，所述第一牵引索与辊轮的外圆周面相接触。通过辊轮，能够降低第一牵引索与衔接框之间的摩擦，降低第一牵引索因摩擦断裂的可能性。
作为优选，所述衔接框的下端开凿有穿槽，所述衔接框的下端固定连接有方形导气管，所述方形导气管与穿槽相吻合，所述方形导气管位于水流收纳瓢的正上方。热膨胀驱动组件即将到达膨胀极限时，会喷出气体，其气体通过方形导气管吹向水流收纳瓢，便于水流收纳瓢配合喷出气体带动衔接轴进行转动。
作为优选，所述热膨胀驱动组件包括衔接块，所述衔接块固定连接在穿槽的内壁，所述衔接块的表面开凿有出气口，所述衔接块的上端转动连接有堵塞块，所述堵塞块与衔接块之间相卡接，所述衔接块的上端固定连接有弹性气囊，所述弹性气囊与出气口之间相连通，所述弹性气囊的内顶端固定连接有橡胶挤压块，所述橡胶挤压块的下端与堵塞块相接触，所述衔接块的上端固定连接有一对第二牵引索，一对所述第二牵引索的上端均与弹性气囊的内顶端固定连接。弹性气囊因烘干箱的热量发生膨胀，膨胀的弹性气囊将会带动压实板向上进行转动，在压实板向上进行转动的过程中会远离沉淀物，同时压实板中的磁铁块会向一侧倾斜滑动，从而驱动往复击打组件对过滤板进行一次击打，使得结块的沉淀物开裂成细小的碎块，当弹性气囊即将到达膨胀极限时，第二牵引索会向上拉动堵塞块，从而打开出气口，其弹性气囊会向外喷出气体并逐渐收缩，喷出气体配合水流收纳瓢带动衔接轴进行转动，当弹性气囊收缩复原时，随不能再次喷出气体，但衔接轴因惯性会继续转动一小段时间，在衔接轴持续转动的过程中，会收卷第一牵引索，使得压实板再次对开裂成细小碎块的沉淀物进行压实，在细小碎块压实的过程中，其细小碎块将会再次破裂，开裂成更细的碎块，向下转动的压实板配合橡胶挤压块对堵塞块进行挤压，使得堵塞块与衔接块进行卡接，再次堵塞出气口，保障弹性气囊的密封转态，便于弹性气囊后期的循序膨胀。
作为优选，所述压实板的内部开凿有空腔，所述空腔的内底端呈倾斜状，所述压实板采用玻璃纤维材料制成。当压实板呈水平状时，压实板内部的磁铁块依旧能够进行移动，实现往复击打组件对过滤板的二次击打，通过玻璃纤维材料制成的压实板较为轻盈，便于弹性气囊膨胀推动。
作为优选，所述往复击打组件包括扭簧和磁铁块，所述扭簧固定连接在过滤板的下端，所述扭簧的外圆周面固定连接有衔接杆，所述衔接杆的外端固定连接有不锈钢防护球体，所述不锈钢防护球体的外球面与过滤板相接触，所述不锈钢防护球体的内部固定连接有磁铁球，所述磁铁块滑动连接在空腔内，所述磁铁块与磁铁球之间相互排斥。在压实板向上进行转动的过程中，压实板中的磁铁块会向一侧倾斜滑动，其磁铁块在滑动的过程中因同性相排斥会逐一推动磁铁球，磁铁球在通过扭簧复位再配合不锈钢防护球体击打过滤板的下端，当压实板配合热膨胀驱动组件再次对沉淀物进行挤压，并呈水平状时，磁铁块依旧能够向另一侧移动，能够再一次推动磁铁球，配合不锈钢防护球体对过滤板进行二次击打，提高往复击打组件对过滤板的击打频率。
作为优选，所述弹性气囊的最大膨胀高度大于第二牵引索的长度。使得弹性气囊达到膨胀极限之前，通过第二牵引索对堵塞块的提拉，打开出气口，降低弹性气囊因持续膨胀出现破裂的可能性。
本发明的第三种技术方案：能改善肠道菌群的酵母多糖作为益生元在调控肠道菌群方面的应用。
不同人群的粪便菌群体外模拟发酵不同底物表现出不同的代谢差异，其中底物是影响发酵调控的最重要因素，本发明酵母多糖发酵过程中通过不同菌群的富集而导致代谢产物产量差异，进而导致不同的生理功能，而且还会增加有益菌的丰度占比并降低有害菌的丰度占比；其次粪便菌群还会受到年龄、性别等个体差异的影响，使得不同人群的粪便菌群受到本发明酵母多糖的影响不尽相同。因此，本发明酵母多糖能作为一种新的益生元进行肠道菌群的调控。
本发明具有如下有益效果：
(1)选用酵母细胞壁作为原料，酵母细胞壁作为生产酵母抽提物的副产物，含有大量酵母多糖和蛋白质等成分，是制取酵母多糖的很好原料，利用本发明中的方法可以成功制备2种酵母多糖，具体为酵母甘露寡糖和酵母β葡聚糖，提高了细胞壁的附加值；
(2)对酵母细胞壁通过NaHCO3碱液处理、一次酶解和二次酶解及过滤烘干装置，得到了2种较高纯度的酵母多糖，生产工艺简便，生产成本较低，易于工业化；
(3)通过过滤烘干装置进行过滤和烘干，最终制得酵母甘露寡糖成品固体和酵母β葡聚糖成品固体，过滤和烘干效果均较好，处理效率也很高；
(4)将混合液导入衔接框，通过过滤板对混合液中的水分进行过滤，过滤出的水份通过导流板的引导将流淌至挤出压实组件，流动的水流将会驱动挤出压实组件，从而对过滤板表面的沉淀物进行压实，挤出沉淀物内残余的水份，打开烘干箱对沉淀物进行烘干，在进行烘干的过程中，其热量将使得热膨胀驱动组件发生膨胀，从而驱动挤出压实组件，使得挤出压实组件远离沉淀物，在挤出压实组件远离沉淀物的过程中，将会驱动往复击打组件对过滤板的下端进行一次击打，当热膨胀驱动组件达到膨胀极限时，热膨胀驱动组件会逐渐收缩，并再一次驱动挤出压实组件，使得挤出压实组件再一次对沉淀物进行挤压，在挤出压实组件对沉淀物进行挤压的过程中，将会再次驱动往复击打组件对过滤板的下端进行二次击打，依次往复，挤出压实组件一方面配合热膨胀驱动组件对沉淀物进行反复压实，既能够挤出沉淀物内残余的水份，又可以降低沉淀物结块的可能性，挤出压实组件另一方面能够配合往复击打组件对过滤板进行击打，进一步降低沉淀物结块的可能性，挤出压实组件、热膨胀驱动组件和往复击打组件相互配合，能够实现往复击打组件对过滤板的往复击打，提高往复击打组件对过滤板的击打频率；
(5)不同人群的粪便菌群体外模拟发酵不同底物表现出不同的代谢差异，其中底物是影响发酵调控的最重要因素，本发明酵母多糖发酵过程中通过不同菌群的富集而导致代谢产物产量差异，进而导致不同的生理功能，而且还会增加有益菌的丰度占比并降低有害菌的丰度占比；其次粪便菌群还会受到年龄、性别等个体差异的影响，使得不同人群的粪便菌群受到本发明酵母多糖的影响不尽相同。因此，本发明酵母多糖能作为一种新的益生元进行肠道菌群的调控。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的整体内部结构示意图；
图3为本发明的整体剖视结构示意图；
图4为图3的A处放大图；
图5为本发明的挤出压实组件结构示意图；
图6为本发明的热膨胀驱动组件结构示意图；
图7为本发明的堵塞块与衔接块卡接状态结构示意图；
图8为本发明的堵塞块与衔接块非卡接状态结构示意图；
图9为本发明的往复击打组件结构示意图；
图10为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各气体产量第一柱状图；
图11为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各气体产量第二柱状图；
图12为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各气体产量第三柱状图；
图13为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各气体产量第四柱状图；
图14为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各气体产量第五柱状图；
图15为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各气体产量第六柱状图；
图16为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各气体产量第七柱状图；
图17为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各SCFA产量第一柱状图；
图18为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各SCFA产量第二柱状图；
图19为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各SCFA产量第三柱状图；
图20为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各SCFA产量第四柱状图；
图21为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各SCFA产量第五柱状图；
图22为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各SCFA产量第六柱状图；
图23为本发明不同人群粪便菌群体外发酵酵母多糖AYA的各SCFA产量第七柱状图；
图24为本发明发酵前的属水平粪菌第一PCoA图；
图25为本发明发酵后的属水平粪菌第一Veen图；
图26为本发明发酵前的属水平粪菌第二PCoA图；
图27为本发明发酵后的属水平粪菌第二Veen图；
图28为本发明发酵后的属水平粪菌第三Veen图；
图29为本发明发酵前属水平粪便菌群的群落组成分析图；
图30为本发明发酵后属水平粪便菌群的群落组成分析图；
图31为本发明发酵样本中粪便菌群与气体之间的相关性分析图；
图32为本发明发酵样本中粪便菌群与短链脂肪酸之间的相关性分析图。
附图中的标记为：100-烘干箱；200-密封板；300-衔接框；301-导流板；302-穿槽；303-方形导气管；304-穿孔；305-辊轮；400-过滤板；500-挤出压实组件；501-压实板；5011-空腔；502-第一牵引索；503-衔接轴；504-水流收纳瓢；600-热膨胀驱动组件；601-衔接块；602-堵塞块；603-出气口；604-弹性气囊；605-橡胶挤压块；606-第二牵引索；700-往复击打组件；701-扭簧；702-衔接杆；703-磁铁球；704-不锈钢防护球体；705-磁铁块。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，包括以下步骤，
(S01)取生产酵母抽提物的副产品酵母细胞壁乳作为原料；
(S02)在酵母细胞壁乳中加入浓度为11～15g/l的NaHCO3溶液，搅拌均匀并调节pH；所述NaHCO3溶液与酵母细胞壁乳的重量比为3～5∶1；所述步骤(S02)中的pH为7～8；
(S03)将步骤(S02)中搅拌均匀后的物质升温至70℃～90℃进行提取，提取完成后离心，得到第一离心上清液和第一离心重相；所述步骤(S03)中的提取时间为1h～3h；
(S04)将步骤(S03)的第一重相加水分散至物料浓度为8％～10％，温度保持并加入0.2％～1％的酵母甘露聚糖酶进行酶解；所述步骤(S04)中的保持温度为40℃～60℃；所述步骤(S04)中的酶解时间为8h～12h；
(S05)待步骤(S04)中酶解结束后，升温灭酶并离心，得到第二离心上清液和第二离心重相；所述步骤(S05)中的灭酶温度为80℃～100℃；
(S06)将步骤(S05)中的第二离心上清液通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母甘露寡糖；
(S07)将步骤(S05)中的第二离心重相中加水，分散至干物质浓度为8％～10％，并升温至46℃～60℃；
(S08)往步骤(S07)中加入0.5％～1％的酵母β-葡聚糖酶进行酶解；所述步骤(S08)中的酶解时间为12h～16h；
(S09)待步骤(S08)中酶解结束后，升温灭酶，待灭酶结束后，通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母β-葡聚糖。所述步骤(S09)中的灭酶温度为80℃～100℃。
能改善肠道菌群的酵母多糖的制备设备，包括如图1和图2所述的过滤烘干装置，过滤烘干装置包括烘干箱100，烘干箱100的上端转动连接有密封板200，烘干箱100的内壁固定连接有如图3所示的衔接框300，衔接框300的下端固定连接有过滤板400，衔接框300的下端固定连接有导流板301，导流板301位于过滤板400的下方，烘干箱100的内腔设有挤出压实组件500，挤出压实组件500的上端位于衔接框300的内腔，挤出压实组件500的下端位于衔接框300的下方，衔接框300的内底端固定连接有热膨胀驱动组件600，衔接框300的下端固定连接有往复击打组件700。
挤出压实组件500包括压实板501和衔接轴503，压实板501转动连接在衔接框300的内壁，衔接轴503转动连接在烘干箱100的内壁，衔接轴503的外圆周面固定连接有四个如图5所示的水流收纳瓢504，衔接轴503的外圆周面固定连接有一对第一牵引索502，一对第一牵引索502均缠绕在衔接轴503的外圆周面，一对第一牵引索502的上端均贯穿衔接框300与压实板501的下端固定连接。
衔接框300的下端开凿有一对穿孔304，一对穿孔304的内壁均转动连接有辊轮305，第一牵引索502贯穿穿孔304，第一牵引索502与辊轮305的外圆周面相接触。
衔接框300的下端开凿有穿槽302，衔接框300的下端固定连接有方形导气管303，方形导气管303与穿槽302相吻合，方形导气管303位于水流收纳瓢504的正上方。
热膨胀驱动组件600包括如图6所示的衔接块601，衔接块601固定连接在穿槽302的内壁，衔接块601的表面开凿有如图8所示的出气口603，衔接块601的上端转动连接有如图7所示的堵塞块602，堵塞块602与衔接块601之间相卡接，衔接块601的上端固定连接有如图4所示的弹性气囊604，弹性气囊604与出气口603之间相连通，弹性气囊604的内顶端固定连接有橡胶挤压块605，橡胶挤压块605的下端与堵塞块602相接触，衔接块601的上端固定连接有一对第二牵引索606，一对第二牵引索606的上端均与弹性气囊604的内顶端固定连接。
压实板501的内部开凿有空腔5011，空腔5011的内底端呈倾斜状，压实板501采用玻璃纤维材料制成。
往复击打组件700包括扭簧701和磁铁块705，扭簧701固定连接在过滤板400的下端，扭簧701的外圆周面固定连接有衔接杆702，衔接杆702的外端固定连接有不锈钢防护球体704，不锈钢防护球体704的外球面与过滤板400相接触，不锈钢防护球体704的内部固定连接有如图9所示的磁铁球703，磁铁块705滑动连接在空腔5011内，磁铁块705与磁铁球703之间相互排斥。
弹性气囊604的最大膨胀高度大于第二牵引索606的长度。
能改善肠道菌群的酵母多糖作为益生元在调控肠道菌群方面的应用。
本发明采用体外发酵模拟技术研究了一种酵母多糖AYA对于不同性别和不同年龄人群的粪便菌群的代谢差异。实验结果表明：试验使用的原始粪便样本菌群组成存在一定年龄和性别的差异，不同分组的原始粪便样本经体外模拟发酵后菌群组成发生显著变化，从而导致其代谢产物如气体和短链脂肪酸产量的不同。与对照组YCFA培养基相比，粪便菌群体外模拟发酵酵母多糖AYA过程中潜在有益属(双歧杆菌、乳酸杆菌等)丰度显著增加，潜在有害属(志贺氏菌、拟杆菌等)丰度显著降低。本方面实验结果表明：酵母多糖AYA可以作为一种新益生元来调控肠道菌群，但要考虑到性别和年龄等个体差异。
1.材料与方法
1.1材料与试剂
酵母多糖AYA即为水溶性酵母葡聚糖A。胰蛋白胨、酵母、L-半胱氨酸、NaCl、KH2PO4、K2HPO4、血红素、维生素、MgSO4、CaCl2、巴豆酸、刃天青均购于美国Sigma公司。
1.2仪器与设备
电子天平，王鑫衡器有限公司；分析天平，德国sartorius公司；涡旋震荡仪，上海启前电子科技有限公司；自动压力蒸汽灭菌器，致徽(厦门)仪器有限公司；F100自动粪便分析处理仪，中国江苏海路生物科技有限公司；洁净工作台，苏州安泰空气技术有限公司；生物安全柜，Heal Force；厌氧工作站，瑞世康科技集团有限公司；隔水式恒温培养箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；紫外可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司；超低温冰箱，美国Thermo公司；肠道微生物发酵气体分析仪，杭州伯助生物科技有限公司；冷冻离心机，Thermo；0.22um针式水系无菌过滤器，迈博瑞生物膜技术有限公司；GC2010 plus气相色谱仪，日本Shimadzu公司；DB-FFAP型气相色谱柱(0.32mm×30m×0.5um)，美国Agilent公司；本发明中的过滤烘干装置。
1.3实验方法
1.3.1酵母多糖的制备
能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，包括以下步骤，
(S01)取生产酵母抽提物的副产品酵母细胞壁乳作为原料；
(S02)在酵母细胞壁乳中加入浓度为13g/l的NaHCO3溶液，搅拌均匀并调节pH为7.2～7.6；NaHCO3溶液与酵母细胞壁乳的重量比为4∶1；
(S03)将步骤(S02)中搅拌均匀后的物质升温至80℃进行提取，提取2h后离心，得到第一离心上清液和第一离心重相；
(S04)将步骤(S03)的第一重相加水分散至物料浓度为9％，温度保持在50℃，,加入0.5％的酵母甘露聚糖酶进行酶解；酶解时间为10h；
(S05)待步骤(S04)中酶解结束后，升温至90℃灭酶并离心，得到第二离心上清液和第二离心重相；
(S06)将步骤(S05)中的第二离心上清液通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母甘露寡糖；
(S07)将步骤(S05)中的第二离心重相中加水，分散至干物质浓度为9％，并升温至50℃；
(S08)往步骤(S07)中加入0.8％的酵母β-葡聚糖酶进行酶解；酶解时间为14h；
(S09)待步骤(S08)中酶解结束后，升温至90℃灭酶，待灭酶结束后，通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母β-葡聚糖
1.3.2取样人群的确定及粪便样本采集
挑选杭州本地健康人群志愿者40例(没有肠道疾病并在最近4周内未服用抗生素、益生元、益生菌等的人群)，20-30岁以内男女各10例作为年轻群体，40-60岁以内男女各10例作为年长群体，分发无菌粪便取样盒。志愿者按要求使用无菌粪便取样盒在排便时迅速挑取食物残渣少且氧气接触少的中间粪便不少于3g，标记供样者的姓名、年龄及日期。采集到的样本需4℃保存，并在6小时内进行试验。
1.3.3粪便样本前处理
采用通风橱中的分析天平，从粪便取样盒中分3次称取各0.2g左右新鲜粪便样本置于3个1.5mL无菌离心管中，置于-80℃冰箱保存原始粪便样本，再分别称取0.8g粪便样本到无菌粪便样本处理盒中，置于粪便分析前处理仪中，自动加入8mL的PBS缓冲溶液，胶带封好接口，在混合仪振荡器中使粪便和缓冲溶液振荡混匀，通过粪便样本盒过滤去掉大颗粒物后，制成10％的粪便悬浮接种液，根据接种量需要制备粪便稀释接种液。
1.3.4培养基配置
YCFA基础培养基配制是将胰蛋白胨10g；酵母提取物2.5g；L-半胱氨酸1g；血红素溶液2mL；NaCl 0.9g；氯化钙溶液125μL；KH2PO40.45 g；K2HPO40.45 g；硫酸镁溶液500μL；维生素I溶液200μL溶于1L去离子水中。溶解后,加入刃天青溶液1mL，煮沸至培养基变色(红色转黄色)后，马上充氮使培养基液面保持无氧，用蠕动泵分装至西林瓶中，压盖密封，高压蒸汽灭菌后使用。
酵母多糖AYA培养基是在配制YCFA的基础上按0.8g/100mL的比例加入酵母多糖AYA，并以不加低聚糖的培养基YCFA培养基为空白对照。
粪便样本稀释液是将氯化钠9g、硫酸钠1g、磷酸盐0.1g、苯甲酸钠0.1g溶于1L去离子水中，高压蒸汽灭菌后使用。
1.3.5粪便菌群体外发酵
将500μl处理好的新鲜粪便悬浮接种液在厌氧操作台中用一次性无菌注射器接种到上述不同糖种类培养基和YCFA对照培养基中，每种培养基做三个平行，轻摇混匀后放置到37℃的恒温培养箱中培养，在培养24h后取出，用气体分析仪器检测所产气体，然后开瓶，取出发酵液分装于1.5mL离心管中，9000r/min离心3分钟后，沉淀用来提DNA，送往上海美吉公司进行16SrDNA测序,上清采用GC进行SCFA代谢产物分析。
1.3.6发酵气体分析
发酵24小时后取出，待冷却至室温后，用气体分析仪进行气体自动分析，测定气体总量和气体成分，记录数据。
1.3.7发酵短链脂肪酸测定
称取2.5g偏磷酸，加入去离子水定容至100mL配制成质量体积比(w/v)2.5％的偏磷酸溶液，再称取巴豆酸0.6464g，用偏磷酸溶液定容至100mL，制成巴豆酸/偏磷酸溶液。取500μl发酵液与100μl巴豆酸偏磷酸溶液振荡混匀后放到-40℃冰箱酸化24小时，酸化结束后4℃、13000r/min离心3分钟并取上清过0.22μm的水系微孔滤膜，吸取100微升过滤液到进样小瓶，抖动排出内插管底部的气泡，防止上样时造成空吸现象。
液相色谱仪准备就绪后，上样，进行老化程序。柱温升温程序，柱温：80℃ 1min，10℃/min，升至190℃，维持0.50min；再以以40℃/min的速率到达240℃，维持5min；FID检测器：240℃；气化室：240℃；载气：氮气，流速20mL/min，氢气流速40mL/min，空气流速400mL/min，编辑程序，开始测试，记录数据。
1.4数据统计与分析
用GraphPad Prism8对实验室测得的数据进行统计作图分析，美吉生物测序公司负责对菌群数据关联代谢数据建模分析。
1.结果与分析
2.1肠道菌群体外发酵酵母多糖AYA的产气结果分析
气体作为肠道内菌群利用底物发酵的副产物，一方面反映了肠道微生物的代谢状况，另一方面代谢气体本身也会对人体产生一些或好或坏的生理影响，因此肠道气体也是一种重要的检测指标。如图10、图11、图12、图13、图14、图15和图16所示，在体外发酵培养24h后，首先测定了肠道菌群所产生的各气体的产量。
如图10和图11所示，总体而言实验组AYA培养基和对照组YCFA培养基经粪菌24小时发酵后均产生了较大量的CO2、H2和少量的H2S、CH4、NH3，其中CO2和H2作为肠道菌群产生最多的两种气体，在AYA组中的产量显著高于对照组，而H2S在AYA组的产量则要低于对照组，至于CH4和NH3则是没有表现出明显差异。
对于不同人群的肠道菌群而言，除了CH4产量基本没有差别外，如图15所示，其余四种气体则随人群的不同而呈现出一定的差异性。首先，年长女性群体的肠道菌群的CO2产量要相对高于其他人群，尤其是在AYA培养基中时这种差距更为明显，而其余三种人群之间则基本没有显示出差异，如图12所示。其次对H2而言，则是年轻群体和男性群体肠道菌群的H2产量相对更多一些，如图13所示。此外，性别和年龄因素对于H2S的产量影响较大，不论是在哪种培养基中，女性群体的H2S产量要明显高于男性群体，年轻群体的H2S产量也相对高于年长群体，在四种人群中，年轻女性群体的H2S产量最高，年长男性群体的H2S产量最低，如图16所示。最后，作为五种气体中产量最少的NH3，在年长女性群体中的产量要高于年轻女性群体，而在男性群体中则恰恰相反，年轻男性群体的NH3产量要相对高于年长男性群体，另外总体而言，女性群体的NH3产量要相对高于男性群体，且不论哪种人群，其在AYA培养基中的NH3产量均要低于YCFA培养基。
2.2肠道菌群体外发酵酵母多糖AYA的产SCFA结果分析
目前已有的诸多研究表明短链脂肪酸在肠道微生物活性和宿主代谢方面具有诸多关键作用，比如益生菌对人体的有益特性往往依赖于微生物发酵产生的短链脂肪酸。此外短链脂肪酸还是重要的能量和信号分子，乙酸盐和丙酸盐对真核细胞具有主要的能量作用，丁酸盐则是正常结肠细胞的首选能量来源，还是肿瘤结肠细胞的强抗肿瘤化合物，能够下调细胞增殖途径和促进促凋亡途径，另外SCFAs还能够通过激活G蛋白偶联受体和抑制组蛋白脱乙酰化酶等机制来调节免疫细胞的激活和功能，还可以促进肠道稳态和口服耐受性。因此，本研究用酵母多糖AYA和空白YCFA培养基对41例粪便样本进行体外发酵模拟24h后，采用气相色谱仪分别检测了发酵液中所含有的短链脂肪酸含量，结果如图17、图18、图19、图20、图21、图22和图23所示，在粪便样本发酵液中含量最高的SCFA是乙酸，其产量显著高于其余SCFA，其次为丙酸和丁酸，产量最少的则是异丁酸、异戊酸和戊酸。相比于对照组YCFA，AYA培养基中的乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的含量较高，而异丁酸和异戊酸的含量较低。
对于乙酸而言，AYA培养基明显提升了乙酸的产生量，而性别和年龄因素却并未对其产生较大的影响，如图18所示。丙酸在AYA培养基中的产量也显著高于对照组，尤其是对于年轻女性而言这种提高更为明显，如图19所示。对于女性群体而言，在对照培养基中的年长女性群体产丙酸更多，而在AYA培养基中则是年轻女性群体产丙酸更多，而对于男性群体而言，在两种培养基中均是年长男性群体的丙酸产量更多。如图21所示，性别和年龄因素也对丁酸的产量具有一定的影响，年长群体和女性群体产生的丁酸产量要相对更高，其中以年长女性群体的丁酸产量更多。而如图23所示，则是年轻群体和女性群体的戊酸产量更高，其中年轻女性群体的戊酸产量最高，年长男性群体的戊酸产量最低，另外，AYA培养基只增加了年轻群体的戊酸产量。最后，如图20和图22所示，相比较于对照培养基，AYA培养基只增加了年轻男性群体的异丁酸和异戊酸的产量，其余人群在AYA培养基中的异丁酸和异戊酸产量均有所降低，而且在同一年龄段中，女性群体的异丁酸和异戊酸产量明显高于男性群体。
总的来说，来自不同人群的粪菌在发酵24h后产生了6种SCFA，且根据培养基底物以及性别和年龄因素的不同，每种SCFA的产量往往会产生较大的变化。相对而言，女性群体会比男性群体产生更多的SCFA，且来自年长人群的粪菌产生了相对较多的乙酸、丙酸和丁酸，而异丁酸、异戊酸、戊酸则是来自年轻人群的粪菌相对产生较多。因此，SCFA的产生存在着较大的个体差异。
2.3发酵前后粪便菌群组成分析
人类肠道中拥有近一万亿种微生物来共同组成肠道微生物群，而这些菌群的多样性及其组成往往跟人类自身的健康息息相关。人类肠道菌群的多样性随宿主年龄增长而改变，宿主性别也对菌群多样性具有影响。《mSystems》近期发表Jacobo de la Cuesta-Zuluaga等的人群肠道菌群研究结果，纳入来自美国、英国、哥伦比亚和中国共计9000余名参与者的肠道菌群研究，发现年龄和性别对于肠道菌群组成影响具有一定的人群差异性，该结果有助于进一步研究宿主特点对共生菌群的影响。故这项研究可为本实验涉及到的不同人群分组肠道菌群差异的研究提供理论依据。另外，对人体粪便样本的菌群分析是基于生命科学领域日益更新快速发展的测序技术，本实验样本的测序委托国内上海美吉生物公司完成，通过16SrRNA高通量测序和大数据库比对分析，本实验对41例粪便样本菌群的多样性和物种组成进行了分析。
如图24、图25、图26、图27和图28所示，本研究首先选取了基于ASV表的Bray-Curtis算法的PCoA分析方法，来研究了不同样本的相似性或差异性，分析结果表明不同性别和年龄人群的粪便菌群多样性之间并不存在显著性差异，如图24所示，而如图25所示，在发酵结束后，酵母多糖AYA与基础培养基YCFA的发酵后菌群Beta多样性呈现出显著性差异(P＜0.01)，表明酵母多糖AYA对于粪便菌群具有较大的调控作用。同时本研究还采用Veen图直观的展示了41例不同分组粪便样本中所共有和独有的物种属水平的数目，结果表明四种不同人群的原始粪便样本中含有大部分相同的细菌属，但是不同人群所特有的细菌属数目存在一定的差异，如图26所示。发酵结束后不同人群的特有细菌属数目发生变化，女性群体拥有了更多的特有菌属，且所有群体共有的细菌属数目增加。另外在发酵结束后，不同培养基中的粪便菌群组成同样具有一定的差异性，如图28所示，表明AYA与对照培养基会富集不同的菌群，且AYA培养基中的属水平菌群多样性要少于YCFA培养基。
为了进一步描述粪便菌群在各培养基中的具体变化，本研究分析了从16SrRNA基因测序鉴定的主要分类群的相对丰度。如图29所示为来自不同人群的原始粪便样本的群落组成分析，结果表明在不同人群的粪便中丰度占比最高的基本都是双歧杆菌属，而双歧杆菌是在人类婴儿出生后就定植在宿主体内的主要肠道共栖菌。如图29所示，在女性群体中，年长群体中的双歧杆菌丰度占比明显低于年轻群体，而在男性群体中，则是年轻群体的双歧杆菌丰度占比较低。另一种益生菌即乳酸杆菌，能够和双歧杆菌一起在肠道免疫调节中起重要作用，其在年轻群体中的丰度占比明显高于年长群体，尤其在年轻女性群体中的丰度占比明显高于其他人群。其次丰度占比较高的是布劳特氏菌属、柯林斯菌属和巨单胞菌属。其中布劳特氏菌属在年长女性群体中的丰度占比明显高于其余三种人群，柯林斯菌属则是在年长男性群体中占比明显高于其余人群。性别因素对巨单胞菌属的丰度占比并不明显，年龄因素则明显影响了巨单胞菌属在女性群体中的丰度占比，其在年轻女性群体中的丰度占比明显高于年长群体。再者，不同人群之间的丰度占比差别较大的还有志贺氏菌、链球菌属。其中志贺氏菌在年长女性群体中的丰度占比明显高于其他人群，链球菌则是在年轻男性群体中的丰度明显最高。由此可知，年龄和性别也会对肠道菌群的群落组成产生一定的影响。
在不同培养基发酵结束后，粪便菌群的群落组成如图30所示，志贺氏菌属和拟杆菌属的丰度占比在两种培养基中均是最高的，有研究表明这两种菌属在肠癌患者肠道中的丰度呈明显增高趋势。与之相对的，双歧杆菌和乳酸杆菌作为耳熟能详的益生菌对生理功能有着积极的影响，且发酵结束后除了志贺氏菌属和拟杆菌属外，双歧杆菌属的丰度是最高的。由图30可知这四种菌属在两种培养基中均表现出不同的丰度占比，相比较于对照培养基YCFA，酵母多糖AYA培养基显著降低了志贺氏菌属和拟杆菌属两者的丰度占比，却明显增加了双歧杆菌属和乳酸杆菌属两种有益菌的丰度占比，表明AYA对于粪便菌群组成的调控具有显著影响。
由图29的分析结果可知年龄和性别因素对于粪便菌群的组成具有一定的影响，因此本研究进一步分析了发酵结束后上述四种菌群在不同年龄和不同人群中的丰度占比，结果如表1所示，在AYA培养基中发酵结束后，四种人群的志贺氏菌属和拟杆菌属的丰度占比均减少，双歧杆菌属的丰度占比均增加，而对于乳酸杆菌属而言，在年轻群体和男性群体中的丰度占比增加，却在老年群体和女性群体中的丰度占比减少。因此AYA对于不同人群的不同粪便菌群的调控效果具有一定的差异性。
表1发酵结束后不同人群的志贺氏菌、拟杆菌、双歧杆菌和乳酸杆菌的丰度占比
Figure BDA0003479510400000101
2.3发酵过程中粪便菌群与代谢产物之间的相关性分析
不同的粪菌发酵不同的底物会产生不同的代谢产物，代谢产物的异同又会影响细菌的丰度差异，上述研究结果表明了发酵底物、年龄、性别等个体差异均会影响粪菌发酵后菌群的组成，从而导致了代谢产物气体、短链脂肪酸等的异同。因此本实验利用Heatmap图和相关系数Spearman对菌群与气体和SCFA的相关性进行了分析，结果如图31和图32所示。在属水平丰度排名前15的粪便菌群中，除了甲烷只与链球菌属显著负相关之外，其余所有气体和短链脂肪酸均是由多种细菌共同影响的，其中能够显著影响H2S产量的细菌最多。就单个细菌而言，不存在能够显著影响所有气体或者SCFA产生的细菌属，其中Faecalibacterium的影响最广泛，能够显著影响3种气体和5种SCFA的产生。丰度占比最高的志贺氏菌属则是与CO2、H2S、丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸的产量均呈显著负相关，其次拟杆菌属则与任何气体和SCFA均无显著相关性。作为两种益生菌，双歧杆菌属只与NH3呈显著负相关，乳酸杆菌属则是只与H2呈显著负相关。
本实验对比分析了酵母多糖AYA对于不同性别和不同年龄人群的粪便菌群的代谢调控和菌群组成之间的差异，旨在从肠道微生物代谢的角度对酵母多糖AYA的益生元功能进行评价。所收集到的粪便中的菌群由于年龄和性别因素的影响而具有不同的组成，当这些不同人群的粪便菌群进入体外厌氧发酵系统后，经过24h的发酵会产生不同量的气体和SCFA，并且随着发酵过程的进行，菌群组成也会随之发生变化。41例粪菌在24h发酵后会产生大量的CO2、H2和少量的H2S、CH4、NH3，与不加糖的YCFA发酵体系相比，AYA培养体系的产气总量明显提升，其中CO2的产量提升最显著，其次是H2和CH4，而NH3和H2S的产量有所降低。在丰度排名前15的菌群中，CO2与志贺氏菌属呈显著负相关，与Faecalibacterium呈显著正相关，且在发酵结束后AYA培养基中志贺氏菌属的丰度占比明显减少，而Faecalibacterium的丰度占比明显增加，由此可得出AYA组中的CO2的量会明显增加的结论。同样的，与H2显著正相关的Streptococcus的丰度占比在AYA中显著增加，而与其显著负相关的乳酸杆菌属的丰度占比增加较少，因此AYA培养基中H2的产量也明显增加。对于产量较少的NH3和H2S而言，这两种气体与多种菌群具有显著相关性，但是它们分别于丰度占比较多的双歧杆菌属和乳酸杆菌属呈显著负相关，与多种丰度占比较小的菌群呈正相关，可能因此致使NH3和H2S的产量降低。
SCFA作为粪便菌群发酵产生的另一种产物之一，同样受到培养基底物以及粪便菌群组成的影响。在发酵结束后，两种培养基中都检测出6种SCFA，其中乙酸产量最多，其次是丙酸和丁酸，产量最少的则是戊酸、异丁酸和异戊酸。相比较于对照培养基YCFA，酵母多糖AYA培养基提升了乙酸、丙酸、丁酸、戊酸的产量，而降低了异丁酸和异戊酸的产量。由于异丁酸、异戊酸、戊酸的产量太小，因此造成的误差范围也可能更大，所以我们先选择分析产量较大误差较小的乙酸、丙酸和丁酸。与气体类似的是每种SCFA的产量同样与多种菌群显著相关。乙酸、丙酸、丁酸分别与Faecalibacterium、Blautia、Megasphaera等菌属呈显著正相关，而与志贺氏菌属呈显著负相关，而由图4可知在发酵结束后的AYA培养基中，前者的丰度占比增加，后者丰度占比减少，因此可以得到AYA培养基中乙酸、丙酸、丁酸的产量增加的结论。
除了不同的培养基会富集不同的菌群进而改变气体和SCFA的产量外，不同性别和不同年龄的人群由于具有不同的粪便菌群组成，同样会产生不同量的气体和SCFA。除了CH4受到年龄和性别因素的影响较小外，其余四种气体均随年龄与性别的不同而有所变化，例如年长女性人群的粪便菌群产生的CO2的产量明显高于其他人群。相比之下，年轻人群会比年长人群产生更多的H2和H2S，女性人群会比男性人群产生更多的H2S和NH3。同样的，SCFA同样受到性别和年龄因素的影响，女性群体的粪便菌群会产生更多的丁酸、戊酸、异丁酸和异戊酸，年长群体会产生更多的丁酸，年轻群体则会产生更多的戊酸。总的来说，年轻群体和女性群体的粪菌会比年长群体和男性群体产生更多的气体以及SCFA。发酵结束后，来自不同人群的菌群组成发生很大变化，与气体和SCFA的产生所显著相关的一些菌群或增加或减少，从而造成不同人群之间产气和产SCFA的差异，因此，气体和SCFA的产生存在着较大的个体差异，而酵母多糖AYA又会通过富集不同的菌群来分别对不同人群产生不同的影响。
不同人群的粪便菌群体外模拟发酵不同底物表现出不同的代谢差异，其中底物是影响发酵调控的最重要因素，酵母多糖AYA发酵过程中通过不同菌群的富集而导致代谢产物产量差异，进而导致不同的生理功能，而且还会增加有益菌的丰度占比并降低有害菌的丰度占比。其次粪便菌群还会受到年龄、性别等个体差异的影响，使得不同人群的粪便菌群受到AYA的影响不尽相同。因此，酵母多糖AYA可以作为一种新的益生元进行肠道菌群的调控，但是建议要以调控后的菌群结构特征为依据进行开发，并纳入年龄和性别两个因素，使其能够适配不同人群。
能改善肠道菌群的酵母多糖的制备设备，其中过滤烘干装置包括烘干箱100，烘干箱100的上端转动连接有密封板200，烘干箱100的内壁固定连接有衔接框300，衔接框300的下端固定连接有过滤板400，衔接框300的下端固定连接有导流板301，导流板301位于过滤板400的下方，烘干箱100的内腔设有挤出压实组件500，挤出压实组件500的上端位于衔接框300的内腔，挤出压实组件500的下端位于衔接框300的下方，衔接框300的内底端固定连接有热膨胀驱动组件600，衔接框300的下端固定连接有往复击打组件700，将萃取液导入衔接框300，通过过滤板400对萃取液中的水分进行过滤，过滤出的水份通过导流板301的引导将流淌至挤出压实组件500，流动的水流将会驱动挤出压实组件500，从而对过滤板400表面的沉淀物进行压实，挤出沉淀物内残余的水份，打开烘干箱100对沉淀物进行烘干，在进行烘干的过程中，其热量将使得热膨胀驱动组件600发生膨胀，从而驱动挤出压实组件500，使得挤出压实组件500远离沉淀物，在挤出压实组件500远离沉淀物的过程中，将会驱动往复击打组件700对过滤板400的下端进行一次击打，当热膨胀驱动组件600达到膨胀极限时，热膨胀驱动组件600会逐渐收缩，并再一次驱动挤出压实组件500，使得挤出压实组件500再一次对沉淀物进行挤压，在挤出压实组件500对沉淀物进行挤压的过程中，将会再次驱动往复击打组件700对过滤板400的下端进行二次击打，依次往复，挤出压实组件500一方面配合热膨胀驱动组件600对沉淀物进行反复压实，既能够挤出沉淀物内残余的水份，又可以降低沉淀物结块的可能性，挤出压实组件500另一方面能够配合往复击打组件700对过滤板400进行击打，进一步降低沉淀物结块的可能性，挤出压实组件500、热膨胀驱动组件600和往复击打组件700相互配合，能够实现往复击打组件700对过滤板400的往复击打，提高往复击打组件700对过滤板400的击打频率。
挤出压实组件500包括压实板501和衔接轴503，压实板501转动连接在衔接框300的内壁，衔接轴503转动连接在烘干箱100的内壁，衔接轴503的外圆周面固定连接有四个水流收纳瓢504，衔接轴503的外圆周面固定连接有一对第一牵引索502，一对第一牵引索502均缠绕在衔接轴503的外圆周面，一对第一牵引索502的上端均贯穿衔接框300与压实板501的下端固定连接，流通的水流通过导流板301被引流至水流收纳瓢504，水流收纳瓢504配合水流将带动衔接轴503进行转动，转动的衔接轴503能够对第一牵引索502进行收卷，从而带动压实板501向下进行转动，向下进行转动的压实板501能够对沉淀物内残余的水份进行挤压，能够提高沉淀物的烘干效率，衔接框300的下端开凿有一对穿孔304，一对穿孔304的内壁均转动连接有辊轮305，第一牵引索502贯穿穿孔304，第一牵引索502与辊轮305的外圆周面相接触，通过辊轮305，能够降低第一牵引索502与衔接框300之间的摩擦，降低第一牵引索502因摩擦断裂的可能性。
衔接框300的下端开凿有穿槽302，衔接框300的下端固定连接有方形导气管303，方形导气管303与穿槽302相吻合，方形导气管303位于水流收纳瓢504的正上方，热膨胀驱动组件600即将到达膨胀极限时，会喷出气体，其气体通过方形导气管303吹向水流收纳瓢504，便于水流收纳瓢504配合喷出气体带动衔接轴503进行转动，热膨胀驱动组件600包括衔接块601，衔接块601固定连接在穿槽302的内壁，衔接块601的表面开凿有出气口603，衔接块601的上端转动连接有堵塞块602，堵塞块602与衔接块601之间相卡接，衔接块601的上端固定连接有弹性气囊604，弹性气囊604与出气口603之间相连通，弹性气囊604的内顶端固定连接有橡胶挤压块605，橡胶挤压块605的下端与堵塞块602相接触，衔接块601的上端固定连接有一对第二牵引索606，一对第二牵引索606的上端均与弹性气囊604的内顶端固定连接，弹性气囊604因烘干箱100的热量发生膨胀，膨胀的弹性气囊604将会带动压实板501向上进行转动，在压实板501向上进行转动的过程中会远离沉淀物，同时压实板501中的磁铁块705会向一侧倾斜滑动，从而驱动往复击打组件700对过滤板400进行一次击打，使得结块的沉淀物开裂成细小的碎块，当弹性气囊604即将到达膨胀极限时，第二牵引索606会向上拉动堵塞块602，从而打开出气口603，其弹性气囊604会向外喷出气体并逐渐收缩，喷出气体配合水流收纳瓢504带动衔接轴503进行转动，当弹性气囊604收缩复原时，随不能再次喷出气体，但衔接轴503因惯性会继续转动一小段时间，在衔接轴503持续转动的过程中，会收卷第一牵引索502，使得压实板501再次对开裂成细小碎块的沉淀物进行压实，在细小碎块压实的过程中，其细小碎块将会再次破裂，开裂成更细的碎块，向下转动的压实板501配合橡胶挤压块605对堵塞块602进行挤压，使得堵塞块602与衔接块601进行卡接，再次堵塞出气口603，保障弹性气囊604的密封转态，便于弹性气囊604后期的循序膨胀，压实板501的内部开凿有空腔5011，空腔5011的内底端呈倾斜状，压实板501采用玻璃纤维材料制成，当压实板501呈水平状时，压实板501内部的磁铁块705依旧能够进行移动，实现往复击打组件700对过滤板400的二次击打，通过玻璃纤维材料制成的压实板501较为轻盈，便于弹性气囊604膨胀推动，弹性气囊604的最大膨胀高度大于第二牵引索606的长度，使得弹性气囊604达到膨胀极限之前，通过第二牵引索606对堵塞块602的提拉，打开出气口603，降低弹性气囊604因持续膨胀出现破裂的可能性。
往复击打组件700包括扭簧701和磁铁块705，扭簧701固定连接在过滤板400的下端，扭簧701的外圆周面固定连接有衔接杆702，衔接杆702的外端固定连接有不锈钢防护球体704，不锈钢防护球体704的外球面与过滤板400相接触，不锈钢防护球体704的内部固定连接有磁铁球703，磁铁块705滑动连接在空腔5011内，磁铁块705与磁铁球703之间相互排斥，在压实板501向上进行转动的过程中，压实板501中的磁铁块705会向一侧倾斜滑动，其磁铁块705在滑动的过程中因同性相排斥会逐一推动磁铁球703，磁铁球703在通过扭簧701复位再配合不锈钢防护球体704击打过滤板400的下端，当压实板501配合热膨胀驱动组件600再次对沉淀物进行挤压，并呈水平状时，磁铁块705依旧能够向另一侧移动，能够再一次推动磁铁球703，配合不锈钢防护球体704对过滤板400进行二次击打，提高往复击打组件700对过滤板400的击打频率。
工作原理：流通的水流通过导流板301被引流至水流收纳瓢504，水流收纳瓢504配合水流将带动衔接轴503进行转动，转动的衔接轴503能够对第一牵引索502进行收卷，从而带动压实板501向下进行转动，向下进行转动的压实板501能够对沉淀物内残余的水份进行挤压，能够提高沉淀物的烘干效率，弹性气囊604因烘干箱100的热量发生膨胀，膨胀的弹性气囊604将会带动压实板501向上进行转动，在压实板501向上进行转动的过程中会远离沉淀物，同时压实板501中的磁铁块705会向一侧倾斜滑动，从而驱动往复击打组件700对过滤板400进行一次击打，使得结块的沉淀物开裂成细小的碎块，当弹性气囊604即将到达膨胀极限时，第二牵引索606会向上拉动堵塞块602，从而打开出气口603，其弹性气囊604会向外喷出气体并逐渐收缩，喷出气体配合水流收纳瓢504带动衔接轴503进行转动，当弹性气囊604收缩复原时，随不能再次喷出气体，但衔接轴503因惯性会继续转动一小段时间，在衔接轴503持续转动的过程中，会收卷第一牵引索502，使得压实板501再次对开裂成细小碎块的沉淀物进行压实，在细小碎块压实的过程中，其细小碎块将会再次破裂，开裂成更细的碎块，向下转动的压实板501配合橡胶挤压块605对堵塞块602进行挤压，使得堵塞块602与衔接块601进行卡接，再次堵塞出气口603，保障弹性气囊604的密封转态，便于弹性气囊604后期的循序膨胀，在压实板501向上进行转动的过程中，压实板501中的磁铁块705会向一侧倾斜滑动，其磁铁块705在滑动的过程中因同性相排斥会逐一推动磁铁球703，磁铁球703在通过扭簧701复位再配合不锈钢防护球体704击打过滤板400的下端，当压实板501配合热膨胀驱动组件600再次对沉淀物进行挤压，并呈水平状时，磁铁块705依旧能够向另一侧移动，能够再一次推动磁铁球703，配合不锈钢防护球体704对过滤板400进行二次击打，提高往复击打组件700对过滤板400的击打频率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
(S01)取生产酵母抽提物的副产品酵母细胞壁乳作为原料；
(S02)在酵母细胞壁乳中加入浓度为11～15g/l的NaHCO3溶液，搅拌均匀并调节pH；
(S03)将步骤(S02)中搅拌均匀后的物质升温至70℃～90℃进行提取，提取完成后离心，得到第一离心上清液和第一离心重相；
(S04)将步骤(S03)的第一重相加水分散至物料浓度为8％～10％，温度保持并加入0.2％～1％的酵母甘露聚糖酶进行酶解；
(S05)待步骤(S04)中酶解结束后，升温灭酶并离心，得到第二离心上清液和第二离心重相；
(S06)将步骤(S05)中的第二离心上清液通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母甘露寡糖；
(S07)将步骤(S05)中的第二离心重相中加水，分散至干物质浓度为8％～10％，并升温至46℃～60℃；
(S08)往步骤(S07)中加入0.5％～1％的酵母β-葡聚糖酶进行酶解；
(S09)待步骤(S08)中酶解结束后，升温灭酶，待灭酶结束后，通过过滤烘干装置先过滤取得沉淀物，再对沉淀物进行干燥后，得到酵母β-葡聚糖。
2.根据权利要求1所述的能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，其特征是：所述NaHCO3溶液与酵母细胞壁乳的重量比为3～5∶1；所述步骤(S02)中的pH为7～8；所述步骤(S03)中的提取时间为1h～3h。
3.根据权利要求1所述的能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，其特征是：所述步骤(S04)中的保持温度为40℃～60℃；所述步骤(S04)中的酶解时间为8h～12h；所述步骤(S05)中的灭酶温度为80℃～100℃；所述步骤(S08)中的酶解时间为12h～16h；所述步骤(S09)中的灭酶温度为80℃～100℃。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，其特征是：所述过滤烘干装置包括烘干箱(100)和转动连接在烘干箱(100)上的密封板(200)，所述烘干箱(100)的内壁固定连接有衔接框(300)，所述衔接框(300)的下端固定连接有过滤板(400)，所述衔接框(300)的下端固定连接有导流板(301)，所述导流板(301)位于过滤板(400)的下方，所述烘干箱(100)的内腔设有挤出压实组件(500)，所述挤出压实组件(500)的上端位于衔接框(300)的内腔，所述挤出压实组件(500)的下端位于衔接框(300)的下方，所述衔接框(300)的内底端固定连接有热膨胀驱动组件(600)，所述衔接框(300)的下端固定连接有往复击打组件(700)。
5.根据权利要求4所述的能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，其特征是：所述挤出压实组件(500)包括压实板(501)和衔接轴(503)，所述压实板(501)转动连接在衔接框(300)的内壁，所述衔接轴(503)转动连接在烘干箱(100)的内壁，所述衔接轴(503)的外圆周面固定连接有四个水流收纳瓢(504)，所述衔接轴(503)的外圆周面固定连接有一对第一牵引索(502)，一对所述第一牵引索(502)均缠绕在衔接轴(503)的外圆周面，一对所述第一牵引索(502)的上端均贯穿衔接框(300)与压实板(501)的下端固定连接。
6.根据权利要求5所述的能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，其特征是：所述衔接框(300)的下端开凿有一对穿孔(304)，一对所述穿孔(304)的内壁均转动连接有辊轮(305)，所述第一牵引索(502)贯穿穿孔(304)，所述第一牵引索(502)与辊轮(305)的外圆周面相接触；所述衔接框(300)的下端开凿有穿槽(302)，所述衔接框(300)的下端固定连接有方形导气管(303)，所述方形导气管(303)与穿槽(302)相吻合，所述方形导气管(303)位于水流收纳瓢(504)的正上方。
7.根据权利要求6所述的能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，其特征是：所述热膨胀驱动组件(600)包括衔接块(601)，所述衔接块(601)固定连接在穿槽(302)的内壁，所述衔接块(601)的表面开凿有出气口(603)，所述衔接块(601)的上端转动连接有堵塞块(602)，所述堵塞块(602)与衔接块(601)之间相卡接，所述衔接块(601)的上端固定连接有弹性气囊(604)，所述弹性气囊(604)与出气口(603)之间相连通，所述弹性气囊(604)的内顶端固定连接有橡胶挤压块(605)，所述橡胶挤压块(605)的下端与堵塞块(602)相接触，所述衔接块(601)的上端固定连接有一对第二牵引索(606)，一对所述第二牵引索(606)的上端均与弹性气囊(604)的内顶端固定连接；所述弹性气囊(604)的最大膨胀高度大于第二牵引索(606)的长度。
8.根据权利要求5所述的能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，其特征是：所述压实板(501)的内部开凿有空腔(5011)，所述空腔(5011)的内底端呈倾斜状，所述压实板(501)采用玻璃纤维材料制成。
9.根据权利要求8所述的能改善肠道菌群的酵母多糖的制备方法，其特征是：所述往复击打组件(700)包括扭簧(701)和磁铁块(705)，所述扭簧(701)固定连接在过滤板(400)的下端，所述扭簧(701)的外圆周面固定连接有衔接杆(702)，所述衔接杆(702)的外端固定连接有不锈钢防护球体(704)，所述不锈钢防护球体(704)的外球面与过滤板(400)相接触，所述不锈钢防护球体(704)的内部固定连接有磁铁球(703)，所述磁铁块(705)滑动连接在空腔(5011)内，所述磁铁块(705)与磁铁球(703)之间相互排斥。
10.能改善肠道菌群的酵母多糖作为益生元在调控肠道菌群方面的应用。
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