杂豆是人类膳食营养的重要组成部分。流行病学研究表明全杂豆食品到达大肠后,可有效增加肠道菌群丙酸和丁酸的代谢产量,增加肠道有益菌数量,降低肥胖症、炎症性肠病、结肠癌等疾病的发病风险。杂豆细胞壁经胃和小肠消化后仍然难以被破坏,探讨杂豆细胞壁完整度和大肠酵解特性及肠道菌群之间构效的关系,从而满足肠道营养的需求,为全杂豆食品设计和制造提供理论依据。本文以芸豆为原料,分离完整的子叶细胞并通过酶法获得一系列不同细胞壁完整度的芸豆细胞,经过干热处理模拟焙烤条件,研究细胞壁完整度差异对大肠酵解特性及菌群影响机制。研究从以下两方面深入进行:分离完整芸豆子叶细胞并通过控制酶解得到细胞壁完整度不同的芸豆细胞,在180°C下干热处理20 min后利用体外发酵模型进行体外模拟大肠发酵。通过扫描电镜观测发酵过程中芸豆细胞的形貌结构,发现经过细胞壁降解酶处理后,芸豆细胞表面趋于光滑,细胞壁出现孔洞;发酵24 h后,完整芸豆细胞仍保持细胞壁完整,而细胞壁破损的芸豆细胞虽然保持细胞结构,但是胞内淀粉已被菌群发酵利用。随着细胞壁完整度的降低,芸豆细胞的发酵量增大且能在12～24 h持续发酵。结合气相色谱技术研究发酵过程中短链脂肪酸产量的变化,发现丁酸的产量随细胞壁完整度降低而显著升高,细胞壁高度受损芸豆细胞的丁酸摩尔比为23.4%,高于芸豆分离淀粉的19.8%,表明细胞壁完整度低的芸豆细胞具有较高的产丁酸能力。基于肠道菌群的16S r RNA基因测序结果,使用Metastats分析比较样本发酵后菌属的相对丰度,结合α多样性和β多样性分析,研究菌群结构变化。结果表明:细胞壁完整度低的芸豆细胞发酵后选择性地促进了产丁酸菌Blautia和Roseburia的相对丰度升高,有害菌Fusobacterium的相对丰度降低。探究Bacteriodes主导肠型人群中的细胞壁完整度不同的芸豆细胞的体外粪便发酵速率和菌群变化规律,发现在Bacteriodes主导肠型人群中普遍存在芸豆细胞在大肠中缓慢持续发酵的现象,且随着细胞壁完整度下降,发酵速率提高。细胞壁完整度低的芸豆细胞发酵后选择性地促进了Firmicutes相对丰度升高,Bacteroidetes和Fusobacteria相对丰度降低。属水平分类下细菌的丰度变化与样品化学成分和个体原始肠道菌群结构联系更为密切。完整芸豆细胞发酵后菌群具有较高的辅助因子和维生素代谢水平和能量代谢,表明膳食纤维发酵有利于维持这些代谢功能水平。