方竹笋膳食纤维作为益生元对乳酸菌生长的影响

1、PAGE 10 -方竹笋膳食纤维作为益生元对乳酸菌生长的影响膳食纤维(dietaryfiber,DF)是一种广泛分布于天然植物中但不能被人体消化的多糖1。近年来大量研究表明，DF具有多种重要的生理功能，如改变肠胃对营养物质的消化与吸收，降低人体高血糖和高血脂的发生概率；限制胆盐的吸收水平，调节血浆中的胆固醇含量；影响肠道转运，微生物的生长和代谢，降低糖代谢紊乱和心血管疾病等作用2。此外，DF对于肠道菌群还具有益生效应，DF的摄入不足会使肠道微生物群降解富含糖蛋白的黏液层来代替DF的功能，从而降低黏液层对肠道的保护，最终致使肠道环境暂时或永久性转变，表现为细菌多样性和丰富度降低3。竹笋膳食纤维(

2、bambooshootdietaryfiber，BSDF)，主要由纤维素、木质素和不溶性的半纤维素等组成，具有较高的持水能力和膨胀能力4。BSDF具有抗氧化、抗炎、抗糖尿病、预防肥胖等多种功能。研究证实，BSDF可以显著的减轻体重，通过抑制肝脏合成脂肪的基因，减少脂质的合成，从而降低血清中的总胆固醇和甲状腺球蛋白5；同时，增加食品系统中的黏度，降低人血糖和血清胆固醇含量，显著缩短食物糜的转运时间，增加粪便体积，预防便秘6；改变胆汁盐酸的含量，影响肠道菌群生长和丰度2。乳酸菌是人体内必不可少的且具有重要生理功能的益生菌，广泛存在于人体肠道中7。研究表明，菊粉作为益生元通过调节乳酸菌能量代谢，产生

3、短链脂肪酸促进乳酸菌生长8。因此，我们假设BSDF在调节人体肠道菌群以及作为益生元等方面也具有相似的作用效果。所以，本文以BSDF为原料，测定其基本成分、单糖组成以及重均分子量，并以菊粉为阳性对照，探究BSDF在消化液中的抗消化能力，同时选取乳酸菌L1(Lactobacillusfermentum)和乳酸菌L2(Lactobacillusplantaum)作为乳酸菌模型，研究BSDF对乳酸菌生长的影响，以期为BSDF益生功能的研究及产品开发提供理论参考。2.2BSDF在人工胃液中的抗消化能力在健康人体内，胃液pH值大致在1.53.5，而食物在进入人体内大约6h后排出，当食物进入胃中，pH一般会

4、升高至3.5左右13。因此，本实验研究了BSDF在pH值分别为1.5、2.5、3.5的人工胃液中6h的消化性。水解率可以反映出模拟胃液中BSDF的抗消化能力。如图1-a所示，BSDF在人工胃液中处理12h，其水解率变化较大，2h后水解率变化逐渐平缓；而菊粉在01h内水解率的变化较大，1h后变化趋于平缓。6h时，pH值1.5时菊粉的水解率为18.37%，高于pH值为2.5与3.5时的水解率，这说明酸性越强，越有利于菊粉分解。6h后，两种样品在相同的pH值下的水解率相差不大，这说明此时在人工胃液中，菊粉和BSDF的抗消化能力没有显著性差别。由图1-b可知，经人工胃液消化后，BSDF的重均分子量均呈

5、下降趋势。0h时，BSDF在pH值为1.5、2.5、3.5的消化液中重均分子量分别为2.02107、2.11107、1.98107g/mol，经过6h消化，pH为1.5环境下BSDF的重均分子量降到7.0106g/mol。此外，在pH为1.5和2.5环境下BSDF的重均分子量要低于pH值为3.5的重均分子量，表明pH值越低越能促进BSDF的降解。2.3BSDF在人工肠液中的抗消化能力健康人体肠道偏碱性(pH值7.58.5)，一般进食后6h内，pH会升高。人工肠液中不同时间点的水解率和重均分子量的变化可以反映出BSDF在肠液中的抗消化能力14。因此，本实验研究了BSDF在pH值分别为7、7.5、

6、8.5的人工肠液中6h的消化性。如图2-a所示，BSDF在人工肠液中的水解率变化较菊粉平缓，在处理6h、pH值为7时，BSDF的水解率为31.08%，低于菊粉的水解率(45.46%)，说明BSDF对肠液的抗消化能力较菊粉更强。经人工肠液消化后，BSDF的重均分子量均呈现下降趋势(图2-b)。0h时，BSDF在pH值为7、7.5、8.5的消化液中重均分子量分别为2.02107、2.26107、2.14107g/mol，6h消化后，BSDF的重均分子量分别降低至5.9106、5.8106、5.4106g/mol。a-水解率；b-重均分子量图1BSDF在人工胃液中水解率与重均分子量的变化Fig.1T

7、hechangesofhydrolysisrateandweightaveragemolecularweightofBSDFinartificialgastricfluid2.4BSDF对乳酸菌生长的影响2.4.1BSDF对乳酸菌生长过程中pH的影响在乳酸菌生长的过程中，pH值可以作为一项重要的参考指标来反映乳酸菌的生长情况15。如图3-a所示，处理04h，不同BSDF浓度的培养基中pH值变化不明显，而处理412h，pH值发生较大变化，12h后变化趋于平缓。在质量浓度为10、20g/L时，BSDF促进乳酸菌L1产酸能力要强于菊粉，但是30g/L的BSDF促进乳酸菌L1产酸能力要弱于菊粉。乳酸菌

8、L2在BSDF培养基中pH值变化趋势与乳酸菌L1相同(图3-b)。随着时间增加，BSDF浓度越大，pH变化越强烈，说明产生酸性物质的能力更强。但是相同浓度下，乳酸菌L2在菊粉培养基pH值的变化较BSDF大，这说明菊粉对于乳酸菌L2的产游离酸能力更强。a-水解率；b-重均分子量图2BSDF在人工肠液中水解率与重均分子量的变化Fig.2ThechangesofhydrolysisrateandweightaveragemolecularweightofBSDFinartificialintestinalfluida-乳酸菌L1；b-乳酸菌L2图3乳酸菌L1与乳酸菌L2在不同碳源培养基中pH值的变化

9、曲线Fig.3pHvaluecurveofL1andL2indifferentcarbonsourcemedium2.4.2BSDF对乳酸菌产酸能力的影响益生菌在人体肠道中利用碳源发酵产生乳酸、短链脂肪酸等弱酸性物质，由于弱酸无法完全电离，导致有一部分氢离子无法被pH值衡量，因此总酸含量也是作为衡量乳酸菌益生效果的重要指标15。如图4-a所示，处理68h，乳酸菌L1在BSDF培养基中的总酸含量均明显增加，而其他时间变化较为平缓，且无碳源组变化不明显，这说明BSDF可以提升乳酸菌L1的产总酸能力。随着BSDF浓度增大，乳酸菌L1产生酸性物质的能力也在增加。在相同浓度下，BSDF相较于菊粉对乳酸菌

10、L1有更强促进产酸的能力。如图4-b所示，乳酸菌L2在不同碳源培养基中总酸含量的变化与乳酸菌L1基本一致。处理至68h，BSDF培养基中总酸的含量均明显增加，而其他时间变化较为平缓，且无碳源组变化不明显，说明BSDF可以提升乳酸菌L2的产总酸能力。随着BSDF浓度的增加，总酸的浓度均明显增加。在相同浓度下，BSDF与菊粉对乳酸菌L2所产生的影响基本一致。a-乳酸菌L1；b-乳酸菌L2图4乳酸菌L1与乳酸菌L2在不同碳源培养基中总酸含量的变化曲线Fig.4ThecurveofthetotalacidcontentofL1andL2indifferentcarbonsourcemedium2.4.

11、3BSDF对乳酸菌生长曲线的影响生长曲线主要反映了微生物生长情况及微生物所在的生长期，且主要是菌体数量的生长情况。由图5-a可知，处理04h，乳酸菌L1在BSDF培养基中浊度变化很小，处理412h，BSDF培养基中均产生了显著的浊度变化，12h后变化趋于平缓，且无碳源组，浊度基本不变，说明BSDF对乳酸菌L1生长具有促进作用。当BSDF的浓度增加时，浊度也相应增加。相同浓度下，BSDF处理的浊度变化要高于菊粉，这表明BSDF对于乳酸菌L1的生长具有更强的促进作用。乳酸菌L2在不同碳源培养基中的生长曲线与乳酸菌L1大体相同(图5-b)，相同浓度的BSDF和菊粉对乳酸菌L2的浊度变化影响也基本一致

12、，表明BSDF和菊粉对促进乳酸菌L2生长的能力相当。a-乳酸菌L1；b-乳酸菌L2图5乳酸菌L1与乳酸菌L2在不同碳源培养基中的生长曲线Fig.5GrowthcurvesofL1andL2indifferentcarbonsourcemedia3讨论本文以BSDF为研究对象，并以菊粉作为对照，通过培养两种不同的乳酸菌(乳酸菌L1、乳酸菌L2)，并在不同时间下对BSDF的抗胃液消化能力、抗肠液消化能力以及对乳酸菌生长的pH、总酸含量、生长曲线等指标进行了测定。(1)BSDF的体外抗消化能力体外消化是一种模拟食物在人体胃肠道内消化过程的方法，测定BSDF的抗消化性可以作为判断其能否进入结肠产生功能

13、的依据。在消化液中BSDF的重均分子量下降，水解率上升，这可能是由于消化过程中BSDF的部分蛋白质分解所致。研究表明，高分子量的膳食纤维可通过增加胃肠道内容物黏度阻碍酶与底物的接触，降低葡萄糖等小分子的扩散速率，降低消化液中还原糖含量，产生抗消化性16。BSDF具有结构无定型区域含量低，区域结构不易破坏，糖苷键种类繁多的特点17；菊粉的长链大分子中糖苷键主要为(12)糖苷键，糖苷键种类相较于BSDF简单，断裂更为容易15。在人工胃液中，pH值越低越不利于食糜黏度的增加，使更多的底物被水解为还原糖，同时BSDF在pH值为8.5的环境下，一些分子间的相互作用力减小，破坏了BSDF的微观结构，不定性

14、区域增加，结构不稳定，更多亲水基暴露，使BSDF更容易大面积的与酶进行结合，使糖苷键断裂，从而表现出不同的消化性18。综上所述，BSDF的抗肠胃液消化能力要高于菊粉，且胃液pH值降低或肠液pH值的增高都会导致BSDF的抗消化性降低。(2)BSDF对乳酸菌生长的影响BSDF作为一种从高纤维食品竹笋中提取出的DF，在维持膳食平衡方面发挥着重要的作用。BSDF影响糖尿病小鼠的空腹血糖、糖耐受量和胰岛素水平，表明其具有降血糖作用5。此外，BSDF可通过促进肠道蠕动2，吸收胆汁酸降低血液中胆固醇的含量。本研究发现，随着发酵时间的延长，发酵产物的pH值下降，总酸含量及菌体浊度升高，说明两种乳酸菌均能够利用

15、BSDF产酸。LI等19研究结果表明肠道菌群能够发酵膳食纤维，产生短链脂肪酸、乳酸等物质，从而增加总酸含量，降低pH值，这与本研究结果相似。与此同时，乳酸菌L1和乳酸菌L2的菌体浊度均有显著性提高，说明BSDF对两种乳酸菌产生了一定的益生作用。对于乳酸菌L1来说，产酸能力随着BSDF浓度增加而增大。BSDF中的单糖为乳酸菌L1的生长提供了良好的碳源单糖，这也与实验中MRS培养基的结果一致。同时由于10g/L的BSDF相较于20g/L所提供的碳源浓度较少，BSDF水解产生的益生单糖浓度较少，而具有益生效应的单糖可以促进乳酸菌L1的生长繁殖，在一定范围内浓度越高，益生效果越好20。同时，菌体浊度的

16、变化表明，在一定范围内增加BSDF的浓度，会促进乳酸菌L1的生长。而总酸的产量与pH值结果类似，高浓度BSDF产生的总酸含量较高，可能是由于乳酸菌L1大量利用BSDF产生弱酸，在pH值降低过快的环境中，无法更好的电离出游离氢离子，从而导致总酸的堆积，这与ZHU等20的研究结果一致。相较而言，高浓度的菊粉对于乳酸菌L1的pH值前期影响较小，产生酸性物质较少，pH值更适合乳酸菌L1产游离酸，而在总酸与菌体浊度上效果较差。总体而言，BSDF相比于菊粉更有利于乳酸菌L1生长。对于乳酸菌L2，在BSDF培养基中pH值逐渐降低最后趋于平缓。这可能是BSDF大分子裂解后，具有益生效果的单糖得以暴露20，有利

17、于乳酸菌L2发酵。当pH值过低时，乳酸菌L2繁殖与代谢受到抑制，pH值、总酸含量和菌体浊度变化趋于平缓，表明pH值过低不利于BSDF对于乳酸菌L2的益生作用。这与TANG等21对于葡萄柚皮黄酮的研究结果基本一致。而相同浓度的菊粉相比于BSDF而言，pH值变化范围要广，这可能是由于菊粉的分子质量小，空间结构较简单，乳酸菌L2对菊粉利用性更好，能产生更多的游离酸。30g/L的BSDF对于乳酸菌的益生效果要高于10、20g/L的BSDF，这可能是30g/L的BSDF所提供的碳源浓度更大，使乳酸菌L1的产游离酸能力更好。总酸由游离酸与非游离酸组成，且影响pH值的通常为游离酸水解所产生的氢离子的浓度，而还有一部分酸以结合态出现。相同浓度的BSDF相较于菊粉产总酸的含量较高，与pH值变化不同，说明乳酸菌L2利用BSDF产生更多的非游离酸。同时，在10、20g/L的BSDF与菊粉处理中浊度变化大致相同，而30g/LBSDF处理中浊度变化略微高于菊粉，这可能与菊粉发酵产生的低pH值环境不适合乳酸菌L2生长有关22。综上，B