方竹笋膳食纤维作为益生元对乳酸菌生长影响

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　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 (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 H pH 值大致在 1.5 ～ 3.5 ，而食物在进入人体内大约 h 6h 后排出，当食物进入胃中，H pH 一般会升高至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 1～2h，其水解率变化较大，2h 后水解率变化逐渐平缓；而菊粉在 0～1h 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 1- -b b 可知，经人工胃液消化后，B BF SDF 的重均分子量均呈下降趋势。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 2.02×107 、 2.11×107 、1.98×107g/mol，经过 6h 消化，pH 为 1.5 环境下 BSDF 的重均分子量降到 7.0×106g/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H (pH 值 值 7.5 ～ 8.5) ，一般进食后 h 6h 内，H 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、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 2.02×107、2.26×107、2.14×107g/mol，6h 消化后，BSDF 的重均分子量分别降低至 5.9×106、5.8×106、5.4×106g/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.1ThechangesofhydrolysisrateandweightaveragemolecularweightofBSDFinartificialgastricfluid 2.4BSDF 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，H 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 0～4h，不同 BSDF 浓度的培养基中 pH值变化不明显，而处理 4～12h，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.2ThechangesofhydrolysisrateandweightaveragemolecularweightofBSDFinartificialintestinalfluid a-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

　化曲线 Fig.3pHvaluecurveofL1andL2indifferentcarbonsourcemedium 2.4.2BSDF 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被 无法被 H 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 6～8h，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 L1 有更强促进产酸的能力。

　如图 4 4- -b b 所示，乳酸菌 2 L2 在不同碳源培养基中总酸含量的变化与乳酸菌 1 L1 基本一致。处理至 6～8h，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.4ThecurveofthetotalacidcontentofL1andL2indifferentcarbonsourcemedium 2.4.3BSDF 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 0～4h，乳酸菌L1在 BSDF培养基中浊度变化很小，处理 4～12h，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，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.5GrowthcurvesofL1andL2indifferentcarbonsourcemedia 3 讨论 以 本文以 F 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( (菌 乳酸菌 L1菌 、乳酸菌 L2) ，并在不同时间下对 对 F 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，定 测定 F BSDF 的抗消化性可以作为判断其能否进入结肠产生功能的依据。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 β(1→2)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 F BSDF 的 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 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 1 L1 来说，产酸能力随着 F 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 F BSDF 培养基中 H 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，BSDF 培养基中乳酸菌 L2 产生游离酸含量少于菊粉培养基，但乳酸菌 L2的生长数量却要优于菊粉对照组。

　4 结论 本文以 F BSDF 为研究对象，并以菊粉作为对照，研究了 BSDF在人工胃液和人工肠液的抗消化能力，以及对两种乳酸菌生长情况的影响。结果表明，BSDF 在胃液中的抗消化能力与菊粉相当，但是在肠液中 BSDF 比菊粉的抗消化能力更强；通过比较 BSDF 培养基与菊粉培养基中乳酸菌生长过程中 pH 值、总酸含量、生长曲线，发现 BSDF 培养基对两种乳酸菌生长均表现出优良的益生效果。研究结果说明 BSDF 对乳酸菌的生长具有益生作用，为 BSDF 作为益生元的开发利用提供了理论依据。

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