低聚木糖对两歧双歧杆菌的增殖

第26卷第1期

2002年1月南京林业大学学报(自然科学版)

JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition)Vol.26,No.1　Jan.,2002　低聚木糖对两歧双歧杆菌的增殖

徐　勇,余世袁,勇　强,姚春才

(南京林业大学化学工程学院,江苏　南京　210037)Ξ

摘　要:以酶解低聚木糖为碳源,在严格厌氧条件下增殖两歧双歧杆菌。研究表明,低聚木糖可有效增殖两歧双歧杆菌,两歧双歧杆菌对该糖的转化率与对葡萄糖的相近。将低聚木糖在浓度为5.0～10g/L的范围内增加其初始浓度,可提高双歧杆菌的菌体浓度和增殖速率。低聚木糖对两歧双歧杆菌和青春双歧杆菌的双株混合培养效果明显优于单株培养,其功能完全符合人体的生理特点,适宜于低聚木糖在人体内自然增殖双歧杆菌菌群。

关键词:低聚木糖;两歧双歧杆菌;酶水解;厌氧培养

中图分类号:Q556;TS245.9　　文献标识码:A　　文章编号:1000-2006(2002)01-0010-04

TheProliferationofBifidobacteriumbifidumbytheXylo2XUYong,YUShi2yuan,YONG(CollegeofChemicalbifidumusingtheenzymatichydrolysisxylo2oligosac2charidesexamined.Theresultsindicatedthatxylo2oligosaccharideswereabletoprolif2erateBifidobacteriumbifidumeffectivelyandthesugarconversionrateofxylo2oligosaccharideswasasmuchasthatofglucose.Thehigherthexylo2oligosaccharidesconcentrationfrom5.0to10g/Linthecul2turalmediumwas,thehighertheconcentrationandproliferationrateofbifidobacteriawere.Theco2cultiva2tionofBifidobacteriumbifidumandBifidobacteriumadolescentiswasmuchbetterthanthatofthesinglestrainofthem,thisfunctionofxylo2oligosaccharideswasverysuitableforhumananditcouldpromotethenaturalproliferationofbifidobacteriastainsinvivo.

Keywords:Xylo2oligosaccharides;Bifidobacteriumbifidum;Enzymatichydrolysis;Anaerobicculture

双歧杆菌是存在于人体肠道中的一种重要的有益菌群,对人体具有多种保健作用。有效增殖肠道内的双歧杆菌对保护人体的健康及延缓衰老等具有重要意义[1,2],对双歧杆菌的研究已成为当今营养及保健行业研究的热点之一[3]。利用双歧因子在人体内自然增殖的双歧杆菌安全无毒、稳定高效[4],其中低聚木糖类双歧因子因其低热值、难消化性和对双歧杆菌的高选择增殖性而倍受关注[5]。笔者采用木聚糖酶定向酶水解植物半纤维素制取低聚木糖,在严格厌氧条件下比较了低聚木糖、葡萄糖和木糖等增殖两歧双歧杆菌的效果,研究了低聚木糖初始浓度及两歧双歧杆菌和青春双歧杆菌双株混合培养对增殖的影响,为生物法转化植物纤维原料制备功能性低聚木糖双歧因子的研究开发提供了理论依据。1　材料与方法

1.1　菌种

两歧双歧杆菌(BifidobacteriumbifidumTissier)严格厌氧菌株,青春双歧杆菌(BifidobacteriumΞ收稿日期:2001-04-18　　　　修回日期:2001-08-01

基金项目:国家自然科学基金资助项目(30070636)

作者简介:徐　勇(1971-),男,湖北安陆人,南京林业大学化学工程学院讲师,硕士。

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adolescentisReuterE194a)严格厌氧菌株,它们均由中国食品发酵工业研究所工业微生物菌种保藏中心提供。

1.2　低聚木糖

里氏木霉(TrichodermareeseiRutC30)以植物半纤维素为碳源制备木聚糖酶,酶液经处理后酶解植物半纤维素得粗酶解液,分离提纯该酶解液得试验用低聚木糖,由高效液相色谱法[6]分析其组成为:木糖3.4%、木二糖37.9%、木三糖18.5%、木四糖6.5%、木五糖6.5%、其它27.2%。

1.3　厌氧培养

培养基:蛋白胨0.5%,胰胨0.5%,牛肉浸膏0.5%,酵母汁1.0%

,CaCl20.0008%,MgSO40.0019%,KH2PO40.0004%,NaHCO30.04%,NaCl0.008%,煮沸驱氧后加入适量碳源和0.5g/LL2半胱氨酸和硫代乙醇酸钠还原剂。

厌氧培养:在10mL的具塞螺纹试管中加入9mL试验用培养基,121℃灭菌30min后趁热旋紧试管塞,转入YQX21型厌氧培养箱,严格厌氧接入种母活化液,接种量10%,恒温37℃严格厌氧培养,不时摇晃培养试管。

1.4　分析测定

低聚木糖的分析采用高效液相色谱法[6],还原糖的测定采用DNS法[7],双歧杆菌菌体浓度的测定采用浊度法[8]。

菌体浓度=菌体绝干重/0.01(g/L)

总糖浓度=上清液稀酸水解液中的木糖浓度×0.9()

双歧杆菌平均增殖速率=/((L)

糖的转化率=(/)2　2.1　分别以5.0g/L葡萄糖、低聚木糖和木糖为碳源,在自然pH条件下厌氧培养两歧双歧杆菌,培养过程中各参数变化规律如图1所示

。

图1　不同糖类增殖两歧杆菌的比较

Fig.1　ComparisonoftheB.bifidumproliferationonthreesugars

A.葡萄糖;B.低聚木糖;C.木糖

—◆—pH;—●—还原糖;—▲—菌体

由图1中3种糖类物质增殖两歧双歧杆菌的培养历程可知,在微酸性pH条件下葡萄糖和低聚木糖均可增殖两歧双歧杆菌,其中葡萄糖对两歧双歧杆菌的增殖速率最快,低聚木糖次之,而木糖的效果很不明显。

在5.0g/L葡萄糖培养液中,接种后两歧双歧杆菌可迅速利用葡萄糖碳源,培养至30h,培养液的pH可降至3.90,葡萄糖的浓度降至1.68g/L,耗糖率达66.4%,菌体浓度由接种时0.15g/L增至0.43g/L,增加到2.9倍,糖转化率为8.4%;与之对应的低聚木糖培养液pH可降至4.65,总还原糖降至3.56g/L,耗糖率为40.8%,菌体浓度增加至最高值0.27g/L,增加到1.8倍,糖转化率为8.3%,由

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此可见,两歧双歧杆菌对低聚木糖和葡萄糖的转化率几乎相当。这说明,酶解低聚木糖可对两歧双歧杆菌产生类似于葡萄糖的增殖效应。尽管葡萄糖对两歧双歧杆菌等有益菌群的增殖效果良好,但由于双歧杆菌菌群主要定位于人体的大肠部位,淀粉类食物经口腔、胃和小肠等消化器官的消化吸收作用后,由之转化而来的葡萄糖很难到达大肠部位。与之相比,低聚木糖几乎不为人体所消化吸收并且很难被体内的有害细菌所利用,因此可作为双歧因子直接增殖大肠内的双歧杆菌。在正常条件下,理论上细菌对葡萄糖的转化率可达50%[9],而试验中低聚木糖的转化率仅为8%以上,但耗糖率高达40.8%。这表明两歧双歧杆菌在代谢低聚木糖时产生了大量的醋酸、乳酸和B族维生素等代谢副产物,这些产物可起到降低肠道的pH值、抑制病原菌、润滑和促进肠道蠕动等保健功能[1,2]。

在木糖培养液中接入两歧双歧杆菌后,菌体生长出现了明显的停滞期,菌体浓度呈下降趋势。经过约12h的调整适应期之后两歧双歧杆菌才略有增殖,但其增殖速率十分缓慢,明显低于葡萄糖和低聚木糖培养液,培养至36h后,菌体浓度仅增至0.19g/L,木糖浓度降至4.1g/L,耗糖率为18.0%,糖转化率仅为4.4%。试验结果表明,两歧双歧杆菌很难利用单纯的木糖增殖[10],低聚木糖中的双歧因子为低聚糖成分而非木糖。

2.2　低聚木糖浓度对两歧双歧杆菌增殖的影响

分别配制低聚木糖初始浓度为2.5、5.0和10g/L等3组培养液,自然pH同步培养两歧双歧杆菌的菌体浓度变化规律如图2。

由图2可见,采用2.5g/L的低聚木糖培养两歧

双歧杆菌时,由于低聚木糖的浓度较低造成菌体生

长的碳源不足,因而菌体浓度上升十分缓慢至24h,菌体浓度仅为0.g/L度的1.2,g/L)。

2.5g/L时,两歧双

歧杆菌的增殖效果很不明显。低聚木糖浓度增至

5.0g/L时,增殖效果较为明显,至30h菌体浓度可

增至0.27g/L,增加至1.8倍,平均增殖速率达图2　低聚木糖浓度对两歧双歧杆菌增殖的影响()0.004g/L・h,双歧杆菌进入稳定期后可维持至36Fig.2　Effectsofthexylo2oligosccharidesconcentrationh。继续增加底物低聚木糖至10g/L时,两歧双歧杆ontheB.bifidumproliferation

菌的增殖速率和菌体浓度明显提高,培养至36h,菌

体浓度已达0.35g/L,增加到2.3倍,平均增殖速率为0.005g/(L・h),此时菌体仍保持着对数生长的趋势,由此可见,当低聚木糖浓度高于5.0g/L时,该糖可对两歧双歧杆菌产生明显的增殖效果,且菌体浓度和增殖速率均随低聚木糖浓度的升高而提高。

2.3　低聚木糖对双歧杆菌的混合培养效果

在低聚木糖为10g/L的A、B和C3组培养基

中,分别接入青春双歧杆菌、两歧双歧杆菌和二者混

合(青春双歧杆菌种母液5%、两歧双歧杆菌种母液

5%)的种母液10%,调节初始pH8.0[8],同步培养

的结果如图3所示。

由图3可见,接种后两歧双歧杆菌和青春双歧

杆菌两种菌株混合培养液C中的菌体浓度迅速上

升,其增长速率明显高于二者的单株培养液A和B

的相应值。培养至12h,混合培养的菌体浓度可由

初始值0.17g/L增至最高值1.94g/L,增加了11.4

倍,平均增殖速率达0.148g/(L・h),之后由于底物

的快速消耗和代谢产物的迅速增长,培养进入衰亡

—12—图3　培养模式对低聚木糖增殖双歧杆菌的影响Fig.3　Effectsoftheculturemodelsonthebifidobacteriaproliferation—▲—青春双歧杆菌;—◇—两歧双歧杆菌;—□—混合菌株

期;与之同步培养的青春双歧杆菌的菌体浓度由0.19增至1.03g/L,增加了5.4倍,平均增殖速率为0.070g/(L・h);两歧双歧杆菌菌体浓度由0.15增至0.34g/L,增加了2.3倍,平均增殖速率仅为0.016g/(L・h),因此双株混合培养的平均增殖速率分别为单株培养的2.1倍和9.3倍,说明低聚木糖对双株双歧杆菌混合培养的效果明显优于单株培养。正常人体的肠道处均含有一定数量的双歧杆菌,这些双歧杆菌通常是以多种不同类型的菌群混合共生于人体大肠部位,它们互相协调、共同在大肠处生长繁殖[11],对人体起到重要的保健作用。因此低聚木糖十分适宜于作为双歧因子在人体肠道内自然增殖双歧杆菌菌群。

3　结　论

(1)酶解低聚木糖液中含有的双歧因子是低聚糖成分而非木糖,该低聚木糖可在人体肠道内直接增殖两歧双歧杆菌,两歧双歧杆菌对该糖的转化率与葡萄糖相近。

(2)当低聚木糖浓度高于5.0g/L,低聚木糖可对两歧双歧杆菌产生明显的增殖效果,随着低聚木糖浓度的增加菌体浓度和增殖速率逐渐增大。

(3)低聚木糖对两歧双歧杆菌和青春双歧杆菌的混合培养效果明显优于单株培养。当混合菌株接种量为10%(V

/V)时,培养12h,混合双歧杆菌菌体浓度可达1.94g/L,平均增殖速率达0.148g/(L・h),分别为两歧双歧杆菌和青春双歧杆菌单株培养的2.1和9.3倍。该生理功能完全符合人体生理特点,适宜于低聚木糖在人体肠道内自然增殖双歧杆菌菌群。

[参考]

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(责任编辑　李燕文)

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