山藥多糖和大豆多肽對復合益生菌發酵特性的影響

陳則華，李文治，賴玉健，黃劍釗，黎攀，杜冰*

1. 無限極（中國）有限公司（廣州 510663）；2. 華南農業大學食品學院（廣州 510642）

益生元又稱雙歧因子，能夠促進其體內有益菌的代謝和增殖，改善宿主健康[1]。目前已經開發的益生元種類有低聚糖[2]、多糖[3]、植物中草藥提取物[4]、蛋白質水解物[5]和多元醇等，種類有限，開發更多類型的新型益生元勢在必行。山藥多糖是從山藥里提取出來的一種多糖，由單糖基通過糖苷鍵連接而成的高分子聚糖。山藥多糖具有一定的生物活性，如具有抗氧化、維持腸道穩態、免疫調節[6]、降血糖、保護肝臟等生理功能，易被機體消化、代謝，無毒副作用。有研究顯示，長期灌胃山藥多糖可以促進實驗動物的生長性能和影響腸道菌群[7]，山藥低聚糖對青春雙歧桿菌和動物雙歧桿菌的生長有促進作用[8]。大豆多肽是大豆蛋白經蛋白酶水解以后產生的一種蛋白質水解產物，具有高營養、易吸收、低抗原、不會引起過敏反應等功能特性，還具有一定的抗氧化和調節免疫力等生理功能[9]。有研究表明，大豆蛋白中的水解產物[10]能夠促進雙歧桿菌增殖，潘芬等[5]研究發現添加4 mg/mL的豌豆蛋白酶解產物能夠顯著促進干酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌等益生菌的生長?？梢姡剿幎嗵呛痛蠖苟嚯木哂休^好的生理功能，容易被機體吸收，都有抗氧化和提高免疫力等功能，具備成為潛在益生元的天然條件。

試驗以山藥多糖、大豆多肽為研究對象，通過觀察復合益生菌生長過程中活菌數、pH、總酸和短鏈脂肪酸4個指標，并與傳統益生元菊粉作對比，來探討山藥多糖和大豆多肽作為新型益生元的可能性。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

山藥多糖（由廣州南北行中藥飲片有限公司山藥片提取）；大豆多肽（由本實驗室對市售大豆提?。?；菊粉（純度＞90%）：重慶驕王天然產物股份有限公司；鼠李糖乳桿菌R11（1 500億 CFU/g）、嗜酸乳桿菌R418（1 500億 CFU/g）和動物雙歧桿菌乳亞種B94（1 000億 CFU/g），拉曼公司，復配比例為1︰1︰1.5；其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

PHS-25型pH計（上海精密科學儀器有限公司）；FA1104N電子天平（上海精密科學儀器有限公司）；YXQ-LS-5OS型立式蒸汽滅菌器（上海博訊實業有限公司醫療設備廠）；SW-CJ-1D型單人凈化工作臺（蘇州凈化設備有限公司）；GHX-9270B-2隔熱式恒溫培養箱（上海福瑪實驗設備有限公司）；101-2S4電熱鼓風恒溫干燥箱（上海迅能電熱設備有限公司）；Agilent 6890N高效液相色譜儀（美國安捷倫公司）。

1.3 發酵培養基

腸道菌群發酵培養基（General Anaerobic Medium，GAM）配方：蛋白胨10 g，大豆胨3 g，消化血清粉13.5 g，酵母浸膏5 g，牛肉膏2.2 g，牛肝膏1.2 g，葡萄糖3 g，KH2PO42.5 g，NaCl 3 g，可溶性淀粉5 g，L-半胱胺酸鹽0.3 g，硫乙醇酸鈉0.3 g，瓊脂1.5 g，蒸餾水1 000 mL，pH 7.2～7.4，于110 ℃滅菌25 min。

1.4 試驗方法

1.4.1 益生菌復合發酵

以菊粉為對照，在葡萄糖的腸道菌群發酵培養液（GAM）中，分別加入0.5%，1%，1.5%，2%濃度的山藥多糖和大豆多肽；并按照106CFU/mL接種量，接入含有鼠李糖乳桿菌R11、嗜酸乳桿菌R418和動物乳雙歧桿菌B94三種復合益生菌，于37 ℃厭氧發酵24 h。

1.4.2 復合益生菌活菌數的測定

采用平板計數法[11]測定發酵液菌落數。

1.4.3 復合益生菌發酵液pH的測定

采用pH計測定發酵液的pH。

1.4.4 復合益生菌產生總酸和短鏈脂肪酸含量測定

采用電位滴定法[12]測定發酵液中的總酸含量；同時，選取1%添加濃度的發酵液用0.22 μm濾膜過濾，采用高效液相色譜法（HPLC）測定發酵液中乳酸、乙酸的含量。HPLC測定短鏈脂肪酸含量的方法：色譜柱，HP-INNOWAX（19091N-133）；毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 mm）；檢測器，離子化火焰檢測器；載氣N2，流速20 mL/min；檢測器溫度270℃；氣化室溫度250 ℃。升溫程序：120 ℃→10 ℃/min→220 ℃。

2 結果與分析

2.1 益生元對復合益生菌增殖能力的影響

由圖1可知，在培養24 h后，相對于空白對照（即益生元添加濃度為0），3種不同的益生元均可以提高益生菌的活菌數，其中添加了菊粉對益生菌的增殖作用最優，山藥多糖次之，大豆多肽較弱，而且每種益生元對于提高益生菌活菌數所需要的添加濃度和規律性不盡相同。對于山藥多糖，隨著添加濃度的增加，促進復合益生菌增殖的能力呈現先下降后上升的趨勢，當添加濃度為2.0%時，促進益生菌增殖效果最優。有研究[7]報導，高劑量組的山藥多糖喂養小鼠促進腸道內乳酸桿菌、雙歧桿菌增殖的效果比中劑量組和低劑量組的好，與此次試驗結果相似。對于大豆多肽，則呈現出先上升后下降的趨勢，當添加濃度為0.5%時，促進復合益生菌增殖效果最優。而傳統益生元菊粉，已有大量報導其具有促進益生菌增殖的功效，此次試驗中除了最低濃度的添加量外，其余組均能促進益生菌增殖。

圖1 不同濃度益生元對復合益生菌活菌數的影響

2.2 益生元對復合益生菌pH的影響

由圖2可知，當發酵24 h后，添加3種不同的益生元均能降低發酵液的pH，其中菊粉對pH的降低效果最佳，山藥多糖次之，大豆多肽較弱，而且隨著益生元濃度的增加，3種發酵液的pH均呈現先下降再上升的趨勢，當添加濃度為1.0%時降低的效果最優。

圖2 不同濃度益生元對復合益生菌pH的影響

2.3 益生元對復合益生菌產酸能力的影響

由圖3可知，發酵液培養24 h后，3種益生元均能提高復合益生菌的總酸含量，其中菊粉提高的效果最佳，大豆多肽次之，山藥多糖較弱。當添加濃度為1.0%時，對復合益生菌產酸的效果最好。

2.4 不同益生元對復合益生菌短鏈脂肪酸產生量的影響

試驗還分析了總酸中短鏈脂肪酸的產生量，高效液相色譜（HPLC）檢出圖譜如圖4所示。

選取添加量為1.0%的益生元的發酵液檢測，測定乳酸和丁酸的含量。由圖5可知，添加山藥多糖、大豆多肽和菊粉均能使復合益生菌產生較多的乳酸和乙酸，其中添加山藥多糖、大豆多肽益生元的發酵液產乳酸量比菊粉的高，分別高1.71和1.83倍，但略比空白對照低；添加山藥多糖和大豆多肽的發酵液產乙酸量比添加相同量菊粉和空白組的都高，分別達0.049和0.083 g/100 g。

圖3 不同濃度益生元對復合益生菌產生總酸能力的影響

圖4 乳酸（A）和乙酸（B）的HPLC檢出圖

圖5 不同益生元對復合益生菌產短鏈脂肪酸含量的影響

3 討論

短鏈脂肪酸是腸道微生物發酵未消化的碳水化合物如纖維多糖和寡聚糖等益生元而產生的主要代謝產物，包括乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等有機脂肪酸[13]，對宿主腸屏障功能的維護有重要作用。短鏈脂肪酸在體內參與眾多不同器官的代謝，每種脂肪酸都有特定的功效。乳酸可降低腸道內環境的pH，對腸道致病菌如沙門氏菌（Salmonella）、大腸埃希氏菌（Escherichia coli）等有抑制作用，還能促進腸道蠕動，調節腸道菌群的平衡[14]。乙酸是發酵膳食纖維的主要代謝產物[15]，可以通過血液作用于全身多個器官和組織，經過肝臟代謝吸收利用，為底物氧化、脂質合成和肝細胞代謝提供充足的能量[16]。然而，不同種類的益生元促進益生菌產生的短鏈脂肪酸的種類和含量存在顯著差別。Satoh等[17]指出，不同的益生元促進益生菌產生乳酸含量不一樣，低聚半乳糖、大豆低聚糖等促進雙歧桿菌產生乳酸的量比低聚木糖、低聚乳果糖等益生元的高。

有研究報道：菊粉是目前研究最深、應用最廣的益生元，它可以促進短鏈脂肪酸丁酸的產生[18]，丁酸鹽可以選擇性誘導結腸癌細胞的死亡[19]，從而具備維護腸道健康、改善腸道微生態的功效。此次試驗中，在添加了山藥多糖和大豆多肽后，都能促進復合益生菌產酸量，雖然總酸的產生量沒有傳統益生元菊粉高，但是產生的乳酸和乙酸含量都比菊粉高，說明山藥多糖和大豆多肽在促進短鏈脂肪酸的產生中具有較大的優勢。短鏈脂肪酸在機體內的代謝吸收作用對人體產生重大的作用，目前已有大量的研究[20]報導了短鏈脂肪酸的代謝通路和功效。

4 結論

山藥多糖和大豆多肽均能促進復合益生菌的生長并提高其短鏈脂肪酸的產生，說明其具備進一步為開發新型益生元的潛在優勢。