野山杏果肉不溶性膳食纖維對小鼠腸道功能及腸道菌群的影響

彭禛菲,阿依姑麗·艾合麥提,王妙穎,海 雯

(新疆農業大學食品科學與藥學學院,新疆烏魯木齊 830052)

野山杏屬薔薇科(Rosaceae)落葉喬木,在我國資源豐富[1],集中分布在伊犁、哈密,是重點保護野生植物[2-3],種植面積有擴大趨勢[4]。近年來,人們對野山杏資源利用主要集中在杏核上,如提取杏仁油、蛋白質等成分,而果肉往往被丟棄,大大降低其利用價值。

野山杏果肉中含有大量膳食纖維(dietary fiber,DF)[5],研究發現膳食纖維具有預防肥胖、潤腸通便、預防結腸癌、調節腸道菌群、調節血糖水平、預防糖尿病等功能[6-7]。水不溶性膳食纖維(insoluble dietary fibre,IDF)是膳食纖維的一部分,包括纖維素、木質素和大部分的半纖維素等,是果蔬類食物中的主要成分[8],主要有促進腸道機械蠕動,增加糞便體積,預防便秘、腸癌等代謝綜合性疾病的功能[9-14]。目前,大量研究集中探討IDF在腸道中的主要作用,即增加糞便重量、預防便秘[15-17],關于野山杏果肉不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber from wild apricot,IDFWA)對小鼠腸道功能及腸道菌群的影響相關研究較少。

本研究通過動物實驗,考察了IDFWA對小鼠小腸推進率、首粒排便時間、首粒排藍便時間、6 h排糞便總質量及腸道菌群的影響,以期進一步探明IDFWA對小鼠腸道功能與腸道菌群的影響,這對充分利用新疆豐富的野山杏資源,開發高附加值的野山杏相關成分保健食品有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

KM小鼠140只 (20±2) g,雌雄各半,新疆醫科大學實驗動物中心,許可證號:SYXK(新)2018-0003,適應1周,自由飲食;野山杏果肉 新疆哈密地區伊吾縣葦子峽鄉;依文思藍 上海如吉生物科技發展有限公司;復方地芬諾酯片(每片含鹽酸地芬諾酯2.5mg) 長春長紅制藥有限公司;冰乙酸、乙酸鈉 天津市致遠化學試劑有限公司;伊紅美藍培養基、乳酸桿菌選擇性瓊脂、雙歧桿菌BS培養基、纖維素酶 Solarbio;蛋白胨、瓊脂粉 北京奧博星生物技術有限責任公司;羥甲基纖維素鈉 上海山浦化工有限公司。

RE-52AA型旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠;HH-S型數顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市醫療器廠;DNP-9052A型電熱恒溫培養箱 上海冠戈實業有限公司;PHS-3C pH 計上海儀器科學儀器股份有限公司;BSA124S型電子天平 賽多利斯科學儀器有限公司;SW-CJ-2FD型雙人單面凈化工作臺 蘇州凈化設備有限公司;TOMY SX-500高壓滅菌鍋 Kagoshima Seisakusyo Inc;THZ-82A氣浴恒溫振蕩器 江蘇省金壇市醫療儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 IDFWA的提取 將野山杏果肉切碎,于60 ℃干燥箱內干燥24 h,粉碎,過40目篩,與5.4%醋酸緩沖鹽溶液(pH4.8)1∶15 (w/V)混合,加6%的纖維素酶,50 ℃下酶解4 h后,80 ℃滅酶10 min,過濾,所得濾渣于60 ℃干燥后,即為IDFWA。

1.2.2 IDFWA性能的測定 持水性與溶脹性的測定方法參照劉昱迪等[18]。

持水性(WHC)=(樣品吸水后的質量(g)-樣品干質量(g))/樣品干質量(g)

式(1)

溶脹性(SW)=(溶脹后纖維體積V2(mL)-溶脹前體積V1(mL))/樣品干質量(g)

式(2)

1.2.3 動物分組及小腸推進實驗 參考牛廣財等[19]的方法,略有改動。將50只KM小鼠隨機分成5組,每組10只,雌雄各半,分別為空白對照組、模型對照組(即復方地芬諾酯組)、IDFWA低劑量組(0.6 mg/(g·d))、中劑量組(1.2 mg/(g·d))、高劑量組(2.4 mg/(g·d))。空白對照組及模型對照組灌服蒸餾水,低、中、高IDFWA處理組灌服相應劑量的IDFWA,連續給藥14 d后,各組小鼠禁食不禁水12 h,除空白對照組外,模型對照組與IDFWA處理組灌服復方地芬諾酯 0.05 mg/g,進行造模;30 min 后,各組灌服0.4%的伊文思藍(2 mg/g)。20 min后頸椎脫臼處死小鼠,打開腹腔,取上自幽門,下至回盲部的腸管,將腸管輕輕拉成直,測量的長度為小腸總長度,從幽門至伊文思藍推進前沿長度,計算小鼠小腸伊文思藍推進率[20]。

伊文思藍推進率(%)=伊文思藍推進長度(cm)/小腸總長度(cm)×100

式(3)

1.2.4 小鼠排便實驗 按1.2.3中分組并給藥,從給予伊文思藍開始計時,單籠飼養每只小鼠,讓其自由飲食,觀察并記錄首粒排便時間、首粒排藍便時間及6 h排糞便總質量。

1.2.5 IDFWA對小鼠腸道菌群影響

1.2.5.1 動物分組 參考白冰瑤等[21]的動物分組方法,略有改動。將40只KM小鼠機分成4組,每組10只,雌雄各半,分別為空白組與IDFWA低劑量組(0.6 mg/(g·d))、中劑量組(1.2 mg/(g·d))、高劑量組(2.4 mg/(g·d)),除空白組灌服蒸餾水外,3組受試組灌服相應劑量IDFWA,連續灌胃14 d,期間自由飲水與進食標準飼料。

1.2.5.2 糞便的采集 在無菌條件下采取逼迫法、按摩腹部法收集小鼠新鮮糞便0.05 g于無菌EP管,無菌生理鹽水定容至5 mL,于漩渦振蕩器上充分振蕩,使糞便均質化,-20 ℃凍藏,備用[22]。

1.2.5.3 菌落計數 參考白冰瑤等[21]的方法,略有改動。取0.5 mL上述糞便菌液,進行稀釋,選擇合適梯度的100 μL稀釋液分別涂布于相應的選擇性培養基上,37 ℃培養。大腸桿菌(伊紅美藍培養基)和金黃色葡萄球菌(BP培養基)培養24 h;乳酸桿菌(乳酸桿菌選擇性瓊脂)培養48 h;雙歧桿菌(雙歧桿菌BS培養基)于厭氧帶中,培養48 h。

1.2.5.4 菌落鑒定、計數方法 培養后,以菌落形態、革蘭氏染色鏡檢確定目的菌:金黃色葡萄球菌為革蘭氏陽性菌,排列是葡萄球狀,無芽胞,無莢膜,致病性葡萄球菌菌體較小,平板上菌落厚、有光澤、圓形凸起,直徑1～2 mm,其他3種菌參考樂碧云[23]的方法,結果以lgN表示,按以下公式計算:

每克糞便中菌落總數=lg(菌落數×稀釋倍數×10)

式(4)

1.3 數據處理

2 結果與分析

2.1 野山杏果肉不溶性膳食纖維的持水性、膨脹性

不溶性膳食纖維的溶脹性和持水力賦予不溶性膳食纖維特殊的生理功能和保健功能[24]。本實驗測得IDFWA的持水性和膨脹性分別為6.11 g/g、4.40 mL/g,較劉昱迪等[18]測的金針菇子實體不溶性膳食纖維持水性(3.749 g/g)和溶脹性(4.026 mL/g)高,說明IDFWA比金針菇子實體IDF有更好的持水性與溶脹性。

2.2 小腸推進作用變化

由表1可知,與空白對照組比較,模型對照組及IDFWA各劑量組小鼠小腸的總長度沒有顯著性差異(P>0.05);與空白對照組比較,模型對照組伊文思藍推進長度和推進率極顯著降低(P<0.01),說明便秘模型造模成功。與模型對照組相比,低劑量組伊文思藍推進長度和推進率顯著增加(P<0.05),糞便推進率增加20.46%,IDFWA中、高劑量組伊文思藍推進長度和推進率極顯著增加(P<0.01),糞便推進率分別增加26.15%和29.04%。以上結果表明,IDFWA具有促進小鼠小腸蠕動、改善便秘的作用。

表1 IDFWA對小鼠小腸推進作用的影響

2.3 糞便質量的測定

由表2可知,與空白對照組比較,模型對照組首粒排便時間、首粒排藍便時間、6 h排便總質量差異極顯著(P<0.01),說明便秘模型造模成功。與模型對照組比較,IDFWA低劑量組首粒排便時間顯著縮短(P<0.05),中、高劑量組極顯著縮短(P<0.01);IDFWA各劑量組首粒排藍時間均極顯著縮短(P<0.01);中劑量組6 h排便總質量顯著增加(P<0.05),高劑量組極顯著增加(P<0.01)。IDFWA具有明顯促進便秘小鼠首粒排便時間、首粒排藍便時間、6 h排便總質量的作用,且促進便秘小鼠首粒排便時間與6 h排便總質量與IDFWA的劑量有關,隨著IDFWA劑量的增加,促進便秘小鼠首粒排便時間、6 h排便總質量的作用增強。

表2 IDFWA對小鼠首粒排便時間、首粒排藍便時間和6 h排便總質量的影響

2.4 腸道菌群數量的測定

如表3所示,與空白對照組相比,IDFWA低劑量組中大腸桿菌數量極顯著降低(P<0.01),降低了13.53%,中、高劑量組中大腸桿菌數量有所降低,但差異不顯著(P>0.05),說明IDFWA對體內大腸桿菌有一定的抑制作用,低劑量組抑制作用最好;各劑量組中金黃色葡萄球菌數量均有所降低,但不具有統計學意義(P>0.05)。

表3 IDFWA對小鼠腸道菌群的影響(lg CFU/g)

與空白對照組比較,中、高劑量組小鼠糞便中乳酸桿菌數量分別顯著增加了8.92%和7.79%(P<0.05),各劑量組的雙歧桿菌數量均極顯著增加(P<0.01),分別增加了12.23%、14.04%和13.78%,說明IDFWA有促進乳酸桿菌和雙歧桿菌生長的作用。

3 討論與結論

IDFWA的持水性和膨脹性分別為6.11 g/g、4.40 mL/g,有較好的持水性與溶脹性。膳食纖維由于高持水力和較大的膨脹性能,在腸胃道中更容易吸水膨脹形成大體積、高黏度的溶膠或凝膠,產生飽腹感而抑制進食量,同時刺激腸道蠕動,吸附腸道的油脂,從而達到減肥、通便等作用[25]。

IDFWA能明顯提高小鼠小腸推進率、降低首粒排便時間、降低首粒排藍便時間和增加小鼠6 h排便總質量,表明具有良好的潤腸通便的作用,其中對小鼠小腸推進率、小鼠6 h排便總質量的影響存在量效關系。長期便秘可誘發相關機體細胞癌變[26]。便秘的形成主要與腸道蠕動不足、腸道益生菌數量下降等有關,如能提高腸道內容物的持水能力和膨脹性、促進腸道蠕動或增加腸道益生菌數量的物質,均能起到改善便秘的效果[27]。

DF在腸道內酵解產生的短鏈脂肪酸能夠降低腸道內的pH,低pH環境能夠在一定程度上抑制大腸桿菌的增殖[30],從而減少有害菌的生長,乳酸桿菌與雙歧桿菌為腸道中的益生菌,益生菌能夠明顯改變腸道中的內環境,改善便秘。IDFWA能抑制腸道大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的生長,促進乳酸桿菌與雙歧桿菌生長。該結果表明IDFWA能夠抑制腸道中有害菌的生長,促進益生菌的生長,該作用進一步提示IDFWA通過改善腸道內環境,從而改善便秘。

IDFWA通過其良好持水性和膨脹能力、促進腸道的蠕動以及增加腸道的益生菌的作用,呈現對腸道的內環境具有很好的改善效果,達到潤腸通便改善便秘的功效。