茶薪菇發(fā)酵對麥麩膳食纖維品質(zhì)和生物活性的影響

解春艷，郭紅珍，史振霞，吳智艷，顧振新*

(1.廊坊師范學院生命科學學院，河北 廊坊 065000；2.南京農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)業(yè)部農(nóng)畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點開放實驗室，江蘇 南京 210095)

茶薪菇發(fā)酵對麥麩膳食纖維品質(zhì)和生物活性的影響

解春艷1，郭紅珍1，史振霞1，吳智艷1，顧振新2,*

(1.廊坊師范學院生命科學學院，河北 廊坊 065000；2.南京農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)業(yè)部農(nóng)畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點開放實驗室，江蘇 南京 210095)

采用茶薪菇發(fā)酵麥麩制得不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維，研究不溶性膳食纖維的物理特性和可溶性膳食纖維對腸道內(nèi)微生物作用。結(jié)果表明：發(fā)酵后不溶性膳食纖維的持水能力、溶脹性、持油能力分別比發(fā)酵前提高了8.85%、23.70%和15.21%，對膽酸鹽吸附能力顯著提高；可溶性膳食纖維(SDF)對乳酸菌生長有增殖作用，其中發(fā)酵上清液的SDF可抑制大腸桿菌的生長而對金黃色葡萄球菌生長影響不明顯。

膳食纖維；物理特性；乳酸菌；大腸桿菌；金黃色葡萄球菌

膳食纖維(dietary fiber，DF)是指能抗人體小腸消化吸收的，在人體大腸內(nèi)能部分或全部發(fā)酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其類似物的總和[1]，是繼碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和水之后的第七大營養(yǎng)素[2]。DF的制備及其生物活性研究成為現(xiàn)今研究熱點，報道[3-4]稱DF具有較強的持水、持油能力，能螯合消化道中的膽固醇、卟啉和重金屬，阻止致癌物的產(chǎn)生；可控制體質(zhì)量、通便和預(yù)防癌癥等[5-7]；此外，DF還可改善腸道微生物菌群[2]。但食用菌發(fā)酵獲得DF的物理特性及其對腸道微生物作用報道較少，且可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber，SDF)對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等有害菌生長影響的研究未見報道。本研究以茶薪菇發(fā)酵獲得的不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)和SDF為研究對象，比較發(fā)酵前后IDF的持水、持油等物理特性；SDF對乳酸菌等微生物生長的影響，這將為發(fā)酵法制備膳食纖維的利用及膳食纖維功能食品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和乳酸菌均由南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏實驗室保藏；牛肉膏(生化試劑) 上海化學試劑有限公司；酵母浸出粉、蛋白胨(生化試劑)、葡萄糖(分析純) 南京化學試劑有限公司；硫酸錳、硫酸鎂、膽酸鈉、脫氧膽酸鈉、?；悄懰徕c(分析純) 中國醫(yī)藥集團(上海)化學試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Model 550多孔自動酶標儀 美國Bio-Rad公司；HYG-A全溫搖瓶柜 太倉市實驗設(shè)備廠；FA/JA型電子天平 上海精密科學儀器有限公司；2004型恒溫水浴鍋常州國華電器有限公司；UV-2802紫外-可見分光光度計美國尤尼科公司；Orion 818型pH測試儀 美國奧立龍公司；LDZX-40AI立式自動壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠；SJ-CT-1B型超凈工作臺 上海金山凈化配件廠。

1.3 方法

1.3.1 培養(yǎng)基配制

1.3.1.1 培養(yǎng)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌用培養(yǎng)基

種子及發(fā)酵培養(yǎng)基：LB液體培養(yǎng)基(g/L)：牛肉膏5、蛋白胨10、NaCl 5，pH7.2；斜面保藏和平板培養(yǎng)基：LB固體培養(yǎng)基，在LB液體培養(yǎng)基組成中添加15～20g/L瓊脂。

1.3.1.2 培養(yǎng)乳酸菌用培養(yǎng)基

種子及發(fā)酵培養(yǎng)基：MRS液體培養(yǎng)基(g/L)：牛肉蛋白粉10、魚肉汁10、酵母浸出汁粉5、葡萄糖20、醋酸鈉5、檸檬酸二銨2、吐溫-80 0.1、硫酸鎂0.58、硫酸錳0.28，調(diào)節(jié)pH值至6.2～6.4；斜面保藏和平板培養(yǎng)基：MRS固體培養(yǎng)基，在MRS液體培養(yǎng)基組成中添加15～20g/L瓊脂。

1.3.2 膳食纖維的制備

茶薪菇發(fā)酵物經(jīng)離心后獲得上清液和培養(yǎng)殘渣。上清液用乙醇沉淀后復(fù)溶、經(jīng)Savag試劑去除蛋白質(zhì)，經(jīng)冷凍干燥后獲得發(fā)酵上清液的SDF(SDF-Out)；培養(yǎng)殘渣粉碎后按1:5比例加蒸餾水，于95℃熱水浸提1h，4000r/min離心15min后上清液用乙醇沉淀，沉淀物復(fù)溶，采用上述除蛋白方法去除蛋白雜質(zhì)，經(jīng)冷凍干燥后獲得發(fā)酵殘渣中的SDF(SDF-In)；未發(fā)酵的麥麩培養(yǎng)基，添加適量蒸餾水，于95℃熱水浸提1h，離心后除蛋白、冷凍干燥后獲得原料中的SDF(SDF-0)。發(fā)酵后麥麩基質(zhì)和未發(fā)酵麥麩樣品經(jīng)熱水提取去除可溶性成分后，殘渣再用淀粉酶和蛋白酶除去殘留淀粉與蛋白質(zhì)，各酶添加量參照謝碧霞等[2]方法，水洗、烘干后獲得IDF。

1.3.3 大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和乳酸菌的母種培養(yǎng)

1.3.3.1 大腸桿菌活化及母種培養(yǎng)

挑取1環(huán)大腸桿菌保藏菌種，用劃線法接種至斜面保藏培養(yǎng)基中，于37℃培養(yǎng)至斜面長滿菌落為止，需36h，活化結(jié)束；挑取2環(huán)活化后的菌株，接種至種子培養(yǎng)基，于37℃培養(yǎng)24h，待用。

1.3.3.2 金黃色葡萄球菌的活化及母種培養(yǎng)

挑取1環(huán)金黃色葡萄球菌保藏菌株，用劃線法接種至斜面保藏培養(yǎng)基中，于37℃培養(yǎng)至斜面長滿菌落為止，需48h，活化完成；挑取2環(huán)活化后的菌株，接種至種子培養(yǎng)基，于37℃培養(yǎng)36h，待用。

1.3.3.3 乳酸菌的活化及母種培養(yǎng)

挑取1環(huán)乳酸菌保藏菌株，用劃線法接種至斜面保藏培養(yǎng)基中，于30℃培養(yǎng)至斜面長滿菌落為止，需48h，活化完成；挑取2環(huán)活化后的菌株，接種至種子培養(yǎng)基，于30℃培養(yǎng)48h，待用。

1.3.4 指標測定與方法

1.3.4.1 不溶性膳食纖維物理特性

持水性：參照邵佩蘭等[8]方法；持油性：參照Sangnark等[9]方法；溶脹性：參照Robertson等[10]方法；膽酸鹽體外吸附：取10mL一定濃度的膽酸鹽(膽酸鈉、脫氧膽酸鈉、?；悄懰徕c)溶液于50mL磨口錐形瓶中，準確加入1g IDF，于37℃恒溫振蕩器中振蕩，1h后10000r/min離心分離10min，測定上清液中膽酸鹽濃度；膽酸鹽含量測定參照賀繼東等[11]方法。

1.3.4.2 可溶性膳食纖維對腸道微生物生長的影響

分別稱取SDF-0、SDF-In和SDF-Out于LB和MRS液體培養(yǎng)基中，配成質(zhì)量濃度為5mg/mL的含藥培養(yǎng)基，分裝在試管中(10mL/管)。滅菌冷卻后，于LB培養(yǎng)基中接種大腸桿菌、金黃色葡萄球菌，接種乳酸菌至MRS培養(yǎng)基中，接種量分別為體積分數(shù)5%(菌濃為1h108CFU/mL)。大腸桿菌和金黃色葡萄球菌置于空氣浴搖床中，37℃、130r/min培養(yǎng)；乳酸菌于30℃靜置培養(yǎng)；取樣后于波長610nm處測定細菌培養(yǎng)液的吸光度。對照組培養(yǎng)基為LB和MRS培養(yǎng)基，接種及培養(yǎng)同上。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵麥麩不溶性膳食纖維的物理特性

2.1.1 持水、持油及溶脹性

由表1可知，發(fā)酵后IDF的持水、溶脹和持油力分別比發(fā)酵前提高了8.85%、23.70%和15.21%，說明麥麩經(jīng)茶薪菇發(fā)酵可改善其膳食纖維物理特性，這與茶薪菇發(fā)酵過程中生成的酶有關(guān)，在纖維素酶和木聚糖酶的作用下，麥麩膳食纖維結(jié)構(gòu)疏散，其吸附特性提高[12]。持水和持油力的大小與膳食纖維在腸道中的代謝調(diào)節(jié)作用有關(guān)，吸附能力大可束縛腸道內(nèi)油脂，使其隨糞便排出，減少其在體內(nèi)的吸收。持水和持油力的提高，可增加其對膽酸鹽的吸附，由此推知發(fā)酵后IDF吸附膽酸鹽能力提高。

2.1.2 對膽酸鹽的吸附

表 2 不溶性膳食纖維對膽酸鹽吸附能力Table 2 Bile salt binding capacity of IDF from fermented and nonfermented wheat bran

由表2可知，茶薪菇發(fā)酵后IDF對膽酸鈉、脫氧膽酸鈉和牛磺膽酸鈉等膽酸鹽的吸附能力顯著提高，對各膽酸鹽的吸附量分別比發(fā)酵前提高了1.32、2.12、1.12μmol/g，與物理特性推測結(jié)果一致。

2.2 發(fā)酵麥麩可溶性膳食纖維對腸道微生物的作用

2.2.1 對乳酸菌生長的影響

圖 1SDF對乳酸菌生長的影響Fig.1Effect of SDF on the growth of lactic acid bacteria

由圖1可知，SDF-0、SDF-In和SDF-Out均可促進乳酸菌對數(shù)生長期的生長，在穩(wěn)定期時菌體數(shù)量顯著高于對照組，又以SDF-In和SDF-Out的樣品中，乳酸菌數(shù)量居高。由此說明，源于麥麩或經(jīng)茶薪菇發(fā)酵獲得的SDF均對乳酸菌生長具有促進作用，且經(jīng)茶薪菇發(fā)酵后效果更明顯。

2.2.2 對大腸桿菌生長的影響

圖 2 SDF對大腸桿菌生長的影響E.coliFig.2 Effect of SDF on the growth of

由圖2可知，SDF-Out對大腸桿菌生長具有顯著抑制作用，SDF-0對大腸桿菌生長影響不顯著，而SDF-In促進了大腸桿菌的生長。由此可知，經(jīng)茶薪菇發(fā)酵后，不同來源的SDF對大腸桿菌生長影響明顯不同，其中源于茶薪菇發(fā)酵上清液的SDF具有較強的抑制大腸桿菌作用，源于麥麩SDF無明顯作用，源于發(fā)酵殘渣的SDF促進了大腸桿菌的生長。原因是發(fā)酵液經(jīng)茶薪菇發(fā)酵后其含有可利用糖顯著降低，不含有大腸桿菌可利用的糖類，而其中的茶薪菇多糖可能具有抑制大腸桿菌生長的作用；發(fā)酵殘渣(SDF-In)中含有大量的茶薪菇菌體，在提到的SDF中含有可為大腸桿菌生長的營養(yǎng)成分，進而促進了大腸桿菌的生長。

2.2.3 對金黃色葡萄球菌生長的影響

圖 3 SDF對金黃色葡萄球菌生長的影響Fig.3 Effect of SDF on the growth of S.aureus

由圖3可知，SDF-0、SDF-In和SDF-Out對金黃色葡萄球菌生長的作用效果不同，其中麥麩原樣中提取到的SDF-0組分對金黃色葡萄球菌的生長略有抑制作用；而發(fā)酵殘渣中提取的SDF-In組分可增加金黃色葡萄球菌的生長，原因可能是SDF-In組分中含有易于被金黃色葡萄球菌消耗的營養(yǎng)成分。

3 討 論

3.1 茶薪菇發(fā)酵對不溶性膳食纖維品質(zhì)的影響

茶薪菇發(fā)酵后IDF持水、持油能力和吸附膽酸鹽能力顯著提高；此結(jié)果與涂宗財[13]、王宏勛[14]等的研究結(jié)果類似。涂宗財?shù)萚13]用自制的混合菌曲A發(fā)酵豆渣獲取膳食纖維，測定發(fā)酵前后膳食纖維的持水力和吸水性，結(jié)果表明發(fā)酵后膳食纖維持水力提高了20%，吸水性也顯著提高；王宏勛等[14]以藥用真菌為發(fā)酵菌株，發(fā)酵葛根渣制備膳食纖維，發(fā)酵后IDF持水力比發(fā)酵前提高了0.75倍。

茶薪菇發(fā)酵過程中生成淀粉酶、蛋白酶、木聚糖酶和纖維素酶等，其中木聚糖酶和纖維素酶可水解麥麩纖維，使其結(jié)構(gòu)變得疏松，增加其溶脹能力。胡葉碧[12]用纖維素酶和木聚糖酶對玉米皮膳食纖維進行改性，處理后玉米皮纖維表面疏松、形成較多大的空腔和明顯的裂縫，增加了其結(jié)合膽酸鹽、水等的比表面積。

3.2 可溶性膳食纖維種類對其生物活性影響

SDF可增殖乳酸菌，其中SDF-Out效果最好；SDF對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌生長的影響因SDF種類的不同而不同，其中SDF-Out對大腸桿菌的生長有抑制作用，SDF-In可促進大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長。原因是膳食纖維來源不同其茶薪菇多糖含量及種類不同，不同種類的真菌多糖其組成及活性顯著不同[15]，報道稱糖聚合度低的物質(zhì)易被大腸桿菌和金黃色葡萄球菌消耗[16]。

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Effect of Agrocybe chaxingu Fermentation on Physico-chemical Properties and Bioactivitiy of Wheat Bran Dietary Fiber

XIE Chun-yan1，GUO Hong-zhen1，SHI Zhen-xia1，WU Zhi-yan1，GU Zhen-xin2,*
(1. College of Life Sciences, Langfang Normal University, Langfang 065000, China；2. Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Processing and Quality Control, Ministry of Agriculture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

Wheat bran was fermented by Agrocybe chaxingu to prepare insoluble dietary fi ber (IDF) and soluble dietary fi ber (SDF). We comparatively investigated the in vitro effects of dietary fi ber from fermented and non-fermented wheat bran on the growth of intestinal bacteria. After Agrocybe chaxingu fermentation, wheat bran IDF showed an increase in water holding capacity, oil binding capacity and swelling power by 8.85%, 23.70% and 15.21%, respectively. In addition, bile binding capacity was significantly improved. SDFs from fermentation supernatant and residue and non-fermented wheat bran had a proliferative effect on lactic acid bacteria, while SDF from fermentation supernatant inhibited E. coli but no signif i cant effect on Staphylococcus aureus.

dietary fi ber；physico-chemical prosperities；lactic bacteria；E.coli；S. aureus

TS210.1

A

1002-6630(2013)01-0230-04

2011-10-19

廊坊師范學院博士基金項目(LSZB201003)；廊坊市科學技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目(2011012001)

解春艷(1983ü)，女，副教授，博士，研究方向為功能性食品。E-mail：xchunyan@gmail.com

*通信作者：顧振新(1956ü)，男，教授，學士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：guzx@njau.edu.cn