青春双歧杆菌代谢低聚木糖机理研究
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第27卷第5期2007年10月林 产 化 学 与 工 业Che m istry and I ndustry of Forest Pr oducts Vol .27No .5Oct .2007研究报告青春双歧杆菌代谢低聚木糖机理研究 收稿日期:2006-10-11 基金项目:国家自然科学基金资助项目(39770601);高等学校博士学科点专项基金(20050298010) 作者简介:张军华(1977-),男,湖北京山人,讲师,博士,主要从事林产生物化学加工的研究 3通讯作者:勇强,硕士生导师,主要从事林产生物化学加工研究。
HANG Jun 2hua 张军华1,勇强23,余世袁2(1.西北农林科技大学林学院,陕西杨凌712100;2.南京林业大学化学工程学院,江苏南京210037)摘 要: 对青春双歧杆菌代谢低聚木糖的动力学行为进行了探讨,同时对青春双歧杆菌代谢低聚木糖时各组分的变化规律及代谢产物进行了研究。
结果表明,青春双歧杆菌代谢低聚木糖48h 后,总糖质量浓度从最初的5.00g/L 降至3.59g/L,菌体质量浓度从0.10g/L 上升至0.35g/L,培养体系的pH 值从7.00降至4.75。
青春双歧杆菌代谢低聚木糖时,首先代谢木二糖至木五糖组分,此后,其分泌的α-L -阿拉伯呋喃糖苷酶将低聚木糖组分中的阿拉伯糖基侧链水解释放,并作为青春双歧杆菌的碳源。
代谢过程中,青春双歧杆菌还能分泌β-D -木糖苷酶作用于低聚木糖的末端,释放出木糖,最终导致木糖在培养体系中累积。
代谢产物分析结果显示,青春双歧杆菌代谢低聚木糖的代谢产物主要有乳酸、乙酸、丙酸和丁酸。
关键词: 双歧杆菌;低聚木糖;有机酸;益生元中图分类号:T Q91;Q53 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2007)05-0001-05Metabolis m of Xyl oolig osaccharides by B ifidobacteriu m adolescentisZ HANG Jun 2hua 1,Y ONG Q iang 2,Y U Shi 2yuan 2(1.College of Forestry,North west Agriculture and Forestry University,Yangling 712100,China;2.College of Che m ical Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China )Abstract:Kinetics of xyl ooligosaccharides (XOS )metabolized by B ifidobacterium adolescentis was investigated,and the compo 2nents of XOS and the main metabolites were analyzed during the metabolis m.The results showed that t otal sugar concentrati on decreased fr om 5.00g/L t o 3.59g/L when XOS was used as s ole carbon s ources for B.adolescentis after 48h metabolis m in vitro ,cell concentrati on increased fr om 0.10g/L t o 0.35g/L and the pH value decreased fr om 7.00t o 4.75.Xyl obi ose t o xyl opentaose were metabolized by B.adolescentis firstly when XOS was used as carbon s ources,after that,arabinose was released fr om arabinosyl gr oup s in XOS m ixture by α2L 2arabinofuranosidases fr om B.adolescentis during the metabolis m,and then arabinose was metabolized ulti m ately .Free xyl ose was accu mulated by releasing fr om the end chain of XOS by β2D 2xyl osidase fr om B.adolescentis .The main metabolites were lactate,acetate,p r op i onate and butyrate .Key words:bifidobacteria;xyl ooligosaccharides;organic acid;p rebi otic双歧杆菌是人体肠道内重要的优势菌群,其对维护人体正常健康起着极其重要的作用。
双歧杆菌定植于回肠和结肠,无毒无害,它能保护宿主免受致病菌侵害,还具有提高免疫力及促进营养物质吸收的功能,同时其代谢产生的有机酸还能抑制肠道内有害菌、病原菌的生长,因此具有维护人体健康的功能。
低聚木糖是一种非消化性的低聚糖,其被服用后能直接到达大肠,被大肠内的双歧杆菌选择性利用,同时促使其增殖,是一种双歧因子[1]。
目前,许多体内外试验初步证实了低聚木糖的益生元功效[2-4],但都未对双歧杆菌代谢低聚木糖的机理进行深入研究。
初步认为,益生元功效至少包括它对双2 林 产 化 学 与 工 业第27卷歧杆菌的增殖及产生的具有生物学活性的代谢产物。
一般而言,双歧杆菌代谢糖类产生的主要代谢产物是短链脂肪酸和乳酸等有机酸,其中短链脂肪酸主要是乙酸、丙酸、丁酸。
短链脂肪酸对宿主有着重要的生理功能,它有调节肠道菌群、维持体液和电解质的平衡、给宿主提供能量、给肠道上皮细胞提供营养等功能。
本研究以人体肠道内最主要的益生菌青春双歧杆菌为菌种,采用体外模拟试验对其代谢低聚木糖的动力学行为进行了探讨,同时对其代谢低聚木糖时各组分的变化规律及代谢产物进行了分析,以期为证实低聚木糖的益生元功效提供理论依据。
1 材料与方法1.1 低聚木糖里氏木霉(Trichoder m a reesei )Rut C30以玉米芯为碳源制备木聚糖酶,用其定向酶解玉米芯木聚糖后获得木聚糖酶解液,酶解液经超滤和反渗透等预处理后得到低聚木糖,将其浓缩至所需浓度后备用。
1.2 菌种青春双歧杆菌(B ifidobacterium adolescentis )AT CC 15703,严格厌氧菌,由中国食品发酵工业研究院工业微生物菌种保藏中心提供。
1.3 培养基及双歧杆菌的体外培养培养基的配制及双歧杆菌的体外培养见文献[5]。
1.4 分析方法1.4.1 还原糖质量浓度的测定 采用3,5-二硝基水杨酸(DNS )法[6]。
1.4.2 双歧杆菌代谢产物分析 采用高效液相色谱(HP LC )法分析样品中的乳酸、乙酸、丙酸、丁酸。
将需分析试样经10000r/m in 离心10m in,上清液经0.45μm 滤膜过滤后用于HP LC 分析。
色谱仪为W aters HP LC 246-E,分析柱为B i o -Rad Am inex HPX -87H (7.8mm ×300mm ),以经超声波脱气的0.005mol/L 的H 2S O 4溶液为流动相,流速0.6mL /m in,柱温50℃,示差折光检测。
1.4.3 其它分析方法 总还原糖的测定、低聚木糖的分析及菌体质量浓度的测定见文献[5]。
2 结果与讨论2.1 青春双歧杆菌代谢低聚木糖的历程以青春双歧杆菌为菌种,以5g/L 的低聚木糖为碳源,初始pH 值7.0,在37℃恒温厌氧培养箱中培养,青春双歧杆菌代谢低聚木糖的历程见图1。
图1 青春双歧杆菌代谢低聚木糖的历程 Fig .1 Ti m e course of cultivati on of B.adolescentis on xyl ooligosaccharides 从图1可以看出,青春双歧杆菌代谢低聚木糖30h后,培养液中总糖质量浓度从最初的5.00g/L 降至3.59g/L 。
其中,前18h 总糖消耗速率达到了0.074g/(L ・h ),18～30h 期间平均消耗速率为0.006g/(L ・h ),还不到前12h 平均消耗速率的十分之一。
前18h 青春双歧杆菌菌体增殖迅速,18h 后菌体质量浓度从最初的0.10g/L 增至0.35g/L,这与前18h 总糖质量浓度的迅速降低相对应。
培养前期,青春双歧杆菌代谢低聚木糖产生了大量乳酸、乙酸和丙酸,导致培养体系pH 值在前12h 内迅速降低,之后进入相对平稳期,30h 后培养液的pH 值从最初的7.00降为4.75。
从图1还可以看出,培养液中总糖质量浓度的降低与菌体质量浓度的增加及培养体系pH 值的降低之间相关性较好。
在前18h 总糖质量浓度快速下降的同时,菌体质量浓度的增加及培养体系pH 值的降低均较迅速,18h 后总糖的消耗、菌体质量浓度的增加及培养体系第5期张军华,等:青春双歧杆菌代谢低聚木糖机理研究3pH值的下降均趋于缓和。
青春双歧杆菌代谢低聚木糖30h后的残糖质量浓度为3.59g/L,介于其代谢木糖和葡萄糖30h后的残糖质量浓度4.25～0.91g/L之间(数据未列出)。
此外,青春双歧杆菌代谢低聚木糖30h内获得的最大菌体质量浓度为0.35g/L,介于以木糖和葡萄糖为碳源时获得的最大菌体质量浓度0.13～0.51g/L。
这说明青春双歧杆菌代谢低聚木糖的能力强于其代谢木糖的能力,但较葡萄糖差。
徐勇等[7]曾对低聚木糖增殖青春双歧杆菌的规律进行了研究。
结果表明,5.00g/L的低聚木糖能在30h内将青春双歧杆菌增殖5.42倍,18h后培养体系pH值从最初的7.00降至4.62。
此结果和本试验中将青春双歧杆菌增殖3.49倍,体系pH值降至4.64的结果相类似。
由于本试验中种母年龄较大,种母活力偏低,导致培养过程中菌体质量浓度的最大值偏低,残糖质量浓度偏高。
2.2 青春双歧杆菌代谢低聚木糖时糖组分的变化青春双歧杆菌代谢低聚木糖的过程中,低聚木糖各组分的变化可采用Am inex HPX-42A色谱柱进行HP LC分析,青春双歧杆菌代谢低聚木糖0、12、24和30h后的HP LC图谱见图2。
图2 青春双歧杆菌代谢低聚木糖不同时间的HP LC图谱Fig.2 HP LC chr omat ogram s of xyl ooligosaccharides metabolized by B.adolescentis after different ti m es 从图2可以看出,青春双歧杆菌代谢低聚木糖过程中,低聚木糖各单一组分含量有所减少,而单糖含量变化趋势不尽相同。
