茶薪菇发酵对麦麸膳食纤维品质和生物活性的影响

解春艳，郭红珍，史振霞，吴智艳，顾振新*

(1.廊坊师范学院生命科学学院，河北 廊坊 065000；2.南京农业大学 农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室，江苏 南京 210095)

茶薪菇发酵对麦麸膳食纤维品质和生物活性的影响

解春艳1，郭红珍1，史振霞1，吴智艳1，顾振新2,*

(1.廊坊师范学院生命科学学院，河北 廊坊 065000；2.南京农业大学 农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室，江苏 南京 210095)

采用茶薪菇发酵麦麸制得不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维，研究不溶性膳食纤维的物理特性和可溶性膳食纤维对肠道内微生物作用。结果表明：发酵后不溶性膳食纤维的持水能力、溶胀性、持油能力分别比发酵前提高了8.85%、23.70%和15.21%，对胆酸盐吸附能力显著提高；可溶性膳食纤维(SDF)对乳酸菌生长有增殖作用，其中发酵上清液的SDF可抑制大肠杆菌的生长而对金黄色葡萄球菌生长影响不明显。

膳食纤维；物理特性；乳酸菌；大肠杆菌；金黄色葡萄球菌

膳食纤维(dietary fiber，DF)是指能抗人体小肠消化吸收的，在人体大肠内能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其类似物的总和[1]，是继碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素、矿物质和水之后的第七大营养素[2]。DF的制备及其生物活性研究成为现今研究热点，报道[3-4]称DF具有较强的持水、持油能力，能螯合消化道中的胆固醇、卟啉和重金属，阻止致癌物的产生；可控制体质量、通便和预防癌症等[5-7]；此外，DF还可改善肠道微生物菌群[2]。但食用菌发酵获得DF的物理特性及其对肠道微生物作用报道较少，且可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber，SDF)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等有害菌生长影响的研究未见报道。本研究以茶薪菇发酵获得的不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber，IDF)和SDF为研究对象，比较发酵前后IDF的持水、持油等物理特性；SDF对乳酸菌等微生物生长的影响，这将为发酵法制备膳食纤维的利用及膳食纤维功能食品的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和乳酸菌均由南京农业大学食品科技学院农产品加工与贮藏实验室保藏；牛肉膏(生化试剂) 上海化学试剂有限公司；酵母浸出粉、蛋白胨(生化试剂)、葡萄糖(分析纯) 南京化学试剂有限公司；硫酸锰、硫酸镁、胆酸钠、脱氧胆酸钠、牛磺胆酸钠(分析纯) 中国医药集团(上海)化学试剂公司。

1.2 仪器与设备

Model 550多孔自动酶标仪 美国Bio-Rad公司；HYG-A全温摇瓶柜 太仓市实验设备厂；FA/JA型电子天平 上海精密科学仪器有限公司；2004型恒温水浴锅常州国华电器有限公司；UV-2802紫外-可见分光光度计美国尤尼科公司；Orion 818型pH测试仪 美国奥立龙公司；LDZX-40AI立式自动压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂；SJ-CT-1B型超净工作台 上海金山净化配件厂。

1.3 方法

1.3.1 培养基配制

1.3.1.1 培养大肠杆菌和金黄色葡萄球菌用培养基

种子及发酵培养基：LB液体培养基(g/L)：牛肉膏5、蛋白胨10、NaCl 5，pH7.2；斜面保藏和平板培养基：LB固体培养基，在LB液体培养基组成中添加15～20g/L琼脂。

1.3.1.2 培养乳酸菌用培养基

种子及发酵培养基：MRS液体培养基(g/L)：牛肉蛋白粉10、鱼肉汁10、酵母浸出汁粉5、葡萄糖20、醋酸钠5、柠檬酸二铵2、吐温-80 0.1、硫酸镁0.58、硫酸锰0.28，调节pH值至6.2～6.4；斜面保藏和平板培养基：MRS固体培养基，在MRS液体培养基组成中添加15～20g/L琼脂。

1.3.2 膳食纤维的制备

茶薪菇发酵物经离心后获得上清液和培养残渣。上清液用乙醇沉淀后复溶、经Savag试剂去除蛋白质，经冷冻干燥后获得发酵上清液的SDF(SDF-Out)；培养残渣粉碎后按1:5比例加蒸馏水，于95℃热水浸提1h，4000r/min离心15min后上清液用乙醇沉淀，沉淀物复溶，采用上述除蛋白方法去除蛋白杂质，经冷冻干燥后获得发酵残渣中的SDF(SDF-In)；未发酵的麦麸培养基，添加适量蒸馏水，于95℃热水浸提1h，离心后除蛋白、冷冻干燥后获得原料中的SDF(SDF-0)。发酵后麦麸基质和未发酵麦麸样品经热水提取去除可溶性成分后，残渣再用淀粉酶和蛋白酶除去残留淀粉与蛋白质，各酶添加量参照谢碧霞等[2]方法，水洗、烘干后获得IDF。

1.3.3 大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和乳酸菌的母种培养

1.3.3.1 大肠杆菌活化及母种培养

挑取1环大肠杆菌保藏菌种，用划线法接种至斜面保藏培养基中，于37℃培养至斜面长满菌落为止，需36h，活化结束；挑取2环活化后的菌株，接种至种子培养基，于37℃培养24h，待用。

1.3.3.2 金黄色葡萄球菌的活化及母种培养

挑取1环金黄色葡萄球菌保藏菌株，用划线法接种至斜面保藏培养基中，于37℃培养至斜面长满菌落为止，需48h，活化完成；挑取2环活化后的菌株，接种至种子培养基，于37℃培养36h，待用。

1.3.3.3 乳酸菌的活化及母种培养

挑取1环乳酸菌保藏菌株，用划线法接种至斜面保藏培养基中，于30℃培养至斜面长满菌落为止，需48h，活化完成；挑取2环活化后的菌株，接种至种子培养基，于30℃培养48h，待用。

1.3.4 指标测定与方法

1.3.4.1 不溶性膳食纤维物理特性

持水性：参照邵佩兰等[8]方法；持油性：参照Sangnark等[9]方法；溶胀性：参照Robertson等[10]方法；胆酸盐体外吸附：取10mL一定浓度的胆酸盐(胆酸钠、脱氧胆酸钠、牛磺胆酸钠)溶液于50mL磨口锥形瓶中，准确加入1g IDF，于37℃恒温振荡器中振荡，1h后10000r/min离心分离10min，测定上清液中胆酸盐浓度；胆酸盐含量测定参照贺继东等[11]方法。

1.3.4.2 可溶性膳食纤维对肠道微生物生长的影响

分别称取SDF-0、SDF-In和SDF-Out于LB和MRS液体培养基中，配成质量浓度为5mg/mL的含药培养基，分装在试管中(10mL/管)。灭菌冷却后，于LB培养基中接种大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，接种乳酸菌至MRS培养基中，接种量分别为体积分数5%(菌浓为1h108CFU/mL)。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌置于空气浴摇床中，37℃、130r/min培养；乳酸菌于30℃静置培养；取样后于波长610nm处测定细菌培养液的吸光度。对照组培养基为LB和MRS培养基，接种及培养同上。

2 结果与分析

2.1 发酵麦麸不溶性膳食纤维的物理特性

2.1.1 持水、持油及溶胀性

由表1可知，发酵后IDF的持水、溶胀和持油力分别比发酵前提高了8.85%、23.70%和15.21%，说明麦麸经茶薪菇发酵可改善其膳食纤维物理特性，这与茶薪菇发酵过程中生成的酶有关，在纤维素酶和木聚糖酶的作用下，麦麸膳食纤维结构疏散，其吸附特性提高[12]。持水和持油力的大小与膳食纤维在肠道中的代谢调节作用有关，吸附能力大可束缚肠道内油脂，使其随粪便排出，减少其在体内的吸收。持水和持油力的提高，可增加其对胆酸盐的吸附，由此推知发酵后IDF吸附胆酸盐能力提高。

2.1.2 对胆酸盐的吸附

表 2 不溶性膳食纤维对胆酸盐吸附能力Table 2 Bile salt binding capacity of IDF from fermented and nonfermented wheat bran

由表2可知，茶薪菇发酵后IDF对胆酸钠、脱氧胆酸钠和牛磺胆酸钠等胆酸盐的吸附能力显著提高，对各胆酸盐的吸附量分别比发酵前提高了1.32、2.12、1.12μmol/g，与物理特性推测结果一致。

2.2 发酵麦麸可溶性膳食纤维对肠道微生物的作用

2.2.1 对乳酸菌生长的影响

图 1SDF对乳酸菌生长的影响Fig.1Effect of SDF on the growth of lactic acid bacteria

由图1可知，SDF-0、SDF-In和SDF-Out均可促进乳酸菌对数生长期的生长，在稳定期时菌体数量显著高于对照组，又以SDF-In和SDF-Out的样品中，乳酸菌数量居高。由此说明，源于麦麸或经茶薪菇发酵获得的SDF均对乳酸菌生长具有促进作用，且经茶薪菇发酵后效果更明显。

2.2.2 对大肠杆菌生长的影响

图 2 SDF对大肠杆菌生长的影响E.coliFig.2 Effect of SDF on the growth of

由图2可知，SDF-Out对大肠杆菌生长具有显著抑制作用，SDF-0对大肠杆菌生长影响不显著，而SDF-In促进了大肠杆菌的生长。由此可知，经茶薪菇发酵后，不同来源的SDF对大肠杆菌生长影响明显不同，其中源于茶薪菇发酵上清液的SDF具有较强的抑制大肠杆菌作用，源于麦麸SDF无明显作用，源于发酵残渣的SDF促进了大肠杆菌的生长。原因是发酵液经茶薪菇发酵后其含有可利用糖显著降低，不含有大肠杆菌可利用的糖类，而其中的茶薪菇多糖可能具有抑制大肠杆菌生长的作用；发酵残渣(SDF-In)中含有大量的茶薪菇菌体，在提到的SDF中含有可为大肠杆菌生长的营养成分，进而促进了大肠杆菌的生长。

2.2.3 对金黄色葡萄球菌生长的影响

图 3 SDF对金黄色葡萄球菌生长的影响Fig.3 Effect of SDF on the growth of S.aureus

由图3可知，SDF-0、SDF-In和SDF-Out对金黄色葡萄球菌生长的作用效果不同，其中麦麸原样中提取到的SDF-0组分对金黄色葡萄球菌的生长略有抑制作用；而发酵残渣中提取的SDF-In组分可增加金黄色葡萄球菌的生长，原因可能是SDF-In组分中含有易于被金黄色葡萄球菌消耗的营养成分。

3 讨 论

3.1 茶薪菇发酵对不溶性膳食纤维品质的影响

茶薪菇发酵后IDF持水、持油能力和吸附胆酸盐能力显著提高；此结果与涂宗财[13]、王宏勋[14]等的研究结果类似。涂宗财等[13]用自制的混合菌曲A发酵豆渣获取膳食纤维，测定发酵前后膳食纤维的持水力和吸水性，结果表明发酵后膳食纤维持水力提高了20%，吸水性也显著提高；王宏勋等[14]以药用真菌为发酵菌株，发酵葛根渣制备膳食纤维，发酵后IDF持水力比发酵前提高了0.75倍。

茶薪菇发酵过程中生成淀粉酶、蛋白酶、木聚糖酶和纤维素酶等，其中木聚糖酶和纤维素酶可水解麦麸纤维，使其结构变得疏松，增加其溶胀能力。胡叶碧[12]用纤维素酶和木聚糖酶对玉米皮膳食纤维进行改性，处理后玉米皮纤维表面疏松、形成较多大的空腔和明显的裂缝，增加了其结合胆酸盐、水等的比表面积。

3.2 可溶性膳食纤维种类对其生物活性影响

SDF可增殖乳酸菌，其中SDF-Out效果最好；SDF对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生长的影响因SDF种类的不同而不同，其中SDF-Out对大肠杆菌的生长有抑制作用，SDF-In可促进大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长。原因是膳食纤维来源不同其茶薪菇多糖含量及种类不同，不同种类的真菌多糖其组成及活性显著不同[15]，报道称糖聚合度低的物质易被大肠杆菌和金黄色葡萄球菌消耗[16]。

[1] 李建文, 杨月欣. 膳食纤维定义及分析方法研究进展[J]. 食品科学, 2007, 28(2): 350-355.

[2] 谢碧霞, 李安平. 膳食纤维[M]. 北京: 科学出版社, 2006: 7-9.

[3] GUILLON F, CHAMP M. Structural and physical properties of dietary fi bres, and consequences of processing on human physiology [J]. Food Research International, 2000, 33(3/4): 233-245.

[4] TROWELL H. Def i nition of dietary fi ber and hypotheses that it is a protective factor in certain diseases[J]. American Journal of Clinical Nutrition, 1976, 29(4): 417-427.

[5] SLAVIN J L. Dietary fi ber and body weight[J]. Nutrition, 2005, 21(3): 411-418.

[6] ROLLS B J, ELLO-MARTIN J A, TOHILL B C. What can intervention studies tell us about the relationship between fruit and vegetable consumption and weight management?[J]. Nutrition Reviews, 2004, 62(1): 1-17.

[7] 李来好. 海藻膳食纤维的提取、毒理和功能特性的研究[D]. 青岛:中国海洋大学, 2005.

[8] 邵佩兰, 李雯霞, 徐明. 不同提取方法对麦麸膳食纤维特性的影响[J]. 食品科技, 2003(11): 98-100.

[9] SANGNARK A, NOOMHORM A. Effect of particle sizes on functional properties of dietary fi bre prepared from sugarcane bagasse [J]. Food Chemistry, 2003, 80(2): 221-229.

[10] ROBERTSON J A, MONREDON F D, DYSSELER P, et al. Hydration properties of dietary fi ber and resistant starch: a European collaborative study[J]. Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie, 2000, 33(2): 72-79.

[11] 贺继东, 夏文水, 张家骊. 壳聚糖吸附胆酸盐的研究[J]. 食品工业科技, 2008, 29(2): 80-83.

[12] 胡叶碧. 改性玉米皮膳食纤维的酶法制备及其降血脂机理研究[D].无锡: 江南大学, 2008.

[13] 涂宗财, 李金林, 江菁琴, 等. 微生物发酵法研制高活性大豆膳食纤维的研究[J]. 食品工业科技, 2005, 26(5): 49-52.

[14] 王宏勋, 王岩岩, 毛一兵, 等. 粉葛渣膳食纤维生物改性研究[J]. 食品工业科技, 2007, 28(7): 104-106.

[15] WANG H X, NG T B, LIU W K, et al. Polysaccharide-peptide complexes from the cultured mycelia of the mushroom Coriolus versicolor and their culture medium activate mouse lymphocytes and macrophages[J]. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 1996, 28(5): 601-607.

[16] 谷鸿喜, 陈锦英. 医学微生物学[M]. 2版. 北京: 北京大学医学出版社, 2009.

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

廊坊师范学院博士基金项目(LSZB201003)；廊坊市科学技术研究与发展计划项目(2011012001)

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

*通信作者：顾振新(1956ü)，男，教授，学士，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail：guzx@njau.edu.cn