茶薪菇發(fā)酵制備麥麩膳食纖維與阿魏酰低聚糖及其生物活性研究.pdf

1、麥麩是小麥制粉過程中形成的副產(chǎn)物,主要由皮層和部分糊粉層構(gòu)成,富舍纖維素、半纖維素等成分,還含有0.4～0.7％的阿魏酸,且多以共價鍵的形式與細(xì)胞壁多糖連接。因而麥麩可作為制備膳食纖維(Dietary Fibre,DF)和阿魏酰低聚糖(Feruloyloligosaccharides,FOs)的原料。
　　 本研究以麥麩為原料,采用食藥用真菌發(fā)酵法制備膳食纖維和FOs。通過比較食藥用真菌在麥麩培養(yǎng)基中的生長特性、產(chǎn)酶情況及生成膳

2、食纖維和FOs產(chǎn)量,篩選得發(fā)酵菌株；研究培養(yǎng)基成分及發(fā)酵條件對發(fā)酵菌株生成膳食纖維、FOs和胞外酶的影響,確定產(chǎn)酶誘導(dǎo)物及最佳發(fā)酵條件；比較不同發(fā)酵條件下菌株產(chǎn)酶情況,揭示發(fā)酵法制備膳食纖維和FOs的機(jī)理；通過乙醇沉淀和大孔樹脂吸附及柱層析法對FOs分離純化,采用氣相色譜、液相色譜、紅外和質(zhì)譜等方法鑒定FOs的組成及結(jié)構(gòu)；比較發(fā)酵前后不溶性膳食纖維(Insoluble dirtary fibre,IDF)的物理特性,不同來源的可溶性膳食

3、纖維(soluble dietary fibre,SDF)和不同結(jié)構(gòu)的FOs抗氧化、抗腫瘤及其對腸道微生物作用。主要研究結(jié)果如下:
　　 1、比較了平菇、靈芝、茶薪菇等食藥用真菌在麥麩培養(yǎng)基中生長、產(chǎn)酶及生成膳食纖維和FOs的情況.結(jié)果發(fā)現(xiàn),茶薪菇適于發(fā)酵法制備膳食纖維和FOs,經(jīng)該菌發(fā)酵后膳食纖維含量達(dá)68.49％,其中含有19.24％的SDF,FOs產(chǎn)量為35.4μM。
　　 比較了各菌株在麥麩培養(yǎng)基和PDA培養(yǎng)基中

4、的生長速度,結(jié)果表明:食藥用真菌在麥麩培養(yǎng)基中的生長情況優(yōu)于PDA培養(yǎng)基,其中以猴頭菇和平菇最明顯。測定各菌株在麥麩培養(yǎng)基中的產(chǎn)酶情況可知,各菌均能生成淀粉酶、蛋白酶、纖維素C1酶和木聚糖酶等,其中猴頭菇亦可生成阿魏酸酯酶；酶活測定結(jié)果顯示發(fā)酵過程中茶薪菇生成淀粉酶、蛋白酶和纖維素C1酶和木聚糖酶活性高于其他菌株。膳食纖維和FOs產(chǎn)量與纖維素酶和木聚糖酶的相關(guān)性分析表明,膳食纖維產(chǎn)量與β-葡萄糖苷酶活性負(fù)相關(guān)(r=-0.71),FOs產(chǎn)

5、量與木聚糖酶活性正相關(guān)(r=0.912)。
　　 2、比較了氮源和無機(jī)鹽種類對茶薪菇發(fā)酵后膳食纖維品質(zhì)(SDF/(SDF+IDF))的影響,由結(jié)果得知:酵母膏、MgSO4·7H2O和VB1與膳食纖維品質(zhì)顯著正相關(guān)。采用D-Optimal實驗設(shè)計方法研究了上述三基質(zhì)組分添加量對膳食纖維品質(zhì)的影響,結(jié)果表明:隨酵母膏、MgSO4·7H2O和VB1添加量的增大,膳食纖維品質(zhì)先上升后下降,當(dāng)三基質(zhì)組分濃度分別為2.50g/L、1.10

6、g/L和0.14 g/L時,發(fā)酵后膳食纖維品質(zhì)最好,SDF占總膳食纖維的22.3％。
　　 研究了發(fā)酵條件對茶薪菇發(fā)酵后膳食纖維品質(zhì)的影響,結(jié)果顯示,裝液量、pH值、接種量和發(fā)酵溫度與發(fā)酵時間均顯著影響膳食纖維品質(zhì),其中裝液量對膳食纖維品質(zhì)影響呈負(fù)效應(yīng)；pH值和接種量對膳食纖維品質(zhì)的影響趨勢相似,隨pH值和接種量的增大,膳食纖維品質(zhì)先上升后下降最后變化遲緩；發(fā)酵溫度的升高和發(fā)酵時間的延長使膳食纖維品質(zhì)先上升后下降.荼薪菇最佳發(fā)酵

7、條件為:發(fā)酵溫度25℃、裝液量60 mL、pH值5.5、接種量12％和發(fā)酵時間6 d,在該條件下獲得的膳食纖維中含有24.83％的SDF。
　　 比較了培養(yǎng)基及發(fā)酵條件對荼薪菇產(chǎn)酶的影響,結(jié)果表明在優(yōu)化的培養(yǎng)基及發(fā)酵條件下,荼薪菇生成淀粉酶、蛋白酶和纖維素C1酶的活性均顯著高于其他培養(yǎng)基及發(fā)酵條件,在發(fā)酵4 d,淀粉酶分別提高了30％和20％,蛋白酶提高了20％和27％,纖維素C1酶提高了45％。
　　 3、考察了碳源、

8、氮源和金屬離子及表面活性劑種類對茶薪菇生成FOs和木聚糖酶的影響,由結(jié)果得知:在麥麩培養(yǎng)基中添加10 g/L的葡萄糖、10 g/L的乳糖和1 g/L的蛋白胨,可促進(jìn)茶薪菇木聚糖酶的合成,超出上述濃度則抑制茶薪菇木聚糖酶的合成。在設(shè)定范圍內(nèi),FOs產(chǎn)量隨葡萄糖和乳糖添加量的增加而增大,采用Taguchi OA實驗,以木聚糖酶和FOs產(chǎn)量為指標(biāo),經(jīng)Design Expert軟件分析得,茶薪菇發(fā)酵制備FOs的最佳培養(yǎng)基組成為:在50 g/L的

9、麥麩處理液中添加15 g/L的葡萄糖和乳糖及1 g/L的蛋白胨,該培養(yǎng)基組成下,FOs產(chǎn)量和木聚糖酶活達(dá)最大值,分別為0.335mM和1.27 U/mL。
　　 發(fā)酵條件中搖瓶裝液量、發(fā)酵時間對茶薪菇生成木聚糖酶影響顯著,隨裝液量增加,木聚糖酶活性先上升后下降,發(fā)酵時間的延長使木聚糖酶活性先升高后趨于平緩。搖瓶裝液量對FOs產(chǎn)量影響呈負(fù)相關(guān),FOs產(chǎn)量隨pH值升高、接種量增大和發(fā)酵時間的延長先增加后減少。經(jīng)Design Expe

10、rt軟件分析確定茶薪菇發(fā)酵制備FOs的最佳發(fā)酵條件為:搖瓶裝液量90 mL、接種量12％、pH5.5、發(fā)酵時間6 d,在該條件下,FOs產(chǎn)量為0.428 mM。麥麩纖維結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果顯示,發(fā)酵后麥麩纖維縱向及橫向結(jié)構(gòu)斷裂,表層出現(xiàn)褶皺,出現(xiàn)溶解現(xiàn)象,部分結(jié)構(gòu)脫離纖維主體。
　　 4、采用乙醇沉淀、Amberlite XAD-2樹脂吸附和葡聚糖LH-20分離純化FOs,并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析,結(jié)果表明:乙醇濃度大于50％時,可析出FOs

11、,60～90％乙醇析出的FOs對乳酸菌增值效果最佳；再經(jīng)Amberlite XAD-2樹脂吸附和葡聚糖LH-20分離得FOs-1、FOs-2和FOs-3三組分,單糖組成及結(jié)構(gòu)分析表明FOs由木糖、阿拉伯糖和阿魏酸組成,且三組分為不同聚合度的FOs,其中組分FOs-1聚合度為3～6,FOs-2中含有聚合度為2～3的阿魏酰低聚木糖和阿魏酰阿拉伯糖基木糖,FOs-3組分中含有阿魏酰阿拉伯糖和阿魏酰阿拉伯糖基木三糖。
　　 5、荼薪菇發(fā)

12、酵后IDF的持水力、溶脹性和持油力分別比發(fā)酵前提高8.85％、23.13％和15.21％,吸附膽酸鈉、脫氧膽酸鈉和牛磺膽酸鈉的能力均比發(fā)酵前提高10％以上。
　　 SDF和FOs對DPPH自由基抑制率均大于60％,對羥自由基抑制率均達(dá)80％以上:FOs總還原能力高于SDF?？梢?SDF和FOs均具有較強(qiáng)的抗氧化能力。
　　 SDF和FOs對乳酸菌具有顯著增值作用,其中以FOs-2組分和發(fā)酵上清液中提取的SDF效果最好。F

13、Os-2組分可抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長,發(fā)酵上清液中提取的SDF可抑制大腸桿菌的生長。
　　 采用MTT法檢驗了SDF和FOs對人結(jié)腸癌細(xì)胞株HCT-116的抗腫瘤活性,結(jié)果表明,兩種物質(zhì)對腫瘤細(xì)胞均有抑制作用,且FOs的抑制效果優(yōu)于SDF,并以FOs-1組分效果最好。當(dāng)其濃度為1 mg/mL時,抑制率可達(dá)54.7％。發(fā)酵法制得的SDF對腫瘤細(xì)胞的抑制效果顯著高于麥麩原樣中提取的SDF,濃度為1 mg/mL時,抑制率可