益生菌菌株生長(zhǎng)與來自不同來源的果聚糖的聚合程度和結(jié)構(gòu)相關(guān)
研究簡(jiǎn)介:果聚糖作為益生元，對(duì)健康有益，因此是功能食品行業(yè)的重要因素。益生元被定義為不可消化的食品成分，通過選擇性刺激結(jié)腸中一種或有限數(shù)量細(xì)菌的生長(zhǎng)和/或活性，從而有益于宿主，從而改善宿主健康。果糖是無支鏈或支鏈果糖寡聚體或聚合物，主要以β-2,1和β-2,6-連接的混合型，對(duì)于人類的腸道來說是不可消化的。研究人員應(yīng)用制備色譜法將菊苣的直鏈菊粉型（β-2,1連接）果聚糖和龍舌蘭的支鏈混合型（β-2,1和β-2,6連接）果聚糖分離成具有不同DPS的餾分，并結(jié)合使用Bioscreen全自動(dòng)生長(zhǎng)曲線分析儀確定了所選益生菌菌株的生長(zhǎng)曲線。通過獲得的生長(zhǎng)曲線證實(shí)了所有果聚糖（不論是較高的dp和較低的分支度）都表現(xiàn)出顯著的生長(zhǎng)促進(jìn)作用。嗜酸乳桿菌和副干酪乳桿菌CRL431快速使用了與dp無關(guān)的餾分，而其他菌株（即路氏乳桿菌））不使用或僅緩慢使用高dp分?jǐn)?shù)。大多數(shù)菌株將果聚糖裂解為較小的單位，然后攝入細(xì)胞。該研究發(fā)現(xiàn)可能對(duì)改進(jìn)益生元制劑的開發(fā)做出重大貢獻(xiàn)。
應(yīng)用Bioscreen全自動(dòng)生長(zhǎng)曲線分析儀研究不同類型的益生菌在不同聚合度的果糖生長(zhǎng)曲線，益生菌的生長(zhǎng)曲線是使用Bioscreen全自動(dòng)生長(zhǎng)曲線分析儀根據(jù)濁度測(cè)量（OD600）得出的。首先制備新鮮的過夜培養(yǎng)物并測(cè)定細(xì)胞密度。計(jì)算最終開始的OD600為(0.1)的單元數(shù)量值。將益生菌放在補(bǔ)充有0.5 g/L半胱氨酸鹽酸鹽的PBS中洗滌3次，然后重懸于無碳水化合物來源的MRS-培養(yǎng)基中。陰性對(duì)照在無糖的條件下孵育，樣品在Bioscreen蜂窩板中以1％碳水化合物存在，最終體積為200μL。將Bioscreen蜂窩板在37°C下培養(yǎng)48小時(shí)，搖勻15秒后每小時(shí)測(cè)一次OD600。所有樣品均以不同濃度一式三份進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算平均值并繪制出相關(guān)生長(zhǎng)曲線圖。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：菊苣菊酯型果聚糖和龍舌蘭混合果聚糖對(duì)7個(gè)益生菌菌株的濁度測(cè)定和對(duì)其在瓊脂板上培養(yǎng)確證顯示出明顯的益生作用。較低聚合度和/或明顯分支特性的果聚糖增加了益生菌的生長(zhǎng)。這也說明確定生長(zhǎng)誘導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)很重要，因?yàn)榈秃透呔酆隙龋╠p）的果聚糖組合可能更適用于快速誘導(dǎo)益生菌的生長(zhǎng)，但是要持續(xù)到遠(yuǎn)端結(jié)腸區(qū)域。菊粉型直鏈果聚糖通常在細(xì)胞外裂解為單糖或雙糖在發(fā)酵之前，混合型果聚糖被一些益生菌吸收并在細(xì)胞內(nèi)裂解。細(xì)胞內(nèi)裂解是優(yōu)選的，因?yàn)橹挥邢鄳?yīng)的益生菌才可以使用果聚糖源。在細(xì)胞外切割的情況下，形成的單糖和二糖也可以被其他菌株使用。
圖1。（A）副干酪乳桿菌SSP的生長(zhǎng)曲線。副干酪乳桿菌CRL431，（B）嗜酸乳桿菌（C）鼠李糖乳桿菌GG，（D）羅伊氏乳桿菌，（E）副干酪乳桿菌ssp和副干酪乳桿菌DSM 20312，（F）動(dòng)物雙歧桿菌，和（G）副干酪乳桿菌亞種。在無糖（對(duì)照）0.5％果糖和0.5％來自不同聚合度dp的龍舌蘭果聚糖餾分中的生長(zhǎng)情況。從圖中可看出所有施用的果聚糖在所有測(cè)試菌株上均顯示出顯著的生長(zhǎng)增強(qiáng)，差異取決于益生菌菌株以及果聚糖的分子結(jié)構(gòu)和果糖的聚合度（dp）。通常dp越低，益生菌的誘導(dǎo)生長(zhǎng)越快。
圖2、（A）副干酪乳桿菌ssp和副干酪乳桿菌CRL431，（B）嗜酸乳桿菌，（C）鼠李糖乳桿菌GG，（D）羅伊氏乳桿菌，（E）副干酪乳桿菌ssp和副干酪乳桿菌DSM 20312，（F）動(dòng)物雙歧桿菌，和（G）副干酪乳桿菌亞種和副干酪DN114001在沒有糖（對(duì)照），0.5％的存在果糖和0.5％從具有不同的聚合度菊粉中的生長(zhǎng)曲線。從圖中可以看出，在所有5種菊粉組分的存在下，嗜酸乳桿菌生長(zhǎng)良好。而鼠李糖乳桿菌GG可以使用所有菊粉，但是菊粉來源的使用高度依賴于dp。
圖3、（A）益生菌達(dá)到最大OD 600值一半的時(shí)間[h]等于中等有效時(shí)間ET 50[h]；所有樣品的最終濃度為0.5％（n=3）。（B）時(shí)間[h]，與果糖相比，此時(shí)間后最大OD 600值增加20％（n=3）。從圖表中可以看出對(duì)于所有益生菌菌株，達(dá)到葡萄糖最大半數(shù)OD 600的時(shí)間（ET 50）最低（3至9小時(shí)），其次是果糖（5至11小時(shí)）。
圖4。聚合度(dp n)與生長(zhǎng)促進(jìn)的相關(guān)性：（A）嗜酸乳桿菌，（B）副干酪乳桿菌。副干酪乳桿菌CRL431，（C）鼠李糖乳桿菌GG和（D）副干酪乳桿菌ssp和副干酪乳桿菌DSM 20312（i）聚合度(dp n)和ET 50的相關(guān)性；（ii）果糖存在下dp n與最大OD 600值增加20％的時(shí)間相關(guān)性。灰色圓圈代表龍舌蘭果聚糖，黑色菱形代表菊粉果類型的果聚糖。
圖5、益生菌對(duì)低聚果糖的降解可達(dá)dp(10)值：（A）副干酪乳桿菌ssp和副干酪乳桿菌CRL431，（B）嗜酸乳桿菌，（C）鼠李糖乳桿菌GG，（D）羅伊氏乳桿菌，（E）副干酪乳桿菌ssp。副干酪乳桿菌DSM 20312，（F）動(dòng)物雙歧桿菌，和（G）副干酪乳桿菌亞種和副干酪乳桿菌亞種DN114001。Raftiline®和Raftilose®可以確定所有降解模式。然而對(duì)于Metlos®，只有少數(shù)模式可以量化，而對(duì)于Metlin®，由于分支結(jié)構(gòu)，樣品根本無法量化。
總結(jié)：果糖作為益生元，因其對(duì)健康的有益作用，是功能食品行業(yè)的重要因素。然而到目前為止，尚未完全闡明結(jié)構(gòu)和聚合度（dp）對(duì)其益生元作用的影響。本論文的研究人員通過對(duì)果聚糖降解模式的闡明有助于解釋益生菌使用具有不同dp的果聚糖的能力。研究人員使用全自動(dòng)生長(zhǎng)曲線分析儀Bioscreen獲得選擇的益生菌菌株在非支鏈菊苣菊粉和龍舌蘭果聚糖的不同dps樣品中的生長(zhǎng)曲線，獲得了益生菌的生長(zhǎng)曲線圖進(jìn)一步證實(shí)了所有果聚糖（不論是較高的dp和較低的分支度）都表現(xiàn)出對(duì)益生菌的顯著生長(zhǎng)促進(jìn)作用。研究發(fā)現(xiàn)嗜酸乳桿菌和副干酪乳桿菌CRL431快速使用了與dp無關(guān)的餾分，而其他菌株（即路氏乳桿菌）不使用或僅緩慢使用高dp分?jǐn)?shù)。大多數(shù)菌株將果聚糖裂解為較小的單位，然后攝入細(xì)胞。該研究發(fā)現(xiàn)可能對(duì)改進(jìn)益生元制劑的開發(fā)做出重大貢獻(xiàn)。這也說明全自動(dòng)生長(zhǎng)曲線分析儀在食品研發(fā)方面具有非常好的應(yīng)用前景。
芬蘭Bioscreen全自動(dòng)微生物生長(zhǎng)曲線分析儀
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