摘 要：為了比較農(nóng)業(yè)生產(chǎn)型林業(yè)中的木聚糖，使用木聚糖RmXyn10A的兩種變體，只有源自海洋紅嗜熱鹽菌的全長酶和催化模塊，對硬木（樺木）木聚糖和谷物（黑麥）阿拉伯木聚糖進行水解。用含有水解產(chǎn)物的低聚木糖（XOS）作為碳源，培養(yǎng)4種精選的細菌菌種，結(jié)果顯示了短乳桿菌DSMZ 1264和青春雙歧桿菌ATCC 15703出現(xiàn)選擇性生長。這兩種菌株被證實可利用低聚木糖組分（DP 2 -5）；而來自黑麥阿拉伯木聚糖水解產(chǎn)物的假定阿拉伯低聚木糖僅能被青春雙歧桿菌利用。大腸桿菌不能生長，但能在單糖阿拉伯糖和木糖上生長。研究還表明，小片球菌（Pediococcus parvulus）2.6株既不能利用木糖，也不能利用低聚木糖進行生長?？傊?，RmXyn10A或其催化模塊證實可用于硬木木聚糖和谷物阿拉伯木聚糖的高溫水解，產(chǎn)生XOS，因此能在功能性食品中充當(dāng)益生元。

關(guān)鍵詞：黑麥阿拉伯木聚糖；GH10木聚糖酶；短乳桿菌；青春雙歧桿菌；低聚木糖

中圖分類號：S816.75 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-0769（2014）02-0008-06

由于生物質(zhì)在能源、化學(xué)品和食品生產(chǎn)領(lǐng)域中的未來需求，生物質(zhì)利用是現(xiàn)今人們普遍關(guān)注的話題。因此，令人感興趣的是開發(fā)相差技術(shù)來改善目前對生物質(zhì)資源利用不充分的現(xiàn)狀，如半纖維素。木聚糖是半纖維素最常見的類型，是由線性β-1，4-木糖主鏈和不同程度的短側(cè)鏈構(gòu)成的非均質(zhì)聚合物；其結(jié)構(gòu)和成分因植物的來源、部位、年齡以及其純化加工方法的不同而各異。硬木所含的主要半纖維素幾乎相同，為O-乙?；?4-O-甲基葡萄糖醛酸-β-D-木聚糖，有時也稱為甲基葡萄糖醛酸木聚糖（acetylglucuronoxylan）。來自草類植物（含谷物）的異質(zhì)木聚糖具有與β-1，4-木糖殘基相同的主鏈，但通常有更多分支。此外，該側(cè)鏈含有大量的L-阿拉伯糖殘基，它可能與其它糖類同時出現(xiàn)，如木糖和半乳糖，或與阿魏酸或香豆酸同時出現(xiàn)。這些取代基隨機出現(xiàn)在聚合物中，使未被取代的木聚糖向外擴展。在評估木聚糖加工對環(huán)境的影響時，較之化學(xué)試劑而言，由于控制催化作用可行，因此，木聚糖酶發(fā)生酶片斷化更有利于環(huán)境，能限制副產(chǎn)品的形成，無需使用刺激性化學(xué)品，符合綠色化學(xué)前景。木聚糖酶屬于糖苷水解酶（Glycoside Hydrolases，GH），由于其通常易于處理，且無需輔因子，因而在工業(yè)上極具吸引力。木聚糖酶（EC 3.2.1.8）可根據(jù)不同的GH家族進行分類，如GH5、GH7、GH8、GH10、GH11、GH43，取決于不同酶的序列和結(jié)構(gòu)相似度。GH10和GH11由具有內(nèi)切-1，4-β木聚糖酶活性的酶支配，能對主鏈中1，4-β-D-木糖苷鍵的隨機水解進行催化。包括GH43在內(nèi)的一些GH家族還聚集著外作用酶，如木糖苷酶（EC 3.2.1.37），能在木聚糖聚合物的非還原端對末端的木糖殘基進行連續(xù)水解，或在GH8中發(fā)現(xiàn)的外木聚糖酶（EC 3.2.1 0.156），能對除去低聚木聚糖還原端的終端木糖進行催化。以往的研究表明，木聚糖酶攜帶的碳水化合物結(jié)合模塊（Carbohydrate-Binding Module，CBM）能對木質(zhì)纖維素底物的水解產(chǎn)生顯著影響，可能依賴于酶和底物的種類和復(fù)雜程度。為了獲得低聚糖，只有內(nèi)切木聚糖酶才合適，因為它們對木聚糖聚合物更隨機的作用將產(chǎn)生多種低聚糖產(chǎn)物。如果該作用在高于室溫的環(huán)境下進行，耐熱木聚糖內(nèi)切酶能得到使用。酶解反應(yīng)在較高的溫度下進行有許多好處，因為這樣的反應(yīng)條件會提高底物的溶解性，降低其粘度，如果考慮處理工藝，這樣做也能減少酶處理步驟之前的冷卻成本，并減少處理時微生物污染的風(fēng)險。由于高溫能促進酶滲透和細胞壁的降解，因此，耐熱酶的變體在處理農(nóng)作物或原木等資源時具有優(yōu)勢。

在對谷物木聚糖，尤其是來自小麥的那些木聚糖，進行水解處理時產(chǎn)生的阿拉伯木寡糖（AXOS）和低聚木糖（XOS），最近已作為新的不易消化的低聚糖得到研究。這些低聚糖已得到廣泛的評估，且安全可食用，并通過動物和人的試驗證實對健康有益。通過實驗室條件和自然條件下的發(fā)酵實驗，多項研究證實它們具有益生元功能，表明低聚糖的發(fā)酵促進了益生菌的生長速度。

益生菌是一種進入結(jié)腸中存活的微生物，它們在結(jié)腸中發(fā)揮出對宿主健康有益的作用，并已證明通過提高抗菌物質(zhì)的分泌來平衡腸道菌群，以調(diào)節(jié)宿主的免疫系統(tǒng)。乳酸桿菌和雙歧桿菌被公認為是益生菌的代表菌種。它們的存在能抑制不需要或有害的（病原）細菌，減少許多結(jié)腸疾病的風(fēng)險，如炎癥性腸?。↖nflammatory Bowel Disease，IBD）、急性潰瘍性結(jié)腸炎和節(jié)段性回腸炎（克羅恩氏病，Crohn’s disease）。此外，據(jù)稱，動物總體健康狀況受結(jié)腸健康狀態(tài)的影響。最近的多項研究表明，乳酸桿菌和雙歧桿菌的優(yōu)選菌株能發(fā)酵源自木聚糖的寡糖。如果青春雙歧桿菌在XOS上的生長速度高于在構(gòu)成的單糖木糖上的速度，那就證明低聚木糖對青春雙歧桿菌有巨大的生長促進作用。許多研究表明，雙歧桿菌還能利用AXOS，并且能切割阿拉伯糖側(cè)鏈的數(shù)種酶已得到鑒定。然而，仍不清楚的是某些乳酸桿菌菌種是否真的能發(fā)酵AXOS。人們對鑒定利用XOS的乳酸菌新菌株和找到生產(chǎn)XOS的新辦法仍感興趣。在進行生長研究時，并沒有很多研究對從復(fù)雜的水解混合物中吸收單個低聚糖進行分析。

在這項研究中，源自硬木（樺木）和谷物（黑麥）的兩種木聚糖模型被用作利用耐熱聚糖酶（RmXyn10A）進行酶解反應(yīng)的底物，以獲取一系列的低聚木糖。這些原料用GH10家族的RmXyn10A進行處理，在溫度高于80 ℃產(chǎn)生活性，分別從硬木和谷物的木聚糖中獲得XOS和AXOS。該木聚糖酶的兩個變體被作為水解的生物催化劑進行評估：一個變體由2個主要結(jié)合木聚糖的CBMs在內(nèi)的5個模塊組成，構(gòu)成完整原酶長度，另一個變體組成了該酶的獨立催化模塊（Catalytic Module，CM）。酶處理后得到的水解產(chǎn)物被用作生長試驗的碳源。如上所述，AXOS被認為具有益生元的功能，而源自硬木的木聚糖酶的水解產(chǎn)物XOS較少得到研究。本研究中用于測試水解產(chǎn)物生長情況的三種益生菌/假定性益生元菌菌株分別為小片球菌、青春雙歧桿菌和短乳桿菌。根據(jù)假定性促健康型乳酸菌胞外多糖的生成，以及人類服用含有小片球菌和雙岐桿菌屬菌種協(xié)調(diào)細胞培養(yǎng)物的燕麥奶后表現(xiàn)出膽固醇降低的情況選擇小片球菌2.6。病原菌對照實驗組還使用了腸道菌群中不太受歡迎的細菌——大腸桿菌。

1 原料與方法

1.1 耐熱木聚糖酶的制備

來自海洋紅嗜熱鹽菌的木聚糖酶Xyn10A和來自相同酶的獨立催化模塊（CM），其生產(chǎn)方法是利用大腸桿菌BL21（DE3）在添加了氨芐青霉素的Luria-Bertani（LB）培養(yǎng)基中進行分批培養(yǎng)，并在對數(shù)中期階段用IPTG進行誘導(dǎo)。細胞顆粒在結(jié)合緩沖液中再次懸浮，并在5 min的間隔按5×5 min的方法用超聲波在冰上進行裂解。裂解細胞在20 min內(nèi)在離心力5 500 g下的離心，然后用70 ℃水浴進行熱處理30 min，部分純化耐熱木聚糖酶。正如其它文章介紹的那樣，熱處理后，含有組氨酸標(biāo)記的木聚糖酶的上清液，用固定化金屬離子親和層析法進行純化。咪唑則作為洗脫緩沖液。洗脫的蛋白在20 mM磷酸鈉緩沖液、pH值為7.5、氣溫為4 ℃的情況下進行夜間透析（20 kDa）。木聚糖溶液的純度用SDS-PAGE（瑞典Bio-Rad公司）和12.5 %的丙烯酰胺進行測定。木聚糖酶的總濃度和酶活性在報告條件下用二喹啉蛋白測定法（德國Sigma公司）和二硝基水楊酸阻止法進行測定。按照含1 %木聚糖的20 mM、pH 7.5的磷酸鈉緩沖溶液中規(guī)定濃度的木糖標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線對木聚糖酶的活性進行評估。木聚糖酶的活性以每摩爾木聚糖酶釋放還原木糖殘基[katal（mol/s）]表示。

1.2 木聚糖和阿拉伯木聚糖的水解

來自樺木X 0502（德國Sigma公司）的木聚糖含90 %以上的木糖，來自黑麥粉 P-RAXY（愛爾蘭Megazyme公司）含90 %的碳水化合物（阿拉伯糖38 %、木糖59 %、3 %其它糖），經(jīng)純凈的木聚糖內(nèi)切酶變體水解。利用溶解在pH 7.5磷酸鈉緩沖液、濃度為10 g/L的樺木木聚糖或黑麥粉阿拉伯木聚糖中60 nM木聚糖酶，在70 ℃活躍狀態(tài)下進行水解反應(yīng)的計時研究。反應(yīng)結(jié)束后在頭6 h內(nèi)按2 h的時間間隔進行采樣，24 h后再進行一次采樣。采集的樣本按下文的HPAEC-PAD法進行分析。用于分批培養(yǎng)實驗的XOS水解物用相同的方法準(zhǔn)備，但須在超純水（Milli-Q）中進行，這樣，反應(yīng)在4 h后終止。為了中止木聚糖內(nèi)切酶的活性，立即將樣本浸入沸水30 min，并在室溫下進行冷卻，然后將它們注入圓底燒瓶進行冷凍干燥。

1.3 水解的木聚糖和阿拉伯木聚糖的分析

水解的樺木木聚糖和黑麥阿拉伯基木聚糖中的寡糖，用高效陰離子交換色譜—脈沖安培檢測法（High-Performance Anion Exchange Chromatography With Pulsed Amperometric Detection，HPAEC-PAD）進行分析：使用同材料內(nèi)徑250 mm×4 min，8.5 μm的CarboPac PA100柱和同材料50 mm×4 mm（美國Dionex公司）的保護柱，恒定100 mM NaOH的流動相（1 mL/min），10～160 mM和160～400 mM的梯度醋酸鈉溶液0～20 min和20～ 25 min。阿拉伯糖（瑞士Fluka公司）、木糖（德國Merck公司）、木二糖、木三糖、木四糖和木五糖（Megazyme公司）的樣品使用10 μL注射劑來確定色譜的峰值。在分析和與這些樣品進行比較前用超純水稀釋。

1.4 細菌菌株和生長介質(zhì)

用于測試水解木聚糖發(fā)酵能力的細菌菌株是青春雙歧桿菌ATCC15703、短乳桿菌DSMZ1264、小片球菌2.6和大腸桿菌BL21（美國Novagen公司）。青春雙歧桿菌、短乳桿菌、小片球菌和大腸桿菌都是用葡萄糖作為碳源進行兩次預(yù)培養(yǎng)。

青春型雙歧桿菌在37 ℃下接種于雙歧桿菌媒介中。該媒介含12.5 g酪蛋白胨、胰蛋白酶消化液、6.25 g酵母抽提物、6.25 g肉汁、6.25 g細菌大豆胨、2.5 g的K2PO4、0.25 g的MgSO4·7H2O、0.0 625 g的MnSO4·H2O、6.25 g的NaCL氯化鈉和每升含1.25 mL吐溫80。向此溶液中加入5 mL刃天青（25 mg/100 mL）溶液和50 mL鹽水，鹽水中含有0.25 g的CaCl2·H2O，0.5 g的MgSO4·7H2O，1 g的KH2PO4，10 g的NaHCO3，2 g的NaCl。隨后將該媒介煮沸，并在N 2氣體中冷卻。加入半胱氨酸，濃度達到0.625 g/L，并用NaOH調(diào)節(jié)到pH 6.8。

在37 ℃的厭氧條件下，短乳桿菌大MRS液體培養(yǎng)基（pH 6.7）中厭氧培養(yǎng)。

在30 ℃下，小片球菌大MRS培養(yǎng)基（pH 5.2）厭氧培養(yǎng)。在這種情況下，接種培養(yǎng)物在紅霉素存在的情況下生長，維持胞外多糖制備質(zhì)粒（EPS質(zhì)粒）。

大腸桿菌首先在LB瓊脂培養(yǎng)基上劃線接種，并在37 ℃下培養(yǎng)。隨后，單菌落轉(zhuǎn)移到以葡萄糖為碳源的新鮮mAT培養(yǎng)基中，并在37 ℃下進行有氧培養(yǎng)。然后，細胞轉(zhuǎn)移到新鮮mAT培養(yǎng)基中，當(dāng)細胞已經(jīng)達到早期穩(wěn)定期時，它們在不同的碳源條件下于37 ℃進行厭氧培養(yǎng)。

相應(yīng)的碳源——阿拉伯糖、葡萄糖和木糖為過濾器，通過0.22 μm過濾器進行殺菌，而黑麥阿拉伯木聚糖（RAX）、水解的黑麥阿拉伯木聚糖（H-RAX）、樺木木聚糖（BX）和水解的樺木木聚糖（H-BX）在121 ℃下 分別進行15 min的高壓滅菌。在培養(yǎng)開始時，將無菌碳源加入到相應(yīng)的培養(yǎng)基中，根據(jù)總糖或水解產(chǎn)物濃度，以5 mg/mL的濃度進行無碳源制備。對所有菌株而言，無碳源的介質(zhì)還用于陰性對照。

培養(yǎng)試驗的所有介質(zhì)——肉汁和瓊脂，在121 ℃經(jīng)15 min的高壓滅菌。所有用于厭氧生長的培養(yǎng)介質(zhì)將含有氮氣的厭氧管伸入介質(zhì)中取代其中的氧氣而進行脫氧氣。然后，所有將厭氧管用金屬瓶蓋封閉，并在121 ℃下經(jīng)15 min高壓滅菌。隨后，在用于實驗前將它們在4 ℃下保存。

1.5 分批發(fā)酵試驗

青春雙歧桿菌、短乳桿菌和小片球菌分別在各自的培養(yǎng)基中預(yù)接種24 h，大腸桿菌則預(yù)接種7 h，然后將培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到新鮮的培養(yǎng)基中進行厭氧分批發(fā)酵試驗。接種培養(yǎng)基中的細胞顆粒，以3 200 g的離心力離心15 min，進行收集，隨后用0.9 %的鹽水漂洗2次。

接種物占總體積的2 %（體積/體積），但小片球菌除外，后者占培養(yǎng)物的4 %（體積/體積）。青春雙歧桿菌、短乳桿菌和大腸桿菌的厭氧培養(yǎng)在37 ℃下培養(yǎng)72 h，而小片球菌則在30 ℃下培養(yǎng)72 h，此溫度是這種菌株的最佳生長溫度。每一個發(fā)酵試驗中，每一種碳源均用兩根試管，其中一根試管是對照試管，不含碳源。每根試管的總?cè)莘e為10 mL：8 mL為制備的培養(yǎng)基，2 mL為加入的碳水化合物底物或作為對照的無菌水。

細胞培養(yǎng)物在72 h內(nèi)以每隔24 h的間隔進行采樣，對其生長、pH值和碳源的利用情況進行分析。細胞密度作為細菌生長的量度標(biāo)準(zhǔn)，通過在620 nm處測量光密度（OD）來確定。分別取200 μL青春雙歧桿菌、短乳桿菌和大腸桿菌培養(yǎng)物的樣本，用一塊微量培養(yǎng)板測定它們的生長情況，而小片球菌則用Biowave Ⅱ紫外-可見分光光度計（英國Biochrom公司）和一個1 mL的小玻璃管測定其生長速度。倍比稀釋和總平板計數(shù)（CFU/mL）用來確認72 h時的小片球菌生長量。測定pH值以評估培養(yǎng)基中的產(chǎn)酸量。細菌在不同碳水化合物來源條件下的碳水化合物利用能力用HPAEC-PAD測定。

2 結(jié)果和討論

2.1 木聚糖酶活性測定

RmXyn10A是一種模塊化的GH10木聚糖酶，源自海洋紅嗜熱鹽菌。純合的RmXyn10A變體FL，即全長酶和CM，也就是說是一個帶有唯一催化模塊的構(gòu)建體，首次得到了分析，以比較它們活性的最佳值，以及在樺木木聚糖和黑麥粉阿拉伯木聚糖底物上的特殊活性。

以樺木木聚糖為底物，對該木聚糖酶變體在pH 7.5的最佳溫度下進行測定。根據(jù)先前僅使用催化模塊進行測定的結(jié)果，RmXyn10A的全長和催化模塊產(chǎn)生活性的最佳溫度為80 ℃（圖1）。

之前的熱失活實驗表明，該催化模塊在此溫度下半衰期為100 min，而在70 ℃下24 h內(nèi)完全穩(wěn)定。為了用木聚糖底物進行長時間培養(yǎng)且不會喪失活性，本試驗決定在70 ℃進行。此外，據(jù)證實，滅活該酶的所用方法已得到證實，本試驗中是CM，在木聚糖（煮沸30 min，然后高壓滅菌）水解后，導(dǎo)致酶完全失活。在煮沸后，酶的活性約殘留15 %，而高壓滅菌使木聚糖酶完全滅活。

對硬木木聚糖和谷物阿拉伯木聚糖的特殊活性在全長酶（FL）和70 ℃時的CM進行測定，結(jié)果在兩個底物上處于相同的范圍。全長酶的活性略高（樺木木聚糖為106±3 kat/mol，黑麥粉阿拉伯木聚糖為109±3 kat/mol），而CM的活性略低（樺木木聚糖為71±2 kat/mol，黑麥粉阿拉伯木聚糖為93±3 kat/mol）。然而，不同底物的活性差異很小，表明在FL上的CBMs作用有限。盡管FL的活性略高，我們決定繼續(xù)只研究CM，因為CM更容易生產(chǎn)，并具有較高的熱穩(wěn)定性。

2.2 水解產(chǎn)物的組成和XOS水解物的制備

CM和FL在低程度的聚合作用（DP）范圍（未給出數(shù)據(jù)）內(nèi)會產(chǎn)生相同的水解產(chǎn)物模式，刺激持續(xù)使用唯一的一種酶變體。下一個試驗只使用CM。

因此，使用兩種濃度的CM進行時間進程研究，以監(jiān)控寡糖的產(chǎn)生。如圖2A和3A所示，木四糖（X4）和木五糖（X5）首先形成，隨后進一步降解成木三糖（X3）、木二糖（X2）和木糖（X）。

這表明，X2是樺木木聚糖水解的最終產(chǎn)物，X3、X2和X緩慢降解產(chǎn)生有限的X，這一結(jié)果與先前對該酶的研究數(shù)據(jù)一致，表明可水解的最小XOS底物為X3。值得注意的還有圖2A中12～15 min的峰值，這很可能是XOS被4-O-甲基葡萄糖醛酸取代的結(jié)果。黑麥粉阿拉伯木聚糖被水解成XOS和AXOS的混合物（圖2B和3B）。水解之后無法顯著檢測到游離的阿拉伯糖（圖3B），這表明這種酶不能水解黑麥粉阿糖基木聚糖上的阿拉伯糖側(cè)鏈。相反，一些阿拉伯糖在溫度升高時得到釋放。根據(jù)木糖在水解數(shù)據(jù)時程（圖3）的形成，選擇4 h作為生長試驗制備水解底物的反應(yīng)時間。

用HPAEC-PAD方法對生長試驗中4 h水解產(chǎn)物的每一部分的寡糖數(shù)量（表1）進行分析。在水解的樺木木聚糖中，XOS的總含量為20 %，而水解的黑麥粉阿糖基木聚糖中，XOS的總含量為3.3 %；然而，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，被阿拉伯糖取代的AXOS（圖2B）還沒有進行量化。這意味著，水解的黑麥粉阿糖基木聚糖中的寡糖總含量被低估。

選擇比該酶最高活性的溫度低10 ℃，可以使水解進行數(shù)小時而不會使酶的失活（圖1），結(jié)果產(chǎn)生較低的酶量，將有助于降低該工藝的成本。

例如，產(chǎn)生的水解產(chǎn)物與先前報道的寡糖組成一致，寡糖是來自棘孢曲霉的木聚糖第10家族發(fā)生水解后獲得的產(chǎn)物。因此，RmXyn10A專門水解木聚糖骨架，不會改變代替的阿拉伯糖殘基。實際上，以前的研究表明，大多數(shù)木糖酶第10家族能攻擊替代殘基非還原端的木糖苷鍵，在替代殘基之后使第3個木糖苷鍵分開。對RmXyn10來說，同一范圍的還原糖從黑麥粉阿糖基木聚糖和樺木木聚糖獲得，這表示酶在這兩種底物中能以大致相同的程度到達木聚糖骨架，但來自樺木木聚糖的XOS產(chǎn)量較高，表明在很大程度上，這種底物包含非替代的木糖殘基。使用RmXyn10A的另一個好處是水解過程中產(chǎn)生相對少量的單糖木糖。由于使用黑麥和樺木的木聚糖作底物，RmXyn10的兩種變體FL和CM產(chǎn)生相似的產(chǎn)物和水解速度。RmXyn10A的CBM似乎對水解過程的結(jié)果不起作用。

2.3 XOS水解產(chǎn)物上精選的腸道細菌的生長

分批發(fā)酵實驗的結(jié)果表明，XOS水解產(chǎn)物由青春雙歧桿菌和短乳桿菌發(fā)酵，OD值上升，pH值下降，而未經(jīng)處理的聚合木聚糖經(jīng)任何菌株都無法發(fā)酵（表2），結(jié)果與以前的研究一致。在一項采用青春雙歧桿菌相同菌株的研究中，XOS與葡萄糖相比生長更快，這是因為在其發(fā)酵實驗中XOS的濃度更高。正如預(yù)料的那樣，大腸標(biāo)菌可發(fā)酵的既不是水解的木聚糖，也不是聚合木聚糖，證實了在XOS水解產(chǎn)物上通過大腸桿菌對益生菌菌株進行選擇。大腸桿菌可發(fā)酵單糖阿拉伯糖和木糖，但盡管大腸桿菌無法在XOS水解產(chǎn)物上生長，因為阿拉伯糖和木糖都無法大量存在（表1）。所有用于測試發(fā)酵葡萄糖的菌株，用于正調(diào)節(jié)的碳源，以及小片球菌在其它任何碳源上都無法顯著生長。

用HPAEC-PAD法在發(fā)酵48 h（圖4和表4）后測定碳水化合物的利用，證實了表2的結(jié)果，青春雙歧桿菌和短乳桿菌消耗水解木聚糖中的XOS，而小片球菌不消耗（表4）。

HPAEC-PAD分析的色譜圖也表明，在用短乳桿菌和青春雙歧桿菌水解黑麥粉阿基木聚糖時，AXOS發(fā)酵模式存在差異（圖4B和D）。雖然兩種菌株都使用非替代的XOS，但只有青春雙歧桿菌使用阿拉伯糖替代的AXOS。青春雙歧桿菌也能利用阿拉伯糖單糖，它不由短乳桿菌進行發(fā)酵（表3）。有趣的是，對短乳桿菌來說，木糖和XOS與葡萄糖相比，能促進生長達到更高的程度，而其它研究已表明，如果同時加入同一種混合物中，葡萄糖與木糖的發(fā)酵程度相同，或葡萄糖比木糖的發(fā)酵程度甚至更高。

有關(guān)小片球菌的基因組信息目前還無法獲得。然而，對小片球菌屬（乳酸片球菌、戊糖片球菌、克氏片球菌）現(xiàn)有的基因組的基因編碼GHs進行篩選，表明以推測的方式給木聚糖酶或木糖苷酶進行編碼的基因只存在于乳酸片球菌（GH3和GH43），這表明在這個種類的細菌中不利用XOS要比利用XOS更常見。

同樣的結(jié)論對于乳酸桿菌來說也有效。以前進行的一項研究發(fā)現(xiàn)只有部分乳酸桿菌菌株利用XOS，據(jù)報道，除了現(xiàn)在研究中所使用的短乳桿菌之外，沒有一種測試的乳酸桿菌在發(fā)酵期間利用XOS。我們的數(shù)據(jù)表明，黑麥水解產(chǎn)物（3.3 % XOS）和樺木水解產(chǎn)物（20 % XOS）中的短乳桿菌生長受到促進，但假定的AXOS組分沒有得到利用。這些結(jié)果表明了分析的重要性，如果使用木聚糖，寡糖確實被試驗的菌株所利用，因為以前曾經(jīng)報道過短乳桿菌在含AXOS的水解產(chǎn)物上生長。然而，我們認為，以前研究中的短乳桿菌只利用XOS組分，據(jù)推測XOS也存在于水解產(chǎn)物中。然而，黑麥粉阿基木聚糖水解產(chǎn)物中的AXOS組分被青春雙歧桿菌所利用，根據(jù)以前的論文，預(yù)計其也能在這種底物上生長。所使用的這兩種底物之間的差異表明，非替代XOS要比AXOS更能促進更大范圍的益生菌生長。

迄今為止，還沒有短乳桿菌吸收XOS的模型，然而，雙歧桿菌已計劃了一種機制。預(yù)計青春雙歧桿菌和動物雙歧桿菌乳亞種能通過ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運載體（ATP-Binding Cassette transporter，ABC）型的糖類轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，將XOS（和AXOS）運送穿過細胞膜，這種系統(tǒng)能輸入各種寡糖，寡糖進一步被胞內(nèi)酶水解。源自青春雙歧桿菌的相關(guān)特定酶似乎缺乏信號肽，這一事實證實了寡糖的細胞內(nèi)水解。

至今，短乳桿菌中只有幾種木聚糖降解酶具有特征，短乳桿菌中的AXOS不發(fā)生水解還沒有立刻得到確認，因為基因組中存在假定能編碼木聚糖酶/木糖苷酶（GH3和GH43）和阿拉伯呋喃糖酶（GH51）編碼基因。然而，專業(yè)化的確認需要基因產(chǎn)物的特點，因為GH3和GH43中的單個酶的活性情況可能各不相同。目前，只能推測短乳桿菌中的AXOS沒有得到利用可能是吸收系統(tǒng)差異的結(jié)果，也可能是短乳桿菌的底物專一性所致。對短乳桿菌中的GH進一步研究對于解釋其低聚木糖發(fā)酵能力是個有趣的課題?！酢?/p>

原題名：Xylooligosaccharides from Hardwood and Cereal Xylans Produced by a Thermostable Xylanase as Carbon Sources for Lactobacillus brevis and Bifidobacterium adolescentis（英文）

原作者：Peter Falck、Suthsiri Precha-Atsawanan和Carl Grey等（瑞士隆德大學(xué)化學(xué)系）