劉玉輝,王瑞芳,安曉萍,王 園,劉 娜,楊艷平,齊景偉

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,內(nèi)蒙古自治區(qū)草食家畜飼料工程技術(shù)研究中心,內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

我國是農(nóng)業(yè)大國,玉米是我國最主要的農(nóng)作物之一,與小麥、水稻并稱為我國三大糧食作物,其年產(chǎn)量可達(dá)2億多噸。玉米芯是玉米穗脫粒后的穗軸,屬于玉米的副產(chǎn)物,其年產(chǎn)量可達(dá)4000萬噸[1],主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。在工業(yè)上,玉米芯主要作為生產(chǎn)糠醛和木糖醇的原料[2],而在畜牧業(yè)上,由于其適口性差,且營養(yǎng)物質(zhì)不易消化吸收,因此應(yīng)用較少[3]。大部分玉木芯被直接作為燃料焚燒,或被丟棄,造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染,因此對玉米芯進(jìn)行深度開發(fā)利用具有極其重要的意義。

多糖是由10個(gè)以上單糖通過糖苷鍵連接到一起的大分子聚合物,在生物體內(nèi)廣泛存在,尤其是在植物體內(nèi)。大量研究發(fā)現(xiàn),植物多糖參與機(jī)體各種生命活動(dòng),具有多種生物學(xué)功能,如抗腫瘤、消炎殺菌、降血壓、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力等[4]。研究證實(shí)玉米芯多糖具有抗凝血[5-6]、抗氧化和抗菌活性等生物作用,具有較大的研究和開發(fā)價(jià)值[7]。玉米芯中有大量的粗纖維(54.5%),能被提取出來的多糖很少,很多研究發(fā)現(xiàn)對玉米芯進(jìn)行處理,可以增加玉米芯多糖的提取率,如丁存寶等[8]利用響應(yīng)面優(yōu)化超聲波輔助法提取玉米芯中多糖,顯示經(jīng)超聲波輔助處理后玉米芯多糖提取率可達(dá)7.19%,含量達(dá)到71.9 mg/g。已報(bào)道的玉米芯中多糖或木聚糖的提取方法有酸提法[9]、堿提法[10]、雙氧水預(yù)處理法[11]、超聲波輔助法[8]和菌酶協(xié)同發(fā)酵法[12],采用微生物發(fā)酵技術(shù)能夠利用微生物的發(fā)酵作用,破壞植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),使植物細(xì)胞壁中的多糖及其它生物活性物質(zhì)較大程度的同步溶出,從而提高其產(chǎn)量及生物活性。

本實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn)通過微生物發(fā)酵處理后麩皮[13-14]和玉米芯[12]中多糖含量明顯升高,且發(fā)酵后的多糖具有較高的抗炎和抗氧化活性。因此,本研究擬在前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上研究發(fā)酵菌種、輔料種類、纖維素酶、料液比、發(fā)酵溫度及發(fā)酵時(shí)間對玉米芯中多糖含量的影響,獲得最佳發(fā)酵工藝;同時(shí)分析發(fā)酵與未發(fā)酵玉米芯中提取多糖的單糖組成,并評(píng)價(jià)其體外益生活性,研究玉米芯多糖組分與其活性的關(guān)系,本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果將為提高玉米芯多糖的提取效率和深度開發(fā)利用玉米芯資源提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米芯 購買于市場,干燥粉碎過40目篩;枯草芽孢桿菌CGMCC 1.892(BacillussubtilisCGMCC 1.892)、釀酒酵母CGMCC 2.119(SaccharomycescerevisiaeCGMCC 2.119)、植物乳桿菌CGMCC1.2437(LactobacillusplantarumCGMCC1.2437)和嗜熱鏈球菌CGMCC 1.2471(StreptococcusthermophilesCGMCC 1.2471) 中國微生物菌種保藏中心;營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基、MRS肉湯培養(yǎng)基 廣東環(huán)凱微生物科技有限公司;木糖、半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸、巖藻糖、D-核糖 分析純,美國Sigma;濃硫酸、苯酚、無水乙醇、三氯甲烷、正丁醇 天津市匯杭化工科技有限公司。

SW-CJ超凈工作臺(tái) 上海新苗醫(yī)療器械;GX2型智力光照培養(yǎng)箱 寧波東南儀器有限公司;QYC-200恒溫培養(yǎng)搖床 上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī) 湖南湘儀儀器開發(fā)有限公司;微孔板分光光度計(jì) 美國伯騰儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 菌懸液的制備

1.2.1.1 釀酒酵母菌懸液制備 將甘油冷凍保存的釀酒酵母菌接種到麥芽汁瓊脂固體培養(yǎng)基,37 ℃活化48 h,挑選一株生長良好且形狀規(guī)則的釀酒酵母菌落接種到麥芽汁液體培養(yǎng)基中,接菌量為5%,放在28 ℃,120 r/min的搖床中培養(yǎng)24 h進(jìn)行復(fù)壯,從中吸取菌懸液到新的麥芽汁液體培養(yǎng)基中,放在28 ℃、120 r/min的搖床中培養(yǎng)24 h,再吸取菌懸液到新的麥芽汁液體培養(yǎng)基中相同條件下進(jìn)行培養(yǎng)24 h,重復(fù)一次,此時(shí)菌懸液菌體濃度為108cfu/mL[11]。

1.2.1.2 枯草芽孢桿菌菌懸液制備 將甘油冷凍保存的枯草芽孢桿菌接種到營養(yǎng)肉湯瓊脂固體培養(yǎng)基,37 ℃活化24 h,挑選一株生長良好形狀規(guī)則的枯草芽孢桿菌落,接種到營養(yǎng)肉湯液體培養(yǎng)基中,放在36 ℃、120 r/min的搖床中培養(yǎng)24 h進(jìn)行復(fù)壯,從中吸取菌懸液到新的營養(yǎng)肉湯液體培養(yǎng)基中,放在36 ℃、120 r/min的搖床中培養(yǎng)24 h,再吸取菌懸液到新的營養(yǎng)肉湯液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)24 h,重復(fù)一次此時(shí)菌懸液菌體濃度為108cfu/mL[11]。

1.2.2 發(fā)酵條件的篩選

1.2.2.1 發(fā)酵菌種對玉米芯多糖含量的影響 將添加10%麩皮的玉米芯滅菌后分別接種8%釀酒酵母菌懸液、8%芽孢枯草桿菌菌懸液及4%釀酒酵母菌懸液+4%芽孢枯草桿菌菌懸液混合進(jìn)行發(fā)酵處理,料水比1∶1.5 (g/mL),發(fā)酵溫度35 ℃,發(fā)酵時(shí)間96 h,烘干粉碎用于多糖提取及含量測定,以多糖含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選最優(yōu)發(fā)酵菌種。

1.2.2.2 輔料種類對玉米芯多糖含量的影響 在玉米芯中分別添加10%的豆粕、10%的麩皮及5%豆粕+5%麩皮,混合均勻后滅菌,接種8%芽孢枯草桿菌菌懸液,料水比1∶1.5 (g/mL),發(fā)酵溫度35 ℃,發(fā)酵時(shí)間96 h,烘干粉碎用于多糖提取及含量測定,以多糖含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選最佳輔料種類。

1.2.2.3 纖維素酶添加量對玉米芯多糖含量的影響 在玉米芯中加入10%麩皮混勻滅菌,再分別加入0(空白對照組)、500、1000、1500和2000 U/g的纖維素酶,接種8%芽孢枯草桿菌菌懸液,料水比1∶1.5 (g/mL),發(fā)酵溫度35 ℃,發(fā)酵時(shí)間96 h,烘干粉碎,用于多糖提取及含量測定,以多糖含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選最適纖維素酶添加量。

1.2.2.4 發(fā)酵料水比對玉米芯多糖含量的影響 在玉米芯中加入10%麩皮混勻滅菌,加500 U/g的纖維素酶,接種8%芽孢枯草桿菌菌懸液,料水比分別為1∶1、1∶1.25、1∶1.5、1∶1.75 (g/mL),發(fā)酵溫度35 ℃,發(fā)酵時(shí)間96 h,烘干粉碎,用于多糖提取及含量測定,以多糖含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選最適料水比。

1.2.2.5 發(fā)酵時(shí)間對玉米芯多糖含量的影響 在玉米芯中加入10%麩皮混勻滅菌,添加500 U/g的纖維素酶,接種8%芽孢枯草桿菌菌懸液,料水比為1∶1.25 (g/mL),發(fā)酵溫度分別為35 ℃,分別發(fā)酵0、48、72、96、120 h,烘干粉碎,用于多糖提取及含量測定,以多糖含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選最適發(fā)酵時(shí)間。

1.2.2.6 發(fā)酵溫度對玉米芯多糖含量的影響 在玉米芯中加入10%麩皮混勻滅菌,添加500 U/g的纖維素酶,接種8%芽孢枯草桿菌菌懸液,料水比為1∶1.25 (g/mL),發(fā)酵溫度分別為33、35、37、39 ℃,發(fā)酵時(shí)間96 h,烘干粉碎,用于多糖提取及含量測定,以多糖含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選最適發(fā)酵溫度。

1.2.3 玉米芯多糖的提取 發(fā)酵后的玉米芯于45 ℃烘箱中烘干,粉碎,稱取1 g料添加20 mL蒸餾水,于80 ℃水浴鍋中熱水浸提40 min,取出后流水冷卻,5000 r/min,離心15 min,棄沉淀,留上清待測[15]。

1.2.4 多糖含量的測定(苯酚-硫酸法) 以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品,采用苯酚硫酸法測定多糖含量[16],具體測定步驟為取1 mL稀釋適宜倍數(shù)的玉米芯上清液,加入1 mL蒸餾水,再加入1 mL 6%苯酚溶液,然后加5 mL濃硫酸混勻,室溫冷卻20 min后,取200 μL加入到96孔酶標(biāo)板中,使用酶標(biāo)儀在490 nm下測定吸光度值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算多糖含量,標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為y=0.3099x-0.0091,y代表糖的濃度(mg/mL),x代表吸光度值,相關(guān)系數(shù)R2=0.9989。

玉米芯多糖含量計(jì)算公式:

式中:A代表玉米芯多糖含量,mg/g;c代表稀釋液多糖濃度,mg/mL;D代表稀釋倍數(shù);V代表上清液體積,mL;m代表玉米芯質(zhì)量,g。

1.2.5 Sevage法去蛋白及醇沉粗多糖方法 在40 g/L的多糖溶液中按照其體積的0.2%加入中性蛋白酶,攪拌后40 ℃酶解1.5 h(用自封袋封口),沸水浴10 min使酶失活,冷卻后5000 r/min,離心10 min。取上清液與sevage試劑(三氯甲烷∶正丁醇4∶1)按照體積比3∶1混合[17],使用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?0 min,之后5000 r/min,離心15 min,取上清再按體積比3∶1加入Sevage試劑重復(fù)上述步驟兩次,以去除多糖溶液中殘留的蛋白質(zhì)。

將去蛋白后的多糖溶液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)濃縮,濃縮后的多糖溶液用80%的乙醇沉淀12 h,5000 r/min,離心10 min,棄上清,留沉淀,冷凍干燥48 h后備用。

1.2.6 玉米芯粗多糖的單糖組成分析 分別稱取發(fā)酵和未發(fā)酵的玉米芯醇沉后粗多糖2 mg,加入0.5 mL濃度為2 mol/L三氟乙酸,120 ℃水解120 min,使用氮吹儀吹干。用單糖標(biāo)準(zhǔn)品配制成10 mg/mL溶液,取5 μL各個(gè)單糖標(biāo)品溶液,加入0.5 mL濃度為2 mol/L三氟乙酸中,與樣品同時(shí)在120 ℃下水解120 min,并使用氮吹儀吹干。向吹干后得到的樣品中加入0.5 mL甲醇溶液(0.5 mol/L)和0.5 mL NaOH溶液(0.3 mol/L),混勻后在70 ℃水浴條件下反應(yīng)30 min。冷卻至室溫,加入0.3 mol/L 鹽酸0.5 mL中和。用0.5 mL氯仿反復(fù)萃取3次,5000 r/min離心5 min,取上清液,經(jīng)0.22 μm 微孔濾膜過濾后待HPLC分析。

HPLC條件:SHISEIDO C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),流動(dòng)相A為0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH7.0);流動(dòng)相B為乙腈水溶液(82∶18,v/v);流速為1.0 mL/min;柱溫25 ℃;進(jìn)樣量10 μL;采用VWD測器在245 nm處檢測[18]。

1.2.7 發(fā)酵玉米芯粗多糖的益生活性評(píng)價(jià) 將甘油冷凍保存的植物乳桿菌或嗜熱鏈球菌菌種接種到MRS肉湯瓊脂固體培養(yǎng)基37 ℃活化48 h,挑選一株生長良好且形狀規(guī)則的菌落,接種到MRS肉湯液體培養(yǎng)基中,36 ℃、靜置厭氧培養(yǎng)24 h,取菌懸液備用。實(shí)驗(yàn)以無碳水化合物的MRS培養(yǎng)基作為基礎(chǔ)培養(yǎng)基,設(shè)置三個(gè)處理組,分別為在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加a:20 mg/mL的葡萄糖,b:10 mg/mL葡萄糖和10 mg/mL的發(fā)酵玉米芯醇沉粗多糖混合,c:10 mg/mL葡萄糖和10 mg/mL的未發(fā)酵玉米芯醇沉粗多糖混合。所有培養(yǎng)基均121 ℃滅菌20 min,冷卻后分別接種1%植物乳桿菌或嗜熱鏈球菌菌懸液,36 ℃靜置厭氧培養(yǎng),每隔2 h在600 nm處測定培養(yǎng)基的OD值,以相對0 h處OD值的增長量繪制不同處理組中植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌的生長曲線。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)表示,采用 SAS 9.2 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行ANOVA單因素方差分析,并用Duncan’s法進(jìn)行多重比較,P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵菌種對玉米芯多糖含量的影響

如圖1所示,接種8%枯草芽孢桿菌組玉米芯中多糖含量顯著高于其他三個(gè)處理組(P<0.05),且4%釀酒酵母+4%枯草芽孢桿菌聯(lián)合發(fā)酵組玉米芯中多糖含量顯著高于接種8%釀酒酵母組(P<0.05),但與未加菌組相比無顯著差異(P>0.05)。由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,枯草芽孢桿菌是玉米芯發(fā)酵的最適菌種,可顯著提高玉米芯中多糖的含量(P<0.05),這可能是由于枯草芽孢桿菌在進(jìn)行生理活動(dòng)過程中代謝產(chǎn)生的多種酶類如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等[19]對玉米芯產(chǎn)生降解作用,使得玉米芯多糖含量增加。因此,后期實(shí)驗(yàn)中通過接種8%的枯草芽孢桿菌進(jìn)行玉米芯發(fā)酵。

圖1 發(fā)酵菌種對玉米芯多糖含量的影響Fig.1 Effects of fermentation strains on polysaccharide contents of corn cob 注:不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);圖2～圖7同。

2.2 添加不同輔料對發(fā)酵玉米芯中多糖含量的影響

如圖2所示,與無輔料添加組相比,玉米芯中添加10%麩皮作為輔料進(jìn)行發(fā)酵顯著提高了玉米芯中多糖的含量(P<0.05),而添加10%豆粕組與添加5%豆粕和5%麩皮組玉米芯中多糖含量無顯著提高(P>0.05)。由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,添加10%麩皮作為輔料進(jìn)行玉米芯發(fā)酵可使多糖含量顯著提高(P<0.05),這可能是麩皮的營養(yǎng)價(jià)值更加豐富[20],一定程度上可改善發(fā)酵體系中的碳氮比例,從而促進(jìn)微生物的生長及對玉米芯的發(fā)酵利用,使得玉米芯多糖的含量增加。因此,后期實(shí)驗(yàn)中選擇在玉米芯中添加10%麩皮以改善發(fā)酵環(huán)境,提高玉米芯中多糖含量。

圖2 輔料種類對玉米芯多糖含量的影響Fig.2 Effects of auxiliary materials varieties on polysaccharide contents of corn cob

2.3 纖維素酶添加量對發(fā)酵玉米芯多糖含量的影響

如圖3所示,發(fā)酵前添加纖維素酶可顯著提高發(fā)酵后玉米芯多糖的含量(P<0.05),隨纖維素酶添加量的增加,發(fā)酵后玉米芯多糖含量顯著升高(P<0.05),在酶添加量達(dá)到1000 U/g后達(dá)到穩(wěn)定,其中添加1000 U/g纖維素酶時(shí)發(fā)酵玉米芯中多糖含量最高,但與500、1500和2000 U/g組相比無顯著差異(P>0.05)。由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,玉米芯發(fā)酵前添加一定量的纖維素酶進(jìn)行預(yù)處理可顯著改善玉米芯的發(fā)酵效果(P<0.05),這一結(jié)果與陸步詩等[21]對酶法降解玉米芯生產(chǎn)低醇飲料的研究結(jié)果相似,該研究中也發(fā)現(xiàn)添加一定量的纖維素酶可提高玉米芯中還原糖的含量,但玉米芯多糖含量與纖維素酶添加量間并不是線性增加關(guān)系,考慮到纖維素酶的成本,后期實(shí)驗(yàn)中選擇添加500 U/g的纖維素酶進(jìn)行玉米芯發(fā)酵。

圖3 纖維素酶添加量對玉米芯多糖含量的影響Fig.3 Effects of cellulase addition on polysaccharide contents of corn cob

2.4 料水比對發(fā)酵玉米芯多糖含量的影響

如圖4所示,玉米芯多糖含量在料水比為1∶1、1∶1.25和1∶1.5(g/mL)組無顯著差異(P>0.05),當(dāng)料水比增加到1∶1.75時(shí)玉米芯多糖含量顯著低于料水比為1∶1.25和1∶1.5 (g/mL)組(P<0.05),考慮成本,后期實(shí)驗(yàn)中選擇料水比1∶1.25 (g/mL)為最佳料水比進(jìn)行玉米芯發(fā)酵。

圖4 料水比對玉米芯多糖含量的影響Fig.4 Effect of solid-liquid ratio on polysaccharide contents of corn cob

2.5 發(fā)酵時(shí)間對玉米芯多糖含量的影響

如圖5所示,玉米芯多糖含量在發(fā)酵后48 h略降低,之后隨著發(fā)酵時(shí)間的延長逐漸增加,在96 h后趨于穩(wěn)定,其中發(fā)酵后72、96和120 h時(shí)多糖含量顯著高于48h時(shí)多糖的含量(P<0.05),且發(fā)酵后96和120 h多糖含量顯著高于發(fā)酵前玉米芯多糖含量(P<0.05)。發(fā)酵后48 h玉米芯多糖含量降低可能是:在發(fā)酵初期為維持生長益生菌將玉米芯中多糖作為碳源進(jìn)行消耗,從而導(dǎo)致多糖含量降低,但隨著發(fā)酵時(shí)間的延長,細(xì)菌代謝產(chǎn)生多糖,因此,玉米芯多糖含量增加并趨于穩(wěn)定?；谝陨蠈?shí)驗(yàn)結(jié)果,后期實(shí)驗(yàn)選擇發(fā)酵時(shí)間為96 h做為最佳發(fā)酵時(shí)間。

圖5 發(fā)酵時(shí)間對玉米芯多糖含量的影響Fig.5 Effect of fermentation time on polysaccharide contents of corn cob

2.6 發(fā)酵溫度對玉米芯多糖含量的影響

如圖6所示,各發(fā)酵溫度玉米芯多糖含量差異不顯著(P>0.05),但隨著發(fā)酵溫度升高玉米芯多糖含量先升高后降低,且在35 ℃條件下多糖含量最高為162.61 mg/g，同等條件下測定未發(fā)酵玉米芯多糖含量為135.33 mg/g，玉米芯多糖含量提高了20.16%。因此,后期實(shí)驗(yàn)選擇35 ℃作為發(fā)酵玉米芯制備多糖的最優(yōu)發(fā)酵溫度。

圖6 發(fā)酵溫度對玉米芯多糖含量的影響Fig.6 Effect of fermentation temperature on polysaccharide contents of corn cob

2.7 發(fā)酵與未發(fā)酵玉米芯多糖的單糖組成分析

由表1可知,未發(fā)酵組與發(fā)酵玉米芯去蛋白醇沉后其多糖均由木糖、半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸、巖藻糖和核糖組成。其中未發(fā)酵組玉米芯多糖主要由木糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和甘露糖組成,其摩爾百分比分別是29.44%、19.71%、16.49%、15.71%、15.16%;發(fā)酵組玉米芯多糖主要由木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖組成,其摩爾百分比分別是40.68%、23.56%、14.88%、11.32%,這一結(jié)果與胡妍[22]和Yu等[23]研究結(jié)果相似,這些研究中均發(fā)現(xiàn)玉米芯可溶性糖中木糖、阿拉伯糖含量最高。在本研究中,與未發(fā)酵組相比,發(fā)酵后玉米芯多糖含量提高了77.34%,木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖的含量提高,而葡萄糖含量降低了57.29%。發(fā)酵后主要單糖含量的提高可能是在微生物發(fā)酵的作用下,玉米芯本身含有的葡萄糖和其他含碳物質(zhì)被微生物代謝利用產(chǎn)生為其他種類的單糖。

表1 發(fā)酵與未發(fā)酵玉米芯粗多糖的單糖組成Table 1 The monosaccharide composition of fermented and unfermented corn cob polysaccharide

2.8 發(fā)酵與未發(fā)酵玉米芯粗多糖益生活性評(píng)價(jià)

圖7 玉米芯粗多糖對植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌生長影響Fig.7 Effect of crude corn cobpolysaccharide on proliferation of Lactobacillus plantarum and Streptococcus thermophiles注:A為玉米芯粗多糖對植物乳桿菌生長影響, B為玉米芯粗多糖對嗜熱鏈球菌生長影響。

如圖7所示,由玉米芯粗多糖對植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌體外益生實(shí)驗(yàn)可知,三個(gè)處理組菌液OD值均隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長而增加,表明添加20 mg/mL葡萄糖和10 mg/mL葡萄糖+10 mg/mL的發(fā)酵或未發(fā)酵玉米芯粗多糖對植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌的生長均具有促進(jìn)作用;在0～6 h添加玉米芯粗多糖組對植物乳桿菌增殖的促進(jìn)作用顯著優(yōu)于僅添加葡萄糖組(P<0.05),而在8 h后20 mg/mL葡萄糖對植物乳桿菌的促生長作用更為顯著(P<0.05)(圖7A)。添加發(fā)酵玉米芯粗多糖或未發(fā)酵玉米芯粗多糖對嗜熱鏈球菌的促生長作用在整個(gè)生長過程均顯著優(yōu)于僅添加葡萄糖組(P<0.05)(圖7B)。植物多糖的益生作用已被廣泛報(bào)道,Bashirat等[24]研究發(fā)現(xiàn)棕櫚仁餅多糖對兩種植物乳桿菌有良好的益生活性。Jayamanohar等[25]對紅蕓豆水提多糖的益生元活力進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)紅蕓豆多糖對植物乳桿菌生長有明顯的促進(jìn)作用。Wang等[26]研究菜籽粗多糖的體外益生活性,發(fā)現(xiàn)菜籽粗多糖可以明顯的促進(jìn)三種雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌的增殖。余茂元等[27]對霍山石斛多糖的分離純化及其益生作用的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在等量碳源下,添加一定量的霍山石斛多糖可以作為益生元,刺激菌體的活性,加快了自身的生長繁殖,本試驗(yàn)結(jié)果與其相同。

比較發(fā)酵與未發(fā)酵玉米芯粗多糖對植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌生長的影響,可見除6和8 h兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)外,在其余時(shí)間點(diǎn)添加發(fā)酵粗多糖組對植物乳桿菌的促增殖作用均顯著強(qiáng)于未發(fā)酵粗多糖組(P<0.05)(圖7A)。添加發(fā)酵玉米芯粗多糖組對嗜熱鏈球菌的促生長作用在2 h后均顯著優(yōu)于添加未發(fā)酵玉米芯粗多糖組(P<0.05)(圖7B)。發(fā)酵后玉米芯粗多糖的益生作用增強(qiáng)可能是由于玉米芯中木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖這些益生元物質(zhì)在發(fā)酵后增加從而促進(jìn)了菌體的生長。

3 結(jié)論

本研究以發(fā)酵玉米芯多糖含量為評(píng)價(jià)指標(biāo),對發(fā)酵菌種、輔料種類、纖維素酶添加量、料水比、發(fā)酵時(shí)間及發(fā)酵溫度進(jìn)行篩選,最終確定玉米芯發(fā)酵工藝為:使用8%的枯草芽孢桿菌進(jìn)行玉米芯發(fā)酵并添加10%麩皮作為輔料,同時(shí)發(fā)酵前添加500 U/g纖維素酶進(jìn)行酶菌協(xié)同發(fā)酵,最適發(fā)酵料水比為1∶1.25 (g/mL),發(fā)酵時(shí)間為96 h,發(fā)酵溫度為35 ℃,在此條件下玉米芯多糖含量可達(dá)到162.61 mg/g。

通過研究玉米芯多糖的體外益生活性,發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中添加玉米芯多糖可顯著促進(jìn)植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌的生長速度(P<0.05),具有很好的益生作用。根據(jù)單糖組成結(jié)果分析,玉米芯經(jīng)過發(fā)酵后木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖均有明顯的提高,因此,推測經(jīng)過發(fā)酵處理后玉米芯粗多糖對植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌的促生長作用可能與玉米芯中木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖這些益生元物質(zhì)的增加有關(guān)。