趙文婧，陳立英

（1 太原師范學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山西晉中 030619 2 山西大學(xué)生物技術(shù)研究所 太原 030006 3 山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 太原 030031）

谷子（Setaria italica）起源于我國(guó)黃河流域，是我國(guó)華北地區(qū)主要種植的農(nóng)作物，其生長(zhǎng)時(shí)間短且需水量較低[1]。大量研究[2]表明谷子中含有膳食纖維、蛋白質(zhì)、維生素、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還含有一些抗氧化性物質(zhì)，包括維生素E、酚類化合物等。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究也揭示谷子能夠有效降血糖，防止心腦血管疾病，防癌，抗氧化，提高人體免疫力，增強(qiáng)腸道健康等[3]?；诠茸拥臓I(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功效，以及人們生活水平的提高和保健意識(shí)的增強(qiáng)，谷子類食品逐漸受到青睞。

膳食纖維作為一類碳水化合物聚合物[4]，它在小腸不能被消化吸收，但可在大腸中被腸道菌群所發(fā)酵，發(fā)揮生物活性功能[5]。膳食纖維的結(jié)構(gòu)是其生物活性的基礎(chǔ)。研究表明膳食纖維能降低血糖血脂，預(yù)防結(jié)腸癌、心血管疾病等多種慢性疾病[6-10]，這些功能的發(fā)揮與其理化性質(zhì)，如持油力、溶解性、吸附膽固醇、吸附NO2-等密切相關(guān)。我國(guó)膳食纖維原料資源豐富，種類繁多，谷物膳食纖維是其中的一個(gè)重要部分，如小麥膳食纖維、燕麥膳食纖維、大麥膳食纖維、玉米膳食纖維和米糠膳食纖維等。目前對(duì)谷子膳食纖維的研究很少。膳食纖維可分為可溶性膳食纖維（Soluble Dietary Fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（Insoluble Dietary Fiber，IDF）。SDF 能被腸道菌群所發(fā)酵，產(chǎn)生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs），使大腸內(nèi)pH 值降低，促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)，通過(guò)改變腸道菌群的豐度來(lái)提高機(jī)體的免疫力[11-15]。目前對(duì)谷子SDF 的研究尚處于初級(jí)階段，未見(jiàn)有關(guān)其對(duì)腸道菌群方面的研究報(bào)道。

本試驗(yàn)中，以谷子為原料，采用酶法制備SDF，并測(cè)定SDF 的持油力、溶解度及其對(duì)膽固醇和NO2-的吸附能力等理化性質(zhì)。通過(guò)紅外光譜（FT-IR）分析SDF 的官能團(tuán)，離子色譜法（ICS）檢測(cè)SDF 的單糖組成，高效凝膠滲透色譜法（HPGPC）檢測(cè)SDF 分子質(zhì)量及純度。通過(guò)研究植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、嗜酸乳桿菌、短雙歧桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌生長(zhǎng)過(guò)程中培養(yǎng)基OD 值、培養(yǎng)基pH 值等，探究谷子SDF 對(duì)7 種腸道菌群生長(zhǎng)的影響，包括腸道益生菌和有害菌，找到適宜腸道有益菌生存的pH 環(huán)境。探索谷子SDF 進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成功能性食品或藥品的新思路，為SDF 的深入研究及谷子資源開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

谷子（晉谷21 號(hào)），購(gòu)自山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，磨成粉后塑封袋密封保存，備用。

植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、大腸桿菌（Escherichia coli）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），太原師范學(xué)院生物系微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室；鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）、嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）、發(fā)酵乳桿菌 （Lactobacillus fermentum）、短雙歧桿菌（Bifidobacterium breve），北京北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)研究院（BNCC）。

堿性蛋白酶（≥200 000 U/g）、α-高溫淀粉酶（≥40 000 U/g）、纖維素酶（≥50 U/mg）、膽固醇標(biāo)準(zhǔn)品，北京索萊寶科技有限公司；單糖標(biāo)品：巖藻糖、葡萄糖及半乳糖等均為色譜純級(jí)，上海源葉生物科技有限公司；其它化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

UV752 紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海赫爾普國(guó)際貿(mào)易有限公司；傅里葉變換紅外光譜儀FTIR650，天津港東科技發(fā)展股份有限公司；LC-10A高效液相色譜儀、RI-10A 示差檢測(cè)器Shimadzu；BRT105-104-102 串聯(lián)凝膠柱 （8 mm×300 mm），BoRui Saccharide；Thermo ICS5000 離子色譜系統(tǒng)，Thermo Fisher Scientific；RE-2000 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；MS-H-Pro+數(shù)顯加熱磁力攪拌器，大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器（北京）股份公司；LC-4012 低速離心機(jī)，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；BGZ-246 電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；BSD-YX3200 立式搖床，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；FD-1B-50 冷凍干燥機(jī)，上海比朗儀器制造有限公司；YQX-II厭氧培養(yǎng)箱，上海龍躍儀器設(shè)備有限公司；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋，拓赫機(jī)電科技（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 谷子SDF 的制備及純化 SDF 的制備參考黃冬云[16]的方法并略作修改。將一定量的谷子粉稱重并記錄質(zhì)量（A1，g），經(jīng)石油醚除脂后，以料液比1∶12（m∶V）加水?dāng)嚢杈鶆颍?0 ℃水浴2 h，8 000 r/min 離心10 min，取沉淀，按料液比1∶12（m∶V）加水?dāng)嚢杈鶆颍?5 ℃糊化0.5 h，依次加α-高溫淀粉酶95 ℃水浴0.5 h，堿性蛋白酶45 ℃水浴5 h，然后沸水浴10 min 滅酶，4 000 r/min 離心20 min，保留上清液備用。將沉淀按料液比1∶10（m∶V）加檸檬酸鈉緩沖液攪拌均勻，加入纖維素酶50℃水浴3 h，沸水浴10 min 滅酶，4 000 r/min 離心20 min，取上清液。將兩次上清液合并后旋蒸、醇沉12 h，冷凍干燥后即得SDF，稱重并記錄質(zhì)量（A2，g）。

按文獻(xiàn)[4]計(jì)算SDF 提取率：

上述SDF 經(jīng)透析 （100 u），DEAE 纖維素52（26 mm×30 cm）純化，上樣質(zhì)量濃度為50 mg/mL，水為洗脫劑，洗脫流速為1.0 mL/min，采用苯酚硫酸法[17]跟蹤檢測(cè)洗脫液，將SDF 洗脫峰合并，濃縮、凍干后得到純化的SDF。

1.3.2 理化性質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

1.3.2.1 持油力 稱取一定量SDF，記錄質(zhì)量（m，g），置于離心管中，加入食用油20 g，3 000 r/min離心30 min，去掉上層油，用濾紙吸干游離的油，將結(jié)合了油的樣品轉(zhuǎn)移到表面皿上稱重[18]。

式中：OHC——SDF 的持油力，g/g；m1——樣品離心后濕重－樣品離心前干重，g。

1.3.2.2 溶解度 稱取一定量SDF，記錄質(zhì)量（m，g），置于100 mL 燒杯中，加入50 mL 蒸餾水，25℃保溫30 min，離心（5 000 r/min，10 min），將上清液加入燒杯（恒質(zhì)量）中，在105 ℃烘箱中烘干，計(jì)算得SDF 的溶解度與溶解性[19]。

式中：SN——SDF 的溶解度，g/100mL；m1——上清液干燥后固形物含量，g；L——蒸餾水的體積，mL。

式中：SI——SDF 的溶解性，%；m1——上清液干燥后固形物含量，g。

1.3.2.3 吸附膽固醇能力 參照 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中膽固醇的測(cè)定》GB 5009.128-2016方法測(cè)定SDF 對(duì)膽固醇的吸附能力，繪制膽固醇標(biāo)準(zhǔn)曲線。

吸附效果測(cè)定參考肖盾[20]的方法：取市售鮮雞蛋的蛋黃，用9 倍體積的蒸餾水充分?jǐn)嚢璩扇橐海瑴y(cè)定吸附前蛋黃液中的膽固醇量。稱取一定量SDF，記錄質(zhì)量（m，g），置于250 mL 錐形瓶中，加入50 g 稀釋蛋黃液攪拌均勻，分別模擬小腸和胃環(huán)境，設(shè)置pH 值為7.0 和2.0，置37 ℃搖床中振蕩培養(yǎng)2 h，4 000 r/min 離心20 min，取0.04 mL 上清液，采用硫酸鐵銨法測(cè)定OD560nm，代入標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算吸附后膽固醇量。

式中：OMC——SDF 對(duì)膽固醇的吸附量，μg/g；m1——吸附前蛋黃液中膽固醇量－吸附后上層清液中膽固醇量，μg。

1.3.2.4 吸附亞硝酸根離子能力 參照 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測(cè)定》GB 5009.33-2016 方法測(cè)定SDF 對(duì)亞硝酸根離子的吸附能力，繪制亞硝酸根離子標(biāo)準(zhǔn)曲線。

吸附效果測(cè)定參考呂鐘鐘[21]的方法：分別模擬小腸和胃環(huán)境，設(shè)置吸附環(huán)境為pH 7.0 和pH 2.0，亞硝酸根離子濃度為100 μmol/L，加入一定量SDF，記錄質(zhì)量（m，g），反應(yīng)總體積100 mL，置于37 ℃恒溫磁力攪拌器，分別在5，15，30，60，120，180，240 min 后各取1 mL 樣液，測(cè)定亞硝酸根離子的濃度，同時(shí)各做空白試驗(yàn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算SDF 對(duì)亞硝酸根離子的吸附量。

式中：ONC——SDF 對(duì)亞硝酸根離子的吸附量，μg/g；m1——吸附前亞硝酸根離子含量－吸附后亞硝酸根離子含量，μg。

1.3.3 SDF 結(jié)構(gòu)表征測(cè)定

1.3.3.1 紅外光譜（FT-IR）分析 稱取SDF 2 mg和溴化鉀200 mg，壓制成片，在4 000～400 cm-1的波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描記錄。

1.3.3.2 高效凝膠滲透色譜法（HPGPC）測(cè)定分子質(zhì)量 稱取SDF 和葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品（5 000，11 600，23 800，48 600，80 900，148 000，273 000，409 800，667 800 u），配成質(zhì)量濃度為5 mg/mL 的溶液，12 000 r/min 離心10 min，上清液用0.22 μm的微孔濾膜過(guò)濾后采用HPGPC 測(cè)定分子質(zhì)量。色譜條件：流動(dòng)相：0.05 mol/L NaCl 溶液；流速：0.6 mL/min，柱溫：40 ℃；進(jìn)樣量：20 μL；色譜柱：BRT105-104-102 串聯(lián)凝膠柱 （8 mm×300 mm）；檢測(cè)器：示差檢測(cè)器RI-10A。

1.3.3.3 離子色譜法（ICS）測(cè)定單糖組成 稱取SDF 5 mg，加入1 mL 2 mol/L TFA 酸溶液，105℃加熱6 h。通氮?dú)?，吹干。加入甲醇清洗，再吹干，重?fù)甲醇清洗3 次。加入無(wú)菌水溶解，采用ICS 測(cè)定單糖組成。色譜條件： 液相色譜柱：DionexTMCarboPacTMPA10（250 mm×4.0 mm，10 μm）；進(jìn)樣量5 μL。流動(dòng)相A（0.1 mol/L NaOH），流動(dòng)相B（0.1 mol/L NaOH，0.2 mol/L NaAc），流速0.5 mL/min；柱溫30 ℃。

1.3.4 SDF 對(duì)7 種腸道菌群生長(zhǎng)的影響

1.3.4.1 SDF 對(duì)7 種腸道菌群促增殖或抑制作用 用無(wú)菌水溶解SDF，經(jīng)0.22 μm 微孔濾膜過(guò)濾后，依次加到10 mL 培養(yǎng)基中，使培養(yǎng)基中SDF的終質(zhì)量濃度為0，5，10，15，20 mg/mL，分別接種鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、短雙歧桿菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌所用培養(yǎng)基為MRS 培養(yǎng)基，短雙歧桿菌所用培養(yǎng)基為BBL 液體培養(yǎng)基，其中鼠李糖乳桿菌、嗜酸乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌和短雙歧桿菌于37 ℃恒溫厭氧培養(yǎng)箱中培養(yǎng)20 h；植物乳桿菌于35 ℃恒溫厭氧培養(yǎng)箱中培養(yǎng)36 h；大腸桿菌和金黃色葡萄球菌所用培養(yǎng)基為牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，將兩株菌置于37 ℃恒溫?fù)u床中培養(yǎng)12 h，培養(yǎng)結(jié)束后分別測(cè)定培養(yǎng)液在600 nm 處的光密度值（OD600nm）。

1.3.4.2 SDF 對(duì)7 種腸道菌群生長(zhǎng)曲線及pH 值的影響 在1.3.4.1 節(jié)的基礎(chǔ)上，向MRS 培養(yǎng)基、BBL 培養(yǎng)基和牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中添加SDF，分別接種7 種菌株，每隔一定時(shí)間取樣，測(cè)定600 nm 處的光密度值（OD600）和液體培養(yǎng)基的pH 值，繪制腸道菌群生長(zhǎng)曲線。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

所有試驗(yàn)均做3 次重復(fù)，所得數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差 （±s）。數(shù)據(jù)經(jīng) Origin 8.5 處理、SPSS17.0 統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析（ANOVA）進(jìn)行多重比較，多個(gè)均數(shù)間的兩兩比較用Duncan 多重比較法，不同字母表示差異顯著（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷子SDF 提取及理化性質(zhì)

谷子SDF 得率為 （0.25±0.02）g/g，且得率穩(wěn)定。

SDF 持油力、吸附膽固醇能力、吸附NO2-能力是顯示其體外活性的重要指標(biāo)。SDF 持油力越強(qiáng)，越能吸附油脂，并隨著糞便一起排出，降低體內(nèi)脂肪酸含量，從而達(dá)到減肥功效[22]。人體膽固醇含量過(guò)高，會(huì)引發(fā)動(dòng)脈硬化、冠心病、腦血管疾病等，而SDF 能夠吸附膽固醇，進(jìn)而減少這些疾病的發(fā)生率[23]。NO2-進(jìn)入體內(nèi)可以產(chǎn)生強(qiáng)致癌物質(zhì)，膳食纖維能夠吸附NO2-，從而起到預(yù)防癌癥的作用[24]。SDF 作為一種可溶性產(chǎn)品，溶解度是評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，溶解性的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量與應(yīng)用，優(yōu)良的溶解性可使SDF 作為功能性食品添加劑[25]。

由表1可知，谷子SDF 持油力為（4.05±0.06）g/g，在25 ℃的溶解度為（1.78±0.01） g/100 mL，溶解性為（88.93±0.55）%。SDF 持油力比朱玉[26]在小米米糠中獲得的SDF 持油力（2.32 g/g）高。SDF溶解度比張榮等[27]從小米中獲得的SDF 溶解度（1.434 g/100 mL）高。本試驗(yàn)谷子SDF 持油力和溶解性較好，可用于制作減肥的功能性食品或作為人體補(bǔ)充膳食纖維的飲品添加劑。

表1 谷子SDF 理化性質(zhì)指標(biāo)Table 1 Determination of physical and chemical properties of SDF

在模擬胃液環(huán)境（pH 2.0）時(shí)，谷子SDF 對(duì)膽固醇的吸附量為（16.22±0.77） μg/g，而在模擬腸道環(huán)境（pH 7.0）下，谷子SDF 對(duì)膽固醇的吸附量為 （26.31±1.16） μg/g。說(shuō)明在中性條件下谷子SDF 對(duì)膽固醇的吸附能力優(yōu)于酸性條件，與燕麥、麥麩等SDF 吸附膽固醇的能力測(cè)定結(jié)果[28]相一致。

谷子SDF 對(duì)亞硝酸根離子吸附量如圖1所示。在模擬胃液環(huán)境（pH 2.0）時(shí)，谷子SDF 對(duì)亞硝酸根離子的吸附作用優(yōu)于模擬腸道環(huán)境下（pH 7.0）的吸附作用。在pH 2.0 時(shí)，谷子SDF 在60 min 內(nèi)對(duì)亞硝酸根離子的吸附能力呈上升趨勢(shì)，60 min 后趨于平緩，酸性條件下谷子SDF 對(duì)亞硝酸根離子的吸附量與吸附時(shí)間呈極顯著的正相關(guān)性（R=0.887）（P＜0.01）。在pH 7.0 時(shí)，谷子SDF 在30 min 內(nèi)對(duì)亞硝酸根離子的吸附能力呈上升趨勢(shì)，30 min 后呈下降趨勢(shì)并趨于平緩，中性條件下谷子SDF 對(duì)亞硝酸根離子的吸附量與吸附時(shí)間呈負(fù)相關(guān)性（R=－0.338）。以上結(jié)果提示谷子SDF對(duì)亞硝酸根離子的吸附主要在胃中進(jìn)行，這可能是因?yàn)镾DF 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中的多糖可與酚酸作用形成復(fù)合物。酚酸在胃部酸性環(huán)境下，可與亞硝酸根離子發(fā)生反應(yīng)，阻斷致癌物N-硝基化合物。進(jìn)入小腸后，由于pH 值升高，含羧基化合物（糖醛酸、阿魏酸等）上的羧基解離，增大了膳食纖維表面的負(fù)電荷密度，從而排斥亞硝酸根離子，使之釋放出來(lái)，發(fā)生解吸[29]?？梢哉J(rèn)為SDF 在正常胃液條件下對(duì)癌癥有一定的預(yù)防作用。

圖1 谷子SDF 對(duì)NO2-的吸附作用Fig.1 Determination of nitrite ion adsorption capacity of foxtail millet SDF

2.2 谷子SDF 結(jié)構(gòu)表征

2.2.1 FT-IR 光譜分析糖類特征吸收峰 谷子SDF 的紅外光譜圖如圖2所示。3 386 cm-1是O-H的伸縮振動(dòng)吸收峰，是糖類的特征峰[30]。在2 925 cm-1處有吸收峰，歸屬于C-H 伸縮振動(dòng)[30]。在1 740 cm-1和1 650 cm-1處的吸收峰，歸屬于C=O伸縮振動(dòng)[31]。在1 405 cm-1和1 149 cm-1處的吸收峰，歸屬于C-O 伸縮振動(dòng)[31]。在1 022 cm-1處有吸收峰，歸屬于O-H 變角振動(dòng)[30]。在927 cm-1處有吸收峰，可能為吡喃環(huán)的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)。在842 cm-1處有吸收峰，可能為β-端基差向異構(gòu)的C-H變角振動(dòng)[32]。在1 731 cm-1左右未觀察到明顯的特征峰，說(shuō)明SDF 中糖醛酸含量較低[33]，這與SDF單糖組成測(cè)定結(jié)果一致。

圖2 SDF 的紅外光譜圖Fig.2 FT-IR spectrum of SDF

2.2.2 SDF 分子質(zhì)量 谷子SDF 的分子質(zhì)量采用HPGPC 法測(cè)定。如圖3所示，谷子SDF 的洗脫曲線僅為一個(gè)尖銳且較對(duì)稱的峰，表明谷子SDF 純度較高，分子質(zhì)量分布范圍較窄，為均一多糖。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)葡聚糖回歸直線方程y = -0.1985x + 12.509（R2=0.9964），代入SDF 保留時(shí)間46.8 min，得SDF 分子質(zhì)量為1 784 u。

圖3 SDF 的高效凝膠滲透色譜圖Fig.3 High performance gel permeation chromatography of SDF

2.2.3 谷子SDF 單糖組成 谷子SDF 的單糖組成采用ICS 測(cè)定。由圖4可知，谷子SDF 是由巖藻糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸6 種單糖構(gòu)成的雜多糖，其物質(zhì)的量比為0.02∶0.27∶0.26∶98.34∶0.95∶0.15。

圖4 SDF 的離子色譜圖Fig.4 Ion chromatography spectrum of SDF

2.3 SDF 對(duì)7 種腸道菌群生長(zhǎng)的影響

腸道菌群多樣性是健康和代謝能力的標(biāo)志物，膳食纖維的攝入與腸道菌群的多樣性密切相關(guān)。益生菌是腸道中對(duì)宿主有益，可以通過(guò)調(diào)節(jié)菌群平衡對(duì)宿主產(chǎn)生功效的微生物[34]，而有害菌反之。鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌和短雙歧桿菌是公認(rèn)的腸道益生菌，而大腸桿菌和金黃色葡萄球菌經(jīng)常被作為腸道有害菌來(lái)研究。SDF 可以抵御人體中胃酸和消化酶的水解，對(duì)人體的腸道健康起著重要的調(diào)節(jié)作用[35]。

2.3.1 SDF 對(duì)益生菌生長(zhǎng)的影響 由圖5a、5b、5c、5d 和5e 可知，SDF 對(duì)鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、嗜酸乳桿菌和短雙歧桿菌都有促增殖作用，且呈劑量依賴性（R鼠李糖乳桿菌=0.971，R植物乳桿菌=0.921，R發(fā)酵乳桿菌=0.988，R嗜酸乳桿菌=0.984，R短雙歧桿菌=0.971）（P＜0.01）。在SDF 質(zhì)量濃度5～20 mg/mL 范圍，當(dāng)其質(zhì)量濃度超過(guò)15 mg/mL 后，鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌和短雙歧桿菌的增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩。

圖5 SDF 對(duì)鼠李糖乳桿菌（a）、植物乳桿菌（b）、發(fā)酵乳桿菌（c）、嗜酸乳桿菌（d）和短雙歧桿菌（e）的增殖作用Fig.5 Proliferative effect of SDF on Lactobacillus rhamnosus （a），Lactobacillus plantarum （b），Lactobacillus fermentans （c），Lactobacillus acidophilus （d） and Bifidobacterium brevis （e）

由圖6a、6b、6c、6d 和6e 可知，接種鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、嗜酸乳桿菌和短雙歧桿菌后，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，兩株菌的OD600nm值均先升高后趨于平穩(wěn)，且在相同時(shí)間添加SDF 的培養(yǎng)基的OD600nm值比未添加SDF 的培養(yǎng)基的OD600nm值高，表明添加SDF 后能顯著促進(jìn)5 株腸道益生菌的生長(zhǎng)。從pH 值與培養(yǎng)時(shí)間的關(guān)系曲線看，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，pH 值均隨菌體濃度的增加而呈現(xiàn)先下降后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，且在相同培養(yǎng)時(shí)間下添加SDF 的培養(yǎng)基的pH 值比未添加SDF 的培養(yǎng)基的pH 值略低。這可能是因?yàn)镾DF 作為碳源，被腸道菌群利用發(fā)酵后被分解成為短鏈脂肪酸（乙酸、丁酸等），隨著培養(yǎng)時(shí)間的增長(zhǎng)，菌體產(chǎn)生的酸增加，導(dǎo)致培養(yǎng)液的pH 值下降。菌體生長(zhǎng)趨于穩(wěn)定期后，碳源基本被消耗完，pH 值趨于穩(wěn)定。提示低pH 值環(huán)境有益于腸道益生菌的生長(zhǎng)。

圖6 鼠李乳桿菌（a）、植物乳桿菌（b）、發(fā)酵乳桿菌（c）、嗜酸乳桿菌（d）和短雙歧桿菌（e）的生長(zhǎng)曲線和pH 值Fig.6 Growth curves and pH values of Lactobacillus rhanosus （a），Lactobacillus plantarum （b），Lactobacillus fermentans （c），Lactobacillus acidophilus （d） and Bifidobacterium brevis （e）

2.3.2 SDF 對(duì)有害菌生長(zhǎng)的影響 從圖7a 和圖7b 可知，在SDF 質(zhì)量濃度5～20 mg/mL 范圍，大腸桿菌（a）和金黃色葡萄球菌（b）的OD600nm值和SDF 質(zhì)量濃度呈極顯著的負(fù)相關(guān)性 （R大腸桿菌=－0.914，R金黃色葡萄球菌=－0.979）（P＜0.01），表明SDF能夠顯著抑制兩種腸道有害菌的生長(zhǎng)。

圖7 SDF 對(duì)大腸桿菌（a）和金黃色葡萄球菌（b）的抑制作用Fig.7 Inhibitory effect of SDF on Escherichia coli （a） and Staphylococcus aureus （b）

圖8可知，接種大腸桿菌（a）和金黃色葡萄球菌（b）后，在相同培養(yǎng)時(shí)間添加SDF 的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基的OD600nm值比未添加SDF 的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基的OD600nm值低，說(shuō)明SDF 能夠抑制兩種腸道有害菌的生長(zhǎng)。從pH 值與培養(yǎng)時(shí)間的關(guān)系曲線看，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在未添加SDF 的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中的pH 值隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)先上升后趨于平穩(wěn)，而添加SDF 的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中的pH 值隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)降低后趨于平穩(wěn)。可能是因?yàn)槲刺砑覵DF 的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的數(shù)量逐漸增多，碳源和氮源基本消耗殆盡，在菌株培養(yǎng)的穩(wěn)定期產(chǎn)生一些堿性物質(zhì)，然而pH 值仍未超過(guò)7.0，而培養(yǎng)基中添加SDF 后，在菌株培養(yǎng)的穩(wěn)定期后，SDF 逐漸被發(fā)酵產(chǎn)生一些短鏈脂肪酸，從而降低培養(yǎng)液中的pH值，進(jìn)而達(dá)到抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的作用。闞旭等[36]研究海洋多糖對(duì)人體腸道大腸桿菌、雙歧桿菌、乳酸菌等的影響，研究表明：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)酵液的pH 值呈下降趨勢(shì)。這與本研究結(jié)果一致，提示低pH 值環(huán)境適合有益菌生長(zhǎng)，抑制有害菌生長(zhǎng)。

圖8 大腸桿菌（a）和金黃色葡萄球菌（b）的生長(zhǎng)曲線和pH 值Fig.8 Growth curves and pH of Escherichia coli （a） and Staphylococcus aureus （b）

3 結(jié)論

從谷子中提取得率穩(wěn)定且品質(zhì)良好的可溶性膳食纖維（SDF），其持油力為（4.05±0.06）g/g，溶解度（1.78±0.01） g/100 mL，溶解性（88.93±0.55）%，且SDF 能夠吸附膽固醇與亞硝酸根離子。中性環(huán)境下SDF 對(duì)膽固醇的吸附作用優(yōu)于酸性環(huán)境，在pH 2.0 時(shí)，SDF 對(duì)膽固醇的吸附能力為16.22 μg/g；在pH 7.0 時(shí)，SDF 對(duì)膽固醇的吸附能力為26.31 μg/g。而SDF 對(duì)NO2-的吸附作用則是酸性環(huán)境優(yōu)于中性環(huán)境，pH 2.0 時(shí)SDF 對(duì)NO2-的吸附能力為6.97 μg/g，pH 7.0 時(shí)SDF 對(duì)NO2-的吸附能力為2.77 μg/g。紅外光譜分析表明SDF 具有典型的多糖特征。色譜分析表明SDF 是一種分子質(zhì)量為1 784 u 的雜多糖，由巖藻糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸6 種單糖構(gòu)成，物質(zhì)的量比分別為0.02∶0.27∶0.26∶98.34∶0.95∶0.15。SDF 質(zhì)量濃度在5～20 mg/mL 范圍，能夠促進(jìn)植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、嗜酸乳桿菌、短雙歧桿菌的增殖，抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)，且均呈現(xiàn)出濃度依賴性。此外，低pH 值環(huán)境有利于腸道中有益微生物的生長(zhǎng)繁殖。以上結(jié)論說(shuō)明谷子SDF 是潛在的一種益生元或功能性食品之一。未來(lái)益生元可能成為定制UC 結(jié)腸炎食療法的膳食補(bǔ)充劑。