錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物的體外消化及益生元活性

謝 濤 張 儒

錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物的體外消化及益生元活性

謝 濤 張 儒

(湖南工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，湘潭 411104)

以菊糖與低聚果糖為對(duì)照，研究了錐栗直鏈淀粉與己酸、葵酸、硬脂酸復(fù)合物的抗消化作用及益生元效應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明:錐栗直鏈淀粉及其脂肪酸復(fù)合物對(duì)人工胃液與小腸液都具有不同程度的抗性，其中抗消化作用最強(qiáng)的是分別在60℃和90℃結(jié)晶溫度下制備的錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物(CASC60和CASC90);以兩歧雙歧桿菌與德氏乳桿菌兩株典型的益生菌為研究對(duì)象，CASC60和CASC90均表現(xiàn)了良好的益生元活性。因此，CASC60和CASC90具有作為新型益生元開發(fā)的潛力。

錐栗直鏈淀粉 直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物 體外消化 益生元活性

直鏈淀粉－脂類復(fù)合物的形成對(duì)直鏈淀粉的消化性有所影響。例如高直鏈玉米淀粉，由于直鏈淀粉凝沉消化性很差，在熱條件(特別是熱壓處理)下加入三棕櫚酸甘油酯有利于復(fù)合物的形成，抑制直鏈淀粉的凝沉，加快其消化速率［1］。淀粉－脂類復(fù)合物對(duì)淀粉酶穩(wěn)定性的影響有兩方面:一方面減小了淀粉顆粒的膨脹能力，使酶進(jìn)入顆粒內(nèi)部的機(jī)會(huì)降低;另一方面，淀粉－脂類復(fù)合物比直鏈淀粉對(duì)消化酶的抗性要高［2］。本試驗(yàn)在前期研究［3－6］基礎(chǔ)上，主要研究錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物的體外消化及益生元活性，以期為錐栗淀粉高檔產(chǎn)品的開發(fā)提供新的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 原材料

錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物(CAFCs)的制備:以參考文獻(xiàn)［7］分離制得的錐栗直鏈淀粉為原料，根據(jù)DMSO水溶法［8］在2種不同結(jié)晶溫度(60、90℃)下制備己酸、葵酸和硬脂酸的直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物。為方便計(jì)，樣品均使用縮寫，如:錐栗直鏈淀粉記作CA，在60℃下制備的錐栗直鏈淀粉－己酸、葵酸和硬脂酸的復(fù)合物分別記作CAHC60、CACC60和CASC60，在90℃下制備的錐栗直鏈淀粉－己酸、葵酸和硬脂酸的復(fù)合物分別記作CAHC90、CACC90和CASC90。

人工胃液的配制［9－10］:量取9．5%～10．5%濃鹽酸16．4 mL，加蒸餾水至1 000 mL，100℃ 蒸汽滅菌15 min，在無菌條件下，每100 mL液體中加入1 g胃蛋白酶(Sigma，MO，USA)，混勻后備用。

人工小腸液的配制［9－10］:準(zhǔn)確稱取磷酸二氫鉀6．8 g，放入500 mL蒸餾水，攪拌均勻，用0．4%的氫氧化鈉調(diào)至pH 6．8，加蒸餾水定容至1 000 mL，100℃蒸汽滅菌15 min，冷卻至50℃以下，在無菌條件下，每100 mL液體中加入胰酶(Sigma，MO，USA)1 g，混勻后備用。

菊糖(Ⅰ)、低聚果糖(FOS)、MRS與RCM培養(yǎng)基:上海源聚生物科技有限公司。

試驗(yàn)菌株:兩歧雙歧桿菌(Bifidobacterium bifidum)、德氏乳桿菌(Lactobacillus delbrueckii)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大腸桿菌(Escherichia coli)和枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)為湖南工程學(xué)院生物工程實(shí)驗(yàn)室保藏。

1．2 測(cè)定方法

體外消化試驗(yàn)［10－11］:稱取一定量等重的FOS(對(duì)照)、錐栗直鏈淀粉及6種錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物，分別放入盛有30 mL人工胃液、人工小腸液的燒杯中，將燒杯置于37℃恒溫培養(yǎng)箱體系中分別低速磁力攪拌消化6 h(人工胃液中)、7 h(人工小腸液中)或先4 h(人工胃液中)后5 h(人工小腸液中)，在培養(yǎng)過程中每隔一定時(shí)間取樣，懸浮液全部

益生元活性試驗(yàn)［11－13］:以等量的FOS、錐栗直鏈淀粉及其脂肪酸復(fù)合物分別作為2株益生菌的培養(yǎng)基碳源。德氏乳桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的種子液都使用MRS培養(yǎng)基在37℃培養(yǎng)24 h，1 mL 1%的樣品溶液加入到3 mL MRS培養(yǎng)基中，然后在其中加入上述種子并在厭氧條件下37℃培養(yǎng)48 h，直至菌株濃度達(dá)到108個(gè)/mL。每個(gè)樣品分別在0、24和48 h取樣測(cè)定細(xì)胞生物量(全自動(dòng)細(xì)胞計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù))及短鏈脂肪酸(SCFAs)含量。兩歧雙歧桿菌種子液采用RCM培養(yǎng)基在37℃培養(yǎng)24 h，1 mL 1%的樣品溶液加入到3 mL RCM培養(yǎng)基中(裝在一個(gè)內(nèi)設(shè)橫隔斷的螺旋帽小瓶中)，小瓶充氮?dú)怛?qū)除氧氣后擰緊螺旋帽，再用注射器無菌注入1 mL種子液并在37℃培養(yǎng)72 h，每個(gè)樣品在0、24、48和72 h取樣測(cè)定細(xì)胞生物量及短鏈脂肪酸含量。

短鏈脂肪酸含量測(cè)定:采用HPLC法［14］。

所有試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。注入處理過的透析袋中，并在生理鹽水中滲析24 h。分別采用DNS法和酚－硫酸法測(cè)定透析袋外溶液中的還原糖與總糖含量，樣品的水解率按下式計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2．1 錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物的體外消化

2．1．1 人工胃液中的消化

錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物在人工胃液中的降解率如表1所示。由表1可看出，錐栗直鏈淀粉及其脂肪酸復(fù)合物對(duì)人工胃液均具有不同程度的抗降解能力，且脂肪酸鏈越長(zhǎng)或形成復(fù)合物的溫度越高，這種抗降解能力越強(qiáng)(0．01＜P＜0．05)。這是由于直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部非極性區(qū)域與脂肪酸尾部的碳鏈之間形成單螺旋包接結(jié)構(gòu)，且形成復(fù)合物的結(jié)晶溫度越高或脂肪酸尾部碳鏈越長(zhǎng)(或疏水性越強(qiáng))，這種疏水空間結(jié)構(gòu)形成的機(jī)率(復(fù)合率)就越大，結(jié)合力越強(qiáng)，復(fù)合物越穩(wěn)固，因而胃液中的H+離子要滲入復(fù)合物的疏水空間內(nèi)部并破壞其特殊結(jié)構(gòu)也就越困難。各個(gè)樣品在人工胃液中處理2 h后，水解率變化趨于平緩，它們對(duì)人工胃液的抗性由強(qiáng)到弱的順序依次為FOS、CASC90、CASC60、CACC90、Ⅰ、CACC60、CAHC90、CAHC60和CA(表1)。

表1 錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物在人工胃液中的水解率

2．1．2 人工小腸液中的消化

錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物在人工小腸液中的降解與其在人工胃液中的降解十分類似(表2)。由表2可知，錐栗直鏈淀粉及其脂肪酸復(fù)合物對(duì)人工小腸液同樣都表現(xiàn)出不同程度的抗降解能力，這種抗性由強(qiáng)到弱依次為FOS、CASC90、CASC60、Ⅰ、CACC90、CACC60、CAHC90、CAHC60和CA，復(fù)合物的復(fù)合率越高，抗性也越強(qiáng)(0．01＜P＜0．05);但是，每個(gè)樣品的水解率卻比在人工胃液中都有明顯增加，這是因?yàn)槿斯ひ纫褐屑尤氲囊让甘且鹊鞍酌?、胰淀粉酶、胰脂肪酶的混合物，其中胰淀粉酶能不同程度地使直鏈淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖或低聚糖。

表2 錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物在人工小腸液中的水解率

2．1．3 人工胃液與小腸液中的聯(lián)合消化

由于食物攝入后必須依次經(jīng)受胃液與小腸液的消化作用，錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物單獨(dú)經(jīng)受人工胃液或小腸液的作用還不能充分說明它們?cè)谡麄€(gè)消化道內(nèi)的穩(wěn)定性，因此研究設(shè)計(jì)并試驗(yàn)了先人工胃液、后小腸液的聯(lián)合消化作用，結(jié)果見表3。錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物經(jīng)人工胃液與小腸液的聯(lián)合作用后，水解率比單獨(dú)作用時(shí)顯著增加，它們對(duì)兩者的聯(lián)合抗性由強(qiáng)到弱依次為FOS、CASC90、CASC60、Ⅰ、CACC90、CACC60、CAHC90、CAHC60和CA(P＜0．01)。

表3 錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物經(jīng)人工胃液與小腸液聯(lián)合作用的水解率

2．2 錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物的益生元活性

2．2．1 對(duì)益生菌的增殖作用

兩歧雙歧桿菌與德氏乳桿菌是2株典型的益生菌，錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物對(duì)它們的增殖作用見表4，短鏈脂肪酸的產(chǎn)生情況見表5和表6。由表4可看出，在48 h內(nèi)錐栗直鏈淀粉及其脂肪酸復(fù)合物對(duì)兩歧雙歧桿菌與德氏乳桿菌均有一定的增殖作用，尤其是CASC90、CASC60的增菌作用最為突出、最為持久，72h后對(duì)兩歧雙歧桿菌仍有很強(qiáng)的增菌作用(P＜0．01);CASC90、CASC60對(duì)兩歧雙歧桿菌的增菌作用與菊糖基本相當(dāng)而稍低于低聚果糖，CASC90對(duì)德氏乳桿菌的增殖作用略低于低聚果糖，CASC60對(duì)德氏乳桿菌的增殖作用則略低于菊糖。綜合分析對(duì)兩歧雙歧桿菌與德氏乳桿菌的增殖能力，它們對(duì)益生菌的增殖效果由強(qiáng)到弱分別是FOS、CASC90、Ⅰ和CASC60。再分析表5和表6可知，無論是兩歧雙歧桿菌還是德氏乳桿菌，以錐栗直鏈淀粉及其脂肪酸復(fù)合物作為唯一碳源時(shí)，在前24 h產(chǎn)生的短鏈脂肪酸主要乙酸，之后轉(zhuǎn)化為丙酸特別是乳酸或丁酸，但促進(jìn)兩歧雙歧桿菌和德氏乳桿菌產(chǎn)生短鏈脂肪酸最為顯著的仍是CASC90和CASC60(P＜0．01)。

2．2．2 對(duì)腐敗菌的抑制作用

錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌等腸道腐敗菌的抑制作用如表7所示。由表7可看出，除CASC60對(duì)大腸桿菌的抑制作用相對(duì)較弱之外，各個(gè)樣品中仍以CASC60和CASC90對(duì)人體腸道腐敗菌的抑制作用較強(qiáng)(P＜0．01)，與菊糖和低聚果糖對(duì)這些腸道腐敗菌的抑制作用基本相當(dāng)。

表4 錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物作為碳源時(shí)的益生菌計(jì)數(shù)

表5 錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物作為兩歧雙歧桿菌的碳源時(shí)短鏈脂肪酸的產(chǎn)生

表6 錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物作為德氏乳桿菌的碳源時(shí)短鏈脂肪酸的產(chǎn)生

表7 錐栗直鏈淀粉－脂肪酸復(fù)合物作為碳源時(shí)腐敗菌的計(jì)數(shù)

3 結(jié)論

錐栗直鏈淀粉及其脂肪酸復(fù)合物對(duì)人工胃液、小腸液的單獨(dú)或聯(lián)合作用均具有不同程度的抗性，其中抗消化作用最強(qiáng)的是CASC90和CASC60，且不弱于菊糖和低聚果糖。當(dāng)分別以CASC90和CASC60為碳源時(shí)，它們對(duì)益生菌兩歧雙歧桿菌與德氏乳桿菌均表現(xiàn)出很強(qiáng)的增殖作用及短鏈脂肪酸產(chǎn)生能力，而對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌等腸道腐敗菌的抑制作用也較強(qiáng)。由此可判斷，CASC90和CASC60均表現(xiàn)出良好的益生元活性，且這種活性不亞于菊糖和低聚果糖。因此，CASC90和CASC60具有作為新型益生元開發(fā)的較大潛力，但鑒于國(guó)內(nèi)外對(duì)直鏈淀粉－脂類復(fù)合物的益生元活性研究極少，對(duì)其益生元效應(yīng)及其作用機(jī)理的研究與探討任重道遠(yuǎn)。

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In Vitro Digestion and Prebiotic Activity of Castanea Henryi Amylose－Fatty Acid Complexes

Xie Tao Zhang Ru
(College of Chemical Engineering，Hunan Institute of Engineering，Xiangtan 411104)

With inulin(I)and fructooligosaccharide(FOS)as the controls，external digestion and prebiotic activities of castanea henryi amylose－h(huán)exylic acid complex(CAHC)，－capric acid complex(CACC)and－stearic acid complex(CASC)were studied．The results demonstrated that CA and its fatty acid complexes show to the extent the anti－digestion to artificial gastric or/and intestinal juice．Above all，CA－stearic acid complexations made at 60℃and 90℃(CASC60and CASC90)are provided with the strongest resistance to digestion．Not only CASC60but also CASC90displays good prebiotic activity with Bifidobacterium bifidum and Lactobacillus delbrueckii as the object of study，respectively．Therefore，if used as new prebiotics，both have development potential．

castanea henryi，amylose －fatty acid complex，in vitro digestion，prebiotic activity

TS235．2

A

1003－0174(2012)08－0020－05

湖南省自然科學(xué)基金(11JJ 6009)

2011－08－19

謝濤，男，1970年出生，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，再生資源與食品、生物化工