魔芋低聚糖對(duì)小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)作用

王文娟，賀青華，魏芬芬，魏 嶸，張 波

（北京聯(lián)合大學(xué) 生物化學(xué)工程學(xué)院 生物活性物質(zhì)與功能食品北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100023）

魔芋低聚糖對(duì)小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)作用

王文娟，賀青華，魏芬芬，魏 嶸，張 波

（北京聯(lián)合大學(xué) 生物化學(xué)工程學(xué)院 生物活性物質(zhì)與功能食品北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100023）

該實(shí)驗(yàn)研究了魔芋低聚糖（KOGM）對(duì)小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)作用。以不同劑量魔芋低聚糖連續(xù)灌胃小鼠35 d，測定血清生化指標(biāo)，無菌條件下取小鼠糞便培養(yǎng)腸道菌群。結(jié)果表明，與對(duì)照組比較，魔芋低聚糖高劑量組（2.00 g/kg體質(zhì)量）小鼠糞便中雙歧桿菌和乳桿菌數(shù)量（對(duì)數(shù)值分別為3.65、3.81）顯著增加（P＜0.05），腸桿菌和產(chǎn)氣桿菌數(shù)量無顯著性變化（P＞0.05）；結(jié)腸內(nèi)容物中乙酸、丙酸以及丁酸的含量（6.51 mmol/100 g、1.69 mmol/100 g、3.83 mmol/100 g）顯著增加（P＜0.05）。說明魔芋低聚糖對(duì)小鼠腸道菌群有較好調(diào)節(jié)作用。

魔芋低聚糖；小鼠；腸道菌群

魔芋是單子葉植物綱天南星科魔芋屬多年生草本植物，別名“蒟蒻”。將魔芋的根部烘干切片粉碎制成魔芋粉，其中含75%的水溶性纖維即為魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM），簡稱魔芋多糖。魔芋多糖是由β-D-葡萄糖和β-D-甘露糖以2∶3或1∶1.6的物質(zhì)的量比以β-1,4糖苷鍵結(jié)合形成的復(fù)雜多糖，在主鏈甘露糖的C3位上還存在著通過β-1,3糖苷鍵結(jié)合形成的支鏈結(jié)構(gòu)。KGM是一種具有凝膠特性的物質(zhì)，在食品、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用[1-2]。但由于其分子質(zhì)量大、黏度高、溶解度小，且食用后難消化以及易引起腹脹等問題，故在食品領(lǐng)域的應(yīng)用受到了一定的限制。目前主要利用甘露聚糖酶產(chǎn)生菌，將魔芋葡甘露聚糖酶解為魔芋低聚甘露糖（konjacoligoglucomannan，KOGM），簡稱魔芋低聚糖。KOGM在水中的溶解性明顯高于KGM，并且不同分子質(zhì)量KOGM的流變性質(zhì)有顯著差異，可作為理想的食品原料或食品添加劑。近年來，KOGM作為保健食品原料的研究也備受食品行業(yè)的重視，如改善便秘以及調(diào)節(jié)免疫的作用等。美國等已有KOGM食品以及功能食品上市，用于減肥、降血壓[1-2]。我國衛(wèi)計(jì)委發(fā)布的2013年第4號(hào)公告，正式批準(zhǔn)了來源于魔芋的KOGM為新食品原料[3]，這將促進(jìn)我國KOGM在食品尤其是功能食品中的廣泛應(yīng)用。本研究主要探討魔芋低聚糖對(duì)小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)作用，以期為研究魔芋低聚糖對(duì)于調(diào)節(jié)腸道菌群提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

SPF級(jí)昆明小鼠（許可證編號(hào)：SCXK-（京）2014-0004，體質(zhì)量18～22 g）：北京華阜康生物科技股份有限公司?；A(chǔ)飼料（許可證號(hào)：SCXK-（京）2014-0010）：北京科澳協(xié)力飼料有限公司。各劑量組均給予基礎(chǔ)飼料。

總蛋白試劑盒、白蛋白試劑盒、谷草轉(zhuǎn)氨酶試劑盒、谷丙轉(zhuǎn)氨酶試劑盒、膽固醇試劑盒、甘油三酯試劑盒、尿素試劑盒、肌酐試劑：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；伊紅美藍(lán)瓊脂培養(yǎng)基、結(jié)晶紫、草酸銨、碘、碘化鉀、蛋白胨、乳糖、溴甲酚紫、蕃紅、多價(jià)胨、酵母浸膏、氯化鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、疊氮化鈉、七葉苷、0.05%結(jié)晶紫水溶液、檸檬酸鐵銨、瓊脂、蛋白胨、牛肉膏、酵母粉、葡萄糖、乙酸鈉、檸檬酸銨、硫酸鎂、硫酸錳、瓊脂、過氧化氫、可溶性淀粉、5%L-半胱氨酸、西紅柿浸出液、吐溫-80、肝提取液、胰蛋白胨、大豆蛋白胨、無水亞硫酸鈉、檸檬酸鐵銨、D-環(huán)絲氨酸：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。生化試劑盒：南京建成生物技術(shù)有限公司。魔芋低聚糖（純度≥85%）：成都永安緣和生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SELECTRA-E全自動(dòng)生化分析儀：日本Olympus公司；CP324型電子天平：德國Sartorius公司；5804R型低溫高速離心機(jī)：德國eppendorf公司；SW-CJ-IFD型單人單面潔凈工作臺(tái)：蘇州凈化設(shè)備有限公司；DHP-9602恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒儀器科學(xué)儀器有限公司；GL54DWS型高壓滅菌鍋：美國Zealway儀器有限公司；Clarus500氣相色譜儀（gas chromatography，GC）：PerkinElmer股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 動(dòng)物分組與飼養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)于北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院保健食品功能檢測中心SPF級(jí)動(dòng)物室[許可證號(hào)：SYXK（京）2012-0031]。小鼠喂飼基礎(chǔ)飼料。動(dòng)物適應(yīng)環(huán)境3 d，隨機(jī)分成四組：空白組（蒸餾水）、低劑量組（0.50g/kg體質(zhì)量）、中劑量組（1.00 g/kg體質(zhì)量），高劑量組（2.00 g/kg體質(zhì)量）。每天將魔芋低聚糖溶于蒸餾水中根據(jù)小鼠體質(zhì)量按（20mL/kg）進(jìn)行經(jīng)口灌胃，35 d后測定各項(xiàng)指標(biāo)。動(dòng)物房溫度控制在（22±2）℃，空氣相對(duì)濕度控制在40%～70%，光照周期為12 h（8：00-20：00）/12 h黑暗。

1.3.2 血清生化指標(biāo)的測定

在給予受試樣品35 d后，處死小鼠，眼眶采血1.00 mL于離心管中，迅速解剖小鼠，稱量各種器官于-80℃凍存。血清置于4℃冰箱3 h，血凝固后3 000 r/min離心15 min，取血清用SELECTRA-E全自動(dòng)生化分析儀測定各項(xiàng)生化指標(biāo)。

1.3.3 結(jié)腸內(nèi)容物中微生物的測定

無菌稱取小鼠結(jié)腸內(nèi)容物。腸道菌群檢驗(yàn)用培養(yǎng)基、培養(yǎng)和鑒定方法如下：無菌條件下，向裝有樣品的15 mL離心管中加入玻璃珠、10 mL滅菌的生理鹽水，在振蕩器上充分振蕩3 min，使徹底勻漿化，依次進(jìn)行10-2～10-8稀釋，選擇合適的稀釋度分別接種在各培養(yǎng)基上。對(duì)雙歧桿菌、乳桿菌、腸球菌和大腸桿菌進(jìn)行計(jì)數(shù)。最終菌落數(shù)用每克結(jié)腸內(nèi)容物的菌落形成數(shù)的對(duì)數(shù)值[lg（CFU/g）]表示。具體方法見表1。菌落計(jì)數(shù)：計(jì)算出每克濕便中的菌落數(shù)（CFU/g），除產(chǎn)氣莢膜梭均外，均取對(duì)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

表1 腸道菌群計(jì)數(shù)用培養(yǎng)基、培養(yǎng)條件及鑒定方法Table 1 Culture medium,culture conditions and identification methods of gut microbiota count

1.3.4 氣相色譜（GC）測結(jié)腸內(nèi)容物中的短鏈脂肪酸

提取腸道內(nèi)容物短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）：將結(jié)腸內(nèi)容物從-80℃冰箱取出，37℃水浴15min，10倍質(zhì)量的生理鹽水稀釋，加入2顆玻璃珠，混勻后3000r/min離心5min，取2.0mL上清液置于10mL離心管中，加入0.2mL體積分?jǐn)?shù)50%的硫酸溶液，混勻，加入2.0 mL丙酮，混勻后加過量氯化鈉，劇烈振搖1 min，再加入2.0 mL乙醚，振搖1 min后，于3 000 r/min離心5 min，將上清液轉(zhuǎn)入另一試管中，下層溶液用2.0 mL丙酮和2.0 mL乙醚重復(fù)提取2次，合并有機(jī)相，于40℃水浴中用氮?dú)獯抵辽倭咳芤捍嬖?，用丙酮定容?.0 mL，混勻后用于GC分析。氣相色譜條件：J&M122-7032DB-WAX毛細(xì)管柱（30.0m×250mm×0.25μm）。程序升溫：初始溫度100℃、保持3min，以5℃/min升至120℃、保持3 min，后以20℃/min升至200℃、保持3 min。分流比10∶1，載氣為氦氣（He），流速為1 mL/min，氫火焰離子化檢測器（flame ionization detector，F(xiàn)ID）溫度為230℃，進(jìn)樣口溫度為200℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 魔芋低聚糖對(duì)小鼠體質(zhì)量和食物利用率的影響

魔芋低聚糖對(duì)小鼠體質(zhì)量和食物利用率的影響見表2。

表2 魔芋低聚糖對(duì)小鼠體質(zhì)量和每日利用率的影響Table 2 Effect of konjac oligosaccharide on mass and daily utilization rate in mice

由表2可知，各組小鼠精神狀態(tài)良好，皮毛有光澤。魔芋低聚糖各組和對(duì)照組小鼠體質(zhì)量和食物每日利用率無顯著性差異（P＞0.05）。

2.2 魔芋低聚糖對(duì)小鼠各臟器的影響

表3 魔芋低聚糖對(duì)小鼠臟器的影響Table 3 Effect of konjac oligosaccharide on mouse organs

給予小鼠不同劑量受試物35 d，魔芋低聚糖對(duì)小鼠各臟器的影響，結(jié)果（表3）可知，小鼠臟器在各劑量組與空白對(duì)照組間比較，均無顯著性差異（P＞0.05），表明魔芋低聚糖對(duì)小鼠臟器無明顯影響。

2.3 魔芋低聚糖對(duì)小鼠血清生化指標(biāo)的影響

給予小鼠不同劑量受試物35 d，魔芋低聚糖對(duì)小鼠血清生化指標(biāo)的影響，結(jié)果見表4。

由表4可知，與空白對(duì)照組比較，各試驗(yàn)組小鼠谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、總蛋白質(zhì)、血糖以及甘油三酯均無顯著性差異（P＞0.05），但總膽固醇含量呈顯著降低趨勢（P＜0.05），表明魔芋低聚糖對(duì)降低膽固醇有一定的作用。

表4 魔芋低聚糖對(duì)小鼠血清生化指標(biāo)的影響Table 4 Effect of konjac oligosaccharide on serum biochemical indexes in mice

2.4 魔芋低聚糖對(duì)小鼠腸道菌群的影響

給予小鼠不同劑量受試物35 d，魔芋低聚糖對(duì)小鼠糞便中腸道菌群的影響，結(jié)果見表5。

表5 魔芋低聚糖對(duì)小鼠糞便中腸道菌群的影響Table 5 Effect of konjac oligosaccharide on gut microbiota in the feces of mice

由表5可知，與空白對(duì)照組比較，魔芋低聚糖中劑量和高劑量組乳酸桿菌的數(shù)量顯著性增加（P＜0.05）。與空白對(duì)照組比較，魔芋低聚糖高劑量組雙歧桿菌的數(shù)量有顯著性增加（P＜0.05）。腸桿菌、腸球菌以及產(chǎn)氣桿菌的數(shù)量沒有顯著性變化（P＞0.05）。

2.5 魔芋低聚糖對(duì)小鼠結(jié)腸內(nèi)容物中短鏈脂肪酸含量的影響

給予小鼠不同劑量受試物35 d，魔芋低聚糖對(duì)結(jié)腸內(nèi)容物中短鏈脂肪酸的含量的影響，結(jié)果見表6。

由表6可知，與空白對(duì)照組比較，魔芋低聚糖中劑量和高劑量組結(jié)腸內(nèi)容物中乙酸、丙酸以及丁酸含量顯著升高（P＜0.05），總酸含量也顯著升高（P＜0.05）。

表6 結(jié)腸內(nèi)容物中短鏈脂肪酸的含量Table 6 Content of short chain fatty acids in colon contents mmol/100 g

3 討論

腸道菌群對(duì)腸道有重要的保護(hù)作用，正常的腸道菌群通過構(gòu)建重要屏障抵御外來病源微生物的入侵，維持腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和微生態(tài)平衡。腸道菌群在代謝過程中產(chǎn)生揮發(fā)性短鏈脂肪酸、乳酸以及乙酸、丙酸等，降低腸道內(nèi)的pH值，抑制外籍菌的生長和繁殖[4-6]。腸道菌群能夠分解人體不易消化的多糖、寡聚糖等，生成短鏈脂肪酸為宿主提供能量以及為腸道菌群生長繁殖提供營養(yǎng)物質(zhì)[7]。腸道菌群還參與機(jī)體的免疫功能的調(diào)節(jié)，通過增加抗體含量、調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞的吞噬作用以及增加干擾素的分泌等作用提高機(jī)體的免疫力[8-9]。腸道菌群失調(diào)會(huì)引起一些疾病的發(fā)生發(fā)展，比如炎癥性腸病、克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎以及肥胖等[10-11]。

大腸桿菌是人及各種動(dòng)物腸道中的正常寄居菌，腸球菌是人類和動(dòng)物腸道的正常菌群成員之一，其數(shù)量僅次于大腸桿菌。乙酸是結(jié)腸內(nèi)厭氧菌發(fā)酵未消化吸收的碳水化合物的最主要產(chǎn)物，丙酸是擬桿菌門發(fā)酵的主要產(chǎn)物，經(jīng)結(jié)腸吸收后主要由肝臟代謝用作能源，丁酸是厚壁菌門的主要代謝產(chǎn)物，能被結(jié)腸上皮細(xì)胞吸收利用，是結(jié)腸、盲腸最主要的能量來源[23-24]。

近年來，國內(nèi)外對(duì)低聚糖調(diào)節(jié)腸道功能的研究十分活躍，如殼寡糖、低聚半乳糖以及低聚果糖通過激活動(dòng)物腸上皮細(xì)胞、保護(hù)腸道緊密連接功能以及調(diào)節(jié)結(jié)腸上皮的杯狀細(xì)胞的分泌功能等機(jī)制保護(hù)腸道的屏障功能，預(yù)防結(jié)腸炎甚至結(jié)腸癌的發(fā)生[12-17]。國內(nèi)學(xué)者也對(duì)一些重要的植物低聚糖改善腸道的功能及機(jī)理進(jìn)行了研究。如國內(nèi)學(xué)者對(duì)大黃多糖及水解物，魔芋多糖及其水解物調(diào)節(jié)腸道功能的作用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明大黃多糖及水解物，魔芋多糖及其水解物等可降低三硝基苯磺酸（trinitrobenzenesulfonic acid solution，TNBS）誘導(dǎo)的炎性結(jié)腸黏膜髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）水平以及腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）表達(dá)量，從而治療和緩解TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[18-22]。

4 結(jié)論

本研究通過檢測小鼠糞便中大腸桿菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌、腸球菌、產(chǎn)氣菌這五種菌數(shù)量的變化以及短鏈脂肪酸的產(chǎn)生量來研究魔芋低聚糖對(duì)于腸道菌群微生態(tài)環(huán)境的調(diào)節(jié)作用。研究表明，與對(duì)照組比較，魔芋低聚糖高劑量組（2.00g/kg體質(zhì)量）小鼠糞便中雙歧桿菌和乳桿菌數(shù)量（對(duì)數(shù)值分別為3.65、3.81）顯著增加（P＜0.05），腸桿菌和產(chǎn)氣桿菌數(shù)量無顯著性變化（P＞0.05）。結(jié)腸內(nèi)容物中乙酸、丙酸以及丁酸的含量（6.51 mmol/100 g、1.69 mmol/100 g、3.83 mmol/100 g）顯著增加（P＜0.05），從而起到改善腸道腸道菌群微生態(tài)環(huán)境的作用。本研究為魔芋低聚糖作為益生元的應(yīng)用提供了一些依據(jù)，為進(jìn)一步研究魔芋低聚糖對(duì)腸道的健康作用機(jī)理提供了參考。

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Regulation effect of konjac oligosaccharide on gut microbiota in mice

WANG Wenjuan,HE Qinghua,WEI Fenfen,WEI Rong,ZHANG Bo
(Key Laboratory for Bioactive Material and Functional Food,College of Biochemical Engineering,Beijing Union University,Beijing 100023,China)

The effect of konjac oligosaccharide on the gut microbiota in mice was evaluated.Konjac oligosaccharide was continuously gavaged for 35 d and the serum biochemical parameters were measured.Rat fecal and culture gut microbiota was extracted under sterile condition.The results showed that fecalBifidobacteriumandLactobacilluslevels in konjac oligosaccharide high dose group(2.00 g/kg BW)were significantly higher(P＜0.05)than that in control group,and the log value of the bacteria was 3.65 and 3.81,respectively.There was no significant change inEnterbacter andAerobactercounts(P＜0.05).The acetic acid,propionic acid and butyric acid contents in colon was significanly increased(P＜0.05),which was 6.51 mmol/100 g,1.69 mmol/100 g and 3.83 mmol/100 g,respectively.The results demonstrated that konjac oligosaccharide had positive regulation effect on gut microbiota in mice.

konjac oligosaccharide;mice;gut microbiota

TS201.4

0254-5071（2017）10-0135-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.10.028

2017-07-22

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAD33B06）；校企合作課題

王文娟（1993-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)樯锘钚晕镔|(zhì)的功能與毒理。

*通訊作者：張 波（1962-），女，教授，博士，研究方向?yàn)樯锘钚晕镔|(zhì)的功能與毒理。