乳酸芽孢杆菌发酵液对山药护色及其对山药多糖结构及活性影响研究

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山药是一种药食同源的中药材,山药多糖是其主要活性成分,具有调节免疫活性等生物活性。加工过程中山药极易发生褐变,目前山药护色方式主要采用含硫护色,然而这种护色方式存在硫残留超标从而威胁健康,同时也会影响山药多糖的结构和活性。本文以铁棍山药为原料,提出并优化乳酸芽孢杆菌发酵液山药护色工艺,以替代传统的含硫护色方式,并对比两种护色方式对山药相对褐变度、多糖得率与结构、多糖体外免疫活性及其对DSS诱导的急性结肠炎小鼠的治疗作用的影响,主要结果与结论如下:(1)采用乳酸芽孢杆菌发酵液配制山药护色液的最佳工艺条件为采用发酵时间为34 h的乳酸芽孢杆菌发酵液、发酵液添加量为10%、护色时间为1 h。(2)以亚硫酸钠护色、清水护色为对比,测定发酵液护色后山药多糖得率、相对褐变度、多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性。结果表明:发酵护色液和亚硫酸钠护色液均能显著降低山药的相对褐变度,降低PPO和POD活性,提高多糖得率,其中采用发酵护色液护色后山药的相对褐变度为38.83%,而多糖得率可达12.37%,但亚硫酸钠护色液处理后,山药的相对褐变度为51.46%,而多糖得率仅为11.06%,说明发酵护色液护色效果明显优于传统亚硫酸钠护色液。(3)分别提取亚硫酸钠护色、清水护色、发酵液护色后的山药粗多糖,采用阴离子交换柱和葡聚糖凝胶柱纯化后,均可得到三种山药多糖组分:清水组分、0.1 mol/L Na Cl组分、0.3 mol/L Na Cl组分。不同护色处理的山药多糖中的清水组分和0.1 mol/L Na Cl组分的结构较相似,但是0.3 mol/L Na Cl组分的山药多糖经过不同护色结构差异较大,包括分子量、单糖组成、糖醛酸含量上均存在显著差异。如清水对照组、亚硫酸钠护色组和发酵液护色组的0.3 mol/L Na Cl组分(分别为CYH-3、CYN-3、CYF-3)的分子量分别为4.06×104、2.57×104、2.99×104,糖醛酸含量分别为0.58%、3.99%和12.12%,单糖组成中甘露糖的含量分别为0.522%、0.616%和3.379%,说明不同护色处理对山药多糖的结构存在显著影响。但清水对照组、亚硫酸钠护色组和发酵液护色组的清水组分(分别为CYH-1、CYF-1、CYN-1)的结构较相似,其中分子量分别为7.28×103、2.86×103、7.49×103,糖醛酸含量分别为1.31%、1.61%和0.91%,单糖组成中甘露糖的含量分别为14.90%、13.49%和20.18%,说明不同护色处理对于不同组分的影响不同。(4)探究山药多糖对小鼠巨噬细胞RAW264.7分泌细胞因子的影响,比较不同山药多糖的体外免疫活性的差异。实验结果表明不同护色处理的山药多糖均能够刺激小鼠巨噬细胞分泌TNF-α、IL-6、IL-1β、NO,而相比亚硫酸钠护色,发酵液护色的山药多糖可显著提高这些细胞因子的分泌量,说明采用发酵液护色可以提高山药多糖的免疫活性。(5)对比清水护色处理的山药多糖和发酵护色液护色处理的山药多糖对DSS诱导的急性肠炎小鼠的影响,结果表明:清水和发酵液护色处理的山药多糖均能够有效降低小鼠疾病活性指数、恢复结肠损伤程度。此外,对小鼠结肠内容物进行16s r DNA测序,测序结果表明,清水浸泡组粗多糖(CYH)和发酵液护色组粗多糖(CYF)能有效提升小鼠肠道微生物多样性、改变菌群结构。有效提高Roseburia(罗斯氏菌)等有益菌的丰度,并降低Alistipes和Bacteroides这些与结肠炎和炎症正相关的有害菌的丰度,说明CYH和CYF能通过调节肠道菌群治疗经DSS诱导的急性结肠炎小鼠。
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