0.145 mL 樣品加入 0.145 mL(10 mM hexamine、10 mM KCl、
3 mM copper sulfate)混合液,加入 1 mM TMM 0.0145 mL 在室溫下 反應3 分鐘於 485 nm 測吸光值,吸光值越低表示樣本螯合金屬離子 效果越強。
(九)幾丁聚醣水解物與腸道菌共培養試驗
將菌種接種至液態培養基中,活化一天(菌量為 1~5×108/mL)。
基礎培養基中添加不同濃度(100 ppm 與 400 ppm)之幾丁聚醣水解 物(DD80-CHtri、DD80-CHcel、DD92-CHtri 及 DD92-CHcel),將 Bifidobacteria(等比例之 B. breve BCRC 14601、B. longum BCRC
14602 及 B. adolescentis BCRC 14606)與 Enterobacteria(等比例菌液
量之 E. aerogenes BCRC 10370、E.cloacae BCRC 10401 及 E. coli BCRC 10675)以不同菌數比例(1:1、4:1 及 10:1),於厭氣操 作台(Anaerobic Chamber SHEL BACTRON 1.5)內接種至上述培養 基中,37℃下培養(氣體調節為 N2 90%、H2 5%及 CO2 5%),48 小時後取樣、連續稀釋並分別塗抹於鑑別性培養基(BSM、MacConkey Agar ) 上 , 於 恆 溫 厭 氣 培 養 ( Personal CO2/Multigas Incubator APC-30D/AMP-30D)中培養 48 小時後觀察菌數變化。
肆、結果與討論
一、幾丁聚醣水解物之製備與分子量分佈
幾丁聚醣常利用酵素進行水解而得到幾丁聚醣水解物,其分子量 主要是測量水解後黏度變化,以Mark Houwink 方程式計算分子量。
由圖十三中可發現未水解之幾丁聚醣分子量在300 kDa 以上,經過酵
素水解後分子量有逐漸降低之趨勢,並在水解 24 小時後分子量變化
趨於平緩,因此將幾丁聚醣酵素水解時間訂為24 小時。
在水解24 小時後幾丁聚醣水解物分子量降低至 20 kDa 以下,其 中分子量大小為DD92-CHtri(13.54 kDa)>DD80-CHtri(9.64 kDa)
>DD80-CHcel(8.07 kDa)>DD92-CHcel(6.92 kDa)。以上述不同 酵素處理所得之水解物進行後續之研究。
二、幾丁聚醣水解物抑菌測試
(一)幾丁聚醣水解物對伺機菌之影響
幾丁聚醣水解物已被證實具有良好抑制病原菌之效果,表五即研 究腸道中的伺機腸道菌,包括E. aerogenes、E. cloacae 與 E. coli,對 幾丁聚醣水解物的耐受性,發現相同去乙醯度下以Trichoderma viride 產生的chitinase 粗酵素水解之產物有較佳之抑菌效果;若以相同水解 酵素來說,去乙醯度較大者有較好的抑菌能力;對 E. coli 而言,
DD92-CHtri的抑制效果最好(100 ppm),其次是 DD92-CHcel,再來 則是DD80-CHtri,最差的是DD80-CHcel。伺機腸道菌中又以E. coli 菌較陽性菌佳,約可抑制20-60%(Chen et al., 2002.),實驗中發現 三株伺機腸道菌耐受性皆不同,以 E. coli 最差。因此推測幾丁聚醣水
(二)幾丁聚醣水解物對Bifidobacterium 之影響
表 六 中 去 乙 醯 度 80% 、 92% 的 幾 丁 聚 醣 水 解 物 對 三 株 Bifidobacteria 較沒有抑制效果,三株 Bifidobacteria 中以 B. brevis 較
為敏感,DD80-CHtri、DD80-CHcel、DD92-CHtri 及 DD92-CHcel 在 400 ppm 下可抑制 B. brevis 生長。Gerasimenko 等(2004)的實驗結
果不同,他們發現分子量在 6~12 kDa 0.0025 ppm 即能抑制 B.
bifidum,因為菌株本身對幾丁聚醣水解物的耐受性不盡相同,推測是
因為B. bifidum 的耐受性較差所導致。
No 等(2002)發現分子量 22 kDa 的幾丁聚醣對革蘭氏陽性菌及 革蘭氏陰性菌會降低1~2 log CFU/ml。根據學者研究發現低分子量 的幾丁聚醣水解物對革蘭氏陽性菌中的乳酸菌之 MIC 為 500-1000 ppm,此與本文結果亦有所出入。
三、幾丁聚醣水解物儲存試驗
益生菌目前發現對人體有許多生理功能,因此常添加於市售發酵 乳品中,所以產品中含有的益生菌菌數是相當重要的,此會影響產品 的品質也會影響產品的價格(Sanders, 1998)。尤其益生菌對儲存時 環境含氧量的改變有相當大的敏感性(Krasaekoopt et al., 2006;Matto et al., 2006;Cristina et al., 2007;Donkor et al., 2007),在產品儲存
期 間 亦 容 易 死 亡 , 存 活 率 逐 漸 降 低 。 因 此 本 實 驗 選 擇 不 抑 制 Bifidobacteria 但可抑制 Enterobacteria 的幾丁聚醣水解物濃度,將 400 ppm 的 DD80-CHtri、DD80-CHcel、DD92-CHtri及 DD92-CHcel添加
於市售產品中,儲存在 4℃下 35 天,觀察市售發酵乳品中乳酸菌之
有關。
許多文獻證實添加益生質於含益生菌之發酵乳品中,可以降低益 生菌隨儲存時間的延長而死亡的情形,Capela 等(2006)發現對發酵 乳 中 的 菌 種 L. acidophilus 、 L. casei 及 B. longum 添 加 2 % Fructooligosaccharides 與 Inulin 等益生質,在 4℃下儲存 4 星期後,可 延緩菌數死亡1 log CFU/ml。Martínez-Villaluenga 等(2006)在乳品 中添加raffinose 寡糖類後,在 4℃儲存 3 週後可以延緩乳酸菌降低一 個log。
陸陸續續已經有許多益生質寡醣類物質發現可幫助益生菌生 長、提高益生菌的存活率,本實驗添加幾丁聚醣水解物後發現亦有此 效果,此外幾丁聚醣具有在人體中不被水解吸收之特性,因此推測幾 丁聚醣水解物可能具有益生質特性,因此進行以下實驗確認之。
四、幾丁聚醣水解物益生質特性評估
Lactobacillus sp.與 Bifidobacteria 生長濁度約 0.25 左右(Lee et al.,
2002)。
本實驗將最不具有抑制性的幾丁聚醣水解物 DD80-CHcel添加在 基礎培養基中取代碳源,培養三株 Bifidobacteria。圖十七發現 B.
breve、B. longum 及 B. adolescentis 均無法有效利用 DD80-CHcel生長。
進一步以幾丁質的單體 NAG 來做確認,將 0.5% NAG 添加至含有 1.5%葡萄糖之基礎培養基中作為碳源(圖十八),結果顯示相較於 葡萄糖,NAG 對於菌種生長並無幫助。為了進行確認,乃比對菌種 鑑定資料庫系統(Biolog,USA)中三株 Bifidobacteria 對 NAG 之使 用率,表七發現B. longum 及 B. adolescentis 無法利用 NAG,而 B. breve 的利用率為 46%(意即在 100 株受試菌株當中,只有 46 株會使用
BCRC 14601 不能使用 NAG 來作為生長之用。而 Enterobacteria 三者
對 NAG 的使用率則皆在 75%以上,相對高很多。本實驗所使用之 Bifidobacteria 菌株,不能使用 NAG。也因此,NAG 所組成之聚合物
並不能作為 Bifidobacteria 的益生質,這個結果與 Lee 等人(2002)
相左。Lee 學者使用的基礎培養基是 MRS,其是專門用來培養乳酸菌 之培養基,含有相當豐富之營養,而本研究中使用之基礎培養基是不 含任何碳源之basal media,主要是將幾丁聚醣水解物作為基礎培養基 中碳源,因為兩者使用的基礎培養基不同,其可能導致不同的結果。
五、幾丁聚醣水解物抗氧化性分析
若以去乙醯度觀之,則是以 92%比 80%較佳,可能是因為去乙醯度 92%的溶解度較好,酵素水解所產生的還原醣較多,因此還原力比較 好,也因此幾丁聚醣水解物添加在市售產品中保護益生菌延緩菌數死 亡 的 情 形 。 其 可 能 來 自 於 其 具 有 之 還 原 力 , 降 低 了 氧 氣 對 Bifidobacteria 的傷害。
六、幾丁聚醣水解物對腸道菌叢之影響
人體健康與腸道細菌組成息息相關,菌相組成亦相當複雜,其中 Bifidobacteria 是益生菌,可促進人體健康,而少量伺機菌存在腸道
中,可幫助人體進行代謝功能,菌量過多或過少對人體皆有不良影 響 。 已 發 現 幾 丁 聚 醣 水 解 物 對 於 常 見 病 原 菌 如 Aeromonas hydrophila、E. coli、Listeria monocytogenes、Pseudomonas aeruginosa、
Salmonella typhimurium、Staphylococcus aureus、Vibrio cholerae 及 V.
parahaemolyticus 有良好的抑制效果(Seo et al., 1992. Tsai et al,
2000.),且實驗發現 Bifidobacteria 對幾丁聚醣水解物耐受性較高,
因 此 利 用 體 外 共 培 養 試 驗 觀 察 幾 丁 聚 醣 水 解 物 對 腸 道 菌 中 Bifidobacteria 與 Enterobacteria 互動之影響。
去乙醯度 80%與 92%的幾丁聚醣水解物對腸道菌共培養有相似 結果,表八及表九發現當 Bifidobacteria 與 Enterobacteria 單獨與水解 物共培養時並未對其生長造成影響,其中 DD80-CHcel的添加對兩者 之生長皆有所幫助,且濃度越高其助益越大,推測是其具有分子量小 與還原力等作用。而 DD92-CHcel者並未有明顯提高菌量的現象,推
測可能是去乙醯度高的 DD92 水解物本身的抑菌效果較佳。總括來
說,幾丁聚醣水解物具有還原力,對 Bifidobacteria 可減少環境中氧
作為生長營養來源。
在1 比 1 的比例下共培養時幾丁聚醣水解物並未對 Bifidobacteria 與Enterobacteria 造成影響(表八與表九),發現 Enterobacteria 的菌數 較Bifidobacteria 多 1 log CFU/ml,可能是 Bifidobacteria 本身的遲滯 期長,Enterobacteria 在培養初期即成為優勢菌株,對 Bifidobacteria
生長產生壓力,導致生長不良的情形發生。當 Bifidobacteria 與 Enterobacteria 的比例逐漸變大時,若以 4:1 的比例混合,結果發現
在未添加水解物時是以 Enterobacteria 的菌量較多,加入水解物後 DD80-CHtri 400 ppm 可 提 高 Bifidobacteria 菌 數 , 而 抑 制 Enterobacteria。將 Bifidobacteria 與 Enterobacteria 的比例拉大為 10:
1 時 , 發 現 Enterobacteria 的 菌 數 有 受 到 抑 制 的 跡 象 , 推 測 是 Bifidobacteria 一開始就是優勢菌株所以抑制 Enterobacteria 的生長,
再加上幾丁聚醣水解物的抑制效果,可有效降低腸桿菌的菌數。
Vernazza 等(2005)將不同分子量大小之幾丁聚醣與腸道菌共培 養,發現不同分子量對總菌數並無明顯影響,分子量在50~375 kDa 可抑制Bacteroides 與 Clostridia 約 1 log CFU/ml,對 Bifidobacteria 無 顯著影響;較低分子量(50~190 kDa)則對 Lactobacilli 會造成毒害;
分 子 量 若 小 於 5 kDa 的 幾 丁 寡 醣 對 Bacteroides 、 Clostridia 及 Bifidobacteria 皆能提高菌數。此結果與本研究之發現有相似之處。本
研 究 中 使 用 之 幾 丁 聚 醣 水 解 物 其 分 子 量 在 7 ~ 14 kDa 對 Enterobacteria 有抑制性,對 Bifidobacteria 則無顯著影響,其中以
cellulase 水解之水解產物皆能提高 Bifidobacteria 生長。因此幾丁聚醣 水解物在適當比例下可幫助 Bifidobacteria 生長而伺機腸道菌受威脅 不易增生,可幫助人體腸道趨於健康正相。
伍、結論
去乙醯度為 80 及 92 之幾丁聚醣(分子量約 300 kDa)經過 chitinase 與 celluase 酵素水解 24 小時後皆可降低至 15 kDa 以下。
Bifidobacteria 對上述條件所製備之幾丁聚醣水解物耐受性高,而腸道
中伺機菌雖可被抑制但不會造成死亡的效果,不致妨礙腸道中伺機菌
之正常生長。幾丁聚醣水解物添加市售產品中,發現儲存 35 天期間
內有助於延緩商品中乳酸菌死亡的情形。發現celluase 水解之幾丁聚 醣水解物具有較佳的還原力,可減少環境中氧氣對乳酸菌之傷害。適 當比例之幾丁聚醣水解物與腸道菌共培養後,可幫助 Bifidobacteria 成為優勢,而腸道中伺機菌有被抑制的現象。
綜合以上結果,幾丁聚醣水解物與 Bifidobacteria 的相乘效果下 能抑制腸道中伺機菌的過度生長,未來可進一步應用至人體試驗,藉 以改善腸道菌相,希望能促進人體健康。
陸、參考文獻
賴怡君。1999。乳酸菌之抗氧化性及抗致突變性對細胞株 Intestin 407 之影響。國立中興大學食品科技研究所碩士論文。
譚靜芬。1999。機能性寡醣之介紹。食品工業。31(7):1-8。
Alander M, Matto J, Kneifel W, Johansson M, Kogler B, Crittenden R, Mattila-Sandholm T and Saarela M. 2001. Effect of galacto-oligosacc haride supplementation on human faecal microflora and on survival
Alander M, Matto J, Kneifel W, Johansson M, Kogler B, Crittenden R, Mattila-Sandholm T and Saarela M. 2001. Effect of galacto-oligosacc haride supplementation on human faecal microflora and on survival