目前,微生物发酵法制备麸皮多糖采用的菌种多为食用菌和霉菌,以非霉系菌种作为发酵菌种的报道较少,内蒙古农业大学动物科学学院王 园、史俊祥、段元霄等人以酿酒酵母以及枯草芽孢杆菌为发酵菌种固态发酵小麦麸皮制备麸皮多糖,通过响应面法确定最佳发酵工艺参数,并通过敌草快攻毒建立大鼠模型研究制备的麸皮多糖的抗炎活性,以期为在生产中将麸皮多糖应用于改善动物健康状况、促进其生长提供理论支撑。
1、单因素试验
发酵温度对麸皮多糖产量的影响
当发酵温度在25~45 ℃范围内变化时,发酵底物中麸皮多糖产量呈先增加后减少的趋势。发酵温度为35 ℃时达到最大值,其麸皮多糖产量为123.44 mg/g,且显着高于其他温度(P<0.05)。
发酵时间对麸皮多糖产量的影响
随着发酵时间的延长,发酵底物中麸皮多糖产量呈先增大后减小的趋势。在发酵第48小时达到最大值,其麸皮多糖产量为128.05 mg/g,且显着高于其他时间(P<0.05)。
总接种量对麸皮多糖产量的影响
随着发酵时间的延长,发酵底物中麸皮多糖产量呈先增大后减小的趋势。在发酵第48小时达到最大值,其麸皮多糖产量为128.05 mg/g,且显着高于其他时间(P<0.05)。因此,以第48小时作为响应面优化试验的发酵时间中心点。
总接种量对麸皮多糖产量的影响
随着总接种量的增加,发酵底物中麸皮多糖产量呈先增大后减小的趋势。在总接种量为10%时达到最大值,其麸皮多糖产量为124.89 mg/g,且显着高于其他总接种量(P<0.05);因此,以10%总接种量作为响应面优化试验的总接种量中心点。
料水比对麸皮多糖产量的影响
随着溶剂用量的增加,发酵底物中麸皮多糖产量呈先增大后减小的趋势,在料水比为1∶1达到最大值,其麸皮多糖产量为122.33 mg/g,且显着高于其他料水比(P<0.05);因此,以料水比1∶1作为响应面优化试验的料水比中心点。
2、响应面优化试验结果及方差分析
响应面试验结果
4 个变量在两两交互时,保持其中2 个变量不变,麸皮多糖产量随着另外2 个变量水平的增加,呈现上升到一定程度后下降的趋势。对应麸皮多糖产量最大值都在120 mg/kg以上。
最佳发酵条件及验证
由Minitab 17统计分析软件中响应面优化器得到:当发酵温度35.4 ℃、发酵时间52.7 h、总接种量10.4%、料水比1∶1.16时,发酵产物中麸皮多糖含量的理论值为132.9 mg/g。用得到的最佳发酵条件进行验证实验,6 次平行实验得到发酵产物中实际麸皮多糖含量为130.21 mg/g,与理论值相差2%,说明此模型有效且优化结果可靠。较未发酵底物中麸皮多糖含量(27.01 mg/g)提高了3.8 倍。
3、麸皮多糖的抗炎活性分析
血浆中炎性因子指标
与CT组相比,NC组血浆中IL-1β、IL-2、IL-6和TNF-α含量显着升高(P<0.05)。CL组中IL-1β含量显着低于NC组(P<0.05),与CT组差异不显着(P>0.05);CM组中的IL-1β和TNF-α含量显着低于NC组(P<0.05),与CT组差异不显着(P>0.05);CH组中的IL-1β、IL-2和TNF-α含量显着低于NC组(P<0.05),且与CT组差异不显着(P>0.05);PC组IL-1β含量显着低于NC组(P<0.05),与CT组差异不显着(P>0.05)。
肝脏中炎性因子指标
与CT组相比,NC组肝脏中IL-1β、IL-2、IL-6和TNF-α含量显着升高(P<0.05)。CL组中的IL-1β、IL-6和TNF-α含量显着低于NC组(P<0.05),但显着高于CT组(P<0.05);CM组IL-1β、IL-6和TNF-α含量显着低于NC组(P<0.05),且与CT组差异不显着(P>0.05);CH组IL-1β、IL-2、IL-6和TNF-α含量显着低于NC组(P<0.05),且与CT组差异不显着(P>0.05);PC组IL-1β含量显着低于NC组(P<0.05),与CT组差异不显着(P>0.05)。
讨论与结论
本研究在单因素试验的基础上,经响应面试验优化,以酿酒酵母以及枯草芽孢杆菌为发酵菌种制备麸皮多糖的最适发酵工艺条件为发酵温度35.4 ℃、发酵时间52.7 h、总接种量10.4%、料水比1∶1.16,该条件下麸皮多糖产量为130.21 mg/g。以diquat攻毒建立大鼠炎症模型,发现麸皮多糖可以有效缓解大鼠血液和肝脏组织中TNF-α、IL-6、IL-2和IL-1β炎性因子水平的升高,表现出一定的抗炎作用。