结果与讨论
麸皮的酶预处理
采用两种不同的麸皮酶处理来增加面包中可溶性纤维的含量。目的是确定优化用于改善面包感官品质的焙烤酶混合物是否能产生具有益生元特性的可溶性纤维材料。目的不是找出产生最大量可溶性纤维材料的单个酶水平，尽管这可以在未来进行研究。为了延长酶水解时间，在面团制作前将酶、麸皮和水混合并在50°C下孵育3小时。表4展示了测试面包经体外胃肠道酶消化后水溶性纤维提取物中可溶性多糖（%）的分析结果。在面团制作前将麸皮在50°C下用水预处理3小时，与参考麸皮面包相比对可溶性碳水化合物含量没有影响，而在预处理步骤中添加酶混合物1和2则显著增加了可溶性碳水化合物含量（p<0.001）。麸皮的酶处理还略微增加了抗消化和煮沸的可溶性蛋白质含量。
表4. 测试面包中可溶性及体外消化抗性蛋白质和多糖的相对含量（%），以及可溶性多糖的单糖组成
| 麸皮参考面包（%） | 预处理麸皮面包（%） | 酶混合物1麸皮面包（%） | 酶混合物2麸皮面包（%） | |
|---|---|---|---|---|
| 可溶性蛋白质ᵃ | 0.03±0.01 | 0.03±0.01 | 0.09±0.01* | 0.10±0.02* |
| 可溶性碳水化合物ᵃ | 0.34±0.01 | 0.36±0.04 | 0.69±0.04* | 0.70±0.06* |
| 可溶性碳水化合物组成ᵇ： | ||||
| 木糖 | 38±1.5 | 41±2.3 | 50±0.7* | 50±1.1* |
| 阿拉伯糖 | 30±0.9 | 30±0.8 | 31±0.7 | 31±0.6 |
| 半乳糖 | 15±0.7 | 13±1.1 | 8±0.6* | 7±0.3 |
| 葡萄糖 | 13±2.8 | 13±3.3 | 9±1.6 | 9±1.7 |
| 甘露糖 | 5±1.9 | 4±1.3 | 2±0.5 | 2±0.7 |
ᵃ结果为三次定量提取和分析的均值±标准误。
ᵇ结果为六次提取和分析的均值±标准误。
星号表示与麸皮参考面包相比的统计学显著差异，p<0.05视为显著：p<0.05，p<0.01，p<0.001。
焙烤酶对麸皮纤维的增溶作用示于图1。与参考麸皮面包相比，可溶性木糖和阿拉伯糖含量多糖的显著增加（p<0.001）是由于Grindamyl Powerbake 950中内切木聚糖酶对不溶性阿拉伯木聚糖的水解作用。可溶性葡萄糖含量多糖或纤维素的轻微增加可能是由于Laminex GC220中葡聚糖酶/纤维素酶的活性。半乳糖（可能来源于阿拉伯半乳聚糖肽）和甘露糖含量多糖不受酶预处理的影响。
图1. 从100克测试面包中提取的可溶性纤维中多糖组分含量（毫克，均值±标准误，n=3）。星号表示与麸皮参考面包相比的统计学显著差异，p<0.05视为显著：*p<0.05，p<0.01，*p<0.001。
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益生菌、共生菌和致病菌对可溶性纤维的发酵
检测了17种益生菌、共生菌和致病菌发酵从测试面包中分离的可溶性纤维的能力。葡萄糖用作阳性对照，不含纤维提取物的培养基（无葡萄糖MRS）用作阴性对照。正如预期，在大多数测试纤维上的生长高于且快于葡萄糖。细菌生长结果示于表5，其中不同纤维提取物和阴性对照上的生长以相对于葡萄糖上的生长表示。生长中的统计学显著差异在阴性对照和测试物质之间计算。发酵分析表明，益生菌菌株在纤维存在下的发酵能力不同。总体而言，长双歧杆菌菌株，特别是益生菌菌株长双歧杆菌Bl-05，表现出最高的利用纤维提取物的能力。长双歧杆菌Bl-05的最佳生长（p<0.001）发现于用酶混合物1和2预处理的麸皮面包纤维提取物中，其中木糖含量多糖的浓度最高（表4）。其他双歧杆菌菌株表现出不同的发酵能力，乳双歧杆菌和短双歧杆菌生长最慢。长双歧杆菌菌株发酵AX的能力此前已被证实，尽管这种能力并非普遍存在于双歧杆菌中。已有研究证实长双歧杆菌菌株能够利用AX上的阿拉伯糖部分，但不能有效利用由木糖组成的骨架。尽管所有用于微生物生长试验的纤维提取物中阿拉伯糖含量几乎相同（表4），但烘焙过程中使用的木聚糖酶可能将AX断裂成片段，使阿拉伯糖对长双歧杆菌更易获取。
表5. 细菌在MRS培养基（对照）及添加葡萄糖或测试面包可溶性纤维提取物的MRS培养基中的生长。生长结果（%）与添加1%葡萄糖的MRS培养基中的生长相比。
| 菌株 | 1%葡萄糖（%） | 对照（无葡萄糖）（%） | 参考麸皮面包（%） | 预处理麸皮面包（%） | 酶混合物1麸皮面包（%） | 酶混合物2麸皮面包（%） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 角双歧杆菌 20098 | 100±1.4 | 20.6±1.4 | 55.7±7.7* | 46.7±3.6 | 56.5±2.1 | 42.6±1.0 |
| 短双歧杆菌 Bb-03 | 100±2.0 | 8.4±0.4 | 1.1±0.8 | 5.7±1.0 | 3.9±1.3 | 6.9±0.4 |
| 短双歧杆菌 20213 | 100±0.9 | 11.2±1.3 | 13.8±2.1 | 11.6±0.5 | 11.5±0.5 | 14.0±0.8 |
| 链状双歧杆菌 20103 | 100±5.2 | 38.5±1.9 | 23.2±5.8 | 98.9±21.4* | 46.4±4.5 | 54.9±9.4 |
| 婴儿双歧杆菌 15697 | 100±9.0 | 21.3±1.6 | 33.5±4.4 | 42.4±0.9 | 22.6±1.0 | 44.6±2.3 |
| 乳双歧杆菌 420 | 100±1.1 | 4.2±0.3 | 24.3±17.3 | 9.4±11.6 | 6.2±1.4 | 10.4±1.2 |
| 乳双歧杆菌 BI-04 | 100±9.2 | 14.4±2.6 | 40.1±3.9 | 51.7±19.2 | 22.2±5.5 | 15.9±5.6 |
| 长双歧杆菌 20219 | 100±4.6 | 28.7±3.0 | 48.2±11.9 | 48.6±3.7 | 57.5±2.1 | 42.8±3.2 |
| 长双歧杆菌 319 | 100±2.0 | 3.4±0.4 | 41.5±0.1 | 45.5±1.2* | 43.9±2.0 | 47.4±1.1* |
| 长双歧杆菌 BL-05 | 100±1.8 | 9.7±0.5 | 47.0±6.3 | 33.7±3.4 | 76.6±2.5* | 106.4±2.5* |
| 长双歧杆菌亚种 婴儿双歧杆菌 20088 | 100±1.2 | 13.7±0.2 | 9.9±0.3 | 12.6±0.8 | 11.8±0.6 | 9.3±0.6 |
| 嗜酸乳杆菌 NCFM | 100±0.9 | 19.7±0.7 | 31.7±1.1 | 26.0±1.3 | 27.0±2.2 | 32.1±1.7 |
| 脆弱拟杆菌 25285 | 100±2.6 | 76.6±6.9 | 79.5±1.9 | 72.4±0.8 | 94.5±1.1* | 100.6±1.6* |
| 埃希氏大肠杆菌 11775 | 100±21.9 | 135.3±16.9 | 133.6±4.7 | 105.9±30.0 | 160.7±20.5 | 134.5±17.2 |
| 埃希氏大肠杆菌 O157:H7 | 100±0.9 | 88.9±0.5 | 115.0±0.3* | 108.2±0.4* | 124.0±0.7* | 123.5±1.0* |
| 产气荚膜梭菌 13124 | 100±0.6 | 62.8±0.7 | 80.6±0.3* | 72.4±0.8* | 92.8±0.6* | 92.7±0.3* |
| 鼠伤寒沙门氏菌 4185/96 | 100±3.5 | 27.2±2.6 | 41.2±1.2* | 37.0±0.3* | 55.1±2.6* | 50.5±0.6* |
结果为均值±标准误（n=3–4）。统计学显著差异在对照和测试面包之间计算，p<0.05视为显著：p<0.05，p<0.01，p<0.001。
益生菌菌株嗜酸乳杆菌NCFM似乎不发酵主要由AX组成的面包纤维。在乳杆菌中也发现了类似的特性，所有17个受检的乳杆菌种均不能利用黑麦AX。脆弱拟杆菌共生菌株在麸皮用水预处理后（p<0.01）及用酶混合物1和2预处理后（p<0.001）表现出有效利用纤维提取物的能力。脆弱拟杆菌发酵AX的能力也已被证实。大肠杆菌ATCC 11775共生菌株在所有麸皮面包纤维提取物和培养基上均表现出超过100%的生长，与以1%葡萄糖为底物的生长相比。致病菌株大肠杆菌O157:H7、产气荚膜梭菌和鼠伤寒沙门氏菌有效利用了所有纤维提取物（p<0.001），尽管大肠杆菌O157:H7和产气荚膜梭菌在无葡萄糖MRS培养基上也生长良好，表明该培养基可能不是这些致病菌生长研究的最佳选择。
我们的结果表明，用优化用于烘焙过程的酶混合物处理麸皮可以改善某些益生菌和肠道细菌对纤维的利用。特别是，长双歧杆菌亚种longum可以从酶处理中获益。这可能具有生物学意义，因为据报道长双歧杆菌及其亚种是成人和老年人肠道中最重要且通常最丰富的双歧杆菌种。此外，婴儿长双歧杆菌亚种与婴儿型双歧杆菌菌群相关，这是健康婴儿的典型特征，而与过敏婴儿更常相关的成人型双歧杆菌菌群则不同。然而，在本研究中，受试的婴儿长双歧杆菌亚种菌株未能有效利用纤维提取物。
结论
发现在面团制作前对麸皮进行酶处理可以增加可溶性阿拉伯木聚糖的含量。在所有测试的益生菌中，长双歧杆菌菌株表现出最大的发酵纤维提取物的能力。嗜酸乳杆菌NCFM、乳双歧杆菌和短双歧杆菌菌株未能有效利用纤维提取物。其他双歧杆菌表现出不同的发酵面包纤维的能力。测试的潜在致病菌也被观察到能够利用提取的纤维，当将这些类型的纤维喂给被这些微生物定植的人群时，这可能具有重要意义。用于改善高纤维面包烘焙过程的酶也可用于原位生产可溶性纤维材料，进而对某些潜在有益微生物发挥益生元作用。特别是，结果表明商业益生菌菌株长双歧杆菌Bl-05对阿拉伯木聚糖作为生长底物的偏好，这可能具有技术意义。
致谢
我们要感谢Lauri Naski先生在微生物生长操作方面的熟练技术。
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