试验设计

 试验材料：玉米芯中提取的XOS（纯度>90%）；植物乳杆菌菌株Lb1, B72, QH25-1, C88, Sc52, YNF-5, S62, S2, S56和Ml 12-2-2；细菌病原菌是大肠杆菌CMCC44825、伤寒沙门氏菌CMCC50115、福氏志贺氏菌CMCC51061和金黄色葡萄球菌CMCC2607。

 XOS对植物乳杆菌的益生元活性：将50 μL植物乳杆菌菌株（Lb1, B72, QH25-1, C88, Sc52, YNF-5, S62, S2, S56和Ml 12-2-2）的过夜培养物（1×10⁶ CFU/mL）接种到不同的试验介质中，在37℃厌氧培养12 h，测定每隔2 h的OD₆₀₀来评估菌株生长。阴性对照组培养基中无碳水化合物，阳性对照组培养基含有0.5%（w/v）葡萄糖，试验组在无碳水化合物培养基中加入0.5%（w/v）XOS。 

 短链脂肪酸分析：采用气相色谱（GC）方法测定发酵液的上清液样品（2.0 mL）中短链脂肪酸SCFA（乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、丁酸、戊酸、异戊酸和乳酸）的浓度。

 抗菌活性：采用孔扩散法检测XOS发酵的无细胞植物乳杆菌S2上清液的抗菌活性。将植物乳杆菌S2菌株经MRS肉汤培养基（含0-6 g/L XOS）发酵后得到的无细胞上清液倒入在涂有测试病原体（大肠杆菌CMCC44825、伤寒沙门氏菌CMCC50115、福氏志贺氏菌CMCC51061和金黄色葡萄球菌CMCC2607）的LB琼脂板上制作的8 mm孔中，在37℃厌氧条件过夜培养，测量孔周围的抑制区的直径，直径8 mm表示无抗菌活性（-）；直径0~3 mm表示弱抗菌活性（+）；直径3~6 mm表示较好抗菌活性（++）；直径>6 mm表示强抗菌活性（++）。

 对小鼠模型中肠道菌群的调节作用：第1组对照组喂食0.4 mL PBS（磷酸盐缓冲盐水）; 第2组小鼠喂食0.4 mL含5.0 g/L XOS的PBS；第3组小鼠喂食0.4 mL含5.0 g/L XOS与0.4 mL细胞浓度为1.0×10⁹ CFU/ mL的植物乳杆菌S2混合物的PBS，三组分别喂食14天，再给小鼠喂食基础饮食7天。在0、7、14、16和21天时，收集每组中小鼠直肠的新鲜粪便样本，评估活的乳酸杆菌、双歧杆菌、肠杆菌属、肠球菌和产气荚膜梭菌的数量。

 体外抗氧化活性的测定：采用分光光度法测定XOS样品（0.5-4 mg/mL），其中含有相同体积的植物乳杆菌S2（10¹⁰ CFU/ mL），其2,2-二苯基-1-苦基肼自由基清除能力、清除ABTS自由基的活性，以及对亚铁离子的螯合作用。

试验结果

（1）益生元活性

 如表1所示，试验中被测试的所有植物乳杆菌菌株都很容易利用来自玉米芯的XOS，且当采用0.5 g/L XOS培养时，所有物乳杆菌菌株的OD₆₀₀在发酵12 h后都超过0.6，其中植物乳杆菌S2的生长受XOS的益生作用最大。

（2）短链脂肪酸

 如表2所示，在所有接种XOS作为碳源的培养基中，植物乳杆菌菌株在发酵12 h后，植物乳杆菌S2产生的总有机酸浓度最高（5.64 mg/mL），而植物乳杆菌 B72产生的最低（4.42 mg/mL），且乙酸是产生的主要短链脂肪酸，而植物乳杆菌S2产生的乙酸和乳酸量最高（分别为1.78和2.18 mg/mL），因此结合发酵和短链脂肪酸谱的结果，选择植物乳杆菌S2进行进一步研究。

（3）XOS的抗菌作用

 如表3所示，在MRS肉汤培养基中生长的植物乳杆菌S2对四种病原菌有强大的抑制作用；在MRS肉汤培养基中加入XOS后，植物乳杆菌S2对四种病原菌的抗菌活性显著增加，且对福氏志贺氏菌和大肠杆菌的抗菌活性比金黄色葡萄球菌和鼠伤寒沙门氏菌的抗菌活性强，以上结果表明XOS促进了无细胞上清液中有益菌的增殖，增加了抗菌物质的产生。

（4）肠道微生物群的调控

 如图1所示，在2周内给予XOS及其与植物乳杆菌S2的组合，选择性地增加了小鼠粪便样本中乳酸菌和双歧杆菌的数量，而肠球菌、肠杆菌和梭状芽孢杆菌的数量则明显减少。在21天的小鼠中，大肠杆菌和肠球菌的数量在XOS组或XOS与植物乳杆菌S2组合的组与对照组之间没有差异。

（5）体外抗氧化活性

 如图2A所示，与作为对照标准的维生素C进行比较，XOS、植物乳杆菌S2及其组合都能清除DPPH自由基，且清除效果随着浓度的增加而增加，XOS和植物乳杆菌S2的最大抑制值分别为65.29%和77.34%，XOS与植物乳杆菌S2组合的DPPH自由基清除活性比单独的XOS或植物乳杆菌S2的活性好。

 如图2B所示，XOS、植物乳杆菌S2及其组合的ABTS自由基清除效果随着浓度的增加而增加，但低于维生素C的活性；在4.0 mg/mL的浓度下，XOS、植物乳杆菌S2及其组合的ABTS自由基清除活性最高，分别为59.38%、65.48%和79.71%；在0.5-4.0 mg/mL的范围内，XOS与植物乳杆菌S2组合显示出比单独的XOS或植物乳杆菌S2的ABTS自由基清除活性强。

 如图2C所示，XOS、植物乳杆菌S2及其组合的金属螯合活性随着浓度的增加而增加，但比维生素C的活性要弱；XOS与植物乳杆菌S2结合显示出更高的螯合能力，在4.0 mg/mL浓度下，螯合率为86.19%。

 以上的结果表明，从玉米芯中提取的XOS与植物乳杆菌S2相结合的协同抗氧化作用，这种组合的抗氧化性能大大优于单个抗氧化效果的总和。

试验结论

 总之，本研究通过体外发酵方法测定了玉米芯提取的低聚木糖（XOS）与植物乳杆菌相结合的体外益生元活性，结果发现XOS是一种有效的底物，增强了植物乳杆菌S2的抑菌活性；XOS与植物乳杆菌S2联合使用可以增加小鼠粪便中的乳酸菌和双歧杆菌的活性，降低肠球菌、肠杆菌和梭状芽胞杆菌的活性；且XOS和植物杆菌S2的组合在体外具有显著的DPPH、ABST自由基清除活性，并且其组合物显示出比单独的XOS或植物乳杆菌S2的抗氧化活性更好，以上结果表明从玉米芯中提取的XOS是一种潜在的益生元来源，可作为功能食品和营养品的成分。

参考资料：

Yu Xiuhua, Yin Jianyuan,et al. Prebiotic Potential of Xylooligosaccharides Derived from Corn Cobs and Their In Vitro Antioxidant Activity When Combined with Lactobacillus.[J].Journal of Microbiology & Biotechnology, (2015), 25(7), 1084–1092.