POTENTIAL FOR XYLOOLIGOSACCHARIDE (XOS) ANDMANNOOLIGOSACCHARIDE (MOS) PRODUCTION FROM A HEMICELLULOSE FRACTION OF BIOMASS AND APPLICATION AS PREBIOTICS AND ANTIOXIDANTS

Abstract

Most prebiotics are substances in the group of short carbohydrates or oligosaccharides, obtained from lignocellulosic biomass. In this study, two types of oligosaccharides were produced, including xylooligosaccharides (XOS) from alkaline-pretreated rice straw using rXynSW3 and manooligosaccharides (MOS) from Konjac by using rManS2 and assessed for their potential as prebiotics and antioxidants. The antioxidant property was evaluated using DPPH assay. The results showed that the antioxidant value (IC50) were 542.27±0.59 µg/ml and 643.06±0.05 µg/ml for XOS and MOS, respectively, compared to 494.72±0.15 µg/ml of ascorbic acid as standard. The prebiotic property was performed by in vitro and in vivo fermentation in probiotics. For the in vitro experiment, XOS was fermented with probiotic strains, Lactobacillus plantarum TISTR543, L. casei TISTR390, and Bifidobacterium bifidum TISTR2129, whereas MOS was fermented with L. plantarum N25. The in vitro study of prebiotic effect on probiotics found that XOS and MOS were capable of stimulating the growth of all of the probiotics tested. For the in vivo study, the XOS and MOS were tested in mice (BALB/cAJcl) for the valuation of prebiotic property and safety. The results indicated that all mice treated with XOS and MOS were normal compared to the control group and there were no deaths. In the MOS experiment, the amount of probiotics significantly increased in mice-treated with a synbiotic (L. plantarum and MOS) compared to probiotic and control groups (P<0.001). Furthermore, short chain fatty acids (SCFAs) production by MOS were also investigated both in vitro and in vivo by using HPLC. The results of in vitro SCFAs production found lactic acid and acetic acid, whereas the in vivo study found more SCFAs in the feces samples of mice, including lactic acid, acetic acid, propionic acid and butyric acid. All of the results from this study demonstrated that XOS from alkaline-pretreated rice straw and MOS from Konjac mannan have a potential for use as a prebiotic and an antioxidant.

พรีไบโอติก ส่วนมากเป็นสารในกลุ่มของคาร์โบไฮเดรตสายสั้นหรือโอลิโกแซคคาไรด์ ซึ่งได้มาจากชีวมวล ที่มีลิกโนเซลลูโลส ในการศึกษานี้ ได้ทำการผลิตสารโอลิโกแซคคาไรด์ 2 ชนิด คือ ไซโลโอลิโกแซคคาไรด์ จากฟางข้าวที่ถูกปรับสภาพด้วยด่างแล้วย่อยด้วยเอนไซม์ rXynSW3 และแมนโนโอลิโกแซคคาไรด์ จากบุกที่ย่อยด้วยเอนไซม์ rManS2 เพื่อศึกษาหาศักยภาพการเป็นพรีไบโอติกและสารต้านอนุมูลอิสระ โดยการประเมินคุณสมบัติการเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ ทำโดยวิธี DPPH assay ซึ่งผลการทดลอง พบว่าไซโลโอลิโกแซคคาไรด์และแมนโนโอลิโกแซคคาไรด์ มีค่าการเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ (IC50) เท่ากับ 542.27 ± 0.59 µg/ml และ 643.06 ± 0.05 µg/ml ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับ 494.72 ± 0.15 µg/ml ของกรดแอสคอร์บิกซึ่งใช้เป็นสารมาตรฐาน การทดสอบการเป็นพรีไบโอติกทำทั้งในหลอดทดลองและในสัตว์ทดลอง โดยการหมักผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการย่อยร่วมกับโพรไบโอติก สำหรับในหลอดทดลอง ไซโลโอลิโกแซคคาไรด์ถูกหมักร่วมกับโพรไบโอติก สายพันธุ์ Lactobacillus plantarum TISTR543, L. casei TISTR390 และ Bifidobacterium bifidum TISTR2129 ในขณะที่แมนโนโอลิโกแซคคาไรด์หมักร่วมกับโพรไบโอติกสายพันธุ์ L. plantarum N25 ผลการศึกษาการเป็น พรีไบโอติกในหลอดทดลองพบว่า ไซโลโอลิโกแซคคาไรด์และแมนโนโอลิโกแซคคาไรด์ มีความสามารถในการกระตุ้นการเจริญเติบโตของโพรไบโอติกทุกชนิดที่นำมาทดสอบ สำหรับการศึกษาในสัตว์ทดลอง ได้ทำในหนูทดลอง สายพันธุ์ BALB/cAJcl เพื่อประเมินคุณสมบัติการเป็นพรีไบโอติกและความปลอดภัย ผลการวิจัยพบว่า ไม่มีความผิดปกติหรือการตายของหนูทดลองที่ได้รับไซโลโอลิโกแซคคาไรด์และแมนโนโอลิโกแซคคาไรด์ เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม นอกจากนี้ในการทดลองของแมนโนโอลิโกแซคคาไรด์ ได้ทำการตรวจหาการเพิ่มขึ้นของโพรไบโอติก จากตัวอย่างอจุจาระหนูทดลอง ซึ่งพบว่าหนูทดลองกลุ่มที่ได้รับทั้งแมนโนโอลิโกแซคคาไรด์และโพรไบโอติก (กลุ่มซินไบโอติก) มีปริมาณของโพรไบโอติกมากกว่ากลุ่มที่ได้รับโพรไบโอติกเพียงอย่างเดียวและกลุ่มที่ไม่ได้รับสารใด อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (P<0.001) รวมทั้งได้ทำการวิเคราะห์หากรดไขมันสายสั้น ที่ผลิตได้ทั้งในหลอดทดลองและหนูทดลอง ผลการตรวจหากรดไขมันสายสั้นในหลอดทดลอง พบกรดแลคติกและกรดอะซิติก ซึ่งต่างจากผลที่ได้จากตัวอย่างอุจจาระของหนูทดลองที่พบทั้ง กรดแลคติก กรดอะซิติก กรดโพรพิโอนิก และกรดบิวทิริก ผลการศึกษาทั้งหมดแสดงให้เห็นว่า ทั้งไซโลโอลิโกแซคคาไรด์ที่ผลิตจากฟางข้าวที่ผ่านการปรับสภาพด้วยด่างและแมนโนโอลิโกแซคคาไรด์ที่ผลิตจากแมนแนนของบุก มีคุณสมบัติของการเป็นพรีไบโอติกและสารต้านอนุมูลอิสระ