《食品科学》：天津科技大学周中凯教授等：油莎豆膳食纤维对短链脂肪酸生产能力和肠道菌群分布特征影响

油莎豆又称虎皮果、地下板栗、地下核桃等，是一种优质、高产、经济效益和生态效益兼备的作物。 油莎豆中除含有丰富的脂肪（22.14%～44.92%）和淀粉（23.21%～48.12%）外，还含有大量的膳食纤维（8.26%～15.47%），且高于其他普通块茎植物，通常用于制备食用油、淀粉和豆奶饮料等。 先前研究表明，油莎豆豆乳在加工过程中产生的固体废料中膳食纤维含量高达59.71%，主要由不溶性膳食纤维组成，且与其他膳食纤维相比具有更强的持水、持油能力，可作为一种潜在的功能性食品。 肠道微生物可利用膳食纤维产生短链脂肪酸（SCFAs）（乙酸、丙酸和丁酸），促进肠道微生物群中特定和有益细菌群的生长，并通过竞争营养素和黏附位点来防止病原体的潜在定植，降低结肠相关疾病以及一些代谢综合征的风险，如肥胖、糖尿病、慢性肾病和全身炎症。

天津科技大学食品科学与工程学院的王玲玉、周中凯*，广州焙乐道食品有限公司的高铁成*等人采用体外结肠发酵技术，通过16S rRNA高通量测序，并以大豆膳食纤维为对照，探究油莎豆中膳食纤维对人体肠道菌群的作用及对短链脂肪酸产生的影响，为油莎豆的综合利用提供了理论依据。

1 膳食纤维对肠道微生物产SCFAs的影响

由图1可得，乙酸、丙酸和丁酸是肠道微生物产生的主要SCFAs。与空白相比，膳食纤维的加入可显著增加总SCFAs的含量，其中大豆膳食纤维产生的SCFAs显著高于油莎豆。由图1可知，经肠道微生物发酵后，与空白组（CK24）相比，膳食纤维组在发酵24 h后，其乙酸质量浓度增加了0.16～0.34 mg/mL，乙酸是人体肠道中含量较高的SCFAs，约占60%左右。丙酸是膳食纤维发酵后变化较大的SCFAs，发酵24 h后，其质量浓度增加了0.12～0.56 mg/mL。此外，膳食纤维可显著促进肠道微生物中丁酸的含量，发酵24 h后，其质量浓度增加了0.09～0.41 mg/mL，丁酸可以作为结肠上皮细胞的能量来源，提供大约60%～70%的总能量需求，这有助于预防结肠癌，减少细菌移位和炎症，并改善屏障功能。同时，由图1可知，相比于大豆膳食纤维，油莎豆膳食纤维在发酵后期其产酸速率显著低于大豆，研究表明化学结构和物理形态是影响发酵速度、SCFAs产生和微生物生长的关键因素，包括糖苷键组成、分子质量、分子排列水平和粒径等。

2 肠道微生物多样性分析

2.1OTU数及α多样性分析

采用16S rRNA高通量测序技术，研究膳食纤维对肠道微生物的影响，不同样品的注释情况如图2所示。 图2A由各样品中总OTU数所绘制，重叠部分代表不同样品中共有的OTU数，共521 个，且相比于空白组，添加膳食纤维的发酵液中的OTU数发生显著变化，各样品中独有的OTU分别为76、58、31和136。 其中添加量为2%的油莎豆膳食纤维中特有的OTU最多，表明高浓度的油莎豆膳食纤维可显著改变肠道菌群的组成。

α 多样性通常代表肠道微生物的多样性，结果如图2B所示，ACE指数和Chao1指数代表菌落丰富度，Shannon指数和Simpson指数代表菌落多样性。发酵24 h后，相比于空白组，添加量为1%的油莎豆膳食纤维组中ACE、Chao1、Shannon和Simpson指数无显著变化，而添加量为2%时，其 α 多样性指数均显著降低，大豆膳食纤维的发酵也体现出同样特征，呈现出肠道微生物多样性与膳食纤维干预剂量的依赖性，这可能表明在发酵过程中因为丰富膳食纤维的存在，导致代谢行为的旺盛，从而抑制了某些微生物的生长。

2.2 β多样性分析

β多样性是对不同样本中微生物群落构成相似度进行比较分析。本研究基于Weighted Unifrac距离和Unweighted Unifrac距离进行PCoA，并选取贡献率最大的主坐标组合进行分析，具有高度相似的群落结构的样本聚集在一起，而群落差异很大的样本则会显著分离。由图3可得，发酵24 h后，发酵液中的肠道菌群发生显著变化，其中空白组与样品组彼此分离，表明膳食纤维的加入可改善肠道菌群结构。此外，添加1%的样品组与空白组距离较近，而与2%样品组的距离较远，表明高浓度的膳食纤维能明显地改变肠道菌群结构，这与α多样性结果一致。此外，油莎豆和大豆膳食纤维2 组样品彼此分离且距离较远，表明这2 种膳食纤维对肠道菌群发挥着不同的作用，这可能与各自结构有关，其中大豆膳食纤维含有较高的可溶性组分，具有快速的发酵动力学特征；而油莎豆膳食纤维是以不溶性膳食纤维为主成分，肠道菌群对其利用速率较低，从而导致2 种膳食纤维对肠道菌群的多样性产生不同影响。

3 肠道微生物菌落结构分析

通过对门水平微生物群落结构进行分析，结果表明厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）、变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）是样品中的优势菌群。由图4可知，除添加量为2%的大豆膳食纤维外，膳食纤维的添加均可增加厚壁菌门和放线菌门的相对丰度，同时降低拟杆菌门的丰度。此外，油莎豆样品组中厚壁菌门的相对丰度高于大豆组，许多可以利用碳水化合物的微生物，包括益生菌乳酸菌，都属于厚壁菌门，其丰度的增加通常与发酵底物有关，且研究表明高纤维饮食可促进小鼠体内厚壁菌门的增加。拟杆菌中含有多种碳水化合物活性酶，以产乙酸和丙酸为主，可专门降解和利用多糖。在本研究中添加量为2%的大豆膳食纤维显著促进了拟杆菌门的生长，且厚壁菌门/拟杆菌门的比值显著降低。此外，添加量为2%的油莎豆膳食纤维增加了变形菌门的相对丰度，同时由属水平结构可得主要为大肠杆菌。同时，由图4可知，油莎豆膳食纤维可显著增加放线菌门的相对丰度，而大豆膳食纤维无显著变化。

选取属水平丰度前30的微生物进行分析，如图4、5所示。结果表明，膳食纤维的添加对肠道菌群的组成产生一定影响。大豆纤维膳食显著增加了普雷沃菌属（Prevotella）的相对丰度，而油莎豆膳食纤维降低了该菌的相对丰度。普雷沃菌属是肠道发酵中的重要微生物，可分解木聚糖和其他的植物纤维产生SCFAs。由图4可知，膳食纤维的添加降低了拟杆菌属（Bacteroides）的相对丰度，尤其是油莎豆膳食纤维分别降低了7%和14%。此外，油莎豆膳食纤维可显著增加罕见小球菌属（Subdoligranulum）的相对丰度。由图5可知，与空白组CK24对比，油莎豆膳食纤维组可显著增加双歧杆菌属（Bifidobacterium）的相对丰度，且添加量越高其丰度越高。此外，乳杆菌（Lactobacillus）在低浓度下的膳食纤维发酵液中显著增加，且油莎豆膳食纤维中的丰度高于大豆。丁酸的产生通常与瘤胃球菌属（Ruminococcus）和粪杆菌属（Faecalibacterium）呈显著正相关。在本研究中，高浓度的膳食纤维可显著增加这2 种菌属的相对丰度，且油莎豆中其相对丰度显著高于大豆，表明油莎豆膳食纤维具有更强的促进有益菌生长的能力。

综上所述，通过对肠道微生物的分析，结果表明膳食纤维在低浓度时对肠道菌群的影响较小，而在高浓度时可显著改变肠道菌群的多样性和丰富度，同时2 种膳食纤维对肠道菌群的作用各不相同；在微生物门水平上，油莎豆膳食纤维的添加促进了厚壁菌、放线菌和变形菌的生长，而抑制了拟杆菌门的丰度；属水平结果显示，相比于大豆膳食纤维，油莎豆膳食纤维的添加可显著增加罕见小球菌属、双歧杆菌属、乳杆菌、瘤胃球菌属和粪杆菌属的相对丰度，但普雷沃菌属和拟杆菌属被显著抑制。

4 结论

利用体外结肠发酵技术，以大豆膳食纤维为对照，探究油莎豆中膳食纤维对肠道微生物的影响。 结果表明： 油莎豆膳食纤维可显著促进SCFAs的产生，但产酸量弱于大豆膳食纤维，且随着添加量的增加，其产酸能力增强； 添加量为1%的膳食纤维对肠道菌群的多样性和丰富度无显著影响，而在高浓度时可显著改变肠道菌群结构，且2 种膳食纤维对菌群结构的影响具有显著差异； 在高浓度时，添加油莎豆膳食纤维可显著增加厚壁菌门、变形菌门和放线菌门的相对丰度，而降低了拟杆菌门的丰度，且与大豆膳食纤维对门水平肠道菌群作用相反； 此外，与大豆膳食纤维相比，油莎豆膳食纤维促进双歧杆菌属、乳杆菌、瘤胃球菌属、粪杆菌属和罕见小球菌属生长繁殖的能力更强，同时显著降低了普雷沃菌属和拟杆菌属的相对丰度。 以上结果表明，膳食纤维可促进SCFAs的产生，并调节肠道微生物菌群结构，但不同来源的膳食纤维对肠道菌群的作用有所差异，本研究为油莎豆膳食纤维在功能性食品的应用提供了理论依据。

本文《油莎豆膳食纤维对短链脂肪酸生产能力和肠道菌群分布特征影响》来源于《食品科学》2023年44卷18期126-132页. 作者：王玲玉，闫春梅，贾梦，黄璟，王安琪，汪轩羽，王新涛，李秀荷，王慧芳，戴福宏，李宁，周中凯，高铁成. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221007-047 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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