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FSHW | 虫草金蝉花多糖体外消化特性研究及其对人类肠道微生物的调节作用

花匠小妙招
2025-04-22 01:16

Introduction

据估计，健康成人肠道内有1011~1014个细菌，分为1 000 多种。种类繁多的细菌种类主要属于4 个门，包括厚壁菌门（主要是梭状芽孢杆菌；占细菌总数的 50% 至 70%）、拟杆菌门（10% 至 30%）、变形菌门（高达10%）和放线菌门（高达5%）。肠道微生物群与宿主共存，在肠道中保持动态平衡且有助于人类健康，为宿主提供生营养素、维生素、维持免疫系统对抗病原体等。新的数据表明，肠道菌群的失调会引起一些疾病有关，例如代谢疾病、免疫疾病和神经疾病等。肠道菌群受饮食、健康状况、地区、年龄、分娩方式和遗传等多种因素的影响，但饮食被认为是最重要的因素。有研究报道称，57%的肠道微生物可以根据宿主的饮食变化而发生改变。因此，饮食干预可能成为调节肠道微生物群组成的最有利的措施。

碳水化合物（多糖、寡糖等）在我们的日常饮食中占有很大比例，它们可以作为微生物生长的底物。肠道微生物群之所以可以利用复杂的多糖，因为人体肠道细菌可以分泌分解碳水化合物的活性酶 (CAZymes)。最近，人类粪便样本体外分批培养发酵模型被广泛应用，可以模拟人类肠道环境。它是一种简单、快速且廉价的方法，可以深入了解复杂肠道微生物群对碳水化合物的利用情况。

金蝉花，野生蝉花，是我国传统的名贵中药材，是寄生在蝉上的一种虫草类真菌。蝉花能够产生在医疗和保健食品中有重要作用的生理活性物质，包括核苷类、环肽类、多糖类、甾醇类和有机酸类等。多糖作为蝉花的主要活性成分被证明具有免疫调节、改善肾功能、抗菌、抗氧化等多种药理作用。蝉花多糖对肠道菌群的调节作用尚不清楚。因此，本文通过体外消化实验研究了多糖的消化特性并通过人体粪便发酵实验探究了多糖对肠道微生物的调节作用。以期为金蝉花多糖在医疗、保健食品上的应用提供理论基础。

Results and discussion

经过唾液、模拟胃液和模拟肠液消化后，很明显可以看出多糖组分1（IPS1）的分子量和单糖组成均未发生变化，说明IPS1可以经受胃肠道的消化，到达大肠；而多糖组分（IPS2）经过模拟胃液消化之后，分子量发生了变化，但这并不是多糖糖苷键的水解，而是在胃酸条件下多糖发生了解聚。IPS2的单糖组成也未发生变化，说明IPS2也可以经受胃肠道的消化，到达大肠。

图1 唾液、模拟胃液和模拟肠液消化前后分子量和单糖组成的变化

经过体外粪便发酵24 h之后，IPS1和IPS2的分子量均显著降低；并且在发酵液中几乎检测不到单糖组成。说明多糖可能被肠道微生物利用降解。

图2 人体粪便发酵前后分子量和单糖组成的变化

图3a显示，经过24 h厌氧发酵之后，阳性对照组（菊糖，INL）、IPS1和IPS2组的pH值显著下降；采用高效液相色的方法测定了发酵液中SCFAs的含量，结果如图3b所示，经过24 h厌氧发酵之后，与空白组（BLK）相比，阳性对照组（菊糖）和多糖组中的甲酸、乳酸、乙酸和丙酸的含量显著增加。

图3 发酵液PH变化和短链脂肪酸（SCFAs）的含量

经过16srRNA测序，分别在门、属等水平上分析了各组微生物的组成。结果表明金蝉花多糖的干预可以调节肠道菌群，在门水平上，IPS1主要促进了厚壁菌门（Firmicutes）的生长；IPS2主要促进了拟杆菌门（Bacteropdetes）的生长。在属水平上，IPS1主要增加了益生菌Meganonas、Lactobacillus和Bifidobacterium的相对丰度；IPS2主要增加了Phascolarctobacterium、Parabacteroides、Bacteroides和Meganonas的相对丰度；二者同时降低了致病菌Escherichia-Shigella、Klebsiella、Fusobacterium和Allisonella的丰度。

图4 肠道微生物在门水平上的丰度和在属水平丰度热图

Conclusion

综上可知，金蝉花多糖可以耐受人体胃肠道的消化，被肠道微生物利用，发挥潜在的益生功能，未来有望作为益生元。

第一作者简介

田娟娟，女，工学博士，现为南京农业大学在读博士生，主要研究方向为天然产物多糖的结构解析及其功能机制的研究；目前主持江苏省研究生科研与实践创新计划1项(No. KYCX19_0589)，参与国家自然科学基金、江苏省基金项目等多项，在Food Research International、International Journal of Biological Macromolecules等国际期刊上以第一作者身份公开发表SCI论文6 篇。

通信作者简介

李伟，南京农业大学食品科技学院学院教授、博士研究生导师，哈佛大学医学院访问学者。研究方向为食品微生物与生物技术、食品加工与安全。现任江苏省农产品加工贮藏与质量控制实验教学示范中心副主任、中国食品科学技术学会第三届青年工作委员会委员、国家食药同源产业科技创新联盟理事、南京微生物学会副理事长、南京营养学会副主委。主持和完成了国家和省部级以上项目20余项。以第一和通信作者在Food Hydrocolloids、Carbohydrate Polymers、Food Research International等国际知名杂志上公开发表论文40余篇；申请授权专利6 项。获江苏省青蓝工程中青年学术带头人、江苏省青蓝工程优秀青年骨干教师、江苏省双创人才“双创博士”、南京农业大学“钟山学术新秀”；中国食品工业协会科学技术奖一等奖、江苏省高等教育教学成果奖二等奖等荣誉称号。

Artificial simulated saliva, gastric and intestinal digestion and fermentation in vitro by human gut microbiota of intrapolysaccharide from Paecilomyces cicadae TJJ1213

Juanjuan Tian, Xiaomeng Wang, Xueliang Zhang, Xiaohong Chen, Mingsheng Dong, Xin Rui, Qiuqin Zhang, Mei Jiang, Wei Li*

College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China

*Corresponding author.

Abstract

In this study, the in vitro digestion and fermentation of two intra-polysaccharide fractions (IPS1 and IPS2) from Paecilomyces cicadae TJJ1213 were investigated. The constituent monosaccharides of IPS1 and IPS2 were not changed after simulated saliva, gastric and small intestinal digestion. However, they can be hydrolyzed and utilized by gut microbiota, and short-chain fatty acids (SCFAs) level were increased after IPS1and IPS2 treatments. Furthermore, 16S rRNA sequencing analysis of fermentation samples were performed. Alpha-diversity, beta-diversity and taxonomic composition differences analysis revealed that IPS1 and IPS2 promoted the proliferation of beneficial bacteria and modulated the overall structure of gut microbiota. Taxonomic comparison analysis found that IPS1 increased the relative abundances of beneficial bacteria including Megamonas, Bifidobacterium and Lactobacillus, while IPS2 could increase the abundance of Bacteroides, Parabacteroides and Phascolarctobacterium. In addition, they can also decrease the levels of pathogenic bacteria containing Escherichia-Shigella, Klebsiella and Fusobacterium. These results indicated that IPS from P. cicadae TJJ1213 could be used as potential candidates for new functional foods.

Reference:

TIAN J J, WANG X M, ZHANG X L, et al. Artificial simulated saliva, gastric and intestinal digestion and fermentation in vitro by human gut microbiota of intrapolysaccharide from Paecilomyces cicadae TJJ1213[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(2): 622-633. DOI:10.1016/j.fshw.2022.07.065.

文章编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

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