2020-07-31
兩篇封面
《Journal of Agricultural and Food Chemistry》
影響因子：4.192
一篇
《Carbohydrate Polymers》
影響因子：7.182
最近，派森諾生物與華南理工大學合作，連續發表多篇研究論文，結合功能性食品體外發酵模型、腸道菌群多組學整合研究，探尋豆類食品和淀粉對腸道菌群的調節作用，為功能性食品開發奠定基礎。
其中，兩篇以封面文章形式，刊登于《Journal of Agricultural and Food Chemistry》；一篇刊登于《Carbohydrate Polymers》。可喜可賀！
研究目的
膳食纖維的緩慢發酵速度能促使代謝產物的穩定釋放，并在整個結腸內廣泛分布。本研究通過控制淀粉交聯程度，對腸道微生物群落及其代謝產物的變化進行解析，從而評價腸道菌群對人體健康的影響。
研究方法
通過對2型抗性淀粉，即高直鏈淀粉玉米淀粉（HAMS），進行化學交聯修飾獲得交聯程度逐漸增加的三種淀粉CL-5、CL-8和CL-12。再使用淀粉水解酶處理交聯后的淀粉樣品獲得CL-5-D、CL-8-D和CL-12-D。6種樣品進行干熱處理后，分別與健康人糞便混合模擬發酵，通過16s rRNA基因測序和氣相色譜（GC）監測菌群組成及短鏈脂肪酸（SCFA）變化。同時，以低聚果糖（FOS）發酵作為陽性對照。
測序平臺：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序區域：微生物組細菌16S rRNA基因V3-V4區
研究結果
隨著交聯程度的升高，體外發酵速率逐漸減慢，并且丁酸產生量也隨之逐漸降低。
圖1 氣相色譜測定的乙酸、丙酸、丁酸、短鏈脂肪酸產生量
16S rRNA基因測序的結果表明，隨著交聯度的增加，F/B（Firmicutes/Bacteroidetes）下降。在FOS樣品中，Coprococcus、unclassified Lachnospiraceae、unclassified Ruminococcaceae的相對豐度較高，而Blautia和Faecalibacterium的相對豐度較低。隨著發酵時間的延長，Blautia、Roseburia、和unclassified Clostridiales的相對豐度在HAMS-D樣品中逐漸增加，而Faecalibacterium和unclassified Ruminococcaceae的相對豐度則逐漸降低。值得注意的是，Blautia和Ruminococcus在HAMS-D和交聯淀粉樣品中的豐度都表現出先增加后降低的趨勢。
圖2 物種組成變化圖
在OTU水平上，隨著發酵時間的延長，5個OTU（otu16752、otu9921、otu8129、otu25728和otu3243）在FOS樣品中豐度逐漸降低，有3個OTU（otu825、otu13287和otu6973）豐度逐漸增加。而在淀粉樣品中，變化趨勢則呈現相反趨勢。
圖3 關鍵OTU組成熱圖
PCA分析表明，各樣本差異明顯，尤其是FOS與淀粉樣品。值得注意的是，otu3243和otu5024對交聯淀粉CL-5-D和CL-8-D有明顯的促進作用，而otu13287和otu6073則對CL-12-D貢獻較大。
圖4 各組樣品微生物群落PCA圖
總結
控制淀粉的交聯程度可調節體外糞便發酵速率，調節丁酸含量變化。低交聯度和中交聯度淀粉能明顯提高某些有益腸道菌群的豐度。本研究表明，交聯修飾可有效地控制發酵速率，調節腸道菌群組成，進而調節代謝產物的產生。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jafc.9b04410
研究目的
豆類食品中的蛋白質和脂肪是在胚胎發育過程中積累的，絕大部分貯存在子葉內，將子葉細胞作為研究對象具有重要意義。另外，腸道菌群對人體健康至關重要，將膳食纖維轉移到遠端結腸發酵，進而促進益生菌的生長可能是一種調節腸道健康的方法。本研究通過細胞壁降解酶控制豆類子葉細胞壁組成成分，進一步研究細胞壁完整性對體外糞便發酵速率、代謝物及腸道菌群結構的影響。
研究方法
以菜豆種子為材料，分離完整的子葉細胞作為全脈沖食物模型（IC），通過酶解獲得細胞壁輕微受損的子葉細胞（SDCs）和細胞壁高度損傷的子葉細胞（HDCs）。再對IC進行破碎，分別獲得細胞壁碎片（CW）、淀粉（starch）和蛋白質（protein）。六種成分進行干熱處理后，分別與健康人糞便混合模擬發酵，通過16S rRNA基因測序和氣相色譜（GC）監測微生物豐度及短鏈脂肪酸（SCFA）變化。同時，以低聚果糖（FOS）發酵作為陽性對照。
測序平臺：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序區域：微生物組細菌16S rRNA基因V3-V4區
研究結果
16S rRNA基因測序的結果表明，Firmicutes的豐度隨著細胞壁完整性的增加而增加，而某些益生菌，如Blautia和Roseburia的豐度則是隨著細胞壁完整性的降低而增加。在OTU水平上也呈現出相同趨勢。
圖5 各組在門（A）、屬（B）及OTU水平（C）的菌群組成變化
發酵24小時后，淀粉，蛋白質和CW的發酵菌群之間差異明顯。otu17182對所有樣本組的分離都有貢獻，而otu27216和otu9181則對細胞完整性較低的樣品貢獻較高。
圖6微生物群落PCA分析
總結
本研究通過16S rRNA基因測序和主成分分析，了解人類腸道菌群在全脈沖食品發酵過程中的變化規律，為結腸相關疾病防治、功能性食品的設計和生產提供重要依據。未來有望通過調節全脈沖食品中細胞壁的完整性，從而控制腸道菌群的發酵速率，并調節微生物組成和維持結腸健康。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jafc.9b06094
研究目的
結腸微生物對膳食纖維的發酵作用會產生多種代謝產物，如短鏈脂肪酸（SCFAs）體現出多種對人體有益的生物學功能，包括維持腸內穩態、低炎癥狀態和完整的腸屏障功能。乙酸、丙酸和丁酸是膳食纖維降解產生的主要SCFA，每種SCFA都具有與宿主健康相關的功能。抗性淀粉（RS）對結腸健康的作用引起了廣泛關注，包括降低腸道pH值，增加SCFA的產量（尤其是乙酸鹽和丁酸鹽）以及促進某些有益細菌的增殖。本研究對丙酰化高直鏈玉米淀粉的體外發酵曲線進行研究，并評估了丙酸鹽對腸道菌群組成的影響。
研究方法
通過對2型抗性淀粉即高直鏈淀粉玉米淀粉（HAMS）進行丙酰化處理，獲得取代度（DS）逐漸增加的三種淀粉PS-3、PS-6和PS-10。再使用淀粉水解酶處理交聯后的淀粉樣品獲得PS-3-D、PS-6-D和PS-10-D。6種樣品進行干熱處理后，分別與健康人糞便混合模擬發酵，通過16S rRNA基因測序和氣相色譜（GC）監測菌群組成和短鏈脂肪酸（SCFA）變化。同時，以低聚果糖（FOS）發酵作為陽性對照。
測序平臺：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序區域：微生物組細菌16S rRNA基因V3-V4區
研究結果
與FOS相比，HAMS-D的丁酸鹽濃度更高，值得注意的是，隨著DS值的增加，丙酰化淀粉產生的丙酸的濃度逐漸增加。
圖7 SCFA隨發酵時間的變化趨勢
16S rRNA基因測序的結果表明，在門水平上，與FOS樣品相比，HAMS-D極大地提高了Firmicutes的相對豐度，但降低了Bacteroidetes的數量。值得注意的是，Firmicutes與Bacteroidetes（F/B）的比率隨著淀粉的丙酰基取代度的增加而逐漸增加。在屬水平上，FOS樣品中，Megamonas、unclassified Lachnospiraceae、Blautia、unclassified Clostridiales、Ruminococcus和Bifidobacterium的豐度逐漸增加，而Bacteroides、Faecalibacterium和unclassified Ruminococcaceae的豐度則逐漸降低。與空白樣品相比，HAMS-D樣品中，Roseburia、unclassified Lachnospiraceae、Blautia和unclassified Clostridiales，Ruminococcus的豐度較高，Bacteroides、Faecalibacterium、unclassified Ruminococcaceae和Megamonas的豐度較低。隨著DS值的增加，Bacteroides和Megamonas的豐度明顯降低。
圖8 各樣品在門水平（左）和屬水平（右）物種組成變化
圖9 腸道菌群在發酵過程中的熱圖和PCA分析
此外，發酵24小時后，對照組與丙酰化淀粉組呈現明顯差異。值得注意的是，OTU30809 Roseburia與丙酰化高直鏈淀粉玉米淀粉發酵中丙酸濃度的增加呈正相關。
總結
丙酰化淀粉產生的丙酸鹽濃度隨DS值的增加而逐漸增加，且HAMS的DS值的增加明顯提高了Roseburia的相對豐度。因此，丙酰化高直鏈玉米淀粉有望通過調節腸道菌群組成及其發酵代謝產物，成為改善結腸健康和預防相關疾病的功能性食品組分。
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861719307362
