2020-07-31
两篇封面
《Journal of Agricultural and Food Chemistry》
影响因子：4.192
一篇
《Carbohydrate Polymers》
影响因子：7.182
最近，派森诺生物与华南理工大学合作，连续发表多篇研究论文，结合功能性食品体外发酵模型、肠道菌群多组学整合研究，探寻豆类食品和淀粉对肠道菌群的调节作用，为功能性食品开发奠定基础。
其中，两篇以封面文章形式，刊登于《Journal of Agricultural and Food Chemistry》；一篇刊登于《Carbohydrate Polymers》。可喜可贺！
研究目的
膳食纤维的缓慢发酵速度能促使代谢产物的稳定释放，并在整个结肠内广泛分布。本研究通过控制淀粉交联程度，对肠道微生物群落及其代谢产物的变化进行解析，从而评价肠道菌群对人体健康的影响。
研究方法
通过对2型抗性淀粉，即高直链淀粉玉米淀粉（HAMS），进行化学交联修饰获得交联程度逐渐增加的三种淀粉CL-5、CL-8和CL-12。再使用淀粉水解酶处理交联后的淀粉样品获得CL-5-D、CL-8-D和CL-12-D。6种样品进行干热处理后，分别与健康人粪便混合模拟发酵，通过16s rRNA基因测序和气相色谱（GC）监测菌群组成及短链脂肪酸（SCFA）变化。同时，以低聚果糖（FOS）发酵作为阳性对照。
测序平台：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序区域：微生物组细菌16S rRNA基因V3-V4区
研究结果
随着交联程度的升高，体外发酵速率逐渐减慢，并且丁酸产生量也随之逐渐降低。
图1 气相色谱测定的乙酸、丙酸、丁酸、短链脂肪酸产生量
16S rRNA基因测序的结果表明，随着交联度的增加，F/B（Firmicutes/Bacteroidetes）下降。在FOS样品中，Coprococcus、unclassified Lachnospiraceae、unclassified Ruminococcaceae的相对丰度较高，而Blautia和Faecalibacterium的相对丰度较低。随着发酵时间的延长，Blautia、Roseburia、和unclassified Clostridiales的相对丰度在HAMS-D样品中逐渐增加，而Faecalibacterium和unclassified Ruminococcaceae的相对丰度则逐渐降低。值得注意的是，Blautia和Ruminococcus在HAMS-D和交联淀粉样品中的丰度都表现出先增加后降低的趋势。
图2 物种组成变化图
在OTU水平上，随着发酵时间的延长，5个OTU（otu16752、otu9921、otu8129、otu25728和otu3243）在FOS样品中丰度逐渐降低，有3个OTU（otu825、otu13287和otu6973）丰度逐渐增加。而在淀粉样品中，变化趋势则呈现相反趋势。
图3 关键OTU组成热图
PCA分析表明，各样本差异明显，尤其是FOS与淀粉样品。值得注意的是，otu3243和otu5024对交联淀粉CL-5-D和CL-8-D有明显的促进作用，而otu13287和otu6073则对CL-12-D贡献较大。
图4 各组样品微生物群落PCA图
总结
控制淀粉的交联程度可调节体外粪便发酵速率，调节丁酸含量变化。低交联度和中交联度淀粉能明显提高某些有益肠道菌群的丰度。本研究表明，交联修饰可有效地控制发酵速率，调节肠道菌群组成，进而调节代谢产物的产生。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jafc.9b04410
研究目的
豆类食品中的蛋白质和脂肪是在胚胎发育过程中积累的，绝大部分贮存在子叶内，将子叶细胞作为研究对象具有重要意义。另外，肠道菌群对人体健康至关重要，将膳食纤维转移到远端结肠发酵，进而促进益生菌的生长可能是一种调节肠道健康的方法。本研究通过细胞壁降解酶控制豆类子叶细胞壁组成成分，进一步研究细胞壁完整性对体外粪便发酵速率、代谢物及肠道菌群结构的影响。
研究方法
以菜豆种子为材料，分离完整的子叶细胞作为全脉冲食物模型（IC），通过酶解获得细胞壁轻微受损的子叶细胞（SDCs）和细胞壁高度损伤的子叶细胞（HDCs）。再对IC进行破碎，分别获得细胞壁碎片（CW）、淀粉（starch）和蛋白质（protein）。六种成分进行干热处理后，分别与健康人粪便混合模拟发酵，通过16S rRNA基因测序和气相色谱（GC）监测微生物丰度及短链脂肪酸（SCFA）变化。同时，以低聚果糖（FOS）发酵作为阳性对照。
测序平台：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序区域：微生物组细菌16S rRNA基因V3-V4区
研究结果
16S rRNA基因测序的结果表明，Firmicutes的丰度随着细胞壁完整性的增加而增加，而某些益生菌，如Blautia和Roseburia的丰度则是随着细胞壁完整性的降低而增加。在OTU水平上也呈现出相同趋势。
图5 各组在门（A）、属（B）及OTU水平（C）的菌群组成变化
发酵24小时后，淀粉，蛋白质和CW的发酵菌群之间差异明显。otu17182对所有样本组的分离都有贡献，而otu27216和otu9181则对细胞完整性较低的样品贡献较高。
图6微生物群落PCA分析
总结
本研究通过16S rRNA基因测序和主成分分析，了解人类肠道菌群在全脉冲食品发酵过程中的变化规律，为结肠相关疾病防治、功能性食品的设计和生产提供重要依据。未来有望通过调节全脉冲食品中细胞壁的完整性，从而控制肠道菌群的发酵速率，并调节微生物组成和维持结肠健康。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jafc.9b06094
研究目的
结肠微生物对膳食纤维的发酵作用会产生多种代谢产物，如短链脂肪酸（SCFAs）体现出多种对人体有益的生物学功能，包括维持肠内稳态、低炎症状态和完整的肠屏障功能。乙酸、丙酸和丁酸是膳食纤维降解产生的主要SCFA，每种SCFA都具有与宿主健康相关的功能。抗性淀粉（RS）对结肠健康的作用引起了广泛关注，包括降低肠道pH值，增加SCFA的产量（尤其是乙酸盐和丁酸盐）以及促进某些有益细菌的增殖。本研究对丙酰化高直链玉米淀粉的体外发酵曲线进行研究，并评估了丙酸盐对肠道菌群组成的影响。
研究方法
通过对2型抗性淀粉即高直链淀粉玉米淀粉（HAMS）进行丙酰化处理，获得取代度（DS）逐渐增加的三种淀粉PS-3、PS-6和PS-10。再使用淀粉水解酶处理交联后的淀粉样品获得PS-3-D、PS-6-D和PS-10-D。6种样品进行干热处理后，分别与健康人粪便混合模拟发酵，通过16S rRNA基因测序和气相色谱（GC）监测菌群组成和短链脂肪酸（SCFA）变化。同时，以低聚果糖（FOS）发酵作为阳性对照。
测序平台：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序区域：微生物组细菌16S rRNA基因V3-V4区
研究结果
与FOS相比，HAMS-D的丁酸盐浓度更高，值得注意的是，随着DS值的增加，丙酰化淀粉产生的丙酸的浓度逐渐增加。
图7 SCFA随发酵时间的变化趋势
16S rRNA基因测序的结果表明，在门水平上，与FOS样品相比，HAMS-D极大地提高了Firmicutes的相对丰度，但降低了Bacteroidetes的数量。值得注意的是，Firmicutes与Bacteroidetes（F/B）的比率随着淀粉的丙酰基取代度的增加而逐渐增加。在属水平上，FOS样品中，Megamonas、unclassified Lachnospiraceae、Blautia、unclassified Clostridiales、Ruminococcus和Bifidobacterium的丰度逐渐增加，而Bacteroides、Faecalibacterium和unclassified Ruminococcaceae的丰度则逐渐降低。与空白样品相比，HAMS-D样品中，Roseburia、unclassified Lachnospiraceae、Blautia和unclassified Clostridiales，Ruminococcus的丰度较高，Bacteroides、Faecalibacterium、unclassified Ruminococcaceae和Megamonas的丰度较低。随着DS值的增加，Bacteroides和Megamonas的丰度明显降低。
图8 各样品在门水平（左）和属水平（右）物种组成变化
图9 肠道菌群在发酵过程中的热图和PCA分析
此外，发酵24小时后，对照组与丙酰化淀粉组呈现明显差异。值得注意的是，OTU30809 Roseburia与丙酰化高直链淀粉玉米淀粉发酵中丙酸浓度的增加呈正相关。
总结
丙酰化淀粉产生的丙酸盐浓度随DS值的增加而逐渐增加，且HAMS的DS值的增加明显提高了Roseburia的相对丰度。因此，丙酰化高直链玉米淀粉有望通过调节肠道菌群组成及其发酵代谢产物，成为改善结肠健康和预防相关疾病的功能性食品组分。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861719307362
