体外结肠发酵动力学比较研究：人体肠道微生物群对发芽与挤压豌豆抗性淀粉的响应

近日，陕西师范大学食品工程与营养科学学院胡新中教授团队在国际食品Top期刊Food Hydrocolloids（IF=12.4）发表了题为“Comparative Study of In Vitro Colonic Fermentation Dynamics: Human Gut Microbiota Response to Resistant Starch Derived from Germinated and Extruded Pea Seeds”（体外结肠发酵动力学比较研究：人体肠道微生物群对发芽与挤压豌豆抗性淀粉的响应）的研究论文。马蓁副教授为通讯作者，常丹妮为第一作者。

人体肠道菌群主要由厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门（Actinobacteria）等组成，其稳态对健康至关重要。膳食干预，特别是抗性淀粉（Resistant Starch，RS）的摄入，是调控菌群稳态的重要非侵入性策略。抗性淀粉是一种能抵抗上消化道酶解、在结肠被微生物发酵的特殊膳食纤维。现有研究确认，RS的类型及其精细结构特征直接影响了肠道菌群组成和关键代谢产物-短链脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFAs）生成谱。然而，以往的研究多依赖于静态体外模型，难以捕捉发酵过程中RS结构、肠道菌群和SCFAs生成的动态变化。同时，多数研究集中于纯化淀粉中的RS，忽略了豆类加工基质的复杂协同效应。本研究采用动态体外结肠发酵模型，比较了直接分离自发芽豌豆（GPRS，RS2）和挤压豌豆（EPRS，RS3）的抗性淀粉，通过追踪其在发酵过程中结构演变、菌群演替及SCFAs动力学等发酵特性，阐明加工诱导的豌豆RS结构修饰如何精准调控肠道菌群组成和发酵产物机制，从而深化对豆类衍生RS与人体肠道健康关系的理解。

研究结果发现， EPRS在加工过程中经历了高温、高压和强剪切力的作用，导致其淀粉链断裂，形成了一种多孔、结晶度低、表面粗糙且尺寸较大的独特结构。这种物理损伤使得EPRS的结构变得松散，并回生形成B型晶体结构。与之相反，GPRS则在温和的发芽条件下，保持了较高的结构完整性、分子有序性和光滑的表面，其尺寸较小，且保留了原有的天然豌豆淀粉的C型晶体结构。

正是这两种不同的结构，决定了它们在肠道内的“双重命运”。EPRS由于其多孔、易接触的特性，在发酵初期（0-4小时）便能被肠道微生物快速识别和高效降解。这导致了拟杆菌门的菌属，特别是那些拥有强大淀粉利用系统（Sus）和丰富碳水化合物活性酶（CAZymes）的菌属，如Bacteroides和Prevotella等，迅速富集并占据主导地位，并产生以丙酸为主的SCFAs谱。这种集中的底物释放和快速生长，在短期内导致了菌群多样性的急剧下降，形成了强烈的竞争排斥效应。反观GPRS，其致密、有序的结构对微生物构成了一道天然屏障，使得发酵过程更为缓慢、可控。这种缓慢的营养释放模式，在发酵早期促进了厚壁菌门（如Ruminococcaceae）的增殖，并通过ABC转运蛋白介导的低聚糖摄取进行逐步定植，显著提高了丁酸的产量。因此，不同的加工方式赋予了RS独特的结构，从而通过调控特定的菌群，影响了肠道内关键代谢产物-SCFAs的组成，这些结果为未来探索精准营养干预方案提供了有价值的参考。

本研究通过动态模型，揭示了豌豆抗性淀粉的精细结构如何决定其在肠道中的发酵模式。未来的研究将进一步探索特定菌株与抗性淀粉结构之间的相互作用，为开发下一代功能性合生制剂（Synbiotics）提供新思路。