植物蛋白来源调控小麦阿拉伯木聚糖结肠发酵：菌群结构与代谢产物的差异化响应

《LWT》：Source of Plant Proteins Diverts Colonic Fermentation of Wheat Arabinoxylan

本研究针对植物蛋白替代动物蛋白趋势下其结肠发酵特性不明的问题，通过INFOGEST体外消化模型结合粪便微生物共发酵体系，揭示了6种植物蛋白残基与小麦阿拉伯木聚糖(WAX)共发酵对肠道菌群组成和短链脂肪酸(SCFA)谱的差异化调节作用。结果表明植物蛋白可显著提升丙酸盐比例(17%→25-32%)并富集拟杆菌门，其中糙米、鹰嘴豆和豌豆蛋白处理使Bacteroides plebeius相对丰度增至45-50%。研究为植物基食品的肠道健康效应提供了机制层面的新见解。

　　

随着全球饮食结构向植物基转型加速，豌豆、鹰嘴豆等植物蛋白在替代动物蛋白方面展现出巨大潜力。然而这些蛋白质在人体结肠中的发酵特性始终笼罩着迷雾——当未被消化的蛋白质残渣与膳食纤维在肠道中相遇，会对数以万亿计的肠道微生物产生怎样的影响？这种相互作用又将如何塑造代谢产物的图谱？解答这些问题对精准设计促进肠道健康的植物基食品至关重要。

近日发表于《LWT》的研究首次系统对比了六种植物蛋白（豌豆、鹰嘴豆、绿豆、大豆、扁豆、糙米）与牛奶蛋白在模拟结肠环境中的发酵差异。研究团队采用国际标准的INFOGEST 2.0体外消化模型，收集分子量大于3 kDa的未消化蛋白残基，将其与小麦阿拉伯木聚糖(WAX)以1:2比例在人工结肠发酵系统中进行24小时共培养。通过气相色谱分析短链脂肪酸(SCFA)和支链脂肪酸(BCFA)，并利用16S rRNA扩增子测序解析微生物群落结构。

关键技术方法包括：基于INFOGEST 2.0协议的体外模拟消化、使用截留分子量3 kDa的超滤膜分离蛋白残基、厌氧条件下粪便微生物发酵系统（样本来源：3名健康志愿者混合粪便）、气相色谱法定量脂肪酸、16S rRNA基因V3-V4区测序分析菌群。

3.1 发酵环境参数监测

所有蛋白处理组均使培养基pH从中性降至5.0左右，其中大豆蛋白组pH显著高于WAX对照组。气体产量方面，豌豆蛋白处理产气量显著提升，而牛奶蛋白未引起明显变化，暗示不同蛋白源在发酵过程中产气机制的差异性。

3.2 SCFA与BCFA产量分析

乙酸作为主要SCFA占比超50%，牛奶蛋白组乙酸产量最高。所有蛋白处理均显著提升丙酸产量，使丙酸摩尔比从17%增至25-32%。BCFA（异丁酸和异戊酸）仅在蛋白处理组中检出，其中鹰嘴豆和糙米蛋白组的BCFA水平显著低于其他蛋白源，表明蛋白氨基酸组成影响支链脂肪酸代谢路径。

3.3 微生物群落结构变化

α多样性分析显示豌豆、鹰嘴豆和糙米蛋白处理降低菌群香农指数。β多样性主坐标分析(PCoA)表明所有蛋白处理组与WAX对照组明显分离，牛奶和大豆蛋白组形成独立聚类，证实蛋白来源对菌群结构的特异性调控。

3.4 门/属水平菌群组成

蛋白补充普遍提高拟杆菌门/厚壁菌门比值，其中豌豆和糙米蛋白处理最为显著。在属水平上，豌豆、鹰嘴豆、扁豆和牛奶蛋白处理增加Lachnoclostridium丰度；绿豆和糙米蛋白富集Megasphaera与Megamonas；鹰嘴豆和扁豆蛋白特异性促进Phascolarctobacterium生长。相关性网络将菌属分为三组：Blautia等WAX富集菌属（第1组）与蛋白响应菌属（第2组）呈负相关，Bacteroides与Parabacteroides（第3组）高度正相关。

3.5 优势菌种响应特征

Bacteroides plebeius(OTU1)在糙米、鹰嘴豆和豌豆蛋白处理中相对丰度达45-50%，而Bacteroides vulgatus(OTU9)从初始14%降至不足5%。在厚壁菌门中，Blautia wexlerae(OTU2)在所有处理中保持稳定优势，Eubacterium rectale(OTU4)在蛋白处理中降至1-2%。

3.6 菌群-代谢物关联分析

Bacteroides和Parabacteroides与所有SCFA呈正相关，而Bacteroides plebeius特异性关联丙酸生成。Megasphaera、Phascolarctobacterium等第2组菌属均与丙酸、丁酸及BCFA产量正相关，Blautia等第1组菌属则主要关联乙酸合成。

本研究通过多组学联用技术揭示：植物蛋白残基通过调节肠道菌群结构（特别是富集Bacteroides plebeius等丙酸生产者），显著改变SCFA谱组成，使丙酸比例提升约10个百分点。不同植物蛋白源呈现差异化调控模式，如豌豆蛋白促进产气，大豆蛋白缓冲pH下降，鹰嘴豆蛋白抑制BCFA生成。这些发现不仅阐明植物蛋白-膳食纤维互作对肠道微生态的精细调控机制，更为开发靶向肠道菌群的精准营养方案提供理论依据。未来研究可聚焦未消化肽段的组成特征与特定菌株代谢途径的对应关系，进一步解析植物蛋白结肠发酵的分子机制。