小麦麸皮粒径差异对肠道微生物群落结构及代谢模式的定向选择作用

【编辑推荐】本研究通过连续传代培养技术，探究不同粒径小麦麸皮（180-250 μm、300-500 μm、1000-1700 μm）及阿拉伯木聚糖（AX）对肠道微生物群落的定向选择效应。发现粒径差异显著影响普雷沃菌属（Prevotella）、拟杆菌属（Bacteroides）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）等关键菌群的定植，并调控丙酸与丁酸（SCFAs）的产量，为食品加工工艺优化与精准营养干预提供理论依据。

　　

在现代饮食结构中，小麦麸皮作为重要的膳食纤维来源，其加工过程中的粒径变化可能深刻影响肠道微生态与宿主健康。尽管已知膳食纤维能调节肠道菌群，但加工工艺（如研磨程度）如何通过物理结构差异选择特定微生物群落，进而影响代谢功能，仍是未解之谜。传统单批次发酵模型难以捕捉稀有降解菌的竞争动态，而高稀释压力下的连续传代培养（CBC）技术为揭示这一生态选择过程提供了新思路。

美国普渡大学的研究团队在《Food Bioscience》发表论文，通过7轮连续传代培养（1:100稀释）结合16S rRNA测序技术，系统分析了三种粒径小麦麸皮（小：180-250 μm、中：300-500 μm、大：1000-1700 μm）及可溶性AX对粪便微生物群落的筛选效应。研究使用来自3名个体及1份混合样本的粪便菌群接种，监测了短链脂肪酸（SCFAs）产量、α/β多样性及菌群结构变化。

关键方法

1. 粒径分级与AX提取：硬红冬小麦（HRW）麸皮经旋风研磨和筛分获得三组粒径，碱性提取法制备AX；
2. 模拟消化与发酵：麸皮经胃-肠相消化后，与菌群共培养，每24小时传代并稀释100倍；
3. 多组学分析：HPLC定量SCFAs（乙酸、丙酸、丁酸），16S测序解析菌群结构，LEfSe分析差异菌群。

研究结果

1. 粒径驱动最终菌群的α/β多样性差异
小粒径麸皮显著降低物种丰富度（Observed species指数），而大粒径维持更高多样性。β多样性分析显示粒径是群落分异的主因（PERMANOVA，p<0.05），且附着菌群与悬浮菌群无显著差异。

2. 粒径特异性菌群选择
小粒径富集拟杆菌属（Bacteroides）和普雷沃菌属（Prevotella），而大粒径特异性促进毛螺菌科（Lachnospiraceae）和运动发酵单胞菌属（Kineothrix）增殖。AX发酵群落则呈现独特的双歧杆菌（Bifidobacterium）优势。

3. 代谢产物粒径依赖性
大粒径麸皮促进丁酸产量（与毛螺菌科正相关），小粒径提升丙酸水平（与拟杆菌代谢途径关联）。AX组乙酸占比最高，反映可溶性纤维的快速发酵特性。

结论与意义
该研究首次证实小麦麸皮粒径是塑造肠道菌群结构和代谢功能的稳定选择压力，突破传统“化学组成主导”认知。大粒径通过物理屏障延缓发酵，支持慢速生长的纤维降解菌（如Kineothrix）存活；小粒径则因快速溶解释放寡糖，优先选择拟杆菌等竞速生长菌。这一发现为食品工业优化麸皮加工工艺（如保留粗颗粒）提供科学依据，也为开发靶向调控丁酸/丙酸代谢的精准膳食干预策略奠定基础。未来研究需结合体内模型验证粒径-菌群-健康的因果链。