酸解-电渗析与微生物发酵联用制备胞外多糖衍生寡糖的益生潜力研究及其在肠道菌群调控中的应用

为解决海洋源多糖降解过程中单糖副产物积累和传统纯化技术效率低下的问题，研究人员开发了"三明治式"酸解-电渗析-乳酸菌发酵集成工艺，成功从含岩藻糖的胞外多糖(EPS)中制备高纯度岩藻糖基化寡糖(FCOs)。该研究通过两步电渗析和乳酸乳球菌(L. lactis) M1发酵实现96%葡萄糖/半乳糖去除率，使FCOs岩藻糖摩尔比提升25%。体外发酵实验证实FCOs能选择性促进双歧杆菌(Bifidobacterium)等有益菌增殖，显著提升短链脂肪酸(SCFAs)尤其是丁酸盐代谢通路。该成果为微生物EPS资源化利用提供了新思路，发表于《Food Chemistry: X》。

　　

在功能性食品和肠道健康领域，岩藻糖基化寡糖(Fucosylated oligosaccharides, FCOs)因其独特的益生特性备受关注。传统FCOs主要来源于人乳寡糖(HMOs)和海藻多糖，但存在原料稀缺、提取工艺复杂等问题。微生物胞外多糖(Exopolysaccharides, EPS)因其可大规模发酵生产、结构可控等优势成为新兴替代资源，但酸性降解过程中产生的单糖副产物严重影响FCOs的益生活性。如何高效去除这些干扰成分，成为制约EPS资源开发的关键技术瓶颈。

针对这一挑战，中国海洋大学等机构的研究团队创新性地将物理分离与生物转化技术相结合，开发出"三明治式"集成工艺。研究人员首先通过酸解将高分子量EPS(1088.9 kDa)降解为目标寡糖，随后采用电渗析-微生物发酵-电渗析的三步纯化策略，最终获得高纯度FCOs。关键技术包括：1)凝胶渗透色谱(GPC)监控酸解产物分子量分布；2)乳酸乳球菌(L. lactis)M1选择性发酵去除96%葡萄糖/半乳糖；3)二次电渗析清除发酵产生的有机酸；4)体外粪菌发酵结合16S rRNA测序和代谢组学评估益生效果。

研究结果部分，3.1章节显示0.4 mol/L柠檬酸90°C处理2小时为最佳酸解条件，可获得27 kDa的低聚糖产物。3.2-3.5章节详细阐述了纯化过程：初筛5株乳酸菌后发现L. lactis M1能特异性去除96.3%葡萄糖和98.4%半乳糖，同时保留寡糖结构；两步电渗析分别去除残留柠檬酸和96.2%发酵有机酸，使最终产物电导率降至148.5 μs/cm。3.7章节的单菌培养实验证实，FCOs能显著促进植物乳杆菌(L. plantarum)等4株益生菌生长，而对5种病原菌无促生作用，表现出严格的选择性。

更深入的机制研究在3.8-3.10章节展开。成人粪便体外发酵显示，FCOs使双歧杆菌(Bifidobacterium)和副拟杆菌(Parabacteroides)相对丰度分别提升3.2倍和2.8倍，同时降低厚壁菌门/拟杆菌门(F/B)比值。代谢组学分析发现205种差异代谢物，主要富集于丁酸盐代谢和维生素合成通路。特别值得注意的是，FCOs组丁酸盐浓度达12.0 mmol/L，是对照组的2.3倍，且与Phascolarctobacterium菌丰度呈显著正相关。

这项研究的意义在于：首次建立EPS制备FCOs的集成工艺，解决单糖副产物去除难题；证实微生物源FCOs与传统HMOs具有相似的益生特性；发现FCOs通过调节Bifidobacterium-Phascolarctobacterium代谢轴促进丁酸盐生成的机制。该成果不仅为开发新型益生元提供技术支撑，也为理解岩藻糖基寡糖-肠道菌群-宿主健康的互作关系提供新视角。未来研究可进一步优化发酵菌株的糖代谢通路，并开展临床验证试验。