大麦壳体外利用研究：粒径与组成如何调控肠道菌群发酵特性及酚酸释放

研究人员针对食品加工副产物大麦壳中膳食纤维和酚酸利用率低的问题，通过调控淀粉含量（HSH/LSH）和粒径（20-1085 μm），结合INFOGEST体外消化模型和粪便接种发酵体系，揭示了淀粉含量（而非粒径）是驱动SCFA（短链脂肪酸）产量、酚酸生物可及性和菌群结构的关键因素，为功能性食品开发提供了新思路。

　　

在全球粮食浪费和膳食纤维摄入不足的双重背景下，大麦加工副产物——大麦壳的利用成为研究热点。这种富含阿拉伯木聚糖和酚酸（如阿魏酸）的纤维基质，其复杂的物理结构严重限制了肠道微生物的可及性。尽管前人证实小麦麸皮粒径影响发酵效率，但大麦壳这种具有独特化学组成的副产物，其结构-功能关系仍不明确。

荷兰瓦赫宁根大学及研究中心（Wageningen University & Research）的Sofia Ntouranidi团队创新性地采用全粒径分布（非筛分）策略，通过球磨制备4种粒径（D[4,3] 20-1085 μm）的两种淀粉含量大麦壳（高淀粉HSH/低淀粉LSH），结合INFOGEST标准化消化模型和5名健康供体粪便混合接种的体外发酵系统，首次阐明了大麦壳组成与结构的协同作用机制。相关成果发表于《Food Research International》。

研究采用HPAEC（高效阴离子交换色谱）分析单糖组成，通过16S rRNA基因扩增子测序（V4区）和qPCR定量菌群动态，结合HPLC（高效液相色谱）和LC-MS/MS（液相色谱-串联质谱）监测SCFA（乙酸/丙酸/丁酸）和酚酸（阿魏酸/香豆酸）代谢谱。

3.1 样本特征
HSH含26.4%淀粉和43%总纤维，显著高于LSH（10.4%淀粉，52%纤维）。阿魏酸和香豆酸为主要结合态酚酸，LSH结合酚酸总量更高。

3.2 粒径减小提升酚酸生物可及性
体外消化显示，最小粒径（20 μm）使阿魏酸和香豆酸生物可及性提高2-3倍，但总释放量仍低于1%，表明大部分酚酸需微生物介导释放。

3.3 发酵过程中酚酸释放
48小时发酵后，LSH的最小粒径释放2.6%阿魏酸，显著高于大粒径（1.67%）。HSH中中等粒径表现最优（2.27%），提示淀粉含量干扰粒径效应。

3.5 总酚酸释放
Folin-Ciocalteu法证实最小粒径LSH总酚酸释放量最高，而HSH呈现中等粒径优势，进一步验证淀粉-粒径交互作用。

3.6 有机酸与菌群活性
HSH发酵产SCFA总量比LSH高30-50%，但丁酸在最大粒径中显著增加（p<0.0001）。pH从7.2降至6.5-6.8，气体产量在12小时达峰值（1600 mbar）。

3.7 菌群组成驱动因素
PERMANOVA分析表明，淀粉含量解释17.6%菌群变异（p=0.002），而粒径无显著影响。绝对丰度分析显示HSH富集Faecalibacterium（丁酸生产者）和Escherichia-Shigella，而LSH中Oscillospiraceae UCG-002增加。

该研究突破性地揭示：大麦壳的淀粉含量（而非粒径）主导微生物群落构建和代谢输出。尽管减小粒径能提升酚酸释放效率，但最大粒径（1085 μm）促进的"延迟发酵"效应更有利于丁酸生成——这种具有抗炎特性的SCFA。这为设计"精准发酵"功能性食品提供了新策略：通过调控原料淀粉残留量和适度研磨，可定向优化肠道菌群代谢产物。研究采用的"全粒径分布"方法避免了化学组成异质性干扰，为后续食品副产物高值化研究树立了新范式。