亚临界水萃取优化核桃仁种皮多酚及其在模拟消化与结肠发酵中对肠道菌群与代谢物的调节机制研究

本研究针对核桃产业副产物——富含多酚的核桃仁种皮利用率低的问题，通过亚临界水萃取（SWE）和NKA-9树脂纯化技术高效提取核桃仁种皮多酚（WPP），系统评估其在模拟胃肠消化和结肠发酵过程中的组成变化、生物活性及对肠道菌群与代谢物（如短链脂肪酸SCFAs和吲哚衍生物）的调节作用，为WPP作为功能性食品成分促进肠道健康提供理论依据。

　　

核桃（Juglans sigillataD.）作为云南特色经济作物，其种皮（Walnut kernel pellicle）是核桃加工过程中的主要副产物，尽管仅占核桃仁质量的10%，但多酚含量显著高于其他组织（如核桃壳、青皮和去仁内核）。多酚类化合物以其抗氧化、抗炎和代谢调节等生理功能备受关注，然而其生物利用度受胃肠道消化环境及肠道微生物代谢的显著影响。目前，核桃仁种皮多酚（WPP）的提取方法存在溶剂残留、效率低下等问题，且其组成特性、消化稳定性及与肠道菌群的互作机制尚不明确。为此，本研究通过优化亚临界水萃取（Subcritical water extraction, SWE）和纯化工艺，系统探究WPP在模拟消化和发酵过程中的动态变化，并深入分析其对肠道微生物组成及代谢产物的调节作用，为开发以WPP为基础的功能性食品提供科学依据。该研究发表于《Food Chemistry: X》。

为开展本研究，作者主要采用了以下关键技术方法：利用单因素实验和响应面法优化SWE提取WPP的工艺参数；通过NKA-9大孔树脂对粗提物进行纯化；采用超高效液相色谱-四极杆-Orbitrap串联质谱（UPLC-Q-Orbitrap-MS²）鉴定WPP组成；通过体外模拟胃肠消化和结肠发酵模型（使用三名健康成人混合粪便样本制备肠道菌液）评估多酚稳定性和生物可及性；利用16S rRNA测序分析肠道菌群结构；借助气相色谱-质谱（GC-MS）和UPLC-MS技术定量短链脂肪酸（SCFAs）和吲哚衍生物。

3.1. WPP提取工艺优化：单因素与响应面实验

通过单因素实验确定SWE提取WPP的最佳温度、时间和固液比分别为110°C、15分钟和1:50 g/mL，响应面分析进一步优化工艺，得到最高多酚得率（358.79 mg GAE/g）。SWE法较乙醇萃取法效率更高，主要成分包括鞣花酸（Ellagic acid）和鞣花单宁（Ellagitannins）。

3.2. 多酚纯化工艺优化

NKA-9树脂表现出最优吸附（74.98%）和解吸（88.69%）性能，纯化后WPP含量从358.79 mg GAE/g提升至585.30 mg GAE/g。最佳纯化条件为：上样浓度2 mg/mL、pH 2、45%乙醇洗脱、上样流速2 mL/min。

3.3. 体外模拟消化与结肠发酵对WPP含量和活性的影响

胃肠消化导致WPP总含量下降（胃阶段略降，肠阶段显著减少），抗氧化活性（DPPH、ABTS自由基清除能力和FRAP铁离子还原能力）同步降低。结肠发酵继续降解WPP，但促进鞣花酸和鞣花单宁向尿石素（Urolithins）转化。

3.4. 体外模拟消化与结肠发酵对WPP组成的影响

UPLC-MS分析显示，WPP主要含酚酸（如原儿茶酸、没食子酸）、鞣花酸衍生物、鞣花单宁（如HHDP-葡萄糖、三没食子酰-HHDP-葡萄糖）和黄酮类。消化过程中，多数成分含量下降，但结肠发酵阶段部分鞣花单宁转化为鞣花酸并进一步代谢为尿石素（如Urolithin A、C、M5、M6）。

3.5. WPP的生物可及性

生物可及性分析表明，不同多酚组分在肠消化阶段的稳定性差异显著：含甲氧基的酚酸（如丁香酸）稳定性最高（95.17%），而聚合单宁（如三没食子酰-HHDP-葡萄糖）因酯键易水解，生物可及性较低（13.98%）。

3.6. WPP对肠道菌群多样性的影响

16S rRNA测序显示，WPP发酵显著改变肠道微生物结构和多样性，厚壁菌门（Bacillota）丰度增加，拟杆菌门（Bacteroidota）丰度降低，提高了厚壁菌/拟杆菌比。在属和种水平上，WPP促进Megamonas rupellensis和Faecalibacterium prausnitzii（潜在益生菌）生长，抑制Blautia wexlerae、Dorea longicatena等有害菌。

3.7. WPP对肠道菌群代谢物的影响

WPP发酵显著降低培养基pH，促进SCFAs（乙酸、丙酸、丁酸和异戊酸）和吲哚衍生物（如吲哚-3-丙酮酸和吲哚-3-丙酸）积累，这些代谢物在维持肠道屏障功能、抗炎和调节免疫方面发挥关键作用。

3.8. 肠道菌群与代谢物的相关性分析

相关性分析揭示Megamonas、Phascolarctobacterium等菌属与SCFAs和吲哚衍生物呈正相关，而Ruminococcus、Dorea等属呈负相关，表明WPP通过调控特定菌群影响代谢物生成。

4. 结论与讨论

本研究成功建立高效提取纯化WPP的工艺，并阐明其在消化过程中的转化规律及对肠道微生态的调节作用。WPP经胃肠消化后部分降解，但结肠发酵将其转化为生物活性更高的尿石素，同时显著调节肠道菌群结构（促进有益菌、抑制有害菌）和增加有益代谢物（SCFAs和吲哚衍生物） production。这些发现为WPP作为功能性食品成分应用于改善肠道健康提供了重要理论支撑。然而，菌株与代谢物之间的具体作用机制、个体间菌群差异的影响以及体外模型的局限性仍需通过动物实验和临床研究进一步验证。