山楂果胶多糖的消化发酵特性及其代谢产物免疫刺激作用研究

本研究针对山楂果胶多糖（HPS）的消化发酵特性及其免疫调节机制展开深入探索。通过体外模拟消化与人类粪便发酵模型，结合细胞实验验证，发现HPS能显著促进短链脂肪酸（SCFA）生成并优化肠道菌群结构，其发酵产物可有效激活巨噬细胞免疫活性。该研究为开发新型功能性食品提供了重要理论依据。

　　

在传统中医药和现代功能食品领域，山楂（Crataegus spp.）一直被视为药食同源的珍贵资源，其富含的果胶多糖（pectic polysaccharides）被认为具有多种健康益处。然而，不同山楂品种的多糖结构存在显著差异，这些差异如何影响其消化特性、肠道菌群调控能力以及免疫调节功能，仍是当前研究的薄弱环节。特别是对于富含同型半乳糖醛酸聚糖（homogalacturonan, HG）结构域的高分子量山楂果胶多糖（HPS），其通过肠道微生物发酵产生的代谢产物是否具有免疫增强作用，尚不明确。

为了解决这些问题，研究人员选取了新培育的山楂品种"金如意"（Crataegus pinnatifida cv. Jinruyi）为原料，采用热水提取法获得HPS，通过一系列体外实验和细胞模型，系统研究了其消化特性、发酵规律以及对肠道微生物和免疫细胞的调节作用。这项研究最近发表在《Food Chemistry: X》上，为山楂果胶多糖的开发应用提供了新的科学依据。

研究采用了多项关键技术方法：通过SEC-MALLS（尺寸排阻色谱-多角度激光光散射联用技术）分析分子量分布，采用PMP-HPLC（1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮衍生化高效液相色谱法）测定单糖组成，利用体外模拟消化系统（包括唾液、胃和小肠消化阶段）评估消化稳定性，建立体外人类粪便发酵模型（使用5名健康志愿者混合粪便样本）研究微生物代谢过程，并采用RAW 264.7巨噬细胞模型评估免疫调节活性。

3.1. Yields and compositions of HPS

研究显示，金如意山楂中HPS的得率为12.5%±1.3%，碳水化合物含量为72.87%，蛋白质含量为5.47%。单糖组成分析表明，HPS主要由鼠李糖（Rha）、半乳糖醛酸（GalA）、葡萄糖（Glc）、半乳糖（Gal）、木糖（Xyl）和阿拉伯糖（Ara）组成，其中GalA占比高达80.05%，表明其富含HG结构域。

3.2. Molecular weight and monosaccharide composition

SEC-MALLS分析显示HPS的平均分子量为267 kDa，属于高分子量多糖。低Rha/GalA比值（0.038）和较高的(Ara+Gal)/Rha比值（6.33）表明HPS主要是线性结构，HG区域占主导，RG-I区域较少。

3.3. Spectra analysis of HPS

FT-IR光谱证实HPS为高酯化度果胶，在1735 cm^-1和1604 cm^-1处显示特征吸收峰。NMR谱图进一步验证了HG结构域的存在，并检测到甲基化半乳糖醛酸残基的信号。

3.4. SEM analysis

扫描电镜显示HPS呈现紧凑、相对光滑且不规则多孔的表面结构，具有片状聚集特征，这种形貌不同于其他山楂品种提取的果胶多糖。

3.5. HPS changes during in vitro digestion

体外消化实验表明，HPS在唾液阶段保持稳定，但在胃和小肠消化过程中发生部分解聚，分子量从2.67×10⁵ Da降至1.58×10⁵ Da，还原糖含量从0.049 mg/mL增加至0.082 mg/mL。

3.6. Consumption of HPS during in vitro fermentation

体外发酵实验显示，HPS在48小时内发酵度达到75.6%，pH从6.26降至4.31。与富含RG-I的果胶多糖相比，HPS表现出更高的发酵效率，表明HG/RG-I比例影响多糖的发酵特性。

3.7. Effect of HPS fermentation on pH and SCFA generation

HPS发酵显著促进短链脂肪酸（SCFA）产生，总SCFA含量在48小时达到41.65 mM，是对照组的1.91倍。特别是乙酸产量显著增加，而异丁酸和异戊酸等支链脂肪酸受到抑制。

3.8. Effect of HPS on the microbial diversity

16S rRNA测序分析显示，HPS处理降低了微生物群落的α多样性，但显著改变了菌群结构。主成分分析（PCA）和非度量多维尺度分析（NMDS）均表明HPS和FOS处理组与空白对照组明显分离。

3.9. Effect of HPS on microbial composition

在门水平上，HPS增加了拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度，降低了变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteriota）的比例。在属水平上，HPS显著提高了Faecalibacterium的丰度，降低了Alistipes和Desulfovibrio等潜在有害菌的数量。

3.10. Immunostimulatory activities of fecal fermentation products of HPS

细胞实验表明，HPS发酵产物（100-200 μL/mL）对RAW 264.7细胞无毒性，且能显著促进细胞增殖。发酵产物较未发酵HPS表现出更强的吞噬活性、活性氧（ROS）和一氧化氮（NO）产生能力，以及白细胞介素-6（IL-6）和C-X-C motif趋化因子配体2（CXCL2）分泌水平。

研究结论表明，从金如意山楂中提取的HPS主要富含HG结构域，具有较高的分子量和独特的结构特征。该多糖在体外消化过程中部分解聚，但能被肠道微生物有效利用，产生大量SCFA（特别是乙酸）并优化菌群结构。更重要的是，HPS经微生物发酵后的产物表现出显著的免疫刺激活性，能增强巨噬细胞的吞噬功能和炎症因子分泌。

这项研究的重要意义在于揭示了HG型山楂果胶多糖通过"肠道微生物-代谢产物-免疫调节"轴发挥健康效益的作用机制，为开发基于山楂多糖的功能性食品提供了理论依据。特别是发现发酵产物比原始多糖具有更强的免疫调节活性，表明肠道微生物在HPS生物活性转化中扮演关键角色。研究结果不仅丰富了人们对果胶多糖结构-功能关系的理解，也为山楂资源的高值化利用开辟了新途径。

未来研究需要进一步探讨HPS在体内的免疫调节效应，深入解析其与肠道微生物互作的分子机制，以及不同结构特征的果胶多糖对宿主健康影响的差异，为精准开发功能性食品提供更多科学依据。