水生蓑衣棕来源粉及半乳聚甘露聚糖的益生元潜力：体外粪便发酵过程中对肠道菌群的调控作用、微生物功能通路及短链脂肪酸的产生

《Food Bioscience》：Prebiotic potential of Nypa fruticans-derived flour and galactomannan: Gut microbiota modulation, microbial functional pathways, and short-chain fatty acid production during in vitro fecal fermentation

　　**摘要**水椰（*Nypa fruticans* Wurmb.）是一种利用不足的潮间带棕榈，富含半乳甘露聚糖和其他不可消化多糖，作为可持续功能性食品成分具有相当大的潜力。本研究利用顺序体外消化和粪便发酵模型，调查了果实成熟度和碳水化合物形式（全粉与分离的半乳甘露聚糖）如何影响胃肠道抗性、肠道微生物群调节、预测微生物功能以及短链脂肪酸（SCFAs）的产生。年轻半乳甘露聚糖（YG）表现出最大的不可消化性（79.36 ± 0.26%）。然而，成熟半乳甘露聚糖（MG）在 24 小时粪便发酵后产生了最高的总短链脂肪酸（30.43 mM）和丁酸（13.13 mM）浓度。水椰粉和分离的半乳甘露聚糖均通过增加有益碳水化合物发酵和 SCFA 产生菌属的相对丰度来调节肠道微生物组成，包括拟杆菌属（*Bacteroides*）、双歧杆菌属（*Bifidobacterium*）、罗氏菌属（*Roseburia*）和粪杆菌属（*Faecalibacterium*），同时减少了机会致病菌克雷伯氏菌属（*Klebsiella*）的相对丰度。这些微生物变化伴随着与碳水化合物代谢和 SCFA 生物合成相关的预测微生物功能的富集。这些发现表明，水椰粉和分离的半乳甘露聚糖通过调节肠道微生物组成、微生物功能谱和体外粪便批量发酵过程中的 SCFA 产生，具有益生元潜力，突出了它们作为可持续功能性食品成分在未来肠道健康应用中调查的潜力。**引言**人体肠道微生物群在维持宿主健康方面发挥着根本作用，通过调节营养代谢、免疫功能、肠道屏障完整性和对病原体定殖的抵抗力。肠道微生物稳态的破坏已被证明与多种慢性疾病有关，包括肥胖、糖尿病、炎症性肠病和心血管疾病。因此，通过功能性食品调节肠道微生物群已成为促进人类健康的一项重要策略。在功能性食品成分中，益生元引起了相当大的关注，因为它们被有益微生物选择性利用，导致肠道微生物组成和活性发生有利变化。根据国际益生菌和益生元科学协会（ISAPP），益生元是能够抵抗上消化道消化、被有益肠道微生物选择性利用并给予宿主健康益处的底物（Gibson 等，2017）。因此，评估候选益生元需要评估其胃肠道抗性及其调节肠道微生物组成和代谢活性的能力（Gibson & Roberfroid, 1995）。植物来源的多糖已成为有前途的益生元候选者，因为它们的结构多样性、可发酵性和可持续可用性。其中，半乳甘露聚糖因其有利的理化性质和选择性刺激有益肠道微生物的能力而特别吸引人。这些非淀粉多糖能抵抗上消化道的消化，随后被结肠微生物群发酵。在结构上，半乳甘露聚糖由线性 β-(1→4)-D-甘露聚糖主链组成，取代有 α-(1→6)-D-半乳糖侧链，尽管不同植物来源的甘露糖 - 半乳糖（M/G）比率差异很大。因此，预期在果实成熟过程中出现的半乳甘露聚糖结构变化会影响胃肠道抗性、微生物可及性、发酵动力学以及最终的益生元功能（Miao 等，2021；Peng 等，2024；Zhou 等，2021）。水椰（*Nypa fruticans* Wurmb.）是一种广泛分布于热带沿海地区（特别是在东南亚）的利用不足的潮间带棕榈。其可食用果实富含半乳甘露聚糖和其他不可消化碳水化合物，使其成为可持续功能性食品成分的一个有前途的来源。以前关于水椰衍生半乳甘露聚糖的研究主要集中在提取程序、结构表征和理化性质上，展示了其作为食品亲水胶体的潜力（Wijana 等，2023）。相比之下，对其他棕榈果实的研究表明，成熟过程可以显著改变碳水化合物组成和结构特征，这可能会影响其功能特性（Torio 等，2006；Barlin, 2015; Elangovan 等，2023；Ihsan & Anggraini, 2023；Winarti & Pasetyo, 2020）。然而，目前尚不清楚成熟度依赖性的结构修改是否影响水椰衍生半乳甘露聚糖的胃肠道抗性、可发酵性、肠道微生物群调节以及健康促进微生物代谢产物的产生。尽管对 *N. fruticans* 衍生的多糖兴趣日益增加，但人们对果实成熟度如何改变半乳甘露聚糖结构以及这些结构变化随后如何影响胃肠道抗性、微生物可及性、肠道微生物群调节和短链脂肪酸产生知之甚少。果实成熟伴随着碳水化合物组成、分子组织和理化性质的变化，这些变化可能会改变胃肠道抗性、微生物可及性、发酵动力学和有益微生物代谢产物的产生。然而，这些成熟度依赖性变化影响益生元活性潜在顺序过程的程度尚未得到系统研究。为了弥补这一知识缺口，区分原生食物基质的贡献和分离多糖的贡献也很重要。尽管半乳甘露聚糖被认为是 *N. fruticans* 中主要的不可消化多糖，但全水椰粉包含更复杂的碳水化合物基质，包括膳食纤维、抗性淀粉、天然多糖和相关植物化学物质，这些物质可能共同影响微生物发酵。因此，将全粉与纯化的半乳甘露聚糖进行比较，提供了区分原生食物基质与其主要多糖成分贡献的机会。此外，比较从不同成熟度阶段果实中分离的半乳甘露聚糖，可以评估成熟相关的结构变化是否影响胃肠道抗性、肠道微生物调节和微生物代谢。因此，本研究旨在比较通过初步益生元筛选选定的代表性 *N. fruticans* 衍生物碳水化合物底物，以评估果实成熟度和碳水化合物形式的差异如何与顺序体外消化和粪便发酵过程中的胃肠道抗性、肠道微生物组成、预测微生物功能途径和短链脂肪酸产生相关。通过初步益生元筛选选定的代表性底物随后进行了评估，以建立消化抗性、微生物群调节、预测代谢功能和微生物代谢产物产生之间的关系。据我们所知，这是第一项比较通过初步益生元筛选选定的代表性 *N. fruticans* 衍生物碳水化合物底物（包括全水椰粉和从不同果实成熟度阶段分离的半乳甘露聚糖）的研究，在顺序胃肠道消化、粪便发酵、肠道微生物群特征分析、预测微生物功能分析和 SCFA 产生的整合框架内进行比较。而不是评估单一的多糖制剂，本研究考察果实成熟度和原生食物基质如何共同影响代表性 *N. fruticans* 衍生物碳水化合物的体外益生元潜力。**章节片段****材料**本研究使用的主要原料是水椰果实（*N. fruticans*），分为三个不同的成熟度阶段（幼果、中熟和成熟），采集自印度尼西亚西加里曼丹杰鲁楚贝萨尔村。长双歧杆菌 ATCC 15707 和嗜酸乳杆菌 IFO 13951 培养物来自印度尼西亚爪哇大学食品与营养研究中心的食品与营养培养物收藏（FNCC），而大肠杆菌则来自微生物学**傅里叶变换红外（FTIR）光谱**成熟水椰粉 MMNF、YG 和 MG 的 FTIR 光谱如图 1 所示。所有三个样品均表现出相似的吸收模式，表明尽管果实成熟度不同，但提取过程保留了半乳甘露聚糖的特征官能团。在所有样品中观察到一个以 3400 cm-1 为中心的宽吸收带，对应于与参与广泛的分子内和分子间氢键的羟基相关的 O-H 伸缩振动**结论**本研究提供了初步证据，表明水椰衍生物碳水化合物在胃肠道消化和体外发酵方面表现出成熟度和底物依赖性的差异。YG 对模拟胃肠道消化表现出最大的抗性，而 MG 在发酵 24 小时后产生了最高的总 SCFA 和丁酸浓度。HPLC 分析显示 YG、MMGM 和 MG 的 M/G 比率分别为 0.950、0.944 和 0.924，而 FT-IR、XRD、SEM 和 NMR**CRediT 作者身份贡献声明****Santad Wichienchot：** 写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，资源，项目管理，构思。**Uchenna Kalu Akpi：** 写作 – 审阅与编辑，可视化，调查，形式分析，数据整理，构思。**Eni Harmayani：** 写作 – 审阅与编辑，监督，数据整理，构思。**Lily Arsanti Lestari：** 写作 – 审阅与编辑，监督，数据整理，构思。**Arima Diah Setiowati：** 写作 – 审阅与编辑，**未引用参考文献**AOAC Official Methods Committee, 2016; Barlina, 2015; Guo et al., 2022; Le Roux et al., 2020; Louis and Flint, 2017; Pawar and Lalitha, 2014; Pollard et al., 2010; Souza et al., 2023.**利益冲突声明**作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本报告中所述的工作。**数据可用性**本研究过程中生成的原始 16S rRNA 基因测序数据已存入美国国立生物技术信息中心序列读段档案（NCBI SRA），登录号为 PZ790557-PZ790571。相关元数据和分析参数可在该存储库中找到。支持本研究结果的其他数据可从通讯作者处合理请求获得。**利益冲突声明**所有作者声明他们没有任何利益冲突或财务冲突需要披露。**致谢**作者真诚地感谢印度尼西亚教育奖学金（BPI）、印度尼西亚共和国高等教育、科学和技术部的高等教育资助与评估中心（PPAPT），以及印度尼西亚教育基金会（LPDP）通过博士奖学金计划提供的财政支持。作者还感激地感谢泰国宋卡王子大学研究生院提供的博士生交换奖学金。Ledy Purwandani|Santad Wichienchot|Uchenna Kalu Akpi|Eni Harmayani|Lily Arsanti Lestari|Arima Diah Setiowati