海藻多糖作为益生元候选物：结构多样性、肠道微生物群调节与可持续发展潜力

《Food Hydrocolloids》：Seaweed polysaccharides as prebiotic candidates: Structural diversity, gut microbiome modulation, and sustainability potential

　　

• 海藻多糖具有独特的硫酸化结构，可实现选择性发酵。
• 海洋益生元相比陆生纤维来源可产生更优的短链脂肪酸（SCFA）谱。
• 临床证据表明海藻益生元与代谢和免疫健康改善相关。
• 海藻养殖为碳负性过程，无需土地、淡水或化肥。
• 标准化、监管和适口性仍是推广采用的主要障碍。

引言

人体胃肠道栖息着数以万亿计的微生物组成的复杂生态系统，统称为肠道菌群，它们对营养物质代谢、免疫稳态、宿主能量调控以及肠-脑轴通讯产生深远影响（Cryan等，2019；Flint等，2012）。该微生物群落的平衡与多样性对于维持健康至关重要。相反，肠道微生物平衡的破坏，即菌群失调，已被认为与多种非传染性疾病有关，包括肥胖、2型糖尿病（T2DM）、炎症性肠病、心血管疾病和神经退行性疾病（Cani等，2007；Dash等，2023；DeFronzo等，2015；Qin等，2012）。

在此背景下，益生元——即能选择性刺激肠道有益菌生长和活性的不可消化食品成分——作为调节微生物组的有前景的营养工具而受到关注（Bindels等，2015；Gibson等，2017）。菊粉、低聚果糖（FOS）和低聚半乳糖（GOS）等传统益生元因其双歧杆菌促生作用及促进短链脂肪酸（SCFA）产生的能力而得到广泛研究（Gibson和Roberfroid，1995；Holscher，2017）。然而，越来越多的研究兴趣聚焦于海洋大型藻类，即海藻，作为富含且尚未充分利用的下一代益生元来源（Charoensiddhi等，2020；Cherry, O'Hara等，2019；Cherry, Yadav等，2019）。

海藻是结构多样性多糖的大量生产者，包括岩藻多糖、褐藻糖胶、藻酸盐、卡拉胶和鹿角菜多糖，其中许多具有陆生纤维中不存在的硫酸化模式和分支构型（Huang等，2022；Jiao等，2011）。这些特征使其能够抵抗宿主消化酶的作用，从而使海藻纤维能够完整到达结肠，在那里被双歧杆菌和乳杆菌等共生微生物选择性发酵（Canfora等，2015；Chen等，2018；Furusawa等，2013；Seong等，2019）。

此外，海藻通常还含有酚类化合物、多酚类化合物和矿物质等额外的生物活性物质，这些物质可能协同增强其益生元功效，并赋予其抗氧化、抗病毒和抗糖尿病特性（Catarino等，2021；Choudhary等，2021）。重要的是，其环境可持续性——无需耕地、淡水或合成肥料——使其在可持续营养和气候韧性农业的背景下更具吸引力（Buschmann等，2017；Cornish等，2020）。

本综述旨在综合当前对海藻来源益生元的结构特性、发酵动力学、临床证据和机制基础的认知。它还强调了相比传统益生元的比较优势，识别了开发中的挑战，并提出了利用海洋资源进行微生物组靶向干预的未来方向。

本综述是按照PRISMA（系统综述和荟萃分析优先报告条目）报告原则进行的结构化叙述性综述。采用PRISMA原则以增强文献检索和筛选过程的透明度，但不旨在将此综述定义为正式的荟萃分析。在PubMed/MEDLINE、Scopus和Web of Science三大主要数据库中进行了全面的文献检索，覆盖2000年1月至2026年4月期间的出版物。最终数据库检索于2026年4月完成。主要检索词包括：（"seaweed"或"macroalgae"或"marine algae"）且（"polysaccharides"或"fucoidan"或"laminarin"或"alginate"或"carrageenan"或"ulvan"或"porphyran"）且（"prebiotic"或"gut microbiota"或"gut microbiome"或"intestinal fermentation"或"short-chain fatty acids"或"SCFA"或"CAZymes"或"polysaccharide utilization loci"）。补充检索包括特定机制通路的术语，包括胆汁酸代谢、色氨酸代谢、吲哚产生、NF-κB、HDAC和紧密连接调控。

纳入标准为：（i）研究海藻来源多糖或海藻全基质的益生元、发酵或肠道菌群调节特性；（ii）采用体外发酵、动物模型或人类临床试验设计；（iii）报告定量或定性的微生物组、代谢物或宿主结局数据；（iv）发表在同行评审的英文期刊上。排除标准为：仅关注非肠道应用且无微生物组结局的研究，或会议摘要、学位论文及未同行评审的灰色文献。

初始数据库检索获得1847条记录。在所有检索到的记录中，识别并删除了重复记录。剩余记录根据预定的纳入标准进行标题和摘要筛选。随后对可能相关的文章进行全文评估，共评估312篇全文文章的纳入资格。不符合预定纳入标准的研究在全文阶段被排除。最终共有187项原始研究符合纳入标准，构成综述的核心证据基础。此外，通过参考文献列表筛查识别了31项相关研究并作为补充证据纳入。研究的识别和筛选过程总结于PRISMA流程图（图1）中。

综述范围涵盖海藻来源益生元的结构表征、发酵生物化学、CAZyme介导的降解、SCFA和非SCFA代谢物产生、临床证据，以及与传统陆生益生元的比较可持续性分析。

章节片段

分类学分类

海洋大型藻类，统称海藻，构成了一类基于色素、细胞组成、储存产物和形态特征进行分类的多样化光合生物。它们传统上被分为三个主要门：

褐藻（褐藻门）：如海带属、裙带菜属、泡叶藻属和墨角藻属等属，尤其富含岩藻多糖、藻酸盐和褐藻糖胶。褐藻在温带海洋环境中占主导地位，具有高度

益生元海藻多糖与胶体

海藻的益生元潜力主要归因于其富含结构复杂且可发酵的多糖。这些大分子大多能抵抗上消化道中人类消化酶的降解，而是在结肠中被共生肠道微生物选择性发酵。多样化的化学结构由硫酸化程度、单糖组成和分支模式定义，这些特征将海洋多糖与陆生多糖区分开来

作用机制

海藻来源益生元的健康促进潜力不仅在于其结构复杂性，还在于其与宿主和肠道菌群的多层次相互作用。这些相互作用通过直接调节微生物组成和功能以及间接影响宿主的代谢、免疫和上皮系统来实现。图3展示了从摄入海藻纤维到通过肠道微生物组实现各种健康结局的完整机制通路

临床证据与体内研究

虽然体外研究为海藻来源多糖的益生元潜力提供了基础性见解，但通过人体试验和动物模型进行临床验证对于确立其生理相关性和治疗适用性至关重要。越来越多的证据表明，海洋益生元纤维不仅调节肠道菌群，还能发挥全身性益处，范围从代谢改善到免疫调节和神经保护。

与其他益生元来源的比较分析

传统益生元主要来自菊苣、豆类和谷物等陆生植物，长期以来在肠道健康研究中占据重要地位。菊粉、低聚果糖（FOS）、低聚半乳糖（GOS）和抗性淀粉等化合物因其刺激有益菌（尤其是双歧杆菌和乳杆菌属）的能力及促进短链脂肪酸（SCFA）产生而闻名（Gibson和Roberfroid，1995；Holscher，2017）。这些

提取、标准化与监管挑战

尽管海藻来源益生元前景广阔，但仍面临若干科学、技术和监管挑战，阻碍了其全面整合到治疗性和商业化健康干预措施中。最主要的限制之一是缺乏标准化的提取和加工方案，导致多糖组成、分子量和生物活性存在显著差异。岩藻多糖等化合物的提取得率和结构完整性

结论

海藻来源益生元纤维代表了一类有前景的功能性成分，具有调节肠道微生物组并促进全身健康的潜力。与传统的陆生益生元不同，岩藻多糖、藻酸盐、卡拉胶、褐藻糖胶、鹿角菜多糖和紫菜多糖等海洋多糖表现出独特的结构特征，包括硫酸化、分支和分子量可变性，这些特征影响其可发酵性和选择性菌群调节作用。临床前证据

未来建议

为推动海藻来源益生元在肠道微生物组健康和功能食品开发中的应用，提出以下建议：

CRediT作者贡献声明

Rajesh Kanna Gopal：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，监督，项目管理，方法论，调查研究，形式分析，数据整理，概念化。

Pitchaipillai Sankar Ganesh：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，方法论，调查研究，概念化。

Naji Naseef Pathoor：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，调查研究，形式分析。

参与同意

不适用。

伦理批准

不适用。本文是对已发表文献的综述，未涉及人类参与者、动物或收集原始数据。

发表同意

不适用。

资金

本研究未获得公共、商业或非营利领域任何资助机构的具体资助。

利益冲突声明

作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

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