《Food Chemistry》：Black tea polysaccharides: purification, structural characterization, fermentation characteristics, and interaction with gut microbiota
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摘要虽然红茶多糖具有多种健康益处，但关于其结构及发酵特性的研究却相对较少。本研究系统地分析了某种红茶多糖（BTPS3）的结构特征及其与肠道微生物群的相互作用。研究结果表明，BTPS3是一种酸性杂多糖，分子量为2.10×105 Da，主要由阿拉伯糖、半乳糖和半乳糖醛酸组成，三者摩尔
摘要
虽然红茶多糖具有多种健康益处，但关于其结构及发酵特性的研究却相对较少。本研究系统地分析了某种红茶多糖（BTPS3）的结构特征及其与肠道微生物群的相互作用。研究结果表明，BTPS3是一种酸性杂多糖，分子量为2.10×105 Da，主要由阿拉伯糖、半乳糖和半乳糖醛酸组成，三者摩尔比为31.23:24.06:16.69。甲基化分析和核磁共振检测表明，BTPS3属于果胶类多糖，其糖苷键包括→2,5)-α-L-阿拉伯呋喃糖-(1→, →5)-α-L-阿拉伯呋喃糖-(1→, →4)-β-D-半乳糖-(1→, 以及→4)-α-D-半乳糖A-(1→等。在体外粪便发酵实验中，BTPS3能促进短链脂肪酸的产生，尤其是乙酸和丙酸，从而降低pH值。这一现象伴随着产短链脂肪酸的细菌（拟杆菌属）相对丰度增加，而机会性病原体相关菌群（摩根氏菌属和双歧杆菌属）的相对丰度则有所下降。因此，在体外条件下，BTPS3展现出类似益生元的调控肠道微生物群的作用。
引言
茶作为一种在全球广泛饮用的饮品，以其多种健康益处而闻名。根据发酵程度的不同，茶主要可分为五类：未发酵的绿茶、轻度发酵的白茶、半发酵的乌龙茶、完全发酵的红茶以及后发酵的黑茶（Jiang等人，2019）。其中，红茶约占全球茶叶消费量的75%。功夫红茶是一种高端茶叶，其制作过程极为精细，包括萎凋、揉捻、氧化和干燥等步骤，这些步骤共同赋予了它独特的风味和复杂的化学成分（Wang等人，2022）。近几十年来，大量研究主要集中在红茶中低分子量生物活性成分的健康益处上，如儿茶素和茶氨酸。相比之下，茶多糖虽然也逐渐显示出作为重要功能性成分的潜力，但受到的关注相对较少。
作为茶叶中的主要大分子成分，茶多糖具有多种生物活性。例如，白茶多糖可减少脂肪堆积并减轻器官损伤，而绿茶多糖则有助于预防动脉粥样硬化（Zheng等人，2024；F. Zhou等人，2025）。福砖茶中的多糖也具有显著的抗氧化和降血糖作用（R. Liu等人，2024）。同样，红茶多糖也具有重要的营养价值和生物活性，包括抗氧化、抗炎和降血糖作用（Xu等人，2025）。与绿茶、乌龙茶和黑茶中的多糖相比，红茶多糖具有更强的DPPH自由基和羟基自由基清除能力，以及更强的抗糖基化作用（Xu等人，2020）。此外，红茶多糖还具有降血糖作用，能够减轻高血糖和高血脂带来的肝脏损伤（Xiang等人，2023）。近年来，人们越来越关注植物源多糖的益生元潜力，尤其是其在肠道内的发酵行为。初步研究表明，红茶独特的加工过程，包括酶促氧化和热反应，可能使其多糖具有特定的结构特征，这些特征有助于微生物利用并影响肠道微生物群的组成（Su等人，2024）。因此，红茶多糖作为一种潜在的类似益生元物质，值得进一步研究。
肠道微生物群在维持宿主消化功能及肠道稳态方面起着关键作用。然而，饮食变化等多种因素可能打破这种微生物平衡，从而导致与代谢紊乱相关的菌群失调（Dong等人，2024）。膳食中的多糖，尤其是那些难以被消化的多糖，被认为具有调节肠道微生物群、缓解炎症和肥胖等疾病的潜力（Ye等人，2022）。这些多糖会被特定的肠道细菌发酵，产生包括短链脂肪酸在内的多种关键代谢物。多糖的发酵能力及其对微生物群的调节作用在很大程度上取决于其结构特征，如分子量、单糖组成以及糖苷键类型（Keung等人，2025）。例如，β-葡聚糖中的β-(1→3)/(1→4)糖苷键有利于拟杆菌属和双歧杆菌属的选择性利用，进而促进产丁酸的粪肠球菌属和乳杆菌属的生长（Subhash等人，2025）。短链脂肪酸既是结肠上皮细胞的主要能量来源，也是调节宿主免疫反应、增强肠道屏障功能的关键信号分子（Zhang等人，2022）。此外，短链脂肪酸还有助于维持肠道屏障的完整性，保持肠道微生物环境的平衡。值得注意的是，不同植物来源的多糖对肠道微生物群的调节方式各不相同。例如，藏茶多糖能增加巨球形菌和丁酸球菌的数量，而乌龙茶多糖则能促进拟杆菌属、乳球菌属和双歧杆菌属的生长（Wu等人，2022；Zeng等人，2025）。这些研究都表明茶多糖具有调节肠道微生物群的能力。不过，多糖的结构和活性在很大程度上受其来源以及提取和纯化方法的影响。目前，关于其结构特征与发酵行为、微生物群调节作用之间的关系，仍有许多有待探索之处。
在本研究中，我们使用DEAE-Sepharose Fast Flow柱从红茶中分离并纯化出一种多糖组分（BTPS3）。我们推测，BTPS3较高的分子量和较高的糖醛酸含量会影响其发酵行为及对微生物群的调节作用。为验证这一假设，我们分析了BTPS3的结构特征，检测了其对胃肠道消化的抵抗能力，并通过体外粪便发酵实验研究了其对肠道微生物群的调节作用。本研究为理解BTPS3类似益生元的作用机制提供了结构学依据。
章节要点
材料
本研究使用的2020年生产的功夫红茶样品购自中国湖北恩施硒印象农业发展有限公司。DEAE-Sepharose Fast Flow凝胶购自中国上海的Cytiva公司。鼠李糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、岩藻糖以及短链脂肪酸（乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和戊酸）均购自Solarbio Technology Co., Ltd.公司。
化学组成
粗提的BTPS在DEAE-Sepharose Fast Flow柱上进行分级，依次用去离子水和浓度为0.1、0.3和0.5 M的NaCl溶液进行洗脱。在所有洗脱组分中，0.3 M NaCl洗脱得到的组分（命名为BTPS3）产量最高，为16.85±0.33%，因此被选为进一步研究的对象。该组分的总糖含量为81.15±0.70%，糖醛酸含量为20.86±0.52%（表S2），这些数据表明BTPS3很可能是一种酸性杂多糖（Ji, Hou等人，2020）。
结论
本研究成功从红茶中分离出一种酸性杂多糖组分（BTPS3），其分子量为2.10×105 Da，主要由阿拉伯糖、半乳糖和半乳糖醛酸组成。BTPS3表现出剪切变稀特性，且凝胶形成能力较弱。在体外粪便发酵实验中，BTPS3被肠道微生物群代谢，从而导致短链脂肪酸的产生增加，pH值下降。在门水平上，BTPS3与拟杆菌门的相对丰度增加有关。
作者贡献说明
马千伟：论文撰写——初稿撰写、可视化分析、方法设计、数据整理。魏阳：论文撰写——审稿与编辑、项目管理。刘启桐：方法设计、实验研究。朱玉志：资源提供。余晓鹏：资源提供。魏新林：项目管理、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本论文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（编号：32172223）、上海东方人才计划引领项目（编号：117）以及神农领军人才计划（编号：SNYCLJ050-2023）的支持，同时还得到了陕西高校青年创新团队的资助。
马千伟|魏阳|刘启桐|朱玉志|余晓鹏|魏新林
