海带（ _Saccharina latissima_）调节粪便发酵过程中的微生物组组成，且常见加工方法影响有限

《Journal of Functional Foods》：Seaweed ( Saccharina latissima) modulates the microbiome composition during fecal fermentation with limited effect of common processing methods

　　

海藻纤维对肠道健康显示出有益前景，但加工是否改变肠道微生物对整株海藻营养物质的利用尚不清楚。本研究探讨了加工处理的海带（_Saccharina latissima_）对粪便微生物组组成和代谢活性的影响。海带经漂烫、烘干或植物乳杆菌（_Lactiplantibacillus plantarum_）发酵后，进行静态模拟消化（INFOGEST 2.0）和体外粪便发酵。与高纤维对照相比，添加海带的培养基改变了微生物组组成，增加了拟杆菌属（_Bacteroides_）、埃希氏菌/志贺氏菌属（_Escherichia/Shigella_）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）的相对丰度，而双歧杆菌属（_Bifidobacterium_）则减少。同时，不同加工方法之间的α多样性和β多样性相似，表明加工对微生物组的影响有限。海带培养基中的短链脂肪酸（SCFA）浓度高于高纤维对照，但与低纤维对照无显著差异。总体而言，海带改变了微生物组组成，而加工方法的影响极小。未来研究可探索替代加工方法和复配配方以提高海带的发酵性能。

**论文解读：海带（_Saccharina latissima_）调节粪便发酵过程中的微生物组组成，且常见加工方法影响有限**

**研究背景与目的**

海藻作为新型膳食纤维和蛋白质来源，其全球产量正迅速增加。丹麦的商业海藻养殖主要集中于褐藻海带（_Saccharina latissima_），其富含碳水化合物（占干物质42–46%）、灰分（26–45% DM）和蛋白质（8–11% DM）。海带中的主要碳水化合物包括褐藻胶、海带多糖、纤维素和岩藻多糖，总膳食纤维占干物质的27.8–40.9%。膳食纤维在小肠中不被消化，进入结肠后可刺激能将其代谢为短链脂肪酸（SCFAs）的细菌生长。SCFAs可通过激活胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和肽YY（PYY）的分泌来改善胰岛素敏感性和葡萄糖代谢，并诱导饱腹感。此外，纤维摄入还可改变肠道细菌的氨基酸代谢，促进健康色氨酸代谢物的产生并抑制吲哚产生。尽管已有研究采用海藻纤维提取物进行体外发酵并观察到SCFA产生增加及有益菌丰度上升，但这些研究不能反映消费者实际摄入整株海藻的真实场景。

加工对于降低海藻天然高碘含量至关重要。常见的加工方法包括漂烫、乳酸菌发酵和烘干。漂烫可降低碘含量并增加碳水化合物含量。目前尚不清楚这些加工方法是否通过破坏细胞壁多糖、释放被包埋的化合物来影响肠道微生物对整株海藻营养物质的利用。因此，本研究旨在探究不同加工方法（漂烫、植物乳杆菌发酵和烘干）处理的海带对粪便微生物组组成和代谢活性的影响。研究人员假设：海带补充可刺激有益菌（如拟杆菌属）的生长并增加SCFA产生；加工方法能通过释放被细胞壁多糖包埋的化合物而进一步改善海带的发酵性能。

**技术方法**

本研究采用体外模拟消化和粪便发酵模型。海带原料采自挪威斯塔万格海岸，经漂烫（45°C海水1分钟）、烘干（60°C 4小时）或植物乳杆菌（_Lactiplantibacillus plantarum_）发酵（30°C 2天）处理后，冻干均质。未处理海带作为对照。利用INFOGEST 2.0静态模拟上消化道消化，收集未消化残渣作为发酵底物。采用厌氧批次发酵系统，配制六种培养基（四种海带培养基、一种高纤维对照和一种低纤维对照），使用四名成人粪便样本（来自PRIMA人类基线研究，已获丹麦首都大区伦理委员会批准，注册号NCT04804319）在0、24、48小时取样。通过16S rRNA基因扩增子测序（V3区，Ion Torrent平台）分析微生物组组成，采用GC-MS和LC-MS定量SCFAs、氨基酸代谢物，使用HPLC测定乳酸。数据分析使用R软件，差异丰度分析采用MaAsLin3线性模型，相关分析采用Pearson相关。

**研究结果**

**1. 海带组成分析**：不同加工方法的海带总膳食纤维含量无显著差异（28.82–33.95% DM）。植物乳杆菌发酵的海带蛋白含量最高（12.6% DM），其次为烘干（7.68%）、漂烫（6.22%）和未处理（5.53%），差异显著。

**2. 海带补充对粪便微生物组组成的影响**：α多样性分析显示，低纤维培养基在24和48小时的Shannon指数和观察到的丰富度显著高于高纤维培养基及部分海带培养基，而海带培养基与高纤维培养基之间无显著差异。β多样性分析（Aitchison距离PERMANOVA）未发现不同培养基之间的显著差异，但供体间的差异显著，表明供体效应主导了微生物组变异。在属水平上，海带补充改变了微生物组成：所有供体在海带培养基中拟杆菌属（_Bacteroides_）相对丰度增加，埃希氏菌/志贺氏菌属（_Escherichia/Shigella_）在供体2、3、4中增加，供体1中未分类肠杆菌科增加；未分类毛螺菌科（Lachnospiraceae）在供体2中增加；供体1和3中丁酸弧菌属（_Butyrivibrio_）在24小时增加。进一步分析最丰富的拟杆菌ASVs发现，海带培养基中优势ASV与低纤维培养基不同。差异丰度分析（以高纤维为对照）显示，24小时时拟杆菌属、另枝菌属（_Alistipes_）、副拟杆菌属（_Parabacteroides_）在低纤维和所有海带培养基中显著高于高纤维对照，埃希氏菌/志贺氏菌属在漂烫和发酵海带培养基中显著增加；48小时时拟杆菌属、另枝菌属、副拟杆菌属、丁酸单胞菌属（_Butyricimonas_）等仍显著高于高纤维对照，双歧杆菌属在发酵海带培养基中呈下降趋势。

**3. SCFAs和支链脂肪酸**：24小时时各培养基总SCFAs无显著差异；48小时时高纤维培养基总SCFAs显著低于四个海带培养基和低纤维培养基（p<0.001）。乙酸在48小时时三个加工海带培养基中显著高于高纤维对照（p<0.05–0.01），但与低纤维对照无显著差异。丙酸在48小时时高纤维培养基显著低于海带和低纤维培养基。甲酸在24小时时高纤维培养基显著高于所有其他培养基，乳酸仅在24和48小时的高纤维培养基中检出（除发酵海带一个重复），且高纤维培养基的pH显著下降至4.6，与乳酸浓度呈强负相关（r_s=?0.86）。支链脂肪酸（BCFAs）如异丁酸、异戊酸、2-甲基丁酸在48小时时高纤维培养基中显著低于低纤维和海带培养基，而低纤维与海带培养基之间无显著差异。

**4. 芳香族氨基酸代谢物**：苯丙氨酸在24小时时在高纤维培养基中趋于较高，48小时时其衍生物苯乳酸显著高于其他培养基。色氨酸在48小时时高纤维培养基中显著高于低纤维培养基，海带培养基与对照组无显著差异。酪氨酸在24小时时未处理海带培养基中最高，48小时时4-羟基苯乳酸和4-羟基苯丙酸在高纤维培养基中显著高于其他所有培养基。其他色氨酸衍生物和吲哚代谢物在各培养基间无显著差异。

**5. 拟杆菌ASV与代谢产物的关联**：将最丰富的十个拟杆菌ASVs与代谢物浓度进行相关分析，发现丙酸浓度与ASV_0062、ASV_0017、ASV_0011、ASV_0015等多个ASV显著正相关，戊酸也呈正相关；乳酸则与这些ASVs负相关。这支持了低纤维和海带培养基中丙酸升高、乳酸降低的测定结果，并表明不同培养基中优势拟杆菌类群的差异导致了相似的代谢输出。

**讨论与结论**

本研究中，海带培养基和高纤维培养基的α多样性无显著差异，但低纤维培养基的多样性较高，与常见的高纤维增加多样性的报道相反。β多样性主要受供体效应影响。海带补充增加了拟杆菌属和未分类毛螺菌科的丰度，但未观察到双歧杆菌增加，这可能与初始丰度较高导致的相对下降有关。海带培养基与低纤维对照具有相似的SCFA和BCFA谱，提示蛋白水解发酵（包括 Stickland 发酵）可能对微生物代谢活性有实质贡献，海藻纤维的可及性可能有限。高纤维培养基中大量乳酸和甲酸积累导致pH降至4.6，可能抑制了拟杆菌等产SCFA菌株的生长，从而解释了其较低SCFA浓度。芳香族乳酸的浓度在高纤维培养基中较高，与纤维降解菌（如梭菌属、毛螺菌科和双歧杆菌属）的丰度增加一致。

研究结论：海带加工增加了冻干海带的蛋白质含量，但纤维含量不变。海带补充改变了微生物组组成，特别是增加了拟杆菌属的相对丰度，但不同加工方法之间无显著差异。虽然海带培养基中SCFA浓度显著高于高纤维对照，但与低纤维对照无显著差异，表明微生物活动并非仅由海藻多糖发酵驱动，蛋白水解发酵也发挥了重要作用。本研究的主要局限性在于体外模型无法完全模拟体内环境，发酵罐pH控制可能改善实验结果。未来需通过体内研究确认发现，并探索替代加工方法或与酶/益生菌联合摄入以增强海藻多糖的肠道发酵性能。该研究发表在《Journal of Functional Foods》。