《Food Research International》：Ultrasound-assisted phosphorylation of chicory polysaccharides: Structural modification, digestive behavior and fermentation properties
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•超声处理使基于磷的取代度（DS）提高了71.2%，且链长变化很小。•与仅用超声处理的对照组相比，CP显示出更强的无细胞功能性反应。•CP的碳水化合物回收率较低，但消化诱导的降解作用并未增强。•在粪便发酵过程中，CP产生的短链脂肪酸比CI更多。•CP增加了乳杆菌、双歧杆菌和普
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超声处理使基于磷的取代度（DS）提高了71.2%，且链长变化很小。
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与仅用超声处理的对照组相比，CP显示出更强的无细胞功能性反应。
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CP的碳水化合物回收率较低，但消化诱导的降解作用并未增强。
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在粪便发酵过程中，CP产生的短链脂肪酸比CI更多。
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CP增加了乳杆菌、双歧杆菌和普氏菌的相对丰度。
引言
菊苣（Cichorium intybus L.）根是菊粉型果聚糖的主要商业来源（Perovi?等，2021）。这些碳水化合物主要由β-(2 → 1)连接的果糖基残基组成，通常以葡萄糖单元终止。其链长分布因品种、收获和储存条件及加工历史而异；这种分布反过来影响溶解度、水合能力和分子间相互作用（Mensink等，2015）。人体消化酶无法有效水解其特征性的果糖苷键；因此，摄入的菊粉型果聚糖中有相当一部分可到达结肠并被微生物发酵利用（Roberfroid，2005）。然而，菊粉并非均一的微生物底物。短链和长链组分在发酵速率上存在差异，而其利用程度和代谢谱还取决于受体的肠道菌群（Deehan等，2020；Logtenberg等，2020；Wei等，2022）。电荷、水合能力或链间结合的化学或加工诱导变化，因此可能不仅影响原料的功能性，还影响其在胃肠道中的行为及微生物的可及性（Deehan等，2020；Mensink等，2015）。
化学修饰通过引入新的取代基或改变聚合物链之间的相互作用，提供了一种定制多糖特性的方法（Chen等，2024；Liu等，2023）。菊粉链上大量存在的羟基使得衍生化主要通过酯化或醚化来实现。磷酸化是一种阴离子修饰，引入可电离的磷酸基团，可改变电荷密度、水合能力、氢键作用和分子间结合；这些变化的幅度取决于取代度（DS）及磷酸基团的分布（Xia等，2021）。磷酸化菊粉的研究主要集中在其制备、与取代度相关的材料特性以及在食品体系中的性能方面。Tang等（2024）随后比较了具有不同DS值的长链菊粉衍生物，并将磷酸基的引入与光谱、形态、物理化学及抗氧化变化相关联（Tang等，2024）。磷酸化长链菊粉也被添加到面粉和淀粉体系中，其添加影响了产品结构和加工相关特性（Zhang等，2024；Zhao、Luo等，2023）。这些研究确立了菊粉磷酸化的可行性，并表明DS与材料特性和食品体系性能的变化相关联。
对回收产物的表征并不能确定其在摄入后的行为。这一区别可由其他菊粉衍生物来说明：酰化菊粉在模拟上消化道消化过程中仍保持稳定，但与天然菊粉相比，其发酵速度更慢，且改变了短链脂肪酸产生的时间模式（Hartzell等，2013）。超声引入了额外的归因问题，因为声空化既能改善试剂分散和传质，也会扰乱多糖的有序结构。因此，即使果聚糖主链在很大程度上对宿主消化具有抗性，化学取代也可能改变微生物对其的利用。将菊粉型果聚糖的磷酸化与连续胃肠道消化及群落水平的粪便发酵相关联的证据仍然有限。Wei等（2019）使用选定的双歧杆菌菌株研究了钙络合磷酸化菊粉，但纯培养无法重现粪便群落中的底物竞争和代谢交叉喂养。目前尚不清楚磷酸化果聚糖制剂与未处理底物在全消化液碳水化合物回收率方面是否存在差异，以及这些差异是否伴随着后续短链脂肪酸产生和微生物群落组成的变化。这一空白不仅涉及菊苣制剂，还涉及更广泛地评估化学修饰的果聚糖基膳食纤维。
在此背景下，本研究将未经处理的商业菊苣富含果聚糖制剂（CI）与其超声辅助磷酸化产物（CP）进行了比较，涵盖初始结构与功能表征、模拟胃肠道消化及人体粪便发酵。使用匹配对照组以确定超声是否在不引起明显解聚的情况下提高了基于磷含量的计算DS，以及纯化后的CP在光谱上是否与直接未经处理的CI–SHMP物理混合物不同。随后在消化过程中监测全消化液的总碳水化合物和还原糖指标，再进行供体特异性粪便发酵以评估底物利用、酸化程度、短链脂肪酸产生及细菌群落组成。
分节摘要
材料与化学试剂
菊苣多糖（CI，纯度95.3%）购自上海如济生物有限公司（中国上海）。六偏磷酸钠（NaPO?）?，≥99%；1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（PMP，≥98%）；短链脂肪酸（SCFA）标准品（乙酸、丙酸和丁酸；HPLC级，≥99%）；三氟乙酸（TFA，≥99%）；猪胆汁盐均购自阿拉丁试剂有限公司（中国上海）。
超声辅助磷酸化CP的制备
制备5%（w/v）CI溶液，将10.0 g CI溶于200 mL中
CI与CP的比较结构与化学表征
采用互补的显微、衍射、光谱、化学和色谱分析来考察CI与CP之间的处理相关差异。设置了三个对照组用于特定比较：未经磷酸化的超声处理CI（UCI）用于GPC分析；不含超声处理的匹配磷酸化对照组（CP-NU）用于DS测定；直接CI–SHMP物理混合物（PM）用于31P NMR分析（图1A–O）。在500×、2000×和
结论
超声辅助磷酸化制备了含磷的菊苣多糖制剂，其物理化学组织和体外功能性发生改变，同时主要表观分子量分布基本保持不变。在其他条件匹配的磷酸化处理下，超声使基于磷的计算DS相对于非超声对照组提高了71.2%，而CI、UCI和CP高度重叠的单峰GPC图谱则未能
生成式人工智能使用声明
本文在撰写过程中未使用任何生成式人工智能或AI辅助技术。
数据声明
本研究期间生成的16S rRNA基因测序数据集已存入NCBI序列读取库（SRA），BioProject登录号为PRJNA1293100，并可在NCBI数据库公开获取。本研究期间生成和分析的其他数据集可在合理要求下从通讯作者处获得。
CRediT作者贡献声明
宁聪：撰写—审阅与编辑，形式分析，数据整理，概念构思。李辉宇：撰写—初稿，可视化，方法论，数据整理。李琼英：验证，形式分析，数据整理。卜伟：项目管理，方法论，调查研究。贾丽娇：项目管理，经费获取。谭畅：软件，资源。郭崇庭：指导，软件。王珊：验证，指导。刘晓旭：可视化，验证。子伟
伦理声明
已从所有参与者或其法定代理人处获得参与本研究及发表本文的书面知情同意书。参与者的隐私权已得到保护。
本研究遵循研究所在地相关法律法规、监管框架和指南进行。
本研究经辽宁大学机构审查委员会批准（批准号：LNUARB2023–014）。
基金资助
本项目由辽宁省科学技术厅（批准号：2024-MSLH-187）、辽宁省科学技术计划（批准号：2025JH5/10400154）、辽宁省科学技术联合计划（批准号：2024012171-JH4/4800）及辽宁省教育厅（批准号：JYTMS20230762）资助。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文所述工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
宁聪 | 李辉宇 | 李琼英 | 卜伟 | 贾丽娇 | 谭畅 | 郭崇庭 | 王珊 | 刘晓旭 | 张子伟 | 李维萱
