热灭活副干酪乳杆菌副干酪亚种431在体外结肠发酵中调节肠道菌群组成并增强短链脂肪酸的产生

《Fermentation》:Heat-Inactivated Lacticaseibacillus paracasei subsp. paracasei 431 Modulates Gut Microbiota Composition and Enhances Short-Chain Fatty Acid Production During In Vitro Colonic Fermentation

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月10日 来源:Fermentation 3.3

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  类益生菌提供了不需要细胞活力的更安全的活益生菌替代品。在本研究中,研究人员通过热处理(65–121°C)从副干酪乳杆菌副干酪亚种431(L. casei 431)制备了热灭活细菌制剂(类益生菌)。所有处理中,常规平板法均未检测到活菌落,流式细胞术表明超过96%

  
类益生菌提供了不需要细胞活力的更安全的活益生菌替代品。在本研究中,研究人员通过热处理(65–121°C)从副干酪乳杆菌副干酪亚种431(L. casei 431)制备了热灭活细菌制剂(类益生菌)。所有处理中,常规平板法均未检测到活菌落,流式细胞术表明超过96%的细胞膜受损或死亡。通过整合可培养性丧失与对粪肠球菌(Enterococcus faecalis)和大肠杆菌(Escherichia coli)的抗菌活性及灭活效率的TOPSIS多准则排序方法,确定了最适条件(65°C,60 min)。将该类益生菌及其对应的益生菌进行体外胃肠消化和结肠发酵,随后进行短链脂肪酸(SCFA)和基于16S rRNA的肠道菌群分析。粪便接种物来自5名健康捐献者,并合并用于每组3个重复发酵罐。与对照组相比,益生菌和类益生菌补充均显著增加了乙酸盐、丁酸盐和总SCFA浓度,且类益生菌组的丙酸盐和戊酸盐浓度也显著高于对照组。两种干预措施均增加了Chao1丰富度和Simpson多样性(p < 0.05),但Shannon多样性无显著差异,并诱导了β多样性的显著变化,同时明显富集了产丁酸和SCFA的分类群,如Roseburia、Anaerostipes和Akkermansia muciniphila。然而,并非所有观察到的微生物变化都明确有益;Bilophila wadsworthia和Collinsella aerofaciens的增加因其与宿主健康的背景依赖性关联而需谨慎解读。Spearman相关分析确定了富集分类群与SCFA浓度之间的正相关,这些相关性应被视为探索性结果,而非因果代谢交叉互作的证据。在该体外发酵模型条件下,对于大多数测量结果,活菌制剂与热灭活制剂之间未检测到统计学显著差异,表明热灭活并未显著降低L. casei 431影响肠道菌群组成和短链脂肪酸产生的能力。多准则选择策略为优化类益生菌生产以应用于功能性食品提供了一种实用方法。
类益生菌(paraprobiotics)作为活益生菌的安全替代品,近年来受到广泛关注。然而,热处理条件对其功能活性的影响尚无系统研究。本研究以具有商业应用价值的副干酪乳杆菌副干酪亚种431(L. casei 431)为对象,通过设置不同温度和时间组合的热灭活处理,制备类益生菌制剂,并利用TOPSIS多准则决策方法,综合可培养性丧失和抗菌活性,筛选出最优处理条件(65°C,60 min)。随后,将最优类益生菌与其对应活菌制剂进行模拟胃肠消化和体外结肠发酵,评估其对肠道菌群组成和短链脂肪酸(SCFA)产生的影响。该研究发表于《Fermentation》。

研究人员将L. casei 431菌液在65–121°C下处理15–60 min,通过平板计数和流式细胞术验证灭活效果,并以粪肠球菌和大肠杆菌为指示菌测定抗菌活性。采用TOPSIS进行多准则排序。选定的65°C 60 min类益生菌及活菌制剂经INFOGEST 2.0模拟胃肠消化后,以5名健康捐献者混合粪便为接种物进行20 h体外结肠发酵。发酵上清液采用气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)测定SCFA,发酵菌体通过16S rRNA V3–V4区扩增子测序分析菌群多样性及组成,并使用Spearman相关分析评估菌群与SCFA的关系。

研究结果显示:(1)标准菌落计数:所有热处理样品均无可检测活菌落,表明处理完全杀灭或灭活细胞。(2)流式细胞术死细胞水平:超过96%的细胞膜受损或死亡,死细胞比例在96.65%–98.30%之间,各处理间无显著差异。(3)抗菌活性:热灭活制剂对两种指示菌的抑制率较低(0.34%–4.33%),其中65°C 60 min处理相对较高。(4)TOPSIS分析:65°C 60 min的相对接近系数最高(C=0.840),并在100,000种权重组合的敏感性分析中始终排名第一,故被选为最优条件。(5)SCFA水平:与对照相比,益生菌和类益生菌均显著提高乙酸盐、丁酸盐和总SCFA浓度;类益生菌组的丙酸盐和戊酸盐亦显著升高,但两组之间无统计学差异。(
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