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祝贺!天昊客户利用16S扩增子测序研究杏鲍菇多糖发酵特性,文章登陆食品科学领域一区期刊《Food Chemistry》


上海天昊生物 
 
近日,由南京财经大学食品科学与工程学院与美国马萨诸塞大学及南京农业大学等单位合作,在食品科学领域国际权威(Top)期刊《Food Chemistry》(IF =7.514,JCR分区:Q1)上发表了题为Characterization of polysaccharide from Pleurotus eryngii during simulated gastrointestinal digestion and fermentation的论文,该研究对杏鲍菇多糖(PEP)在模拟胃肠消化发酵过程中的特性进行了深入探讨。
 
本研究中,天昊生物提供了微生物16S扩增子测序分析服务。在恭喜客户的同时,也让我们来简单看下这篇文章。
 

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英文题目:Characterization of polysaccharide from Pleurotus eryngii during simulated gastrointestinal digestion and fermentation
中文题目:杏鲍菇多糖在模拟胃肠消化和发酵过程中的特性
期刊名:Food Chemistry
发表时间:2022215
影响因子:7.514
 
 

文章摘要:

 
杏鲍菇(Pleurotus eryngii)是我国大规模栽培的一种宝贵的食用菌新品种。这种蘑菇中的多糖具有很强的生物活性。本研究采用模拟消化发酵模型,分析了杏鲍菇多糖的消化发酵特性及其对肠道菌群的影响。结果表明,模拟消化后PEP的分子量保持不变,PEP的整体结构没有被破坏,说明PEP在消化过程中没有分解。然而,在发酵过程中,PEP被肠道菌群降解利用,产生多种短链脂肪酸(SCFAs),降低了粪便培养物的pH值。同时,PEP调节了肠道菌群的组成,厚壁菌门的相对丰度显著增加。这表明PEP可以作为一种功能性食品用于促进肠道健康和预防疾病。
 
 

研究背景:

 
食用菌是一类大型真菌,因其味道鲜美、营养丰富,几个世纪以来一直被用作食物和药物。多糖是食药用菌菌丝体或子实体的主要活性成分。根据最近的研究,蘑菇多糖具有良好的益生元潜力。近年来,大量研究表明,蘑菇多糖具有多种生物学功能,包括抗氧化、抗糖尿病、降血脂、免疫调节、抗肿瘤、抗炎等。由于缺乏分解多糖的酶,蘑菇多糖不能被人体直接消化吸收。一般情况下,多糖可被肠道微生物降解利用,产生代谢产物如SCFAs,不仅能为肠道上皮细胞提供能量和营养,还能降低肠道pH值,抑制有害细菌的增殖。因此,蘑菇多糖作为益生元具有潜在的应用前景。
杏鲍菇是一种大型肉质伞状真菌,大量生长在南欧、北非和中亚的山区、草原和沙漠中。杏鲍菇中含有多种活性成分,包括活性多糖、抗菌肽和甾醇。杏鲍菇多糖(PEP)具有调节免疫、抗氧化、抗肥胖等多种生物活性。
因此,本研究采用体外消化和厌氧发酵模型来研究PEP的消化和发酵过程。通过分析模拟消化过程中游离单糖和相对分子质量的变化来评价消化特性。PEP的发酵通过16S rRNA高通量测序以及粪便培养物中的pH变化和SCFAs产生来评估。
 
 

研究方法:

 
本研究中PEP的发酵过程是通过16S rRNA高通量测序以及粪便培养物中的pH变化和SCFAs产生等方法来评估的。
其中,粪便匀浆的收集和制备是由五名健康志愿者(三男两女,年龄22-24)提供,他们没有肠道疾病,并且三个月没有接受抗生素治疗。将粪便与等量的高压灭菌改良生理盐水溶液(半胱氨酸-HCl 0.5 g/LNaCl 9.0 g/L)19(w/v)的比例混合。将粪便制成10%混浊液,混匀,用无菌纱布过滤(四层)。收集滤液用于随后的实验。
肠道微生物的体外发酵是根据文献报道的方法,利用人体肠道菌群进行体外发酵。以不含碳源的基础培养基作为空白对照(BLK),在基础培养基中分别添加1.0 g PEP和菊粉作为实验组(PEP)和阳性对照组(INL)。将粪便悬浮液(1 ml)加入9 ml培养基中开始发酵。然后将混合物在厌氧培养箱中于37℃培养。分别在发酵061224小时后收集样品,并储存在-80℃下用于后续实验。样本送天昊生物进行16S rRNA扩增子测序及分析。
 
 

研究结果:

 
该研究对PEP初步表征分析发现,PEP主要由Man (9.43%)Rib (0.43%)Glu (78.32%)Gal (8.47%)Ara (3.05%)Fuc (0.30%)组成。GluGalMan都很丰富。PEP体外模拟消化的HPLC显示,PEP在模拟唾液、胃液和小肠的消化过程中没有显著变化。说明PEP在消化道中不能被消化。总糖和还原糖在PEP体外模拟消化过程中的变化见表1。多糖的总糖含量没有显著变化,但还原糖含量略有增加。然而,PEP的分子量在体外模拟消化过程中没有变化,因此还原糖含量的增加主要是由于聚合物的破坏造成。PEP不会被模拟消化液分解,可以安全到达大肠,并可能被肠道菌群利用。表1结果表明,碳水化合物含量在发酵过程中不断下降,还原糖含量在发酵前6 h显著下降,之后趋于稳定。发酵6 h后,游离单糖含量显著下降。随着发酵时间的增加,发酵液中的菌群迅速增加,游离单糖被微生物利用。本研究进一步分析了PEP体外发酵对pH值的影响,结果表明,肠道菌群降解利用PEP后,产生SCFAs等产物,降低了环境的pH值。与中性环境相比,弱酸性环境能促进有益菌的生长,抑制有害菌的繁殖。
 
为了确定PEP对肠道菌群组成的影响,对发酵样品进行了16S高通量测序分析。α多样性指数分析结果表明,PEP组和INL组肠道菌群的丰富度和多样性均有所下降。β多样性分析结果表明,PCoA等结果显示,BLK组、PEP组和INL组的肠道菌群组成明显不同。三组中的细菌组成相似,但各组之间存在显著差异。在门水平,微生物主要由厚壁菌门、变形菌门、放线菌门、拟杆菌门以及少量的助杆菌门和梭杆菌门组成,发酵24 h后,PEP组和INL组肠道菌群有明显变化。PEPINL显著增加了厚壁菌门的相对丰度,但抑制了变形菌门和拟杆菌门的相对丰度。而且,INL的这种能力明显高于PEP。在属水平,PEP组肠球菌、链球菌和梭菌的丰度增加,埃希氏菌/志贺氏菌、脱硫弧菌和脱硫弧菌的丰度减少。
 
LEfSe用于多水平物种差异的判别分析。为各组中相对丰度最高的前10种物种绘制了条形图(3A)。不同颜色的条代表不同组中的不同物种,结果显示,厚壁菌门是PEP类群的优势种。进化分支图如图3B所示,每层中的节点代表从内向外从门到门的分类层次,每层中的物种标记的注释代表从外向内从门到门的分类层次。图中的红色、绿色和蓝色节点分别代表相应类群中相对丰度明显较高的物种。显然,厚壁菌门是PEP的突出代表。
 
为了分析PEP体外发酵对SCFAs的影响,本实验用气相色谱法分析肠道菌群发酵后SCFAs的含量(图4)。在发酵过程中,BLKPEPINL组中的SCFAs含量持续增加。从624 hPEP组的总SCFAs始终高于BLK组,低于INL组。表明PEP被肠道菌群降解产生SCFAs,其中乙酸和丙酸含量最高。

 

1PEP体外消化和发酵过程中的分子量和还原糖含量。


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1、人类粪便体外发酵过程中多糖(A)和游离单糖(B)HPLC色谱图。

 

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2、各组间细菌总体构成的比较分析。A:基于Bray-CurtisPCoA分析; B:基于Bray-Curtis的距离热图;C:聚类检测。

 

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3LEfSe揭示了不同组之间微生物的显著差异。A: LDA评分;B:LEfSe分析生成的支序图。

 

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4、发酵过程中短链脂肪酸和pH值的变化。A-G:发酵过程中乙酸(A)、丙酸(B)、丁酸(C)、丁酸(D)、戊酸(E)、戊酸(F)和总脂肪酸(G)的变化;F:发酵过程中pH值的变化。不同字母表示不同组间差异显著(p < 0.05)

 

 

研究结论:

 
本研究使用简化的模型来模拟PEP在消化系统中发酵后的代谢动力学和肠道微生物的作用。结果表明,PEP经体外消化后,分子量保持不变,消化液中还原糖含量略有增加,游离单糖在整个消化过程中没有增加,说明PEP的分子结构没有发生变化。在PEP的体外发酵过程中,发酵液中残余碳水化合物的含量随着时间的增加而降低,周围环境的pH值先随着时间的增加而降低。随后逐渐趋于稳定,而SCFAs的浓度随时间增加,乙酸和丙酸是SCFAs的主要产物。厚壁菌门的相对丰度显著增加,而变形菌门和拟杆菌门的相对丰度下降。这些结果表明PEP可以被肠道微生物利用,产生SCFAs,调节肠道菌群的组成。因此,PEP具有促进肠道健康和预防疾病的潜力。

 

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