Spontaneous and Microbiota-Driven Degradation of Anthocyanins in an In Vitro Human Colon Model

Scope

The consumption of dietary anthocyanins is associated with various health benefits. However, anthocyanins are poorly bioavailable, and most ingested anthocyanins will enter the colon where they are degraded to small phenolic metabolites that are the main absorbed forms. Little is known about the processes of anthocyanin degradation in the gut and the role of the human gut microbiota. This study aims to determine the contribution of spontaneous and microbiota-dependent degradation of anthocyanins in the human colon.

Methods and results

Purified anthocyanin extracts from black rice and bilberry were incubated in an in vitro human fecal-inoculated pH-controlled colon model over 24 h and anthocyanins were analyzed using HPLC-DAD. The study shows that the loss of anthocyanins occurs both spontaneously and as a consequence of metabolism by the gut microbiota. The study observes that there is high variability in spontaneous degradation but only modest variation in total degradation, which included the microbiota-dependent component. The degradation rate of anthocyanins is also shown to be dependent on the B-ring substitution pattern and the type of sugar moiety, both for spontaneous and microbiota-dependent degradation.

Conclusion

Anthocyanins are completely degraded in a model of the human colon by a combination of spontaneous and microbiota-dependent processes.     

粮油制品蛋白氧化对肠道健康影响的研究进展

在粮油原料及其制品的储运和加工过程中,脂质在内源脂肪水解酶和脂肪氧化酶的催化下发生水解、氧化。脂质氧化产物可诱导蛋白质氧化,导致蛋白质结构发生共价交联,使得蛋白质难以被机体消化,从而影响肠道微生物组成以及肠道屏障功能。本文首先分析了粮油原料及其制品在储运和加工过程中的氧化应激环境,随后介绍了蛋白质氧化对蛋白质结构特征和消化性质的影响,最后探讨了蛋白质氧化对肠道微生物以及肠道健康的可能影响,以期对摄食氧化蛋白质对肠道健康影响的研究提供一定理论参考,为安全合理有效开发蛋白质资源提供理论依据。     

OPO乳脂粉对肠道微生物体外发酵的影响

为进一步明晰1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯（1,3-dioleoyl-2-palmitoyl triglyceride,OPO）乳脂粉的营养机制,扩大OPO的食用范围,以健康大学生粪便为菌源,采用体外厌氧发酵模式,结合传统培养技术和气相色谱法,研究不同含量OPO乳脂粉24 h体外发酵过程中pH值、短链脂肪酸的变化,并分析肠道微生物,计算益生元指数和B/E（Bifidobacterium/Enterobacter）值。结果显示：OPO乳脂粉的添加,能迅速降低发酵液的pH值,下降幅度与OPO含量呈正比;能大幅度增加总短链脂肪酸含量,其中,乙酸和丁酸含量增加明显;能显著促进双歧杆菌和乳酸杆菌的生长,抑制肠杆菌和拟杆菌的生长,提高益生元指数和B/E值,其中OPO含量50 g/kg组在24 h发酵过程中益生元指数最高,在发酵12 h内双歧杆菌增加数量、B/E值均与OPO含量呈正比。因此,综合考虑益生效率,推荐添加组为50 g/kg组。     

饮食、肠道微生物与健康的关系研究进展

肠道微生物是膳食与人体健康的桥梁,与营养物质的吸收和代谢密切相关,是人体重要的“微生物器官”。同时,研究学者们也已经清楚地认识到这个重要的“微生物器官”与人体生理功能、健康和疾病关系密切,对人体的重要性不容忽视。为此,本文就近几年来有关膳食对肠道微生物结构以及代谢产物影响的研究进行综述,并介绍肠道微生物与人体生理功能及健康的关系,旨在为未来研究饮食、肠道微生物与健康的关系提供参考。     

低分子量硫酸软骨素体外酵解特征及其对肠道菌群的调节作用

硫酸软骨素（Chondroitinsulfate,CS）具有调节肠道微生物的作用,但不同分子量对其益生活性的影响鲜有报道。该研究比较了硫酸软骨素（80 ku）及其光催化降解产物（Low Molecular Weight Chondroitin Sulfate,LWCS,4 ku）体外酵解特征及其对肠道代谢物的影响。通过化学法、气相色谱质谱联用、高通量测序等方法测定了不同时间发酵液中p H值、CS和LWCS含量、还原糖含量、短链脂肪酸浓度以及肠道微生物的变化。结果显示,在发酵48 h内,CS、LWCS以及还原糖含量均显著降低（P<0.05）,说明肠道微生物能够降解利用硫酸软骨素及其降解产物。且降解后的硫酸软骨素更显著地增加了拟杆菌门和副杆菌属等有益菌的丰度（P<0.05）,更明显的抑制了潜在致病菌型埃希氏-志贺氏菌属（P<0.05）。此外,LWCS发酵能维持24 h的酸性环境,并产生更多的乙酸、丙酸和总短链脂肪酸（分别增加1.15、1.03和1.09倍）。以上结果表明,光催化降解后的硫酸软骨素具有更强的肠道益生作用,该研究为硫酸软骨素的开发应用提供了科学依据。     

化学交联改性对高链玉米淀粉体外大肠发酵特性的调控机制

以高链玉米淀粉为原料,分别使用三偏磷酸钠、三氯氧化磷、环氧氯丙烷3 种化学交联剂制备不同交联度的交联淀粉。采用体外粪菌发酵模型和高通量测序技术评价不同化学交联度交联淀粉的体外大肠酵解特性。结果表明,不同种类交联淀粉的发酵速率均能随交联剂用量的增加而降低,同时,3 种交联淀粉均提高了有益菌Roseburia、Ruminococcus的相对丰度。但相比于三偏磷酸钠和三氯氧化磷交联淀粉,环氧氯丙烷交联淀粉抑制体外发酵速率的效果更为明显,同时能够更多地促进丁酸生成。     

黄精多糖体外消化特性及对Ⅱ型糖尿病小鼠肠道菌群的调节作用

本研究探讨黄精多糖体外消化特性、体外降血糖活性及对Ⅱ型糖尿病鼠肠道菌群的调节作用.以空白作对照,对黄精多糖进行体外消化,采用DNS法和凝胶色谱法测定黄精多糖在消化过程中还原糖含量和分子量的变化;对黄精多糖进行体外酵解实验,对酵解物进行16S rDNA分析,研究黄精多糖对糖尿病鼠肠道菌群的影响.研究结果表明,在胃部消化模...     

基于体外发酵研究膳食纤维复合体对老年人肠道菌群的调节作用

该研究旨在探究膳食纤维复合体（Dietary Fiber Complex，DFC）对代表性人体肠道菌群及其代谢物的调节。采集10位65~75岁老年人的粪便，分性别开展DFC干预的体外发酵实验。结果发现，2%添加量的DFC组干预效果最好，其中女性组大肠杆菌属、拟杆菌属、双歧杆菌属、乳酸杆菌属的相对表达量为对照组的52.76%、43.40%、249.79%和232.99%，男性组大肠杆菌属、拟杆菌属、双歧杆菌属和乳酸杆菌属的相对表达量为对照组的44.02%、53.14%、228.71%和206.11%。显著差异的肠道菌群代谢物中，女性组的异丁酸、丙酸、甲酸相对丰度显著增加（P<0.01），蛋氨酸、组氨酸、β-葡萄糖、苯丙氨酸、苏氨酸、丙三醇、天冬氨酸、精氨酸、1-甲基组氨酸的相对丰度显著减少（P<0.01），男性组的异丁酸、丙酸、丁酸盐、甲酸相对丰度显著增加（P<0.01），组氨酸、β-葡萄糖、苯丙氨酸、苏氨酸和天冬氨酸相对丰度显著减少（P<0.01），二者潜在的代谢途径都为组氨酸代谢与苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成。研究结果表明DFC对人体肠道菌群及代谢物的调节作用明显，且在不同性别上潜在的代谢途径变化一致。     

广西长寿饮食模式对人体肠道菌群结构的调节作用

该研究旨在探究所构建的广西长寿饮食模式对人体肠道菌群的具体影响。14名志愿者被筛选并要求其高依从地遵循广西长寿饮食模式2周,在干预前后采集志愿者粪便样品并进行16S rDNA高通量测序。结果表明：饮食干预后志愿者肠道菌群多样性从多个层面发生了变化。在门水平上,TM7相对丰度显著降低（由0.05%降低至0.01%）,变形菌门（Proteobacteria）相对丰度、厚壁菌门（Firmicutes）与拟杆菌门（Bacteroidetes）比值的相对丰度也有所降低。在属水平上,粪球菌属（Coprococcus）相对丰度显著升高（由1.04%增至1.39%）,而埃希菌属（Escherichia,由14.00%降至9.62%）、瘤胃球菌属（Ruminococcus,由5.67%降至2.48%）和巨单胞菌属（Megamonas,由4.06%降至0.04%）相对丰度显著降低。通过冗余分析表明肠道菌群的变化与每日摄入食物种类密切相关,其中蔬菜的每日平均摄入量与其相关性最高（r2=0.89,p<0.01）。该研究结果证明广西长寿饮食模式可有效调节人体肠道菌群结构,降低肠道内部分有害菌的丰度,对维持机体健康状态具有积极作用,也为从肠道菌群的角度揭示通过饮食调控机体健康长寿的成效机制提供了参考依据。     

体外发酵条件下牛肉和鸡肉蛋白对人粪便微生物的影响

为研究体外条件下牛肉和鸡肉蛋白对粪便肠道微生物组成的影响,将牛肉蛋白和鸡肉蛋白(0.01 g)与人粪便微生物37℃共同培养48 h,提取发酵液DNA,采用Illumina PE250测序平台对粪便微生物V4区进行富集测序,分析微生物的组成和结构。结果表明,在体外发酵条件下,牛肉蛋白和鸡肉蛋白都显著影响了微生物的组成和结构。在门水平上,与对照组相比,添加牛肉蛋白和鸡肉蛋白显著增加了变形菌门和放线菌门的相对丰度(P<0.05);而鸡肉蛋白组还显著降低了拟杆菌门的相对丰度(P<0.05)。在属水平上3组共有15种核心菌属:与对照组相比,牛肉蛋白和鸡肉蛋白组普氏菌属(Prevotella)、Parabacteroides、Faecalibacterium 3种菌属相对丰度显著降低(P<0.05);巨球型菌属(Megasphaera)、巨单胞菌属(Megamonas)和大肠杆菌-志贺菌属(Escherichia-Shigella)相对丰度显著增加(P<0.05),而鸡肉蛋白组还显著增加萨特氏菌属(Sutterella)和瘤胃菌属(Ruminococcus torques)...     

蛋氨酸限制对高脂饮食小鼠肠道氧化还原状态、炎症和菌群的影响

目的：研究饮食蛋氨酸限制对高脂饮食小鼠肠道氧化还原状态、炎症和菌群的影响。方法：将27 只SPF级雄性C57BL/6小鼠随机分为3 组,分别为正常饮食组（C：0.86%（质量分数,下同）蛋氨酸、4%猪油）、高脂饮食组（HM：0.86%蛋氨酸、20%猪油）、高脂蛋氨酸限制组（LM：0.17%蛋氨酸、20%猪油）,每周测定小鼠体质量,12 周实验结束后处死小鼠,并取血液、回肠、盲肠和结肠样品,测定血浆胆固醇（total cholesterol,TC）、甘油三酯（triglyceride,TG）、高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C）、脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）和LPS结合蛋白（LPS-binding protein,LBP）的含量;测定回肠和结肠组织中氧化应激相关指标;用实时荧光定量聚合酶链式反应测定回肠炎症基因肿瘤坏死因子-α（tumour necrosis factor-α,TNF-α）、白介素-6（interleukin-6,IL-6）mRNA的表达水平;提取盲肠内容物DNA,用限制性末端酶切的方法分析小鼠盲肠内容物中菌群的变化;提取结肠内容物DNA,用高通量测序分析小鼠结肠内容物中菌群的变化。结果：与HM组相比,LM组小鼠体质量、血浆TC、TG和LDL-C水平显著降低（P＜0.05,P＜0.01）,HDL-C水平极显著增加（P＜0.01）;回肠总抗氧化能力和还原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽（glutathione/oxidizided glutathione,GSH/GSSG）的比值显著增加（P＜0.05）;结肠GSH/GSSG比值显著增加（P＜0.05）,丙二醛含量显著降低（P＜0.05）;血浆LPS和LBP水平显著降低（P＜0.05,P＜0.01）;回肠TNF-α、IL-6 mRNA的表达水平显著下调（P＜0.05）;盲肠菌群Shannon-Weiner指数与均匀度指数显著上升（P＜0.05）,结肠菌群中双歧杆菌和颤螺杆菌丰度显著增加（P＜0.05）。结论：饮食蛋氨酸限制具有显著改善高脂饮食小鼠肠道组织氧化还原状态、炎症反应和菌群结构的作用。     

体外消化/Caco-2细胞模型分析发酵对面粉铁生物利用率的影响

中国居民膳食以谷物为主食,谷物中铁吸收率低是造成营养性贫血的主要原因,适当的加工方式可缓解谷物中植酸、多酚等物质对铁生物利用率(Fe bioavailability,FeBV)的影响。为考察酵母发酵对面粉FeBV的影响,采用体外消化/Caco-2细胞模型。结果表明,面团在发酵后pH值呈下降趋势,酸度呈上升趋势;多酚、植酸含量降低,植酸酶活性升高,以上各指标在发酵前后差异均具有统计学意义(P0.05)。发酵后面粉样品的FeBV增加约5%~38%,大多数面粉FeBV发酵前后比较,差异具有统计学意义(P0.05)。结论:发酵可降低面粉的pH值,增加酸度,有利于面粉多酚和植酸的降解以及植酸酶活力的升高,可有效提高面粉FeBV。     

体外消化和结肠发酵对不同采收期坛紫菜中酚类物质生物可及性和肠道菌群的影响

为科学评价不同采收期坛紫菜及其酚类物质的健康益处,本研究主要探究不同采收期（早期、中期、末期）的煮制坛紫菜经体外口腔、胃和小肠3 个阶段消化后,其酚类物质的生物可及性和抗氧化活性,以及经体外结肠发酵后对肠道菌群的调节作用。结果表明,经体外消化后,坛紫菜中总酚具有极高的生物可及性,约为104.80%～117.03%,总黄酮的生物可及性约为35.21%～59.60%。早期坛紫菜中酚类物质含量和消化后释放量均高于中期和末期坛紫菜。坛紫菜经体外结肠发酵后可促进肠道菌群产生丙酸和正丁酸,并有效抑制异丁酸和异戊酸的生成。通过16S rRNA测序可以看出坛紫菜的添加促进了Bacteroidetes、Megamonas和Lactobacillus等有益菌的生长。综上所述,坛紫菜是较好的酚类物质来源,经胃肠道消化后其酚类物质具有较高的生物可及性和抗氧化活性,且对肠道菌群有明显的调节作用。对于不同采收期的坛紫菜而言,头水坛紫菜对消费者而言似乎是更好的选择。     

小米饲料干预对高脂膳食联合STZ诱导糖尿病大鼠肠道菌群的影响（网络首发、推荐阅读）

肠道菌群在Ⅱ型糖尿病的发生和发展过程中发挥重要作用,为了进一步全面探究小米饲料干预对糖尿病大鼠肠道菌群的影响,采用16S rRNA高通量测序技术,分别从横（不同组别）、纵（干预前后）两个维度全面比较了高脂饲料联合链尿佐菌素（Streptozotocin,STZ）诱导糖尿病大鼠经小米饲料饲喂后肠道微生物结构、组成及相对丰度的变化。结果显示,小米饲料干预后,糖尿病大鼠肠道内拟杆菌门和厚壁菌门比值下降,瘤胃球菌属（Ruminococcus_2）和乳酸杆菌的相对丰度显著增加,布劳特氏菌属的相对丰度显著减少,并且均与生理指标具有一定相关性,表明小米饲料干预能够在一定程度上逆转Ⅱ型糖尿病对大鼠肠道菌群的影响,使大鼠肠道微生物组成向着更为健康的方向发展。     

Effects of Potato Fiber and Potato‐Resistant Starch on Biomarkers of Colonic Health in Rats Fed Diets Containing Red Meat

Abstract: The effects of red meat consumption with and without fermentable carbohydrates on indices of large bowel health in rats were examined. Sprague‐Dawley rats were fed cellulose, potato fiber, or potato‐resistant starch diets containing 12% casein for 2 wk, then similar diets containing 25% cooked beef for 6 wk. After week 8, cecal and colonic microbiota composition, fermentation end‐products, colon structure, and colonocyte DNA damage were analyzed. Rats fed potato fiber had lower Bacteroides‐Prevotella‐Porphyromonas group compared to other diet groups. Colonic Bifidobacterium spp. and/or Lactobacillus spp. were higher in potato fiber and potato‐resistant starch diets than in the cellulose diet. Beneficial changes were observed in short‐chain fatty acid concentrations (acetic, butyric, and propionic acids) in rats fed potato fiber compared with rats fed cellulose. Phenol and p‐cresol concentrations were lower in the cecum and colon of rats fed potato fiber. An increase in goblet cells per crypt and longer crypts were found in the colon of rats fed potato fiber and potato‐resistant starch diets. Fermentable carbohydrates had no effect on colonic DNA damage. Dietary combinations of red meat with potato fiber or potato‐resistant starch have distinctive effects in the large bowel. Future studies are essential to examine the efficacy of different types of nondigestible carbohydrates in maintaining colonic health during long‐term consumption of high‐protein diets. Practical Application: Improved understanding of interactions between the food consumed and gut microbiota provides knowledge needed to make healthier food choices for large bowel health. The impact of red meat on large bowel health may be ameliorated by consuming with fermentable dietary fiber, a colonic energy source that produces less harmful by‐products than the microbial breakdown of colonic protein for energy. Developing functional red meat products with fermentable dietary fiber could be one way to promote a healthy and balanced macronutrient diet.     

蚕蛹蛋白源肠内营养混悬剂对二型糖尿病小鼠肠道菌的影响

研究蚕蛹蛋白源肠内营养混悬剂影响二型糖尿病(type 2 diabetes mellities,T2DM)小鼠肠道菌基因组学的代谢差异.采用链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)结合高脂饮食建立T2DM小鼠模型.设置对照组(CG)、空白组(BG)、阳性对照组(PG)、蚕蛹蛋白组(SPPG)、蚕蛹蛋白结合乳清...